5.1.3 计算机系统的组成
一个完整的计算机系统应该包括两大部分，即计算机硬件系统和计算机软件系统。计算机硬件系统指的是构成计算机的物理设备，而计算机软件系统指的是运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总和。
1．计算机硬件系统的组成
在一台计算机中，硬件部分主要由输入系统、输出系统、运算器、控制器和存储器组成。各部件之间的结构关系如图5-2所示。
图5-2 计算机硬件系统
（1）运算器
运算器主要负责对信息进行加工处理，从内存储器得到需要加工的数据，对数据进行算术运算和逻辑运算，并将最后的结果送回到内存储器中。运算器通常由ALU（算术/逻辑单元，包括累加器、加法器等）、通用寄存器（不包含地址寄存器）、多路转换器、数据总线组成。
（2）控制器
控制器是中央处理器的核心，它控制和协调整个计算机的动作，是分析和执行指令的部件，也是统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件，所依据的是机器指令。控制器的组成包含程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序部件、微操作控制信号形成部件（PSW）和中断机构。
根据产生微操作控制信号的方式不同，控制器可以分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型3种。其中存储逻辑型也称为微程序控制型，增加了控制存储器，用来存放控制机器指令执行的微程序。
现在的控制器和运算器是被制造在同一块超大规模集成电路中，统称为中央处理器，即CPU（Central Processing Unit）。
（3）内存储器
内存储器直接与运算器相连接，存储容量比较小，但速度快，存储现场操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。
（4）外存储器
外存储器作为内存储器的辅助，其特点是存储容量大，但速度不高，主要是存储需要长期保存和暂时不用的各种信息。
（5）输入设备
输入设备将人们的信息形式变换成计算机能接收并识别的信息形式。目前常用的输入设备是键盘、鼠标、扫描仪及模数转换器等。
（6）输出设备
输出设备把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来，常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统等。
（7）总线和接口
计算机总线是一组连接以上各个部件的公共通信线。按总线相对于CPU或其他芯片的位置可分为内部总线（Internal Bus）和外部总线（External Bus）两种。在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为内部总线；而外部总线是指CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通信的通路。由于CPU通过总线实现程序取指令、内存/外设的数据交换，在CPU与外设一定的情况下，总线速度是制约计算机整体性能的最大因素。
2．计算机的工作原理
现在的计算机大多数基于冯·诺依曼结构，它的特点如下。
·采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据都可以送进运算器运算。
·数据以二进制数形式表示。
·指令由操作码和地址码组成。
·指令按照顺序存储，由指令计数器指明当前需要执行指令的地址，通过改变指令计数器来改变程序的流程。
·计算机以运算器为中心，输入、输出设备和存储器之间的数据传送需要通过运算器。
3．计算机软件系统的组成
计算机软件按其功能分为系统软件和应用软件两大类，其中系统软件主要功能是对整个计算机系统进行调度、管理、监视及服务等，包括操作系统、编辑、编译程序、故障诊断、监控程序、数据库、各类接口软件和工具组等。应用软件是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序，是指除了系统软件以外的所有软件，由各种应用软件包和面向问题的各种应用程序组成。
（1）系统软件
为了方便用户控制和管理计算机的各种资源，充分发挥计算机系统的功能，围绕计算机系统本身开发的程序系统叫做系统软件。
系统软件具有两大特点，一是通用性，其算法和功能不依赖特定的用户，无论哪个应用领域都可以使用；二是基础性，其他软件都是在系统软件的支持下开发和运行的。
系统软件是构成计算机系统必备的软件，如我们经常使用的操作系统（例如Windows XP、Windows 7、Linux和UNIX等）、程序设计语言（例如C++、Visual Basic、Java等）、数据库管理系统（例如Oracle、MySQL、SQL Server、Sybase等）。
（2）应用软件
软件公司或用户为解决某类应用问题而专门研制的软件称为应用软件。常见的应用软件有文件处理软件（例如WPS、Word等）、网络应用软件（例如QQ、MSN、淘宝旺旺等）、人事管理软件、工程设计绘图软件、办公事务管理软件、图书情报检索软件、医用诊断软件、辅助教学软件、辅助设计软件、网络管理软件及实时控制软件等。