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计算机自1946年诞生以来，虽然其制造技术已经发生了巨大的变化，但就其体系而言，都基于同一个原理——存储程序的原理。这个原理是美籍匈牙利人冯·诺依曼在研究计算机的方案时提出的。计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分组成，如下图所示。图中实线箭头→代表数据或指令，在计算机内部表现为二进制数；虚线箭头 代表控制信号，在计算机内部起控制作用。
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通常将运算器和控制器集成在一起称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），而中央处理器和内存储器又组成了主机。输入设备、输出设备和外存储器合称为外部设备。
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运算器是一个用于信息加工的部件，主要完成算术运算和逻辑运算，并可以将运算的中间结果暂存在运算器内的寄存器中。运算器可以对二进制编码数据进行算术运算和逻辑运算。算术运算是指按照算术规则进行的运算，例如加减乘除四则运算。逻辑运算一般泛指非算术性运算，例如比较、移位、逻辑加、逻辑乘、逻辑反以及“异或”等操作。
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控制器是整个计算机系统的指挥中心，它指挥和控制计算机的各个部件自动、连续和协调地工作。其工作过程如下：
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④各个部件将运行情况（如完成或故障信息）反馈到控制器，正常转⑤，否则错误告警；
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⑤修改指令地址转①。经过上述过程就可以使得计算机连续地、有条不紊地工作。
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存储器可以分为内（主）存储器和外（辅助）存储器两大类。通常CPU只能直接访问内存中的数据，因此内存的存取速度直接影响计算机的运算速度。目前，大多数内存由半导体器件构成。内存具有容量小、存取速度快、停电后数据丢失的特点。通常外存不和计算机的其他部件直接交换数据，而是成批地与内存交换数据。常见的外存设备有软盘、硬盘、闪盘、光盘和磁带等。外存具有容量大、停电后数据不丢失，但存取速度慢的特点。
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输入设备的主要功能是接受用户输入的原始数据和程序，将人们熟悉的信息形式转换为计算机能够识别的信息形式并存放到内存中。目前常用的输入设备有键盘、鼠标、光笔、扫描仪、数码摄像机、触摸屏、数字化仪、麦克风、模数转换装置等。各种输入设备与主机之间通过相应的接口适配器相连接。
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输出设备的主要功能是把计算机处理后存放在内存中的运算结果或工作过程转变为人们能够接受的信息形式表现出来。目前常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和音响等。外存储器是计算机中重要的外部设备，它既可以作为输入设备，也可以作为输出设备。
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总之，计算机硬件系统是运行软件的基本物质平台。通过输入设备将程序和数据存入存储器；程序运行时，控制器从存储器中逐条取出指令，将其解释成一系列控制命令，去控制各部件的动作；数据在运算器中被加工处理，处理后的结果通过输出设备输出。这5大部件在控制器的统一指挥下有条不紊地自动工作。
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