第1章计算机基础知识
我们现在广泛使用的计算机，其全名是电子式数字计算机、俗称电脑。
简单地讲，计算机是一种能存储程序并自动执行程序，对各种数字化信息进行算术运算或逻辑运算的电子机器。
本章将使大家了解计算机的发展及应用、基本组成、基本原理以及计算机中字符的编码。
本章我们要学习以下内容： •1.1计算机的发展历程•1.2计算机的特点、分类与应用•1.3计算机系统的基本组成•1.4进位计数制•1.5计算机的基本原理•1.6微机的性能指标•1.7计算机中的字符表示 1.1计算机的发展历程 从1946年出现第一台电子计算机起，到现在已经50多年，计算机技术的发展极为迅速，日新月异。
这些发展涉及到许多方面，例如硬件方面的逻辑器件和体系结构，软件方面的程序设计语言、操作系统、网络软件、人工智能等，这些方面的发展是相辅相成的。
1.1.1计算机的换代 由于计算机的发展极为迅速，人们将取得特别重大突破后的计算机称为新一代计算机。
（1）第一代（电子管计算机）第一代计算机的主要特征是采用电子管构成逻辑电路，运算速度是每秒约几千次到几万次的定点加法运算，生存时期大约是1946年到1954年。
这段时间是采用机器语言或汇编语言编程。
（2）第二代（晶体管计算机）第二代计算机的主要特征是采用分立式晶体管构成逻辑电路，运算速度为每秒几万次到几十万次，生存时期大约是1955年到1964年。
软件方面出现了高级程序设计语言，相应地出现了编译程序、子程序库、批处理管理程序等系统软件。
（3）第三代（中、小规模集成电路计算机）第三代计算机的主要特征是采用中、小规模集成电路，开始用半导体存储器作为主存，生存时期大约是1965年到1974年。
硬件方面采用了流水线技术、微程序控制技术，提出了整机概念。
软件方面操作系统逐渐成熟，出现了虚拟存储技术、信息管理系统、网络通信软件等，同时开始出现独立的软件企业。
1.1.1计算机的换代
（4）第四代（大规模、超大规模集成电路计算机）在集成电路中，每块芯片内含有的门电路数或元件数称为集成度。
每片几百门至几千门称为大规模集成电路（LSI），更高的称为超大规模集成电路（VLSI）。
随着LSI，VLSI的出现，计算机的发展又出现了一次飞跃，进入了第四代时期。
一般认为第四代大约从1975年开始，直至今天，当前大部分实用的计算机都属于第四代。
后来又出现了第五代、第六代的提法，但尚未得到更多的认可。
在使用VLSI之后，一个重大的飞跃是出现了微型计算机，从而打破了原有计算机体系结构，为计算机的应用拓展了极其广阔的空间。
进入第四代后，计算机的发展更为迅速。
在系统结构上发展了并行处理、多机系统、分布式计算机、计算机网络等技术。
软件方面提出了软件工程概念，出现了一些更完善的高级语言、操作系统、数据库系统、网络软件，后来又出现了多媒体技术等。
1.1.2计算机网络 需要特别强调的是，当前正进入网络化时代，这是计算机发展的重要方向之
一。
计算机网络是利用通信线路，将分布在不同地点上的多个独立计算机连接起来的一种网络，它使多个用户能够通信并且共享网络中的硬件、软件和信息等资源。
它是计算机技术与通信技术结合的产物，在信息化时代具有极为重要的意义，不仅大大提高了人类的工作能力，而且正在改变人们生活、工作和学习的方式。
1.2计算机的特点、分类与应用 从以下三个方面学习本节： 1.2.1计算机的特点1.2.2计算机的分类1.2.3计算机应用举例 1.2.1计算机的特点 计算机具有以下特点：
（1）运算速度快现在的个人计算机每秒可以处理几百万条指令，巨型机的运算速度可以达到几亿次以上。
使得过去许多让人生畏、近乎天文数字的计算工作，在极短的时间内就能够完成。
（2）计算精度高计算机是采用二进制数字进行运算的，只要配置相关的硬件电路就可以增加二进制数字的长度，提高计算精度。
目前普通的微型计算机的计算精度就可以达到32~64位二进制数。
（3）具有记忆和逻辑判断功能“记忆”功能指的是计算机能够存储大量信息，供用户随时检索和查询。
现在一台普通PC机的外存储容量都在20GB以上。
逻辑判断功能指的是计算机不仅能够进行算术运算，还能进行逻辑运算和实践推理。
记忆功能、算术运算和逻辑运算相结合，使得计算机能够模仿人类的某些智能活动，成为人类脑力延伸的主要工具，所以计算机又称为“电脑”。
1.2.1计算机的特点
（4）能自动运行并且具备人机交互功能所谓自动运行就是人们把需要计算机处理的问题编成程 序，输入计算机，当发出运行指令后，计算机便在该程序的控制下依次逐条执行，不再需要人工干预。
人机交互则是在人想要干预时，采用人机之间的一问一答形式，有针对性地解决问题。
（5）适用范围广，通用性强 计算机是靠存储程序控制进行工作的。
一般来说，无论是数值的还是非数值的数据，都可以表示成二进制数的编码；无论是复杂的还是简单的问题，都可以分解成基本的算术运算和逻辑运算，并可以用程序描述解决问题的步骤。
所以，不同的应用领域中，只要编制和运行不同的应用软件，计算机就能在此领域中很好地服务，即通用性极强。
1.2.2计算机的分类 计算机发展到今天，已是琳琅满目，种类繁多。
可以从不同的角度对它们进行分类。
1.2.2.1依其使用范围分类按使用范围分类，可以分为通用计算机和专用计算机。
（1）通用计算机能适用于一般科学计算、学术研究、工程设计和数据处理等广泛用途的计算。
通常所说的计算机均指通用计算机。
（2）专用计算机这是为适应某种特殊应用而设计的计算机，其运行程序不变，效率较高，速度较快，精度较好，但不宜作它用。
如飞机的自动驾驶仪，坦克上的火控系统中用的计算机，都属专用计算机。
1.2.2计算机的分类 1.2.2.2依其本身性能分类这是最常用的分类方法，所依据的性能主要包括：字长、存储容量、 运算速度、外部设备、允许同时使用一台计算机的用户多少和价格高低等。
根据这些性能可将计算机分为：超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机和工作站五类。
（1）超级计算机（puter） 超级计算机又称巨型机。
它是目前功能最强、价格最贵的计算机。
一 般用于解决诸如气象、太空、能源、医药等尖端科学研究和战略武器研制中的复杂计算。
它们安装在国家高级研究机构中，可供几百个用户同时使用。
这种机器价格昂贵，号称国家级资源。
世界上只有少数几个国家能生产这种机器，如美国克雷公司生产的Cray-
1、Cray-2和Cray-3都是著名的巨型机。
我国自主生产的银河-III型百亿次机、曙光-2000型机和“神威”千亿次机都属于巨型机。
巨型机的研制开发是一个国家综合国力和国防实力的体现。
（2）大型计算机（Mainframe） 这种机器也有很高的运算速度和很大的存储容量，并允许相当多的用 户同时使用。
当然在量级上都不及超级计算机，价格也相对比巨型机便宜。
大型机通常就像一个家族一样形成系列。
如IBM4300系列、IBM9000系列等。
这类机器通常用于大型企业、商业管理或大型数据库管理系统中，也可用作大型计算机网络中的主机。
1.2.2计算机的分类
（3）小型计算机（puter）其规模比大型机要小，但仍能支持几十个用户同时使用。
这类机器价格 便宜，适合于中小型事业单位使用。
像DEC公司生产的VAX系列,IBM公司生产的AS/400系列都是典型的小型机。
（4）微型计算机（puter） 其最主要的特点是小巧、灵活、便宜。
不过通常一次只能供一个用户使用，所以微型计算机也叫个人计算机（PersonalComputer）。
近几年又出现了体积更小的微机，如笔记本、膝上型、掌上型微机等。
微型计算机还可以按字长分为：8位机、16位机和64位机；按结构分为：单片机、单板机、多芯片机和多板机；按CPU芯片分为：286机、386机、486机、Pentium机、PII、PIII和PIV机等。
（5）工作站（Workstation） 它与功能较强的高档微机之间的差别不十分明显。
通常，它比微型机有较大的存储容量和较快的运算速度，而且配备大屏幕显示器。
主要用于图像处理和计算机辅助设计等领域。
不过，随着计算机技术的发展，包括前几类机在内，各类机之间的差别有时也不再是那么明显了。
比如，现在高档微机的内存容量比前几年小型机甚至大型机的内存容量还大得多。
1.2.3计算机应用举例 从本质上讲，计算机的工作就是对信息进行处理，而信息无处不在，所以计算机应用涉及到所有的领域。
下面我们根据信息处理任务的性质，分类列举部分典型的应用领域。
1科学计算科学计算一般指这样一种类型的任务：原始数据不太多，而计算量大且比较复杂。
例如求解数学方程，大坝、桥梁等工程结构的应力分析，航天技术中对卫星轨道的计算，气象预报，对化学反应甚至核爆炸的计算机模拟等。
2信息管理中的数据处理信息管理中的数据处理一般是指那种数据量很大而操作类型相近的任务，如各种人事管理、企业管理、金融管理、信息情报与文献资料检索等。
这类数据处理中存储数据所需的存储空间远大于处理数据的程序所需的存储空间。
大多数计算机被用来为这一类任务服务。
以计算机信息管理系统为核心，加上文字处理、通信、分析决策，就形成了办公自动化系统。
1.2.3计算机应用举例 3科技工程中的数据处理科技工程中的数据处理与信息管理中的数据处理有所不同，它们 的数据量也比较大，但分析计算则比较复杂。
例如，物理探矿中对振动波形的分析，医疗仪器中的图像处理，卫星遥感数据处理等。
4自动控制计算机应用于各类生产过程控制，极大地提高了生产力和生产质量。
例如，炉温控制、机床控制和各种化工生产过程控制等。
以炉温控制为例，通过传感器将温度值变为电信号，再转换为数字信号，送入计算机，与要求保持的温度值进行比较，得出误差值，再按照某种控制算法进行调整，调节发热部件使温度接近要求值。
过程控制的一个突出特点是要求实时性，也就是说计算机作出反应的时间必须与被控制过程的实际需要相适应。
1.2.3计算机应用举例 5计算机辅助设计（CAD）,计算机辅助制造（CAM）,计算机模拟（CS）,计算机辅助教学（CAI） 运用计算机进行设计，监控生产过程，可以使生产进入高度自动化。
许多复杂的事物可以在计算机产生的虚拟环境中进行模拟分析，使所需时间大大缩小，成本大大降低。
例如，训练驾驶员的环境模拟，复杂的化学反应过程模拟，核反应过程模拟，飞机、车辆、桥梁、大坝等的应力情况模拟，等等。
近年来，随着信息技术的发展，传统的教学手段受到挑战，计算机辅助教学的应用日益广泛并取得了长足的发展。
利用多媒体技术制作的CAI课件，将文本、图像、声音、动画集为一体，解决了传统课堂中难以解决的问题，为学生提供了生动、直观的学习素材，且可实现人机对话。
将CAI软件应用于网络环境，并使一些有经验的教师通过计算机网络对学生给予指导，就可实现远程教育。
1.2.3计算机应用举例 6人工智能人工智能是计算机应用中处于前沿地位的一个重要分支，或者说 是高层次的应用。
人工智能是指用计算机模拟实现人的某些智能行为，包括专家系统、模式识别、机器翻译、自动定理证明、自动程序设计、智能机器人、知识工程等。
专家系统包含知识库和推理机两大部分，能在某个特定领域内使用大量专家的知识，去解决需要专家水平方能解决的某些问题。
例如能下国际象棋的著名的“深蓝”系统，某些大型设备的诊断维护系统，中医专家系统，能分析物质分子结构的专家系统等。
利用计算机对物体、图像、语音、文字等信息模式进行自动识别，称为模式识别。
现在，对西文和汉字的自动识别率已经很高，颇具实用价值。
对有限语音的识别能力也已达到可用语言指挥计算机的某些操作的程度。
总之，这是一个五彩缤纷的精彩世界，应用实例不胜枚举。
更多的辉煌还有待我们去创造。
1.3计算机系统的基本组成 计算机系统的组成可分为两大范畴：硬件，软件。
硬件是指系统中可触摸到的设备实体，以及将它们组织为一个系统的总线、接口等，如CPU、主板、内存条等。
软件是指系统中的各类程序和文件，由于它们在计算机中表现为一些不能直接触摸的二进制信息，所以称为软件。
计算机系统的组成如下图所示。
1.3.1硬件系统 1946年匈牙利籍数学家冯•诺依曼（JohnVonNeumann）对计算机的一般结构进行了描述，如下图所示。
计算机的硬件是由运算器、控制器、主存、输入设备和输出设备这五部分经由系统总线和接口连接而成。
计算机硬件系统经历了几十年的发展，仍然遵循这种结构。
1.3.1.1运算器（ALU——ArithmeticLogicunit） 运算器是由电子线路构成的对数据进行加工处理的部件。
运算器的主要功能是执行算术运算和逻辑运算，所以称之为算术逻辑部件ALU，它的核心部件是加法器。
除此以处，运算器还具有移位、比较等功能。
1.3.1.2控制器（CU——ControlUnit） 控制器是计算机的控制中心，它统一指挥计算机的各部分协调地进行工作。
它能根据事先给定的命令发出各种控制信号，使整个工作过程一步一步地进行。
运算器和控制器合起来称为计算机的中央处理单元（CPU—CentralProcessingUnit）。
几种类型的CPU（奔腾、奔腾Ⅱ、Cyrix686、K62） 1.3.1.3主存储器(Memory) 存储器是计算机的记忆部件，它是用于存放程序和数据的装置。
在计算机中程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。
存储器按其作用可分为主存储器和外存储器两种。
主存储又称为内存储器，一般简称为内存或主存，它可以与CPU直接交换或传递信息。
主存储器划分为许多单元，通常是每个单元包括8个二进制位，称为一个字节。
每个单元都有一个相应的编号，称为地址。
向主存储器送出某个地址编码，就能根据地址选中相应的一个单元，可见主存储器的一项重要特性是：能按地址（单元编号）存放或读取内容，也就是允许CPU直接编址访问，以字节为编址单位。
通常把运算器、控制器和主存储器合称为计算机的主机。
1.3.1.3主存储器(Memory) 常见的几种内存条 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 输入设备是计算机从外部获得信息的设备，它将人们熟悉的待处理信息转换为计算机能识别和接受的电信号送入计算机内部进行处理。
最常用的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等。
输出设备是将计算机内的信息转换成能为人或其他设备所接收和识别的形式（如文字、声音、图像和电压等），并提供给外界使用的部件。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
输入/输出设备是人与计算机直接对话的工具，是人、机联系的桥梁。
输入/输出设备又称I/O设备，而I/O设备和外存储器又统称为计算机的外围设备。
下面介绍几种常用的输入/输出设备。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 1键盘键盘是最常用、最基本的一种输入设备，主要用于输 入数据、文本和命令，关于键盘的详细情况请参考第三章的3.1节。
功能键 编辑键 状态显示灯 主键盘和打字键 控制键 小数字键 104键盘 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 2鼠标 随着Windows操作系统的流行和普及，鼠标已成为计算机必备的标准输入装置。
在图形界面的环境下，鼠标可以取代键盘进行光标定位或完成某些特定的输入。
目前常用的有线鼠标有两种：机械式和光电式。
机械式鼠标通过其下面滚动的小球在桌面上移动，使屏幕上的光标随着移动，这种鼠标价格便宜，但易沾灰尘，影响移动速度，要经常清洗；光电式鼠标通过接受其下面光源发出的反射光，并转换为移动信号送入计算机，使屏幕光标随着移动，光电式鼠标性能优于机械式鼠标。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 滚动小球 机械鼠标 反射板 光电鼠标 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 3显示器显示器是计算机系统必不可少的输出设备，其作用是将计算机内 的数据转换为直接可以看到的字符、图形或图像等。
显示器的主要技术指标是屏幕尺寸、显示分辨率、刷新频率等。
屏幕尺寸采用矩形屏幕的对角线长度，以英寸为单位，反映显示屏幕的大小，现在的显示器的屏幕尺寸一般是15、17英寸。
显示分辨率是指屏幕像素的点阵，它取决于垂直方向和水平方向扫描线的线数，现在的显示器一般都能达到1024X768的显示分辨率。
刷新频率是指每秒钟内整个屏幕更新的次数，刷新频率越高，画面闪烁越小，现在的显示器一般都支持75MHZ的刷新频率。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 4打印机 打印机是常用的输出设备，它可以将计算机输出的内容打印出来，便于长期保存。
打印机的主要技术参数有打印速度、打印分辨率和打印纸最大尺寸。
目前，比较常用的打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。
（1）针式打印机又称为点阵式打印机。
这种打印机的打印头有若干根打印针，打印时使相应的针击打色带来完成打印工作，常用的针式打印机有9针和24针打印机。
针式打印机的结构简单，价格相对便宜，打印成本也相当低，非常适用于打印量大、精度要求不高的场合。
其缺点是打印速度较慢，噪音大，印字质量不高。
（2）喷墨打印机喷墨打印机是靠墨水通过精细的喷头喷到纸面上来产生字符和图像的。
现在的喷墨打印机的分辨率一般已达1440×720dpi（每英寸点数）。
与针式打印机相比，喷墨打印机精度较高，噪音较低，彩色的喷墨打印机还能够打印彩色图形和文字。
其缺点是打印速度慢，墨水消耗大。
（3）激光打印机激光打印机是一种高速度、高精度、低噪音的非击打式打印机。
近年来，随着价格的大幅度下降，激光打印机已经逐步普及起来，并成为办公自动化设备的主流产品。
现在的激光打印机的分辨率一般已达600×600dpi。
近来还出现了集打印、扫描、复印、传真功能于一体的激光打印机。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 热升华打印机 喷蜡打印机 喷墨打印机 针式打印机 打印机的几种类型 激光打印机 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 5扫描仪扫描仪是一种图形、图像输入设备，通过扫描的方式 它可以直接将图形、图像输入计算机，配备相应的光学字符识别软件，还可以通过扫描仪将文本输入计算机。
扫描仪的主要技术参数是光学分辨率和色彩深度，现在扫描仪的光学分辨率一般已达600×1200dpi，色彩深度一般已达24位。
平板扫描仪 扫描仪 手持扫描仪 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 6外存储器外存储器也是一种输入/输出设备。
将外存储器中的信 息调入主存时，外存储器是输入设备；将主存中的信息写入外存储器时，外存储器是输出设备。
外存储器又称为辅助存储器，一般简称为外存。
外存储器用来存放那些需要联机存放，但暂不执行的程序和数据，当需要运行它们时再由外存调入内存。
例如在光盘中存放着几个可能要用的软件，但当前只需要使用其中一个时，我们先将它调入主存，其余软件仍存放在光盘之中。
这样，主存的容量就不需要很大，可以做到速度比较高。
而由硬盘、光盘等构成的外存储器则容量很大，为整个系统提供后援支持。
由于外存的任务是这样，所以对它的速度要求可以比主存低。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 由于外存储器不由CPU直接编址访问，也就是说不需要按字节从外存储器读取或写入。
因此外存储器中的内容一般都按文件进行组织。
用户按文件名进行调用，CPU找到该文件在外存中的存放位置，以数据块为单位进行读写。
下面介绍几种常用的外存储器。
（1）软盘存储器
（2）硬盘存储器
（3）CD光盘存储器
（4）数字通用光盘DVD
（5）优盘
（6）移动硬盘 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（1）软盘存储器软磁盘由盘片、盘套组成，盘片与盘轴连接，上有读 写定位机构，在盘套上开设有读写窗口和写保护块。
目前比较常用的软磁盘是3.5英寸双面高密度磁盘，其容量为1.44MB。
使用软磁盘需要注意以下事项：
1．磁头正在进行读写操作时，不能够取出或插入盘片。
2．不要触摸、刻划磁盘的裸露部分；也不要用硬笔在磁盘的标签上写字，更不要弯曲、折叠磁盘，以防盘片损坏。
3．软盘驱动器是比较容易出现故障的部件，若灰尘附在磁头上，不仅会划伤盘片，还会影响正确数据的读写。
为此，需要定期地清洗磁头，可采用专用的清洗盘。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 写保护口，现处于保护状态标签保护套中心轴孔金属套 3.5寸磁盘外形及内部结构示意图 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（2）硬盘存储器硬盘存储器的存储原理和软盘存储器类似，它由多个 金属盘片组成，并有多个磁头同时读写。
硬盘存储器通常采用温彻斯特（Wenchster）技术，它把磁头、盘片及执行机构都密封在一个容器内，与外界环境隔绝，这样不但可避免空气尘埃的污染，而且可以把磁头与盘面的距离减少到最小，加大数据存储密度，从而增加了存储容量。
与软盘相比，硬盘容量大，存储速度快（软盘的转速一般是300转/分，高速硬盘的转速已经达到7200转/分），可靠性高。
现在计算机所使用的硬盘的容量越来越大，一般已达40GB。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 盘片 磁头 硬盘正面、反面及内部结构 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（3）CD光盘存储器CD光盘存储器是70年代发展起来的一种新型信息存储设备，它使 用激光进行读写，由于激光头与介质无接触、也没有退磁问题，所以信息保存时间长。
目前，一张光盘的容量为650MB。
CD光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。
光盘驱动器的一个重要技术指标是光驱的“倍速”，现在的光驱一般已达50倍速（1倍速=150KB/s）。
按读写功能，光盘可以分为只读型、一次写入型、可重写型3种，它们的工作原理并不完全相同。
1．只读型光盘CD-ROM（CompactDiskReadOnlyMemory）：厂家按用户要求写入数据后，永远不能改变其内容。
2．一次写入型光盘WORM（WriteOnceReadManyDisk）：使用时允许写入一次，不能擦除，以后可以读出。
3．可重写型光盘E-R/W（ReWriteable）：使用中允许用户重复改写和读出。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 光盘及光盘驱动器 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（4）数字通用光盘DVDDVD是一种新的大容量存储设备。
其容量视盘片的制作结构而不 同，采用单面单层结构时，容量为4.7GB；采用单面双层结构时，容量为8.5GB；采用双面双层结构时，容量为17GB。
现在使用的DVD一般为单面双层结构。
从DVD的读写方式来分，可以分为DVD-ROM（只读）、DVD-R（一次性写入）、DVD-RAM（可擦写型）和DVD-RW（多次重写型）。
DVD驱动器的基准数据传输率为1.385Mb/s（即1倍速=1.385MB/s），比CD驱动器快得多。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） DVD外形 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（5）优盘优盘是近年来流行的一种移动存储器，其特点是体积小、重量 轻，容量较大（32MB~1GB）、存取速度较快，价格比较便宜，采用USB接口，使用方便。
现在优盘正在逐步取代软盘。
（6）移动硬盘又称活动硬盘，一般采用USB接口，具有容量大 （10~120GB）、即插即用、携带方便、抗震性强等特点。
1.3.1.5总线 CPU、主存、多台I/O设备通过总线连接成整机系统。
总线是指一组能为多个部件分时共享的信息传输线。
共享是指总线所连接的部件都通过它传输信息。
分时是指某个时刻只能有一个部件或设备向总线发送数据，如果有两个或两个以上的部件同时向总线发送数据，就会产生冲突，使数据混乱。
但总线上的数据既可以只向某一部件发送，也可以同时向几个部件发送。
按总线连接的部件，可将总线分为芯片内总线，系统总线和外总线。
芯片内总线是连接芯片内各部件的总线，例如CPU内部总线。
芯片内总线结构简单，传输距离很短，传输速度高。
系统总线是指在一个计算机系统内连接CPU、主存、I/O接口等部件的总线。
系统总线包括地址、数据和控制信号三类传输线，以及电源线。
系统总线的连接距离短，传输速度较快。
外总线则是多台计算机之间，或计算机与一些智能设备之间的连接总线。
外总线的传输距离一般较远，速度较低。
1.3.1.5总线 当前系统总线的标准主要有如下几种：
（1）ISA总线（IndustryStandardArchitecture）即工业标准总线
（2）EISA总线（ExtendedIndustrialStandardArchitecture）是扩展的工业标准总线
（3）PCI总线（PeripheralComponentInterconnect）即外围设备互连总线
（4）AGP总线（eleratedGraphicPort）即图形加速接口 1.3.1.6接口 输入/输出设备通过接口与系统总线相连。
接口的功能主要有两个，一是平衡系统总线与外设的速度，因为大部分输入/输出设备的速度比系统总线慢很多，直接将外设与系统总线相连将影响整个微机系统的速度，所以输入/输出设备通过接口与系统总线相连，当系统总线需要与输入/输出设备通信，系统总线首先与速度相当的接口通信，然后接口再与输入/输出设备通信；接口的第二个功能是进行数据缓冲，当系统总线与输入输出设备需要交换数据时，系统总线首先与接口交换数据，然后接口与输入/输出设备交换数据。
计算机中的基本接口包括串行COM1/COM2接口，并行（打印机）LPT接口，PS/2键盘接口，PS/2鼠标接口，USB接口，软盘驱动器接口，硬盘/光盘驱动器接口等。
计算机中还包括一些功能复杂的板卡形式的接口，如显卡、声卡、网卡等。
1.3.2典型个人计算机硬件系统组成 现在计算机的硬件采用即插即用的模块化方式，典型个人计算机硬件系统一般由13个部件组成。
包括：CPU、主板、内存条、显卡、显示器、声卡、音箱、硬盘、光驱、软驱、网卡、键盘、鼠标。
对照图1-
2，我们可以看出CPU集成了运算器和控制器的功能；主板集成了系统总线和部分接口的功能；内存条相当于主存储器；显卡、声卡、网卡以及主板上集成的COM1/COM2、LPT、PS/2、USB接口、硬盘/光盘驱动器接口都是接口；鼠标、键盘是输入设备；显示器、音箱是输出设备；硬盘、光驱、软驱是辅助存储器，它们既可以是输入设备，也可以是输出设备。
1.3.3软件系统 微机中的软件包括程序和文件，程序是指令的集合，能被计算机执行，如Word2000、Excel2000等，它规定着计算机如何去完成某个任务。
文件包含了一些信息，不能被计算机执行，如文本文件，图像文件等。
微机中各种软件的有机组合构成了软件系统。
软件系统分为系统软件和应用软件两大类，系统软件用来管理和配置计算机的软硬件资源，而应用软件是为了进行某种应用。
1.3.3软件系统 1.3.3.1系统软件系统软件又称系统程序，它的主要功能是对整个计算机 系统进行调度、管理、监控及维护服务等。
它可以使计算机系统的资源得到合理的调度以及有效的利用。
系统软件主要包括操作系统、计算机语言处理程序、工具软件和数据库管理系统等。
1.3.3.1.1操作系统操作系统是软件系统的核心，是任何计算机必备的软件。
它用于控制和管理计算机硬件、软件和数据资源，使用户方便、有效地使用计算机，提供了软件的开发环境和运行环境。
它可分为单用户操作系统、多用户操作系统和网络操作系统等。
常见的操作系统有Windows、Unix、Linux等，而个人计算机上的主流操作系统是Windows。
1.3.3软件系统 1.3.3.1.2计算机语言处理程序1计算机指令 计算机实际上就是一台机器，它能够完成一些最基本的操作，如算术运算、逻辑运算、移位运算、控制转移等，这些基本的操作称为指令，计算机所能完成的所有基本操作称为指令集合。
通过人的智慧，将指令进行组合就构成了多种多样，具有不同功能的软件，也就是说计算机上的任何一个软件都是由一些基本的计算机指令组成的。
2计算机程序设计语言 我们可以使用现有的软件应用计算机，如使用Office2000进行办公，使用QQ进行网上聊天，同时我们也可以使用程序设计语言自主编写软件来达到应用计算机的目的，如我们可以使用Delphi程序设计语言来编写管理自己朋友信息的软件。
程序设计语言简而言之就是一种可以对计算机指令进行组合设计的工具。
程序设计语言通常分为：机器语言、汇编语言和高级语言三类。
1.3.3软件系统 3计算机语言处理程序只有使用机器语言编写的程序能够在计算机上直接执行， 使用汇编语言和高级语言编写的程序不能在计算机上直接运行，必须将它们转化为等价的机器语言程序，这个过程由计算机语言处理程序完成。
计算机语言处理程序的工作方式有两种：解释和编译。
（1）解释 是一种边解释边执行的方法，即计算机语言处理程序解释一条计算机语言的语句，执行一条语句，如早期的BASIC语言就采用解释方法。
由于解释方法效率比较低，现在很少被采用。
（2）编译 采用编译方法的计算机语言处理程序一般包括编译程序和连接程序，编译程序先把源程序编译成机器语言的目标程序，然后连接程序把目标程序和各种标准库函数连接装配成一个完整的可执行的机器语言程序。
汇编语言以及目前流行的高级语言C/C++、Pascal等都采用编译的方法。
1.3.3软件系统 4现在计算机语言处理程序的特点计算机语言处理程序发展迅速，下面是现在计算机语言处理程序的显著特点。
（1）集成开发环境
（2）面向对象开发技术
（3）可视化开发环境 1.3.3软件系统 1.3.3.1.3工具软件工具软件是开发、研制各种软件以及诊断、维护计算 机的工具。
它们包含的内容非常广泛，例如杀毒工具、磁盘清理工具等。
1.3.3软件系统 1.3.3.1.4数据库管理系统在信息社会里，人们希望借助计算机对信息进行搜索、存储、处理和使用，因此产生了数据库、数据库管理系统以及数据库系统。
（1）数据库是指按照一定联系存储的数据集合，可为多种应用共享。
如工厂中职工的信息、医院的病历、人事部门的档案等都可以分别组成数据库。
（2）数据库管理系统（DBMS，DataBaseManagementSystem）是指能够对数据库进行加工、管理的系统软件。
其主要功能是建立、删除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。
（3）数据库系统是指由数据库、数据库管理系统以及相应的数据库应用程序组成的系统。
例如，某机关的工资管理系统就是一个具体的数据库系统。
现在在企业中比较流行的ERP（EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划系统）也是一个具体的数据库系统，它是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平 1.3.3软件系统 1.3.3.2应用软件应用软件也称为应用程序，它们是用户在各自的业务 系统中开发和使用的各种程序。
应用软件通常是针对某个具体问题而编制的，通常包括厂家出售的通用软件和用户利用计算机及其配备的系统软件自己研制开发的专用软件两类。
随着计算机的普及应用，应用软件的种类越来越多，名目也各不相同，用户可以通过应用软件尽善尽美地发挥计算机的效能。
1.3.4典型个人计算机软件系统组成 现在个人计算机的操作系统一般采用Windows系列，如Windows98/Me或者WindowsNT/2000/XP。
在操作系统之上，还有语言处理程序，如VisualBasic，VisualC++，Delphi等；工具软件，如杀毒软件，磁盘管理工具等；数据库管理系统，如SQLServer等。
操作系统、语言处理程序、工具软件和数据库管理系统统称为系统软件。
应用软件一般包括办公软件，如Office2000等；网页浏览器，如Explorer等；学习方面的软件，包括英语学习软件，如金山词霸等；打字练习软件，如金山打字通等；娱乐方面的软件，包括视频播放软件，如RealOnePlayer等，网络聊天软件，如腾讯QQ等。
可以说，计算机用户有什么需求，相应的软件就会应运而生。
1.3.5计算机系统的层次结构 计算机系统是一个十分复杂的硬件、软件结合的整体。
它们二者之间是相辅相成、缺一不可的。
计算机系统的层次结构可用下图表示。
简单地讲，计算机是一种能存储程序并自动执行程序，对各种数字化信息进行算术运算或逻辑运算的电子机器。
本章将使大家了解计算机的发展及应用、基本组成、基本原理以及计算机中字符的编码。
本章我们要学习以下内容： •1.1计算机的发展历程•1.2计算机的特点、分类与应用•1.3计算机系统的基本组成•1.4进位计数制•1.5计算机的基本原理•1.6微机的性能指标•1.7计算机中的字符表示 1.1计算机的发展历程 从1946年出现第一台电子计算机起，到现在已经50多年，计算机技术的发展极为迅速，日新月异。
这些发展涉及到许多方面，例如硬件方面的逻辑器件和体系结构，软件方面的程序设计语言、操作系统、网络软件、人工智能等，这些方面的发展是相辅相成的。
1.1.1计算机的换代 由于计算机的发展极为迅速，人们将取得特别重大突破后的计算机称为新一代计算机。
（1）第一代（电子管计算机）第一代计算机的主要特征是采用电子管构成逻辑电路，运算速度是每秒约几千次到几万次的定点加法运算，生存时期大约是1946年到1954年。
这段时间是采用机器语言或汇编语言编程。
（2）第二代（晶体管计算机）第二代计算机的主要特征是采用分立式晶体管构成逻辑电路，运算速度为每秒几万次到几十万次，生存时期大约是1955年到1964年。
软件方面出现了高级程序设计语言，相应地出现了编译程序、子程序库、批处理管理程序等系统软件。
（3）第三代（中、小规模集成电路计算机）第三代计算机的主要特征是采用中、小规模集成电路，开始用半导体存储器作为主存，生存时期大约是1965年到1974年。
硬件方面采用了流水线技术、微程序控制技术，提出了整机概念。
软件方面操作系统逐渐成熟，出现了虚拟存储技术、信息管理系统、网络通信软件等，同时开始出现独立的软件企业。
1.1.1计算机的换代
（4）第四代（大规模、超大规模集成电路计算机）在集成电路中，每块芯片内含有的门电路数或元件数称为集成度。
每片几百门至几千门称为大规模集成电路（LSI），更高的称为超大规模集成电路（VLSI）。
随着LSI，VLSI的出现，计算机的发展又出现了一次飞跃，进入了第四代时期。
一般认为第四代大约从1975年开始，直至今天，当前大部分实用的计算机都属于第四代。
后来又出现了第五代、第六代的提法，但尚未得到更多的认可。
在使用VLSI之后，一个重大的飞跃是出现了微型计算机，从而打破了原有计算机体系结构，为计算机的应用拓展了极其广阔的空间。
进入第四代后，计算机的发展更为迅速。
在系统结构上发展了并行处理、多机系统、分布式计算机、计算机网络等技术。
软件方面提出了软件工程概念，出现了一些更完善的高级语言、操作系统、数据库系统、网络软件，后来又出现了多媒体技术等。
1.1.2计算机网络 需要特别强调的是，当前正进入网络化时代，这是计算机发展的重要方向之
一。
计算机网络是利用通信线路，将分布在不同地点上的多个独立计算机连接起来的一种网络，它使多个用户能够通信并且共享网络中的硬件、软件和信息等资源。
它是计算机技术与通信技术结合的产物，在信息化时代具有极为重要的意义，不仅大大提高了人类的工作能力，而且正在改变人们生活、工作和学习的方式。
1.2计算机的特点、分类与应用 从以下三个方面学习本节： 1.2.1计算机的特点1.2.2计算机的分类1.2.3计算机应用举例 1.2.1计算机的特点 计算机具有以下特点：
（1）运算速度快现在的个人计算机每秒可以处理几百万条指令，巨型机的运算速度可以达到几亿次以上。
使得过去许多让人生畏、近乎天文数字的计算工作，在极短的时间内就能够完成。
（2）计算精度高计算机是采用二进制数字进行运算的，只要配置相关的硬件电路就可以增加二进制数字的长度，提高计算精度。
目前普通的微型计算机的计算精度就可以达到32~64位二进制数。
（3）具有记忆和逻辑判断功能“记忆”功能指的是计算机能够存储大量信息，供用户随时检索和查询。
现在一台普通PC机的外存储容量都在20GB以上。
逻辑判断功能指的是计算机不仅能够进行算术运算，还能进行逻辑运算和实践推理。
记忆功能、算术运算和逻辑运算相结合，使得计算机能够模仿人类的某些智能活动，成为人类脑力延伸的主要工具，所以计算机又称为“电脑”。
1.2.1计算机的特点
（4）能自动运行并且具备人机交互功能所谓自动运行就是人们把需要计算机处理的问题编成程 序，输入计算机，当发出运行指令后，计算机便在该程序的控制下依次逐条执行，不再需要人工干预。
人机交互则是在人想要干预时，采用人机之间的一问一答形式，有针对性地解决问题。
（5）适用范围广，通用性强 计算机是靠存储程序控制进行工作的。
一般来说，无论是数值的还是非数值的数据，都可以表示成二进制数的编码；无论是复杂的还是简单的问题，都可以分解成基本的算术运算和逻辑运算，并可以用程序描述解决问题的步骤。
所以，不同的应用领域中，只要编制和运行不同的应用软件，计算机就能在此领域中很好地服务，即通用性极强。
1.2.2计算机的分类 计算机发展到今天，已是琳琅满目，种类繁多。
可以从不同的角度对它们进行分类。
1.2.2.1依其使用范围分类按使用范围分类，可以分为通用计算机和专用计算机。
（1）通用计算机能适用于一般科学计算、学术研究、工程设计和数据处理等广泛用途的计算。
通常所说的计算机均指通用计算机。
（2）专用计算机这是为适应某种特殊应用而设计的计算机，其运行程序不变，效率较高，速度较快，精度较好，但不宜作它用。
如飞机的自动驾驶仪，坦克上的火控系统中用的计算机，都属专用计算机。
1.2.2计算机的分类 1.2.2.2依其本身性能分类这是最常用的分类方法，所依据的性能主要包括：字长、存储容量、 运算速度、外部设备、允许同时使用一台计算机的用户多少和价格高低等。
根据这些性能可将计算机分为：超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机和工作站五类。
（1）超级计算机（puter） 超级计算机又称巨型机。
它是目前功能最强、价格最贵的计算机。
一 般用于解决诸如气象、太空、能源、医药等尖端科学研究和战略武器研制中的复杂计算。
它们安装在国家高级研究机构中，可供几百个用户同时使用。
这种机器价格昂贵，号称国家级资源。
世界上只有少数几个国家能生产这种机器，如美国克雷公司生产的Cray-
1、Cray-2和Cray-3都是著名的巨型机。
我国自主生产的银河-III型百亿次机、曙光-2000型机和“神威”千亿次机都属于巨型机。
巨型机的研制开发是一个国家综合国力和国防实力的体现。
（2）大型计算机（Mainframe） 这种机器也有很高的运算速度和很大的存储容量，并允许相当多的用 户同时使用。
当然在量级上都不及超级计算机，价格也相对比巨型机便宜。
大型机通常就像一个家族一样形成系列。
如IBM4300系列、IBM9000系列等。
这类机器通常用于大型企业、商业管理或大型数据库管理系统中，也可用作大型计算机网络中的主机。
1.2.2计算机的分类
（3）小型计算机（puter）其规模比大型机要小，但仍能支持几十个用户同时使用。
这类机器价格 便宜，适合于中小型事业单位使用。
像DEC公司生产的VAX系列,IBM公司生产的AS/400系列都是典型的小型机。
（4）微型计算机（puter） 其最主要的特点是小巧、灵活、便宜。
不过通常一次只能供一个用户使用，所以微型计算机也叫个人计算机（PersonalComputer）。
近几年又出现了体积更小的微机，如笔记本、膝上型、掌上型微机等。
微型计算机还可以按字长分为：8位机、16位机和64位机；按结构分为：单片机、单板机、多芯片机和多板机；按CPU芯片分为：286机、386机、486机、Pentium机、PII、PIII和PIV机等。
（5）工作站（Workstation） 它与功能较强的高档微机之间的差别不十分明显。
通常，它比微型机有较大的存储容量和较快的运算速度，而且配备大屏幕显示器。
主要用于图像处理和计算机辅助设计等领域。
不过，随着计算机技术的发展，包括前几类机在内，各类机之间的差别有时也不再是那么明显了。
比如，现在高档微机的内存容量比前几年小型机甚至大型机的内存容量还大得多。
1.2.3计算机应用举例 从本质上讲，计算机的工作就是对信息进行处理，而信息无处不在，所以计算机应用涉及到所有的领域。
下面我们根据信息处理任务的性质，分类列举部分典型的应用领域。
1科学计算科学计算一般指这样一种类型的任务：原始数据不太多，而计算量大且比较复杂。
例如求解数学方程，大坝、桥梁等工程结构的应力分析，航天技术中对卫星轨道的计算，气象预报，对化学反应甚至核爆炸的计算机模拟等。
2信息管理中的数据处理信息管理中的数据处理一般是指那种数据量很大而操作类型相近的任务，如各种人事管理、企业管理、金融管理、信息情报与文献资料检索等。
这类数据处理中存储数据所需的存储空间远大于处理数据的程序所需的存储空间。
大多数计算机被用来为这一类任务服务。
以计算机信息管理系统为核心，加上文字处理、通信、分析决策，就形成了办公自动化系统。
1.2.3计算机应用举例 3科技工程中的数据处理科技工程中的数据处理与信息管理中的数据处理有所不同，它们 的数据量也比较大，但分析计算则比较复杂。
例如，物理探矿中对振动波形的分析，医疗仪器中的图像处理，卫星遥感数据处理等。
4自动控制计算机应用于各类生产过程控制，极大地提高了生产力和生产质量。
例如，炉温控制、机床控制和各种化工生产过程控制等。
以炉温控制为例，通过传感器将温度值变为电信号，再转换为数字信号，送入计算机，与要求保持的温度值进行比较，得出误差值，再按照某种控制算法进行调整，调节发热部件使温度接近要求值。
过程控制的一个突出特点是要求实时性，也就是说计算机作出反应的时间必须与被控制过程的实际需要相适应。
1.2.3计算机应用举例 5计算机辅助设计（CAD）,计算机辅助制造（CAM）,计算机模拟（CS）,计算机辅助教学（CAI） 运用计算机进行设计，监控生产过程，可以使生产进入高度自动化。
许多复杂的事物可以在计算机产生的虚拟环境中进行模拟分析，使所需时间大大缩小，成本大大降低。
例如，训练驾驶员的环境模拟，复杂的化学反应过程模拟，核反应过程模拟，飞机、车辆、桥梁、大坝等的应力情况模拟，等等。
近年来，随着信息技术的发展，传统的教学手段受到挑战，计算机辅助教学的应用日益广泛并取得了长足的发展。
利用多媒体技术制作的CAI课件，将文本、图像、声音、动画集为一体，解决了传统课堂中难以解决的问题，为学生提供了生动、直观的学习素材，且可实现人机对话。
将CAI软件应用于网络环境，并使一些有经验的教师通过计算机网络对学生给予指导，就可实现远程教育。
1.2.3计算机应用举例 6人工智能人工智能是计算机应用中处于前沿地位的一个重要分支，或者说 是高层次的应用。
人工智能是指用计算机模拟实现人的某些智能行为，包括专家系统、模式识别、机器翻译、自动定理证明、自动程序设计、智能机器人、知识工程等。
专家系统包含知识库和推理机两大部分，能在某个特定领域内使用大量专家的知识，去解决需要专家水平方能解决的某些问题。
例如能下国际象棋的著名的“深蓝”系统，某些大型设备的诊断维护系统，中医专家系统，能分析物质分子结构的专家系统等。
利用计算机对物体、图像、语音、文字等信息模式进行自动识别，称为模式识别。
现在，对西文和汉字的自动识别率已经很高，颇具实用价值。
对有限语音的识别能力也已达到可用语言指挥计算机的某些操作的程度。
总之，这是一个五彩缤纷的精彩世界，应用实例不胜枚举。
更多的辉煌还有待我们去创造。
1.3计算机系统的基本组成 计算机系统的组成可分为两大范畴：硬件，软件。
硬件是指系统中可触摸到的设备实体，以及将它们组织为一个系统的总线、接口等，如CPU、主板、内存条等。
软件是指系统中的各类程序和文件，由于它们在计算机中表现为一些不能直接触摸的二进制信息，所以称为软件。
计算机系统的组成如下图所示。
1.3.1硬件系统 1946年匈牙利籍数学家冯•诺依曼（JohnVonNeumann）对计算机的一般结构进行了描述，如下图所示。
计算机的硬件是由运算器、控制器、主存、输入设备和输出设备这五部分经由系统总线和接口连接而成。
计算机硬件系统经历了几十年的发展，仍然遵循这种结构。
1.3.1.1运算器（ALU——ArithmeticLogicunit） 运算器是由电子线路构成的对数据进行加工处理的部件。
运算器的主要功能是执行算术运算和逻辑运算，所以称之为算术逻辑部件ALU，它的核心部件是加法器。
除此以处，运算器还具有移位、比较等功能。
1.3.1.2控制器（CU——ControlUnit） 控制器是计算机的控制中心，它统一指挥计算机的各部分协调地进行工作。
它能根据事先给定的命令发出各种控制信号，使整个工作过程一步一步地进行。
运算器和控制器合起来称为计算机的中央处理单元（CPU—CentralProcessingUnit）。
几种类型的CPU（奔腾、奔腾Ⅱ、Cyrix686、K62） 1.3.1.3主存储器(Memory) 存储器是计算机的记忆部件，它是用于存放程序和数据的装置。
在计算机中程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。
存储器按其作用可分为主存储器和外存储器两种。
主存储又称为内存储器，一般简称为内存或主存，它可以与CPU直接交换或传递信息。
主存储器划分为许多单元，通常是每个单元包括8个二进制位，称为一个字节。
每个单元都有一个相应的编号，称为地址。
向主存储器送出某个地址编码，就能根据地址选中相应的一个单元，可见主存储器的一项重要特性是：能按地址（单元编号）存放或读取内容，也就是允许CPU直接编址访问，以字节为编址单位。
通常把运算器、控制器和主存储器合称为计算机的主机。
1.3.1.3主存储器(Memory) 常见的几种内存条 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 输入设备是计算机从外部获得信息的设备，它将人们熟悉的待处理信息转换为计算机能识别和接受的电信号送入计算机内部进行处理。
最常用的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等。
输出设备是将计算机内的信息转换成能为人或其他设备所接收和识别的形式（如文字、声音、图像和电压等），并提供给外界使用的部件。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
输入/输出设备是人与计算机直接对话的工具，是人、机联系的桥梁。
输入/输出设备又称I/O设备，而I/O设备和外存储器又统称为计算机的外围设备。
下面介绍几种常用的输入/输出设备。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 1键盘键盘是最常用、最基本的一种输入设备，主要用于输 入数据、文本和命令，关于键盘的详细情况请参考第三章的3.1节。
功能键 编辑键 状态显示灯 主键盘和打字键 控制键 小数字键 104键盘 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 2鼠标 随着Windows操作系统的流行和普及，鼠标已成为计算机必备的标准输入装置。
在图形界面的环境下，鼠标可以取代键盘进行光标定位或完成某些特定的输入。
目前常用的有线鼠标有两种：机械式和光电式。
机械式鼠标通过其下面滚动的小球在桌面上移动，使屏幕上的光标随着移动，这种鼠标价格便宜，但易沾灰尘，影响移动速度，要经常清洗；光电式鼠标通过接受其下面光源发出的反射光，并转换为移动信号送入计算机，使屏幕光标随着移动，光电式鼠标性能优于机械式鼠标。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 滚动小球 机械鼠标 反射板 光电鼠标 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 3显示器显示器是计算机系统必不可少的输出设备，其作用是将计算机内 的数据转换为直接可以看到的字符、图形或图像等。
显示器的主要技术指标是屏幕尺寸、显示分辨率、刷新频率等。
屏幕尺寸采用矩形屏幕的对角线长度，以英寸为单位，反映显示屏幕的大小，现在的显示器的屏幕尺寸一般是15、17英寸。
显示分辨率是指屏幕像素的点阵，它取决于垂直方向和水平方向扫描线的线数，现在的显示器一般都能达到1024X768的显示分辨率。
刷新频率是指每秒钟内整个屏幕更新的次数，刷新频率越高，画面闪烁越小，现在的显示器一般都支持75MHZ的刷新频率。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 4打印机 打印机是常用的输出设备，它可以将计算机输出的内容打印出来，便于长期保存。
打印机的主要技术参数有打印速度、打印分辨率和打印纸最大尺寸。
目前，比较常用的打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。
（1）针式打印机又称为点阵式打印机。
这种打印机的打印头有若干根打印针，打印时使相应的针击打色带来完成打印工作，常用的针式打印机有9针和24针打印机。
针式打印机的结构简单，价格相对便宜，打印成本也相当低，非常适用于打印量大、精度要求不高的场合。
其缺点是打印速度较慢，噪音大，印字质量不高。
（2）喷墨打印机喷墨打印机是靠墨水通过精细的喷头喷到纸面上来产生字符和图像的。
现在的喷墨打印机的分辨率一般已达1440×720dpi（每英寸点数）。
与针式打印机相比，喷墨打印机精度较高，噪音较低，彩色的喷墨打印机还能够打印彩色图形和文字。
其缺点是打印速度慢，墨水消耗大。
（3）激光打印机激光打印机是一种高速度、高精度、低噪音的非击打式打印机。
近年来，随着价格的大幅度下降，激光打印机已经逐步普及起来，并成为办公自动化设备的主流产品。
现在的激光打印机的分辨率一般已达600×600dpi。
近来还出现了集打印、扫描、复印、传真功能于一体的激光打印机。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 热升华打印机 喷蜡打印机 喷墨打印机 针式打印机 打印机的几种类型 激光打印机 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 5扫描仪扫描仪是一种图形、图像输入设备，通过扫描的方式 它可以直接将图形、图像输入计算机，配备相应的光学字符识别软件，还可以通过扫描仪将文本输入计算机。
扫描仪的主要技术参数是光学分辨率和色彩深度，现在扫描仪的光学分辨率一般已达600×1200dpi，色彩深度一般已达24位。
平板扫描仪 扫描仪 手持扫描仪 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 6外存储器外存储器也是一种输入/输出设备。
将外存储器中的信 息调入主存时，外存储器是输入设备；将主存中的信息写入外存储器时，外存储器是输出设备。
外存储器又称为辅助存储器，一般简称为外存。
外存储器用来存放那些需要联机存放，但暂不执行的程序和数据，当需要运行它们时再由外存调入内存。
例如在光盘中存放着几个可能要用的软件，但当前只需要使用其中一个时，我们先将它调入主存，其余软件仍存放在光盘之中。
这样，主存的容量就不需要很大，可以做到速度比较高。
而由硬盘、光盘等构成的外存储器则容量很大，为整个系统提供后援支持。
由于外存的任务是这样，所以对它的速度要求可以比主存低。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 由于外存储器不由CPU直接编址访问，也就是说不需要按字节从外存储器读取或写入。
因此外存储器中的内容一般都按文件进行组织。
用户按文件名进行调用，CPU找到该文件在外存中的存放位置，以数据块为单位进行读写。
下面介绍几种常用的外存储器。
（1）软盘存储器
（2）硬盘存储器
（3）CD光盘存储器
（4）数字通用光盘DVD
（5）优盘
（6）移动硬盘 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（1）软盘存储器软磁盘由盘片、盘套组成，盘片与盘轴连接，上有读 写定位机构，在盘套上开设有读写窗口和写保护块。
目前比较常用的软磁盘是3.5英寸双面高密度磁盘，其容量为1.44MB。
使用软磁盘需要注意以下事项：
1．磁头正在进行读写操作时，不能够取出或插入盘片。
2．不要触摸、刻划磁盘的裸露部分；也不要用硬笔在磁盘的标签上写字，更不要弯曲、折叠磁盘，以防盘片损坏。
3．软盘驱动器是比较容易出现故障的部件，若灰尘附在磁头上，不仅会划伤盘片，还会影响正确数据的读写。
为此，需要定期地清洗磁头，可采用专用的清洗盘。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 写保护口，现处于保护状态标签保护套中心轴孔金属套 3.5寸磁盘外形及内部结构示意图 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（2）硬盘存储器硬盘存储器的存储原理和软盘存储器类似，它由多个 金属盘片组成，并有多个磁头同时读写。
硬盘存储器通常采用温彻斯特（Wenchster）技术，它把磁头、盘片及执行机构都密封在一个容器内，与外界环境隔绝，这样不但可避免空气尘埃的污染，而且可以把磁头与盘面的距离减少到最小，加大数据存储密度，从而增加了存储容量。
与软盘相比，硬盘容量大，存储速度快（软盘的转速一般是300转/分，高速硬盘的转速已经达到7200转/分），可靠性高。
现在计算机所使用的硬盘的容量越来越大，一般已达40GB。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 盘片 磁头 硬盘正面、反面及内部结构 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（3）CD光盘存储器CD光盘存储器是70年代发展起来的一种新型信息存储设备，它使 用激光进行读写，由于激光头与介质无接触、也没有退磁问题，所以信息保存时间长。
目前，一张光盘的容量为650MB。
CD光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。
光盘驱动器的一个重要技术指标是光驱的“倍速”，现在的光驱一般已达50倍速（1倍速=150KB/s）。
按读写功能，光盘可以分为只读型、一次写入型、可重写型3种，它们的工作原理并不完全相同。
1．只读型光盘CD-ROM（CompactDiskReadOnlyMemory）：厂家按用户要求写入数据后，永远不能改变其内容。
2．一次写入型光盘WORM（WriteOnceReadManyDisk）：使用时允许写入一次，不能擦除，以后可以读出。
3．可重写型光盘E-R/W（ReWriteable）：使用中允许用户重复改写和读出。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） 光盘及光盘驱动器 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（4）数字通用光盘DVDDVD是一种新的大容量存储设备。
其容量视盘片的制作结构而不 同，采用单面单层结构时，容量为4.7GB；采用单面双层结构时，容量为8.5GB；采用双面双层结构时，容量为17GB。
现在使用的DVD一般为单面双层结构。
从DVD的读写方式来分，可以分为DVD-ROM（只读）、DVD-R（一次性写入）、DVD-RAM（可擦写型）和DVD-RW（多次重写型）。
DVD驱动器的基准数据传输率为1.385Mb/s（即1倍速=1.385MB/s），比CD驱动器快得多。
1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice） DVD外形 1.3.1.4输入/输出设备（Input/OutputDevice）
（5）优盘优盘是近年来流行的一种移动存储器，其特点是体积小、重量 轻，容量较大（32MB~1GB）、存取速度较快，价格比较便宜，采用USB接口，使用方便。
现在优盘正在逐步取代软盘。
（6）移动硬盘又称活动硬盘，一般采用USB接口，具有容量大 （10~120GB）、即插即用、携带方便、抗震性强等特点。
1.3.1.5总线 CPU、主存、多台I/O设备通过总线连接成整机系统。
总线是指一组能为多个部件分时共享的信息传输线。
共享是指总线所连接的部件都通过它传输信息。
分时是指某个时刻只能有一个部件或设备向总线发送数据，如果有两个或两个以上的部件同时向总线发送数据，就会产生冲突，使数据混乱。
但总线上的数据既可以只向某一部件发送，也可以同时向几个部件发送。
按总线连接的部件，可将总线分为芯片内总线，系统总线和外总线。
芯片内总线是连接芯片内各部件的总线，例如CPU内部总线。
芯片内总线结构简单，传输距离很短，传输速度高。
系统总线是指在一个计算机系统内连接CPU、主存、I/O接口等部件的总线。
系统总线包括地址、数据和控制信号三类传输线，以及电源线。
系统总线的连接距离短，传输速度较快。
外总线则是多台计算机之间，或计算机与一些智能设备之间的连接总线。
外总线的传输距离一般较远，速度较低。
1.3.1.5总线 当前系统总线的标准主要有如下几种：
（1）ISA总线（IndustryStandardArchitecture）即工业标准总线
（2）EISA总线（ExtendedIndustrialStandardArchitecture）是扩展的工业标准总线
（3）PCI总线（PeripheralComponentInterconnect）即外围设备互连总线
（4）AGP总线（eleratedGraphicPort）即图形加速接口 1.3.1.6接口 输入/输出设备通过接口与系统总线相连。
接口的功能主要有两个，一是平衡系统总线与外设的速度，因为大部分输入/输出设备的速度比系统总线慢很多，直接将外设与系统总线相连将影响整个微机系统的速度，所以输入/输出设备通过接口与系统总线相连，当系统总线需要与输入/输出设备通信，系统总线首先与速度相当的接口通信，然后接口再与输入/输出设备通信；接口的第二个功能是进行数据缓冲，当系统总线与输入输出设备需要交换数据时，系统总线首先与接口交换数据，然后接口与输入/输出设备交换数据。
计算机中的基本接口包括串行COM1/COM2接口，并行（打印机）LPT接口，PS/2键盘接口，PS/2鼠标接口，USB接口，软盘驱动器接口，硬盘/光盘驱动器接口等。
计算机中还包括一些功能复杂的板卡形式的接口，如显卡、声卡、网卡等。
1.3.2典型个人计算机硬件系统组成 现在计算机的硬件采用即插即用的模块化方式，典型个人计算机硬件系统一般由13个部件组成。
包括：CPU、主板、内存条、显卡、显示器、声卡、音箱、硬盘、光驱、软驱、网卡、键盘、鼠标。
对照图1-
2，我们可以看出CPU集成了运算器和控制器的功能；主板集成了系统总线和部分接口的功能；内存条相当于主存储器；显卡、声卡、网卡以及主板上集成的COM1/COM2、LPT、PS/2、USB接口、硬盘/光盘驱动器接口都是接口；鼠标、键盘是输入设备；显示器、音箱是输出设备；硬盘、光驱、软驱是辅助存储器，它们既可以是输入设备，也可以是输出设备。
1.3.3软件系统 微机中的软件包括程序和文件，程序是指令的集合，能被计算机执行，如Word2000、Excel2000等，它规定着计算机如何去完成某个任务。
文件包含了一些信息，不能被计算机执行，如文本文件，图像文件等。
微机中各种软件的有机组合构成了软件系统。
软件系统分为系统软件和应用软件两大类，系统软件用来管理和配置计算机的软硬件资源，而应用软件是为了进行某种应用。
1.3.3软件系统 1.3.3.1系统软件系统软件又称系统程序，它的主要功能是对整个计算机 系统进行调度、管理、监控及维护服务等。
它可以使计算机系统的资源得到合理的调度以及有效的利用。
系统软件主要包括操作系统、计算机语言处理程序、工具软件和数据库管理系统等。
1.3.3.1.1操作系统操作系统是软件系统的核心，是任何计算机必备的软件。
它用于控制和管理计算机硬件、软件和数据资源，使用户方便、有效地使用计算机，提供了软件的开发环境和运行环境。
它可分为单用户操作系统、多用户操作系统和网络操作系统等。
常见的操作系统有Windows、Unix、Linux等，而个人计算机上的主流操作系统是Windows。
1.3.3软件系统 1.3.3.1.2计算机语言处理程序1计算机指令 计算机实际上就是一台机器，它能够完成一些最基本的操作，如算术运算、逻辑运算、移位运算、控制转移等，这些基本的操作称为指令，计算机所能完成的所有基本操作称为指令集合。
通过人的智慧，将指令进行组合就构成了多种多样，具有不同功能的软件，也就是说计算机上的任何一个软件都是由一些基本的计算机指令组成的。
2计算机程序设计语言 我们可以使用现有的软件应用计算机，如使用Office2000进行办公，使用QQ进行网上聊天，同时我们也可以使用程序设计语言自主编写软件来达到应用计算机的目的，如我们可以使用Delphi程序设计语言来编写管理自己朋友信息的软件。
程序设计语言简而言之就是一种可以对计算机指令进行组合设计的工具。
程序设计语言通常分为：机器语言、汇编语言和高级语言三类。
1.3.3软件系统 3计算机语言处理程序只有使用机器语言编写的程序能够在计算机上直接执行， 使用汇编语言和高级语言编写的程序不能在计算机上直接运行，必须将它们转化为等价的机器语言程序，这个过程由计算机语言处理程序完成。
计算机语言处理程序的工作方式有两种：解释和编译。
（1）解释 是一种边解释边执行的方法，即计算机语言处理程序解释一条计算机语言的语句，执行一条语句，如早期的BASIC语言就采用解释方法。
由于解释方法效率比较低，现在很少被采用。
（2）编译 采用编译方法的计算机语言处理程序一般包括编译程序和连接程序，编译程序先把源程序编译成机器语言的目标程序，然后连接程序把目标程序和各种标准库函数连接装配成一个完整的可执行的机器语言程序。
汇编语言以及目前流行的高级语言C/C++、Pascal等都采用编译的方法。
1.3.3软件系统 4现在计算机语言处理程序的特点计算机语言处理程序发展迅速，下面是现在计算机语言处理程序的显著特点。
（1）集成开发环境
（2）面向对象开发技术
（3）可视化开发环境 1.3.3软件系统 1.3.3.1.3工具软件工具软件是开发、研制各种软件以及诊断、维护计算 机的工具。
它们包含的内容非常广泛，例如杀毒工具、磁盘清理工具等。
1.3.3软件系统 1.3.3.1.4数据库管理系统在信息社会里，人们希望借助计算机对信息进行搜索、存储、处理和使用，因此产生了数据库、数据库管理系统以及数据库系统。
（1）数据库是指按照一定联系存储的数据集合，可为多种应用共享。
如工厂中职工的信息、医院的病历、人事部门的档案等都可以分别组成数据库。
（2）数据库管理系统（DBMS，DataBaseManagementSystem）是指能够对数据库进行加工、管理的系统软件。
其主要功能是建立、删除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。
（3）数据库系统是指由数据库、数据库管理系统以及相应的数据库应用程序组成的系统。
例如，某机关的工资管理系统就是一个具体的数据库系统。
现在在企业中比较流行的ERP（EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划系统）也是一个具体的数据库系统，它是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平 1.3.3软件系统 1.3.3.2应用软件应用软件也称为应用程序，它们是用户在各自的业务 系统中开发和使用的各种程序。
应用软件通常是针对某个具体问题而编制的，通常包括厂家出售的通用软件和用户利用计算机及其配备的系统软件自己研制开发的专用软件两类。
随着计算机的普及应用，应用软件的种类越来越多，名目也各不相同，用户可以通过应用软件尽善尽美地发挥计算机的效能。
1.3.4典型个人计算机软件系统组成 现在个人计算机的操作系统一般采用Windows系列，如Windows98/Me或者WindowsNT/2000/XP。
在操作系统之上，还有语言处理程序，如VisualBasic，VisualC++，Delphi等；工具软件，如杀毒软件，磁盘管理工具等；数据库管理系统，如SQLServer等。
操作系统、语言处理程序、工具软件和数据库管理系统统称为系统软件。
应用软件一般包括办公软件，如Office2000等；网页浏览器，如Explorer等；学习方面的软件，包括英语学习软件，如金山词霸等；打字练习软件，如金山打字通等；娱乐方面的软件，包括视频播放软件，如RealOnePlayer等，网络聊天软件，如腾讯QQ等。
可以说，计算机用户有什么需求，相应的软件就会应运而生。
1.3.5计算机系统的层次结构 计算机系统是一个十分复杂的硬件、软件结合的整体。
它们二者之间是相辅相成、缺一不可的。
计算机系统的层次结构可用下图表示。
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