本節(jié)書摘來自華章計算機《Python語言程序設(shè)計》一書中的第1章，第1.2節(jié),作者：［美］梁勇（Y. Daniel Liang） 更多章節(jié)內(nèi)容可以訪問云棲社區(qū)“華章計算機”公眾號查看。

1.2　什么是計算機

關(guān)鍵點：計算機是存儲和處理數(shù)據(jù)的電子設(shè)備。
計算機包括軟件和硬件。通常，硬件包括計算機上能看到的物理元素，而軟件提供控制硬件并讓硬件執(zhí)行特定任務(wù)的不可見的指令。學(xué)習(xí)一種程序設(shè)計語言并不一定需要知道計算機的硬件知識，但是它可以幫助你更好地理解程序的指令在計算機和它的組件上所起的效果。本節(jié)介紹計算機硬件組件以及它們的功能。
一臺計算機包括下面的主要硬件組件（如圖1-1所示）。

• 中央處理器（CPU）
• 內(nèi)存（主存儲器）
• 存儲設(shè)備（例如：磁盤和光盤）
• 輸入設(shè)備（例如：鼠標(biāo)和鍵盤）
• 輸出設(shè)備（例如：顯示器和打印機）
• 通信設(shè)備（例如：調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)接口卡）

計算機的組件是通過一個被稱作總線的子系統(tǒng)互聯(lián)的。你可以認為總線是一套運行在計
算機組件之間的公路系統(tǒng)，數(shù)據(jù)和電信號沿著總線從計算機中的一個部分傳送到另一個部分。在個人計算機中，總線被內(nèi)嵌在計算機主板上，主板是將計算機的所有部件連接在一起的電路板，如圖1-2所示。

1.2.1　中央處理器
中央處理器（Central Processing Unit，CPU）是計算機的大腦。它從內(nèi)存中獲取指令然后執(zhí)行這些指令。CPU通常由兩個組件組成：控制單元（control unit）和算術(shù)邏輯單元（arithmetic/logic unit）。控制單元用來控制和協(xié)調(diào)除CPU之外其他組件的動作。算術(shù)邏輯單元用來完成數(shù)值運算（加法、減法、乘法、除法）以及邏輯運算（比較）。
現(xiàn)在的CPU都是內(nèi)嵌在一塊小小的硅半導(dǎo)體芯片上，這塊芯片上有數(shù)百萬個被稱作晶體管的小電子開關(guān)來處理信息。
每臺計算機都有一個內(nèi)部時鐘，該時鐘會以一個穩(wěn)定的速度發(fā)射電子脈沖。這些脈沖用于控制和同步各種操作的步調(diào)。時鐘速度越快，給定時間段內(nèi)執(zhí)行的指令就越多。時鐘速度的計量單位是赫茲（hertz，Hz），1赫茲相當(dāng)于每秒1個脈沖。20世紀(jì)90年代計算機的時鐘速度是以兆赫（MHz）來表示的（1兆赫茲就是100萬赫茲），但是隨著CPU速度的不斷提高，現(xiàn)在計算機的時鐘速度通常是以千兆赫（gigaherts，GHz）來表示的。Intel公司最新的處理器運行速度是3千兆赫（GHz）左右。
CPU最初被開發(fā)出來時只有一個核。核（core）是處理器中完成讀取指令和執(zhí)行指令的部分。為了提高CPU的處理能力，芯片制造商現(xiàn)在生產(chǎn)出來的CPU都有多個核。多核CPU是一個單獨的組件，它具有兩個或多個獨立的處理器。現(xiàn)在消費者的計算機通常都有兩個、三個甚至四個獨立的核。相信不久后，市場上就會提供有幾十個甚至幾百個核的CPU。
1.2.2　比特和字節(jié)
在討論內(nèi)存之前，讓我們先看看在計算機中是如何存儲信息（數(shù)據(jù)和程序）的。
實際上，一臺計算機除了一系列開關(guān)以外什么都沒有。每個開關(guān)都以兩種狀態(tài)存在：開或關(guān)。在計算機中存儲信息其實就是簡單地將一系列開關(guān)設(shè)置為開或關(guān)。如果這個開關(guān)是打開狀態(tài)，那它的值就是1。如果這個開關(guān)是關(guān)閉狀態(tài)，那它的值就是0。這些0和1都被解釋為二進制數(shù)系統(tǒng)中的數(shù)字，并稱為比特（二進制數(shù)）。
計算機中最小的存儲單元是字節(jié)。一個字節(jié)包含8個比特。一個像3這樣的小數(shù)字可以被存儲為一個單一的字節(jié)。為了存儲在單個字節(jié)中放不下的某個字節(jié)，計算機會使用多個字節(jié)存儲。
各種各樣的數(shù)據(jù)，例如：數(shù)字和字符，都被編碼成一個字節(jié)序列。作為一個程序員，你無需擔(dān)心數(shù)據(jù)的編碼和解碼過程，它們都是由計算機系統(tǒng)基于編碼表來自動完成的。編碼表是一套規(guī)則，這些規(guī)則用于控制計算機如何將字符、數(shù)字和符號翻譯成計算機真正能夠使用的數(shù)據(jù)。大多數(shù)規(guī)則會將每個字符翻譯成一個預(yù)定義的數(shù)值字符串。例如：在流行的ASCII碼中，字符C被表示為一個字節(jié)01000011。
計算機的存儲容量是以字節(jié)為單位的，如下所示：

• 千字節(jié)（kilobyte，KB）大約是1000字節(jié)。
• 兆字節(jié)（megabyte，MB）大約是100萬字節(jié)。
• 千兆字節(jié)或吉字節(jié)（gigabyte，GB）大約是10億字節(jié)。
• 太字節(jié)（百萬兆字節(jié)）（terabyte，TB）大約是萬億字節(jié)。

一頁Word文檔通常會占20KB，所以1MB可以存儲50頁的文檔而1GB可以存儲
50 000頁文檔。一部兩小時的高分辨率電影通常會占8GB，所以存儲20部電影需要160GB。
1.2.3　內(nèi)存
計算機的內(nèi)存由多個有序的字節(jié)序列構(gòu)成，這些字節(jié)序列用來存儲程序以及這個程序要處理的數(shù)據(jù)。你可以將內(nèi)存看作是計算機執(zhí)行程序的工作區(qū)。程序和數(shù)據(jù)必須在被CPU執(zhí)行之前放在計算機的內(nèi)存中。
內(nèi)存中的每個字節(jié)都有一個唯一的地址，如圖1-3所示。地址用來定位存儲和獲取數(shù)據(jù)的字節(jié)。因為可以以任意順序訪問內(nèi)存中的字節(jié)，所以內(nèi)存又被稱為隨機訪問內(nèi)存（RAM）。
現(xiàn)在的個人計算機通常都有至少1GB的RAM，但是安裝時它們通常多達2到4GB。一般來講，一臺計算機擁有的RAM越多，它的運行速度越快，但是對這個簡單的經(jīng)驗法則是有限制的。
內(nèi)存字節(jié)永遠非空，但是它的原始內(nèi)容可能對程序毫無意義。一旦有新的內(nèi)容放入內(nèi)存，那么內(nèi)存當(dāng)前的內(nèi)容就會丟失。
像CPU一樣，內(nèi)存是內(nèi)置在硅半導(dǎo)體芯片上的，這些芯片的表面上嵌有數(shù)百萬個靜態(tài)管。和CPU芯片比較，內(nèi)存芯片沒那么復(fù)雜，更慢也沒那么昂貴。

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1.2.4　存儲設(shè)備
計算機的內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)并不穩(wěn)定：一旦斷開系統(tǒng)電源，所有存儲（也可以稱為保存）在內(nèi)存中的信息都會丟失。程序和數(shù)據(jù)被永久地保存在存儲設(shè)備上，當(dāng)計算機真的要用到它們的時候再被移到內(nèi)存中，內(nèi)存的執(zhí)行速度還是比永久存儲設(shè)備快得多。
存儲設(shè)備主要有三種類型：

• 磁盤驅(qū)動器
• 光盤驅(qū)動器（CD和DVD）
• USB閃存

驅(qū)動器是操作像磁盤和CD這些介質(zhì)的設(shè)備。存儲介質(zhì)就是存儲數(shù)據(jù)或程序指令的地方。驅(qū)動器從這些介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)并且向這些介質(zhì)寫入數(shù)據(jù)。

磁盤
一臺計算機通常至少會有一個硬盤驅(qū)動器（如圖1-4所示）。硬盤驅(qū)動器用來永久地存儲數(shù)據(jù)和程序。比較新的計算機會有能存儲200GB到800GB數(shù)據(jù)的硬盤。硬盤驅(qū)動器通常安裝在計算機內(nèi)部，當(dāng)然也可以使用移動硬盤。

CD和DVD
CD的全稱是致密的盤片。光盤驅(qū)動器的類型有兩種：只讀光盤（CD-R）和可擦寫光盤（CD-RW）。只讀光盤只能用于存儲那些永久只讀的信息：內(nèi)容一旦被記錄到光盤上，用戶是不能修改它們的。可擦寫光盤可以像硬盤一樣使用，也就是說，可以向這類光盤寫入數(shù)據(jù)，還可以用新數(shù)據(jù)覆蓋這些數(shù)據(jù)。一張光盤的容量可以達到700MB。大多數(shù)新型的個人電腦都安裝了可擦寫光驅(qū)，它既支持只讀光盤也支持可擦寫光盤。

DVD的全稱是數(shù)字化多功能碟片或者數(shù)字化視頻磁盤。DVD和CD看起來很像，可以使用它們來存儲數(shù)據(jù)。一張DVD上可以保存的信息要比一張CD 保存的信息多，一張標(biāo)準(zhǔn)DVD的存儲容量是4.7GB。像CD一樣，DVD也有兩種類型：DVD-R（只讀）和DVD-RW（可重寫）。

USB閃存驅(qū)動器
通用串行總線（USB）連接器允許用戶將多種外部設(shè)備連接到計算機。可以使用USB來將打印機、數(shù)字照相機、外接硬盤驅(qū)動器，以及其他設(shè)備連接到計算機上。

USB閃存驅(qū)動器（flash drive）是用于存儲和傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備。閃存驅(qū)動器很小——大約就是一包口香糖的大小，如圖1-5所示。它就像移動硬盤一樣，可以插入計算機的USB端口。USB閃存驅(qū)動器目前可用的最大存儲容量能夠達到256GB。

1.2.5　輸入和輸出設(shè)備
用戶是通過輸入和輸出設(shè)備與計算機進行通信的。最常見的輸入設(shè)備是鍵盤（keyboard）和鼠標(biāo)（mouse）。最常見的輸出設(shè)備是顯示器（monitor）和打印機（printer）。

鍵盤
計算機鍵盤是一個用于輸入的設(shè)備，典型的鍵盤如圖1-6所示。精簡的鍵盤沒有數(shù)字小鍵盤。

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功能鍵（function key）位于鍵盤的最上邊一排，而且都是以F為前綴順序排列的數(shù)字。它們的功能取決于當(dāng)前使用的軟件。
修飾符鍵（modifier key）是特殊鍵（例如：Shift、Alt和Ctrl鍵），當(dāng)它和另一個鍵組合在一起同時按下時，就會改變另一個鍵的常用功能。
數(shù)字小鍵盤（numeric keypad）位于大多數(shù)鍵盤的右邊，是為了快速輸入數(shù)字的一套獨立按鍵集合，形式上很像一個計算器。
方向鍵（arrow key）位于主鍵盤和數(shù)字小鍵盤之間，在很多程序中用于上下左右地移動光標(biāo)。
插入鍵（Insert）、刪除鍵（Delete）、向上翻頁鍵（Page Up）和向下翻頁鍵（Page Down）都用在字處理和其他程序中，用來在字處理過程中實現(xiàn)插入文本和對象、刪除文本和對象以及向上翻頁和向下翻頁的功能。

鼠標(biāo)
鼠標(biāo)（mouse）是定點設(shè)備，用來在屏幕上移動被稱作光標(biāo)的圖形指針（通常是一個箭頭的形狀），或者用于單擊屏幕上的對象（例如：按鈕）來觸發(fā)它以完成這個動作。

顯示器
顯示器（monitor）顯示信息（文本和圖形）。屏幕分辨率和點距決定顯示器的質(zhì)量。

屏幕分辨率（screen resolution）指定顯示器設(shè)備水平尺寸和垂直尺寸上像素的個數(shù)。像素（“圖像元素”的簡稱）就是在屏幕上構(gòu)成圖像的小點。對于一個17英寸的屏幕，分辨率一般為1024像素寬768像素高。分辨率可以手工設(shè)置。分辨率越高，圖像就越銳化和清晰。
點距（dot pitch）是指像素之間以毫米為單位的距離。點距越小，顯示越清晰。
1.2.6　通信設(shè)備
計算機可以通過像撥號調(diào)制解調(diào)器（調(diào)制器/解調(diào)器）、DSL或光纜調(diào)制解調(diào)器、有線網(wǎng)絡(luò)接口卡或無線適配器等這樣的通信設(shè)備來連接網(wǎng)絡(luò)。

• 撥號調(diào)制解調(diào)器使用電話線并且以高達56 000bps（每秒比特）的速度傳送數(shù)據(jù)。
• 數(shù)字用戶線（DSL）也是使用標(biāo)準(zhǔn)電話線來進行連接，但是它可以以比標(biāo)準(zhǔn)撥號調(diào)制解調(diào)器快20倍的速度傳送數(shù)據(jù)。
• 光纜調(diào)制解調(diào)器使用由光纜公司維護的有線電視線，而且它通常比DSL快。
• 網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）是一個將計算機連接到局域網(wǎng)（LAN）的設(shè)備，如圖1-7所示。LAN通常用在大學(xué)、企業(yè)和政府部門。一個高速的NIC被稱作1000BaseT，它可以以每秒10億比特的速率傳送數(shù)據(jù)。

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無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在在家庭、企業(yè)和學(xué)校異常流行。現(xiàn)在出售的每一臺筆記本電腦都安裝有無線適配器，它可以將計算機連接到局域網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。
注意：檢查點問題的答案在配套網(wǎng)站上。
檢查點
1.1　什么是硬件？什么是軟件？
1.2　羅列出計算機的五個主要硬件組件。
1.3　縮寫“CPU”表示什么？
1.4　CPU的速度使用什么單位表示？
1.5　比特是什么？字節(jié)是什么？
1.6　內(nèi)存是干什么的？RAM表示什么？為什么內(nèi)存被稱為RAM？
1.7　用于表示內(nèi)存大小的單位是什么？
1.8　用于表示磁盤大小的單位是什么？
1.9　內(nèi)存和存儲設(shè)備最主要的區(qū)別是什么？

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《Python语言程序设计》——1.2　什么是计算机的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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