下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
计算机系统是一个完整的工作系统，由硬件和软件共同构成，两者紧密配合，协同完成信息的处理和传输。硬件是计算机系统的“躯体”，负责物理层面的运算和存储；软件则是计算机的“灵魂”，通过程序控制硬件，完成各种复杂的任务。为方便读者理解，本节将以读者常见的个人计算机（PC）为例，详细介绍计算机系统的组成结构，包括硬件部分和软件部分。
计算机的硬件系统是整个计算机的物理基础，其性能决定了计算机的运算能力和处理效率。计算机的硬件系统包括机箱中的内部组件以及外部的外部组件。内部组件是计算机主要的运算、中转、存储和功能中心，包括控制器、运算器、存储器、输入及输出设备。常见的计算机硬件组成部件如下。
CPU（Central Processing Unit）也叫中央处理器，例如Intel最新的桌面级CPU——CORE ULTRA 9 285K，如图2-3所示。CPU是计算机运算和控制的核心，由运算器、控制器、寄存器、高速缓存以及连接它们的总线构成，负责完成复杂的算术运算和逻辑判断，并协调计算机各组件之间的工作。
计算机CPU的主要厂商和主要产品系列
由于计算机中使用的CPU的生产过程非常精密，现在主要由Intel和AMD把控。Intel的主流桌面CPU产品是酷睿系列。AMD的主流桌面CPU产品是锐龙系列。
主板是计算机硬件的核心连接平台，为所有组件提供电气连接和数据通信，是各组件工作的平台。主板一般是一块大规模集成电路板，如图2-4所示，主要功能是接驳计算机的内部硬件及外部设备，并在其间提供高速的数据通道。主板的稳定性关系到整个硬件系统的稳定性。
图2-3
图2-4
内存又称为内部存储器或随机存储器，是计算机主要的内部存储设备，如图2-5所示，用来存放CPU经常用到的各种数据、程序等资源，并为CPU提供高速的数据交换。具有体积小、速度快、断电后存储的数据会被清空的特点。
硬盘是计算机主要的外部数据存储设备，具有存储容量大，无论是否有电，数据都不会丢失的特点。常见的硬盘大小有3.5英寸和2.5英寸两种，连接主板的SATA接口（SATA接口速度最大为600MB/s）。现在处在机械硬盘和固态硬盘共存的时期。常见的SSD固态硬盘如图2-6所示。
图2-5
图2-6
M.2固态
除了图2-6中的SATA接口以及mSATA接口的固态外，还有一种接口是M.2的固态，如图2-7所示。M.2接口作为一种新型固态硬盘接口，已经逐渐成为计算机的标配，提供更高的数据传输速率和更紧凑的设计。这是一种可以连接PCI-E通道的高速设备，配合NVme协议，速度可以达到3000MB/s以上。
图2-7
显卡的主要作用是为计算机提供显示数据输出，如图2-8所示。显卡除了为显示设备提供数据支持外，还在图像渲染、视频编码、深度学习等领域扮演重要角色。价格在计算机的硬件中属于最高的。显卡分为CPU自带的核显、常见的PCI-E独立显卡。在运行高性能游戏或专业图形应用时，中高端独立显卡能提供更流畅的体验。进行各种AIGC应用的计算工作，建议选择中高档的独立显卡。独立显卡也是耗电大户，现在比较主流的显卡需要外接供电才能正常工作。
图2-8
电源是为计算机各组件供电的设备。计算机的内部组件无法直接使用220V交流电，只有通过电源的转化，变成不同电压的直流电，才能为各设备供电。电源的好坏直接关系到计算机的稳定性，尤其是安装中高端显卡后，必须要配备一块额定功率比较高的计算机电源。
CPU在工作时会产生大量的热量，越是高端CPU，发热量越大，必须及时将热量散发出去。散热器用于降低CPU工作时产生的热量，避免因高温导致的系统死机、自动重启，甚至硬件损坏。配备一款高性能的散热器是十分有必要的。常见的CPU散热器分为风冷和水冷两种。
散热器风冷好还是水冷好
从散热角度来说，两者并不存在好或不好的差别。只要按照CPU的TDP进行设计，能够满足CPU的散热要求即可。
机箱的作用是负责安放各组件，以及隔离辐射、建立散热风道等。
以上介绍的都是计算机的内部组件，但只有内部组件是无法使用计算机的，还需要外部组件的支持。外部组件也是和用户接触最多的，主要由各种输入输出设备组成，例如键盘和鼠标（图2-9）、显示器（图2-10）、音箱、打印机、摄像头、其他信息采集和USB外设等。
图2-9
图2-10
计算机的软件系统由程序和相关数据组成，通过这些程序管理硬件资源并为用户提供各种功能。软件按功能可分为系统软件、应用软件、数据库管理系统和编程工具4类，下面分别介绍其特点及作用。
系统软件是管理计算机硬件和提供底层服务的核心程序，是其他软件运行的基础。以下是系统软件的主要组成部分。
操作系统是系统软件的核心部分，负责硬件资源的管理和分配，并为用户提供友好的操作界面。常见的操作系统包括Windows、Linux和macOS，其核心功能包括任务管理、文件系统管理、设备驱动和网络功能。
驱动程序是硬件与操作系统之间的桥梁，用于控制硬件设备。例如，显卡驱动程序可使操作系统和应用程序调用显卡功能，实现图像渲染和输出。
应用软件直接面向用户，满足用户特定的任务需求。常见的应用软件类型和代表如下。
办公软件包括文字处理（如Microsoft Word）、表格制作（如Microsoft Excel）和演示文稿（如Microsoft PowerPoint），广泛应用于企事业单位和个人日常办公。
图像处理软件用于图像编辑和设计，如Adobe Photoshop和GIMP，适合专业设计师和普通用户。
处理和播放音频、视频的多媒体软件，如VLC播放器和Adobe Premiere，用于多媒体内容创作和消费。
针对特定行业开发的软件，例如工程设计的AutoCAD、医疗影像处理的专业工具等，满足专业领域的独特需求。
数据库管理系统是一种用于存储、管理和检索数据的软件工具，可分为底层支持和直接应用两种用途。
数据库管理系统作为底层服务，提供高效的数据存储和访问功能，例如，企业的ERP系统通过DBMS存储并管理业务数据。常见的DBMS包括MySQL、Oracle和PostgreSQL。
面向用户的DBMS可以直接用于数据查询、分析和管理，如Microsoft Access。这类数据库软件直观易用，适合小型企业和个人用户。
编程工具是用于开发计算机程序的软件，包括编译器、调试器和集成开发环境等。
编译器将高级编程语言转换为计算机可执行的机器语言。例如，GCC是广泛使用的C/C++编译器。解释器则直接执行源代码，如Python解释器。
调试工具帮助开发者检测和修复程序中的错误，例如GDB（GNU调试器）。
IDE提供了编程所需的一站式工具集，包括代码编辑、调试和版本控制。