计算机相关硬件

计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑计算机硬件部件组成。

一、中央处理器（CPU）（运算器、控制器）

（1）运算器

运算器是对数据进行加工处理的部件，它在控制器的作用下与内存交换数据，负责进行各类基

本的算术运算、逻辑运算和其他操作。在运算器中含有暂时存放数据或结果的寄存器。运算器由算

术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器等组成。ALU是用于

完成加、减、乘、除等算术运算，与、或、非等逻辑运算以及移位、求补等操作的部件

（2）控制器

控制器是整个计算机系统的指挥中心，负责对指令进行分析，并根据指令的要求，有序地、有

目的地向各个部件发出控制信号，使计算机的各部件协调一致地工作。控制器由指令指针寄存器、

指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。

二、存储器

主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是

由存储体、地址译码器 、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取

指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器（或辅助存储

器）。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。

三、输出设备

显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等

输出设备（OutputDevice）是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算

结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。

四、输入设备

键盘、扫描仪等设备

输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信

息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。

网络相关硬件

一、集线器（HUB）

集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号

进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

特点：

1、扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力，是—个标准的共享式设备 ，增加网络的节点数目；

2、所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待，传输效率低。如果是个 8口的HUB，那么每个端口得到的带宽就只有1/8的总带宽了；

3、 Hub只与它的上联设备(如上层Hub或交换机)进行通信，第一步是将信息上传到上联设备；第二步是 上联设备再将该信息广播到所有端口上。

4、不能保证数据传输的完整性和正确性。

二、交换机

交换机一般用于局域网中，主要功能是根据MAC地址来进行数据的转发和交换。

特点：

1、交换机的每一个端口所连接的网络都是独立的，也就是独享带宽；

2、交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播；

3、交换机根据MAC地址进行数据的转发，因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备。

三、路由器

路由器是一类网络互连设备，它基于OSI第3层地址在网络间传递数据分组。路由器能作出决定为

网络上的数据分组选择最佳传递路径，因为路由器根据网络地址转发数据。路由器的目的是检查每

一个进来的分组（第3层数据），为它们选择穿过网络的最佳路径，然后将它们交换到适当的出口。

在大型网络中，路由器是最重要的通信调节设备。实际上，路由器可以使任何种类的计算机与世界

上任何地方的其他计算机进行通信。

特点：

1、适用于大规模的网络；

2、为数据提供最佳的传输路径；

3、安全性高；

4、隔离不需要的通信量；

5、节省局域网的频宽；

6、安装和设置复杂；

7、价格较高。

路由器与交换机的区别

1、交换机工作在OSI第二层，路由器工作第三层。交换机的工作原理相对比较简单，而路由器具有更多的智能功能，如选择最佳的线路。

2、交换机利用物理地址来确定是否转发数据；路由器是使用IP地址。由网络管理员来分配的。

3、传统的交换机只能分割冲突域，而无法分割广播域；而路由器可以分割广播域

四、第三层交换机

三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。

交换原理：

假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址 与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层 的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出 ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请 求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址 发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得 以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机 的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。

三层交换机与路由器的区别

1、主要功能不同

三层交换机同时具备了数据交换和路由转发两种功能，但其主要功能还是数据交换；而路由器

仅具有路由转发这一种主要功能。

2、主要适用的环境不一样

三层交换机的路由功能通常比较简单，因为它所面对的主要是简单的局域网连接。路由器主要

是用于不同类型的网络之间。它最主要的功能就是路由转发，所以路由器的路由功能通常非常强大，

不仅适用于同种协议的局域网间，更适用于不同协议的局域网与广域网间。它的优势在于选择最佳

路由、负荷分担、链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。为了与各种

类型的网络连接，路由器的接口类型非常丰富，而三层交换机则一般仅同类型的局域网接口，非常

简单。

3、性能体现不一样

路由器和三层交换机在数据包交换操作上存在着明显区别。路由器一般由基于微处理器的软件

路由引擎执行数据包交换，而三层交换机通过硬件执行数据包交换。

三层交换机的性能要远优于路由器，非常适用于数据交换频繁的局域网中；而路由器虽然路由

功能非常强大，但它的数据包转发效率远低于三层交换机，更适合于数据交换不是很频繁的不同类

型网络的互联，如局域网与互联网的互联。

五、网关

网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互

连。基本功能是实现不同网络协议之间的转换。

特点：

1、将两个或多个在高层使用不同协议的网络段连接在一起的软硬件。

2、网关从一个网络收到数据包，重新打包成目的网络能接收并处理的格式。

3、理论上说，有多少种通信体系结构和应用层协议的组合，就可能有多少种网关。