作者
Stephanie Susnjara
Author
Ian Smalley
Senior Editorial Strategist
什么是计算机硬件？
计算机硬件是构成计算机系统的物理组件，使计算机能够执行输入、输出、处理和存储等基本功能。
核心元件包括中央处理器 (CPU)、随机存取存储器 (RAM)、存储驱动器（例如硬盘驱动器、固态硬盘）和将它们连接起来的系统主板。用户通过输入设备与计算机进行交互，如键盘、鼠标、触摸屏和扫描仪。显示器、打印机和扬声器等输出设备向用户提供信息。网络硬件，包括路由器、交换机和网络接口卡 (NIC) 可实现系统通信。
与硬件不同，软件由程序和指令组成，其功能在于驱动硬件执行特定任务。硬件是有形的，负责执行实际计算工作；软件则是无形的，通过逻辑和命令赋予硬件“生命”。
如今，计算机硬件已远远超出了传统台式计算机的范畴。它为从企业服务器和云数据中心到智能手机、互联汽车、智能医疗设备和其他物联网 (IoT) 技术的一切提供支持。计算硬件的广泛整合塑造了企业运营以及人们生活、工作和保持联系的方式。对于企业业务而言，硬件不仅仅是幕后的东西，它还是运营的支柱，能够实现高效的数据流并推动创新。
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计算机硬件简史
现代计算机硬件时代始于 20 世纪 40 年代，当时大量大型机主要由政府和研究机构使用。这些工作站价格昂贵且体积庞大，限制了它们在特殊环境中的使用。20 世纪 50 年代和 60 年代，电子器件取得了重大进步，计算机变得更小、更可靠、更易使用。
20 世纪 70 年代和 80 年代，微处理器的发明推动了 IBM® PC 等个人计算机的发展，为个人用户和小型企业带来了强大的计算能力。
20 世纪 90 年代和 21 世纪初，网络硬件呈爆炸式增长，互联网兴起，彻底改变了人们的沟通方式和公司的运营方式。数据中心和企业服务器成为必不可少的 IT 基础设施，而笔记本电脑和便携式硬件设备使计算变得更加易于访问和实用。
近年来，云计算通过将存储和计算能力转移到远程数据中心，减少了对物理基础设施的需求。然而，这些云服务仍然依赖于大量高度专门化的物理硬件。同时，移动设备、连接传感器和嵌入式系统使得计算比以往任何时候都更加个性化。
如今，AI 优化处理和边缘计算等创新正在重塑企业分析数据和提供洞察分析的方式。硬件继续发展，变得更强大、更高效，并无缝集成到日常生活和工作中。量子计算代表了下一个前沿领域，它引入了全新的硬件架构，能够解决传统系统无法解决的问题。
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硬件类型
计算机硬件通常分为内部组件和外部组件。内部硬件位于计算机机箱内部，其中包括负责处理功能和存储功能的组件。外部硬件包括从外部连接到计算机的外围设备，以支持交互并扩展性能。
所有这些类型的硬件组件都在操作系统 (OS) 的控制下协同工作；操作系统是管理计算机资源并为用户提供界面的主要软件。
内部计算机硬件
中央处理器 (CPU)：CPU 是计算机的大脑，负责执行指令和进行计算。它管理和协调计算机执行的大多数任务。现代 CPU 包含数十亿个微型晶体管，这些晶体管充当电子开关，以令人难以置信的高速度处理数据和运行指令。
系统主板：系统主板是连接所有计算机内部组件的主电路板。它允许 CPU、内存、存储设备和其他硬件部件之间进行通信。
随机存取存储器 (RAM)：随机存取存储器 (RAM) 临时保存 CPU 主动使用的数据，从而加快程序执行速度。
存储驱动器（HDD、SSD）：存储驱动器用于长期数据存储，包括文件和应用程序。其主要有两种类型：硬盘驱动器 (HDD) 和固态驱动器 (SSD)。HDD 使用旋转磁盘，通常速度较慢，但它们以更低的成本提供更多的存储空间。而 SSD 使用没有移动部件的非易失性闪存来存储数据，从而使其速度更快、更耐用、更节能。
图形处理单元 (GPU)：图形处理单元 (GPU)，通常称为显卡，负责渲染图像、视频和 3D 图形。这对于游戏、图形设计和涉及视觉计算的任务尤其重要。GPU 有两种形式：集成式（内置于 CPU 中）和专用式（提供更好性能的独立显卡）。
电源装置 (PSU)：PSU 将来自插座的电能转换为计算机内部组件可用的能源，确保各个部件都能接收正确的电压和电流。
冷却系统：冷却组件可防止硬件在运行过程中过热。此类系统包括散热片（将热量从处理器中带走的金属组件）和风扇（使空气循环以散热）。液体冷却系统使用循环流体更有效地带走热量，使其成为高性能系统的理想选择。
扩展卡：这些附加电路板可插入系统主板扩展插槽，以增加可用性。常见的类型包括声卡（用于增强音频）、网络接口卡（用于有线或无线网络）和采集卡（用于记录视频输入）。
外部计算机硬件
输入和输出端口 (I/O)：通过输入/输出端口 (I/O)，外部设备可连接到计算机，以便进行通信和数据传输。常见的 I/O 端口包括 USB 端口、HDMI、以太网和音频插孔。这些端口支持各种外部组件，从显示器和打印机到存储装置和音频设备。
显示器：显示器显示计算机的可视输出，允许用户与软件交互、查看媒体和监控系统活动。
键盘：键盘允许用户输入文本、数字和命令。大多数键盘包括功能键、数字键和用于系统导航的快捷键组合。
鼠标和触控板：鼠标可让用户控制光标，并通过指向、点击和滚动与屏幕元素互动。触控板提供的功能与笔记本电脑上以平坦表面响应手指移动的功能相同。
打印机和扫描仪：打印机可生成数字文件的实体副本，而扫描仪则可将实体文件或图像数字化，以便以电子方式进行编辑、存储或共享。
外部存储设备：外部存储设备包括 USB 闪存驱动器、SD 卡、存储卡和外部 SSD 或 HDD。其中许多设备，尤其是 USB 驱动器、SD 卡和外置 SSD，使用闪存存储为传输、备份或扩展计算机的文件容量提供便携式选项。
音频设备：扬声器、耳机和麦克风可实现声音输出和输入。这些设备的范围从基本的内置选项到满足专门音频需求的高保真外部系统。
网络设备：路由器、调制解调器和网络交换机将计算机连接到本地网络和互联网，促进设备与在线服务之间的数据交换。
网络摄像头和摄像机：这些视觉输入设备可捕捉静态图像和视频，用于通信、内容创建和安保应用。
游戏控制器：游戏手柄、操纵杆和 VR 控制器等专用输入设备可支持游戏和模拟应用程序实现直观的控制力。
硬件与软件：有什么区别？
硬件是指计算机系统中执行任务和处理数据的物理组件；软件则由计算机程序和指令组成，可支持硬件执行特定操作。硬件负责构建基础，软件则负责定义系统应采取的行动。
例如，当运行文字处理应用程序时，软件会告诉 CPU 如何在屏幕上显示文本和保存文档。同样，当您玩视频游戏时，软件会指示 GPU 渲染图像，而硬件则处理数据并输出视频。
什么是硬件虚拟化？
随着软件的进步，现在可以创建硬件的虚拟版本，从而允许单个物理系统运行多个虚拟环境。这一过程称为硬件虚拟化，可以更有效地利用资源，并增加企业管理基础设施的灵活性。
通过使用虚拟机管理程序将资源分配给不同的虚拟机 (VM)，组织可以降低硬件成本、改进可扩展性并提高运营效率。虚拟化已成为现代计算的基石，尤其是在云环境、数据中心和企业 IT 系统中。IBM® Cloud、Microsoft Azure、Google Cloud 和 Amazon Web Services (AWS) 等领先的云服务提供商依靠硬件虚拟化来提供可扩展的按需计算资源，以及现代化的应用程序和服务。
商用计算机硬件
在商业环境中，计算机硬件是指支持基本运营的物理部件。技术基础设施包括服务器、数据存储系统和网络设备等装置，这些装置对于管理数据、运行应用程序和确保可靠的系统性能至关重要。
企业级硬件通常比消费级设备更强大，可提供更高的可靠性、冗余性和先进的管理功能。为了平衡性能、安全性和成本，许多企业现在采用混合云方法，将本地部署基础设施与基于云的服务相结合。
一种越来越受欢迎的模式是硬件即服务 (HaaS)，它允许企业以订阅方式从托管服务提供商 (MSP) 处租赁或租用硬件。该解决方案消除了对大量前期资本投入的需求，同时确保能够获得最新的技术。HaaS 还简化了维护工作流程，并随着 IT 需求的发展提供灵活性。
随着人工智能 (AI) 在企业环境中得到更广泛的采用，专用硬件（如 GPU 服务器和 AI 加速器）正在成为业务基础设施的标准部分。这些组件支持高级分析、机器学习 (ML) 和流程自动化，从而提高了效率和创新能力。