计算机的分类
根据实现方式
电子模拟计算机
主要是通过电压电流模拟实现连续的数值运算，常被一些实验室的科研人员所熟知
电子数字计算机
主要是通过模拟数字实现非联系的位运算，也就是我们所说的“电脑”
根据计算机效率、速度、适用性
专用计算机
专门为完成某一类工作而设计的，所以其完成这项工作的效率极高，但是其适用性就大打折扣了
通用计算机
并非是为完成莫一项任务而设计，能够兼容性完成多项任务
根据简易程度、性能
巨型机
通常也成为“超级计算机”，其结构复杂，运算速度极快，数据存储量大，但是体积也足够庞大
大型机
中型机
微型机
简称为“微机”，就是常见的个人计算机（PC），其是由大规模的集成电路组成的体积较小的计算机
单片机
最为简单的计算机，其主要是集成电路组成，以至于其体积小，结构简单
根据用途
个人计算机
服务器
嵌入式计算机
计算机系统结构中的 8 个伟大思想
面向摩尔定律的设计
摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度
计算机设计者必须预测其设计完成时的工艺水平，而不是设计开始时的。
使用抽象简化设计
提高硬件和软件生产效率的主要技术之一是使用抽象来表示不同的设计层次，在高层次中看不到低层次的细节，只能看到一个简化的模型
优化大概率事件
优化大概率事件往往比优化小概率事件更能提高性能
通过并行提高性能
通过流水线提高性能
通过预测提高性能
如果预测准确率高，且从误预测恢复执行代价不高，则通过猜测的方式提前开始某些操作，要比等到确切消息才开始要快一些。
通过冗余提高可靠性
任何一个物理器件都有可能失效，可以通过冗余部件的方式提供系统的可靠性。比如牵引挂车后轮两边的双轮胎
存储器层次
程序员希望存储器速度快、容量大、价格便宜。设计师通过存储器层次解决这些相互矛盾的需求：速度最快但容量小、价格昂贵的存储器处于顶层，速度最慢但容量大、价格便宜的存储器处于最底层
计算机的数制系统
二进制数在物理上最容易实现：例如，可以只用高、低两个电平表示”1”和”0”，也可以用脉冲的有无或者脉冲的正负极性表示它，而相反的，十进制数需要物理元件有十个状态来分别表示0-9，实现难度大
计算机硬件系统
冯诺依曼结构把计算机的硬件分为 5 个经典部件：输入设备(Input)、输出设备(Ouput)、存储器(Memory)、数据通路也叫运算器(Datapath)和控制器(Control)。
输入设备（Input）
将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机，并转换为二进制格式写入存储器中。常见的输入设备有键盘、鼠标器、光电输入机、磁带机、磁盘机、光盘机等。
输出设备（Ouput）
将计算机的运算中间结果或最终结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息展示给用户。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱、投影仪等。
输入输出设备合称 I/O 设备，通过 I/O 指令操作 I/O 设备，有的设备既是输入又是输出，如耳麦、触摸屏等
存储器（Memory）
存储器用于存储数据和指令。详见：计算机基础——存储系统
运算器（Datapath）
负责对数据进行运算，包括加、减、乘、除等数学算术运算，与、或、非等逻辑运算
控制器（Control）
负责指导运算器、存储器、I/O 设备按照程序的指令正确执行
计算机硬件实物
显示器
图形显示器是一种输出设备，顾名思义是显示图形界面的。
像素是图像元素的最小单元，显示器的每个像素由晶体管控制电流。屏幕由成千上万的像素组成的矩阵而形成。
显示器分辨率是指包含的像素数量，像素越多，画面就越精细。显示屏尺寸固定时，分辨率越高，图像越清晰。
图片的分辨率是指图片中包含的像素数量。
主板
主板，又称主机板(Main Board)、系统板(System Board)或母板(Mother Board），是计算机最重要的部件之一。主板上包含了计算机的主要电路系统，所有的计算机其他组件必须直接或间接依赖主板，计算机的性能主要取决于主板。主板其实可以看作一个设有多个接口的电路板，其中主要包括芯片、插槽、外设接口三大类组件。
芯片类主要有：
BIOS 芯片（
BIOS（Basic Input/Output System）），即基本输入/输出系统芯片它是一个存储器，内部保存着与主板搭配的基本输入输出系统程序，这个程序由芯片制造商制作并固化在芯片上的；也可以说 BIOS 其实是一个底层软件，用于控制计算机的底层的输入输出操作，这个软件可以识别各种硬件，还可以设置引导系统的设备，系统时间以及调整 CPU 外频等。因为 BIOS 是存储在 BIOS 芯片中的，而不是类似其他的外部存储器中，所以通常称为“固件（Firmware）”。随着技术的不断发展，现在的 BIOS 也支持重新写入，可以使计算机获得更好的性能和支持。
南/北桥芯片
两个通信桥梁上的两个芯片，合称芯片组。南桥芯片主要负责硬盘等存储设备和 PCI 之间的数据流通；北桥芯片主要负责处理 CPU、内存和显卡三者间的数据流通，一般发热量较大，位于散热装置附近。
RAID 控制芯片，主要用于支撑硬盘。
插槽类主要有：
CPU 插槽
用于安装 CPU 部件，CPU 部件必须与主板相互兼容才可以安装。
内存插槽
主要用于安装内存条的卡槽，内存种类、数量和容量都有内存插槽决定。
PCI 插槽
主要用于安装调制解调器、声卡、网卡等设备。PCI Express插槽主要用于安装显卡部件。
外设接口主要有：
硬盘接口
硬盘接口可分为 IDE 接口和 SATA 接口，现在大多都是 SATA 硬件驱动器接口，这个接口的传输数据效率更高
COM 接口（串口）
COM 接口用于连接串行鼠标和外置调制解调器（Modem）等设备，基本被淘汰
PS/2 接口
PS/2 接口用于连接键盘或鼠标，台式机存在
USB 接口
USB接口使用较为广泛，大多数外置设备都支持这个接口，该接口支持即插即用
LPT 接口（并口）
LPT 接口用于连接打印机或扫描仪等
MIDI 接口。
MIDI 接口主要用于 MIDI 设备，用于与其它控制设备相互通信。
综上所述，主板在计算机中起到了举足轻重的作用，通过各种控制信号来管理各种电子容器，从而达到不同的效果，几乎所有的外设接口都直接或间接的与主板相关联，大部分的硬件设备必须与主板相兼容才能正常运行，也可以说主板可以决定其它的部件。主板可以看着各个部件协调工作的场所，提供各个不仅相互协调工作的数据流通，主板内部自身供电装置维护其内部 BIOS 的运行。
CPU
CPU 是中央处理器（Central Processing Unit）的英文缩写，它是整个计算机的运算核心和控制核心。其主要功能是解释计算机指令以及处理程序中的数据。
CPU 由运算器（包含寄存器）和控制器以及总线组成
CPU 的工作过程分为提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）四个步骤。
内存条
内存条是计算机中最为主要的存储器，内存、主存通常指的就是内存条。
在计算机中主要作用是缓冲数据和数据交换，主要负责硬盘等存储器与 CPU 通信的临时数据的传输或存储。程序在运行时会将与程序相关的指令信息加载到内存中，CPU 直接与内存进行通信，来提取指令信息并执行，CPU 在内存中通过直接寻址的方式进行提取指令信息。举个最简单的例子就是我们写入一个记事本文件时，如果没有保存则其记事本中的字符信息都保存在内存中，当保存后才会写到硬盘上。
显卡
显卡全称显示接口卡，也称显示适配器、显示器配置卡，是 PC 中一个重要的组件，主要用于将计算机系统输出的信息进行转换并向显示器提供扫描信号。显卡基本上包括 GPU（Graphic Processing Unit，图形处理器）和显存两个重要部件。
GPU，即图形处理器，相对应 CPU 的一个概念，在早期图形处理部分主要由 CPU 来完成，而现在图形处理变得越来越重要，所以必须一个核心的图形处理器来完成这个工作，从而减少对 CPU 的依赖，所以就出现了 GPU，主要用于将输出信号进行几何转换和光照处理以及像素和色彩渲染等处理。显存是显示内存的简称，其和内存的作用基本一致，其主要用于暂时存储显示芯片要处理的数据和处理完毕的数据，通常情况下显存越大其图形显示的性能就越强。
现在的显卡基本分为独立显卡、集成显卡两大类，其中集显就是将显示芯片、显存等集成在主板上；独显则是将显示芯片、显存等坐在一个插卡上，通过主板接口插槽插入运行，当然现在也有双显卡兼容工作的模式。
声卡
声卡，亦称为音频卡，是多媒体技术中的基本组成部分，实现声波/数组信号相互转换的一种组件。声卡主要用于将原始声音数据转换为声音信号并输出到不同的声响设备。声卡主要包括声音控制芯片、数字信号处理器等部件组成。
声音控制芯片主要将从输入设备中获取的声音模拟信号通过模数转换器，将声波信号转换为一串数字信号并存储在储存器中；数字信号处理器是一种声音数字处理器，将信号交由该处理器处理减轻了 CPU 的工作负担。
现在声卡基本分为板卡式、集成式和外置式三种接口类型。
网卡
网卡，全称网络接口板，又称通信适配器或网络接口卡（NIC，Network Interface Card）。网卡是计算机进行网络通信必备的硬件设备，它属于网络协议（OSI模型）中的链路层组件，主要用于网络中电信号的匹配、传输、编码和解码等工作。
网卡主要有处理器和存储器两大部件组成，其中存储器，也就是网卡的ROM中保存着该网卡的基本信息，其中有标识该网卡唯一的MAC地址，是一个独一无二的48位串行号（任何两块网卡的MAC地址都不会重复）；处理器则用于对电信号进行传输、解码以及编码工作（在网络通信中实际传输的是电信号，由网卡负责将电信号进行编码和解码）。
网卡在局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而在计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以窗口并行传输方式进行的。所以网卡的一个重要功能就是进行串行/并行转换。网卡一般具备数据的封装和解封、链路管理以及编码（曼彻斯特编码）和移码三大功能。
现在的网卡基本分为有线网卡和无线网卡两种，其中有线网卡则为标准通用化网卡设备，无线网卡主要是一个电信号接受和发送的设备，其标准主要使用数据传输速率来衡量。
计算机软件系统
计算机指令
计算机采用的是二进制数，每个符号是一个二进制位。处理器执行的最底层的指令均是由一个个的二进制位组成的一组二进制串。
软件的发展
第一代程序员直接通过二进制串与计算机通信。虽然后来发明了符合人类思维的助记符（汇编语言：以助记符形式表示的计算机指令），但依然要手工将助记符翻译成二进制，此过程仍然非常繁琐。再后来又发明了汇编程序，可以自动将助记符翻译成二进制。
汇编语言需要程序员像计算机一样思考，写出计算机执行的每一条指令。再后来又发明了高级编程语言及其编译程序，高级编程语言是对指令集的一种抽象，例如循环、函数、面向对象等
高级编程语言的好处：
程序员可以用更自然的语言来思考，用英文和代数符号来表示，程序更像是文字而不是密码
提高生产效率
提高程序相对计算机的独立性，编译程序能够把高级语言程序翻译成任何计算机的二进制元指令
软件分类
计算机的软件系统可以分为系统软件和应用软件两大类，计算机硬件只能执行极为简单的低级指令，从复杂的应用程序到简单的低级指令，需要经过几个软件层次将复杂的高层次操作逐步解释或翻译成简单的计算机指令。
系统软件
系统软件是指提供常用服务的软件，包括操作系统、编译程序、加载程序和汇编程序等。系统软件位于应用软件和硬件之间。
操作系统封装了I/O操作、存储器分配和其他低级的系统功能细节，使得应用程序员无需在这些细节上分心。
编译程序将高级语言编写的应用软件翻译成计算机指令。
应用软件
应用软件层通常有多层，比如：数据库系统在操作系统之上，数据库管理软件又在数据库系统之上。