1、1、第四屆電子政務(wù)技術(shù)基礎(chǔ)，4.1電腦系統(tǒng)人工和智慧創(chuàng)造了用于擴(kuò)展自己功能的工具，用機(jī)械工具擴(kuò)展和延伸四肢功能，用測(cè)試工具擴(kuò)展和延伸感覺功能。 但是，能否使用擴(kuò)展和擴(kuò)展大腦計(jì)算和信息處理功能的工具呢？從20世紀(jì)40年代開始，舊的計(jì)算技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合后，出現(xiàn)了驚人的奇跡：擴(kuò)展和擴(kuò)展大腦計(jì)算和信息處理功能的工具終于出現(xiàn)了這個(gè)奇跡的出現(xiàn)，敲響了新時(shí)代信息社會(huì)的大門。 2、2、2,4.1.1開關(guān)和校正機(jī)部件、電子校正機(jī)是極為復(fù)雜的電子設(shè)備，其構(gòu)成部件是極為簡(jiǎn)單的電子開關(guān)。 替代地，通過(guò)電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)電子校正計(jì)算機(jī)的最基本操作。 在此，電子開關(guān)是指具有“接通”和“斷開”、或者“高”電平和“低”電平兩種

2、狀態(tài)的電子器件。 一個(gè)開關(guān)只有“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)。 通常，這兩種狀態(tài)分別用符號(hào)“0”和“1”表示。 據(jù)說(shuō)，計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的所有數(shù)據(jù)信息由交換機(jī)狀態(tài)的組合表示，或者由“0”和“1”表示。 3、表4.1數(shù)十進(jìn)制和二進(jìn)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系，明顯與十進(jìn)制的“逢十進(jìn)一”相似，二進(jìn)制具有“逢二進(jìn)一”的特征。 2 .通過(guò)開關(guān)顯示非數(shù)值數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)，不僅能夠處理數(shù)值數(shù)據(jù)，還能夠處理文本和其他非數(shù)值數(shù)據(jù)信息。 非數(shù)值數(shù)據(jù)是指文字、圖形、圖像、聲音等無(wú)法算術(shù)運(yùn)算的數(shù)據(jù)。 處理文本需要一個(gè)完整且足夠大的字符集。 此字符集必須至少包含26個(gè)小寫字符，包括大約25個(gè)大寫字符的26個(gè)特殊字符，如、|、#等10個(gè)數(shù)字代碼： 0

3、、1、2、3、4、5、6、7、8、9。4、合訂87個(gè)字符。 此87個(gè)字符必須用7位“01”編碼。 典型的編碼格式有美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼(ASCII )和擴(kuò)展的二十進(jìn)制交換代碼(EBCDIC )兩種，所有小型計(jì)算機(jī)和微計(jì)算機(jī)都采用ASCII代碼。 表4.2是ASCII代碼字符表，用8位表示字符代碼。 其基本代碼占據(jù)7比特，第8比特用作奇偶校驗(yàn)比特，并且通過(guò)將奇偶校驗(yàn)比特設(shè)置為“1”或“0”，8比特中的“1”的數(shù)目總是保持奇數(shù)(被稱為奇數(shù)檢查)或偶數(shù)(被稱為偶數(shù)檢查) 5，5，4.1.2程序和校正器的工作原理，1 .程序的概念程序是為了解決特定問(wèn)題而修正的指令序列。 程序中的每個(gè)指令規(guī)定機(jī)器完成一

4、系列基本操作。 把電子計(jì)算機(jī)執(zhí)行一次任務(wù)的過(guò)程比作樂隊(duì)的一次演奏，控制器就像指揮，計(jì)算機(jī)的其他功能部件就像各樂器和演員，程序就像樂譜。 因此，與其說(shuō)是指揮，不如說(shuō)是樂譜指揮，或者是按照樂譜的規(guī)定指揮。 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程是執(zhí)行程序的過(guò)程。 另外，6，2 .編程語(yǔ)言算法只有在以編程語(yǔ)言進(jìn)行描述時(shí)，計(jì)算機(jī)才能夠理解編譯和執(zhí)行。 (1)機(jī)器語(yǔ)言，即，用0、1代碼、或符號(hào)所描述的編程語(yǔ)言。 該語(yǔ)言有兩大缺點(diǎn)：不同種類的機(jī)器、語(yǔ)言不同、不通用、一般人使用不便的符號(hào)記憶和錯(cuò)誤調(diào)查困難。 (2)高級(jí)語(yǔ)言。 特點(diǎn)是基本上與機(jī)器無(wú)關(guān)，可以通用。 用接近別人話的形式記述。 現(xiàn)在常用的高級(jí)語(yǔ)言有c語(yǔ)言、Visual

5、BASIC、JAVA等。 7，7，4.1.3修正計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)控制原理，1 .說(shuō)到算盤就是歷史記載的最早、功能完備的機(jī)械式修正計(jì)算工具。算盤由邊、梁、段、珠四個(gè)部分組成，每段模擬一個(gè)人，每段梁上的兩個(gè)珠模擬一個(gè)人的手，梁下的五個(gè)珠模擬一只手的五個(gè)手指，增加級(jí)數(shù)可以加倍提高運(yùn)算精度。 用算盤修改算法叫做珠算。 珠算不僅用算盤，也用口訣。 口訣是針對(duì)算盤的結(jié)構(gòu)特征所制定的基本操作集，用今天的訂正機(jī)術(shù)語(yǔ)，可以稱為算盤程序。 每個(gè)修正都使用該指令系統(tǒng)內(nèi)操作的不同序列。 珠算的發(fā)明是人類修訂工具史的一大飛躍，其科學(xué)性經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐的考驗(yàn)，至今仍具有極其頑強(qiáng)的生命力。 這是中華民族對(duì)人類文明的重要貢獻(xiàn)之一

6、。 據(jù)記載，公元前5、6世紀(jì)，我國(guó)開始使用算盤。 15、16世紀(jì)我國(guó)的算盤傳入日本，影響了歐洲，激勵(lì)了各國(guó)訂算工具的發(fā)展。 但是，算盤有最大的缺點(diǎn)。 算盤是記不住節(jié)目表的。 好像不記得一個(gè)人叫了他什么似的，只被命令一個(gè)，做一個(gè)工作，不能自動(dòng)地工作。 9、3 .計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)控制原理要求的計(jì)算機(jī)功能圖4.6 Von Neumann在電子時(shí)代首先提出將程序存儲(chǔ)控制原理應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的Von Neumann (圖4.6 )， 關(guān)于他的計(jì)算機(jī)的邏輯設(shè)定修正的初步討論報(bào)告中提出了使用二進(jìn)制程序存儲(chǔ)控制方式進(jìn)行動(dòng)作的方法，10，2 .計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)控制原理與算盤相比，現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)有兩個(gè)特征： (1)程序可

7、以存儲(chǔ)，程序一旦啟動(dòng)那個(gè)程序，計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行那個(gè)程序，不需要人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)修正算法。 此操作稱為程序存儲(chǔ)控制。 即，在修正機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)程序之后，程序控制修正機(jī)的自動(dòng)動(dòng)作。 這就是程序存儲(chǔ)控制的原理。 匈牙利的美國(guó)人數(shù)學(xué)家Von Neumann。 Neumann于1946年6月正式論證。 這個(gè)原理為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論奠定了基礎(chǔ)。 (2)因?yàn)槭怯秒娮恿慵谱鞯?，所以可以進(jìn)行高速運(yùn)算。 當(dāng)然，自動(dòng)補(bǔ)正算不需要人的介入，也是高速補(bǔ)正算的條件。11、4.1.4修正計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)程序存儲(chǔ)控制原理(也稱Neumann原理)，完整的修正計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須具有運(yùn)算、自控制、存儲(chǔ)、輸入輸出的功能。 其中，運(yùn)算

8、和自控制功能由中央處理器(CPU )來(lái)實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)功能由存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸入輸出功能由輸入輸出設(shè)備和修正計(jì)算機(jī)的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。 分別介紹這些零件和設(shè)備。 1. CPU CPU是計(jì)算機(jī)的核心，主要由運(yùn)算部件和控制器構(gòu)成。 (1)控制器：控制器的主要功能是按時(shí)間修正提供的統(tǒng)一節(jié)拍，使計(jì)算機(jī)的各部分能夠協(xié)調(diào)工作。12、(2)運(yùn)算單元(ALU ) :能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的基本運(yùn)算功能。 圖4.7是中國(guó)科學(xué)院2002年9月28日發(fā)表的由中國(guó)科學(xué)家自主修訂的高性能通用CPU芯片“龍芯1號(hào)”。 這個(gè)芯片的核心只有鑰匙孔尺寸，卻聚集了約400萬(wàn)個(gè)晶體管，每秒的運(yùn)算速度超過(guò)了2億次，性能達(dá)到了1997年的國(guó)際芯片設(shè)定修正水平

9、。 “龍芯1號(hào)”是一款高性能的通用CPU，可用于各種計(jì)算機(jī)和家用電器等，運(yùn)行LINUX等主要操作系統(tǒng)，可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)瀏覽、視頻命令、編程等。 圖4.7中國(guó)自主研制成功的CPU芯片“龍芯1號(hào)”，13，2 .內(nèi)存是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)裝置，保存程序、原始數(shù)據(jù)及運(yùn)算的中間結(jié)果。 (1)“取不完，新來(lái)”，也就是說(shuō)只要放入新的數(shù)據(jù)就能去除舊的數(shù)據(jù)，所以“保存”“取”的正確稱呼必須是“寫”“讀”。 存儲(chǔ)單元內(nèi)容(2)現(xiàn)代校正機(jī)基本上采用線性地址訪問(wèn)方式。 如圖4.8所示，每個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元?？梢杂梦?bit )或字節(jié)(8 bit )、字、半字、雙字等尋址存儲(chǔ)單元。 以字節(jié)為單位的地址時(shí)，每個(gè)存儲(chǔ)單元保存1字節(jié)(

10、1 Byte )的信息。 存儲(chǔ)器內(nèi)的存儲(chǔ)器單元的數(shù)量被稱為這種存儲(chǔ)器的容量(例如640KB、2MB )，是評(píng)價(jià)糾正功能的重要指標(biāo)之一。 存儲(chǔ)容量越大，可以存儲(chǔ)的信息就越多。 (3)容量、價(jià)格、存取速度是評(píng)價(jià)修正機(jī)記憶體的三個(gè)指標(biāo)。 但是，三者之間存在容量大、訪問(wèn)速度慢的限制。采用訪問(wèn)速度快的組件，成本高、成本高，所以容量不允許過(guò)大。 因此，現(xiàn)代修正機(jī)采用分層記憶方式解決了這三者之間的矛盾。 直接與CPU交換訪問(wèn)速度快的存儲(chǔ)器，價(jià)格高但可以小，對(duì)于CPU足夠。 15、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)最基本的是內(nèi)存和輔助(外)內(nèi)存，可以通過(guò)備份速度稍慢的存儲(chǔ)，進(jìn)一步降低存取速度進(jìn)行這一級(jí)別的備份主存儲(chǔ)器使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

11、，輔助存儲(chǔ)器使用磁介質(zhì)存儲(chǔ)器。 磁盤是目前被廣泛使用的輔助存儲(chǔ)。 為了進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)的性能，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)往往在主存儲(chǔ)器和CPU之間再增加一級(jí)比主存儲(chǔ)器快的高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache )，形成三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)。 16，3 .輸入/輸出裝置I/O設(shè)備接收諸如打印機(jī)、顯示器、鍵盤、磁帶驅(qū)動(dòng)器、掃描儀、鼠標(biāo)、觸針、觸摸板、觸摸板等的外部信息(原始數(shù)據(jù)或程序輸入等)，或向外部輸出信息(校正計(jì)算結(jié)果等) 初始求和器的典型模塊之間的連接如圖4.9所示。 在圖中，實(shí)線表示傳輸數(shù)據(jù)，虛線表示傳輸控制命令和信號(hào)。 圖4.9典型的Neumann計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，18，該結(jié)構(gòu)沒有從整體角度統(tǒng)一考慮各個(gè)部件之間的連接問(wèn)題，導(dǎo)致了

12、部件之間連接的復(fù)雜性。 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，零件增多，問(wèn)題日益突出。 為了降低零件連接的復(fù)雜性，如圖4.10所示，可能希望在發(fā)展接口技術(shù)的同時(shí)建立多個(gè)零件之間的共同信息信道總線(bus )。 圖4.10計(jì)算機(jī)的單總線結(jié)構(gòu)形式，19，物理總線由直接印刷在電路板上的布線和安裝在電路板上的各種槽組成。 其他部件作為插件板插入槽中。 圖4.11是總線、插槽和部件板之間的連接圖。 圖4.11總線、總線插槽和部件卡之間的連接，隨著計(jì)算機(jī)部件的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)架構(gòu)的發(fā)展，總線技術(shù)的發(fā)展，逐漸成為計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要分支。 20、5 .主板主板是提供計(jì)算機(jī)主要電路系統(tǒng)的電路板。 主板包括主要模塊CPU、存儲(chǔ)卡、總線及其

13、擴(kuò)展插槽、外圍設(shè)備控制部件(圖形卡、印刷卡、聲卡等)、外圍設(shè)備接口、電壓調(diào)節(jié)器、時(shí)鐘發(fā)生器等、21、6 .修正機(jī)的基本技術(shù)指標(biāo)要全面測(cè)定一臺(tái)修正機(jī)的性能，必須考慮多個(gè)指標(biāo)。 根據(jù)用途的不同，重要的地方也不同。 從一般應(yīng)用的角度，介紹了三個(gè)主要性能指標(biāo)。 (1)CPU字長(zhǎng)CPU字長(zhǎng)是指CPU一次可處理的位數(shù). CPU字長(zhǎng)越長(zhǎng)，處理的數(shù)據(jù)精度越高，但會(huì)影響處理速度。 現(xiàn)在的微機(jī)字長(zhǎng)為8位、16位、32位、64位等。 當(dāng)然，CPU語(yǔ)言的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，價(jià)格就越高。 選擇CPU字長(zhǎng)時(shí)，請(qǐng)比較精度和成本。 機(jī)械上，為了滿足不同的需求，調(diào)整精度和成本，設(shè)定修正了半字長(zhǎng)、全字長(zhǎng)、雙字長(zhǎng)等可變字長(zhǎng)修正運(yùn)算。 (2)

14、主存儲(chǔ)容量主存儲(chǔ)用于與CPU直接交換信息； 主存儲(chǔ)容量越大，處理問(wèn)題的能力越強(qiáng)。另外，因?yàn)榕c外部存儲(chǔ)器之間的信息交換次數(shù)少，所以解題時(shí)間效率也高。 修正機(jī)的最大主存儲(chǔ)容量由CPU的地址總線的數(shù)量決定。 地址總線為16條時(shí)，CPU的最大地址范圍為64K；地址總線為20條時(shí)，CPU的最大地址范圍為1M。 (3)CPU主頻率CPU動(dòng)作的節(jié)拍由主時(shí)鐘控制。主時(shí)鐘總是產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘脈沖，時(shí)鐘脈沖的頻率是CPU的主頻率。 主頻率越高，CPU的動(dòng)作節(jié)拍越快，是影響機(jī)械運(yùn)算速度的重要?dú)垔W儀表。 23、7 .個(gè)人計(jì)算機(jī)(微型計(jì)算機(jī))的發(fā)展歷史，第一臺(tái)計(jì)算機(jī)開發(fā)后，由于采用了最新的技術(shù)，出現(xiàn)了新的更強(qiáng)大的計(jì)算

15、機(jī)。 早期的計(jì)算機(jī)由于價(jià)格昂貴、大型，一般作為公共設(shè)施使用，計(jì)算機(jī)制造商的研發(fā)也以滿足公共設(shè)施的需求為重點(diǎn)，發(fā)展大、中、小型計(jì)算機(jī)，不提供個(gè)人使用的計(jì)算機(jī)。 到了圖4.13 Gordon Moore，24，1960年代，半導(dǎo)體集成電路技術(shù)取得了很大突破，芯片集成度不斷提高，價(jià)格不斷便宜。 1965年在仙童公司工作的戈登摩爾(Gordon Moore，圖4.13 )輕松拿著尺子和紙，畫出草圖，縱軸表示正在發(fā)展的集成電路，橫軸是時(shí)間。 他每個(gè)月畫一個(gè)點(diǎn)，得到了成長(zhǎng)的圖表。 該圖表顯示，每24個(gè)月，由于內(nèi)部晶體管數(shù)的幾何級(jí)數(shù)的增加，集成電路的性能幾乎提高了2倍，集成電路的價(jià)格也剛好減少了2倍。 此后

16、，戈登摩爾將時(shí)間調(diào)整為18個(gè)月。 這就是萩名摩爾定律。 摩爾于1968年成立了現(xiàn)在世界上最大的集成電路公司英特爾。 25、由于集成電路這樣的發(fā)展規(guī)律，為個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。 到了70年代，蘋果等公司開始開發(fā)小型(放在桌子上也可以)、廉價(jià)(個(gè)人耐用)的計(jì)算機(jī)。 對(duì)于以往的大型、中型、小型計(jì)算機(jī)，將其稱為微型計(jì)算機(jī)。 20世紀(jì)80年代，IBM開始進(jìn)入微型計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，被稱為“IBM pason al computer”。26、4.1.5計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置，1 .操作系統(tǒng)的作用不僅是使用計(jì)算機(jī)編寫解決問(wèn)題所需的程序，而且還要進(jìn)行地址的分配、輸入輸出、起停等系統(tǒng)的管理

17、工作在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的初期(電子管時(shí)代)，計(jì)算機(jī)的動(dòng)作速度低(數(shù)千次/秒左右)，計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間也小，可解決的主題也有限，主要進(jìn)行科學(xué)校正計(jì)算，所以輸入輸出機(jī)器的種類少，人們可以手工進(jìn)行這些管理工作。 計(jì)算機(jī)進(jìn)入晶體管時(shí)代后，計(jì)算機(jī)的速度開始提高幾十倍、幾千倍，存儲(chǔ)容量大幅增加，應(yīng)用領(lǐng)域急劇擴(kuò)大，輸入輸出設(shè)備的功能和種類大大發(fā)展。 此時(shí)，手工進(jìn)行存儲(chǔ)分配、設(shè)備管理已經(jīng)不充分，對(duì)修正計(jì)算機(jī)系統(tǒng)充分發(fā)揮效率也會(huì)產(chǎn)生很大影響。 于是，人們開始開發(fā)用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序。 這就是電腦操作系統(tǒng)(OS )。 27、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是一系列管理計(jì)算機(jī)資源的程序，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。 從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次來(lái)看，操作系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)硬件上構(gòu)建的第1層軟件，而作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)所有其他軟件的基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)則完全依