第二节 计算机硬件
计算机硬件系统是指组成一台计算机的各种物理装置，它们由各种具体的器件组成，是计算机进行工作的物质基础。例如，计算机的处理器芯片、存储器芯片、主板（母板）、各类扩充板卡、机箱、键盘、鼠标器、显示器、软盘、硬盘等都是计算机的硬件。
硬件依靠软件来协调工作，只有硬件而没有软件的计算机通常称为“裸机”。以最常用的微型机算计为例，其系统组成如图表12-1所示。
从1946年第一台电子计算机问世以来，计算机硬件结构已经历了四代的变化，但是其基本组成几乎没变。计算机硬件系统由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五部分组成。如图表12-2所示。
图表12-1 计算机系统硬件组成
图表12-2 计算机硬件基本结构
一、输入设备
输入设备，是指向计算机输入各种信息（程序、文字、数据、图像等）的设备。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、条形码输入器、写字板、触摸屏、数码相机、摄像头、麦克风等。在会计电算化领域，会计人员一般用键盘、鼠标扫和描枪来完成会计数据或相关信息的输人工作。
二、输出设备
输出设备是指用来输出计算机处理结果的设备，其主要功能是把计算机处理后的结果转换成人们习惯的信息形式（如字符、图像、表格、声音等），或能为其他机器所接受的形式。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。会计报表、会计账簿等一般可以用打印机按照指定要求打印输出。
三、运算器
运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU），是指在控制器控制下完成加减乘除运算和逻辑判断的计算机部件。运算器是计算机的核心装置之一，计算机在计算过程中，运算器不断从存储器中获取数据，经计算后将计算结果再返回存储器。
运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算、与、或、求反等逻辑运算、算术和逻辑移位操作、比较数值等。运算器中的寄存器用于临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。运算器中还要设置相应的部件，用来记录一次运算结果的 特征情况。
计算机所采用的运算器类型很多，从不同的角度分析，就有不同的分类方法。从小数点的表示形式可分为定点运算器和浮点运算器。从进位制方面分为二进制运算器和十进制运算器。一般计算机都采用二进制运算器，随着计算机广泛应用于商业和数据处理，越来越多的机器都扩充十进制运算的功能，从而既能完成二进制的运算，也能完成十进制运算。
计算机中运算器需要具有完成多种运算操作的功能，因而必须将各种算法综合起来，设计一个完整的运算部件。运算器的组成决定于整机的设计思想和设计要求，采用不同的运算方法将导致不同的运算器组成。但由于运算器的基本功能是一样的，其算法也大致相同，因而不同机器的运算器是大同小异的。运算器主要由算术逻辑部件、通用寄存器组和状态寄存器组成。其组成如图表12-3所示：
图表12-3 运算器的组成
1.算术逻辑部件ALU
ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。算术运算主要包括定点加、减、乘和除运算。逻辑运算主要有逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非操作。移位操作主要完成逻辑左移和右移、算术左移和右移及其他一些移位操作。某些机器中，ALU还要完成数值比较、变更数值符号、计算操作数在存储器中的地址等。可见，ALU是一种功能较强的组合逻辑电路，有时被称为多功能发生器，它是运算器中的核心部件。ALU能处理的数据位数（即字长）与机器有关。如Z80单板机中，ALU是8位；IBMPC/XT和AT机中，ALU为16位；386和486微机中，ALU是32位。
ALU有两个数据输入端和一个数据输出端，输入输出的数据宽度（即位数）与ALU处理的数据宽度相同。
2.通用寄存器
目前常用的计算机的运算器都有一组通用寄存器。它主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。
早期的机器只设计一个寄存器，用来存放操作数、操作结果和执行移位操作，由于可用于存放重复累加的数据，所以常称为累加器。通用寄存器均可以作为累加器使用。
通用寄存器的数据存取速度是非常快的，目前一般是十几个纳秒（ns）。如果ALU的两个操作数都来自寄存器，则可以极大地提高运算速度。
通用寄存器同时可以兼作专用寄存器，包括用于计算操作数的地址（用来提供操作数的形式地址，据此形成有效地址再去访问主存单元）。例如，可作为变址寄存器、程序计数器（PC）、堆栈指示器（SP）等。必须注意的是，不同的机器对这组寄存器使用的情况和设置的个数是不相同的。
3.状态寄存器
状态寄存器用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态。
程序设计中，这些状态通常用作条件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。一般均设置如下几种状态位：零标志位（Z）、负标志位（N）、溢出标志位（V）、进位或借位标志（C）。
除上述状态外，状态寄存器还常设有保存有关中断和机器工作状态（用户态或核心态）等信息的一些标志位（应当说明，不同的机器规定的内容和标志符号不完全相同），以便及时反映机器运行程序的工作状态，所以有的机器称它为“程序状态字”或“处理机状态字”。
四、控制器
控制器是整个计算机的指挥中心，负责从存储器中取出指令，并对指令进行分析判断后产生一系列的控制信号，去控制计算机各部件自动连续地工作。控制器负责控制计算机各部件协调工作，并使整个处理过程有条不紊地进行。它的基本功能就是从内存中取指令和执行指令，即控制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该指令进行译码，然后根据该指令功能向有关部件发出控制命令，执行该指令。另外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。
人们通常把运算器、控制器做在同一块大规模集成电路块上，并称之为“中央处理器”，又称CPU（Central Processing Unit）。
指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作。时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号。一般时钟脉冲就是最基本的时序信号，是整个机器的时间基准，称为机器的主频。执行一条指令所需要的时间叫做一个指令周期，不同指令的周期有可能不同。一般为便于控制，根据指令的操作性质和控制性质不同，会把指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段就是一个CPU周期。
早期CPU同内存在速度上的差异不大，所以CPU周期通常和存储器存取周期相同。后来，随着CPU的发展现在速度上已经比存储器快很多了，于是常常将CPU周期定义为存储器存取周期的几分之一。
五、存储器
存储器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。存储器是用来存储程序和数据的部件，有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。
按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。内存指插在主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序。值得注意的是内存仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据就会丢失。外存通常是磁性介质或光盘、软件盘等，能长期存放数据，即使关闭了电源或断电，存储在其上面的数据仍然会保存，不会丢失。
1.内存储器
内存储器也称为主存储器（简称主存）或内存，一般只存放急需处理的数据和正在执行的程序。它直接与CPU相连接，速度快。内存储器由许多存储单元组成，每个单元能存放一个二进制数，或一条由二进制编码表示的指令。
存储器的存储容量以字节为基本单位，每个字节都有自己的编号，称为“地址”，如要访问存储器中的某个信息，就必须知道它的地址，然后再按地址存人或取出信息。
为了度量信息存储容量，将8位二进制码（8 bits）称为一个字节（Byte，简称B）。字节是计算机中数据处理和存储容量的基本单位。1024个字节称为1K字节，1024K个字节称1兆字节（1MB），1024M个字节称为lG字节（1GB），1024G字节称为lTB。
2.外存储器
外存储器又称辅助存储器、外存、辅存。它是内存的扩充，外存存储容量大，价格低，但存储速度较慢，一般用来存放大量暂时不用的程序、数据和中间结果，必要时，可成批地和内存储器进行信息交换。
外存只能与内存交换信息，不能被计算机系统的其他部件直接访问。
外存储器有磁盘、内置硬盘、光盘、移动硬盘、U盘、软盘等。
实行会计电算化单位的会计资料一般存储在外存储器中。
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