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)組成1.3微型計(jì)算機(jī)的組成1.4數(shù)制與編碼1.5計(jì)算機(jī)安全使用常識 1.1計(jì)?算?機(jī)?概?述1.1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)最偉大的一項(xiàng)技術(shù)革命，它開創(chuàng)了解放人類腦力勞動的新時(shí)代。世界上第一臺計(jì)算機(jī)于1946年2月在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，全稱為“電子數(shù)字積分機(jī)與計(jì)算機(jī)(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)”，簡寫為ENIAC(埃尼阿克)，如圖1-1所示。這臺計(jì)算機(jī)共用了18000多個(gè)電子管，占地170平方米，重30噸，耗電140kW，內(nèi)存為17KB。它的功能遠(yuǎn)不如今天的計(jì)算機(jī)，但是ENIAC具有劃時(shí)代的意義，它使信息處理技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。從計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢來看，計(jì)算機(jī)在短短的60多年里經(jīng)過了電子管、晶體管、集成電路(IC)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)四個(gè)階段的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的體積越來越小，功能越來越強(qiáng)，價(jià)格越來越低，應(yīng)用越來越廣泛，目前正朝著智能化(第五代)計(jì)算機(jī)的方向發(fā)展。每一個(gè)發(fā)展階段在技術(shù)與性能上都是一次新的突破。圖1-1世界上第一臺計(jì)算機(jī)ENIAC

1．第一代計(jì)算機(jī)(1946—1958年)

第一代計(jì)算機(jī)采用的主要元件是電子管，所以也稱為電子管計(jì)算機(jī)。這一代計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度很慢，一般為幾千次到幾萬次每秒，體積龐大，主要用于科學(xué)計(jì)算。其主要特點(diǎn)是：

(1)采用電子管作為基本邏輯部件，耗電量大，壽命短，可靠性差。

(2)采用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，在一定程度上擴(kuò)充了存儲容量。

(3)輸入輸出裝置簡單，主要使用穿孔卡片，速度慢，使用起來十分不便。

(4)沒有系統(tǒng)軟件，只能用機(jī)器語言和匯編語言編程。

2．第二代計(jì)算機(jī)(1959—1965年)

第二代計(jì)算機(jī)采用的是晶體管技術(shù)，稱為晶體管計(jì)算機(jī)。這一代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度提高了幾百倍，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到了數(shù)據(jù)處理、自動控制和企業(yè)管理等方面。第一臺晶體管計(jì)算機(jī)是1959年12月由美國IBM制造的IBM7090，只有32K內(nèi)存，系統(tǒng)占5K，用戶占27K，用戶數(shù)據(jù)在內(nèi)存和一臺磁鼓之間切換，如圖1-2所示。第二代計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是：

(1)體積小、可靠性強(qiáng)、壽命延長。

(2)計(jì)算速度達(dá)到每秒幾萬次到十幾萬次。

(3)可以使用匯編語言、高級程序設(shè)計(jì)語言編程，如FORTRAN。

(4)普遍采用磁芯作為內(nèi)存儲器，磁盤的容量大大提高。圖1-2第一臺晶體管計(jì)算機(jī)IBM7090

3．第三代計(jì)算機(jī)(1966—1970年)

第三代計(jì)算機(jī)主要采用中小規(guī)模集成電路作為元器件，這是一次重大的飛躍，第三代計(jì)算機(jī)的代表是IBM公司花了50億美元開發(fā)的IBM360系列，如圖1-3所示。應(yīng)該說集成電路的出現(xiàn)與使用，快速推動了計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，也為計(jì)算機(jī)走入尋常百姓家奠定了基礎(chǔ)。第三代計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是：

(1)體積更小，壽命更長。

(2)計(jì)算速度可達(dá)到每秒幾百萬次。

(3)出現(xiàn)操作系統(tǒng)，功能越來越強(qiáng)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

(4)普遍采用半導(dǎo)體存儲器，存儲容量進(jìn)一步提高。圖1-3第三代計(jì)算機(jī)IBM360系列

4．第四代計(jì)算機(jī)(1971年至今)

第四代計(jì)算機(jī)也稱為超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。這一代計(jì)算機(jī)的基本組成元器件是超大規(guī)模的集成電路，例如80386微處理器芯片，面積約為10mm×l0mm，卻集成了約32萬個(gè)晶體管。另外，內(nèi)存儲器采用半導(dǎo)體技術(shù)制造，外存儲器主要有磁盤、磁帶和光盤，運(yùn)算速度大大提高，應(yīng)用范圍涉及到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)是：

(1)采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路元件，體積越來越小，可靠性更好、壽命更長，技術(shù)更新越來越快。

(2)計(jì)算速度加快，達(dá)到每秒幾千萬次到幾十億次運(yùn)算。

(3)發(fā)展了并行處理技術(shù)和多機(jī)系統(tǒng)。

(4)應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，進(jìn)入尋常百姓家庭。

(5)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到空前發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，作為第四代計(jì)算機(jī)的典型代表——微型計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了五個(gè)階段。第一階段是1971—1973年，這是4位和8位低檔微處理器時(shí)代。典型產(chǎn)品是1971年Intel公司研制的MCS4微型計(jì)算機(jī)，采用4位的Intel4004微處理器，后來又推出了以8位Intel8008為核心的MCS-8微型計(jì)算機(jī)。這個(gè)階段的基本特點(diǎn)是采用PMOS工藝，集成度低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)比較簡單，主要采用機(jī)器語言或簡單的匯編語言，指令數(shù)目較少，用于家電和簡單的控制場合。第二階段是1974—1977年，這是8位中、高檔微處理器時(shí)代，屬于微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和改進(jìn)階段。典型產(chǎn)品是Intel8080/8085、Motorola公司的M6800、Zilog公司的Z80等微處理器以及MCS-80、TRS-80和APPLE-II等微型計(jì)算機(jī)。這個(gè)階段的基本特點(diǎn)是采用NMOS工藝，集成度提高約4倍，運(yùn)算速度提高約10～15倍，指令系統(tǒng)比較完善，具有典型的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和中斷、DMA等控制功能。軟件方面除了匯編語言外，還有BASIC、FORTRAN等高級語言和相應(yīng)的解釋與編譯程序，后期還出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，如CM/P操作系統(tǒng)。

第三階段是1978—1984年，這是16位微處理器時(shí)代。典型產(chǎn)品是Intel公司的8086/8088、80286，Motorola公司的M68000，Zilog公司的Z8000等微處理器。這一時(shí)期著名的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品是1981年IBM公司推出的基于Intel8086微處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer，PC)，1982年IBM又推出了擴(kuò)展型的個(gè)人計(jì)算機(jī)IBMPC/XT，對內(nèi)存進(jìn)行了擴(kuò)充，并增加了一個(gè)硬磁盤驅(qū)動器。1984年IBM推出了以Intel80286微處理器為核心的16位增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)IBMPC/AT，如圖1-4所示。從此，人們對計(jì)算機(jī)不再陌生，計(jì)算機(jī)開始深入到人類生活的各個(gè)方面。圖1-41984年的IBMPC/AT這個(gè)階段的基本特點(diǎn)是采用HMOS工藝，集成度和運(yùn)算速度都比第二階段提高了一個(gè)數(shù)量級，指令系統(tǒng)更加豐富、完善，采用多級中斷、多種尋址方式，并配置了完善的軟件系統(tǒng)。

第四階段是1985—1992年，這是32位微處理器時(shí)代。典型產(chǎn)品是Intel公司的80386/80486，Motorola公司的M68030/68040等。其特點(diǎn)是采用HMOS或CMOS工藝，集成度極高，具有32位地址線和32位數(shù)據(jù)總線，每秒鐘可完成600萬條指令。由于集成度高，系統(tǒng)的速度和性能大為提高，可靠性增加，成本降低，此時(shí)的微型計(jì)算機(jī)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，可以勝任多任務(wù)、多用戶作業(yè)。第五階段是1993年以后，這是64位高檔微處理器時(shí)代。1993年3月，Intel公司率先推出了統(tǒng)領(lǐng)PC達(dá)十余年的第五代微處理器——Pentium(奔騰)，代號為P5，也稱為80586，具有64位的內(nèi)部數(shù)據(jù)通道。從設(shè)計(jì)制造工藝到性能指標(biāo)，都比第四代產(chǎn)品有了大幅度的提高。同期還有AMD公司的K6系列微處理器，其內(nèi)部采用了超標(biāo)量指令流水線結(jié)構(gòu)，具有相互獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)高速緩存。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展一日千里，目前最新的微處理器是Intel公司的“酷睿i7”系列(即IntelCorei7)，該處理器采用64位四核心CPU，沿用X86-64指令集，并以IntelNehalem微架構(gòu)為基礎(chǔ)。總之，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的新工藝、新技術(shù)和新功能不斷推陳出新，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍更廣泛，功能更神奇。應(yīng)當(dāng)看到，計(jì)算機(jī)發(fā)展到今天已經(jīng)進(jìn)入第五代，我們把第五代計(jì)算機(jī)稱為人工智能計(jì)算機(jī)。這類計(jì)算機(jī)可以模仿人的思維活動，具有推理、思維、學(xué)習(xí)以及對聲音與圖像的識別能力等。第五代計(jì)算機(jī)將隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，具備類似于人的某些智慧，其應(yīng)用范圍和對人類生活的影響是難以想象的。1.1.2計(jì)算機(jī)的分類

1．按計(jì)算機(jī)處理對象分類

按照計(jì)算機(jī)處理的對象進(jìn)行分類，可以分為數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)。

(1)數(shù)字計(jì)算機(jī)。

數(shù)字計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制運(yùn)算，其特點(diǎn)是輸入、處理、輸出和存儲的數(shù)據(jù)都是離散的數(shù)字信息，計(jì)算精度高，便于存儲，通用性強(qiáng)，既能勝任科學(xué)計(jì)算和數(shù)字處理，又能進(jìn)行過程控制和CAD/CAM等工作。通常所說的計(jì)算機(jī)，一般是指數(shù)字計(jì)算機(jī)。

(2)模擬計(jì)算機(jī)。

模擬計(jì)算機(jī)主要用于處理模擬信號，如工業(yè)控制中的溫度、壓力等。模擬計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件是由運(yùn)算放大器組成的各類電子電路。一般來說，模擬計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度和通用性不如數(shù)字計(jì)算機(jī)，但其運(yùn)算速度快，主要用于過程控制和模擬仿真。

(3)數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)。

數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相結(jié)合，既能進(jìn)行高速運(yùn)算，又便于存儲信息，兼有數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)的功能和優(yōu)點(diǎn)，但這類計(jì)算機(jī)造價(jià)昂貴。

2．按計(jì)算機(jī)使用范圍分類

按計(jì)算機(jī)的使用范圍可以分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。

(1)通用計(jì)算機(jī)。

通用計(jì)算機(jī)是指該類計(jì)算機(jī)具有廣泛的用途和使用范圍，可以解決各種問題，具有較強(qiáng)的通用性、適應(yīng)性，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和工程設(shè)計(jì)等。目前人們所使用的大都是通用計(jì)算機(jī)。

(2)專用計(jì)算機(jī)。

專用計(jì)算機(jī)是指該類計(jì)算機(jī)適用于某一特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一，但是運(yùn)行效率高、速度快、精度高，是其他計(jì)算機(jī)無法替代的，主要應(yīng)用于智能儀表、生產(chǎn)過程控制、軍事裝備的自動控制等。導(dǎo)彈和火箭上使用的計(jì)算機(jī)很大一部分就是專用計(jì)算機(jī)。

3．按計(jì)算機(jī)工作模式分類

按計(jì)算機(jī)的工作模式分類，可以分為服務(wù)器和工作站兩大類。

(1)服務(wù)器。

服務(wù)器是一種可供網(wǎng)絡(luò)用戶共享的、高性能的計(jì)算機(jī)。服務(wù)器一般具有大容量的存儲設(shè)備和豐富的外部設(shè)備，在其上運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)要求具有較高的運(yùn)行速度，用于網(wǎng)絡(luò)管理、運(yùn)行應(yīng)用程序、處理網(wǎng)絡(luò)工作站成員的信息請求等。服務(wù)器上的資源可供網(wǎng)絡(luò)用戶共享。

(2)工作站。

工作站是為了某種特殊用途而將高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出設(shè)備及專用軟件結(jié)合在一起的系統(tǒng)。它的獨(dú)到之處就是易于聯(lián)網(wǎng)，并配有大容量主存和大屏幕顯示器，特別適合于CAD/CAM和辦公自動化。

4．按計(jì)算機(jī)規(guī)模分類

按照計(jì)算機(jī)的體積大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、功率消耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)和設(shè)備、軟件配置等的不同，可以將計(jì)算機(jī)分為巨型機(jī)、大中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)及單片機(jī)等，如圖1-5所示。圖1-5按規(guī)模分類

(1)巨型機(jī)。

人們通常把體積最大、運(yùn)行最快、最昂貴的計(jì)算機(jī)稱為巨型機(jī)(超級計(jì)算機(jī))，每秒可執(zhí)行幾億條指令，數(shù)據(jù)存儲容量很大，規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。巨型機(jī)一般用在國防和尖端科學(xué)領(lǐng)域。目前，巨型機(jī)主要用于戰(zhàn)略武器(如核武器和反導(dǎo)彈武器)的設(shè)計(jì)、空間技術(shù)、石油勘探、天氣預(yù)報(bào)等領(lǐng)域，是國家科技發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志。

我國自行研制的銀河-I(每秒運(yùn)算1億次以上)、銀河-II(每秒運(yùn)算10億次以上)和銀河-III(每秒運(yùn)算100億次以上)都是巨型機(jī)。銀河系列巨型計(jì)算機(jī)代表著我國計(jì)算機(jī)的最高水平。

(2)大中型機(jī)。

大中型機(jī)也具有很高的運(yùn)算速度和很大的存儲容量，并且允許多用戶同時(shí)使用。但是在結(jié)構(gòu)上比巨型機(jī)簡單，運(yùn)算速度沒有巨型機(jī)快，價(jià)格也比巨型機(jī)便宜，一般只有大中型企事業(yè)單位使用它處理事務(wù)、管理信息與數(shù)據(jù)通信等。20世紀(jì)60年代的IBM360，70年代和80年代的IBM370，90年代的IBMS/390系列都是大型機(jī)的代表作。

(3)小型機(jī)。

小型機(jī)的規(guī)模和運(yùn)算速度比大中型機(jī)要差，但仍能支持十幾個(gè)用戶同時(shí)使用。小型機(jī)具有體積小、價(jià)格低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，適合中小企業(yè)、事業(yè)單位用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、分析計(jì)算、企業(yè)管理以及科學(xué)計(jì)算等，也可作為巨型機(jī)或大中型機(jī)的輔助機(jī)。

典型的小型機(jī)是美國DEC公司的PDP系列計(jì)算機(jī)、IBM公司的AS/400系列計(jì)算機(jī)、我國的DJS-130計(jì)算機(jī)等。

(4)微型機(jī)。

微型機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，掀起了計(jì)算機(jī)普及的浪潮，利用4位微處理器Intel4004組成的MCS-4是世界上第一臺微型機(jī)。我們現(xiàn)在工作學(xué)習(xí)生活中使用的PC機(jī)就是微型機(jī)。1978年Intel成功開發(fā)了16位微處理器Intel8086。1981年32位微處理器Intel80386問世。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入64位多核微處理器時(shí)代。

(5)單片機(jī)。

單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O接口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上而構(gòu)成的一個(gè)小巧而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)體積小、功耗低、使用方便，但存儲容量較小，多用于工業(yè)控制領(lǐng)域、家用電器等。小貼士

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的體積越來越小，功能越來越強(qiáng)。目前出現(xiàn)了一些新型計(jì)算機(jī)，如生物計(jì)算機(jī)(Biocomputer)、光子計(jì)算機(jī)(PhotonComputer)、量子計(jì)算機(jī)(QuantumComputer)等。1.1.3計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為人類生產(chǎn)、生活中不可缺少的工作、學(xué)習(xí)、娛樂工具。之所以如此，是由計(jì)算機(jī)的自身特點(diǎn)決定的，歸納起來有以下特點(diǎn)：

1．運(yùn)算速度快

目前，一般的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度是每秒幾十萬次到幾百萬次。大型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是每秒幾千萬次。世界上運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)已達(dá)萬億次，我國的“銀河-Ⅲ”巨型計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度每秒達(dá)百億次，可以完成如天氣預(yù)報(bào)、大地測量、運(yùn)載火箭參數(shù)的計(jì)算等。

2．具有“記憶”能力，且存儲容量大

計(jì)算機(jī)不僅能計(jì)算，還能把數(shù)據(jù)、計(jì)算指令等信息存儲起來。通常用容量(存儲量)來表示機(jī)器記憶功能的大小，單位為K(1K=1024字節(jié)，每個(gè)字節(jié)可以存放一個(gè)字符)。目前，一臺家用計(jì)算機(jī)的硬盤容量可達(dá)200G(1G約等于10億字節(jié))，甚至更多。

3．計(jì)算精度高、可靠性強(qiáng)

一般計(jì)算機(jī)可以有十幾位甚至幾百位的有效數(shù)字，這樣就能進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)計(jì)算。如用計(jì)算機(jī)計(jì)算圓周率的值，精確度可以達(dá)到幾百萬位，這在目前是任何其他計(jì)算工具代替不了的。計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度通常用字長表示，有8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī)等。

4．具有邏輯判斷能力

計(jì)算機(jī)不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，而且還可以用邏輯運(yùn)算進(jìn)行判斷與推理，并能根據(jù)判斷決定以后執(zhí)行什么命令，這就是人工智能計(jì)算機(jī)。它可以模仿人的思維活動，具有推理、思維、學(xué)習(xí)以及對聲音與圖像的識別能力等。

5．高度自動化

計(jì)算機(jī)的內(nèi)部操作運(yùn)算都是可以自動控制的，用戶只要把程序送入后，計(jì)算機(jī)就會在程序的控制下自動運(yùn)行完成全部預(yù)定的任務(wù)。1.1.4計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

由于計(jì)算機(jī)不僅具有高效性、精確性和邏輯性等特點(diǎn)，而且還具有邏輯分析和邏輯判斷能力，所以應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。目前，計(jì)算機(jī)已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、國防、科技及社會生活的各個(gè)領(lǐng)域中得到極其廣泛的應(yīng)用。歸納起來分為以下幾個(gè)方面：

1．科學(xué)計(jì)算

科學(xué)計(jì)算主要是在一些科研領(lǐng)域，如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)等科研方面。在這些領(lǐng)域中，要解決大量的科學(xué)計(jì)算問題，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算不僅精確，而且快速，能夠?qū)崿F(xiàn)人工無法解決的各種科學(xué)計(jì)算問題。例如，一次天氣預(yù)報(bào)需要做10萬億次計(jì)算。

2．信息處理

信息處理是指利用計(jì)算機(jī)對信息進(jìn)行收集、加工、存儲和傳遞等，目的是為了向人們提供有價(jià)值的信息，作為管理和決策的依據(jù)。信息處理主要體現(xiàn)在一些企事業(yè)單位對計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，如企事業(yè)單位及各部門的事務(wù)處理、財(cái)務(wù)及工資管理、人事管理、人口管理、統(tǒng)計(jì)分析、圖書管理等，這是目前計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣闊的領(lǐng)域，約占全部應(yīng)用領(lǐng)域的80％以上。

3．過程控制

過程控制是指利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對單機(jī)或整個(gè)生產(chǎn)過程的控制。它主要體現(xiàn)在機(jī)械、化工、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中，或者在航天、衛(wèi)星、導(dǎo)彈控制過程中的自動調(diào)整或?qū)崟r(shí)控制，實(shí)現(xiàn)一些無法由人工直接完成的工作。

例如，在汽車工業(yè)中，利用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床和整個(gè)裝配流水線，不僅可以實(shí)現(xiàn)精度要求高、形狀復(fù)雜的零件加工自動化，而且可以使整個(gè)車間或工廠實(shí)現(xiàn)自動化。

4．輔助技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是指通過人機(jī)對話，使用計(jì)算機(jī)輔助人們進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、計(jì)劃和學(xué)習(xí)等。例如，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign，CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(ComputerAidedInstruction，CAI)等都屬于這一技術(shù)范疇。

CAD是指利用計(jì)算機(jī)來幫助人們進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)工作的自動化程度，在機(jī)械、建筑、服裝以及電路等設(shè)計(jì)中都有廣泛的應(yīng)用。

CAM是指利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制與操作。利用CAM可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和降低勞動強(qiáng)度。

CAI是指將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及學(xué)生的學(xué)習(xí)情況等存儲在計(jì)算機(jī)中，幫助學(xué)生輕松地學(xué)習(xí)所需要的知識。

5．辦公自動化

辦公自動化是指利用現(xiàn)代通信技術(shù)、辦公自動化設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幫助辦公室人員處理日常工作，簡稱OA。辦公自動化技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了人們在家里辦公的夢想，出現(xiàn)了SOHO一族。

6．網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)通信是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳送、交換、傳播，例如電子郵件、電子數(shù)據(jù)交換(EDI)等。網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用加速了人類社會信息化的進(jìn)程，正在全世界廣泛建立的“信息高速公路”，就是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的。

7．智能模擬

智能模擬也叫人工智能，其含義是研究計(jì)算機(jī)模仿人的高級思維活動，進(jìn)行邏輯判斷與推理。通俗地理解，就是讓計(jì)算機(jī)能聽懂人的語言、能識別人寫的文字、能與人直接對話等。也就是說，人工智能計(jì)算機(jī)以自然語言的理解和識別、文字和圖形以及景物的識別與學(xué)習(xí)功能為重點(diǎn)。

8．家庭生活

計(jì)算機(jī)已經(jīng)走入尋常百姓家庭，所以計(jì)算機(jī)在家庭方面也越來越普及，主要表現(xiàn)在生活中的以下幾個(gè)方面：

(1)娛樂方面。

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在娛樂方面的應(yīng)用很多，如：在計(jì)算機(jī)上看電影、聆聽CD音樂、玩電腦游戲、網(wǎng)絡(luò)聊天、視頻電話、網(wǎng)上瀏覽等。

(2)消費(fèi)方面。

消費(fèi)方面的應(yīng)用更是多種多樣，例如，開通網(wǎng)上銀行業(yè)務(wù)，用戶可以坐在家里享受銀行服務(wù)，不再受地理環(huán)境、服務(wù)時(shí)間的限制。再如，當(dāng)前流行的電子商務(wù)，也為百姓生活帶來了諸多方便，通過淘寶網(wǎng)、當(dāng)當(dāng)網(wǎng)等電子商務(wù)網(wǎng)站可以從事網(wǎng)上銷售、購物等。

總之，計(jì)算機(jī)的普及讓人們的日常生活發(fā)生了變化，例如股票交易，查詢火車車次及時(shí)間、飛機(jī)的班次，旅游報(bào)價(jià)及購買車票等都可以通過網(wǎng)絡(luò)在家中完成。1.1.5計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢

計(jì)算機(jī)自誕生以來，其發(fā)展速度之快是其他任何技術(shù)都無法比擬的。科學(xué)家斷言，計(jì)算機(jī)今后還要向高度(高性能)、廣度(普及)和深度(智能化)挺進(jìn)，未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢將朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和多媒體化方向發(fā)展。

1．巨型化

巨型化不是指計(jì)算機(jī)的體積大，而是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度更快、存儲容量更大和功能更強(qiáng)等。這既是為了滿足如原子、核反應(yīng)、天文、氣象、航天等尖端科學(xué)飛速發(fā)展的需要，也是為了使計(jì)算機(jī)具有學(xué)習(xí)、推理、記憶等功能。巨型機(jī)的研制集中體現(xiàn)了一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。

2．微型化

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，制造工藝水平的提高，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的集成度越來越高，計(jì)算機(jī)的體積越來越小，重量越來越輕，但功能卻越來越強(qiáng)，價(jià)格更低。目前市場上已出現(xiàn)的各種筆記本、上網(wǎng)本、iPad、學(xué)習(xí)機(jī)、游戲機(jī)等都屬于微型計(jì)算機(jī)的具體應(yīng)用。

3．網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)化是計(jì)算機(jī)發(fā)展的又一個(gè)重要趨勢。從單機(jī)走向聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然結(jié)果。所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，是指將計(jì)算機(jī)通過通信線路和通信設(shè)備互相連接成一個(gè)大規(guī)模、功能強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)之間可以相互傳遞信息，共享數(shù)據(jù)和軟、硬件資源。

4．智能化

計(jì)算機(jī)人工智能的研究建立在現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)之上。智能化是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向，新一代計(jì)算機(jī)正朝著智能化的方向發(fā)展。智能化的研究包括模式識別、圖像識別、自然語言的生成和理解、自動程序設(shè)計(jì)、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)系統(tǒng)和智能機(jī)器人等。

5．多媒體化

多媒體計(jì)算機(jī)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最引人注目的高新技術(shù)之一。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理信息的主要對象是字符和數(shù)字，人們通過鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器與字符和數(shù)字進(jìn)行交互，而多媒體計(jì)算機(jī)則是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和大眾傳播技術(shù)綜合處理多種媒體信息，這些信息包括文本、視頻、圖像、聲音、文字等，這使得計(jì)算機(jī)與人類可以實(shí)現(xiàn)更好的交互。 1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到人類社會的各個(gè)領(lǐng)域，為了更好地使用計(jì)算機(jī)，了解和掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成和工作原理等基礎(chǔ)知識是非常必要的。

1.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，如圖1-6所示。硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)是對硬件系統(tǒng)性能的擴(kuò)充和完善。計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)軟、硬件系統(tǒng)協(xié)同工作，二者缺一不可。圖1-6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.2.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)(HardwareSystem)也稱為硬件，是看得見、摸得著的計(jì)算機(jī)實(shí)體部分。計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部分組成。運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器(CPU)，中央處理器和主存儲器構(gòu)成主機(jī)，在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中主機(jī)以外的設(shè)備稱為外部設(shè)備。主機(jī)和外部設(shè)備合在一起構(gòu)成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。

1．中央處理器

硬件系統(tǒng)的核心是中央處理器(CentralProcessingUnit，CPU)，主要包括運(yùn)算器(ALU)和控制器(CU)兩大部件。它是負(fù)責(zé)運(yùn)算和控制的中心，計(jì)算機(jī)的所有操作都受CPU控制，所以它的品質(zhì)直接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。其中，運(yùn)算器又稱為算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit，ALU)，它是計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，包括算術(shù)運(yùn)算(加、減、乘、除等)和邏輯運(yùn)算(與、或、非、異或、比較等)。控制器(ControlUnit，CU)則規(guī)定了計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的順序，并根據(jù)指令的具體含義，控制計(jì)算機(jī)各部件之間協(xié)調(diào)地工作。通俗地說，控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中心，指揮著計(jì)算機(jī)各部分的工作，完成各種操作。

中央處理器(CPU)的檔次直接決定了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的檔次。CPU可以同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)是最重要的一個(gè)品質(zhì)標(biāo)志。目前市面上的CPU主要有Intel和AMD兩種品牌。

2．主存儲器

主存儲器(MainMemory)也稱為內(nèi)存儲器，簡稱內(nèi)存，它是由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的。從使用功能上劃分，可分為隨機(jī)存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)兩種。

隨機(jī)存儲器(RandomAccessMemory，RAM)又稱為讀寫存儲器，它有兩個(gè)基本特征：一是其中的信息隨時(shí)可以讀出或?qū)懭耄?dāng)寫入時(shí)，原來存儲的數(shù)據(jù)將被沖掉；二是加電使用時(shí)其中的信息會完好無缺，但是一旦斷電(關(guān)機(jī)或意外掉電)，RAM中存儲的數(shù)據(jù)就會消失，而且無法恢復(fù)。配置電腦時(shí)所說的“多大內(nèi)存”是指RAM的容量。只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)裝有計(jì)算機(jī)廠家預(yù)先固化了的系統(tǒng)服務(wù)程序，如監(jiān)控程序、翻譯程序等，這些內(nèi)容是采用掩膜技術(shù)由廠家一次性寫入的，并永久保存下來。用戶只能讀取其中的數(shù)據(jù)，不能修改或?qū)懭霐?shù)據(jù)，如BIOS(基本輸入/輸出系統(tǒng))中的內(nèi)容就存儲在ROM中。小貼士

存儲器是計(jì)算機(jī)記憶或暫存數(shù)據(jù)的部件。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括原始的輸入數(shù)據(jù)、經(jīng)過初步加工的中間數(shù)據(jù)以及最后處理完成的有用信息都存放在存儲器中。存儲器分為內(nèi)存儲器(內(nèi)存)和外存儲器(外存)兩種。

3．外存儲器

雖然內(nèi)存儲器存取速度快，但是容量小、不能長久保存信息，因此，不得不借助外存儲器彌補(bǔ)這一缺陷。常見的外存儲器有軟盤、硬盤、光盤、輔助存儲器等。

(1)軟盤。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟盤已經(jīng)被淘汰。在過去的一段時(shí)間里，軟盤是一種十分重要的外存儲器。常見的軟盤有5.25英寸和3.5英寸兩種，如圖1-7所示。

軟盤驅(qū)動器(簡稱軟驅(qū))用來讀寫軟盤上的數(shù)據(jù)，使用時(shí)，將軟盤正面朝上插入軟驅(qū)中。軟盤的體積小，便于攜帶，可以很方便地保存和交流數(shù)據(jù)。由于軟盤存儲容量小、易損壞，近幾年已經(jīng)被U盤取代。圖1-75.25英寸和3.5英寸軟盤

(2)硬盤。

硬盤是計(jì)算機(jī)的“倉庫”，通常安裝在機(jī)箱內(nèi)部。將硬盤的盤片和對盤片進(jìn)行讀寫操作的驅(qū)動器做成了一個(gè)整體，通常把它們統(tǒng)稱為硬盤。由于用戶不能對硬盤進(jìn)行拆卸，因此又稱為固定盤(FixedDisk)。硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度比軟盤快得多，存儲量也比較大。目前生產(chǎn)的硬盤容量一般為320GB～1500GB以上。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，硬盤驅(qū)動器的符號用一個(gè)英文字母表示，也稱為盤符，如果有兩個(gè)硬盤，稱為C盤和D盤，或者將一個(gè)硬盤分成兩個(gè)區(qū)，也稱為C區(qū)和D區(qū)。

(3)光盤。

光盤使用激光在特殊介質(zhì)上刻寫數(shù)據(jù)，又分為不可擦寫光盤(如CD-ROM、DVD-ROM等)和可擦寫光盤(如CD-RW、DVD-RAM等)。CD光盤的最大容量大約是700MB，DVD光盤的容量大約是4.7GB，近幾年發(fā)展的BD(藍(lán)光光盤)容量可以達(dá)到25GB。光盤具有體積小、存儲量大、便于攜帶、數(shù)據(jù)保存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)。

(4)輔助存儲器。

現(xiàn)在移動存儲技術(shù)發(fā)展迅速，輔助存儲器包括閃盤(U盤)、存儲卡、記憶棒、移動硬盤等。輔助存儲器的容量一般都比較大，大多采用USB接口，便于不同計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交流。各種存儲技術(shù)的參數(shù)比較如表1-1所示。小貼士存儲容量是存儲器的主要性能指標(biāo)。表示存儲容量的主要單位有字節(jié)(Byte，1字節(jié)相當(dāng)于8個(gè)二進(jìn)制位)、千字節(jié)(KB)、兆字節(jié)(MB)、吉字節(jié)(GB)、萬億字節(jié)(TB)等。它們之間的換算關(guān)系如下：

1KB(Kilobyte千字節(jié))=1024B

1MB(Megabyte兆字節(jié)，簡稱“兆”)=1024KB

1GB(Gigabyte吉字節(jié)，又稱“千兆”)=1024MB

1TB(Trillionbyte萬億字節(jié)，又稱太字節(jié))==1024GB

4．輸入設(shè)備

輸入設(shè)備(InputDevice)是指從外部獲取信息的設(shè)備，它負(fù)責(zé)將信息(數(shù)據(jù)和程序)通過人工鍵入或磁盤自動輸入計(jì)算機(jī)。常用的輸入設(shè)備和系統(tǒng)有鍵盤、鼠標(biāo)器、語音識別、觸摸屏、掃描儀、光筆等，如圖1-8所示分別是圖形掃描儀和條碼掃描儀。圖1-8圖形掃描儀與條碼掃描儀

5．輸出設(shè)備

輸出設(shè)備(OutputDevice)是負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)加工處理后的結(jié)果輸出，以供人們查閱和使用的設(shè)備。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、投影儀等。

顯示器是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸出設(shè)備，用戶通過它可以很方便地查看送入計(jì)算機(jī)的程序、數(shù)據(jù)、圖形等信息及經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后的中間結(jié)果、最后結(jié)果。顯示器是人機(jī)對話的主要工具。打印機(jī)與繪圖儀也是常見的輸出設(shè)備，但并不是每一臺計(jì)算機(jī)必須配備的。如圖1-9所示分別為打印機(jī)和繪圖儀。圖1-9打印機(jī)和繪圖儀1.2.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

1．系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是指管理、控制、開發(fā)、維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各類程序。它面向機(jī)器本身，主要的功能是調(diào)度、協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備之間的工作，支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運(yùn)行，監(jiān)控和維護(hù)系統(tǒng)等。一般來說系統(tǒng)軟件可分為操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語言、系統(tǒng)服務(wù)程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

(1)操作系統(tǒng)。

操作系統(tǒng)是管理、控制和監(jiān)督計(jì)算機(jī)軟、硬件資源協(xié)調(diào)運(yùn)行的程序系統(tǒng)，由一系列具有不同控制和管理功能的程序組成。操作系統(tǒng)具有處理器管理(進(jìn)程管理)、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理五大管理功能。它是直接運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的最基本的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核心。

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的產(chǎn)物，使用它的主要目的有兩個(gè)：一是方便用戶使用計(jì)算機(jī)，它是用戶和計(jì)算機(jī)的接口；二是統(tǒng)一管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部資源，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便充分、合理地發(fā)揮計(jì)算機(jī)的效率。操作系統(tǒng)的種類繁多，按其功能和特性分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)(如Unix操作系統(tǒng))和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等；按同時(shí)管理用戶的多少分為單用戶操作系統(tǒng)和多用戶操作系統(tǒng)。此外，還有適合管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

目前常用的操作系統(tǒng)有：Windows系列(WindowsXP、Windows2003、Windows7等)、UNIX、Linux等。

(2)程序設(shè)計(jì)語言。

程序設(shè)計(jì)語言是系統(tǒng)軟件的重要組成部分，是人機(jī)進(jìn)行信息交換的標(biāo)準(zhǔn)，按照其發(fā)展歷程分為機(jī)器語言、匯編語言、高級語言。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)只能直接識別以數(shù)字代碼表示的指令序列，即機(jī)器語言。如果要在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行高級語言則必須配備相應(yīng)的翻譯程序，對于高級語言來說，翻譯的方法有如下兩種：

一種是“解釋”，早期的BASIC語言源程序的執(zhí)行就是采用這種方式。每次運(yùn)行都要逐條把BASIC的源程序語句進(jìn)行解釋和執(zhí)行，它不保留目標(biāo)程序代碼，即不產(chǎn)生可執(zhí)行文件。因此，這種方式速度較慢，每次運(yùn)行都要經(jīng)過“解釋”，邊解釋邊執(zhí)行。另一種是“編譯”，它調(diào)用相應(yīng)語言的編譯程序，把源程序變成由機(jī)器語言組成的目標(biāo)程序(以?.OBJ為擴(kuò)展名)，然后再用連接程序把目標(biāo)程序與庫文件連接起來，形成可執(zhí)行文件(以.exe為擴(kuò)展名)，盡管編譯的過程復(fù)雜一些，但是這種方式速度較快，可以反復(fù)執(zhí)行。

(3)系統(tǒng)服務(wù)程序。

系統(tǒng)服務(wù)程序能夠提供一些常用的服務(wù)性功能，它們?yōu)橛脩糸_發(fā)程序和使用計(jì)算機(jī)提供了方便，像計(jì)算機(jī)中常用的診斷程序、驅(qū)動程序均屬此類。

(4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫是指按照一定聯(lián)系存儲的數(shù)據(jù)集合，可以被多種應(yīng)用程序共享，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS(DataBaseManagementSystem)則是能夠?qū)?shù)據(jù)庫進(jìn)行加工、管理的系統(tǒng)軟件。其主要功能是建立、維護(hù)、刪除數(shù)據(jù)庫以及對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作，如檢索、修改、排序、合并等。

常見的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有VisualFoxPro、Oracle、SQLServer等。

2．應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是指用戶為解決各種實(shí)際問題而編制的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序及其有關(guān)資料，如人事管理軟件、財(cái)務(wù)管理軟件、圖書檢索軟件等。

(1)辦公自動化應(yīng)用軟件包，如WPS、Word、OfficeXP等。

(2)圖像視頻處理軟件包，如Photoshop、3DSmax、Premiere等。

(3)特殊行業(yè)專用程序，如財(cái)務(wù)管理軟件、稅務(wù)管理軟件、票務(wù)管理軟件、輔助教育軟件等。1.2.4計(jì)算機(jī)的工作原理

1946年著名的美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼提出了關(guān)于計(jì)算機(jī)組成和工作方式的基本設(shè)想，第一次提出了存儲的概念，確定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)又稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在，所有的存儲程序式計(jì)算機(jī)都稱為馮·諾依曼計(jì)算機(jī)。

馮·諾依曼計(jì)算機(jī)具體由五大功能模塊組成，即運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。這五大部分相互配合，協(xié)同工作，其各部分之間的關(guān)系如圖1-10所示，其中雙箭頭表示數(shù)據(jù)流向，單箭頭表示控制信號流向。輸入設(shè)備

存儲器

輸出設(shè)備

運(yùn)算器

控制器

圖1-10計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)工作時(shí)，首先由輸入設(shè)備接受外界信息(數(shù)據(jù))，控制器發(fā)出指令將數(shù)據(jù)輸入到存儲器，再由控制器控制存儲器將數(shù)據(jù)送到運(yùn)算器，經(jīng)過運(yùn)算器計(jì)算并把計(jì)算結(jié)果返回存儲器中，最后在控制器發(fā)出的取數(shù)和輸出命令下通過輸出設(shè)備輸出處理結(jié)果。計(jì)算機(jī)的工作原理可以概括為“存儲程序”和“程序控制”。

從計(jì)算機(jī)的第一代至第四代，一直沒有突破馮·諾依曼的體系結(jié)構(gòu)，目前絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)都是基于馮·諾依曼計(jì)算機(jī)模型而開發(fā)的。 1.3微型計(jì)算機(jī)的組成

微型計(jì)算機(jī)簡稱“微機(jī)”，最常見的微機(jī)就是工作與生活中的PC，這里主要介紹PC的基本硬件組成。

目前流行的微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)從外觀上看都是由主機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等組成。主機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的核心，主要由系統(tǒng)主板、CPU、內(nèi)存、硬盤、光盤驅(qū)動器(光驅(qū))、顯示器適配器(顯卡)、電源等構(gòu)成，主要部件如圖1-11所示。圖1-11微型計(jì)算機(jī)的主要部件1.3.1主板

系統(tǒng)主板也稱為主板(MainBoard)、主機(jī)板或母板。它是微型計(jì)算機(jī)最基本的也是最重要的部件之一，是其他各種設(shè)備的連接載體，起著連接計(jì)算機(jī)一切板卡的作用。它用來安裝CPU、內(nèi)存條以及控制輸入/輸出設(shè)備工作的各種插件板，如顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等。PC99技術(shù)規(guī)格規(guī)范了主板的設(shè)計(jì)要求，主板各接口必須采用有色標(biāo)識，以方便用戶識別。

主板是微型計(jì)算機(jī)主機(jī)箱內(nèi)的一塊平面集成電路板，一般安裝在主機(jī)箱的底部(臥式機(jī))或一側(cè)(立式機(jī))。主板上不僅有芯片組、BIOS芯片、各種跳線、電源插座，還提供以下插槽：CPU插槽、內(nèi)存插槽、總線擴(kuò)展槽、IDE(電子集成驅(qū)動器)接口、軟盤驅(qū)動器接口，以及串行口、并行口、PS/2接口、USB接口、CPU風(fēng)扇電源接口、各類外設(shè)接口等，如圖1-12所示。圖1-12系統(tǒng)主板主板幾乎與主機(jī)內(nèi)的所有設(shè)備都有連接關(guān)系，微型計(jì)算機(jī)通過主板上的總線及接口將CPU等器件與外部設(shè)備有機(jī)地連接起來，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。主板從結(jié)構(gòu)上可大體分為AT主板、ATX主板、NLX主板3大類型。其中，AT主板已經(jīng)淘汰，ATX主板是Intel公司的新型主板結(jié)構(gòu)規(guī)范，目前大多數(shù)主板都采用這種結(jié)構(gòu)。那些超薄的原裝機(jī)機(jī)箱一般都采用NLX主板。

主板是決定計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要部件。選擇主板時(shí)要注意其芯片組的檔次、穩(wěn)定性、散熱性、兼容性、可擴(kuò)展性等。近年來，一些主板上已經(jīng)集成了顯卡和聲卡，如果用戶使用計(jì)算機(jī)來處理專業(yè)圖像或多媒體，建議不要選擇這類主板。1.3.2CPU

CPU也稱為中央處理器，前面已經(jīng)介紹了它的構(gòu)成與工作原理。對于微型計(jì)算機(jī)來說，CPU的作用相當(dāng)于人類的“大腦”。目前市面上的CPU主要有Intel和AMD兩種品牌，如Inter公司的Corei3、Corei5、Corei7，AMD公司的A8-3870K、FX6100等，如圖1-13所示是IntelCorei7CPU。

衡量CPU的主要性能指標(biāo)有字長、主頻、核心數(shù)目、緩存等。圖1-13IntelCorei7CPU

(1)字長是指CPU內(nèi)部各寄存器之間通過數(shù)據(jù)總線一次能夠完成二進(jìn)制數(shù)傳遞的位數(shù)，該指標(biāo)反映出CPU內(nèi)部運(yùn)算處理的速度和效率，字長越長，運(yùn)算速度越快，處理能力越強(qiáng)。目前CPU的字長主要是32位和64位。

(2)?CPU的運(yùn)算速度用主時(shí)鐘頻率(簡稱主頻)來表示，在其他條件相同的情況下，CPU主頻越高，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度就越快。主頻是CPU的主要性能指標(biāo)之一，也是購機(jī)時(shí)首先考慮的一個(gè)因素，如IntelCorei7CPU主頻是的3.5GHz。

(3)按其運(yùn)算核心的多少，CPU又可以分為單核、雙核、三核和四核CPU。一般來說，運(yùn)算主頻數(shù)值越大，運(yùn)算核心越多，CPU運(yùn)算速度越快。

(4)?CPU上的緩存有一級(L1)、二級(L2)、三級(L3)的區(qū)別，目前使用三級緩存的CPU都是多核心處理器。由于三級緩存對CPU性能的影響沒有二級緩存大，二級緩存對CPU性能的影響沒有一級緩存大，所以L1緩存越大，CPU工作時(shí)與存取速度比較慢的L2緩存和內(nèi)存間交換數(shù)據(jù)的次數(shù)就越少，相對計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度就可以提高；同樣道理，L1緩存相同的情況下，L2級緩存越大，CPU的性能就越好。1.3.3內(nèi)存

計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)必須先將數(shù)據(jù)載入內(nèi)存(Memory)，然后再由CPU進(jìn)行處理。因此，可以把內(nèi)存比喻為緩沖區(qū)，如圖1-14所示為內(nèi)存的實(shí)物照片，它需要插在主板的內(nèi)存插

槽上。

目前市場上的主要內(nèi)存類型有SDRAM、DDRRAM和RDRAM，不同類型的內(nèi)存在數(shù)據(jù)傳輸速率、工作頻率、工作方式、工作電壓等方面都有區(qū)別，其中DDR內(nèi)存占據(jù)了市場主流，而SDRAM內(nèi)存規(guī)格已不再發(fā)展，將逐漸淘汰出市場。圖1-14內(nèi)存

DDR技術(shù)到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了DDR、DDR2和DDR3三個(gè)時(shí)代，目前DDR2內(nèi)存的使用量最大，不過將逐漸被DDR3所取代。

內(nèi)存的容量是指內(nèi)存條的存儲容量，是內(nèi)存條的關(guān)鍵性參數(shù)。內(nèi)存容量以MB作為單位，可以簡寫為M。內(nèi)存的容量一般都為2的N次方，如512MB、1GB、2GB、4GB和8GB等，其中1GB?=?1024MB。一般而言，內(nèi)存越大，程序運(yùn)行起來就越順暢。另外，內(nèi)存條的選用一定要和主板上內(nèi)存插槽的形式相匹配。1.3.4硬盤

硬盤(HardDiscDrive，HDD)是存儲數(shù)據(jù)的主要載體，它是計(jì)算機(jī)配置的全密封結(jié)構(gòu)的大容量外存儲器，它可以看做是計(jì)算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)的倉庫，由于采用了溫徹斯特技術(shù)，硬盤又可以稱為溫盤驅(qū)動器或溫盤。用戶安裝的一切軟件，包括系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件都存儲在硬盤上，如圖1-15所示為硬盤實(shí)物照片。圖1-15硬盤1.3.5顯卡

顯卡即顯示適配卡(DisplayCard)，是連接主板與顯示器的橋梁。顯卡由圖形芯片、顯存、AGP接口、視頻編碼芯片、顯卡BIOS等幾部分組成。顯卡插在主板的顯卡插槽上，只有通過顯卡才能使處理后的信息輸出到顯示器中。目前市場上的顯卡芯片主要為NVIDIA和ATI兩家的產(chǎn)品，如圖1-16所示為顯卡實(shí)物照片。圖1-16顯卡1.3.6輸入/輸出設(shè)備

1．顯示器顯示器是微型計(jì)算機(jī)中最常用的和必備的標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備，也是人機(jī)對話的主要工具，用來顯示計(jì)算機(jī)軟件的操作界面、系統(tǒng)信息、處理結(jié)果等。顯示器根據(jù)制造材料的不同，一般分為CRT(陰極射線管)顯示器、LCD(液晶)顯示器、PDP(等離子)顯示器等。

CRT顯示器也叫陰極射線管顯示器，是微型計(jì)算機(jī)上使用最早、也是最常見的顯示器，其工作原理與普通電視機(jī)相同，只是數(shù)據(jù)接收與控制方式不同，如圖1-17所示。LCD顯示器也叫液晶顯示器，使用液晶屏幕顯示圖像，從理論上說是一種數(shù)字顯示器，視覺效果好，對人體傷害小，如圖1-18所示。圖1-17CRT顯示器 圖1-18液晶顯示器

2．鼠標(biāo)/鍵盤

鼠標(biāo)/鍵盤是微型計(jì)算機(jī)上必不可少的輸入設(shè)備。

通過鍵盤可以將字母、數(shù)字和符號輸入到計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的輸入與控制。常用的鍵盤有104個(gè)鍵或107個(gè)鍵，其基本按鍵排列可以分為主鍵盤區(qū)、數(shù)字輔助鍵盤區(qū)、F鍵功能鍵盤區(qū)、控制鍵區(qū)等，如圖1-19所示。

鼠標(biāo)的使用是為了使計(jì)算機(jī)的操作更加簡便，以此來代替使用鍵盤時(shí)那些繁瑣的指令。常用的鼠標(biāo)按工作原理可分為機(jī)械式鼠標(biāo)和光電式鼠標(biāo)，如圖1-20所示。

現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)上鍵盤和鼠標(biāo)接口一般采用PS/2圓型接口，為了方便識別，鍵盤接口為藍(lán)色，鼠標(biāo)接口為綠色，目前鍵盤和鼠標(biāo)也可采用USB接口。

圖1-19鍵盤圖1-20鼠標(biāo)

3．光驅(qū)

光驅(qū)是用于讀取光盤數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中有激光頭等機(jī)械裝置，全稱為光盤驅(qū)動器，如圖1-21所示。刻錄光驅(qū)還可以向特殊的光盤中刻寫數(shù)據(jù)，讀取和刻錄速度是反映光驅(qū)性能的主要標(biāo)志。它屬于微型計(jì)算機(jī)的選裝配件，用戶可以根據(jù)需要取舍，如果需要播放DVD、刻錄數(shù)據(jù)等，則有必要選裝一款DVD-RW光驅(qū)。

4．打印機(jī)

打印機(jī)是輸出設(shè)備，用于將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果打印在相關(guān)介質(zhì)上，最常用的紙張是A4與B5。打印機(jī)分為噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)，噴墨打印機(jī)價(jià)格低，但墨盒較貴；激光打印機(jī)價(jià)格高，但打印速度快、精度高，如圖1-22所示。圖1-21光驅(qū)圖1-22打印機(jī) 1.4數(shù)?制?與?編?碼

1.4.1數(shù)制的定義與常用數(shù)制

數(shù)制也稱計(jì)數(shù)制，是用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。人們通常采用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。學(xué)習(xí)數(shù)制之前必須首先掌握數(shù)碼、基數(shù)和位權(quán)這3個(gè)概念。

數(shù)碼：數(shù)制中表示基本數(shù)值大小的數(shù)字符號。例如，十進(jìn)制有10個(gè)數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

基數(shù)：數(shù)制所使用數(shù)碼的個(gè)數(shù)。例如，二進(jìn)制的基數(shù)為2；十進(jìn)制的基數(shù)為10。

位權(quán)：數(shù)制中某一位上的1所表示數(shù)值的大小(所處位置的價(jià)值)。例如，十進(jìn)制的123，1的位權(quán)是100，2的位權(quán)是10，3的位權(quán)是1。

1．十進(jìn)制數(shù)

十進(jìn)制是日常生活和工作中最常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制。在十進(jìn)制數(shù)中，每一位有0～9十個(gè)數(shù)碼，基數(shù)是10，超過9的數(shù)必須用多位數(shù)表示，其中低位和相鄰高位之間的關(guān)系是“逢十進(jìn)一”，故稱為十進(jìn)制。十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)為：

(1)數(shù)值部分用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這十個(gè)不同的數(shù)碼來表示；

(2)十進(jìn)制數(shù)中的10稱為基數(shù)，采用“逢十進(jìn)一”的原則；

(3)每個(gè)位數(shù)的位值，或稱“權(quán)”，均是基數(shù)10的某次冪。例如678.43這個(gè)十進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點(diǎn)左邊第一位是個(gè)位，表示8×100，小數(shù)點(diǎn)左邊第二位是十位，表示7×l01等，整個(gè)數(shù)可以寫成：

678.43=6×102+7×101×8×100+4×10-1+3×10-2

這種寫法叫做“按權(quán)展開”，每一位表示的數(shù)值不僅取決于該位的數(shù)碼本身，還取決于所在位的位值——權(quán)。我們把按進(jìn)位的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。

2．二進(jìn)制數(shù)

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，一切信息，包括數(shù)值、字符、指令等的存放、處理和傳送均采用二進(jìn)制數(shù)的形式。二進(jìn)制中每一位僅有0和1兩個(gè)數(shù)碼，基數(shù)為2，低位和相鄰位間的進(jìn)位關(guān)系是“逢二進(jìn)一”，二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)為：

(1)只有0和1兩個(gè)數(shù)碼；

(2)基數(shù)為2，采用“逢二進(jìn)一”的原則；

(3)各位上的權(quán)均是2的某次冪。

例如：(1101.11)2?=?1×23+1×22?+0×21+1

×20+1×2-1+1×2-2=(13.75)10

在二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算過程中，除了“逢二進(jìn)一、借一當(dāng)二”，采用0、1計(jì)數(shù)之外，其他運(yùn)算規(guī)律與十進(jìn)制運(yùn)算相同。

3．八進(jìn)制數(shù)

在某些場合有時(shí)也使用八進(jìn)制。八進(jìn)制數(shù)的每一位有0～7共8個(gè)不同的數(shù)碼，計(jì)數(shù)的基數(shù)為8。低位和相鄰的高位之間的進(jìn)位關(guān)系是“逢八進(jìn)一”。八進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)為：

(1)采用八個(gè)不同的數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7；

(2)基數(shù)是8，采用“逢八進(jìn)一”的原則；

(3)各位上的權(quán)均是8的某次冪。

例如：(576.2)8=5×82+7×81+6×80+2×8-1? =?(382.25)10

4．十六進(jìn)制數(shù)

十六進(jìn)制數(shù)的每一位有16個(gè)不同的數(shù)碼，分別用0～9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)表示。十六進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn)為：

(1)十六進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼為0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F共l6個(gè)；

(2)基數(shù)為16，采用“逢十六進(jìn)一”的原則；

(3)每一位上的權(quán)均是16的某次冪。

例如：

(3AB.11)16=3×162+A×161+B×160+1×16-1+1×16-2

=?(939.06640625)10

在十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算過程中，除了“逢十六進(jìn)一、借一當(dāng)十六”，采用0到F計(jì)數(shù)之外，運(yùn)算規(guī)律與十進(jìn)制運(yùn)算相同。

為了區(qū)別不同進(jìn)制的數(shù)字，書中約定對于任一R進(jìn)制的數(shù)N，記作(N)R。例如二進(jìn)制數(shù)1101，表示為(1101)2或者1101B；十進(jìn)制數(shù)123，表示為(123)10或者123D。四種計(jì)數(shù)制的對應(yīng)關(guān)系如表1-2所示。1.4.2不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

1．二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制

轉(zhuǎn)換規(guī)則為“按權(quán)相加”，即將它們寫成按位權(quán)展開的多項(xiàng)式之和，再按十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則求和，即可得到對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

(1)將二進(jìn)制數(shù)(1101.01)2

轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。(1101.01)2=1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=?(13.25)10

(2)把八進(jìn)制數(shù)(2576.2)8轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。(3)把十六進(jìn)制數(shù)(1AD)16

轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。

2．十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制

整數(shù)部分和小數(shù)部分必須分別遵守不同的轉(zhuǎn)換規(guī)則，如果將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，其規(guī)則為：

整數(shù)部分轉(zhuǎn)換：將十進(jìn)制數(shù)連續(xù)用基數(shù)2去除，直到商數(shù)到0為止，每次除得的余數(shù)依次由下向上排列即可，這種方法稱為“除2取余”法。

小數(shù)部分轉(zhuǎn)換：將十進(jìn)制數(shù)小數(shù)部分連續(xù)乘以2，取每次所得乘積的整數(shù)部分，依次由上向下排列即可，這種方法稱為“乘2取整”法。結(jié)果為(25)10?=?(11001)2

需要注意的是，十進(jìn)制數(shù)的小數(shù)常常不能精確地?fù)Q算為等值的二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)，有換算誤差存在，轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制、八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)位根據(jù)字長限制取有限位的近似值。

3．二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制、十六進(jìn)制

由于八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)可以簡化書寫，便于記憶，而且與二進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換方便、直觀，因此匯編語言及機(jī)器指令、數(shù)據(jù)的書寫多采用八進(jìn)制或十六進(jìn)制。

由于八進(jìn)制、十六進(jìn)制的基數(shù)與二進(jìn)制的基數(shù)有內(nèi)在聯(lián)系，即23＝8、24＝16，因此，每一位八進(jìn)制數(shù)可以轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制數(shù)，每位十六進(jìn)制數(shù)可轉(zhuǎn)換為四位二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換直接且方便。將二進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界，左右分別按三位一組進(jìn)行劃分，不足三位者用零補(bǔ)齊，即可換算出對應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)。同理，將二進(jìn)制數(shù)以小數(shù)點(diǎn)為界，左右分別按四位一組劃分，不足四位者用零補(bǔ)齊，即可換算出對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)只需把各自對應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)寫出即可，將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)只需把各自對應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)寫出即可。1.4.3計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的原因

日常生活中人們習(xí)慣使用十進(jìn)制，但是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最常用的是二進(jìn)制，這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)是由千千萬萬個(gè)電子元件(如電容、電感、三極管等)組成，這些電子元件一般只有兩種穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即“通”與“斷”，所以使用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”表示是最理想的，因?yàn)槎M(jìn)制最簡單，只有0和1，計(jì)算的速度也是最快的，和計(jì)算機(jī)追求的速度不謀而合，而不論十六進(jìn)制、十進(jìn)制還是八進(jìn)制都沒有二進(jìn)制快。

計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的優(yōu)勢是運(yùn)算器的電路在物理上很容易實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算簡便、運(yùn)行可靠，具體地說，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡單。計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成，邏輯電路通常只有兩個(gè)狀態(tài)：開關(guān)的接通與斷開，這兩種狀態(tài)正好可以用“1”和“0”表示。

(2)簡化運(yùn)算規(guī)則。兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的和、積運(yùn)算組合各有三種，運(yùn)算規(guī)則簡單有利于簡化計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)算速度。

(3)適合邏輯運(yùn)算。邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù)，二進(jìn)制只有兩個(gè)數(shù)碼，正好與邏輯代數(shù)中的“真”和“假”相吻合。

(4)易于進(jìn)行轉(zhuǎn)換。二進(jìn)制與十進(jìn)制數(shù)易于互相轉(zhuǎn)換。

(5)用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槊课粩?shù)據(jù)只有高、低兩個(gè)狀態(tài)，當(dāng)受到一定程度的干擾時(shí)，仍能可靠地分辨出它是高還是低。

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用二進(jìn)制是再自然不過的，但是在人機(jī)交流上，二進(jìn)制有著致命的弱點(diǎn)——數(shù)字的書寫特別冗長。為了解決這個(gè)問題，在計(jì)算機(jī)的理論和應(yīng)用中還使用兩種輔助的進(jìn)位制——八進(jìn)制和十六進(jìn)制。1.4.4計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)(或信息)分為數(shù)值型和非數(shù)值型。非數(shù)值型數(shù)據(jù)包括字符、圖像、聲音等。由于計(jì)算機(jī)只能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，所以，對于數(shù)值型的數(shù)據(jù)信息需要轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；而對于非數(shù)值型數(shù)據(jù)信息則采用二進(jìn)制數(shù)編碼來表示。

1．?dāng)?shù)據(jù)的概念

數(shù)據(jù)是可以由人工或自動化手段加以處理的事實(shí)、概念、場景和指示的表示形式，包括各種文字、字符、符號、聲音和圖像等，數(shù)據(jù)可以輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并得到所需要的結(jié)果。

2．?dāng)?shù)據(jù)的單位

在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)的常用單位有位、字節(jié)和字。

(1)位(bit)。

計(jì)算機(jī)只認(rèn)識由0或1組成的二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制數(shù)中的每個(gè)0或1就是數(shù)據(jù)信息的最小單位，稱為“位”(bit)。

(2)字節(jié)(Byte)。

字節(jié)是計(jì)算機(jī)中存儲器容量的基本單位，1個(gè)字節(jié)包含8個(gè)二進(jìn)制位，即8bit。字節(jié)也叫做Byte，通常縮寫為B。在計(jì)算機(jī)中，除了用字節(jié)表示存儲容量的單位外，還可使用千字節(jié)(KB)、兆字節(jié)(MB)、吉字節(jié)(GB)和太字節(jié)(TB)來表示，它們之間的換算關(guān)系為

1B=?8bit

1KB=?210B=?1024B

1MB=?210KB=?1024KB=?220B

1GB=?210MB=?220KB=?230B

1TB=?210GB=?220MB=?230KB=?240B

(3)字(Word)。

字是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行信息交換、數(shù)據(jù)處理的基本單元，1個(gè)字由一個(gè)字節(jié)或幾個(gè)字節(jié)構(gòu)成，它的表示與具體的機(jī)型有關(guān)。字通常記為Word，可縮寫為W。

一個(gè)字所包含的二進(jìn)制位數(shù)稱為字長，字長是計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)。計(jì)算機(jī)的字長通常有8位、16位、32位和64位之分。1.4.5ASCII碼

任何形式的數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后都必須用二進(jìn)制編碼形式表示。對英文字母、數(shù)字字符和標(biāo)點(diǎn)符號等字符的二進(jìn)制編碼稱為字符編碼。ASCII碼是目前計(jì)算機(jī)中最普遍采用的一種字符編碼。

ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange的縮寫)稱為“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”，是美國的字符代碼標(biāo)準(zhǔn)，并被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)確定為國際標(biāo)準(zhǔn)，成為一種國際上通用的字符編碼。每個(gè)ASCII碼占用一個(gè)字節(jié)，由8個(gè)二進(jìn)制位組成，每個(gè)二進(jìn)制位為0或1。ASCII碼有7位碼和8位碼兩種形式，國際上通用的是7位碼，共有27=?128個(gè)不同的編碼值，其中包括：26個(gè)大寫英文字母、26個(gè)小寫英文字母、0～9共10個(gè)數(shù)字、34個(gè)通用控制字符和32個(gè)專用字符(標(biāo)點(diǎn)符號和運(yùn)算符)，如表1-3所示。例如：字符“A”的ASCII碼為(1000001)2，對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)為(41)16，十進(jìn)制數(shù)字為(65)10。常用西文字符的ASCII碼如表1-4所示。1.4.6漢字編碼

ASCII碼對于漢字字符完全不適用，因?yàn)樗疃嘀荒芤?guī)定128個(gè)字符的不同編碼。為了滿足國內(nèi)在計(jì)算機(jī)中使用漢字的需要，中國國家標(biāo)準(zhǔn)總局于1980年發(fā)布了GB2312編碼。幾乎所有的中文系統(tǒng)和國際化的軟件都支持GB2312。

GB

2312由6763個(gè)常用漢字和682個(gè)全角的非漢字字符組成。由于字符數(shù)量比較大，GB

2312采用了二維矩陣編碼法對所有字符進(jìn)行編碼。首先構(gòu)造一個(gè)94行94列的方陣(每一行稱為一個(gè)“區(qū)”，每一列稱為一個(gè)“位”)，然后將所有字符依照一定的規(guī)律填寫到方陣中。這樣所有的字符在方陣中都有一個(gè)唯一的位置，這個(gè)位置可以用區(qū)號、位號組合表示，稱為字符的“區(qū)位碼”。編碼范圍為0101～9494，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制為0101H～5E5EH。在區(qū)位碼中，1～15區(qū)為非漢字圖形區(qū)，16～87(10H～57H)區(qū)是漢字區(qū)，88～94是保留區(qū)，其中16～55區(qū)為一級漢字，56～87區(qū)為二級漢字。在GB

2312中，每個(gè)漢字的編碼為16位二進(jìn)制數(shù)，如“中”字的編碼為0101011001010000。

由于漢字是象形文字，其形狀和筆畫多少差異極大，而且漢字?jǐn)?shù)量較多，不能由西文鍵盤直接輸入，所以必須用編碼轉(zhuǎn)換后存放到計(jì)算機(jī)中再進(jìn)行處理操作。漢字編碼主要包括漢字輸入碼、漢字信息交換碼、漢字內(nèi)碼、漢字字形碼及漢字地址碼等。

(1)漢字輸入碼。

漢字輸入碼也稱外碼，是指輸入漢字時(shí)的編碼，由鍵盤上的字符和數(shù)字按鍵組成。

(2)信息交換碼。

為了便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間能準(zhǔn)確無誤地交換漢字信息，規(guī)定了一種專門用于漢字信息的統(tǒng)一編碼，這種編碼稱為漢字信息交換碼。

(3)漢字內(nèi)碼。

漢字內(nèi)碼是指漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲和處理的代碼，簡稱為機(jī)內(nèi)碼或內(nèi)碼。一個(gè)漢字輸入到計(jì)算機(jī)后便轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)碼，漢字的機(jī)內(nèi)碼占兩個(gè)字節(jié)，分別稱為高位字節(jié)與低位字節(jié)。同一個(gè)漢字的外碼可以不同，但其機(jī)內(nèi)碼是統(tǒng)一的。

(4)漢字字形碼。

漢字字形碼也稱字模或漢字輸出碼。計(jì)算機(jī)對各種文字等信息進(jìn)行二進(jìn)制編碼處理后，必須通過字形輸出碼轉(zhuǎn)換為人們看得懂的文字格式，即字形碼，然后才能通過輸出設(shè)備

輸出。

漢字信息處理流程是指漢字輸入、處理和輸出的過程，實(shí)際上就是漢字各種代碼之間的轉(zhuǎn)換過程，如圖1-23所示。圖1-23漢字信息處理系統(tǒng)的模型 1.5計(jì)算機(jī)安全使用常識

1.5.1什么是計(jì)算機(jī)病毒

計(jì)算機(jī)病毒是指人為編制的或者在計(jì)算機(jī)程序中插入的，破壞計(jì)算機(jī)功能或者毀壞數(shù)據(jù)、影響計(jì)算機(jī)的使用，并能自我復(fù)制的一組計(jì)算機(jī)指令或程序代碼。它可以把自己復(fù)制到存儲器中或其他程序中，進(jìn)而破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，干擾計(jì)算機(jī)的正常工作。這與生物病毒的一些特性很類似，因此稱為計(jì)算機(jī)病毒。

可以感染(復(fù)制)到可執(zhí)行文件、程序文件或磁盤引導(dǎo)區(qū)中的程序上，然后再通過這些媒介向外傳播。

小貼士

《中華人民共和國計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)條例》對計(jì)算機(jī)病毒進(jìn)行了明確的定義：計(jì)算機(jī)病毒是指編制或者在計(jì)算機(jī)程序中插入的破壞計(jì)算機(jī)功能或者破壞數(shù)據(jù)，影響計(jì)算機(jī)使用并且能夠自我復(fù)制的一組計(jì)算機(jī)指令或者程序代碼。1.5.2計(jì)算機(jī)病毒的特征

1．傳染性

傳染性是計(jì)算機(jī)病毒的基本特性。當(dāng)使用軟盤、光盤、U盤等交換數(shù)據(jù)或者上網(wǎng)沖浪時(shí)，計(jì)算機(jī)病毒就可能由一個(gè)程序傳染到另一個(gè)程序，從一臺計(jì)算機(jī)傳染到另一臺計(jì)算機(jī)，從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳染到其他網(wǎng)絡(luò)，從而使計(jì)算機(jī)工作失常甚至癱瘓。同時(shí)，被傳染的程序、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又成為新的傳染源。

計(jì)算機(jī)病毒的傳播途徑主要是數(shù)據(jù)交換感染，如果我們的計(jì)算機(jī)不與外界的任何數(shù)據(jù)發(fā)生交換，就不會感染病毒。

2．破壞性

在一定條件下，病毒程序會自動運(yùn)行，對計(jì)算機(jī)進(jìn)行破壞，主要包括兩個(gè)方面：一是占用系統(tǒng)資源，降低計(jì)算機(jī)的工作效率，盜取用戶帳號或密碼信息等；二是破壞或刪除程序或數(shù)據(jù)文件，干擾或破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

3．潛伏性

大多數(shù)計(jì)算機(jī)病毒在侵入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以后，破壞性有可能不會馬上表現(xiàn)出來。它往往會在系統(tǒng)內(nèi)潛伏一段時(shí)間，等待發(fā)作條件的成熟。病毒發(fā)作之前在系統(tǒng)中沒有表現(xiàn)癥狀，而觸發(fā)條件一旦得到滿足，病毒就會發(fā)作，對計(jì)算機(jī)造成危害，例如“黑色星期五”病毒，不到預(yù)定時(shí)間一點(diǎn)都覺察不出來。

4．寄生性

計(jì)算機(jī)病毒往往不是獨(dú)立的小程序，而是寄生在其他程序之中，當(dāng)用戶執(zhí)行這個(gè)程序時(shí)病毒就發(fā)作，這是非常可怕的。

5．隱蔽性

病毒一般是具有很高編程技巧、短小精悍的程序。如果不經(jīng)過代碼分析，感染了病毒的程序與正常程序是不容易區(qū)別的。計(jì)算機(jī)病毒的隱蔽性主要有兩個(gè)方面：一是指傳染的隱蔽性，大多數(shù)病毒在傳染時(shí)速度是極快的，不易被人發(fā)現(xiàn)；二是病毒程序存在的隱蔽性，一般的病毒程序都隱藏在正常程序中或磁盤較隱蔽的地方，也有個(gè)別的以隱含文件形式出現(xiàn)，目的是不讓用戶發(fā)現(xiàn)它的存在。

另外，計(jì)算機(jī)病毒還具有可執(zhí)行性、可觸發(fā)性、多變性、攻擊性、針對性和不可預(yù)見性等特征。1.5.3計(jì)算機(jī)病毒的發(fā)展

計(jì)算機(jī)剛剛誕生，就有了計(jì)算機(jī)病毒的概念。1949年，計(jì)算機(jī)之父馮?諾依曼在《復(fù)雜自動機(jī)組織論》中便定義了計(jì)算機(jī)病毒的概念，即一種“能夠?qū)嶋H復(fù)制自身的自動機(jī)”。

20世紀(jì)80年代由于IBMPC系列微型計(jì)算機(jī)自身的弱點(diǎn)，尤其是DOS操作系統(tǒng)的開放性，給計(jì)算機(jī)病毒的制造者提供了可乘之機(jī)。因此，裝有DOS操作系統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)成為病毒攻擊的主要對象。1986年的Brain病毒成為第一款攻擊微軟的DOS操作系統(tǒng)的病毒。1987年，世界各地的計(jì)算機(jī)用戶幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)了形形色色的計(jì)算機(jī)病毒，如大麻、IBM圣誕樹、黑色星期五等。

計(jì)算機(jī)病毒的大肆流行是在1988年11月。美國23歲的研究生羅特?莫里斯制作了一個(gè)蠕蟲病毒，通過Internet網(wǎng)絡(luò)致使6000多臺計(jì)算機(jī)受到感染，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9600萬美元。時(shí)至今日，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)病毒也從未停止過腳步。只要計(jì)算機(jī)技術(shù)有新的發(fā)展，計(jì)算機(jī)病毒技術(shù)就立刻有新的突破。DOS操作系統(tǒng)出現(xiàn)不久，就有了針對它的計(jì)算機(jī)病毒。隨著Windows的出現(xiàn)，又出現(xiàn)了專門攻擊Windows格式文件的計(jì)算機(jī)病毒；微軟提供了宏指令，立刻出現(xiàn)了宏病毒；主板廠家為方便用戶，開發(fā)了無跳線、可用軟件修改系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算機(jī)主板，結(jié)果出現(xiàn)了史上有名的可以毀壞計(jì)算機(jī)硬件的CIH病毒。

因此，只要出現(xiàn)了一項(xiàng)新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用這項(xiàng)新技術(shù)編制的新的計(jì)算機(jī)病毒就一定會隨著產(chǎn)生。它就像幽靈一樣，困擾著計(jì)算機(jī)用戶。在計(jì)算機(jī)病毒的發(fā)展歷程中出現(xiàn)過幾種有名的病毒，下面簡單了解一下。

ElkCloner(1982年)：它被看做是攻擊個(gè)人計(jì)算機(jī)的第一款全球病毒。

Brain(1986年)：第一款攻擊微軟的DOS操作系統(tǒng)的病毒。

Morris(1988年)：最初的設(shè)計(jì)目的并不是搞破壞，而是用來測量網(wǎng)絡(luò)的大小。但是，由于程序的循環(huán)沒有處理好，計(jì)算機(jī)會不停地執(zhí)行、復(fù)制Morris，最終導(dǎo)致死機(jī)。

CIH(1998年)：迄今為止破壞性最嚴(yán)重的病毒，也是世界上首例破壞硬件的病毒。該病毒發(fā)作時(shí)，不僅會破壞硬盤的引導(dǎo)區(qū)和分區(qū)表，還會破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)BIOS，導(dǎo)致主板損壞。

Melissa(1999年)：即“美麗殺手”病毒，通過電子郵件傳播。當(dāng)用戶打開一封攜帶此病毒的電子郵件的附件時(shí)，病毒會自動發(fā)送到用戶通訊簿中的前50個(gè)地址，進(jìn)而呈幾何級數(shù)方式傳播，短短數(shù)小時(shí)即可傳遍全球。它導(dǎo)致了歷史上第2次重大的計(jì)算機(jī)病毒災(zāi)難。

Lovebug(2000年)：該病毒通過Internet網(wǎng)絡(luò)的電子郵件功能傳播，造成全世界(包括我國在內(nèi))空前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)破壞，也稱為“愛蟲”計(jì)算機(jī)病毒。

紅色代碼(2001年)：被認(rèn)為是史上代價(jià)最高昂的計(jì)算機(jī)病毒之一，除了會篡改網(wǎng)站外，被感染的系統(tǒng)的性能也會嚴(yán)重下降。沖擊波(2003年)：其英文名稱是Blaster，也被稱為Lovsan或Lovesan。它利用了微軟軟件中的一個(gè)缺陷，對系統(tǒng)端口進(jìn)行瘋狂攻擊，可以導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

震蕩波(2004年)：震蕩波是又一個(gè)利用Windows缺陷進(jìn)行攻擊的蠕蟲病毒，可以導(dǎo)致計(jì)算機(jī)崩潰并不斷重啟。

熊貓燒香(2007年)：熊貓燒香病毒會使所有程序圖標(biāo)變成“熊貓燒香”樣式，并使它們不能應(yīng)用。1.5.4計(jì)算機(jī)病毒的分類

計(jì)算機(jī)病毒的種類多達(dá)數(shù)萬余種，而且每天都有新的病毒出現(xiàn)，因此計(jì)算機(jī)病毒的種類會越來越多。計(jì)算機(jī)病毒的分類方法很多，下面介紹幾種最常見的分類方法。

1．按破壞性分類

(1)良性病毒。

良性病毒一般對計(jì)算機(jī)中的程序和數(shù)據(jù)沒有破壞作用，只是占用CPU和內(nèi)存資源，降低系統(tǒng)運(yùn)行速度。這種病毒發(fā)作時(shí)會干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行，一旦清除后，系統(tǒng)可恢復(fù)