第一章

一、計算機的發(fā)展、應(yīng)用與組成

（一）計算機的發(fā)展與應(yīng)用1.計算機的發(fā)展歷程

多年來，人們習(xí)慣于以計算機主機所使用的主要元器件為著眼點，把計算機的發(fā)展劃分

成為四代：

第一代（約1946?1957年）是電子管計算機的時代。其特征是采用電子管作為運算和邏

輯元件，數(shù)據(jù)表示主要是定點數(shù)，用機器語言和匯編語言編寫程序，主要用于科學(xué)和工程計

算。

第二代（約1958?1964年）是晶體管計算機的時代。其特征是用晶體管代替電子管作為

運算和邏輯元件，軟件方面出現(xiàn)了FORTRAN、ALGOL和COBOL等高級程序設(shè)計語言，

除了科學(xué)計算之外，計算機被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，同時還開始用于過程控制。

第三代（約1965?1970年）是中、小規(guī)模集成電路計算機時代。其特征是用集成電路代

替了分立元件，用半導(dǎo)體存儲器取代了磁心存儲器，軟件方面，操作系統(tǒng)日益成熟，多道程

序、并行處理、多處理機、虛擬存儲系統(tǒng)以及面向用戶的應(yīng)用軟件的發(fā)展，大大提高了計算

機的性能。這一時期計算機在科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、過程控制等領(lǐng)域都得到了更加廣泛的應(yīng)

用。

第四代（約1971年開始）是大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路計算機時代。其特征是

以大規(guī)模集成電路LSI（LargeScaleIntegration）和超大規(guī)模集成電路VLSI（VeryLargeScale

Inte-gration）作為計算機的主要功能部件;軟件方面發(fā)展了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、網(wǎng)

絡(luò)軟件等;特別是80年代個人計算機的出現(xiàn)，以及90年代計算機網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，使計算

機應(yīng)用領(lǐng)域進一步向縱深發(fā)展。

學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已不再沿用“第X代計算機'’的說法。人們正在研究開發(fā)的新一代計算

機系統(tǒng)，主要著眼于機器的智能化，它以知識處理為基礎(chǔ)，具有智能接口，它可以模擬或部

分替代人的智能活動，并具有自然的人機通信能力。

2.計算機的發(fā)展趨勢

(1)計算機的處理速度不斷提高

(2)計算機體積不斷縮小

(3)計算機的價格將持續(xù)下降

(4)計算機的信息處理功能走向多媒體化

(5)計算機與通信相結(jié)合，計算機應(yīng)用進入“網(wǎng)絡(luò)計算時代”

網(wǎng)絡(luò)計算的應(yīng)用模式對計算機、網(wǎng)絡(luò)、乃至整個信息社會，將產(chǎn)生巨大的深遠的影響。

3.計算機的應(yīng)用

按照傳統(tǒng)的說法，計算機的應(yīng)用可以歸納為下述幾個主要方面：

(1)科學(xué)計算

(2)數(shù)據(jù)處理

(3)自動控制

(4)計算機輔助設(shè)計與輔助制造(CAD/CAM)

(5)智能模擬

近幾年來，隨著計算機性能/價格比的迅速提高，光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機網(wǎng)

絡(luò)的逐步成熟，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的不斷普及，許多發(fā)達國家競相建設(shè)各種形式的信息基礎(chǔ)設(shè)施，

有效地開發(fā)利用信息資源，加快推進社會的信息化進程。我國是發(fā)展中國家，工業(yè)化、信息

化水平還不高，我們要面對挑戰(zhàn)，不失時機地推進信息化進程，用信息化促進現(xiàn)代化，提高

綜合國力，參與世界競爭。

(二)計算機的組成與分類

1.計算機的組成

計算機硬件指有形的物理設(shè)備，是計算機系統(tǒng)中所有實際物理裝置的總稱，可以是電子

的、電磁的、機電的或光學(xué)的元件/裝置或者由它們所組成的計算機部件。例如，計算機的

處理器芯片、存儲器芯片、底板(母板)、各類擴充板卡、機箱、鍵盤、鼠標器、顯示器、打

印機、軟盤、硬盤等都是計算機的硬件。

計算機軟件指在硬件上運行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔，其中程序是讓計算機硬件完成

特定功能的指令序列，數(shù)據(jù)是程序處理的對象。軟件是計算機系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

(1)中央處理器(CPU)

處理器主要由運算器和控制器兩部分組成。運算器用來對數(shù)據(jù)進行各種

算術(shù)運算和邏輯運算，它也稱為執(zhí)行單元?？刂破魇侵笓]中心，它能解釋指令的含義，

控制運算器及其他部件的工作，記錄內(nèi)部狀態(tài)等。另外，為了暫存運算的中間結(jié)果，處理器

中還包含幾十個甚至上百個“寄存器”，用來臨時存放正在處理的數(shù)據(jù)。

大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得處理器的所有組成部分都能集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，這

樣的處理器稱為“微處理器例如Intel公司的Pentium(奔騰)處理器。

一臺計算機中可能包含多個微處理器，它們各有不同的任務(wù)。其中承擔(dān)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用

軟件運行任務(wù)的處理器稱為中央處理器(CentralProcessingUnit,CPU),它是任何一臺計算

機必備的核心部件。

常用的PC機，其CPU僅由?個處理器組成，為了提高計算機的速度，CPU也可以由

2個、4個、8個甚至幾百個、幾千個處理器組成，這種具有多個處理器同時執(zhí)行程序的計

算機系統(tǒng)稱為多處理器系統(tǒng)。依靠多個處理器并行地運行程序是實現(xiàn)超高速計算的一個重要

方向，稱為“并行處理

（2）主存儲器和輔助存儲器

計算機中的存儲器分為兩大類:主存儲器（簡稱主存）和輔助存儲器（簡稱輔存）。主存是存

取速度快而容量相對較?。ㄒ蛉萘刻螅杀緦⑹职嘿F）的一類存儲器，輔存則是存取速度

較慢但容量很大的一類存儲器。

主存儲器也稱為內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存），它直接與CPU相連接，是計算機中的工作存儲

器，當(dāng)前正在運行的程序與數(shù)據(jù)都必須存放在主存內(nèi)。CPU工作時，所執(zhí)行的指令及操作

數(shù)都是從主存中取出的，處理的結(jié)果也存放在主存中。

輔助存儲器也稱為外存儲器（簡稱外存），其存儲容量很大，存放著計算機系統(tǒng)中幾乎所

有的信息。計算機執(zhí)行程序和加工處理數(shù)據(jù)時，輔存中的信息需要先傳送入主存后才能被

CPU使用。

（3）輸入輸出設(shè)備

輸入/輸出設(shè)備簡稱I/O（Input/Output）設(shè)備，這些設(shè)備是計算機與外界（人或其他設(shè)備，包

括另一臺計算機）聯(lián)系和溝通的橋梁，用戶通過輸入/輸出設(shè)備與計算機系統(tǒng)互相通信。輸入

是把信息送入計算機的過程。輸入設(shè)備是指用戶能向計算機輸入信息的設(shè)備。

輸出是從計算機送出信息的過程。輸HI設(shè)備一般是指能從計算機中輸出可直接識別的信

息的設(shè)備。

由于有機械傳動或物理移位等動作過程，相對而言，輸入/輸出設(shè)備是計算機系統(tǒng)中運

轉(zhuǎn)速度最慢的部件。

（4）總線

這是所說的總線指的是“系統(tǒng)總線''（也稱為“底板總線”），它是CPU、存儲器與各類I/O

設(shè)備控制器之間相互交換信息的一組公用的信號線。系統(tǒng)總線上有3類信號:數(shù)據(jù)信號、地

址信號和控制信號，負責(zé)傳輸這些信號的線路分別稱為數(shù)據(jù)線、地址線和控制線，協(xié)調(diào)與管

理計算機各部件通過總線傳輸信息還需要??個總線控制器。

2.計算機的分類

計算機的分類有兩種。一種是按其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進行分類，如單處理機與多處理機(并

行機)、16位機、32位機或64位計算機等。另一種是按計算機的性能和作用進行分類。1989

年11月IEEE提出一個分類報告，它根據(jù)計算機在信息處理系統(tǒng)中的地位與作用，考慮到

計算機分類的演變過程和可能的發(fā)展趨執(zhí)，把計算機分成6大類。

⑴巨型計算機(Supercomputer)

(2)小巨型機(MiniSupercomputer)

(3)主機(Mainframe)

(4)超級小型計算機(SuperMinicomputer)

(5)工作站(Workstation)

(6)個人計算機(PersonalComputer)

由于計算機聯(lián)網(wǎng)使用II益廣泛,許多計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計成為基于計算機網(wǎng)絡(luò)的客戶機

/服務(wù)器模式(Client/server)。在這種系統(tǒng)中，巨型機、小巨型機、主機均可作為系統(tǒng)的服務(wù)

器使用，超級小型機及高檔工作站則可用作部門級服務(wù)器，個人計算機和低檔工作站則用作

客戶機，它們直接面向用戶，通過聯(lián)網(wǎng)共享后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)資源和計算機資源。鑒于客戶

機/服務(wù)器系統(tǒng)的盛行，一些計算機廠家專門設(shè)計生產(chǎn)了稱為“服務(wù)器''的類計算機產(chǎn)品，

它們的存儲容量大、網(wǎng)絡(luò)通信能力強、可靠性好，運行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，性能/價格比高。其

中有一類是由高檔PC機提升而成的，稱為PC服務(wù)器，很適合中小部門的計算機應(yīng)用系統(tǒng)

使用。

3.微處理器和PC機

微處理器(乂加叩《?^$。1')簡稱gP或MP,通常是指以單片大規(guī)模集成電路制成的具有

運算和控制功能的處理器。如果把處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路等都集成在單塊芯

片上，則稱之為單片計算機，也叫單片機，它們多半應(yīng)用于嵌入方式的場合(如智能儀表、

智能玩具)。1992年Intel公司研制成Pentium微處理器是PC機世界中最重要的事件。Pentium

微處理器與80486完全兼容，它采用0.8nm的BiCMOS工藝，在一個芯片上集成了310萬

個晶體管，封裝在273個引腳的PGA包裝內(nèi)。Pentium微處理器的地址總線為36位，同時

也支持64位物理地址空間，數(shù)據(jù)總線64位，內(nèi)部有兩個定點流水線和一個浮點流水線運算

器，采用兩個相互獨立的可以同時訪問的指令和數(shù)據(jù)超高速緩存，時鐘頻率可以是120MHz、

133MHz、150MHz、166MHz、200MHz,運算速度已超過100MIPS。

近10年來，微處理器和PC機又有了新的發(fā)展，例如Intel公司先后推出了Pentium

MMX(多能奔騰)、PentiumPro(高能奔騰)和PentiumII、PentiumIILPentiumIV微處理器,

以這些芯片為CPU的PC機，時鐘頻率更高，處理速度更快，不但能高速處理數(shù)值和字符

信息，而且更加適合于三維圖形顯示、語言識別及視頻信號壓縮等多媒體信息處理方面的應(yīng)

用，使PC機的性能又提高到了一個新的水準。

4.PC機的性能參數(shù)

測量一臺PC機的性能是極為復(fù)雜的任務(wù)，它與PC機的硬件、軟件及處理對象都有密

切的關(guān)系。從硬件的角度來說，PC機的主要性能參數(shù)包括：

(l)CPU字長

(2)CPU速度

(3)主存容量與速度

(4)Cache存儲器性能

(5)硬盤存儲器性能

(6)系統(tǒng)總線的傳輸速率

(7)系統(tǒng)的可靠性

(三)PC機軟件

1.軟件的功能與分類

PC機軟件與一般計算機軟件沒有本質(zhì)的區(qū)別，它的功能主要有4個方面:

（1）對計算機硬件資源進行控制與管理，提高計算機資源的使用效率，協(xié)調(diào)計算機各組

成部分的工作（操作系統(tǒng)）。

（2）向用戶提供盡可能方便、靈活的計算機操作使用界面（操作系統(tǒng)）。

（3）為專'業(yè)人員提供開發(fā)計算機應(yīng)用軟件的工具和環(huán)境（軟件工具與環(huán)境）。

（4）為用戶完成特定應(yīng)用的信息處理任務(wù)（應(yīng)用軟件）。

軟件的分類有多種。粗略地分，可以把軟件區(qū)分為兩個大類:系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件。

2.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件中最重要的是操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、實用程序與工具軟

件等。

3.通用應(yīng)用軟件

流行的通用應(yīng)用軟件大致可分為:文、表、圖、網(wǎng)、統(tǒng)計等幾大類。下表列出了有代表

性的通用應(yīng)用軟件，有代表性的通用應(yīng)用軟件分類名稱

文字處理WPS,Word.Wordperfect,Amipro,PageMaker電子表格Excel,Lotusl23,...

繪圖軟件Paintbrush,AutoCAD,Photoshop.CorelDraw,…網(wǎng)絡(luò)通信OutlookExpress,

InternetExplorer,FTP,…簡報軟件PowerPoint,ShowPartner,…統(tǒng)計軟件SPSS.SAS.

BMDP,...

二、二進制及數(shù)值信息的表示和運算

（一）二進制

1.什么是二進制

二進制的基數(shù)是“2”，它只使用兩個不同的數(shù)字符號，即。和1,而且二進制數(shù)是“逢二

進一

2.二進制數(shù)的運算

對二進制數(shù)有兩種不同類型的運算處理:算術(shù)運算和邏輯運算。

3.不同進位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制整數(shù)可以采取“除以2取余法”。

十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制小數(shù)，可以采取“乘以2取整法”，把給定的十進制小數(shù)不斷乘

以2,取乘積的整數(shù)部分作為二進制小數(shù)的最高位，然后把乘積小數(shù)部分再乘以2,取乘積

的整數(shù)部分，得到二進制小數(shù)的第二位，重復(fù)上述過程，就可以得到希望的位數(shù)，有時得到

的是近似值。八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法很簡單，只要把每一個八進制數(shù)字改寫成等值

的3位二進制數(shù)即可，且保持高、低位的次序不變。八進制數(shù)字與二進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下:

(0)8=000(1)8=001(2)8=010(3)8=011

(4)8=100(5)8=101(6)8=110(7)8=111

十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法與八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法類似,只要把每?

個十六進制數(shù)字改寫成等值的4位二進制數(shù)即可，且保持高、低位的次序不變。十六進制數(shù)

字與二進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下：

(0)16=0000(1)16=0001(2)16=0010(3)16=0011

(4)16=0100(5)16=0101(6)16=0110(7)16=0111

(8)16=1000(9)16=1001(A)16=1010(B)16=1011

(C)16=I100(D)16=l101(E)16=ll10(F)16=llll

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù),整數(shù)部分從低位向高位方向每3位用一個等值的八進制數(shù)來

替換，最后不足3位時在高位補0湊滿3位;小數(shù)部分從高位向低位方向每3位用一個等值

的十六進制數(shù)來替換，最后不足3位時在低位補0湊滿3位。

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù),整數(shù)部分從低位向高位方向每4位用?個等值的十六進制

數(shù)來替換，最后不足4位時在高位補0湊滿4位;小數(shù)部分從高位向低位方向每4位用一個

等值的卜六進制數(shù)來替換，最后不足4位時在低位補0湊滿4位。

二進制數(shù)與八進制數(shù)、十六進制數(shù)有很簡單、直觀的對應(yīng)關(guān)系。二進制數(shù)太長，書寫、

閱讀、記憶均不方便;八進制、卜六進制卻像十進制數(shù)一樣簡練，易寫易記。必須注意，計

算機中只使用二進制一種計數(shù)制，并不使用其他計數(shù)制，但為了開發(fā)程序、調(diào)試程序、閱讀

機器內(nèi)部代碼時的方便，人們經(jīng)常使用八進制或十六進制來等價地表示二進制，所以大家也

必須熟練地掌握八進制和卜六進制。

4.二進制信息的計量單位

二進制的每一位(即“0”或"1”)是組成二進制信息的最小單位，稱為1個“比特”(bit),或稱

“位元”，簡稱“位”，一般用小寫的字母“b”表示。比特是計算機中處理、存儲、傳輸信息的

最小單位。

另一種稍大些的二進制信息的計量單位是“字節(jié)”(Byte),也稱“位組”，一般用大寫字母

“B”表示。一個字節(jié)等于8個比特。

在信息處理系統(tǒng)中，使用各種不同的存儲器來存儲二進制信息時，使用的度量單位是比

字節(jié)或字大得多，經(jīng)常使用的單位有：

“千字節(jié)"(KB),1KB=210字節(jié)=1024B

“兆字節(jié)”(MB),1MB=220字節(jié)=1024KB

“吉字節(jié)，，(GB),1GB=230字節(jié)=1024MB(千兆字節(jié))“太字節(jié)”(TB),1TB=24O字節(jié)

=1024GB(兆兆字節(jié))

在網(wǎng)絡(luò)中傳輸二進制信息時，由于是一位一位串行傳輸?shù)模瑐鬏斔俾实亩攘繂挝慌c上述

單位有所不同，且使用的是十進制。經(jīng)常使用的速度單位有：

“比特/秒”(b/s),有時也稱“bps”。如2400bps(2400b/s),9600bps(9600b/s)等。

“千比特/秒”(kb/s),lkb/s=103比特/秒=1000b/s

“兆比特/秒”(Mb/s),lMb/s=106比特/秒=1000kb/s

“吉比特/秒”(Gb/s),lGb/s=109比特/秒=1000Mb/s

“太比特/秒”(Tb/s),lTb/s=1012比特/秒=1000Gb/s

在計算機內(nèi)部對二進制信息進行運算和處理時，使用的單位除了位(比特)和字節(jié)之外，

還經(jīng)常使用"字''作為單位。以80x86或Pentium微處理器為例，處理器可直接進行操作處理

的數(shù)據(jù)單位有5種:位(dit)、字節(jié)(Byte)、字(Word)、雙字(DoubleWord)和四字(QuadWord)。

(二)數(shù)值信息在計算機內(nèi)的表示

1.整數(shù)(定點數(shù))的表示

整數(shù)不使用小數(shù)點，所以它也叫做“定點數(shù)”。計算機中的整數(shù)分為兩類:不帶符號的整

數(shù)(UnsignedInteger),帶符號的整數(shù)(SignedInteger)?

不帶符號的整數(shù)常用于表示地址等正整數(shù)，它們可以是8位、16位甚至32位08個二

進位表示的正整數(shù)其取值范是0—255(28-1),16個二進位表示的正整數(shù)其取值范是0?

65535(216-1),32個二進位表示的正整數(shù)其取值范是0?232-k

帶符號的整數(shù)必須使用一個二進位作為其符號位，一般總是最高位(最左面的一位)，“0”

表示“+”(正數(shù))，力”表示(負數(shù))，其余各位則用來表示數(shù)值的大小。

為了內(nèi)部運算處理方便，負整數(shù)在計算機內(nèi)不止利表示方法。上面的表示法稱為“原

碼”,另外的兩種方法分別叫做“反碼”和"補碼

負數(shù)使用反碼表示時，符號位仍為“1”,但絕對值部分卻正好與原碼相反("0”變?yōu)?1”,“1”

變?yōu)椤?”)。

負數(shù)使用補碼表示時，符號位也是力”，但絕對值部分卻是反碼的個位加T”后所得到的

結(jié)果。注意:正整數(shù)無論采用原碼、反碼還是補碼及示，其編碼都是相同的，并無區(qū)別。

還有一種整數(shù)也經(jīng)常在計算機內(nèi)使用，稱為“二進制編碼的十進制''整數(shù)（BinaryCoded

Decimal,簡稱BCD整數(shù)），它使用4個二進位表示1個十進制數(shù)字，符號的表示仍與上相

同。

2.實數(shù)（浮點數(shù)）的表示

實數(shù)也叫浮點數(shù)，因為它的小數(shù)點位置不固定。

一個實數(shù)總可以表達成一個純小數(shù)和一個乘嘉之積。

任意一個實數(shù)，在計算機內(nèi)部都可以用“指數(shù)”（這是整數(shù)）和“尾數(shù)”（這是純小數(shù)）來表示,

這種用指數(shù)和尾數(shù)表示實數(shù)的方法叫做“浮點表示法所以，在計算機中實數(shù)也叫做“浮點

數(shù)”，而整數(shù)則叫做“定點數(shù)

由于指數(shù)可以選用不同的編碼（原碼、補碼等），尾數(shù)的格式和小數(shù)點位置也可以有不同

規(guī)定，因此，浮點數(shù)的表示方法不是惟一的。不同計算機可以有不同的規(guī)定，這就引起了相

互間數(shù)據(jù)格式的不兼容性。為此，美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）制訂了有關(guān)浮點數(shù)表示

的工業(yè)標準IEEE754,已被當(dāng)代所有各類處理器采用。

浮點數(shù)的長度可以是32位、64位甚至更長，位數(shù)越多，可表示的數(shù)值的范圍越大，精

度也越高。

（三）整數(shù)的性質(zhì)和運算

1.整數(shù)補碼表示的數(shù)學(xué)意義

無符號二進制整數(shù)的原碼，其編碼與數(shù)值之間的關(guān)系如E

設(shè)KnKn-1...KIK0是一個無符號二進制整數(shù)，S是它相應(yīng)的十進制數(shù)值，則

S=Knx2n+Kn-1x2n-l+...+K1x21+K0x20

其中的Kj（j=n,n-1,...1,0）只能為。或1,Kn是最高位，KO是最低位（個位）。

KnKn-1...KIKO用來表示帶符號整數(shù)時，Kn是符號位，Kn-1...KIK0則為數(shù)值位。

若KnKn-1...KIKO表示的是原碼編碼的整數(shù)，則十進制數(shù)值S與編碼的關(guān)系是：

S=KJI-1x2n-l+...+Klx21+K0x20(當(dāng)Kn=0)

S=-(Kn-lx2n-1+…+K1x21+K0x20)

(當(dāng)Kn=l)

但是，如果Knn-1…KIKO表示的是補碼編碼的整數(shù)時，不論符號位Kn如何，卜進

制數(shù)值S與編碼的關(guān)系可以統(tǒng)一地表示成為：

S=Knx(-2n)+Kn-lx2n-l+...+K1、21+K0x20采用補碼表示的n位二進制帶符號整數(shù)

的有效范圍是：-2n-l<S<2n-l-1

計算機在整數(shù)運算過程中，若結(jié)果超出此允許范圍，則稱為發(fā)生“溢出”。

2.整數(shù)的算術(shù)、邏輯運算

(1)不同長度整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

一般而言，短整數(shù)可以轉(zhuǎn)換成長整數(shù)表示，而反過來卻不行。短整數(shù)轉(zhuǎn)換成長整數(shù)表示

的方法是:把符號位向左擴充至所需要的長度為止。

(2)整數(shù)的變號操作

所謂“變號操作”是指將該整數(shù)變成絕對值相同但符號相反的另一個整數(shù)。變號操作又叫

“取負”運算，它的處理方法是:將該整數(shù)的每一個二進位變反，然后在最末位(個位)力口1,其

結(jié)果即為所求值。

(3)整數(shù)的移位操作

移位操作有多種，按照移位方向來分，移位操作可分成左移、右移兩大類;按照操作性

質(zhì)則又可區(qū)分為算術(shù)移位、邏輯移位和循環(huán)移位等不同類型。它們有些只對整數(shù)進行，有些

則可以對任何二進制數(shù)進行。

(4)邏輯運算

邏輯運算(又叫布爾運算)總是按位進行處理的，即對應(yīng)位之間進行規(guī)定的邏輯運算，不

考慮位與位之間的進位。常用的基本邏輯運算有4種:“非”運算(NOT)、"或''運算(OR)、“與”

運算(AND)、“按位加”運算(XOR),它們都非常簡單。

(5)整數(shù)加法

兩個帶符號整數(shù)相加的運算方法很簡單，只需從低位到高位把所有位(包括符號位)相

加，逢2進1,最高位產(chǎn)生的進位忽略不計。

(6)整數(shù)減法

兩個帶符號整數(shù)相減的運算方法也很簡單，只需先把減數(shù)變號，然后再與被減數(shù)相加即

可。

(7)整數(shù)乘法

兩個無符號整數(shù)的乘法很簡單，它與日常用紙和筆進行乘法幾乎沒有什么不同。

(8)整數(shù)除法

對于補碼表示的兩個帶符號整數(shù)，其除法運行比乘法還要復(fù)雜一些。下面是算法的簡單

描述(假設(shè)被除數(shù)和除數(shù)都是n位)：

①把除數(shù)(補碼)放入寄存器M,把被除數(shù)從n位擴展成2n位長的補碼后放入寄存器A

和Q,高位部分放入A(全0或全1),低位部分放入Q。②把寄存器A和Q向左移1位。

③如果A和M同號，執(zhí)行A=A-M,否則執(zhí)行A=A+M。

④執(zhí)行上一步操作的前后，若A的符號保持不變，或者A和Q(高位部分)的結(jié)果都是0,

則操作成功，令Q0=l；否則操作不成功，恢復(fù)A原來的內(nèi)容，并令Q0=0。⑤重復(fù)上述步

驟②?④共n次，結(jié)束。

除法結(jié)束后，寄存器A中存放的是余數(shù)，寄存器Q中是得到的商。若被除數(shù)與除數(shù)異

號，則商為負數(shù)，所以應(yīng)再對Q取補。不論何種情況，被除數(shù)、除數(shù)、商和余數(shù)總滿足下

面的公式:被除數(shù)=商乂除數(shù)+余數(shù)

（四）實數(shù)的性質(zhì)和運算

1.實數(shù)（浮點數(shù)）的性質(zhì)

下表所示是Pentium微處理器中32位浮點數(shù)和64位浮點數(shù)的一些性質(zhì)。

32位浮點數(shù)64位浮點數(shù)

符號階碼尾數(shù)數(shù)值

符號階碼

尾數(shù)數(shù)值

+00全0全000全0全00

-11全0全001全0全00

+80全1全0+oo0全1全0+oo

-oo1全1全O-ool全1全0-<?

規(guī)格化的

非0正實數(shù)0（XEvf0ve

（l.f）

規(guī)格化的

非0負實數(shù)10<E<e<-21-2e-127(l.f)>

非規(guī)格化的

非0正實數(shù)00單)2-126(O.f)00及02-1022

(O.f)

非規(guī)格化的非0負實數(shù)10f^0-2-126(O.f)1Of￥O-2-1022

(l.f)

2.實數(shù)(浮點數(shù))的四則運算

浮點數(shù)的加、減運算要比定點數(shù)(整數(shù))復(fù)雜得多。下面只做簡要介紹。

設(shè)浮點數(shù)A=Asx2Ea,B=Bsx2Eb則

和數(shù)C=(Asx2Ea-Eb+Bs)x2Eb,差D=(As、2Ea-Eb-Bs?2Eb(若EaWEb)

或者：

和數(shù)C=(AsxBsx2Eb-Eb)x2Ea，差D=(As-Bs*2Eb-Ea62Ea(若Ea>Eb)一般說來，

浮點數(shù)的加、減運算有如下幾個步驟：

(1)檢測A和B中有無0,若A=0,則C=B,若B=0,則C=A。運算結(jié)束。

(2)計算兩數(shù)階碼之差，,若d>0,則將尾數(shù)Bs向右移d位，若d<0,則

將尾數(shù)As向右移-d位，若d=0,則As和Bs均不移位。這個過程叫做“對階

(3)兩尾數(shù)相加或相減。

(4)把結(jié)果進行規(guī)格化。對于Pentium微處理器來說，若結(jié)果尾數(shù)絕對值小于1,則尾數(shù)

不斷左移且階碼不斷減1,直至尾數(shù)絕對值大于或等于1；若結(jié)果尾數(shù)絕對值大于或等于2,

則尾數(shù)右移1位且階碼加1。

注意:兩浮點數(shù)加/減忖，在結(jié)果規(guī)格化的過程中，可能會發(fā)生“上溢”或“下溢浮點數(shù)

的乘/除法比加/減法稍簡單?些，其公式為:

乘積=(AsxBs)x2Ea+Eb商=(As/Bs)'2Ea+Eb處理過程如下:

⑴檢測A和B中有無0,若AS=0,則乘積（商尸0,運算結(jié)束;若BS=0,乘法時乘積=0,

除法時商為8,運算結(jié)束

（2）計算兩數(shù)階碼之和（或差）。（3）兩尾數(shù)相乘或相除。

（4）把結(jié)果進行規(guī)格化。即，若結(jié)果尾數(shù)絕對值小于1,則尾數(shù)不斷左移且階碼不斷減

1；若結(jié)果尾數(shù)絕對值大于或等于2,則尾數(shù)右移且階碼加L

注意:兩浮點數(shù)乘/除時，在階碼相加（減）的過程中，或者在結(jié)果規(guī)格化的過程中，可能

會發(fā)生“上溢”或“下溢”。

浮點數(shù)運算過程中，為了保證浮點數(shù)運算的精度，當(dāng)尾數(shù)右移時，對移出的位還需進行

“舍入”處理。

三、字符和文本的表示

（一）西文字符的編碼

西文是由拉丁字母、數(shù)字、標點符號及一些特殊符號所組成的，它們統(tǒng)稱為“字

符”（Character）。所有字符的集合叫做“字符集”。字符集中每一個字符各有一個代碼（即字符

的二進制表示），它們互相區(qū)別，構(gòu)成了該字符集的代碼表，簡稱碼表。

目前計算機中使用得最廣泛的西文字符集及其編碼是ASCII碼，即美國標準信息交換

碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）?它已被國際標準化組織（ISO）批準為

國際標準，稱為ISO-646標準，它適用于所有拉丁文字字母，已在全世界通用。我國相應(yīng)的

國家標準是GB1988（稱為《信息處理交換用的七位編碼字符集》標準）。

（二）漢字的編碼

1.GB2312-80漢字編碼

1981年我國頒布了《信息交換用漢字編碼字符集?基本集》(GB2312-80)。該標準選出

6763個常用漢字和682個非漢字字符，為每個字符規(guī)定了標準代碼，以供這7445個字符在

不同計算機系統(tǒng)之間進行信息交換使用。這個標準所收集的字符及其編碼稱為國際碼，又叫

做國際交換碼。

2.BIG5漢字編碼

BIG5漢字編碼是我國臺灣地區(qū)計算機系統(tǒng)中使用的漢字編碼字符。它包含了420個圖

形符號和13070個漢字(不使用簡化漢字)。

3.漢字的輸入/輸出

(1)漢字的輸入

漢字輸入編碼方法大體分成4類。①數(shù)字編碼，這是一類用一串?dāng)?shù)字來表示漢字的編碼

方法，例如電報碼、區(qū)位碼等，它們難以記憶，不易推廣。②字音編碼，這是一種基于漢語

拼音的編碼方法，簡單易學(xué)，適合于非專業(yè)人員。缺點是同音字引起的重碼多，需增加選擇

操作。③字形編碼，這是將漢字的字形分解歸類而給出的編碼方法，重碼少、輸入速度快，

但編碼規(guī)則不易掌握，五筆字形法和表形碼就是這類編碼。④形音編碼，它吸取了字音編碼

和字形編碼的優(yōu)點，使編碼規(guī)則簡化、重碼減少，但掌握起來也不容易。

漢字輸入編碼與漢字內(nèi)碼、漢字交換碼完全是不同范疇的概念，不能把它們混淆起來。

⑵漢字的輸出

每一個漢字的字形都必須預(yù)先存放在計算機內(nèi)，一套漢字(例如GB2312國標漢字字符

集)的所有字符的形狀描述信息集合在一起稱為字形信息庫，簡稱字庫(font)。不同的字體(如

宋體、仿宋、楷體、黑體等)對應(yīng)著不同的字庫。在輸出每??個漢字的時假，計算機都要先

到字庫中去找到它的字形描述信息，然后把字形信息送去輸出。

在計算機內(nèi)漢字的字形主要有兩種描述的方法:點陣字形和輪廓字形。

Windows中使用的TrueType字庫采用的就是典型的輪廓字形表示方法。點陣字形和輪

廓字形這兩種類型的字庫目前都廣泛使用。

(三)通用編碼字符集(UCS)與Unicode

1.通用編碼字符集(UCS)

ISO/IEC10646,即“通用編碼字符集”(UniversalCodedCharacterSet,即UCS),及等同

采用該國際標準的中國國家標準GB13000的設(shè)計目標，就是實現(xiàn)所有字符在同一字符集中

等長編碼、同等使用的真正多文種信息處理。UCS規(guī)定了全世界現(xiàn)代書面語言文字所使用

的所有字符的標準編碼。

Z.Unicode

通用編碼字符集是一個由各種大小字符集組成的編碼體系。能容納足夠多的各種字符

集，四字節(jié)的編碼(UCS-4)可以安排13億個字符。

但是，四字節(jié)的字符編碼太浪費存儲空間了，它也給處理和傳輸帶來了很大不便。因此,

在UCS編碼空間中把00組的00平面稱為基本多文種平面(BasicMultilingualPlane,BMP),

并規(guī)定，當(dāng)組編碼、平面編碼均為00H時可以省略，因此安排在基本多文種平面上的字符

只需要使用兩個字節(jié)來表示，這就形成了一個雙字節(jié)編碼的字符集，它是UCS的子集，記

做UCS-2,又稱做Unicode(統(tǒng)?碼，或聯(lián)合碼)。

3.中日韓統(tǒng)一漢字編碼字符集(CJK編碼)

UCS(Unicode)中的表意文字部分采用的是中日韓統(tǒng)一漢字編碼(稱為CJK編碼)。所謂漢

字的統(tǒng)一編碼是指，不論國家和地區(qū)，不論漢字的字義有無區(qū)別，只要字形相同，該漢字就

只有一個代碼。

4.GB18030-2000編碼

GB18030-2000編碼標準在原來的GB2312-1980編碼標準和GBK編碼標準的基礎(chǔ)上進

行了擴充，增加了四字節(jié)部分的編碼。它可以完全映射國際標準ISO10646(UCS)的基本平面

和所有輔助平面，共有160多萬個碼位。

(四)文本

1.簡單文本（純文本）

最簡單的文本除了可顯示/打印的ASCII字符（漢字）及“回車”、“換行”、“制表”等用于格

式控制的有限幾個ASCH字符之外，幾乎不包含任何其他信息。這種文本常常稱為純文本

或ASH文本，文件的后綴名是.txt。

2.豐富格式文本

為了使文本能以整齊、醒目、美觀、大方的形式展現(xiàn)給用戶閱讀，人們需要對純文本進

行必要的加工，這個過程稱為文本的格式化，或者稱為排版。經(jīng)過上述處理后的文本一般稱

為“豐富格式文本”（RichTextFormat）。山于屬性標志和控制命令并不統(tǒng)一，因此不同的文本

處理軟件得到的豐富格式文本互不兼容。為了便于不同的豐富格式文本能在不同的軟件和系

統(tǒng)中互相交換使用，特地提出了一種中間格式，稱為RTF格式，所有在PC機上流行的文

字處理軟件，都可以輸入和輸出RTF文件，從而達到了文件交換的目的。

超文本（Hypertext）采用一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（非線性結(jié)構(gòu)）來組織信息?采用這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，各

信息塊很容易按照其內(nèi)容的關(guān)系加以組織。它山若干文本塊（或其他信息）組成，這些文本塊

可以是計算機的一個文件或文件的一部分，它們稱為“節(jié)點每個節(jié)點都有若干指向其他節(jié)

點或從其他節(jié)點指向該節(jié)點的指針，這些指針稱為“鏈每個鏈連接著兩個節(jié)點，它是有向

的，從?個節(jié)點（稱之為源節(jié)點）指向另一個節(jié)點（稱之為目的節(jié)點。鏈的數(shù)量與節(jié)點的內(nèi)容有

關(guān)，有些節(jié)點與其他節(jié)點有許多關(guān)聯(lián)，因此它就有許多鏈;有些節(jié)點沒有啟程鏈，只能作為

目的節(jié)點。

節(jié)點中的數(shù)據(jù)不僅可以是文字，而且可以是圖形、圖像、聲音、動畫或動態(tài)視頻，這就

把超文本的節(jié)點推廣到了多媒體的形式，這種基于多媒體信息節(jié)點的超文木，有時稱為“超

媒體”（Hy-permedia）。

四、聲音信息的表示

（一）數(shù)字聲音基礎(chǔ)1.波形聲音的數(shù)字化

聲音是一種物理信號，計算機要對它進行處理，其前提是必須用二進制數(shù)字的編碼形式

來表示聲音。最常用的聲音信號數(shù)字化方法是取樣-量化法，它分成如下3個步驟:

(1)取樣(Sampling)

⑵量化

(3)編碼(Encoding)

2.PC機中的聲音

PC機中的數(shù)字聲音有兩種不同的表示方法。一種稱為“波形聲音”，通過對實際聲音的

波形信號進行數(shù)字化(取樣和量化)而獲得，它可表示任何種類的聲音。另一種是“合成聲音”,

它使用符號(參數(shù))對聲音進行描述，然后通過合成(Synthesize)的方法生成聲音，合成語音(用

聲母、韻母或清音、濁音、基音頻率等參數(shù)描述的語音)等。

PC機中使用最廣泛的波形聲音文件采用wav作為擴展名，稱為波形文件格式(Wave

File-Forma0.wav文件格式能支持多種取樣頻率和樣本精度，并支持壓縮的聲音數(shù)據(jù)。

(二)波形聲音

1.數(shù)字語音的壓縮編碼

數(shù)字語音的數(shù)據(jù)壓縮方法很多，從原理上可以分成3類：

(1)波形編碼

(2)參數(shù)編碼或模型編碼

(3)混合編碼

2.全頻帶聲音的壓縮編碼

(l)MPEG-lAudio(ISO/IECl1172-3)

MPEG-1聲音壓縮編碼是國際上第一個高保真聲音數(shù)據(jù)壓縮的國際標準，它規(guī)定了高質(zhì)

量數(shù)字聲音的編碼方法、存儲表示和解碼方法，得到了極其廣泛的應(yīng)用。它雖然是MPEG-1

標準的一個組成部分，但完全可以獨立應(yīng)用。

(2)MPEG-2Audio(ISO/IEC13818-3)

MPEG-2Audio與MPEG-1Audio標準都使用相同類型的編/解碼器，層1、層2和層3

的結(jié)構(gòu)也相同。

(3)MPEG-2AAC(ISO/IEC13818-7)

MPEG-2AAC(AdvancedAudioCoding)是MPEG-2標準中?種新的先進的聲音編碼標

準。AAC支持的取樣頻率可從8kHz到96kHz,AAC編碼器的輸入可以是單聲道的、立體

聲的和多聲道的聲音。

(4)MPEG-4Audio(ISO/IEC14496-3)

MPEG-4Audio的編碼對象既可以是自然音頻信號(波形聲音)，也可以是合成的音頻信

號。

(三)合成聲音1.合成音樂與MIDI

MlDI(MusicaIInstrumentDigitalInterface)是樂器數(shù)字接口的縮寫，它起源于數(shù)字式電子

樂器，因為各種產(chǎn)品必須使用統(tǒng)一接口才能進行連接，因些必須規(guī)定一種數(shù)字樂器相互間的

接口標準，特別是數(shù)字樂器與計算機的接口標準，這就是MIDI。

2.合成語音

語音合成目前主要指從文本到語音的合成(Text-to-Speech,簡稱TTS),也稱為文語轉(zhuǎn)換。

五、圖像、圖形與視頻信息的表示

(一)圖像1.圖像的獲取與表示

圖像獲取的過程實質(zhì)上是信號掃描和數(shù)字化的過程，它的處理步驟大體可分3步：

(1)取樣;(2)分色;(3)量化。

2.圖像的壓縮編碼

一幅圖像的數(shù)據(jù)量可按下面的公式進行計算(以字節(jié)為單位)：

圖像數(shù)據(jù)量=圖像寬度X圖像高度X圖像深度/8

圖像壓縮方法很多，不同方法有不同的適用場合和范圍。評價一種壓縮編碼方法的優(yōu)劣

主要有下列幾點：

(1)壓縮倍數(shù)

(2)重建圖像的質(zhì)量

(3)算法復(fù)雜度(成本)

(4)時間延遲

ISO和IEO兩個國際機構(gòu)聯(lián)合組成了一個專家組(JointPhotographicExpertsGroup,簡稱

JPEG),負責(zé)制定靜止較像數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標準，稱為JPEG標準(1SO/IEC10918)。

3.圖像文件格式

(1)JPEG文件交換格式(JPEGFileInterchangeFormat)

經(jīng)JPEG算法壓縮后的圖像數(shù)據(jù)，按一定的語法規(guī)則組織成JPEG文件交換格式，以便

存儲或傳輸，需要時再通過解碼器重建原來的圖像。

(2)BMP文件格式

BMP(Bitmap-File)圖像文件是Windows操作系統(tǒng)采用的圖像文件格式，在Windows環(huán)

境下運行的所有圖像處理軟件幾乎都支持BMP圖像文件格式。它是一種與設(shè)備無關(guān)的位圖

格式(Device-IndependentBitmap,DIB),目的是為了讓W(xué)indows能夠在任何類型的顯示設(shè)備

上輸出所存儲的圖像。BMP位圖文件默認的文件擴展名是.bmp。

(3)GIF文件格式

GlF(GraphicsInterchangeFormat)是CompuServe公司開發(fā)的圖像文件交換格式，它以數(shù)

據(jù)塊(Block)為單位來存儲圖像的相關(guān)信息。-個GIF文件由表示圖像的數(shù)據(jù)塊、數(shù)據(jù)子塊

以及顯示圖像的控制信息塊組成，稱為GIF數(shù)據(jù)流(DataStream)。數(shù)據(jù)流中的所有控制信息

塊和數(shù)據(jù)塊都必須在文件頭(Header)和文件結(jié)束塊(Trailer)之間。

(4)TIFF文件格式

TIFF文件是一種極其靈活易變的格式，能支持多種壓縮方法，如RLC編碼、LZW編

碼、CCITT格式的數(shù)據(jù)等。它定義了4類不同的文件格式:TIFF-B適用于二值圖像、TIFF-G

適用于黑白灰度圖像、TIFF-P適用于帶調(diào)色板的彩色圖像以及TIFF-R適用于RGB的彩色

圖像。TIFF-文件由4部分組成:文件頭、文件目錄、目錄表項和點陣圖像數(shù)據(jù)。像GIF文件

一樣，TIFF文件也支持多個圖像，即在?個文件中包括多個圖像，也稱為子文件(Subfile),

圖像文件目錄的最后一項如果是0000,表示文件結(jié)束，否則就指向下一個文件。

(5)PNG格式

PNG(PortableNetworkGraphicFormat)是一種圖像文件的存儲格式，讀成"ping"。它是

20世紀90年代中期由W3C開發(fā)的，目的是想替代GIF和TIFF文件格式。

(二)圖形1.計算機合成圖像的繪制

在計算機內(nèi)建立了景物的模型之后，從景物的模型生成用戶可見的具有高度真實感的該

景物的圖像，此即所謂的圖像繪制(Rendering),也稱為圖像合成(ImageSynthesis)?

計算機合成圖像的技術(shù)受到兩個方面的挑戰(zhàn)。首先是在許多應(yīng)用中，要求實現(xiàn)對真實感

圖像能做到實時動態(tài)繪制，即計算機能根據(jù)用戶給定的觀察點實時生成真實感圖像，即所謂

“交互實時”。另一個挑戰(zhàn)是景物模型的復(fù)雜程度不斷提高，模型的面片數(shù)經(jīng)常達到幾卜萬或

幾百萬個。顯然，為了滿足實時顯示的要求，一方面要提高計算機和圖形顯示卡的性能，另

一方面要研究開發(fā)新的真實感圖像實時動態(tài)繪制算法。

2.計算機合成圖像的應(yīng)用

使用計算機合成圖像(計算機圖形學(xué))是發(fā)明攝影技術(shù)和電影與電視技術(shù)之后最重要的

一種生成圖像的方法。使用計算機合成圖像的主要優(yōu)點有:計算機不但能生成實際存在的具

體景物的圖像，還能生成假想或抽象景物的圖像，如科幻片中的怪獸、飛行器，工程師構(gòu)思

中的新產(chǎn)品形狀與結(jié)構(gòu)等;計算機不僅能生成靜止圖像，還能生成各種運動、變化的動態(tài)圖

像。在生成圖像的進程中，人們可以與計算機交互地進行各種控制和修改。正因為這些原因，

計算機圖形學(xué)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

(1)計算機輔助設(shè)計和輔助制造(CAD/CAM)

(2)利用計算機生成各種地形圖、交通圖、天氣圖、海洋圖、石油開采圖等。

(3)作戰(zhàn)指揮和軍事訓(xùn)練。

(4)計算機動畫和計算機藝術(shù)。

(三)視頻信息的表示

PC計算機中所說的視頻信息(Video),指的是內(nèi)容連續(xù)變化的運動圖像。

視頻信息為了能進入計算機進行處理，它首先必須"數(shù)字化數(shù)字化的過程比聲音復(fù)雜

一些，它是以一幅幅彩構(gòu)畫面為單位進行的。

六、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

(一)計算機網(wǎng)絡(luò)的功能和分類

1.什么是計算機網(wǎng)絡(luò)

計算機網(wǎng)絡(luò)是利用通信設(shè)備、通信線路和網(wǎng)絡(luò)軟件，把地理上分散的多臺具有獨立工作

能力的計算機(及其他智能設(shè)備)以相互共享資源(硬件、軟件和數(shù)據(jù)等)為目的連接起來的一

個系統(tǒng)。

2.計算機網(wǎng)絡(luò)的功能

計算機網(wǎng)絡(luò)具有下列基本功能:

(1)數(shù)據(jù)通信

(2)資源共享

(3)實現(xiàn)分布式的信息處理

(4)提高計算機系統(tǒng)的可靠性和可用性

3.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

(1)從網(wǎng)絡(luò)的交換功能進行分類網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計者常常從網(wǎng)絡(luò)所使用的交換技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)分

類為:①電路交換網(wǎng);②報文交換網(wǎng);③分組交換網(wǎng);④ATM等。

(2)從網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)進行分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中計算機之間互連的拓撲形式把計算機網(wǎng)絡(luò)

分為:①星型網(wǎng);②環(huán)形網(wǎng);③總線網(wǎng);④網(wǎng)狀網(wǎng)等。

(3)從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類

①廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)的作用范圍通常為幾十到幾千公里。廣域網(wǎng)有時也

稱為遠程網(wǎng)。

②局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork),一般用PC機通過高速通信線路相連(速率通常在

10Mb/s以上)，但在地理上則局限在較小的范圍((如幾公里左右)，一般是一幢樓房或一個單

位內(nèi)部。③城域網(wǎng)或市域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork),其作用范圍在廣域網(wǎng)和局域

網(wǎng)之間，例如作用范圍是一個城市。城域網(wǎng)的傳送速率也相當(dāng)高，其作用距離約為5?50km。

4.廣域網(wǎng)及其通信子網(wǎng)

廣域網(wǎng)簡稱WAN,是一種跨越很大地域范圍的計算機網(wǎng)絡(luò)，通常覆蓋一個省、一個國

家甚至全球。廣域網(wǎng)物理上由兩部分組成:運行用戶程序的主機和進行數(shù)據(jù)通信的子網(wǎng)，前

者稱為資源子網(wǎng)(ResourceSubnet),后者稱為通信子網(wǎng)(CommunicationSubnet),所有的主機

(端系統(tǒng))通過通信子網(wǎng)進行連接和通信。

一般而言，廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)常常以電信部門提供的公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。我國已

經(jīng)和正在建設(shè)的公共分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)(CHINPAC)、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(CHINPAC)、幀中繼(Frame

Relay)網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)等，為構(gòu)筑各種類型的廣域網(wǎng)創(chuàng)造了很好的條件。

(二)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)L數(shù)據(jù)通信的基本概念

所謂數(shù)據(jù)通信是指傳統(tǒng)的通信技術(shù)通過使用計算機來實現(xiàn)信息的傳輸、交換、存儲和處

理。

2.物理信道與傳輸介質(zhì)

物理信道的類型很多，由于它們的屬性各不相同，故而分別用在不同的網(wǎng)絡(luò)中。物理信

道的類型可以從不同的角度進行分類：

(1)按傳輸介質(zhì)的類型可把信道分為有線信道和無線信道；

(2)按傳輸信號的形式可把信道分成模擬信道和數(shù)字信道;(3)按使用方式又分成專用信

道和公用信道。

3.傳輸和復(fù)用技術(shù)

(1)基帶傳輸和頻帶傳輸

所謂基帶(BaseBand)是指電信號固有的基本頻帶。而基帶傳輸是指將數(shù)字設(shè)備發(fā)出的數(shù)

字信號，原封不動地送入信道去傳輸。

所謂頻帶傳輸是指把數(shù)字信號調(diào)制成音頻信號后再發(fā)送和傳輸，到達接收端時再把音頻

信號解調(diào)成原來的數(shù)字信號。

(2)多路復(fù)用技術(shù)

實現(xiàn)多路復(fù)用功能的設(shè)備稱為多路復(fù)用器，它能實現(xiàn)由多路到一路(集中)和由一路到多

路(分配)的功能，故也稱為多路轉(zhuǎn)換器。最基本的多路復(fù)用方法是頻分多路復(fù)用和時分多路

復(fù)用，即各終端以事先規(guī)定好的固定頻帶或固定時間間隔的方式來共享公用傳輸線。還有一

種比較新的多路復(fù)用技術(shù)稱為碼分多址復(fù)用(CDMA),在CDMA中，各發(fā)送端用各不相干

的相互(準)正交的地址碼去調(diào)制其所發(fā)送的信號，在接收端利用碼開型的(準)正交性，通過

地址識別從混合信號中選出相應(yīng)的信號。這種復(fù)用技術(shù)抗干擾能力強、保密性好、靈活機動,

已越來多地受到人們的重視。

4.交換技術(shù)

目前在計算機網(wǎng)絡(luò)中使用的交換技術(shù)有：

(1)電路交換；

(2)報文交換；

(3)分組交換；

(4)幀中繼交換；

(5)信元交換異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)。

(三)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與TCP/IP協(xié)議

1.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計算機網(wǎng)絡(luò)的分層及其所使用協(xié)議的集合，就是所謂的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2.TCP/IP

TCP(TransmissionControlProtocol,傳輸控制協(xié)議)和IP(IntemetProtocol,網(wǎng)際協(xié)議)源

于美國國防部高等研究規(guī)劃局(ARPA,現(xiàn)在的DARPA)的ARPANET網(wǎng)，現(xiàn)在已成為因特

網(wǎng)的通信協(xié)議。目前TCP/IP協(xié)議泛指以TCP/IP為基礎(chǔ)的?個協(xié)議集。

(四)因特網(wǎng)及其應(yīng)用1.因特網(wǎng)(Internet)的功能

因特網(wǎng)的原意是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)“，它起源于美國國防部ARPANET計劃，后來與美國國家

科學(xué)基金會的科學(xué)教育網(wǎng)合并。20世紀90年代，政府機構(gòu)和公司的計算機也紛紛入網(wǎng)，并

迅速擴大到全球約100多個國家和地區(qū)。它能提供的服務(wù)主要有：

(1)電子郵件

(2)專題討論

(3)信息檢索

(4)布告欄服務(wù)

(5)遠程登錄

(6)WWW(WorldWideWeb)服務(wù)

2.因特網(wǎng)的地址與域名系統(tǒng)

為了實現(xiàn)因特網(wǎng)中的計算機相互通信，必須為每一臺入網(wǎng)的計算機(也稱為主機，Host)

分配一個惟一的地址(簡稱IP地址)，該地址必須表明計算機所在的網(wǎng)絡(luò)號(Net-id)以及它在

該網(wǎng)絡(luò)中的主機號(Host-id)。IP地址分為5類(A、B、C、D、E),每一個IP地址由3個部

分構(gòu)成IP地址=類型號+網(wǎng)絡(luò)號(Net-id)+主機號(Host-id)

IP地址使用4個字節(jié)(32個二進位)表示。為了便于記憶，通常用4個十進制數(shù)來表示

一個IP地址，每個十進制數(shù)對應(yīng)IP地址中的一個字節(jié)，十進制數(shù)之間采用小數(shù)點分隔。

因特網(wǎng)IP地址的5種類型是：

(1>A類地址A類地址用于擁有大量主機￡16777214)的網(wǎng)絡(luò)，只有少數(shù)幾個網(wǎng)絡(luò)可獲

得A類地址。A類IP地址的特征是其二進制表示的最高位為“0”。

(2>B類地址規(guī)模適中(W65534臺主機)的網(wǎng)絡(luò)使用B類地址，B類IP地址的特征是其

二進制表示的最高兩位為“10”。

(3)C類二址C類地址用于主機數(shù)量不超過254臺的網(wǎng)絡(luò)，其1P地址的特征是其二進

制表示的最高3位為“110”。

(4>D類地址用做多播(multicast)地址，其特征是其二進制表示的最高4位為“1110”。

(5>E類地址用做備用地址，其特征是其二進制表示的最高5位為“11110”。

3.如何接入因特網(wǎng)

(1)局域網(wǎng)接入因特網(wǎng)

申請本單位需要的IP地址，然后將本單位的網(wǎng)絡(luò)通過路由器并經(jīng)電信部門提供的公共

網(wǎng)絡(luò)(X.25、ISDN、DDN、幀中繼或ATM)或者自行建設(shè)的專線接入所屬部門的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(如

學(xué)校的校園網(wǎng)接入CERNET),或中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)(CHINANET)。

(2)個人用戶接入因特網(wǎng)

個人用戶(家用電腦)要接入因特網(wǎng)，可向當(dāng)?shù)氐囊蛱鼐W(wǎng)服務(wù)中心(如電信局)申請一個因

特網(wǎng)用戶賬號，便可利用現(xiàn)有的電話線，使計算機通過調(diào)制解調(diào)器(MODEM)連到單位的信

息中心或電信局的因特網(wǎng)服務(wù)中心，獲得因特網(wǎng)的各種服務(wù)。為了提高接入的傳輸速率，目

前有多種“寬帶”接入方案，例如ISDN、ADSL、CableMODEM,甚至直接使用光纖接入

(FTTH)o

(五)計算機局域網(wǎng)

局域網(wǎng)的主要特點是：

(1)?為一個單位所擁有，地理范圍有限(0.1?25km)。

(2)?使用專用的通信線路，數(shù)據(jù)傳輸速率高(0.1?IGb/s)。

(3)?通信延遲時間較低，可靠性較好(10-8?10-11)。

(4)?能按廣播方式或組播方式(一個站向多個站發(fā)送信息)進行通信。

第二章

一、微處理器的原理與組成

(一)微處理器的基本結(jié)構(gòu)

隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微處理器的功能越來越高。從80386到Pentium,到現(xiàn)

在的64位的微處理器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。其主要功能部件有總線接口部件、高速緩

存(Cache)部件、取指譯碼部件、指令緩沖池部件、調(diào)度執(zhí)行部件、結(jié)果回退部件、寄存器

組部件等。

(二)微處理器的工作原理1.指令的執(zhí)行

微處理器在執(zhí)行一條指令時，主要將它分解成以下幾個步驟去完成。(1)取指令;(2)指令

譯碼;(3)取操作數(shù);(4)執(zhí)行運算;⑸回送結(jié)果。

2.微處理器的定時

由于微處理器的操作是周期性的，即取指令，指令譯碼，取操作數(shù)……再取指令……周

而復(fù)始地進行。而這一系列操作步驟需要精確定時，按照精確時序進行，因此微處理器需要

一個時序電路。時序電路受控于晶體振蕩電路所生成的標準振蕩脈沖信號，一旦機器加電，

時序電路發(fā)出的時鐘信號便連續(xù)不斷地產(chǎn)生。

(三)微處理器的特點與分類

1.微處理器的特點

(1)體積小，功耗低；

(2)可靠性高，使用環(huán)境要求低；

(3)系統(tǒng)設(shè)計靈活，使用方便。

2.微處理器分類

(1)按微處理器位數(shù)分類有:位片、4位、8位、12位、16位、32位、64位等微處理器。

(2)按微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域分類有:通用高性能微處理器、嵌入式微處理器、數(shù)字信號處

理器和微控制器。

二、ALU結(jié)構(gòu)

運算器主要是由寄存器和算術(shù)邏輯線路構(gòu)成的。寄存器主要用來存放數(shù)據(jù)，其長度取決

于運算數(shù)據(jù)的位數(shù)，它每位觸發(fā)器的狀態(tài)與所表示數(shù)據(jù)對應(yīng)位的數(shù)值是一一對應(yīng)的。假設(shè)約

定，觸發(fā)器右端輸出高電位為“1”,其輸出低電位為“0”。若個數(shù)據(jù)第i位為“1”,則寄存器

第i位觸發(fā)器右端輸出為高電位，或者說，狀態(tài)為力”。因此，參加運算的數(shù)據(jù)或運算結(jié)果

都可保存在寄存器中。

算術(shù)邏輯線路主要是完成各種運算功能。它是根據(jù)各種運算規(guī)則而設(shè)計的組合邏輯線

路，一般沒有寄存的功能，它的核心部分是加法器。因為加、減、乘、除等算法都歸結(jié)為加

法與移位操作，所以加法器的設(shè)計是算術(shù)邏輯線路設(shè)計的關(guān)鍵。

三、指令系統(tǒng)

（一）指令和指令系統(tǒng)

指令主要由兩個部分組成：

操作碼用來指出計算機應(yīng)執(zhí)行何種操作的一個二進制代碼。例如:加法、減法、

乘法、除法、取數(shù)、存數(shù)等各種基本操作，它們均有各自相應(yīng)的操作碼。

操作數(shù)地址指出該指令所操作（處理）的對象（稱為操作數(shù)）所在的存儲單元的地

址。計算機中操作數(shù)可以相當(dāng)靈活地指定，它可以直接包含在指令中，可以在CPU的某個

寄存器中，一般情況是在存儲器的某個（些）存儲單元中。指定操作數(shù)所在位置的方法稱為尋

址方式。不同的計算機具有各自不同的指令，對某種特定的計算機而言，其所有指令的集合,

稱為該計算機的指令系統(tǒng)。

（二）指令的特征和功能

一般而言，指令系統(tǒng)應(yīng)該具備下述特性：

（1）指令的完備性。是指一個指令系統(tǒng)應(yīng)滿足給定的算法，可編出程序并實現(xiàn)之。

（2）指令的有效性。指令系統(tǒng)中所包含的指令必須是有效的，從而可用相當(dāng)少的指令編

出實現(xiàn)某種算法的程序。

（3）指令的簡明性。它指一個指令系統(tǒng)能簡化指令處理機的操作，又能簡化編程。

（4）指令的效率。它指系統(tǒng)中指令的執(zhí)行時間。

另外，尚要求指令系統(tǒng)應(yīng)