第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識

1.1計(jì)算機(jī)概述1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理 1.3微型計(jì)算機(jī)的使用

1.4數(shù)制與信息編碼 1.5計(jì)算機(jī)安全與病毒防治 1.1.1計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生

1．計(jì)算機(jī)的概念

計(jì)算機(jī)(Computer)是一種不需要人為干預(yù)，能按照事先存儲的程序自動、連續(xù)、快速、高效、精確地完成信息存儲、數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和過程控制等多種功能的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。由于它的工作方式與人的思維過程十分類似，因此人們俗稱其為“電腦”。1.1計(jì)算機(jī)概述

2．計(jì)算機(jī)的誕生

世界上第一臺電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，ENIAC)于1946年2月14日在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，如圖1.1所示。它是由該大學(xué)莫爾電機(jī)工程學(xué)院的?？颂?、莫克利、戈?duì)査固?、博克斯等四位科學(xué)家和工程師組成的“莫爾小組”研制成功的。圖1.1ENIAC計(jì)算機(jī)研制電子計(jì)算機(jī)的想法產(chǎn)生于第二次世界大戰(zhàn)期間。早在1943年，正值第二次世界大戰(zhàn)進(jìn)入激烈的決戰(zhàn)時(shí)期，美國在新武器研制中的彈道問題涉及許多復(fù)雜的計(jì)算，需要迅速、準(zhǔn)確地得以解決，單靠手工計(jì)算已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求，為了自動計(jì)算的需要，決定研制一臺電子計(jì)算機(jī)，3年后，ENIAC正式交付使用。盡管這僅是一臺電子管計(jì)算機(jī)，使用了18800只電子管，1500只繼電器，70000只電阻，10000只電容，耗電150kW/h，體積85m3，占地170m2，重36t，計(jì)算速度為5000次/秒，但這在當(dāng)時(shí)已是劃時(shí)代的高速計(jì)算機(jī)了。

與以前的計(jì)算工具相比，ENIAC計(jì)算速度快、精度高，美國陸軍用它計(jì)算炮彈的彈道已比人工計(jì)算效率提高了8400倍；用它計(jì)算炮彈著彈位置所需要的時(shí)間，比炮彈離開炮口到達(dá)目標(biāo)所需要的時(shí)間還要短。因此，它一度被譽(yù)為“比炮彈還要快的計(jì)算機(jī)”

ENIAC可謂是“龐然大物”，因?yàn)樗€沒有軟件，每算一道題，要人工把各個(gè)部件用線連起來。為了在機(jī)器上進(jìn)行幾分鐘的數(shù)字計(jì)算，其準(zhǔn)備工作要用幾小時(shí)甚至1～2天的時(shí)間，使用很不方便。而且，每次至多只能存儲20個(gè)字長為10位的十進(jìn)制數(shù)，運(yùn)算時(shí)故障頻出。與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)相比，它的速度很慢，容量小，且全部指令還沒有存放在存儲器中，操作復(fù)雜，穩(wěn)定性差……盡管如此，它終究開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)的新紀(jì)元，是20世紀(jì)人類最重大的發(fā)明之一，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大創(chuàng)新，是人類現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上的重要里程碑。它的誕生標(biāo)志著人類文明已進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段。

3．計(jì)算機(jī)的由來

在ENIAC誕生之前，人類一直都在尋找一種快速、有效的計(jì)算工具，為探索用機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動計(jì)算甚至模擬部分人腦的功能已進(jìn)行了幾百年甚至幾千年的努力。人類從遠(yuǎn)古時(shí)期“掐指一算”的“指”到戰(zhàn)國時(shí)期“運(yùn)籌帷幄”的“籌”，從古希臘的柏拉圖(公元前427—347)時(shí)代開始研究思維的模擬實(shí)現(xiàn)到公元600多年中國人的算盤、17世紀(jì)歐洲人的計(jì)算尺(1620年)、維也特(1540—1630)提出的運(yùn)用符號、刻卜勒1623年發(fā)明的8位計(jì)算器、萊布尼茲(1646—1716)發(fā)明的二進(jìn)制，經(jīng)歷了漫長的歷史過程。隨著機(jī)械工業(yè)的出現(xiàn)，英國數(shù)學(xué)家查爾斯·巴貝奇(CharlesBabbage，1792—1871)為了解決當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)用表的計(jì)算問題，首先提出了通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，并早在1822年和1834年先后設(shè)計(jì)出了使用齒輪、連桿之類的機(jī)械裝置可以實(shí)現(xiàn)的差分機(jī)和分析機(jī)。雖受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，直到巴貝奇逝世，這種設(shè)想也未能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，但是分析機(jī)具有了輸入設(shè)備、處理器、存儲器、控制器及輸出設(shè)備等五個(gè)裝置?；A(chǔ)理論的研究與先進(jìn)思想的出現(xiàn)也推動了計(jì)算機(jī)的發(fā)展。1854年，英國數(shù)學(xué)家喬治·布爾(GeorgeBoole，1924—1898)提出了符號邏輯的思想，數(shù)十年后形成了計(jì)算機(jī)科學(xué)軟件的理論基礎(chǔ)。丘奇于1930年在數(shù)理邏輯中引進(jìn)了λ演算。英國數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈(AcanTuring，1912—1954)于1936年提出了人們稱之為“圖靈機(jī)”的理想計(jì)算機(jī)理論。圖靈機(jī)由一條帶子、一個(gè)讀寫頭和一個(gè)控制裝置組成。圖靈機(jī)并非制造機(jī)器的方案，而是解決了數(shù)理邏輯的一個(gè)基礎(chǔ)理論問題，并證明了通用數(shù)字計(jì)算機(jī)是可能制造出來的。

1950年圖靈發(fā)表了《計(jì)算機(jī)能思考嗎？》的論文，并設(shè)計(jì)了著名的圖靈測試，提出了“機(jī)器思維”這個(gè)概念，為計(jì)算機(jī)科學(xué)開創(chuàng)了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。從20世紀(jì)60年代開始，美國計(jì)算機(jī)協(xié)會設(shè)立了一年一度的“圖靈獎(jiǎng)”，表彰在計(jì)算機(jī)科研領(lǐng)域獲得重大成就的人，以此來紀(jì)念這位偉大的科學(xué)家。

ENIAC誕生之后，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼(VonNeumann)針對ENIAC在存儲程序方面存在的致命弱點(diǎn)，于1946年6月提出了一個(gè)“存儲程序”的計(jì)算機(jī)方案。這個(gè)方案包含三個(gè)要點(diǎn)：

(1)采用二進(jìn)制數(shù)形式的0、1代碼串表示數(shù)據(jù)和指令。

(2)將指令和數(shù)據(jù)按執(zhí)行順序存放在存儲器中。

(3)由控制器、運(yùn)算器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成計(jì)算機(jī)。

其工作原理的核心是“存儲程序”和“程序控制”相結(jié)合，即程序和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中，在程序的控制下自動完成操作。這就是通常所說的“順序存儲程序”的概念。

馮·諾依曼提出的結(jié)構(gòu)體系奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)理論，被稱為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑，他被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)之父”。人們把按照這一原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為“馮·諾依曼計(jì)算機(jī)”，這種結(jié)構(gòu)一直延續(xù)至今。組成計(jì)算機(jī)硬件的電子元器件大多都具有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)：電壓的高和低，晶體管的導(dǎo)通和截止，電容的充電和放電等。兩種狀態(tài)分明，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可以很方便地用來表示二進(jìn)制數(shù)0、1。不僅如此，二進(jìn)制數(shù)還具有運(yùn)算簡單，便于邏輯量“真”和“假”的表示和運(yùn)算等特點(diǎn)。因此，在計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)信息(泛指由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的對象，如數(shù)字、字母、符號、文字、圖形、圖像和聲音等)是以二進(jìn)制數(shù)0、1的表示形式進(jìn)行存儲和運(yùn)算的。通過輸入設(shè)備輸入到計(jì)算機(jī)中的任何形式的數(shù)據(jù)信息，都必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的表示形式，才能被計(jì)算機(jī)硬件所識別，并進(jìn)行計(jì)算和加工處理。同樣，從計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)，要進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換才能成為人們可以識別的數(shù)據(jù)信息。1.1.2計(jì)算機(jī)的常用術(shù)語

1．位(bit)

位是度量數(shù)據(jù)的最小單位，表示一位二進(jìn)制信息，由0和1來表示。計(jì)算機(jī)中最直接、最基本的操作就是對二進(jìn)制位的操作。

2．字節(jié)(Byte)

通常將8位二進(jìn)制數(shù)編為一組，稱為一個(gè)字節(jié)(Byte)，即1Byte=8bit。字節(jié)是信息存儲中最常用的基本單位。計(jì)算機(jī)的存儲器是以其存儲信息的字節(jié)多少來表示其存儲容量的，計(jì)算單位是B(字節(jié))、KB(千字節(jié))、MB(兆字節(jié))、GB(吉字節(jié))、TB(太字節(jié))等，它們之間有如下?lián)Q算關(guān)系：

1KB=210B=1024B，1MB=220B=1024KB

1GB=230B=1024MB，1TB=240B=1024GB

3．字(Word)

字是計(jì)算機(jī)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理的一組二進(jìn)制數(shù)，用來表示數(shù)據(jù)或信息長度，又稱為計(jì)算機(jī)字。一個(gè)字由一個(gè)字節(jié)或若干字節(jié)(通常取字節(jié)的整數(shù)倍)組成，每個(gè)字中所含的位數(shù)是由機(jī)器類型所決定的。通常，運(yùn)算器是以字節(jié)為單位進(jìn)行運(yùn)算的，而控制器是以字為單位進(jìn)行接收和傳遞的。

4．字長(WordLength)

字長是計(jì)算機(jī)每個(gè)字所含二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。一般情況下，字長越長，運(yùn)算速度就越快，計(jì)算精度也越高，處理能力就越強(qiáng)。不同等級的計(jì)算機(jī)的字長是不同的，計(jì)算機(jī)中常用的字長從最初的4位、8位、16位、32位到現(xiàn)在的64位。

5．運(yùn)算速度

計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是指機(jī)器每秒所能執(zhí)行的機(jī)器指令條數(shù)，也叫做計(jì)算機(jī)的平均運(yùn)算速度。在計(jì)算機(jī)中，工作是在時(shí)序電路的控制下一步步進(jìn)行的，因此每一步發(fā)出的一個(gè)脈沖稱為一個(gè)節(jié)拍或一個(gè)時(shí)鐘周期，而每秒的節(jié)拍數(shù)叫做機(jī)器的主頻。主頻越大，每個(gè)節(jié)拍所需的時(shí)間就越少，運(yùn)算速度也越快。1.1.3計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1．計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段

自ENIAC問世以來，由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用需求的刺激，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)理論和應(yīng)用技術(shù)不斷創(chuàng)新，尤其是20世紀(jì)中葉以來，電子工業(yè)特別是半導(dǎo)體技術(shù)快速發(fā)展，新型電子元器件不斷涌現(xiàn)，性能迅速提高，使計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)所用邏輯元件的變化，計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷經(jīng)四代，并向著第五代計(jì)算機(jī)發(fā)展。

1)第一代計(jì)算機(jī)——電子管計(jì)算機(jī)(1946—1957年)

第一代計(jì)算機(jī)使用電子管作為邏輯元器件，體積大，運(yùn)算速度慢，可靠性差，耗電量大，維護(hù)較難且價(jià)格昂貴，壽命較短。它采用水銀延遲電路或電子射線管作為存儲部件，容量很小，后來使用磁鼓存儲信息，擴(kuò)充了容量。內(nèi)存容量只有幾千字節(jié)，每秒可做幾千次或幾萬次運(yùn)算，輸入/輸出方式也很落后。

第一代計(jì)算機(jī)沒有系統(tǒng)軟件，使用機(jī)器語言和匯編語言編程，主要用于科學(xué)研究、軍事等少數(shù)尖端領(lǐng)域，只能被極少數(shù)人使用。但它為計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2)第二代計(jì)算機(jī)——晶體管計(jì)算機(jī)(1958—1964年)

第二代計(jì)算機(jī)有了很大發(fā)展，使用晶體管作為邏輯元器件，體積小，運(yùn)算速度快，重量輕，功能強(qiáng)，可靠性高，耗能降低，元器件壽命長，同時(shí)成本也有所下降。它普遍采用磁芯作為主存儲器，采用磁盤/磁鼓作為外存儲器，每秒可做幾十萬或幾百萬次運(yùn)算，內(nèi)存容量擴(kuò)大到幾萬字節(jié)。

第二代計(jì)算機(jī)使用系統(tǒng)軟件，可以連續(xù)處理作業(yè)，提出了操作系統(tǒng)的概念，使用匯編語言和高級語言編程，如FORTRAN、COBOL、ALGOL60等，使計(jì)算機(jī)的工作效率大大提高。它可以應(yīng)用于科學(xué)研究、軍事等尖端領(lǐng)域以外的數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等方面。

3)第三代計(jì)算機(jī)——集成電路計(jì)算機(jī)(1965—1970年)

第三代計(jì)算機(jī)使用中小規(guī)模的集成電路作為邏輯元器件，在幾平方毫米的單晶硅片上集成了幾十個(gè)甚至幾百個(gè)電子元器件，體積和耗電量大大降低，運(yùn)算速度和內(nèi)存容量大大提高，性能和可靠性進(jìn)一步提高，價(jià)格也大幅度降低，壽命更長。它采用半導(dǎo)體作為內(nèi)存，取代了原來的磁芯存儲器，提高了存儲容量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的處理能力。外部存儲器采用磁帶、磁鼓、磁盤，每秒可做幾百萬次運(yùn)算，其內(nèi)存容量達(dá)到幾兆或幾百兆字節(jié)。在第三代計(jì)算機(jī)階段，系統(tǒng)軟件有了長足發(fā)展，出現(xiàn)了分時(shí)操作系統(tǒng)，多個(gè)用戶可以共享計(jì)算機(jī)軟硬件資源；提出了結(jié)構(gòu)化、模塊化的程序設(shè)計(jì)思想；出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言PASCAL和對話式高級語言BASIC。它主要用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過程控制等方面。

4)第四代計(jì)算機(jī)——大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1971年至今)

第四代計(jì)算機(jī)使用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路作為邏輯元器件，在幾平方毫米的單晶硅片上集成了幾千個(gè)、幾萬個(gè)甚至幾十萬個(gè)電子元器件，體積進(jìn)一步縮小，重量極度減小，成本大大降低，功能和可靠性進(jìn)一步提高，計(jì)算機(jī)的使用得到普及。作為內(nèi)存的半導(dǎo)體存儲器，其集成度越來越高，容量越來越大。外存儲器除廣泛使用磁盤外，還出現(xiàn)了光盤、U盤等。每秒可做幾億或幾十億次運(yùn)算，其內(nèi)存容量達(dá)到幾百或幾千兆字節(jié)。從第四代計(jì)算機(jī)起，巨型機(jī)和工作站都以嶄新的形象出現(xiàn)，尤其是微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展，極大地促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。分布式操作系統(tǒng)、軟件工程、專家系統(tǒng)、ADA語言、Java語言等各種實(shí)用軟件不斷地開發(fā)出來，極大地方便了用戶。多媒體技術(shù)的崛起，使計(jì)算機(jī)集圖像、圖形、聲音、文字處理于一體。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把世界緊密地聯(lián)系在一起。

2．計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢

1)智能化

所謂智能化，就是使計(jì)算機(jī)具有人工智能，使計(jì)算機(jī)能夠識別圖像、證明定理、探索、聯(lián)想、啟發(fā)思維、理解人類語言以及會話等。近年來，超大規(guī)模集成電路與人工智能技術(shù)的發(fā)展，給研制新型計(jì)算機(jī)提供了技術(shù)和物質(zhì)條件。目前正在研究的智能計(jì)算機(jī)具有類似人的感覺和思維能力，能替代人的一些腦力和體力勞動，能“看”、“聽”、“想”、“說”、“做”。

2)網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為目前發(fā)展計(jì)算機(jī)的重要任務(wù)。所謂網(wǎng)絡(luò)化，就是按約定的協(xié)議，將若干臺計(jì)算機(jī)資源匯集，使它們彼此通過傳輸介質(zhì)互連起來，以便充分利用計(jì)算機(jī)資源，擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的使用范圍，實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。

3)巨型化

為適應(yīng)尖端技術(shù)和科學(xué)計(jì)算，特別是國防科研計(jì)算的需要，國際上和我國早已著手研制速度更快、容量更大、功能更強(qiáng)的巨型計(jì)算機(jī)。在方向上側(cè)重于進(jìn)一步強(qiáng)化計(jì)算機(jī)所具有的數(shù)值計(jì)算功能，在內(nèi)容上側(cè)重于研制新型的高速器件，在應(yīng)用上側(cè)重于強(qiáng)化計(jì)算機(jī)在尖端高新科技研究中的作用。

4)微型化

目前，微型機(jī)發(fā)展十分迅速，以高檔微處理器構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)的功能相當(dāng)強(qiáng)大，已超過了傳統(tǒng)的小型計(jì)算機(jī)。由于微型機(jī)具有高集成度、高速度、大容量、高可靠性、低價(jià)格和更加小巧等特點(diǎn)，在性能價(jià)格比上具有明顯優(yōu)勢，因而，微型機(jī)的迅猛發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)今科技發(fā)展的趨勢。

在計(jì)算機(jī)發(fā)展中，不久的將來會是半導(dǎo)體技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超導(dǎo)和電子仿生技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)速度更快、功能更強(qiáng)、更接近于人腦的光子計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)。

3．我國計(jì)算機(jī)發(fā)展情況

我國從1956年開始電子計(jì)算機(jī)的科學(xué)研究工作，對大型計(jì)算機(jī)的研究一直處于世界前列。

1957年，我國第一臺模擬式電子計(jì)算機(jī)在哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制成功。

1960年，我國第一臺自行設(shè)計(jì)的通用電子計(jì)算機(jī)107機(jī)誕生。

1964年，我國成功研制出大型通用電子計(jì)算機(jī)119機(jī)。

1983年，我國國防科技大學(xué)成功研制出每秒運(yùn)行1億次的“銀河”巨型計(jì)算機(jī)。

1992年，我國成功研制出每秒運(yùn)行10億次的“銀河Ⅱ”巨型計(jì)算機(jī)。

1997年，我國成功研制出每秒運(yùn)行130億次的“銀河Ⅲ”巨型計(jì)算機(jī)。

1999年，成功研制出銀河四代巨型機(jī)。

2000年，我國自行成功研制出高性能計(jì)算機(jī)“神威I”，其主要技術(shù)指標(biāo)和性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。我國成為繼美國、日本之后世界上第三個(gè)具備研制高性能計(jì)算機(jī)能力的國家。

2004年6月，中科院計(jì)算技術(shù)研究所、曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司和上海超級計(jì)算中心三方共同成功研制出每秒運(yùn)行11萬億次的曙光4000A商用高性能超級計(jì)算機(jī)，使我國成為繼美、日之后第三個(gè)跨越了10萬億次計(jì)算機(jī)研發(fā)、應(yīng)用的國家。曙光4000A在全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排名中名列第十。

2008年8月，我國中科院計(jì)算技術(shù)研究所、曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司自主成功研制出每秒運(yùn)行超百萬億次運(yùn)算速度的超級計(jì)算機(jī)——“曙光5000”，它標(biāo)志著中國成為繼美國之后第二個(gè)能自主研制超百萬億次商用高性能計(jì)算機(jī)的國家，也標(biāo)志著我國生產(chǎn)、應(yīng)用、維護(hù)高性能計(jì)算機(jī)的能力達(dá)到世界先進(jìn)水平。1.1.4計(jì)算機(jī)的分類

1．按計(jì)算機(jī)的規(guī)模與性能劃分

按計(jì)算機(jī)規(guī)模大小與性能高低，計(jì)算機(jī)可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)與工作站六大類。這種劃分綜合了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度、字長、存儲容量、輸入與輸出能力、價(jià)格等指標(biāo)。當(dāng)然，伴隨著計(jì)算機(jī)性能的日新月異，其劃分標(biāo)準(zhǔn)也在不斷改變中。巨型機(jī)又稱為超級計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中性能最高、功能最強(qiáng)，其運(yùn)算速度超過幾十萬億次每秒，字長為64位甚至更長，內(nèi)存儲器容量達(dá)到TB數(shù)量級。微型機(jī)又稱為微機(jī)，以使用微處理器、結(jié)構(gòu)緊湊為特征，是計(jì)算機(jī)中價(jià)格最低、應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、裝機(jī)量最多的一種。當(dāng)今微機(jī)字長可達(dá)64位，內(nèi)存容量已達(dá)GB數(shù)量級，已經(jīng)達(dá)到或超過往日的小型機(jī)水平，目前使用最多的就是微機(jī)。

工作站是一種高檔微型機(jī)，是一種具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算與圖形、圖像處理能力的高性能計(jì)算機(jī)。它適用于工程設(shè)計(jì)、圖形處理、科學(xué)研究、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域。

2．按計(jì)算機(jī)的用途劃分

按計(jì)算機(jī)的用途，計(jì)算機(jī)可分為專用計(jì)算機(jī)與通用計(jì)算機(jī)。專用計(jì)算機(jī)是針對某一特定應(yīng)用領(lǐng)域，為解決某些特定問題而設(shè)計(jì)的。其結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低，可靠性好，但功能單一。通用計(jì)算機(jī)是針對多種應(yīng)用領(lǐng)域或者面向多種算法而研制的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，有較豐富的通用系統(tǒng)軟件，其通用性強(qiáng)，功能全，能適應(yīng)多種用戶的需求，成本則較專用計(jì)算機(jī)高。目前生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)多數(shù)是通用計(jì)算機(jī)。

3．按信息的表示和處理方式劃分

按信息的表示和處理方式，計(jì)算機(jī)可分為數(shù)字電子計(jì)算機(jī)、模擬電子計(jì)算機(jī)及數(shù)字模擬混合電子計(jì)算機(jī)。

在數(shù)字電子計(jì)算機(jī)中，信息用離散的二進(jìn)制形式代碼串表示。其特點(diǎn)是解題精度高，便于信息存儲，通用性強(qiáng)。

在模擬電子計(jì)算機(jī)中，信息用連續(xù)變化的模擬量表示，其運(yùn)算部件主要由運(yùn)算放大器及一些有源或無源的網(wǎng)絡(luò)組成。其運(yùn)算速度很快，但精度不高，通用性不強(qiáng)，每當(dāng)數(shù)學(xué)模型和運(yùn)算方法變化時(shí)，就需要重新設(shè)計(jì)和編排電路。

混合計(jì)算機(jī)吸取上述兩種計(jì)算機(jī)之長，既有數(shù)字量又有模擬量，既能高速運(yùn)算，又便于存儲，但設(shè)計(jì)困難，造價(jià)昂貴。

后兩種計(jì)算機(jī)目前很少生產(chǎn)，通常所說的電子計(jì)算機(jī)就是指數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。1.1.5計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

1．運(yùn)算速度快

計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度以每秒的運(yùn)算次數(shù)(確切地說為每秒執(zhí)行指令的平均條數(shù))來表示。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已經(jīng)從最初的幾千次每秒發(fā)展到幾十萬次每秒、幾百萬次每秒，幾十億次每秒、幾百億次每秒，并在不斷提高，是傳統(tǒng)的計(jì)算工具所不能比擬的。計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算不但可以提高工作效率，而且可以解決需要大量計(jì)算的問題，如氣象預(yù)報(bào)、衛(wèi)星發(fā)射等。

2．精確度高

計(jì)算機(jī)中數(shù)的精確度是由計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)(二進(jìn)制形式)位數(shù)(稱為機(jī)器字長)表示的。機(jī)器字長越長，其允許的有效數(shù)字位數(shù)就會越多，則精確度就越高。

3．具有記憶(存儲)能力

計(jì)算機(jī)有記憶(存儲)大量信息的存儲部件，它可以將原始數(shù)據(jù)和程序、中間結(jié)果、運(yùn)算指令等信息存儲起來，以備調(diào)用。

4．具有邏輯判斷功能

計(jì)算機(jī)不僅能快速準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)算，還具有邏輯運(yùn)算能力，能在程序運(yùn)行過程中隨時(shí)進(jìn)行各種邏輯判斷，并根據(jù)判斷的結(jié)果自動決定下一步應(yīng)執(zhí)行的命令，從而進(jìn)行推理、控制，以至聯(lián)想、自學(xué)等。

5．高度自動化與靈活性

計(jì)算機(jī)使用由程序控制機(jī)器運(yùn)行的工作方式，只要人們預(yù)先編制好程序，將程序輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并運(yùn)行程序，計(jì)算機(jī)就能實(shí)現(xiàn)自動化操作，依次取出指令，逐條執(zhí)行，完成各種規(guī)定的操作，不需要人工干預(yù)。執(zhí)行的程序不同，計(jì)算機(jī)所完成的工作也隨之改變，從而可以在各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域中完成各種不同的任務(wù)。1.1.6計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、金融、交通、農(nóng)林業(yè)、地質(zhì)勘探、氣象預(yù)報(bào)、郵電通信、文化、教育、科學(xué)研究和社會生活等人類社會的各個(gè)領(lǐng)域都得到了極其廣泛的應(yīng)用?？梢哉f，計(jì)算機(jī)應(yīng)用之廣泛、發(fā)展之迅速，是人們始料未及的。計(jì)算機(jī)已成為信息社會人人不可缺少的工作、學(xué)習(xí)、娛樂和家庭生活的重要工具，其影響涉及社會生活的各個(gè)方面。

1．科學(xué)計(jì)算

科學(xué)計(jì)算也稱數(shù)值計(jì)算，是利用計(jì)算機(jī)解決科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)等方面的數(shù)學(xué)計(jì)算問題。科學(xué)計(jì)算的特點(diǎn)是計(jì)算量大，要求精度高，結(jié)果可靠。利用計(jì)算機(jī)高速性、大存儲容量、連續(xù)運(yùn)算的能力，可以處理人無法實(shí)現(xiàn)的各種科學(xué)計(jì)算問題。例如，宇宙飛船、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈等的飛行軌跡計(jì)算，大型水利樞紐、橋梁、建筑的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算與仿真，天氣預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)分析計(jì)算，石油勘探、地震信號的分析，人造蛋白質(zhì)、人工胰島素合成等生物化學(xué)的過程分析與實(shí)現(xiàn)方法的探尋等。

2．實(shí)時(shí)控制

用計(jì)算機(jī)控制各種自動裝置、自動儀表、生產(chǎn)過程等稱為過程控制或?qū)崟r(shí)控制。用計(jì)算機(jī)實(shí)施過程或系統(tǒng)的控制，對提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、改善勞動條件、節(jié)約能源與原材料、提高經(jīng)濟(jì)效益有重大作用。例如，交通運(yùn)輸方面的行車調(diào)度，農(nóng)業(yè)方面人工氣候箱的溫、濕度控制，工業(yè)生產(chǎn)自動化方面的巡回檢測、自動調(diào)控、自動記錄、監(jiān)視報(bào)警、自動啟停等，家用電器中的某些自動功能等，都是計(jì)算機(jī)在過程控制方面的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制也是現(xiàn)代武器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)搜索、定位、瞄準(zhǔn)、射擊、機(jī)動所必不可少的技術(shù)。再如，人造衛(wèi)星和導(dǎo)彈的發(fā)射中必須使用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)和技術(shù)。

3．信息處理

信息處理泛指對非科學(xué)計(jì)算方面的信息進(jìn)行采集、歸納、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、存儲、傳遞，并進(jìn)行綜合分析和預(yù)測等以管理為主的所有應(yīng)用。例如，企業(yè)管理、檔案管理、人事管理、財(cái)務(wù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、商品銷售管理、圖書情報(bào)檢索、銀行電子化、機(jī)關(guān)辦公文件處理等。信息處理的特點(diǎn)是原始數(shù)據(jù)量大，算術(shù)運(yùn)算較簡單，有大量的邏輯運(yùn)算與判斷，結(jié)果要求以表格或文件的形式存儲或輸出等。

4．輔助過程

輔助過程是指使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和輔助教學(xué)等。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD(ComputerAidedDesign)技術(shù)是設(shè)計(jì)人員借助計(jì)算機(jī)對飛機(jī)、車船、建筑、機(jī)械、集成電路、服裝等進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)(如提供模型、計(jì)算、繪圖等)的一項(xiàng)專門技術(shù)。CAD對提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、加快設(shè)計(jì)速度、節(jié)省人力與時(shí)間、提高設(shè)計(jì)工作的自動化程度有十分重大的意義。

計(jì)算機(jī)輔助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)是使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備與操作的控制，以代替人的部分操作，數(shù)控機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等都是計(jì)算機(jī)輔助制造的例子。CAM對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、縮短生產(chǎn)周期有很大作用。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI(ComputerAssistedInstruction)是指將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于教學(xué)和訓(xùn)練的一種新興教育技術(shù)。CAI可以有效提高教學(xué)質(zhì)量和效率，節(jié)省訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)。此外，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)還有計(jì)算機(jī)輔助工程CAE(ComputerAidedEngineering)、計(jì)算機(jī)輔助測試CAT(ComputerAidedTest)、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量管理CAQ(ComputerAidedQuality)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)、計(jì)算機(jī)輔助教育CBE(ComputerBasedEducation)等。

5．人工智能

人工智能AI(ArtificialIntelligence)是研究如何用計(jì)算機(jī)構(gòu)造智能系統(tǒng)(包括智能機(jī)器)，以便模擬、延伸、擴(kuò)展某些與人類智能活動有關(guān)的復(fù)雜功能的一門科學(xué)。例如，研究并模擬人的感知(視覺、聽覺、嗅覺、觸覺)、學(xué)習(xí)、推理，甚至模擬人的聯(lián)想、感悟、發(fā)現(xiàn)和決策等思維過程。人工智能的研究與應(yīng)用的領(lǐng)域有模式識別、定理自動證明、自動程序設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)、知識工程、機(jī)器翻譯、數(shù)據(jù)智能檢索、自然語言理解、語音合成和語音識別、智能機(jī)器人等。其中智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用是人工智能研究成果的集中體現(xiàn)，對于科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展有重要意義。

6．邏輯加工處理

邏輯加工處理是指用計(jì)算機(jī)對一邏輯性質(zhì)的問題進(jìn)行加工處理。最突出的例子是機(jī)器自動翻譯，即由計(jì)算機(jī)把一種語言文字翻譯成另一種語言文字。從1950年開始，好幾個(gè)國家先后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行機(jī)器自動翻譯的研究試驗(yàn)。我國在1959年成功地進(jìn)行了俄漢機(jī)器自動翻譯試驗(yàn)。目前，國際上各主要文種的機(jī)器自動翻譯已基本研究成功。

7．多媒體

多媒體又稱為超媒體，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，以交互方式將文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)設(shè)備的獲取、操作、編輯、存儲等綜合處理后，將這些媒體信息以單獨(dú)或合成的形態(tài)表現(xiàn)出來的技術(shù)和方法。特別是，它利用現(xiàn)代聲像技術(shù)和通信技術(shù)，將圖形、圖像和聲音結(jié)合起來表達(dá)客觀事物，以追求更自然、更豐富的接口界面，在方式上非常生動、直觀，易被人們接受，因而其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。多媒體技術(shù)不僅覆蓋了計(jì)算機(jī)的絕大部分應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)還拓寬了新的應(yīng)用領(lǐng)域，如可視電話、視頻會議系統(tǒng)等。實(shí)際上，多媒體系統(tǒng)的應(yīng)用以極強(qiáng)的滲透力進(jìn)入了人類工作和生活的各個(gè)領(lǐng)域，正改變著人類的生活和工作方式，成功地創(chuàng)造了一個(gè)絢麗多彩的多媒體世界。

8．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的生命力，近些年發(fā)展特別迅速。在Internet的推動下，各企事業(yè)單位和政府部門相繼建立了自己的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在國內(nèi)外眾多的網(wǎng)站上可以方便地獲取和傳遞信息，查閱文獻(xiàn)，做到資源共享。例如，利用遠(yuǎn)程教學(xué)和網(wǎng)上圖書館，教師和學(xué)生不出校門就可以方便、迅速地進(jìn)行教學(xué)活動和查閱所需要的科研論文、參考文獻(xiàn)等，大大提高了工作和學(xué)習(xí)的效率。

9．電子商務(wù)

電子商務(wù)是指利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的商務(wù)活動。具體地說，電子商務(wù)是指綜合利用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、LAN(局域網(wǎng))和Internet進(jìn)行商品與服務(wù)交易、金融匯兌、網(wǎng)絡(luò)廣告或提供娛樂節(jié)目等一系列商業(yè)活動。交易的雙方可以是企業(yè)之間，也可以是企業(yè)與消費(fèi)者之間。它是一種比傳統(tǒng)商務(wù)更好的商務(wù)方式，旨在通過網(wǎng)絡(luò)完成核心業(yè)務(wù)，改善售后服務(wù)，縮短周轉(zhuǎn)周期，從有限的資源中獲得更大的收益，從而達(dá)到銷售商品的目的。

10．辦公自動化

辦公自動化是指利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來處理日常例行的各種工作，通過完善的文字、表格處理功能以及較強(qiáng)的圖形、圖像處理和網(wǎng)絡(luò)通信能力，進(jìn)行各種文檔的起草、編排、存儲、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、輸出等工作。從普通公文和信件的處理，到文獻(xiàn)摘錄、書刊、報(bào)紙的排版，以及論文、著作的撰寫、演示等，辦公自動化技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用。1.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成的，如圖1.2所示。

1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大功能部件組成的，也就是指組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種能夠看得見、摸得著的有形物理設(shè)備，如主板、CPU、硬盤、內(nèi)存、顯示卡、聲卡、軟盤驅(qū)動器、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、調(diào)制解調(diào)器等。通常，人們把運(yùn)算器、控制器和內(nèi)存儲器統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的主機(jī)，而把外存儲器、各種輸入和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)外部設(shè)備。圖1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)軟件是指為運(yùn)行、管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)所開發(fā)的各種程序。軟件是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的橋梁，它體現(xiàn)了人要計(jì)算機(jī)做什么、怎樣做。只有硬件加軟件才能構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)，二者缺一不可。計(jì)算機(jī)依靠硬件和軟件的協(xié)同工作來完成某一給定任務(wù)，硬件是計(jì)算機(jī)的“驅(qū)體”，而軟件則是計(jì)算機(jī)的“靈魂”。把只有硬件而沒有軟件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)，裸機(jī)只能識別0、1機(jī)器代碼，對一般用戶來說是沒有用的。軟件系統(tǒng)按其功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。1.2.2計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)

1．運(yùn)算器(ArithmeticUnit)

運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工、運(yùn)算的部件，它的速度決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。運(yùn)算器的功能是對二進(jìn)制編碼進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算(加、減、乘、除)和邏輯運(yùn)算(與、或、非、比較、移位)。

2．控制器(ControlUnit)

控制器的功能是控制計(jì)算機(jī)各部分按照程序指令的要求協(xié)調(diào)工作，自動地執(zhí)行程序。它的工作是按程序計(jì)數(shù)器的要求，從內(nèi)存中取出一條指令并進(jìn)行分析，根據(jù)指令的內(nèi)容要求，向有關(guān)部件發(fā)出控制命令，并讓其按指令要求完成操作。

通常情況下把運(yùn)算器和控制器合在一起，做在一塊半導(dǎo)體集成電路中，稱為中央處理器(CentralProcessingUnit，CPU)，又稱微處理器，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“大腦”。

3．存儲器(Memory)

存儲器是計(jì)算機(jī)中用于記憶的部件，它的功能是存放程序和數(shù)據(jù)。使用時(shí)，可以從存儲器中取出信息(讀取操作),也可以把信息寫入存儲器(存寫操作)。計(jì)算機(jī)存儲器一般分為內(nèi)部存儲器與外部存儲器兩種。

1)內(nèi)部存儲器

內(nèi)部存儲器簡稱內(nèi)存，又稱為主存儲器(主存)，主要存放當(dāng)前要執(zhí)行的程序及相關(guān)數(shù)據(jù)。CPU可以直接對內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行存、取操作。內(nèi)存目前均采用半導(dǎo)體存儲器，其存儲實(shí)體是芯片的一些電子線路，因此其存、取速度很快，但其造價(jià)高(以存儲單元計(jì)算)，容量較小。內(nèi)存是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)交換的中心，CPU在存、取外部存儲器時(shí)，都必須通過內(nèi)存。內(nèi)存又可分為只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)和隨機(jī)存儲器(RandomAccessMemory，RAM)兩類。ROM是指只能讀不能寫的存儲器，保存的是計(jì)算機(jī)廠家在生產(chǎn)時(shí)用專門設(shè)備寫入并經(jīng)固化處理的信息，用戶只能讀出數(shù)據(jù)而無法修改。即使斷電，ROM中的信息也不會丟失。RAM也稱讀寫存儲器，CPU對其既可讀出數(shù)據(jù)又可寫入數(shù)據(jù)，但是，一旦關(guān)機(jī)斷電，RAM中的信息將全部丟失。人們通常說的“主存”或“內(nèi)存”均指RAM，RAM存儲器的容量就是計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量。

CPU與內(nèi)存一起被稱為計(jì)算機(jī)的主機(jī)。

2)外部存儲器

外部存儲器簡稱外存，又稱為輔助存儲器，可用來存放需要保存的程序和數(shù)據(jù)信息。通常，外存除只與內(nèi)存成批地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換外，不按單個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存取，也不能與計(jì)算機(jī)的其他部件直接交換信息。外存具有存儲容量大，速度慢，價(jià)格低，能永久保存信息等特點(diǎn)。

常用的外存有硬盤、光盤(CD)、閃存(U盤)、移動硬盤、軟盤和磁帶等(不過，在微機(jī)上幾乎不用磁帶)。外存在斷電時(shí)可保持信息不丟失，且信息保存時(shí)間長(如磁盤中的信息可以保持幾年甚至幾十年)，容量一般都較大。

4．輸入設(shè)備(InputDevice)

輸入設(shè)備是指向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)信息的設(shè)備。它的任務(wù)是向計(jì)算機(jī)提供原始的信息，如文字、數(shù)字、聲音、圖像、程序、指令等，并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別和接收的信息形式送入存儲器中，以便加工、處理。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、觸摸屏、數(shù)字化儀、麥克風(fēng)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、條形碼閱讀器、光筆、手寫筆、游戲手柄、光電閱讀儀等。

5．輸出設(shè)備(OutputDevice)

輸出設(shè)備用來輸出經(jīng)過計(jì)算機(jī)運(yùn)算或處理后所得的結(jié)果，并將結(jié)果以字符、數(shù)據(jù)、圖形等人們能夠識別的信息形式進(jìn)行輸出。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、投影儀、繪圖儀、揚(yáng)聲器等。

輸入/輸出設(shè)備(I/O設(shè)備)和外部存儲器統(tǒng)稱為外部設(shè)備(PeripheralEquipment)。1.2.3計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

1．系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是指那些為了方便計(jì)算機(jī)硬件資源的使用和管理，為軟件開發(fā)提供良好環(huán)境的軟件。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、語言處理軟件(程序設(shè)計(jì)語言及語言處理程序)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和工具軟件等。

1)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是通用計(jì)算機(jī)必備軟件，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件。它用來控制和管理系統(tǒng)中的硬件資源和軟件資源，并且提供用戶支持的程序以及與之有關(guān)的各種文檔。操作系統(tǒng)的種類很多，如DOS、Windows、Linux、UNIX等。

2)程序設(shè)計(jì)語言

程序設(shè)計(jì)語言是人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的一種工具，它通常分為機(jī)器語言、匯編語言和高級語言三類。

(1)機(jī)器語言：是用二進(jìn)制代碼0、1表示的能夠被計(jì)算機(jī)識別和執(zhí)行的語言。人們通過有序的計(jì)算機(jī)指令來指揮計(jì)算機(jī)工作。指令是一種規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種特定操作的命令，通常一條指令對應(yīng)一種基本操作，每臺計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)就是該機(jī)器的機(jī)器語言。各種不同的機(jī)型有不同的指令系統(tǒng)，因此可以說機(jī)器語言是因機(jī)器而異的。用機(jī)器語言編寫的程序占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，但它的直觀性差，不好理解、記憶，不通用。

(2)匯編語言：是用助記符來代替二進(jìn)制的指令，它比機(jī)器語言直觀，而且容易記憶。但計(jì)算機(jī)不能直接識別和執(zhí)行匯編語言的指令，需要通過“翻譯”(即匯編)將匯編語言編寫的程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言后，計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。匯編語言的指令語句與機(jī)器指令一一對應(yīng)，因機(jī)而異，不能通用。

機(jī)器語言和匯編語言通常被稱為低級語言。

(3)高級語言：是一種脫離計(jì)算機(jī)、面向過程、符合人們思維習(xí)慣并易為人們所理解和學(xué)習(xí)的語言，如BASIC、C、FORTRAN、PASCAL、FoxPro語言等。用高級語言編寫程序，簡單、省時(shí)、易懂。目前使用的大部分應(yīng)用程序都是用高級語言編寫的。用這種語言編寫的程序不能被計(jì)算機(jī)直接讀懂，需要用編譯程序(相當(dāng)于筆譯)或解釋程序(相當(dāng)于口譯)將它們翻譯成機(jī)器語言后，才能讓機(jī)器執(zhí)行。

近年發(fā)展起來的可視化編程比上述語言編程又前進(jìn)了一步，程序設(shè)計(jì)者不必再一句句地編寫程序，而是在“可視化編程”環(huán)境下選擇要做的事情，程序就可以自動生成。

3)語言處理程序

語言處理程序是為用戶設(shè)計(jì)的編程服務(wù)軟件，其作用是將用匯編語言或高級語言編寫的程序(稱為源程序)翻譯成計(jì)算機(jī)能識別的目標(biāo)程序。語言處理程序包括匯編程序、解釋程序和翻譯程序。

(1)匯編程序：是把用匯編語言編寫的匯編語言源程序翻譯成機(jī)器可執(zhí)行的由機(jī)器語言表示的目標(biāo)程序的翻譯程序，其翻譯過程叫匯編。

(2)解釋程序：指接受用某種程序設(shè)計(jì)語言(比如BASIC語言)編寫的源程序，然后對源程序中的每一個(gè)語句進(jìn)行解釋并執(zhí)行，最后得出結(jié)果。也就是說，解釋程序?qū)υ闯绦蛞贿叿g，一邊執(zhí)行。解釋程序比較簡單，占用內(nèi)存較少，對源程序錯(cuò)誤的修改較方便，可移植性也好，但執(zhí)行速度慢。

(3)編譯程序：是將用高級語言編寫的源程序翻譯成與之等價(jià)的用機(jī)器語言表示的目標(biāo)程序的翻譯程序，其翻譯過程稱為編譯。編譯程序執(zhí)行速度快，但其比較復(fù)雜，開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用較大。

4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有組織、動態(tài)、高效的管理手段，為信息管理應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)提供強(qiáng)有力的支持。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，通常所說的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并不單指數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身，而是將它們與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為一個(gè)總體而構(gòu)成的系統(tǒng)看做數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常由硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，DBMS)、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用程序等組成。數(shù)據(jù)庫是按一定的方式組織起來的數(shù)據(jù)的集合，它具有數(shù)據(jù)冗余度小、可共享等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的作用就是管理數(shù)據(jù)庫，它具有以下功能：建立數(shù)據(jù)庫，編輯、修改、增刪數(shù)據(jù)庫內(nèi)容等對數(shù)據(jù)的維護(hù)功能；對數(shù)據(jù)的檢索、排序、統(tǒng)計(jì)等使用數(shù)據(jù)庫的功能；友好的交互式輸入/輸出能力；使用方便、高效的數(shù)據(jù)庫編程語言；允許多用戶同時(shí)訪問數(shù)據(jù)庫；提供數(shù)據(jù)獨(dú)立性、完整性、安全性的保障。

不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以不同的方式將數(shù)據(jù)組織到數(shù)據(jù)庫中，組織數(shù)據(jù)的方式稱為數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型有四種類型：以二維表格形式組織數(shù)據(jù)的關(guān)系型，采用樹型結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)的層次型，采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)型，關(guān)系對象型。

目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Access、FoxPro、SQLServer、Oracle、Sybase等。

有時(shí)也將數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)看做是應(yīng)用軟件。

系統(tǒng)軟件還包括為了方便軟件開發(fā)、系統(tǒng)維護(hù)而提供的各種工具軟件，這里不再詳述。

2．應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是指計(jì)算機(jī)用戶在各自的業(yè)務(wù)領(lǐng)域中開發(fā)使用解決各種實(shí)際問題的應(yīng)用程序。應(yīng)用軟件可以分為三大類：通用應(yīng)用軟件、用于專門行業(yè)的應(yīng)用軟件和定制的軟件。

通用應(yīng)用軟件支持最基本的應(yīng)用，廣泛地應(yīng)用于幾乎所有的專業(yè)領(lǐng)域，如辦公軟件包、瀏覽器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及人事、財(cái)務(wù)、設(shè)備、計(jì)劃管理系統(tǒng)等。通用應(yīng)用軟件也可以分為兩大類：第一類是為小型企業(yè)設(shè)計(jì)的，它們都以完整的形式出售；第二類是為中等規(guī)模以上的企業(yè)設(shè)計(jì)的，通常由許多模塊組成，每一個(gè)模塊完成特定的工作，可以單獨(dú)購買。有許多應(yīng)用軟件專門用于某一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，如牙科診所、法律事務(wù)所、房地產(chǎn)事務(wù)所等。大型企業(yè)都有較高的特殊需求，而現(xiàn)成的應(yīng)用軟件往往不能滿足這些需求，于是，這些企業(yè)需要研制和開發(fā)能滿足他們特殊需求的定制軟件。為了提高開發(fā)定制軟件的速度，有些公司(如Oracle、SAP等)提供了一類專門供大型企業(yè)開發(fā)軟件使用的軟件。這類軟件提供一個(gè)框架或構(gòu)架，軟件人員在框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，其開發(fā)時(shí)間短，得到的最終軟件一般比較穩(wěn)定，且用戶界面也比較友好。常見的應(yīng)用軟件有：

(1)辦公軟件包。辦公軟件包包括文字處理、桌面排版、電子表格處理、商務(wù)圖表、演示軟件等。為了方便用戶維護(hù)大量的數(shù)據(jù)，辦公軟件包還提供了小型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如MicrosoftOffice的Access等。MicrosoftOffice是常見的辦公軟件包。

(2)瀏覽器。瀏覽器提供訪問Internet的統(tǒng)一的界面，用來瀏覽信息等。最常用的兩個(gè)瀏覽器是MicrosoftInternetExplorer和NetscapeNavigator。

(3)實(shí)時(shí)控制軟件。把用于實(shí)時(shí)控制的軟件一般統(tǒng)稱為SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，監(jiān)察控制和數(shù)據(jù)采集)軟件。目前，在微機(jī)上常用的SCADA軟件有FIX、InTouch、Lookout等，它們對計(jì)算機(jī)的速度要求不高，但對可靠性要求卻很高。其輸入信息往往是電壓、溫度、壓力、流量等模擬量，先將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理或計(jì)算后，以此為依據(jù)，再根據(jù)預(yù)定的控制方案對過程進(jìn)行控制。

(4)圖形圖像處理軟件。常用的圖形圖像處理軟件有PhotoShop、CorelDraw、3DSMAX、Freehand等。1.2.4計(jì)算機(jī)的工作原理

按照“存儲程序、程序控制”的計(jì)算機(jī)基本工作原理，計(jì)算機(jī)的工作過程可以簡單概括為輸入、處理、輸出和存儲4個(gè)工作過程，如圖1.3所示。在程序的指揮下，計(jì)算機(jī)根據(jù)需要進(jìn)行工作。輸入是指接受由輸入設(shè)備(鍵盤或鼠標(biāo)等)提供的信息；處理是指對信息進(jìn)行加工處理的過程，并按一定方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出是指將處理結(jié)果在輸出設(shè)備上(顯示器或打印機(jī)等)顯示或打??；存儲是指將原始數(shù)據(jù)或處理結(jié)果在計(jì)算機(jī)的存儲器(硬盤或U盤等)上進(jìn)行保存以便再次使用。圖1.3計(jì)算機(jī)工作過程示意圖當(dāng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部同時(shí)存在兩股信息流(信息流和數(shù)據(jù)流)在流動。由輸入設(shè)備輸入的所有信息(包括源程序、原始數(shù)據(jù)、各種指令等)存放在存儲器內(nèi)。在信息的處理過程中，分離出來的各種指令以數(shù)據(jù)的形式由存儲器出發(fā)同時(shí)去控制器，由控制器經(jīng)譯碼后變?yōu)楦鞣N控制信號，形成控制流，它從控制器出發(fā)同時(shí)去控制輸入設(shè)備的啟動與停止，控制運(yùn)算器按規(guī)定一步步地從存儲器提取數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)或邏輯運(yùn)算和處理，控制存儲器的讀或?qū)?，控制輸出設(shè)備等。另一方面，數(shù)據(jù)在進(jìn)入存儲器的處理過程中，由于控制器中的各種控制信號的作用，形成數(shù)據(jù)流，它們從存儲器讀入運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的中間結(jié)果返回并暫存入存儲器中，直到最后由輸出設(shè)備輸出運(yùn)算結(jié)果。1.3.1微型計(jì)算機(jī)概述

微型計(jì)算機(jī)(MicroComputer)簡稱微型機(jī)或微機(jī)，又稱為個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer，PC)，它是相對于傳統(tǒng)意義上的大、中、小型機(jī)而言的。這是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中發(fā)展最快的一類計(jì)算機(jī)，它被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)方面。當(dāng)今的PC小巧玲瓏，成為企業(yè)、機(jī)關(guān)、軍隊(duì)、學(xué)校和家庭的常用工具，它能幫助人們完成許多工作。

1.3微型計(jì)算機(jī)的使用

1981年8月，美國IBM公司推出了第一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM–PC。隨著PC中所使用的CPU的不斷升級，微機(jī)也經(jīng)歷了286、386、486、586(奔騰)、PⅡ、PⅢ、P4和雙核等發(fā)展過程。一般人們用CPU的檔次來大體表示微機(jī)的規(guī)格，例如，使用了Core2CPU的微型計(jì)算機(jī)便稱為Core2機(jī)型。

目前，我國微機(jī)CPU技術(shù)已經(jīng)達(dá)到“PentiumⅢ”水平，較有名的微機(jī)品牌有“聯(lián)想”、“長城”、“方正”等。

常見微機(jī)的實(shí)際物理結(jié)構(gòu)即組成微機(jī)的各個(gè)硬件設(shè)備，主要包括主機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、音響、打印機(jī)等，如圖1.4所示。圖1.4常見的微型計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備1.3.2微機(jī)主機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成

微機(jī)一般是根據(jù)開放式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)的組成部件大都遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)需要自由選擇、靈活配置。無論是什么商標(biāo)和型號的微機(jī)，其主要組成部件和基本配置都相似。從微機(jī)的制造商、型號和所配置的機(jī)箱樣式、CPU型號、內(nèi)存、主板、顯示卡、硬盤、光驅(qū)、聲卡、網(wǎng)卡、鼠標(biāo)、鍵盤等主要部件(如圖1.5所示)，就可以了解微機(jī)的性能情況。圖1.5微機(jī)主機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成

1．內(nèi)存

1)ROM

微機(jī)主板上的ROM中固化有BIOS(BasicInput-OutputSystem，基本輸入/輸出系統(tǒng))程序，它保存著系統(tǒng)設(shè)置信息、自檢和系統(tǒng)自舉程序，并反饋諸如設(shè)備類型、系統(tǒng)環(huán)境等信息，是面向硬件的底層軟件?，F(xiàn)在的主板還在BIOS芯片中加了如電源管理、CPU參數(shù)調(diào)整、系統(tǒng)監(jiān)控、PnP(即插即用)、病毒防護(hù)等功能。

近年來，微機(jī)上常采用稱為電可擦寫ROM(EPROM或EEPROM)的存儲元件，在微機(jī)正常工作狀態(tài)或關(guān)機(jī)狀態(tài)下，其功能與普通的ROM相同。運(yùn)行專門的程序，可以通過微機(jī)內(nèi)專設(shè)的電子線路，使其進(jìn)入像RAM一樣的工作狀態(tài)，改寫其中的內(nèi)容，退出這種狀態(tài)后，新的內(nèi)容可被長期保存。電可擦寫ROM的采用，可以使計(jì)算機(jī)在不更換硬件的條件下升級BIOS，支持新的需要，但同時(shí)也為計(jì)算機(jī)病毒提供了一個(gè)新的破壞對象。任何一個(gè)程序都要調(diào)入內(nèi)存才能執(zhí)行。為了能夠在已有的機(jī)器內(nèi)存條件下運(yùn)行更大的程序，可采用“虛擬存儲技術(shù)”通過軟件將內(nèi)存和一部分硬盤空間構(gòu)成一個(gè)整體，充當(dāng)內(nèi)存使用的方法，稱之為“虛擬存儲器”。虛擬存儲器技術(shù)能有效解決物理內(nèi)存不足的問題，但使用時(shí)要比物理內(nèi)存慢，虛擬存儲器技術(shù)實(shí)際上是用時(shí)間換取了空間。

2)RAM

目前微機(jī)上廣泛采用動態(tài)隨機(jī)存儲器(DRAM)作為主存。DRAM集成度高，功耗低，成本低。DRAM中的SDRAM是奔騰計(jì)算機(jī)系統(tǒng)普遍使用的內(nèi)存形式，其刷新周期與系統(tǒng)時(shí)鐘保持同步，使RAM和CPU以相同的速度同步工作，取消等待周期，減少了數(shù)據(jù)存取時(shí)間。DDR(DoubleDataRate)SDRAM為雙倍速率的SDRAM，其速度是SDRAM的兩倍，目前主流內(nèi)存是速度更快的DDR2。RDRAM(RanbusDRAM，存儲器總線式動態(tài)隨機(jī)存儲器)被廣泛應(yīng)用于多媒體領(lǐng)域。微機(jī)上使用的動態(tài)隨機(jī)存儲器被制作成內(nèi)存條的形式出現(xiàn)。內(nèi)存條的外形如圖1.6所示，它被插在系統(tǒng)主板的內(nèi)存插槽上。

圖1.6內(nèi)存條外形圖

3)CMOS存儲器

除了ROM之外，在計(jì)算機(jī)中還有一個(gè)稱之為CMOS的“小內(nèi)存”，它保存著計(jì)算機(jī)當(dāng)前的配置信息，如日期和時(shí)間、硬盤的格式和容量及內(nèi)存容量等。若將這些信息保存在ROM中，就不能被修改，也就不能將硬盤升級，或修改日期等信息。因此，微機(jī)使用CMOS存儲器保存這些引導(dǎo)數(shù)據(jù)，它保存的時(shí)間要比RAM長，但又不像ROM那樣不能修改。

2．CPU

CPU是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理功能主要由它來完成；同時(shí)它還控制計(jì)算機(jī)的其他零部件，從而使計(jì)算機(jī)的各部件協(xié)調(diào)工作?？梢哉f，中央處理器的性能決定著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。CPU的外形如圖1.7所示。圖1.7CPU的正面和反面

CPU的性能主要是由字長、位寬、主頻等決定的。

CPU的字長是指CPU在單位時(shí)間內(nèi)(同一時(shí)間)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，它體現(xiàn)了一條指令所能處理數(shù)據(jù)的能力。字長越長，CPU可同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)就越多，功能就越強(qiáng)，但CPU的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。

CPU的位寬是指CPU通過外部數(shù)據(jù)總線與外部設(shè)備之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù)位。

CPU的主頻也叫工作頻率，是CPU內(nèi)核電路的實(shí)際運(yùn)行頻率，所以也叫做CPU內(nèi)頻，它等于CPU在一秒內(nèi)能夠完成的工作周期數(shù)。CPU的主頻以MHz(兆赫)、GHz(吉赫)為單位，主頻越高，表明CPU的運(yùn)算速度越快。從第一臺IBM-PC使用美國Intel公司生產(chǎn)的8080CPU后，CPU的技術(shù)水平飛速提高，Intel公司先后推出了80286、80386、80486、Pentium、PentiumPro、PentiumⅡ、PentiumⅢ、P4、Core(酷睿)、Core2等系列產(chǎn)品。除此之外，還有IBM、Apple、Motorola、AMD、Cyrix等公司生產(chǎn)的微處理器產(chǎn)品。CPU的工作速度越來越快，從每秒完成幾十萬次基本運(yùn)算發(fā)展到上億次，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。計(jì)算機(jī)在工作時(shí)，CPU頻繁地和內(nèi)存交換信息。目前CPU的速度越來越快，其執(zhí)行指令的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)存的讀寫速度，當(dāng)CPU從RAM中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，就不得不進(jìn)入等待狀態(tài)，放慢它的運(yùn)行速度，因此極大地影響了計(jì)算機(jī)的整體性能。為有效解決這一速度沖突問題，提高整體性能，在微機(jī)上采用了Cache(高速緩存存儲器)技術(shù)方案。Cache是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，是CPU和RAM之間的橋梁。Cache一般采用靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)構(gòu)成，它的訪問速度是DRAM的10倍。

Cache的工作原理為：通常程序在內(nèi)存中是按順序執(zhí)行的，當(dāng)CPU要訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)時(shí)，先在Cache中查找，若Cache中有CPU所需的數(shù)據(jù)(稱為命中)，則CPU直接從Cache中讀取，如果沒有，就從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，并把與該數(shù)據(jù)相關(guān)的一部分內(nèi)容復(fù)制到Cache，為下一次訪問做好準(zhǔn)備。只要算法得當(dāng)，在Cache中的命中率一般很高，平均可達(dá)80%左右，從而提高了工作效率。

Cache按其功能通常分為兩類：CPU內(nèi)部的Cache和CPU外部的Cache。CPU內(nèi)部的Cache也稱為一級Cache，簡稱L1(Level1)，它是CPU內(nèi)核的一部分，負(fù)責(zé)在CPU內(nèi)部的寄存器與外部Cache之間的緩存；CPU外部的Cache相對CPU是獨(dú)立的部件，它主要用于彌補(bǔ)CPU內(nèi)部Cache的容量過小，負(fù)責(zé)整個(gè)CPU與內(nèi)存之間的緩存。早期的外部Cache都被安排在主板上，稱為板載Cache，簡稱為L2(Level2)，以主板上總線的速度進(jìn)行工作。為解決L2與CPU速度之間的瓶頸，自PⅢ開始，將L2與CPU內(nèi)核封裝在同一塊芯片中，但不屬于CPU，這種設(shè)計(jì)的Cache叫做片載，也被稱為全速Cache，其工作頻率與CPU內(nèi)核相同。而主板繼續(xù)使用速度更高、容量更大的Cache就成了三級Cache。

3．主板

主板是微機(jī)系統(tǒng)中最大的一塊印刷電路板，又稱母板或底板，由印刷電路、CPU插座、控制芯片、CMOS只讀存儲器、Cache存儲器、各種擴(kuò)展插槽、鍵盤插座、各種連接插座和各種開關(guān)及跳線組成，如圖1.8所示。主板是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的部件，其性能的好壞在很大程度上決定了CPU及其他板卡性能的發(fā)揮，從而影響計(jì)算機(jī)運(yùn)行的速度與穩(wěn)定性。目前市場上的主板主要有Intel、華碩、微星、技嘉等品牌。不插CPU、內(nèi)存條、控制卡的主板稱為裸板。圖1.8主板及其部分配件為簡化主板結(jié)構(gòu)，控制與管理整個(gè)計(jì)算機(jī)的硬件以及數(shù)據(jù)傳遞，將復(fù)雜的電路元件集成為性能可靠的“北橋芯片”和“南橋芯片”，并統(tǒng)稱為“芯片組”。位于CPU旁邊的是北橋芯片，負(fù)責(zé)CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸，提供對CPU的類型和主頻、內(nèi)存的類型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽等的支持。北橋芯片起著主導(dǎo)性的作用，也稱為主橋(HostBridge)。南橋芯片一般離CPU插槽較遠(yuǎn)，負(fù)責(zé)外設(shè)(鍵盤、鼠標(biāo))和內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸，提供對KBC(鍵盤控制器)、RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器)、USB(通用串行總線)等的支持。

4．總線

總線是微機(jī)中系統(tǒng)部件之間傳送信息的通道，是微機(jī)中各種信號連線的總稱。微機(jī)中的總線按連接對象分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線位于CPU芯片內(nèi)部，用于連接CPU的各個(gè)組成部件；系統(tǒng)總線是指主板上連接微機(jī)中各大部件的總線；外部總線是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，微機(jī)通過外部總線與其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換。

總線的傳輸方式是并行的，所以也稱并行總線?？偩€按功能分為數(shù)據(jù)總線(DataBus,DB)、控制總線(ControlBus,CB)和地址總線(AddressBus,AB)。數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù)信息(DB為雙向)；控制總線用于傳送各種控制信號，包括CPU到存儲器或外設(shè)接口的控制信號和外設(shè)到CPU的各種信號等；地址總線用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，以便選擇需要訪問的存儲單元或輸入/輸出接口電路。

5．?dāng)U展插槽

微機(jī)采用開放式體系結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)主板上裝有多個(gè)擴(kuò)展槽，用來插入部件或連接外部設(shè)備。擴(kuò)展槽與主板上的總線相連，任何插入擴(kuò)展槽的電路板(例如顯示卡、聲卡)就可通過總線與CPU連接，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)充和與外設(shè)的連接。目前主板上的擴(kuò)展插槽有ISA插槽、PCI插槽和AGP插槽。

1)ISA插槽

ISA插槽是基于ISA總線(IndustrialStandardArchitecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線)的擴(kuò)展插槽，為主板下端最長的插槽，一般為黑色。ISA插槽為16位插槽，可插接顯卡、聲卡、網(wǎng)卡以及所謂的多功能接口卡等擴(kuò)展插卡。ISA插槽是早期的插槽，占用CPU資源太高，數(shù)據(jù)傳輸較慢，現(xiàn)基本被淘汰。

2)PCI插槽

PCI插槽(PedpherdComponentInterconnect，連接外圍設(shè)備端口)是基于PCI局部總線的擴(kuò)展插槽，一般為乳白色，位于主板上AGP插槽的下方、ISA插槽的上方。其位寬為32位或64位，可插接顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、內(nèi)置Modem、內(nèi)置ADSLModem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、電視卡、視頻采集卡以及其他種類繁多的擴(kuò)展卡。PCI插槽是目前微機(jī)主板上的主要常用擴(kuò)展插槽，通過插接不同的擴(kuò)展卡可以獲得目前微機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的幾乎所有的功能，是名副其實(shí)的“萬用”擴(kuò)展插槽。

3)AGP插槽

AGP插槽(AcceleratedGraphicsPort，圖形加速端口)是在PCI總線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、由英特爾開發(fā)的提高視頻性能的插槽，專門用于圖形顯示卡，讓視頻處理器與系統(tǒng)主內(nèi)存直接相連，進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，避免經(jīng)過PCI總線而造成的系統(tǒng)瓶頸。AGP插槽通常為棕色，與PCI、ISA插槽不處于同一水平位置，而是向內(nèi)一些，槽結(jié)構(gòu)與PCI、ISA也完全不同。目前，AGP插槽已經(jīng)不能滿足顯卡傳輸數(shù)據(jù)的速度，已逐漸被淘汰，取代它的是PCIExpress插槽。

6．外部設(shè)備接口

外部設(shè)備接口是計(jì)算機(jī)與外設(shè)連接的端口。在計(jì)算機(jī)上常見的外部設(shè)備接口如圖1.9所示。圖1.9常見外部設(shè)備接口

1)串行接口

微機(jī)的串行接口插座分為9針和25針兩種，目前最普遍的用途是連接鼠標(biāo)和調(diào)制解調(diào)器。串行接口常被賦予專門的設(shè)備名COM1、COM2……串行接口常被稱為異步通信適配器接口(RS-232-C)，最大通信距離為15m。

2)并行接口

微機(jī)的并行接口插座上有25個(gè)導(dǎo)電的小孔，由于并行接口常用于連接打印機(jī)，因此該接口常被稱為打印口或并行打印機(jī)適配器。并行接口被賦予專門的設(shè)備名LPT，為區(qū)別同一臺計(jì)算機(jī)上的多個(gè)并行端口，依次稱為LPT1、LPT2……

3)USB接口

USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)接口是一種新型的輸入輸出總線接口，USB它為外設(shè)提供電源，能同時(shí)連接127個(gè)外設(shè)，可同時(shí)支持高速和低速設(shè)備的訪問。目前可以通過USB接口連接的輸入/輸出設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀、數(shù)碼照相機(jī)、顯示器、打印機(jī)、繪圖儀和調(diào)制解調(diào)器等。

4)IEEE1394接口

IEEE1394是一種外部高速串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)，支持熱插拔，支持同步和異步兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。該接口技術(shù)由蘋果公司率先創(chuàng)立，稱之為Firewire，所以很多人也將它稱為火線。近年來隨著成本的下降，1394卡正迅速普及。1394接口具有把一個(gè)輸入信息源傳來的數(shù)據(jù)向多個(gè)輸出機(jī)器廣播的功能，可以把微機(jī)及其外部設(shè)備(如硬盤、打印機(jī)、掃描儀)、各種家電(如數(shù)碼照相機(jī)、DVD播放機(jī)、視頻電話等)連接在一起，特別適合于家庭視聽AV(AUDIO-VISUAL)的連接，具有良好的視聽AV設(shè)備重播聲音和圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的效果。

5)硬盤接口

硬盤接口是硬盤與主機(jī)系統(tǒng)間的連接部件，其作用是在硬盤緩存和主機(jī)內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)。不同的硬盤接口決定著硬盤與計(jì)算機(jī)之間的連接速度，在整個(gè)系統(tǒng)中，硬盤接口的優(yōu)劣直接影響著程序運(yùn)行的快慢和系統(tǒng)性能的好壞。從整體的角度上，硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種。在IDE和SCSI的大類別下，又可以分出多種具體的接口類型，且各自擁有不同的技術(shù)規(guī)范，具備不同的傳輸速度，比如ATA100和SATA，Ultra160SCSI和Ultra320SCSI都代表著一種具體的硬盤接口，各自的速度差異也較大。

(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics，集成設(shè)備電子部件)：是把控制器集成到硬盤驅(qū)動器內(nèi)，在硬盤適配器卡中不再有控制器，消除了驅(qū)動器和控制器間的數(shù)據(jù)丟失問題，數(shù)據(jù)傳輸可靠，硬盤安裝方便。IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，部分也用于服務(wù)器。

(2)SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)：是一個(gè)多任務(wù)接口，具有總線仲裁功能，是一種廣泛應(yīng)用于小型機(jī)上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。SCSI總線上的適配器和控制器可以并行工作，在同一個(gè)SCSI控制器控制下的多臺外設(shè)也可以并行工作。SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站中。

(3)光纖通道(FibreChannel)：和SCSI接口一樣，光纖通道最初也不是為硬盤設(shè)計(jì)開發(fā)的接口技術(shù)，而是專為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，只用在高端服務(wù)器上，隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，其逐漸被應(yīng)用到硬盤系統(tǒng)中。光纖通道的主要特性有熱插拔性，高速帶寬，遠(yuǎn)程連接，連接設(shè)備數(shù)量大等。

(4)SATA(SerialATA，串行ATA)：是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型，SATA總線使用嵌入式時(shí)鐘信號，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比，其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令(不僅僅是數(shù)據(jù))進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴４薪涌谶€具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點(diǎn)，正處于市場普及階段，在家用市場中有著廣闊的前景。

7．電源

微機(jī)電源是安裝在機(jī)箱里的一個(gè)金屬殼體內(nèi)的獨(dú)立部件，通過主板為系統(tǒng)的各種部件和鍵盤提供工作所需的電源。時(shí)至今日，微機(jī)電源仍是根據(jù)IBM公司的個(gè)人電腦標(biāo)準(zhǔn)制造的，已從AT電源發(fā)展到ATX電源。

8．機(jī)箱

機(jī)箱一般由金屬體和塑料面板構(gòu)成，主機(jī)的系統(tǒng)部件均安裝在機(jī)箱內(nèi)。機(jī)箱有臥式和立式兩種，目前使用最多的是立式機(jī)箱。機(jī)箱面板上一般配有各種工作狀態(tài)指示燈和控制開關(guān)，光盤驅(qū)動器和USB等接口通常安裝在前面以便操作，機(jī)箱后面一般是電源及輸入輸出設(shè)備等的接口。1.3.3微機(jī)的常用外設(shè)

1．常用外存儲器

1)軟盤

軟盤是一種磁介質(zhì)形式的較大容量的存儲器，它是通過被封裝在保護(hù)套內(nèi)的一種涂有磁性物質(zhì)的柔性圓形聚脂薄膜磁盤片的盤面上劃分出的磁道和扇區(qū)儲存信息的。軟盤是微機(jī)中最早使用的數(shù)據(jù)存儲器之一。其價(jià)格便宜、可脫機(jī)保存、攜帶方便，但由于軟盤的容量和速度已不能適應(yīng)現(xiàn)在的需求，隨著各種大容量移動存儲設(shè)備的普及，軟盤已很少使用。微機(jī)中使用的軟盤和軟盤驅(qū)動器(軟驅(qū))經(jīng)歷了從5.25英寸到3.5英寸，由單面到雙面，由低密到高密的發(fā)展過程。目前在微機(jī)上還能見到的軟盤一般是3.5英寸的雙面高密度軟盤，簡稱為3.5寸盤，容量為1.44MB，如圖1.10所示。

軟盤是靠軟驅(qū)上的磁頭來對磁盤片進(jìn)行讀寫操作的。軟驅(qū)是一個(gè)電子機(jī)械設(shè)備，使用軟盤時(shí)，先將軟盤插入軟驅(qū)中，然后進(jìn)行讀寫操作即可。軟盤上有一個(gè)寫保護(hù)孔，將小滑動塊移開露出小孔，就是對軟盤進(jìn)行寫保護(hù)。圖1.103.5寸磁盤的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2)硬盤

硬盤(HardDisk)又叫固定盤，由若干硬盤片及硬盤驅(qū)動器組成，完全密封在一個(gè)保護(hù)箱體內(nèi)，一般被固定在計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)。硬盤片由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成。硬盤是微機(jī)主要存放信息(系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、用戶數(shù)據(jù)等)的地方，是微機(jī)最重要的外部存儲器，如圖1.11所示。圖1.11硬盤及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤具有固定密封、體積小、容量大、讀寫速度快、可靠性高、使用方便等特點(diǎn)，是各種機(jī)型的主要外存設(shè)備。一般的微機(jī)可配置不同數(shù)量的硬盤，且都有擴(kuò)充硬盤的余地。現(xiàn)在的硬盤向大容量、高速度發(fā)展，著名品牌有IBM、Seagate(希捷)、WD(西數(shù))、Maxtor(邁拓)等。硬盤的存儲格式與軟盤類似，但硬盤的容量要大得多，存取速度也快得多。硬盤在第一次使用時(shí)，必須進(jìn)行分區(qū)和格式化。硬盤的指標(biāo)主要體現(xiàn)在容量和轉(zhuǎn)速上。磁盤轉(zhuǎn)速越快，存取速度就越快，但對磁盤讀寫性能要求也就越高。磁盤的容量已從過去的幾十兆字節(jié)、幾百兆字節(jié)，發(fā)展到目前的幾十吉字節(jié)到幾百吉字節(jié)，將來會達(dá)到幾十太字節(jié)，甚至更大。轉(zhuǎn)速已發(fā)展到7200r/min(IDE接口)、10000r/min(SCSI接口)等。

磁盤存儲器有如下幾個(gè)基本概念：

磁道：每個(gè)盤片的每一面都要?jiǎng)澐殖扇舾蓷l形如同心圓的磁道，這些磁道就是磁頭讀寫數(shù)據(jù)的路徑。磁盤的最外層是第0道，最內(nèi)層是第n道。扇區(qū)：為了存取數(shù)據(jù)的方便，每個(gè)磁道又分為許多稱之為扇區(qū)的小區(qū)段。每個(gè)磁道(不管是里圈還是外圈)上的扇區(qū)數(shù)是一樣的，每個(gè)磁道記錄的數(shù)據(jù)也一樣多。所以內(nèi)圈磁道上的記錄密度要大于外圈磁道上的記錄密度。

柱面：一個(gè)硬盤由幾個(gè)盤片組成，每個(gè)盤片又有兩個(gè)盤面，每個(gè)盤面都有相同數(shù)目的磁道。所有盤面上相同半徑的磁道組合在一起，叫做一個(gè)柱面。

磁盤容量：是磁盤能夠存儲信息的大小。例如，若一個(gè)磁盤片有80條磁道，每道劃分為18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可存儲512B的數(shù)據(jù)，且磁盤正反面都可以存儲數(shù)據(jù)，則其容量為512B×18×80×2=1.44MB。

3)移動硬盤

移動硬盤是硬盤的一種，是計(jì)算機(jī)之間交換大容量數(shù)據(jù)的中間存儲器，具有高速、大容量、輕巧便捷、安全可靠等特點(diǎn)。它既具有軟盤的便攜性，又具有硬盤的特性，而且多采用硅氧盤片，使其存儲量更大和可靠性更好。移動硬盤通常有兩種規(guī)格：2.5英寸和3.5英寸，分別對應(yīng)筆記本電腦和臺式電腦的硬盤。2.5英寸硬盤的體積和重量較小，更便于攜帶。移動硬盤的外觀如圖1.12所示。

移動硬盤早期有過IDE接口的，但需要打開機(jī)箱連接，使用不方便。現(xiàn)多采用USB、IEEE1394等傳輸速度較快的接口。其中，USB接口現(xiàn)有USB1.1、USB2.0等規(guī)格。

圖1.12USB接口的移動硬盤

4)光盤存儲器

光盤(CompactDisk，CD)是利用激光進(jìn)行讀寫信息的圓盤。光盤存儲器系統(tǒng)是由光盤片、光盤驅(qū)動器(光驅(qū))和光盤控制適配器組成的，如圖1.13所示。它具有容量大、速度快、兼容性強(qiáng)、可靠性高、保存時(shí)間長、用途廣、盤片成本低等特點(diǎn)，是微機(jī)數(shù)據(jù)交換的主要存儲介質(zhì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體計(jì)算機(jī)已經(jīng)大量應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，光盤驅(qū)動器已經(jīng)成為微機(jī)的基本配置。一般的光盤驅(qū)動器只能讀光盤，只有刻錄機(jī)才具有對光盤的寫功能。常見的光盤存儲器和類型有CD-ROM、CD-R、CD-RW和DVD-ROM等。圖1.13光盤及光盤驅(qū)動器

(1)CD-ROM(CompactDisk-ROM，只讀光盤)：只有一面有數(shù)據(jù)，其內(nèi)容在光盤生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)確定，盤片一旦制成，只能讀取，不可改變。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，CD-ROM主要用于視頻盤和數(shù)字化唱盤，以及各種多媒體出版物等。

(2)CD-R(CD-Recordable，刻錄光盤)：這種光盤買來時(shí)為空白盤，可以分一次或幾次對它寫入數(shù)據(jù)，寫操作采用追加方式，已寫入的內(nèi)容不可修改而只能讀取。CD-R光盤一般可用于資料的永久性保存，也可用于自制多媒體光盤或光盤拷貝。

(3)CD-RW(CD-ReWritable，可擦寫光盤)：是一種新型的可以反復(fù)讀寫的光盤，既具有硬盤的大容量，又具有軟盤的可裝卸等優(yōu)點(diǎn)。

(4)DVD-ROM(DigitalVersatileDisk-ROM，數(shù)字化多功能盤)：DVD-ROM單面單層的容量為4.7GB；單面雙層的容量為7.5GB；雙面雙層的容量可達(dá)到17GB。DVD-ROM一倍速率是1.3MB/s。

在計(jì)算機(jī)上用于衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做倍速，一倍速率為150KB/s。如果在一個(gè)24倍速的光驅(qū)上讀取數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到24×150KB/s=3.6MB/s。

5)U盤與閃存

U盤又稱為優(yōu)盤，也稱閃盤，是采用USB接口和閃存技術(shù)存儲數(shù)據(jù)信息的無需驅(qū)動器的微型高容量的移動存儲設(shè)備，如圖1.14所示。

U盤容量大，無需外接電源，使用簡便，即插即用，帶寫保護(hù)功能，存取速度快，約為軟盤速度的幾十倍至幾百倍；可靠性好，目前U盤可擦寫達(dá)100萬次，數(shù)據(jù)可保存10年；抗震性能極強(qiáng)，防潮防磁，耐高低溫，安全可靠性很好；體積非常小，僅大拇指般大小，重量極輕，約為20克，特別適合隨身攜帶；無需物理驅(qū)動器就能獨(dú)立工作，帶有USB接口的計(jì)算機(jī)都可以使用，主要用于存儲較大的數(shù)據(jù)文件和在電腦之間方便地交換文件。圖1.14U盤