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一个完整的计算机系统由硬件（hardware）系统和软件（software）系统两大部分组成，如图1-6所示。
图1-6计算机系统的组成
硬件系统通常是指组成计算机的所有物理设备，简单地说就是看得见、摸得着的东西，包括计算机的输入设备、输出设备、存储器、CPU等。
软件系统是运行在硬件设备上的程序、数据及相关文档的总称。软件以文件的形式存放在软盘、硬盘、光盘等存储器上，一般包括程序文件和数据文件两类。按照功能，软件系统通常分为系统软件和应用软件两类。通常我们把未安装任何软件的计算机称为“裸机”。
CPU主要由运算器和控制器两大功能部件组成，它是计算机系统的核心。CPU和内存储器构成了计算机的主机。
CPU的主要功能是按照程序给出的指令序列解释指令的功能、执行指令，完成对数据的加工处理。计算机的所有操作（如数据处理、键盘的输入、显示器的显示、打印机的打印、结果的计算等）都是在CPU的控制下进行的。CPU的外观如图1-7所示。
图1-7CPU
（1）运算器
运算器主要完成各种算术运算和逻辑操作，是对信息进行处理和运算的部件，它主要由算术逻辑部件（Arithmetic and Logic Unit，ALU）和寄存器组成。算术逻辑部件主要完成二进制数的加、减、乘、除等算术运算，以及与、或、非等逻辑运算和各种移位操作。寄存器一般包括累加器、数据寄存器、状态寄存器等，数据寄存器主要用来保存参加运算的操作数和运算结果，状态寄存器用来记录每次运算结果的状态，即结果是0还是非0，是正还是负等。
（2）控制器
控制器是整个计算机的“神经中枢”，用来协调和指挥整个计算机系统的操作，它本身不具有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进行翻译、分析，而后转换成控制信号，指挥各部件协同工作。它主要由指令寄存器、指令译码器、程序计数器、时序产生器等组成。
存储器（memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息（包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果等）都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能正常工作。按照在计算机中的作用，存储器可以分为主存储器、辅助存储器和高速缓冲存储器。
（1）主存储器
主存储器又称内存储器，简称主存（内存），用于存放当前正在执行的数据和指令。主存储器与CPU直接连接，并与CPU直接进行信息交换。与外存储器相比，其数据传输速度快，容量小，价格相对较高。
主存储器的主要技术指标有存取时间、存储容量和数据传输速度。存取时间是指从存储器中读出一个数据或将一个数据写入存储器的时间。存取时间通常以纳秒（ns）为单位。存储容量是指存储器中可存储的数据总量，一般以字节（B）为单位。数据传输速度是指单位时间内存取的数据总量，一般以位/秒（bit/s）或字节/秒（B/s）为单位。
按照读写方式，主存储器可分为随机存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，ROM）两类。
RAM用于存放当前运算所需要的程序和指令，或作为各种程序运行所需的工作区等。工作区用于存放程序运行过程中产生的中间结果、中间状态、最终结果等。断电后，RAM中的存储内容将自动消失，且不可恢复。
RAM又可分为动态RAM（Dynamic Random Access Memory，DRAM）和静态RAM（Static Random Access Memory，SRAM）。DRAM主要用作大容量主存储器，特点是集成度高；SRAM主要用作高速缓冲存储器，特点是存取速度快。
内存条是将多个RAM集成电路（Integrated Circuit，IC）集成在一起的一小块板卡，并插在计算机中的内存插槽上。目前市场上常见的内存条为8GB、16GB、32GB等容量的。内存条如图1-8所示。
图1-8内存条
ROM是一种对一次性写入的内容只能读出、不能重新改写的存储器，其信息通常是在脱机情况下写入的。ROM所存信息稳定，其最大的特点是在断电后所存信息不会消失，因而常用来存放固定的程序和数据，例如监控程序、操作系统专用模块等。
（2）辅助存储器
辅助存储器又称外存储器，简称外存。与主存储器相比，辅助存储器的特点是存储容量大、价格低、可以永久地脱机保存信息，但存取速度慢。它不直接与CPU交换信息，而是和主存储器成批交换信息。辅助存储器在断电的情况下可长期保存信息，因此又被称为永久性存储器。
硬盘是一种将可移动磁头、盘片组固定在全密闭驱动器舱中的磁盘存储器，具有存储容量大、存取速度快、存储信息可长期保存等特点。在计算机系统中，硬盘常用于存放操作系统、各种程序和数据。硬盘的外观如图1-9所示。
图1-9机械硬盘（上）和固态硬盘（下）
目前，硬盘有固态硬盘（Solid State Disk，SSD）、机械硬盘（Hard Disk Drive，HDD）、混合硬盘（Hybrid Hard Disk，HHD）3种。SSD采用闪存颗粒来存储，而HDD则采用磁性存储技术来存储，HHD是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。
光盘是用激光记录和读取信息的存储器，需要使用光盘驱动器来读写。按功能光盘可分为只读光盘（CD-ROM）、一次性写入光盘（CD-R）、可擦除光盘（CD-RW）等。光盘和光盘驱动器如图1-10所示。
图1-10光盘（上）和光盘驱动器（下）
光盘的最大特点是存储容量大、可靠性高。此外，光盘的优势还在于它具有存取速度快、保存与管理方便等特点。光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等类型，其中CD的存储容量可以达到700MB，DVD的存储容量可以达到4.7GB，而蓝光光盘的存储容量更是可以达到25GB。
U盘是一种新型存储器，全称USB闪存盘（USB Flash Disk）。它是一种使用USB接口、无须物理驱动器的微型大容量移动存储产品，通过USB接口与计算机连接，实现即插即用。U盘的外观如图1-11所示。
图1-11U盘
U盘的优点包括小巧、便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠等。另外，U盘还具有防潮、防磁、耐高低温等特性，安全可靠性很高。U盘性能稳定，可反复擦写1万次以上，数据至少可保存10年。
（3）高速缓存
高速缓存是为了解决CPU和主存储器之间速度不匹配的问题而采用的一个重要部件，是介于CPU和主存储器之间的小容量存储器。从功能上看，它是主存储器的缓冲存储器，由高速的SRAM组成，但存取速度比主存储器快。高速缓存能快速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。
输入设备（input device）是指向计算机输入数据和指令的设备，用于把原始数据和处理这些数据的指令输入计算机，是人或其他设备与计算机进行交互的一种装置，是计算机与用户或其他设备之间通信的桥梁。常用的输入设备有键盘、鼠标器、手写输入板、语音输入装置、摄像头、扫描仪等。其中，键盘和鼠标器是基本的输入设备，外观如图1-12所示。
图1-12键盘（上）和鼠标器（下）
（1）键盘
键盘（keyboard）是最常用也是最主要的输入设备。通过键盘，用户可以将英文字母、数字、标点符号等输入计算机，从而向计算机发出命令。键盘接口分为XT接口、AT接口、PS/2接口、USB接口等，PC系列使用的键盘有83键、84键、101键、102键和104键等。
（2）鼠标器
鼠标器（mouse）简称鼠标，是一种将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上光标（或鼠标指针）的移动的硬件设备。目前广泛使用的光电鼠标用光电传感器取代了传统机械鼠标的滚球。
输出设备（output device）是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、输出声音和控制外围设备等操作，用于把各种计算结果的数据或其他信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常用的输出设备有显示器（display device）、打印机（printer）、绘图仪、音箱、耳机等。
（1）显示器
显示器是计算机必备的输出设备之一，常用的可以分为阴极射线管（Cathode-Ray Tube，CRT）显示器、液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）、等离子显示器（Plasma Display Panel，PDP）、发光二极管（Light Emitting Diode，LED）显示器、有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode，OLED）显示器等。显示器的外观如图1-13所示。
图1-13显示器
CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、多分辨率模式可调节、响应时间极短且价格便宜等优点。
LCD具有辐射小、耗电少、体积小、图像还原精确、字符显示清晰锐利等优点。
PDP比LCD体积更小、质量更轻，而且具有无X射线辐射、显示亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等优点。
LED显示器具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、可视角度大、可视距离远等优点。
OLED显示器具有主动发光、可视角度大、响应速度快、图像稳定、亮度高、色彩丰富、分辨率高等优点。
（2）打印机
打印机是计算机的输出设备之一，用于将计算机的处理结果打印在相关介质上。
打印机的种类很多，按打印器件对纸是否有击打动作，分为击打式打印机和非击打式打印机。
衡量打印机好坏的指标有3项——打印机分辨率、打印速度和噪声。其中，打印机分辨率一般是指最高分辨率，分辨率越高，打印质量就越高。一般针式打印机的分辨率是180～360dpi（dpi指点/英寸），喷墨打印机的分辨率是720～4800dpi，激光打印机的分辨率为300～2400dpi。
常见的打印机如图1-14所示。
图1-14针式打印机（左）、喷墨打印机（中）、激光打印机（右）
针式打印机（stylus printer）也称击打式打印机，其基本工作原理类似于复写纸的使用原理。针式打印机中的打印头是由排列成一直行的多支金属撞针组成的。指定的撞针在到达某个位置时，便会由电磁铁控制而弹射出来，在色带上击打一下，让墨点印在纸上成为其中一个色点，再配合多个撞针的排列样式，便能在纸上打印出文字和图形。针式打印机可以实现多联纸一次性快速打印（如发票及多联单据打印），可以实现超厚打印（如存折及证书打印），耗材（色带）成本低，但工作噪声大，体积大，打印精度不如喷墨打印机和激光打印机。
喷墨打印机（inkjet printer）利用大量的喷嘴，将墨点喷射到纸张上，从而形成文字和图像。喷墨打印机喷嘴的数量较多，且墨点细小，因此能够实现比针式打印机更细致、混合更多种色彩的打印效果。喷墨打印机的价格居中，打印品质也较好，较低的一次性购买成本可获得彩色照片级输出的效果，但作为耗材的墨盒成本较高，且长时间不用容易堵头。
激光打印机（laser printer）是一种利用墨粉附着在纸上而成像的打印机，其工作原理主要是借助硒鼓来控制激光束的通和断，当纸张在硒鼓间卷动时，上下起伏的激光束会在硒鼓表面产生带电荷的图像区，此时打印机内部的墨粉会受到电荷的吸引而附着在纸上，从而形成文字和图形。因为墨粉属于固体，而激光束有不受环境影响的特性，所以激光打印机可以在任何纸张上打印且打印品可长年保持清晰细致的效果。激光打印机打印速度快，其高端产品可以满足高负荷的图文输出；中低端产品的彩色打印效果不如喷墨打印机的打印效果，可使用的打印介质较少。
除上述硬件外，计算机硬件系统中的其他硬件设备还包括组成计算机系统的扩展接口设备及其必备部件。
（1）主板（motherboard）
主板在整个计算机系统里扮演着非常重要的角色，计算机的其他部件和外围设备都必须以主板作为运行平台，才能进行数据交换等工作。可以说，主板是整个计算机的中枢，计算机的其他部件及外围设备只有通过它才能与CPU连接在一起进行通信，并由CPU发出相应的操作指令，从而执行相应的操作。因此主板是把CPU、存储器、输入/输出设备连接起来的纽带。
主板上包含CPU插座、内存插槽、芯片组、基本输入/输出系统（Basic Input/Output System，BIOS）芯片、供电电路、各种接口插座、各种散热器等部件，它们决定了主板的类型和性能。主板外观如图1-15所示。
图1-15主板
（2）机箱
机箱的主要作用是放置和固定各个部件，起到承载和保护的作用。此外，机箱还具有屏蔽电磁辐射的重要作用。
从外观看，机箱包括外壳、各种开关、键盘和鼠标接口、USB扩展接口、显示器和网络接口、指示灯等。另外，机箱的内部还包括各种支架。机箱外观及机箱上的各种接口等如图1-16所示。
图1-16机箱外观（左）及机箱上的各种接口等（右）
（3）电源
电源是把220V交流电转换成直流电并专门为计算机部件（如主板、驱动器、显卡等）供电的设备，其外观如图1-17所示。电源是计算机的重要组成部分。目前PC电源大多是开关型电源。
图1-17台式计算机电源（左）和笔记本
计算机电源（右）
（4）显卡
显卡是计算机的基本配置之一，其外观如图1-18所示。显卡主要承担输出显示图形的任务，对于从事专业图形设计的人来说非常重要。显示芯片是显卡的主要处理单元。显示芯片供应商主要有超威半导体（AMD）有限公司和英伟达（NVIDIA）公司等。
图1-18显卡外观
显卡按独立性可以分为集成显卡和独立显卡两种。
集成显卡是将显示芯片、显存及相关电路都集成在主板上并与其融为一体的显卡。与独立显卡相比，集成显卡的显示效果与处理能力较弱，无法实现硬件升级，但可以通过互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）调节频率或刷入新BIOS文件来实现软件升级，从而挖掘显示芯片的潜能。
集成显卡的优点是功耗低、发热量小，部分集成显卡的性能甚至可以媲美入门级的独立显卡。
独立显卡是指将显示芯片、显存及相关电路单独做在同一块电路板上，以自成一体的板卡形式存在，它需占用主板的扩展插槽，如ISA（Industrial Standard Architecture，工业标准结构）插槽、PCI（Peripheral Component Interconnect，周边元件扩展接口）插槽、AGP（Accelerated Graphics Port，加速图形端口）插槽和PCI-E（Peripheral Component Interconnect Express，高速串行计算机扩展总线标准）插槽。
独立显卡的优点是单独安装有显存，一般不占用系统内存，在技术上也较集成显卡先进得多，容易进行硬件升级。独立显卡的缺点是功耗大，发热量也较大，用户需额外花费购买显卡的资金。
软件是用户与硬件之间的接口界面，是计算机系统必不可少的组成部分，用户主要是通过软件与计算机进行交流的。计算机软件系统分为系统软件和应用软件两类。
系统软件是指控制和协调计算机及外围设备，支持应用软件开发和运行的软件，是无须用户干预的各种程序的集合。系统软件主要如下。
● 操作系统（Operating System，OS）：最基本、最重要的系统软件。它负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提供操作和编程界面。在PC上最常使用的操作系统有Windows、Linux等，在手机等移动设备上最常使用Android、iOS等。
● 编译程序：将高级语言程序变换成与之等价的汇编语言程序或机器代码程序的软件。
● 数据库管理系统（Database Management System，DBMS）：一种为管理数据库而设计的大型计算机软件管理系统，能够有效地进行数据的存储、处理和共享。具有代表性的数据库管理系统有Oracle、Microsoft SQL Server、Access、MySQL、PostgreSQL等。
应用软件是用于实现用户的特定领域、特定问题的应用需求而非解决计算机本身问题的软件，包括文字处理软件、表格处理软件、绘图软件、财务软件、过程控制软件等。
在本案例中，小文要选购自己步入职场后的第一台笔记本计算机，她的需求如下：
● 经常需要接收一些较大的文档并进行编辑和处理；
● 经常要出差，必须方便携带；
● 预算在5000元以内。
经过考虑，小文决定购买惠普品牌的计算机，请你帮助她在惠普官方商城上查找适合她的产品。
步骤1 打开任意浏览器，搜索“中国惠普官方商城”，如图1-19所示，在打开的惠普官方商城中，选择“笔记本及平板”→“商用笔记本电脑”。
图1-19惠普官方商城
步骤2 在左侧筛选栏的“处理器类型”区域，勾选“英特尔酷睿 TM i5”和“AMD锐龙5”复选框；因为小文经常出差，所以在“屏幕尺寸”区域应勾选“14英寸”[1英寸（in）=2.54厘米]复选框，这个尺寸的笔记本计算机方便外出携带；因为经常要接收和处理一些较大的文档，所以应在“标准内存”区域勾选“32GB”复选框。此时可以看到在右侧已经出现了符合要求的计算机型号。因为经常要处理一些较大的文档，所以可以选择硬盘为1TB的“惠普（HP）战66六代14英寸轻薄笔记本电脑”，当前价格为4999元，如图1-20所示。
提示
AMD锐龙处理器（CPU）的类型包括锐龙3、锐龙5、锐龙7和锐龙9等，英特尔酷睿处理器系列包括酷睿 TM i3、酷睿 TM i5、酷睿 TM i7等，其中锐龙5和酷睿 TM i5是价格比较适中且在工作中常用的处理器类型。
提示
PC等电子产品升级换代很快，价格也经常会有很大的波动，读者要根据当时的产品情况、自身的预算和实际的需求来进行选购，避免盲目攀比或受到不实广告的误导。
图1-20选择笔记本计算机的配置
超级计算机被誉为计算机界“皇冠上的明珠”。在信息时代，超级计算机是衡量一个国家算力的重要指标之一，因此超级计算机成为各国竞相角逐的高新技术制高点。虽然我国的超级计算机的研发起步较晚，但我国从零起步，打破西方封锁，一步步发展成为超级计算机强国。
气候预测被公认为世界上最复杂的工作之一，需要大量的计算，而这正是超级计算机的强项。从2018年起，每年国家气候中心都会利用国家超级计算无锡中心的“神威·太湖之光”来预测6月到8月的汛期气候。如果用普通的笔记本计算机做气候预测，可能几周，甚至一个月的时间都完成不了，但是如果用超级计算机，那么只要短短几小时就可以预报出未来一周的天气。通过超级计算机，研究人员不仅可以预测我国的气象信息，还可以预测全球的气象信息。超级计算机在我国的防灾减灾和可持续发展领域发挥着越来越大的作用。