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

1.2　什么是計算機

關鍵點：計算機是存儲和處理數據的電子設備。
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行特定任務的不可見的指令。學習一種程序設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）
• 內存（主存儲器）
• 存儲設備（例如：磁盤和光盤）
• 輸入設備（例如：鼠標和鍵盤）
• 輸出設備（例如：顯示器和打印機）
• 通信設備（例如：調制解調器和網絡接口卡）

計算機的組件是通過一個被稱作總線的子系統互聯的。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，數據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。它從內存中獲取指令然后執行這些指令。CPU通常由兩個組件組成：控制單元（control unit）和算術邏輯單元（arithmetic/logic unit）。控制單元用來控制和協調除CPU之外其他組件的動作。算術邏輯單元用來完成數值運算（加法、減法、乘法、除法）以及邏輯運算（比較）。
現在的CPU都是內嵌在一塊小小的硅半導體芯片上，這塊芯片上有數百萬個被稱作晶體管的小電子開關來處理信息。
每臺計算機都有一個內部時鐘，該時鐘會以一個穩定的速度發射電子脈沖。這些脈沖用于控制和同步各種操作的步調。時鐘速度越快，給定時間段內執行的指令就越多。時鐘速度的計量單位是赫茲（hertz，Hz），1赫茲相當于每秒1個脈沖。20世紀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最初被開發出來時只有一個核。核（core）是處理器中完成讀取指令和執行指令的部分。為了提高CPU的處理能力，芯片制造商現在生產出來的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
在討論內存之前，讓我們先看看在計算機中是如何存儲信息（數據和程序）的。
實際上，一臺計算機除了一系列開關以外什么都沒有。每個開關都以兩種狀態存在：開或關。在計算機中存儲信息其實就是簡單地將一系列開關設置為開或關。如果這個開關是打開狀態，那它的值就是1。如果這個開關是關閉狀態，那它的值就是0。這些0和1都被解釋為二進制數系統中的數字，并稱為比特（二進制數）。
計算機中最小的存儲單元是字節。一個字節包含8個比特。一個像3這樣的小數字可以被存儲為一個單一的字節。為了存儲在單個字節中放不下的某個字節，計算機會使用多個字節存儲。
各種各樣的數據，例如：數字和字符，都被編碼成一個字節序列。作為一個程序員，你無需擔心數據的編碼和解碼過程，它們都是由計算機系統基于編碼表來自動完成的。編碼表是一套規則，這些規則用于控制計算機如何將字符、數字和符號翻譯成計算機真正能夠使用的數據。大多數規則會將每個字符翻譯成一個預定義的數值字符串。例如：在流行的ASCII碼中，字符C被表示為一個字節01000011。
計算機的存儲容量是以字節為單位的，如下所示：

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

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　內存
計算機的內存由多個有序的字節序列構成，這些字節序列用來存儲程序以及這個程序要處理的數據。你可以將內存看作是計算機執行程序的工作區。程序和數據必須在被CPU執行之前放在計算機的內存中。
內存中的每個字節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據的字節。因為可以以任意順序訪問內存中的字節，所以內存又被稱為隨機訪問內存（RAM）。
現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驗法則是有限制的。
內存字節永遠非空，但是它的原始內容可能對程序毫無意義。一旦有新的內容放入內存，那么內存當前的內容就會丟失。
像CPU一樣，內存是內置在硅半導體芯片上的，這些芯片的表面上嵌有數百萬個靜態管。和CPU芯片比較，內存芯片沒那么復雜，更慢也沒那么昂貴。

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1.2.4　存儲設備
計算機的內存存儲數據并不穩定：一旦斷開系統電源，所有存儲（也可以稱為保存）在內存中的信息都會丟失。程序和數據被永久地保存在存儲設備上，當計算機真的要用到它們的時候再被移到內存中，內存的執行速度還是比永久存儲設備快得多。
存儲設備主要有三種類型：

• 磁盤驅動器
• 光盤驅動器（CD和DVD）
• USB閃存

驅動器是操作像磁盤和CD這些介質的設備。存儲介質就是存儲數據或程序指令的地方。驅動器從這些介質讀取數據并且向這些介質寫入數據。

磁盤
一臺計算機通常至少會有一個硬盤驅動器（如圖1-4所示）。硬盤驅動器用來永久地存儲數據和程序。比較新的計算機會有能存儲200GB到800GB數據的硬盤。硬盤驅動器通常安裝在計算機內部，當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據，還可以用新數據覆蓋這些數據。一張光盤的容量可以達到700MB。大多數新型的個人電腦都安裝了可擦寫光驅，它既支持只讀光盤也支持可擦寫光盤。

DVD的全稱是數字化多功能碟片或者數字化視頻磁盤。DVD和CD看起來很像，可以使用它們來存儲數據。一張DVD上可以保存的信息要比一張CD 保存的信息多，一張標準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閃存驅動器
通用串行總線（USB）連接器允許用戶將多種外部設備連接到計算機。可以使用USB來將打印機、數字照相機、外接硬盤驅動器，以及其他設備連接到計算機上。

USB閃存驅動器（flash drive）是用于存儲和傳輸數據的設備。閃存驅動器很小——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　輸入和輸出設備
用戶是通過輸入和輸出設備與計算機進行通信的。最常見的輸入設備是鍵盤（keyboard）和鼠標（mouse）。最常見的輸出設備是顯示器（monitor）和打印機（printer）。

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

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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字。它們的功能取決于當前使用的軟件。
修飾符鍵（modifier key）是特殊鍵（例如：Shift、Alt和Ctrl鍵），當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。
數字小鍵盤（numeric keypad）位于大多數鍵盤的右邊，是為了快速輸入數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）位于主鍵盤和數字小鍵盤之間，在很多程序中用于上下左右地移動光標。
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
鼠標（mouse）是定點設備，用來在屏幕上移動被稱作光標的圖形指針（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量。

屏幕分辨率（screen resolution）指定顯示器設備水平尺寸和垂直尺寸上像素的個數。像素（“圖像元素”的簡稱）就是在屏幕上構成圖像的小點。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　通信設備
計算機可以通過像撥號調制解調器（調制器/解調器）、DSL或光纜調制解調器、有線網絡接口卡或無線適配器等這樣的通信設備來連接網絡。

• 撥號調制解調器使用電話線并且以高達56 000bps（每秒比特）的速度傳送數據。
• 數字用戶線（DSL）也是使用標準電話線來進行連接，但是它可以以比標準撥號調制解調器快20倍的速度傳送數據。
• 光纜調制解調器使用由光纜公司維護的有線電視線，而且它通常比DSL快。
• 網絡接口卡（NIC）是一個將計算機連接到局域網（LAN）的設備，如圖1-7所示。LAN通常用在大學、企業和政府部門。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據。

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無線網絡現在在家庭、企業和學校異常流行。現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絡或互聯網。
注意：檢查點問題的答案在配套網站上。
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？字節是什么？
1.6　內存是干什么的？RAM表示什么？為什么內存被稱為RAM？
1.7　用于表示內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　內存和存儲設備最主要的區別是什么？

總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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