计算机的硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成的，如图2-2所示。以下分别对这些基本部件加以说明。

图2-2  计算机系统工作原理图

    1．运算器

    运算器又称算术逻辑部件，英文简称ALU（Arithmetical Logistic Unit）。运算器的主要功能是执行算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除及其复合运算。逻辑运算包括与、或、非以及逻辑判断和逻辑比较运算。

    运算器的核心组成部分是加法器和寄存器。加法器用于运算，寄存器用于存储参加运算的各类数据及其运算结果。

    2．控制器

    控制器是控制和指挥计算机的各个部件相互协调、共同完成特定任务的部件。在控制器的控制下，计算机能够自动、连续、有序地按照给定的指令进行工作。例如，某程序要从键盘（输入设备）输入数据时，控制器就向键盘发出控制信号，要求键盘接收数据。一旦完成一条指令的工作，控制器又会进一步发出控制信号，继续执行下一条指令。

    3．存储器

    存储器是计算机的记忆装置，主要用来存储程序和各种数据。

    存储器又分为内部存储器（又称主存储器、内存）和外部存储器（又称辅助存储器、辅存、外存）。

    （1）内部存储器。

    内部存储器是直接和CPU进行数据交换的设备，是CPU的工作空间。内部存储器大都以半导体作为介质，具有存取速度快、存储容量小、价格贵的特点。

    CPU（运算器、控制器）和内部存储器合起来称为主机。

    按存取方式的不同，内存储器又分为随机存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）两大类。

    ①随机存储器（RAM）。也称为读/写存储器，它的特点是可以随时读出或写入数据，主要用于存放用户的程序和数据。RAM中的信息随着电源的断开会全部丢失，因此又称为易失性存储器。

    ②只读存储器（ROM）。它的特点是对其中的信息只能读出，不能写入。因此，计算机厂商把一些计算机通用不变的程序和资料存储在ROM中，如计算机的管理、监控程序等，以保证ROM中的信息在断电时不会丢失。

    （2）外部存储器。

    外部存储器用来存放当前不使用或要永久性保存的程序和数据，CPU不能直接从中读取数据。相对于内部存储器，外部存储器具有容量大、存取速度慢、成本低和断电后数据不丢失等特点。外部存储器种类很多，如硬盘、软盘、光盘等。

    （3）高速缓冲存储器。

    高速缓冲存储器（Cache），简称高缓，可以设置在CPU内部，是现在计算机中普遍采用的存储技术之一，用于使CPU与内存在存取速度上协调匹配。因为Cache速度高出内存数倍以上，系统将CPU将要存取的信息预先存入Cache中，等待CPU直接访问而不再花费大量时间去访问内存，从而提高了CPU的执行速度和系统效率。

     4．输入设备

    输入设备是计算机用来接收用户输入的程序和数据的设备。它的功能是将程序和数据等输入信息从人们熟悉的形式转换成计算机能接收的二进制形式，并输入到计算机的内存中。

常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等。

    5．输出设备

    输出设备的作用是将计算机内存中的数据信息传送到外部媒介，并转化成人们所需要的表示形式。常用输出设备有显示器、打印机和绘图仪等。

    输入/输出设备可写做I/O设备，常称为外部设备。

    6．硬件设备之间的工作流程

    计算机的五大组成部分有明确的分工，它们相互协作完成数据的处理。图1-6表示了计算机硬件系统的工作流程（图中虚线部分表示的是控制器产生的控制信号），具体描述如下：

    （1）将原始数据或程序通过输入设备输入到内存中（有些数据是提前保存在硬盘等外部存储器中的，可以直接调入内存）。

    （2）程序执行时，控制器到内存中取出指令，对指令进行译码，并找到相应的操作数。控制器产生控制信号控制运算器进行相应的运算。

    （3）运算器根据控制器发出的控制信号，到内存中取出数据，并进行相应的算术或逻辑运算，将运算结果再保存到内存中去，为数据的输出或永久保存做准备。

    （4）当程序执行到要求输出数据的指令时，控制器控制输出设备，将内存中的数据送输出设备输出，或是送外部存储器长期保存。

    由此可见，计算机的工作过程是在程序的统一指挥下，由控制器不停地取出指令、分析指令，产生相应的控制信号，来协调各部件的工作，从而完成各项任务。