計算機系統的硬體

計算機系統的硬體主要是由運算器、控制器、儲存器、輸入裝置、輸出裝置等幾部分組成。由於運算器、控制器、儲存器三個部分是資訊加工、處理的主要部件，所以把它們合稱為"主機"，而輸入、輸出裝置等則合稱為"外部裝置"。又因為運算器和控制器不論在邏輯關係上或是在結構工藝上都有十分緊密的聯絡，往往組裝在一起，所以將這兩個部分稱為"中央處理機"（Central Processing Unit，簡稱CPU）。

儲存器是用來存放指令和資料的部件。對儲存器的要求是不僅能儲存大量二進位制資訊，而且能快速讀出資訊，或者把資訊快速寫入儲存器。一般對計算機儲存系統劃分為兩級，一級為記憶體儲器（主儲存器），如半導體儲存器，它的存取速度快，但容量小；另一級為外儲存器（輔助儲存器），如磁碟儲存器，它的儲存速度慢，但容量很大。在運算過程中，記憶體直接與CPU交換資訊，而外存不能直接與CPU交換資訊，必須將它的資訊傳送到記憶體後才能由CPU進行處理，其性質和輸入輸出裝置相同，所以一般把外儲存器歸屬於外部裝置。

運算器是一個用於資訊加工的部件，它用來對二進位制的資料進行算術運算和邏輯運算，所以也叫做“算術邏輯運算部件”（Arithmetic Logic Unit，簡稱ALU）。它的核心部分是加法器。因為四則運算加、減、乘、除等演算法都歸結為加法與移位操作，所以加法器的設計是算術邏輯線路設計的關鍵。

控制器產生各種控制訊號，指揮整個計算機有條不紊地工作。它的主要功能是根據人們預先編制好的程式，控制與協調計算機各部件自動工作。控制器按一定的順序從主儲存器中取出每一條指令並執行，執行一條指令是通過控制器發出相應的控制命令串來實現的。因此，控制器的工作過程就是按預先編好的程式，不斷地從主儲存器取出指令、分析指令和執行指令的過程。

計算機要進行資訊加工，就要通過輸入裝置把原始資料和程式存入計算機的儲存器中。輸入裝置的種類很多，如鍵盤、軟磁碟、U盤、光碟等等。

輸出裝置是將計算機中的二進位制資訊轉換為使用者所需要的資料形式的裝置。它將計算機中的資訊以十進位制、字元、圖形或表格等形式顯示或打印出來，也可記錄在磁碟或光碟上。輸出裝置可以是印表機、CRT顯示器、繪圖儀、磁碟、光碟等等。它們的工作原理與輸入裝置正好相反，它是將計算機中的二進位制資訊轉換為相應的電訊號，以十進位制或其他形式記錄在媒介物上。許多裝置既可以作為輸入裝置，又可以作為輸出裝置。

從廣義上說，軟體是指為執行、維護、管理、應用計算機所編制的所有程式和資料的總和。通常按功能分為系統軟體和應用軟體。

系統軟體就是用來擴大計算機的功能，提高計算機的工作效率以及方便使用者使用計算機的軟體。

作業系統是維持計算機執行的必備軟體，它具有三大功能：管理計算機硬、軟體資源，使之能有效地被應用；組織協調計算機各組成部分的執行，以增強系統的處理能力；提供各種實用的人機介面，為使用者操作提供方便。作業系統軟體包括程序管理、儲存管理、裝置管理、檔案管理和作業管理等五個部分。

故障診斷程式負責對計算機裝置的故障及對某個程式中的錯誤進行檢測、辨認和定位，以便操作者排除和糾正。

編譯程式將高階語言編寫的源程式翻譯成由機器語言組成的目標程式。高階語言是一種通用的程式設計語言，它不依賴於具體的計算機，具有較好的可移植性。但高階語言必須配置了相應的編譯程式後才能在計算機上使用，例如C語言等。

應用軟體是為解決某個應用領域中的具體任務而編制的程式，如各種科學計算機程式、資料統計與處理程式、情報檢索程式、企業管理程式、生產過程自動控制程式等。由於計算機已應用到幾乎所有的領域，因而應用程式是多種多樣的。目前應用軟體正向標準化、模組化方向發展，許多通用的應用程式可以根據其功能組成不同的程式包供使用者選擇。應用軟體是在系統軟體的支援下工作的。

與軟體有關概念：

（1）機器語言。機器語言是一種用二進位制形式表示的，並且能夠直接被計算機硬體識別和執行的語言。機器語言與計算機的具體結構有關，計算機不同，該機器語言也不相同。

（2）組合語言。組合語言是一種將機器語言符號化的語言，它用便於記憶的字母、符號來代替數字編碼的機器指令。組合語言的語句與機器指令一一對應，不同的機器有不同的組合語言。用匯編語言編寫的組合語言源程式，必須經過彙編程式的翻譯將其變換為機器語言目標程式，才能夠被機器執行。

（3）指令。指揮計算機進行基本操作的命令稱為指令。一條指令包括操作碼和地址碼兩部分。其中，操作碼部分表示該指令要完成的操作是什麼；地址碼部分通常用來指明參與操作的運算元所存放的記憶體地址或暫存器地址。

（4）程式。程式是為解決某一問題而設計的一系列有序的指令或語句的集合。例如，要用計算機來解決某個問題時，要將處理步驟編成一條條指令，組成程式。

（5）高階程式設計語言。高階程式設計語言是一類與面向使用者，與特定機器屬性相分離的程式設計語言。因為它與機器指令之間沒有直接的對應關係，所以可以在各種機型中通用。

（6）語言處理程式。語言處理程式的作用是將使用者利用高階語言編寫的源程式轉換為機器語言程式碼序列，然後由計算機硬體加以執行。不同的高階語言有不同的語言處理程式。

（7）語言處理方式。語言處理方式有解釋和編譯。解釋方式是對源程式的每條指令邊解釋（翻譯為一個等價的機器指令）邊執行，這種語言處理程式稱為解釋程式，如BASIC語言。

編譯方式是將使用者源程式全部翻譯成機器語言的指令序列，成為目標程式。執行時，計算機直接執行目標程式。這種語言處理程式稱為編譯程式，目前，大部分程式設計語言採用編譯方式。