１.１計算機概述１.１.１計算機的產(chǎn)生和發(fā)展人類在同大自然斗爭中，創(chuàng)造并逐步發(fā)展了計算工具，我國在春秋時代就有“籌算法”，唐末創(chuàng)造了算盤，南宋已有算盤和歌訣的記載。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，計算日趨復雜，開始出現(xiàn)了比較先進的計算工具。以上計算工具還不能適應近代科學技術發(fā)展的要求，主要原因是：（１）運算量越來越大，人工難以完成。（２）不能滿足精度的要求。（３）速度慢。下一頁返回１.１計算機概述（４）除計算以外，還要求解決工業(yè)的自動控制、圖形圖像處理、網(wǎng)絡通信等問題。總之，科學的發(fā)展，迫切要求有計算速度快、精確度高、能按程序的規(guī)定自動進行計算和自動控制的新型計算工具。在這種情況下，電子計算機也就應運而生了?？梢哉f電子計算機是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然產(chǎn)物。人們公認的世界上第一臺電子計算機是１９４６年２月問世，由美國賓夕法尼亞大學研制成功的，它的名字是“ＥＮＩＡＣ”（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＮｕｍｅｒｉｃａｌＩｎｔｅｇｒａｔｏｒａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｏｒ），即“電子數(shù)值積分計算機”的英文縮寫，發(fā)明者是兩位年輕的工程師?？颂睾湍死Ｉ弦豁撓乱豁摲祷兀?１計算機概述ＥＮＩＡＣ是一個龐然大物，全機重３０ｔ，使用電子管１８０００個，繼電器１５００個，電阻７００００個，耗電１５０ｋＷ，每秒運算５０００次，占地１６７ｍ２。用現(xiàn)在的觀點看，ＥＮＩＡＣ功能比較簡單，運算速度也很慢，但它的出現(xiàn)卻標志著計算技術的一次革命。從“ＥＮＩＡＣ”問世至今，計算機的發(fā)展經(jīng)歷了四個時代：第一代計算機（１９４６—１９５７年）：電子管時代。其特征是采用電子管作為主要元器件。這一代計算機體積大、功率大、結(jié)構(gòu)簡單、運算速度低、存儲容量小、可靠性差且價格昂貴。上一頁下一頁返回１.１計算機概述它主要用于科學計算，其運行速度為每秒１０００次至１００００次。第二代計算機（１９５８—１９６４年）：晶體管時代。其特征是由電子管改變?yōu)榫w管。這一改變不僅使得計算機的體積縮小，同時增加了機器的穩(wěn)定性并提高了運算速度，而且功耗減小，價格降低。其運行速度為每秒１０萬～１００萬次，主要用于科學計算。第三代計算機（１９６５—１９７０年）：集成電路時代。其特征是用半導體中小規(guī)模集成電路作為基本電子元件，它通過半導體集成技術將許多邏輯電路元件集中在只有幾平方毫米的硅片上，使計算機的體積顯著減小，而計算速度和存儲容量有較大提高，其運行速度為１００萬～１０００萬次／ｓ。上一頁下一頁返回１.１計算機概述這一時期在軟件方面也取得了重大進展，出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，使得計算機操作更為簡便，可靠性也大大加強，應用范圍更為廣泛，計算機技術的應用進入到許多科學技術領域。第四代計算機（１９７１年至今）：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時代。其特征是以大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路為計算機的主要功能部件。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使計算機進一步向高速小型化方向發(fā)展，使計算機的體積越來越小，價格越來越低，而可靠性越來越高，操作越來越簡單。此外，軟件也越來越豐富，給用戶使用計算機帶來了更大的方便。上一頁下一頁返回１.１計算機概述正在研制的第五代計算機是一種不同于前面四代的計算機，它采取全新的工作原理和體系結(jié)構(gòu)，更接近于人們的思考方式，即“推理”方式。第五代的電子計算機不僅采用的技術與前面不同，而且在概念和功能方面也不同于前四代計算機。這種新型的計算機稱為“知識信息處理系統(tǒng)”，也稱為智能計算機。其功能從當前單純的數(shù)據(jù)處理發(fā)展到知識的智能處理，著重于邏輯推理和知識信息處理。人機之間能用自然語言和圖形、圖像進行對話，能幫助人們進行判斷和決策。因此，未來的第五代計算機的研制成功將是計算機科學技術的一項突破性的貢獻，有人稱它是“第二次計算機革命”。上一頁下一頁返回１.１計算機概述１.１.２計算機的分類計算機的分類有很多分法，其中按其規(guī)模和處理能力可分為巨型機、大型機、中型機、小型機及微型機?，F(xiàn)在計算機已逐漸向超級巨型機和體積更小的微型機方向發(fā)展。１.大（巨）型機早期的大型機主要是第一、第二代計算機，體積龐大，功能比現(xiàn)在微型機還要弱?，F(xiàn)在的大型或巨型計算機是現(xiàn)代計算機中功能最強的一種，其速度達每秒萬億次，存貯容量達幾百兆以上（指內(nèi)存），更重要的是其處理信息的方式發(fā)生了變化：多處理機結(jié)構(gòu)，大規(guī)模并行處理。上一頁下一頁返回１.１計算機概述主要應用于：軍事、空間技術、石油勘探等需要處理大量數(shù)據(jù)、圖像的領域。我國已能生產(chǎn)巨型機，如銀河系列機。２.（中）小型機盛行于２０世紀七八十年代，相對于當時的大型機而言，規(guī)模較小，結(jié)構(gòu)簡單，運算速度和存貯容量比大型機都差，但價格相對便宜，比較適合于中小用戶，其代表產(chǎn)品有：美國ＤＥＣ公司生產(chǎn)的ＰＤＰ－１１系列、ＶＡＸ－１１系列、ＨＰ公司ＨＰ－３０００系列等。上一頁下一頁返回１.１計算機概述這些小型機在當時對計算機的應用普及起了很大的推動作用，但后來受到微型機的嚴重挑戰(zhàn)，其市場大為縮小，現(xiàn)在主要作服務器用。３.微型機（ＰＣ）現(xiàn)在廣泛流行的是微型計算機，又稱個人計算機（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ，ＰＣ），簡稱微機、電腦。其核心部件是以ＶＬＳＩ為基礎的微處理器芯片，代表作是美國Ｉｎｔｅｌ公司生產(chǎn)的８０３８６、８０４８６、８０５８６、Ｐｅｎｔｉｕｍ系列等。１.１.３微機的產(chǎn)生和發(fā)展上一頁下一頁返回１.１計算機概述ＥＮＩＡＣ自１９４６年產(chǎn)生之后，約１５年的一段時期內(nèi)，計算機的體積都很大，還沒有現(xiàn)今能放在桌面上使用的計算機（臺式機、微機）。直到集成電路出現(xiàn)及微芯片產(chǎn)生之后，計算機的體積才得以減小、價格才得以降低，才出現(xiàn)了微機。１９７４年１２月美國《大眾電子》雜志一反常態(tài)，把翌年一月號的刊物提前投放在各書報攤點，用最引人注目的大字標題發(fā)布消意“世界第一套微型電腦組件問世，向所有種類的商業(yè)電腦挑戰(zhàn)！”讀者們翻到正文，方得知這臺所謂微型電腦名叫“阿爾泰”（Ａｌｔａｉｒ），意指“牛郎星”，即銀河系里那顆明亮的星座。發(fā)明者是羅伯茨和他的ＭＩＴＳ公司。上一頁下一頁返回１.１計算機概述ＭＩＴＳ公司本是制造臺式計算器的一家公司，不料到了１９７４年，擁有集成電路發(fā)明權(quán)的得克薩斯州儀器公司（ＴＩ公司），以雄厚的實力大舉“進犯”計算器市場。ＭＩＴＳ削價競爭沒有幾天就敗下陣來，滑到宣告破產(chǎn)的邊緣。面對即將到來的滅頂之災，羅伯茨孤注一擲，把８０８０裝成供業(yè)余實驗的簡單電腦進行銷售，誰知反應出人意外地好，訂貨單立即像雪片般紛至沓來，ＭＩＴＳ公司得救了，救星正是世界上第一臺微型計算機———阿爾泰。根據(jù)雜志介紹，阿爾泰勉勉強強算是一臺電腦，在金屬制成的小盒內(nèi)，只裝進了兩塊集成電路，一塊即Ｉｎｔｅｌ的８０８０微處理器芯片，另一塊是容量僅２５６比特的存儲器芯片。上一頁下一頁返回１.１計算機概述既沒有可輸入數(shù)據(jù)的鍵盤，也沒有顯示計算結(jié)果的顯示器。插上電源后，使用者可以用手撥動幾個開關，以開開關關的方式，把二進制數(shù)“０”或“１”輸進機器。計算完成后，面板上的幾個小燈泡忽明忽滅，就像軍艦用燈光發(fā)信號那樣表示輸出的結(jié)果。阿爾泰誕生時的外觀實在不敢恭維，它完全無法與當時的ＩＢＭ３６０、ＰＤＰ－８等大中小型計算機相比。所以那時幾乎所有的計算機企業(yè)都對它不屑一顧。實際上阿爾泰僅僅適合于當作學習計算機原理的實驗儀器，如果有公司想用它處理業(yè)務，便會發(fā)現(xiàn)它確實沒有多大用途。然而，阿爾泰有著上述所有機器不可比擬的優(yōu)點———體積小，小到只能以“微型”相稱，而且價格低，低到只標價每臺３９７美元。上一頁下一頁返回１.１計算機概述在１９７４年阿爾泰誕生以后，一些個人愛好者和公司開始對它進行改進，給它配上了鍵盤和顯示器，使之有了一張友好的“面孔”，還有人給它開發(fā)了一些小軟件，使它具備了一定的使用價值，隨之出現(xiàn)了大量的微機廠商。早期的微機廠商，其商品各不兼容，買哪家公司的微機，就必須依靠該公司的軟件，即使配件壞了，也只能從該公司購買，若是看到另外一家公司的微機上有一個比較好的軟件，想拿來用也是不行的，因為其他公司的硬件和軟件都跟它不兼容。也就是說買了哪家公司的微機就必須終身依靠該公司的硬件和軟件，除非能忍痛放棄，花錢再去買另一家公司的產(chǎn)品。上一頁下一頁返回１.１計算機概述這一時期比較出名的微機有Ｚ－８０、柯摩多爾－佩特、ＴＲＳ－８０和蘋果（Ａｐｐｌｅ）系列等。特別值得一提的是蘋果機，它曾是那一時期中的佼佼者，由于它的性能價格比高，所配的軟件豐富，曾經(jīng)廣為流傳，是那一時期銷售量最大的微機，在我國也有不少。微機市場持續(xù)的、空前的興旺引起了一家公司的注意和反思，便是美國著名的“藍色巨人”ＩＢＭ公司。ＩＢＭ公司本是美國最大的巨型機、大型機及相關產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，當早期阿爾泰出現(xiàn)的時候，它不屑一顧。誰知僅僅過了三年五載，新聞媒介報道的蘋果Ⅱ型電腦，銷售額已讓藍色巨人瞠目結(jié)舌，簡直不敢相信自己的眼睛。上一頁下一頁返回１.１計算機概述１９７８年銷售額１５００萬美元、１９７９年銷售額７０００萬美元，到１９８２年竟然達到了５.８３億美元。短短５年之內(nèi)，蘋果電腦公司進入了美國《幸福》雜志５００家美國大型公司的行列。ＩＢＭ知道自己痛失了一次大好的機會，在經(jīng)過短暫的反思后，ＩＢＭ毅然加入了微機領域的競爭。經(jīng)過一段時期默默無聞的努力，總結(jié)了各種微機的優(yōu)缺點之后，ＩＢＭ推出了具有微機史上劃時代意義的微機產(chǎn)品ＩＢＭ－ＰＣ８０８８。上一頁下一頁返回１.１計算機概述ＩＢＭ－ＰＣ８０８８一經(jīng)推出，便大受歡迎，它除了具有優(yōu)良的性能價格比外，更重要的是它采用了開發(fā)策略，即它允許其他廠商為其開發(fā)相應的軟硬件產(chǎn)品，也就意味著，買了ＩＢＭ－ＰＣ８０８８可以使用其他廠商開發(fā)的軟件，也可以使用其他廠商的硬件產(chǎn)品對其進行替換和升級擴充。ＩＢＭ的這一策略也得到了眾多的硬件和軟件廠商的支持。一夜之間，其他微機品牌紛紛被淘汰，與其不兼容的微機基本上從市場上銷聲匿跡了（蘋果公司微機除外）。ＩＢＭ的ＩＢＭ－ＰＣ８０８８統(tǒng)一了微機軟硬件的標準，今天人們所使用的微機（除蘋果公司的微機外）都是與ＩＢＭ－ＰＣ兼容的微機。上一頁下一頁返回１.１計算機概述ＩＢＭ推出ＩＢＭ－ＰＣ８０８８之后，ＩＢＭ和其他廠商又相繼推出了８０２８６、８０３８６、８０４８６、Ｐｅｎｔｉｕｍ（５８６）、ＰｅｎｔｉｕｍⅡ（ＰⅡ）和目前最新的ＰⅣ及同等檔次的微機。目前微機已向更強的功能、更小的體積方向發(fā)展，筆記本電腦、掌上電腦就是這方面的一個例子。１.１.４我國計算機產(chǎn)研現(xiàn)狀我國的計算機的發(fā)展從新中國成立后開始。新中國成立后國家領導人就非常重視計算機的產(chǎn)研工作，但由于各方面的原因，很長一段時間內(nèi)，我國仍然停留在科研和試生產(chǎn)階段。上一頁下一頁返回１.１計算機概述１９８２年之后，國家進一步加強了計算機產(chǎn)研的工作力度，終于在１９８４年，經(jīng)過相當緊張的工作，生產(chǎn)出了我國第一臺微機長城０５２０ＣＨ。１９８５年６月，在全國計算機應用展覽會上，長城０５２０ＣＨ與ＡｐｐｌｅⅡ和ＩＢＭＰＣ８０８８并排出現(xiàn)在了展臺上。它不僅是中國自己制造的第一臺微型計算機，而且是世界上第一臺能處理漢字的微型計算機。長城０５２０ＣＨ的誕生，揭開了我國微機產(chǎn)業(yè)的序幕。上一頁下一頁返回１.１計算機概述在長城０５２０ＣＨ誕生之后，我國的微機產(chǎn)研狀況仍然不容樂觀，存在著以下幾個問題：一是我國生產(chǎn)的與國外同型號的微機價格要比國外的貴，并且時間上存在著較大的滯后；二是組成微機的各種配件，有許多國內(nèi)仍然不能自己生產(chǎn)，要依靠從國外進口；三是國內(nèi)的微機市場超過７０％的份額被國外微機品牌所占有。計算機技術不能只搞研究，更重要的是要產(chǎn)業(yè)化，要通過市場去研究、生產(chǎn)，再研究、再生產(chǎn)，以此形成一個良性循環(huán)，若因為生產(chǎn)的微機因為價格貴、技術滯后，而銷售不出去，則將沒有后繼的資金進行技術上的改良和降低成本，甚至形成惡性循環(huán)。上一頁下一頁返回１.１計算機概述在我國微機產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，我國的大型機、巨型機研究領域也取得了不錯的成績。這方面的成績主要有我國自行設計研制的巨型機銀河Ⅰ、銀河Ⅱ等。在取得可喜成績的同時，我們必須還看到，我國計算機產(chǎn)研方面仍然存在一些不足。目前存在的問題主要有以下幾方面：一是在利潤豐厚的國內(nèi)服務器市場和網(wǎng)絡產(chǎn)品市場仍然以國外品牌為主；二是計算機的一些核心配件，我國仍然無法生產(chǎn)或產(chǎn)品技術達不到國際先進水平；三是我國的國際一流ＩＴ企業(yè)仍然太少。上一頁下一頁返回１.１計算機概述值得提到的一點是，臺灣是出名的計算機零配件的出口地，臺灣目前能生產(chǎn)大部分的計算機配件（包括一些核心配件），臺灣的計算機零配件以其質(zhì)量較好、價格較低的優(yōu)勢受到了各個國家的歡迎。１.１.５計算機的特點計算機能得到廣泛的應用，與它的特殊性能是分不開的，概括地講，計算機具有如下一些特點：（１）快速性。（２）準確性。（３）記憶性。（４）邏輯性。上一頁下一頁返回１.１計算機概述（５）自動性。１.１.６計算機的用途現(xiàn)代科學的發(fā)展使計算機幾乎進入了一切領域。從軍事部門到民用部門，從尖端科學到消費娛樂，從廠礦企業(yè)到個人家庭，無處不出現(xiàn)計算機的蹤跡。眾所周知，計算機能控制機床自動加工復雜的零件，能使宇宙飛船準確地進入軌道，使導彈準確地擊中目標。利用計算機可以管理城市交通、編輯稿件、診斷疾病等。計算機制作的樂曲，水平不在一般譜曲人之下；與計算機下棋，許多優(yōu)秀的棋手往往敗北。具體來說，計算機主要有下面幾方面的應用：上一頁下一頁返回１.１計算機概述（１）科學計算，或稱數(shù)值計算。在科學技術及工程設計應用中，會遇到各種數(shù)學問題的計算，計算機的應用最早是從這一領域開始的。電子計算機在科學計算和工程設計中的應用不僅能減輕繁雜的計算工作量，而且能解決過去無法解決或不能及時解決的問題。早在１６７１年，著名的數(shù)學家戈特弗利德·萊布尼茨說過：“讓一些杰出的人才像奴隸般地把時間浪費在計算上是不值得的”，他渴望有朝一日有一種運算工具把科學家從這種奴隸般的計算中解放出來，這個愿望現(xiàn)在可以說已基本實現(xiàn)了。（２）自動控制，特別是工業(yè)、交通的自動控制。上一頁下一頁返回１.１計算機概述計算機廣泛應用于工業(yè)，能夠大幅度提高產(chǎn)品性能和勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度，降低能源和材料的消耗。用計算機技術指揮交通，在我國和一些先進國家已被廣泛使用。此外，計算機控制技術在軍事、航空、航天、核能利用等領域的應用已是“歷史悠久”，碩果累累。（３）數(shù)據(jù)處理和信息加工。所謂信息是指由數(shù)據(jù)、信號等構(gòu)成的集合，數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)據(jù)進行一系列的操作。利用計算機可對大批數(shù)據(jù)進行加工、分析及處理。上一頁下一頁返回１.１計算機概述在數(shù)據(jù)處理領域中，由于數(shù)據(jù)庫技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，信息處理系統(tǒng)已從單功能轉(zhuǎn)向多功能、多層次，管理信息系統(tǒng)（ＭＩＳ）逐漸成熟，它把數(shù)據(jù)處理與經(jīng)濟管理模型的優(yōu)化計算和仿真結(jié)合起來，具有決策、控制和預測能力。管理信息系統(tǒng)在引入人工智能之后就形成決策支持系統(tǒng)（ＤＳＳ），它充分運用運籌學、管理學、人工智能。如果將計算機技術、通信技術、系統(tǒng)科學及行為科學應用于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中無法處理的一些結(jié)構(gòu)不分明的，包括非數(shù)值數(shù)據(jù)型信息的辦公事務上，就形成了辦公自動化系統(tǒng)（ＯＡ）。管理信息系統(tǒng)的建立在我國已經(jīng)有了一定的規(guī)模，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，管理信息系統(tǒng)在計算機應用中，將會占據(jù)更重要的地位。上一頁下一頁返回１.１計算機概述（４）計算機輔助技術。計算機輔助技術包括：計算機輔助設計（ＣＡＤ）、計算機輔助制造（ＣＡＭ）、計算機輔助教學（ＣＡＩ）等。近年來新興的ＣＡＤ，是利用計算機部分代替人工進行飛機、機械、房屋、水壩、電路板以及服裝設計等。使用這種技術能提高設計工作的自動化程度，節(jié)省人力和時間成本?，F(xiàn)在，計算機都采用這種技術來完成自身的體系結(jié)構(gòu)模擬、邏輯模擬、大規(guī)模及超大規(guī)模電路設計，以及印制電路板的自動布線等工作，使新型計算機的設計周期大大縮短，設計質(zhì)量大大提高。上一頁下一頁返回１.１計算機概述ＣＡＭ是利用計算機進行生產(chǎn)設備的管理、控制和操作的過程。如工廠在制造產(chǎn)品的過程中，用計算機來控制機器的運行，處理制造中所需的數(shù)據(jù)，控制和處理材料的流動以及對產(chǎn)品進行測試和檢驗等。采用ＣＡＭ技術能提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，改善工作條件和縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。ＣＡＩ則是幫助教師進行課程內(nèi)容的教學和測驗，學生可以通過人機對話的方式學習有關章節(jié)的內(nèi)容，并回答計算機給出的問題，教師利用ＣＡＩ系統(tǒng)可指導學生的學習、命題和閱卷等。目前，ＣＡＩ軟件已大量涌現(xiàn)，從小學、中學到大學的許多課程都有成熟的ＣＡＩ軟件產(chǎn)品，有些軟件圖文并茂，提高了學生的學習興趣和積極性。上一頁下一頁返回１.１計算機概述今后的ＣＡＩ系統(tǒng)將是一個多媒體計算機系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，圖、文、聲、像俱全，在學校、家庭或?qū)崿F(xiàn)無校舍教學中將發(fā)揮積極作用。（５）人工智能。在人工智能的研究和應用方面，利用計算機來模擬人腦的一部分職能，如語言的翻譯、計算機輔助診斷、分析病情并開出藥方等。計算機還可以用來對弈、作曲、畫像等等。上一頁返回１.２計算機的工作原理１.２.１計算機的工作原理從１９４６年出現(xiàn)的第一臺計算機直到今天被稱之為第四代的計算機，它們的基本工作原理大體相同，這一原理由美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼（ＪｏｈｎｖｏｎＮｅｕｍａｎｎ）于１９４６年提出，故稱為馮·諾依曼原理。馮·諾依曼原理可簡單敘述為：將完成某一計算任務的步驟，用機器語言程序預先送到計算機存儲器中保存，然后啟動機器，按照程序編排的順序，一步一步地取出指令，控制計算機各部分的運行。下一頁返回１.２計算機的工作原理因此，馮·諾依曼原理也稱為“存儲程序”工作原理，它是當代計算機最基本的工作原理，根據(jù)這一原理組成的計算機稱為馮·諾依曼型計算機。近５０年來，盡管計算機的結(jié)構(gòu)有了重大的變化，性能有了驚人的提高，但就其結(jié)構(gòu)原理來說，至今占統(tǒng)治地位的仍是存儲程序式的馮·諾依曼型計算機，這種計算機的組成結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。圖中虛線之內(nèi)的部分表示計算機的主機，虛線之外是計算機的外設。從圖中可以看出計算機的主機由ＣＰＵ（運算器、控制器）、內(nèi)存儲器（ＲＡＭ、ＲＯＭ）和Ｉ／Ｏ接口幾部分組成，這幾部分是通過總線相連接的。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理總線是計算機內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)和各種信號的公共通道。計算機內(nèi)的總線有三種，它們是地址總線（ＡｄｄｒｅｓｓＢｕｓ）、數(shù)據(jù)總線（ＤａｔａＢｕｓ）和控制總線（ＣｏｎｔｒｏｌＢｕｓ）。從圖中還可以看出外部設備不是直接與總線相連接的，而是通過Ｉ／Ｏ接口與總線連接的。馮·諾依曼計算機的每一條指令，其執(zhí)行過程都可分為兩個階段。取指階段：開始時，微機進入取指令階段。在ＣＰＵ控制下，從內(nèi)存中取出一條指令送入ＣＰＵ，經(jīng)ＣＰＵ分析后產(chǎn)生完成此指令的各種定時控制信號。執(zhí)行階段：取指階段結(jié)束后，就進入了執(zhí)行階段。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理執(zhí)行階段在ＣＰＵ產(chǎn)生的該指令的對應控制信號作用下，執(zhí)行該指令規(guī)定的操作。實際程序的執(zhí)行過程就是在ＣＰＵ控制下不斷地取指令，執(zhí)行指令，再取指令，再執(zhí)行指令，直至程序所有指令都執(zhí)行完畢的過程。執(zhí)行一條指令的時間稱為指令周期。指令周期又可分為取指周期和執(zhí)行周期。取指周期對任何一條指令都是一樣的，而執(zhí)行周期則不然，由于指令性質(zhì)不同，要完成的操作有很大差別，因此不同指令的執(zhí)行周期不盡相同。１.２.２數(shù)制及編碼上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理計算機最基本的功能是進行數(shù)據(jù)的計算和處理加工，這里所說的數(shù)據(jù)包括各種數(shù)字，也包括由各種字符和符號組成的非數(shù)值型數(shù)據(jù)，因此廣義地說，計算機的功能是進行信息加工處理。數(shù)據(jù)在計算機中是以器件的物理狀態(tài)來表示的，為了使其方便可靠，在計算機中采用了二進制數(shù)字系統(tǒng)；或者說，計算機只認得二進制數(shù)。想要用計算機處理所有的數(shù)，都必須用二進制數(shù)字系統(tǒng)來表示，計算機處理的所有字符或符號也要用二進制碼來表示。１.進位計數(shù)制上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理計數(shù)方法有多種，在日常生活中人們最熟悉的也是國際上通用的計數(shù)方法是十進制計數(shù)法，除了十進制外，還有很多計數(shù)制，如一天２４小時，稱之為二十四進制，１小時是６０分鐘，稱之為六十進制，這些統(tǒng)稱為進位計數(shù)制，在計算機中經(jīng)常使用的是二進制、十六進制和八進制，如表１－１所示。２.進位計數(shù)制的基本概念假設用ｐ來代表任意計數(shù)制的基數(shù)，用ｓ表示任一正數(shù)，就可以得到任意進位計數(shù)制的任一正數(shù)的按“權(quán)”展開式：上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理這樣當ｐ＝１０時則上式是十進制數(shù)的表達式，當ｐ＝２是則上式是二進制數(shù)的表達式。從上面的分析中可知進位計數(shù)制有如下的一些特點：（１）逢ｎ進一。ｎ是指進位計數(shù)制表示一位數(shù)所需要的符號數(shù)目，稱為基數(shù)。（２）采用位權(quán)法。處在不同位置上的數(shù)字所代表的值不同，一個數(shù)字在某個固定位置上所代表的值是確定的，這個固定位上的值稱為位權(quán)，位權(quán)與基數(shù)的關系是：各進位制中位權(quán)的值恰巧是基數(shù)的若干次冪。因此，任何一種數(shù)值都可以寫成按位權(quán)展開的多項式之和。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理３.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的基本方法是將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)換，然后用小數(shù)點連接。（１）二進制數(shù)與十進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換。①二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。使用按權(quán)加法，即把第一位的權(quán)（２的某次冪）與數(shù)位值（０或１）的乘積相加，其和即為相應十進制數(shù)。②十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。整數(shù)的轉(zhuǎn)換采用除２取余法。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理即用２多次除被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)，直至商為０或１為止，每次相除所得余數(shù)，便是對應二進制數(shù)，第一次除２所得余數(shù)是二進制的最低位，最后一次相除所得余數(shù)是二進制的最高位。小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用乘２取整法。即用２多次乘被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)的小數(shù)部分，每次相乘后所得乘積的整數(shù)部分為對應的二進制數(shù)。第一次乘積所得整數(shù)部分就是二進制數(shù)小數(shù)部分的最高位，其次為次高位，最后一次是最低位。對于這種既有整數(shù)部分又有小數(shù)部分的十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，采用整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉(zhuǎn)換，然后用小數(shù)點連接。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理不論是十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，還是二進數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，在轉(zhuǎn)換過程中有兩點需要注意：不要誤認為一個整數(shù)和小數(shù)的小數(shù)部分形式一樣則轉(zhuǎn)換后的形式也一樣。從初等數(shù)學中可知，任何有限位的小數(shù)均能用分數(shù)表示，但是任何一個分數(shù)卻未必能用有限位的小數(shù)表示，例如１／３就是這樣。所以兩種數(shù)制轉(zhuǎn)換也存在類似情況。一個二進制小數(shù)能完全準確地轉(zhuǎn)換成十進制小數(shù)，但是一個十進制小數(shù)卻不一定能完全準確地轉(zhuǎn)換成二進制小數(shù)，例如十進制數(shù)的０.１就是這樣。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理不能用有限位的二進制數(shù)去表示任一個有限位的十進制小數(shù)，這是二進制數(shù)的一個缺點。但對一般科學計算，這個缺點是可以容忍的，因為計算或多或少都具有近似計算的性質(zhì)。同理，對于十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應的八進制數(shù)和十六進制數(shù)可以采用類似十進制轉(zhuǎn)換成二進制的除ｎ（８或１６）取余法和乘ｎ（８或１６）取整法，也可以先把十進制轉(zhuǎn)換成二進制然后再轉(zhuǎn)換成八進制或十六進制。（２）二進制數(shù)與八進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換。八進制數(shù)由０、１、２、３、４、５、６、７這八個數(shù)字組成，且逢八進位。三位二進制數(shù)恰好是一位八進制數(shù)。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理把二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)時，只需將整數(shù)部自右向左和小數(shù)部分自左向右分別按每三位一組，不足三位用零補齊。用表１－２中對應八進制寫出，即為對應八進制數(shù)。反之，將八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，只要把每位八進制數(shù)用對應的三位二進制數(shù)表示即可。（３）二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換。一位十六進制數(shù)對應四位二進制數(shù)，二進制數(shù)與十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換同二進制數(shù)與八進制數(shù)轉(zhuǎn)換相仿，只是按四位進行分組。二進制與十六進制的對應關系，概括為“四位并一位”和“一位拆四位”。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理１.２.３二進制的算術運算與邏輯運算１.二進制的算術運算二進制的算術運算與十進制的運算類似，包括加、減、乘、除運算。（１）二進制的加法運算。二進制的加法運算是按位進行的，其運算法則有四條：①０＋０＝０；②０＋１＝１＋０＝１；③１＋１＝０（進位為１）；上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理④１＋１＋１＝１（進位為１）。由此可見，各位相加時，由于考慮低位產(chǎn)生的進位，實際上都是三個數(shù)相加：被加數(shù)、加數(shù)和低位產(chǎn)生的進位數(shù)。（２）二進制的減法運算。二進制的減法運算是按位進行的，其運算法則有三條：①０－０＝１－１＝０②１－０＝１③０－１＝１（向高位借位）（３）二進制的乘法運算。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理二進制的乘法運算法則有三條：①０×０＝０②０×１＝１×０＝０③１×１＝１在計算機中，二進制乘法運算實際上采用移位相加的方法。（４）二進制的除法運算。二進制的除法運算法則有四條：①０÷０＝０②０÷１＝０上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理③１÷１＝１④１÷０無意義２.二進制的邏輯運算邏輯運算是邏輯變量之間的運算，運算的結(jié)果并不表示數(shù)值的大小，而是表示邏輯概念成立還是不成立。邏輯運算包括三種基本運算：邏輯或運算、邏輯與運算、邏輯非運算。（１）邏輯或運算。邏輯或運算也稱邏輯加法運算，其運算符號為“＋”或“∨”。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理例如，有邏輯變量ａ、ｂ，其邏輯或運算的結(jié)果為ｃ，則它們的邏輯或運算可表示為：邏輯或的運算規(guī)則如下：０＋０＝００＋１＝１１＋０＝１１＋１＝１在兩個邏輯值中只要有一個為真邏輯或兩個都為真，則運算的結(jié)果為真。在計算機的數(shù)據(jù)處理應用中，有時需要使用二進制數(shù)的邏輯或來實現(xiàn)。上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理（２）邏輯與運算。邏輯與運算又稱為邏輯乘法運算，其運算符號為“×”或“·”或“∧”。例如，有邏輯變量ａ、ｂ，其邏輯與運算的結(jié)果ｃ，則它們的邏輯與運算可表示為：ｃ＝ａ×ｂ或ｃ＝ａ·ｂ或ｃ＝ａ∧ｂ邏輯與的運算規(guī)則如下：０×０＝００×１＝０１×０＝０上一頁下一頁返回１.２計算機的工作原理１×１＝１在兩個邏輯值中，只有當兩個邏輯值都為真時，邏輯與運算的結(jié)果才為真。（３）邏輯非運算。邏輯非運算也稱為邏輯否定，就是進行求反運算。常在邏輯變量上方加一橫線表示。邏輯非運算規(guī)則如下：的非運算為０的非運算為１利用這三種基本邏輯運算關系可以組合成多種邏輯運算，例如：異或、同或、與非、或非等。上一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)１.３.１計算機系統(tǒng)的概念人們通常把硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)合起來叫作計算機系統(tǒng)，也即一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的物理部件。它通過電氣的、機械的方式彼此相連，組成一個功能實體，是整個計算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎。硬件的概念是一個初學者較難理解的概念，下面以錄音機舉例來說明什么是計算機的硬件和計算機的硬件系統(tǒng)。錄音機人們能摸得著，看得到，錄音機上配的磁帶人們也看得到，摸得著，但磁帶上的各種聲音，人們是摸不著也看不到的，但它們確實是存在的，通常如果把錄音機及磁帶這些看得著、摸得到的東西稱為硬件的話，那么磁帶上的聲音就被稱為軟件。下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件是實實在在存在的，雖然看不到、摸不著，但人們能感覺到。軟件必須依靠于硬件，如磁帶上的歌曲必須通過錄音機才能放出來，硬件也離不開硬件，例如不管多么高檔的錄音機若不給它磁帶，它的作用也是不會發(fā)揮出來的。對計算機來說，通常把計算機中能摸得著、看得到的部分，如顯示器、鍵盤、磁盤、光盤、打印機等設備通稱為計算機的硬件，而把磁盤、光盤等設備上存儲的數(shù)據(jù)、程序等摸不著也看不到的東西稱為計算機的軟件。計算機的所有硬件合起來就構(gòu)成了計算機的硬件系統(tǒng)。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件是各種系統(tǒng)軟件和應用軟件及相應的說明文件等。它可以看作是對計算機硬件系統(tǒng)功能的擴充和完善。計算機的所有軟件合起來就構(gòu)成了計算機的軟件系統(tǒng)。計算機的硬件和軟件是相互依賴，密不可分的，硬件與軟件相結(jié)合，才能使計算機正常運行，發(fā)揮作用。１.３.２計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器和輸入輸出設備組成，軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應用軟件組成。（１）運算器。是負責對數(shù)據(jù)進行各種算術和邏輯運算的部件。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(２)控制器。對運算器及整個計算機的所有部件進行控制，是計算機指令的執(zhí)行部件，其工作是取指令、解釋指令及完成指令的執(zhí)行。通常將運算器和控制器合起來稱為中央處理器，簡稱ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ），它是計算機的核心部件。（３）存儲器。用于存放原始數(shù)據(jù)、各種程序、程序運行時的一些中間結(jié)果。存儲器又分為內(nèi)存儲器（即內(nèi)存）和外存儲器（即外存）兩種。（４）輸入設備。用于輸入原始數(shù)據(jù)、命令、程序等。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)它包括鍵盤、光電掃描儀、光筆、鼠標器及數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。其中，鍵盤是最常用的輸入設備。（５）輸出設備。用于輸出各種計算結(jié)果或中間過程。它包括顯示器、打印機、繪圖儀、音箱等。有些設備既是輸入設備又是輸出設備，如，磁盤、調(diào)制解調(diào)器等。輸入設備、輸出設備及外存儲器等合起來稱為計算機的外部設備。１.３.３微型計算機的硬件系統(tǒng)從外觀看，微型計算機由以下幾部分組成，如圖１－２所示：顯示器、主機、鍵盤、鼠標和打印機（外部設備）。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（１）存儲器的分類。存儲器用于存放原始數(shù)據(jù)、各種程序、程序運行時的一些中間結(jié)果。存儲器可簡單分為內(nèi)存儲器（即內(nèi)存）和外存儲器（即外存）兩種。外存在外部，所以它又屬于外部設備。一般內(nèi)存容量較小，但存取速度快；外存則存取容量較大，但存取速度慢。（２）存儲器的容量。存儲器容量的基本單位為度量字節(jié)（ｂｙｔｅ），１字節(jié)等于８位（ｂｉｔ）二進制數(shù)。在存儲量很大時，使用字節(jié)作單位顯得太小，所以常用ＫＢ、ＭＢ與ＧＢ來表示，它們的關系是上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)１ＫＢ＝１０２４ｂｙｔｅ＝１０２４Ｂ１ＭＢ＝１０２４ＫＢ１ＧＢ＝１０２４ＭＢ一個字節(jié)能存儲什么？通常一個字節(jié)可以存儲一個字符（字母、數(shù)字或符號），兩個字節(jié)可以存儲一個漢字或兩個字符。（３）內(nèi)存儲器。內(nèi)存：內(nèi)存是與ＣＰＵ直接打交道的存儲器。其存取速度和容量大小是衡量計算機性能的一個重要指標，能直接影響用戶各種應用程序的運行。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)存儲器通常又分為隨機存儲器（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）和只讀存儲器（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ），簡稱ＲＡＭ和ＲＯＭ。內(nèi)存的速度快，但其價格較貴，所以一般計算機不可能配得太多，而是通常把程序等大量數(shù)據(jù)放在外存上，在用到時才調(diào)入內(nèi)存。ＲＡＭ既能讀又能寫，但保存的內(nèi)容在斷電后會丟失。ＲＯＭ只能讀，不能寫，但保存的內(nèi)容在斷電后不會丟失。（４）外存儲器。外存：在計算機中，外存一般是指盒式磁帶、軟盤、硬盤、光盤等。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于內(nèi)存容量有限，當需要存儲大量的且暫時又不用的數(shù)據(jù)時，則可放入外存中保存。其優(yōu)點是價格便宜，存儲容量大，并能永久保存信息。其缺點是存取速度慢，且ＣＰＵ不能直接執(zhí)行存放在外存中的程序。目前使用的外部存儲器通常包括磁盤存儲器、磁帶存儲器和光盤存儲器等幾類。其中磁盤存儲器又分為軟盤存儲器和硬盤存儲器。軟盤的讀寫設備叫作軟驅(qū)。光盤的讀寫設備叫作光驅(qū)。（５）硬盤存儲器。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬盤存儲器的盤片是用鋁合金、陶瓷或玻璃作基片，上面涂上磁性材料制成的。目前計算機上常用的硬盤采用ＩＢＭ公司的溫徹斯特（Ｗｉｎｃｈｅｓｔｅｒ）新技術生產(chǎn)的小型溫徹斯特式硬盤，也稱為溫式盤。其主要特點是：將磁頭、盤片、驅(qū)動電機等部件裝配在一個密封體內(nèi)，采用浮動磁頭技術，即讀寫時磁頭與盤片不接觸。硬盤存儲器的結(jié)構(gòu)與軟盤類似，但盤片有多個，由同一軸帶動旋轉(zhuǎn)。對硬盤分配存儲空間時常用柱面作單位，硬盤由若干面組成，人們把一個硬盤所有面的同一條磁道稱為一個柱面。硬盤的首要性能指標是容量。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個硬盤一般由多個盤片組成，盤片的每一面都有一個讀寫磁頭。硬盤使用時要對盤片格式化，劃分成若干磁道（稱為柱面），每個磁道再劃分為若干扇區(qū)。硬盤容量的計算公式為硬盤容量＝５１２Ｂ×磁頭數(shù)×柱面數(shù)×每磁道扇區(qū)數(shù)硬盤的容量早期很小，只有２０ＭＢ，但現(xiàn)在的硬盤容量已很高，一般都可達２０ＧＢ以上，甚至超過１００ＧＢ。硬盤具有容量大、讀取速度快以及不易損壞等特點，它有著軟盤所不可比擬的優(yōu)勢，所以成為微機的主要配置之一。但硬盤一般固定在機箱內(nèi)，不能像軟盤那樣攜帶方便。硬盤使用時要注意避免震動，以免損壞盤片，造成整個硬盤存儲器報廢。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（６）各種存儲器的比較。下面從容量、價格、速度等幾個方面來對前面介紹過的各種存儲器進行比較：內(nèi)存：速度快，價格高，容量小，其中ＲＡＭ中存儲的內(nèi)容斷電會丟失。外存：速度慢，價格低，但容量大，能永久保存數(shù)據(jù)。對外存來說，又有以下的規(guī)律：硬盤速度最快，然后是光盤，軟盤速度最慢。價格上硬盤較貴，光盤最便宜。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)２.計算機的輸入設備（１）鍵盤。鍵盤（Ｋｅｙｂｏａｒｄ）是微型機上不可缺少的、最重要、最常用的輸入設備。鍵盤可分為早期１０１／１０２鍵鍵盤和目前普遍使用的Ｗｉｎｄｏｗｓ鍵盤兩類。另外還有普通鍵盤和人體工程學鍵盤之分。圖１－３是一個１０２鍵的普通鍵盤。（２）鼠標。鼠標（Ｍｏｕｓｅ）是一種指點式設備。其作用是：可替代光標移動鍵進行光標定位操作和替代回車鍵操作；在各種軟件支持下，通過鼠標上的按鈕完成某種特定的功能。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鼠標按其結(jié)構(gòu)分為機械式和光電式兩類。前者有一滾動球，可在普通桌面上使用；后者有一電探測器，要在專門的反光板上移動才能使用。鼠標按接口分為串口鼠標和ＰＳ／２型鼠標兩種。串行口鼠標，直接插在微機串行通信口（ＣＯＭ１或ＣＯＭ２）上即可。當有一個鼠標事件（指按下／釋放按鈕或移動鼠標的動作）發(fā)生，就向串行口發(fā)送有關信息。對鼠標事件的判斷以及串行數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、組織和發(fā)送，均由鼠標中的一個專用微處理芯片來完成。ＰＳ／２型鼠標是隨ＩＢＭＰＳ／２個人計算機一起推出的。原理上與串行口鼠標相似。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鼠標按其按鍵的多少，分為兩按鍵鼠標和三按鍵鼠標兩類。如圖１－４所示的是一個三按鍵鼠標。（３）掃描儀。掃描儀（圖１－５）是一種圖形、圖像的專用輸入設備。利用它可以迅速地將圖形、圖像、照片、文本從外部環(huán)境輸入到計算機中。目前使用最普遍的是由線性ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ，電荷耦合器件）陣列組成的電子式掃描儀。ＣＣＤ掃描儀按掃描方式可分為平板式掃描儀和手持式掃描儀兩類。ＣＣＤ掃描儀若按接口分，又有并口、ＵＳＢ接口、ＳＣＳＩ接口等的區(qū)別，此外有大幅面掃描儀和普通幅面掃描儀之分。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掃描儀除了可掃描圖像外，還有一個重要的功能就是掃描文字。掃描文字時先把帶有文字的印刷品放進掃描儀進行掃描，然后用掃描儀專用的識別軟件即可把文字識別出來。ＣＣＤ掃描儀的主要性能指標有：①掃描幅面：即對原稿尺寸的要求。臺式掃描儀幅面一般可達８.５英寸×１４英寸。②分辨率：即每英寸掃描的點數(shù)（ＤＰＩ）?，F(xiàn)在分辨率一般已達６００ＤＰＩ，高的可達２０００ＤＰＩ。③灰度層次：即灰度掃描儀可達到的灰度級別，目前可達到的灰度級別有１６、６４及２５６層。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)④掃描速度，掃描速度依賴于每行感光的時間，一般在３～３０ｍｓ范圍內(nèi)。目前，家用的Ａ４幅面、６００像素×１２００像素、ＵＳＢ接口的掃描儀已非常便宜。掃描儀已逐漸進入了家庭，用來制作一些電子相冊等。（４）話筒。話筒是計算機用來輸入聲音的設備，當人們要把自己的聲音錄入計算機時就需要使用話筒。除了話筒之外，計算機還可接一些ＭＩＤＩ鍵盤和專用樂器，來輸入和合成電子音樂。（５）數(shù)字照相機。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字照相機也是計算機的一種輸入設備，它的作用同傳統(tǒng)的照相機相似，不同的是它不用膠卷，照相之后，可把照片直接輸入計算機，計算機又可對輸入的照片進行處理。一般用數(shù)字照相機、計算機，再加一臺打印機可組成一個電腦攝影系統(tǒng)，做出普通照相館無法做出的特殊效果。圖１－６所示是兩個數(shù)字照相機。（６）其他。輸入設備除了以上所介紹的幾種外，還有手寫筆、游戲桿、觸摸屏、數(shù)字化儀、條形碼閱讀器以及數(shù)字攝像機等。它們的作用如下：手寫筆：用來輸入漢字。游戲桿：在游戲中使用。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)觸摸屏：通過手指觸摸的方式來輸入。數(shù)字化儀：用來輸入圖形。條形碼閱讀器：用來輸入條形碼。數(shù)字攝像機：可給計算機輸入動態(tài)的視頻數(shù)據(jù)。３.計算機的輸出設備（１）顯示器。顯示器是計算機最重要的輸出設備，它可以顯示文字、圖形和圖像。顯示器最早有單顯和彩顯的分法，但現(xiàn)在單顯基本上不使用了。彩色顯示器目前使用的主要是ＣＲＴ和ＬＣＤ兩種。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ＣＲＴ顯示器就是常說的陰極射線管顯示器，ＣＲＴ顯示器又經(jīng)歷了球面顯示器、平面直角顯示器和純平面顯示器３個發(fā)展階段。ＬＣＤ顯示器又稱液晶顯示器。圖１－７所示的是一常見的液晶顯示器。顯示器除了以上所說的區(qū)別外，還有尺寸上的區(qū)別，如１７英寸、１９英寸、２１英寸等，顯示器的尺寸越大，價格越貴，目前流行的是１９英寸的無邊框顯示器。（２）打印機。打印機也是計算機的常用輸出設備，它不但可以輸出文字，還可以輸出圖形和圖像。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)打印機的類型很多，按接口分有并口的打印機、ＵＳＢ接口的打印機等，按打印機所使用的技術分，主要有以下三種：①針式打印機。針式打印機是基于任何字符和圖形都可以看成是由許多個點組成的這一原理而設計出來的。針式打印機的原理比較簡單，它采用一個由縱向排列成單列或雙列的鋼針所組成的打印頭，逐列、逐字、逐行地橫向掃描。在需要打印處，鋼針擊打紙和色帶，印出一個墨點，達到完成全部字符或圖形的點陣打印。打印頭中鋼針數(shù)目有單列７針、９針或雙列１８針、２４針等。打印質(zhì)量取決于字符點陣的格式，字符點陣越大，打印質(zhì)量越高。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)常見的針式打印機有ＬＱ系列、Ｅｐｓｏｎ系列、ＡＲ系列等。點陣打印機的缺點是打印噪聲大、速度慢、打印精度不高。圖１－８所示為一針式打印機。針式打印機的一個優(yōu)點是可以打印蠟紙。早期，在一些小單位、學校中用起來十分方便。②噴墨打印機。噴墨打印機是把墨水加熱到很高的溫度，然后通過極細的噴槍噴射出來，在紙上噴出一個一個的極細小點，從而組成文字和圖像。噴墨打印機的精度比針式打印機高得多，工作時噪聲低、能進行彩色打印且價格較低，是一種很有發(fā)展前途的打印機。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖１－９所示為一臺噴墨打印機。目前的噴墨打印機價格已非常低，家用的一般在４００～１０００元，普通用戶完全可以買得起，有些電腦在銷售時，甚至優(yōu)惠贈送噴墨打印機。噴墨打印機的缺點是打印速度慢，且打印成本高（主要是噴墨打印機所用的墨水比較貴）。③激光打印機。激光打印機是將激光掃描技術和電子照相技術相結(jié)合的非擊打式印刷輸出設備。其特點是打印質(zhì)量好（印刷品質(zhì)量），速度快，噪聲小，但是價格較高。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前使用較多的是Ｅｐｓｏｎ、ＨＰ、Ｃａｎｏｎ系列的激光打印機。其中比較常見的是由惠普公司生成的ＨＰ６１激光打印機，打印精度達６００ＤＰＩ，速度為６頁／分鐘，是國內(nèi)家用和小型辦公室用得較多的激光打印機。圖１－１０所示為一臺激光打印機。激光打印機有單色激光打印機和彩色激光打印機之分，以前彩色激光打印機的價格非常昂貴，現(xiàn)在價格有所下降。激光打印機雖然價格昂貴，但它是各種打印機中打印質(zhì)量最好的，另外它的打印成本要比噴墨打印機低很多，是目前家庭和辦公室優(yōu)先選擇購買的打印機。（３）音箱。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)音箱是計算機的聲音輸出設備，計算機所使用的音箱與普通音箱有區(qū)別，但區(qū)別不大。有了音箱，就可以在使用計算機時聽音樂、看電影、玩游戲和使用一些軟件時，享受美妙的聲音效果，沒有音箱，計算機將變得“黯然無聲”。目前的計算機基本上都配有音箱，圖１－１１所示是一臺配有音箱、話筒、手寫筆的電腦。（４）其他。計算機的輸出設備除了上面所介紹的外，還有繪圖儀和其他一些設備，這里不再贅述。繪圖儀是用來輸出圖形的輸出設備，如圖１－１２所示。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)１.３.４計算機的軟件系統(tǒng)１.軟件和軟件系統(tǒng)計算機軟件的概念前面已經(jīng)介紹過了，即計算機的外存儲器（軟盤、硬盤、光盤）上存儲的程序和數(shù)據(jù)稱為軟件。軟件通過硬件才能體現(xiàn)出來，如光盤上的游戲是軟件，必須通過計算機的硬件才能調(diào)出來玩，如果沒有計算機，只有光盤，是玩不成游戲的。同樣，硬件也離不開軟件，如果只有計算機，沒有游戲光盤，計算機也不能用來玩游戲。一個不包含任何軟件的計算機稱為“裸機”，“裸機”是無法使用的。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機上的所有軟件構(gòu)成了計算機的軟件系統(tǒng)。計算機的軟件也是商品，是由軟件公司的程序員或一些個人程序員等開發(fā)出來的，一般放在軟盤上或者光盤上。圖１－１３所示是軟件的一個實例。計算機上的軟件系統(tǒng)一般根據(jù)其功能分為兩類：系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件：處于計算機軟件系統(tǒng)的底層，是必不可少或最基本的軟件。應用軟件：是指處于系統(tǒng)軟件之上或運行在系統(tǒng)軟件之上的軟件。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)２.系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)主要包括操作系統(tǒng)、編譯程序、解釋程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。（１）操作系統(tǒng)。①操作系統(tǒng)的概念。操作系統(tǒng)的概念對初學者來說較難理解。這里只給出一個較簡單的、便于理解的但不是很深入、很完整的概念。操作系統(tǒng)是計算機上第一個安裝，使計算機順利啟動的軟件，是安裝和運行其他軟件的基礎。是用戶和計算機硬件之間的接口。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于計算機識別二進制形式的指令，不便于普通用戶掌握和使用，因此操作系統(tǒng)通常提供一些方便的命令和簡潔的操作方式，這樣用戶使用計算機時只要直接使用操作系統(tǒng)提供的那些命令或按操作方式操作就行了。操作系統(tǒng)負責把用戶的操作轉(zhuǎn)化為計算機硬件所認識的一條條二進制指令，交由計算機硬件執(zhí)行。②常用的操作系統(tǒng)。ＤＯＳ：ＤＯＳ是早期微機上使用的操作系統(tǒng)，是一個單用戶、單任務、字符界面的操作系統(tǒng)，現(xiàn)在已用得越來越少。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ｗｉｎｄｏｗｓ：Ｗｉｎｄｏｗｓ是目前微機上流行的操作系統(tǒng)，是一個單用戶、多任務、圖形界面的操作系統(tǒng)。目前用得較多的是ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ、Ｗｉｎｄｏｗｓ７、Ｗｉｎｄｏｗｓ１０等。ＵＮＩＸ：ＵＮＩＸ是出現(xiàn)得較早、主要在網(wǎng)絡上使用的一種操作系統(tǒng)。早期ＵＮＩＸ只裝在大型機、小型機和類似的計算機上，那時還沒有微機上安裝的ＵＮＩＸ版本。現(xiàn)在已經(jīng)有許多在微機上安裝的ＵＮＩＸ版本。目前微機使用較多的是ＳＣＯＵＮＩＸ，主要用來組建網(wǎng)絡。Ｌｉｎｕｘ：Ｌｉｎｕｘ是ＵＮＩＸ的一種變形版本，它有一個特別誘人之處，即它是免費的，可以到網(wǎng)上下載，并且它的原代碼是公開的。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ｌｉｎｕｘ保留了ＵＮＩＸ的優(yōu)點，又結(jié)合了目前流行的各種圖形界面的操作系統(tǒng)的優(yōu)點，在個人用戶使用方面它做了不少改進。就目前來看，Ｌｉｎｕｘ既可以安裝在單機上，又可以安裝在網(wǎng)絡服務器上；既有很強的網(wǎng)絡功能，又有許多方便個人用戶使用的特點，是一個較有發(fā)展前途的操作系統(tǒng)。（２）機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言：是一種用二進制代碼“０”和“１”來表示、能夠被計算機直接識別和執(zhí)行的語言。用機器語言編寫的程序能夠直接執(zhí)行，而且速度快。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)但是，用機器語言編寫程序是一項十分煩瑣的工作，很難被人們所理解與記憶，而且編出的程序全是０和１組成的數(shù)字序列，直觀性差，非常容易出錯，程序的檢查和調(diào)試都比較困難。另外，由于不同型號的計算機，其機器語言一般均不相同，也就是說，為這種計算機編制的程序，在另一種計算機上是無法運行的，因此，機器語言不利于計算機的推廣使用。匯編語言：為了克服機器語言難于讀寫的困難，２０世紀５０年代初人們發(fā)明了匯編語言，匯編語言是一種用助記符表示的面向機器的程序設計語言。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于匯編語言采用助記符來編程，因此，比用機器語言中的二進制代碼編程要方便，在一定程度上簡化了編程工作，人們?nèi)菀桌斫?、記憶和檢查。用匯編語言書寫的符號程序叫作源程序，計算機是不能直接接受和運行的，因此，必須用專門設計的編譯程序去加工和轉(zhuǎn)換它們，以便把源程序轉(zhuǎn)換成由機器指令組成的目標程序，然后才能由機器去執(zhí)行。這一轉(zhuǎn)換過程又稱為編譯過程。高級語言：不論是機器語言還是匯編語言，都不利于計算機的推廣和使用，這就促使人們?nèi)で笠环N既比較接近人又能為各種計算機所“接受”，且語義確定、直觀、通用、易學的語言。上一頁下一頁返回１.３計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這種語言就是高級語言，如Ｂａｓｉｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｃｏｂｏｌ、Ｐａｓｃａｌ、Ｃ語言等。高級語言的共同特點是：脫離特定的機器，是一種類似于自然語言和數(shù)學描述語言的程序設計語言。在用高級語言設計程序時，不再是一條條指令序列，而是各種各樣的語句。（３）編譯程序和解釋程序。編譯程序：編譯程序的作用是把高級語言