偶看新闻证书考试有哪些:第一章 计算机基础知识
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/30 06:44:56
计算机基础知识
计算机是人类社会在20世纪的重大科技成果之一。计算机（Computer）是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对输入的信息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。自1946年世界上第一台电子数字计算机诞生至今，在短短的50多年的时间里，计算机技术得到了飞速发展。学习计算机技术首先要了解计算机的基础知识，本章内容包括计算机技术概论、数据在计算机中的存储、计算机硬件基础，计算机软件基础、多媒体技术、计算机安全基础等。
计算机技术概论
1.1.1 计算机的发展过程
计算机的诞生酝酿了很长一段时间。1946年2月，世界上第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator，电子数字积分计算机，音译“埃尼阿克”）在美国加州问世，ENIAC用了18000个电子管和86000个其它电子元件，有两个教室那么大（占地170m2），重达30吨，耗电140～150KW，运算速度却只有每秒300次各种运算或5000次加法运算，耗资100万美元以上。尽管ENIAC有许多不足之处，但毕竟是计算机的始祖，揭开了计算机时代的序幕。第一台计算机问世以后，计算机技术飞速发展，速度之快令人震惊，在今天具有ENIAC功能的计算机可集成到面积只有几平方毫米的硅片上，售价不到10美元。
ENIAC是世界上第一台开始设计并投入运行的电子计算机，但它还不具备现代计算机的主要原理特征—存储程序和程序控制。
世界上第一台按存储程序功能设计的计算机叫EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，电子离散变量自动计算机，音译“埃德瓦克”），它是由曾担任ENIAC小组顾问的著名美籍匈牙利科学家冯·诺依曼博士领导设计的。EDVAC从1946年开始设计，于1950年研制成功。但是，世界上第一台投入运行的存储程序式的电子计算机是EDSAC（The Electronic Delay Storage Automatic Calculator，延迟存储电子自动计算机，音译“埃德沙克”），它是由英国剑桥大学的维尔克斯（M. V. Wilkes）教授在接受了冯·诺依曼的存储程序思想后于1947年开始领导设计的，该机于1949年5月制成并投入运行，比EDVAC早一年多。
从1946年起到现在，计算机的发展按照所采用的逻辑器件来划分，可以划分为四代。
1、第一代（1946~1959年）：电子管计算机时代
在第一代计算机中，除了ENIAC，其他都是按存储程序控制原理设计的，代表产品是UNIVAC-Ⅰ（UNIVersal Automatic Computer，通用自动计算机）。UNIVAC-Ⅰ是世界上第一台商品化的、批量生产的电子计算机。计算机界把UNIVAC-Ⅰ的推出看成是计算机时代的开始。第一代计算机的内部元件使用的是电子管。由于一台计算机需要几千个电子管，每个电子管都会散发大量的热量，因此，如何散热是一个令人头痛的问题。电子管的寿命最长只有3000小时，计算机运行时常常发生由于电子管被烧坏而使计算机死机的现象。操作计算机的科学家常常不能判断计算机死机是由程序设计问题引起的，还是由电子管问题引起的。那时，输入和输出都是在打孔卡片上执行，速度很慢，程序是用机器语言编写的，编程也十分困难。第一代计算机主要用于科学研究和工程计算。
2、第二代（1960~1964年）：晶体管计算机时代
晶体管比电子管小得多，不需要暖机时间，消耗能量较少，处理更迅速、更可靠。第二代计算机的程序语言从机器语言发展到汇编语言。接着，高级语言FORTRAN语言和COBOL语言相继开发出来并被广泛使用。这时，开始使用磁盘和磁带作为辅助存储器。第二代计算机的体积和价格都下降了，使用的人也多起来了，使计算机工业得到了迅速发展。第二代计算机主要用于商业、大学教学和政府机关。
3、第三代（1965~1970年）：中小规模集成电路计算机时代
集成电路（Integrated Circuit）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片可以比手指甲还小，却包含了几千个晶体管元件。第三代计算机的特点是体积更小、价格更低、可靠性更高、计算速度更快。第三代计算机的代表是IBM公司花了50亿美元开发的IBM360系列。
4、第四代（1971年~现在）：大规模超大规模集成电路计算机时代
第四代计算机使用的元件依然是集成电路，不过，这种集成电路已经大大改善，它包含着几十万到上百万个晶体管，人们称之为大规模集成电路（Large Scale Integrated Circuit，简称LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale integrated Circuit，简称VLSI）。1975年，美国1BM公司推出了个人计算机PC（Personal Computer），从此，人们对计算机不再陌生，计算机开始深入到人类生活的各个方面。
我国的计算机事业起始于50年代中期。1956年，国家制定了《1956-1967年科学技术发展远景规划》，将“计算技术的建立”列为紧急措施之一，并筹建中国科学院计算技术研究所，该所分别于1958年和1959年研制出我国最早的计算机—103小型数字计算机和104大型通用数字计算机。我国集成电路计算机的研究始于1965年。国防科技大学先后于1983年和1992年研制成巨型机银河Ⅰ号和银河Ⅱ号。国家智能计算机研究开发中心于1995年研制成大规模并行计算机曙光1000，长城计算机公司与清华大学联合研制的0520机是国内最早的国产微型计算机。我国的微型计算机的装机量已从1978年的500台猛增到目前的几百万台。在中文信息处理方面的研究与开发工作取得了一系列重大成果。目前计算机应用已深入经济建设和人民生活的各个方面，其广度和深度仍在不断拓展和提高。
1.1.2 微型计算机简介
1、微处理器
利用大规模集成电路技术，把计算机的运算器和控制器都做在一块集成电路的芯片上，这样的芯片称为微处理器或叫CPU。
2、单片机
把计算机的运算器、控制器、存储器以及输入输出接口电路等都做在一块芯片上，故称为单片机。它广泛应用于各种智能仪表上。
3、单板机
把组成微型计算机的若干块集成电路芯片及一些辅助电路都安装在一块印刷电路板上，故称为单板机。它广泛应用于过程控制之中。
4、微型计算机
以微处理器为核心，加上用大规模集成电路做成的RAM和ROM的存储芯片，输入、输出接口芯片组成的计算机称为微型计算机或叫微型机、微机。
5、微型计算机系统
由微型计算机硬件、软件系统、外围设备、电源等组成的计算机系统。
1.1.3 计算机的特点
1、计算机的特点
（1）运算速度快
计算机的运算速度（或称处理速度）用每秒钟可执行多少百万条指令（MIPS）来衡量。随着计算机器件的速度不断提高和计算机字位结构的改进，计算速度已从最初的每秒几千次发展到今天每秒几十万次、几百万次、甚至几亿次、几十亿次、几百亿次。计算机这么高的数据处理速度是其他任何处理工具无法比拟的，使得过去需要几年甚至几十年才能完成的复杂运算，现在只要几天、几小时，甚至更短的时间就可完成。
（2）计算精度高
计算机中数的精度主要表现为数据表示的位数，一般称为机器字长，字长愈长精度愈高。目前的微型机字长一般为8位、16位、32位、64位。
（3）记忆能力强
计算机能把大量数据、程序存入存储器进行处理和运算，并把结果保存起来。早期的计算机存储容量小，存储往往成为限制计算机应用的“瓶颈”。今天，一台普通P4微机，内存容量就达到1GMB。
（4）具有逻辑判断能力
计算机可进行各种逻辑判断，如对两个信息进行比较，根据比较的结果，自动确定该做什么。有了这种能力，再加上存储器可存储数据和程序，就使计算机能胜任各种过程的自动控制和各种数据处理任务。
（5）可靠性高，通用性强
随着大规模和超大规模集成电路的使用，计算机的可靠性也大大提高，计算机连续无故障运行时间可以达到几个月，甚至几年。不同的应用领域，解决问题的算法是不同的，现代计算机不仅可用来进行科学计算，也可用于数据处理，过程控制、辅助设计和辅助制造、计算机网络通信等。
2、微型计算机的特点
微型计算机除了具有计算机的一般特点外，还具有以下一些特点。
（1）体积小，重量轻
微型计算机的核心部件是微处理器。随着计算机的集成电路技术的不断发展，计算机的体积、重量越来越小。目前，许多微机开始配置液晶显示器，笔记本机的价格也越来越便宜，普通的只有一万多元。
（2）价格便宜，成本低
随着大规模集成电路制造工艺的进步，制作大规模集成电路的成本越来越低，微型计算机系统的制造成本大幅度下降。1993年，我院（义乌工商学院）购买的286微机需7000多元一台，而现在7000多元可以买一台高档的P4品牌微机（显示器为17寸纯平）。如果组装一台P4微机，只需四、五千元即可。
（3）使用方便，运行可靠
现在的国产品牌微机，若个人使用，使用四、五年直到淘汰，基本上不会出大的故障，都能可靠运行。特别是便携机和笔记本机，可以在出差、旅行时带在身边，随时取出来使用。
（4）对工作环境无特殊要求
对工作环境无特殊要求，便于计算机的普及和推广。当然，提供一个良好的工作环境，能使微型机更好地工作。微型机的工作环境一般要求是室温为15℃—35℃，房间相对湿度为20%—80%。室内经常保持清洁，电源电压稳定，附近避免磁场干扰。
若室温低于15℃，则软盘驱动器对软盘的读写容易出错；若室温高于35℃ ，则由于散热不好，会影响机器内各部件的正常工作。若房间相对湿度低于20%，会由于过分干燥而产生静电干扰，引起计算机的误动作。若房间相对湿度超过80%，会由于结露使微机内的元器件受潮变质，甚至会发生短路而损坏机器。
1.1.4 计算机的性能指标
评价计算机的性能是一个复杂的问题，早期只有字长，运算速度和存储容量三大指标来衡量，实际使用证明，只考虑这三个指标是很不够的。计算机的主要技术性能指标有：
1、主频
主频即时钟频率，是指CPU工作的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运算速度，主频的单位是MHZ或GHZ。从早期的4.77MHz、16MHz、20MHz、33MHz、66MHz、75MHz、90MHz、100MHz、133MHz、166MHz、200MHz、233MHz、266MHz……到现在的2.4GHz、2.8 GHz、3.0 GHz等等。
2、字长
字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的运算精度，字长越长，计算机的运算精度就越高，同时，字长也影响机器的运算速度，字长越长，计算机的运算速度越快。微型机的字长一般可分8位、16位、32位和64位，P4机的字长为64位。
3、内存容量
内存容量是指内存储器中能存储信息的总字节数。内存容量越大，计算机的处理速度越快。内存容量不断提高，有640KB、1MB、4MB、8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB、512MB等。内存的速度越来越快，容量越来越大。要安装Windows 2000 Professional至少需32MB的内存，建议使用64MB以上内存。目前普通使用的是512MB内存。
4、存取周期
把信息代码存入存储器，称为“写”；把信息代码从存储器中取出，称为“读”。存储器进行一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间（或读写时间），而连续启动两次独立的“读”或“写”操作（如连续的两次“读”操作）所需的最短时间，称为存取周期（或存储周期）。微型机的内存储器存取周期约为几十毫微秒左右。
5、运算速度
运算速度是一项综合性的性能指标。其单位是MIPS（百万条指令/秒），影响机器运算速度的因素很多，一般主频越高，运算速度越快;字长越长，运算速度越快;内存容量越大，计算机的运算速度越快存取周期越小，计算机的运算速度越快。性能/价格比（性价比）也是一项综合性评价计算机的性能指标。
1.1.5 计算机应用领域
计算机在科学技术、国民经济、社会生活各方面都得到了深入而广泛的应用，计算机已成为未来信息社会的强大支柱。现在社会上购买的微型计算机的主要目的是用于学习、娱乐、炒股和日常办公等工作。计算机的应用范围，按其应用特点，可以划分为以下几个方面。
1、科学计算
科学计算是计算机最早的应用。随着现代化科学技术和工农业的发展，人们对大自然的认识愈来愈深刻，伴之而来的计算就越来越复杂，对计算机的要求（如精度、速度等）也愈来愈高。比如精确预报天气，这个计算如果用人工，得花几个星期甚至几个月时间;而电子计算机仅需几分钟就可以算出精确的结果。在空间探索方面，人造地球卫星、宇宙飞船发射前需要进行大量而繁琐的计算，只要计算中有一点极小的差错，就会导致发射失败。
2、数据处理
数据处理是目前最为广泛的一个应用。当前的数据已有更广泛的含义，如图、文、声、像等多媒体数据，它们都已成为计算机的处理对象。数据处理是指对数据的收集、存储、加工、分析和传送的全过程。计算机数据处理应用广泛，例如财政、金融系统数据的统计和核算;图书、情报系统的书刊、文献和档案资料的管理和查询;铁路、机场和港口的管理和调度等。而多媒体技术的发展，为数据处理增加了新鲜的内容，如指纹的识别、图像和声音信息的处理等都会涉及更广泛的数据形式，而这些数据处理过程不但数据量大，还会带来大量的运算和复杂的算法。
3、过程控制
过程控制是生产自动化的重要技术内容和手段，它是由计算机对所采集到的数据按一定方法经过计算，然后输出到指定执行机构去控制生产的过程。计算机的控制对象可以是机床、生产线和车间，甚至是整个工厂。例如，在化工厂可用来控制化工生产的某些环节或全过程；在炼铁车间可用于控制高炉生产的全过程。
用于生产过程控制的系统，一般都是实时系统，它要求具有对输入数据及时做出反应（响应）的能力。由于环境和控制对象以及工作任务的不同，因此控制系统对计算机的要求也会不同。一般会对计算机的可靠性、封闭性、抗干扰性等指标提出要求。
4、计算机辅助系统
计算机辅助系统有CAD、CAM、CAT、CAI、CIMS（计算机集成制造系统）等系统。
（1）计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design）是指利用计算机来帮助设计人员进行设计工作。它的应用大致可以分为两大类：一是产品设计，二是工程设计。
（2）计算机辅助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）是利用计算机进行生产设备的控制、操作和管理，它能提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期，并有利于改善生产人员的工作条件。
（3）计算机辅助测试（CAT，Computer Aided Testing）是利用计算机来进行复杂而大量的测试工作。
（4）计算机辅助教学（CAI，Computer Aided Instruction）是利用计算机帮助学员进行学习，它将教学内容加以科学的组织，并编制好教学程序，使学生能通过人机交互自如地从提供的材料中学到所需要的知识并接受考核。
5、电子商务
现代计算机技术为信息的传输和处理提供了强大的工具，特别是Internet在世界范围的普及和扩展，改变了产品的生产过程和服务过程，商业空间拓展到全球性的规模，传统意义上的服务、商品流通、产品生产等概念和内涵已发生理念上的变化。面对全球激烈的市场竞争，企业的产品目录查询、收受订单、送货通知、网络销售、帐务管理、库存管理、股票及期货的分析交易等，从多方位给企业提供了更多商机。电子商务正在将计算机技术，特别是WWW技术广泛应用于企业的业务流程，形成崭新的业务架构和交易模式。
按照交易对象划分，电子商务可分为：企业对消费者B2C（business to consumer）、企业对企业B2B(business to business)、消费者对消费者C2C(consumer to consumer)、企业对政府B2G(business to government)、政府对消费者G2C(government to consumer)。
电子商务最典型的应用实例莫过于亚马逊网络书店（Amazon.com）。亚马逊提供了310万个可方便查找的书目，比地球上最大的书店Barnes & Noble还要多15倍，如果按照传统书店所需的营业面积来计算的话，它的规模要占几平方英里。亚马逊除了不需要耗费巨资修建大楼外也无需招聘大量员工，亚马逊1600名员工人均创收37.5万美元。亚马逊网上书店销售一本书所消耗的成本仅为传统书店的1/16。
电子商务对我们的生活方式也产生了深远的影响。网上购物可以足不出户，看遍世界，网上的搜索功能可以方便让顾客货比多家。同时，消费者将能以一种十分轻松的自我服务方式来完成交易，从而使用户对服务的满意度大幅提高。
6、电子政务
电子政务是指政府工作、活动的电子化和网络化，是政府机构应用现代电子信息和通信技术，对传统政府事务进行改革，将政府的管理和服务工作通过网络技术进行集成，在互联网上提供优质、规范、透明、符合国际水准的管理和服务。电子政务主要包括以下三个方面：电子政府、电子采购、电子征税。
电子政府：其基本特征是内部核心政务电子化、信息公布与发布电子化、信息传递与交换电子化、公众服务电子化、监督电子化等。电子政府的实施可以转变政府部门的工作模式，提高办公效率，加强监督功能，反腐倡廉，它在实现各级政府间的信息传递，改变政府在公众心目中的形象等方面有着不可估量的作用。
电子采购：政府也是一个大消费者，每年拨出专款用于购买公共用品，并在网上公布所需产品的有关信息，供有意投标的企业参考。投标中心评标后政府再在网上集中购买。
电子征税：包括电子申报和电子结算两个环节。纳税人不用亲临税务机关而是利用现代通信手段将申报材料发送给税务机关，完成纳税人与税务部门之间的电子信息交换，实现申报无纸化。国库根据纳税人税票信息，直接从其开户银行划拨税款。解决了纳税人、税务、银行及国库之间的电子信息交换和资金的划转，实现税收无纸化。
7、计算机通信
计算机通信是近几年迅速发展起来的一项重要的计算机应用领域。计算机网络技术的发展，促进了计算机通信业务的开展。目前，完善计算机网络系统和加强国际间的信息交流已成为世界各国经济发展、科技进步的战略措施之一，因而世界各国都特别重视计算机通信的应用。
1.1.6 计算机的发展趋势
计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一，未来的计算机将向巨型化、微小化、网络化、智能化、多媒体化的方向发展。
1、巨型化
巨型化是指发展高速的、大存储量和强功能的巨型计算机。巨型计算机主要应用于天文、气象、地质和核反应、航天飞机、卫星轨道计算等尖端科学技术领域，研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志。因此，工业发达国家都十分重视巨型计算机的研制。目前运算速度为每秒几百亿次到上千亿次的巨型计算机已经投入运行，并正在研制更高速度的巨型计算机。
下面简要介绍我国生产的几种重要的巨型计算机：
（1）银河-I巨型计算机
1983年12月，银河-I巨型计算机由国防科技大学计算机研究所研制成功。这是我国当时运算速度最快、存储容量最大、功能最强的巨型计算机，标志着我国进入世界研制巨型机的行列。银河-I巨型计算机为我国国防和国民经济建设做出了重要贡献。以银河-I为核心的银河地震数据处理系统为我国的油田勘探做出了巨大贡献。银河-I还为我国战略武器研制、航天航空飞行器设计、数值天气预报以及各种科学研究提供了强大的计算工具，发挥了积极作用。国防科技大学计算机研究所起步于1958年，我国第一台亿次电子计算机系统“银河-I”巨型计算机即诞生与此。
（2）银河-II巨型计算机
银河-II并行巨型计算机由国防科技大学计算机研究所于1992年11月研制成功。该机是我国自行研制的第一台面向大型科学/工程计算和大规模数据处理的通用十亿次并行巨型计算机系统。银河-II主机为我国高性能向量中央处理机共享主存紧耦合系统，基本字长64位，峰值速度为每秒10亿次以上运算操作，拥有两个独立的输入输出子系统。各项技术指标达到了八十年代中后期国际先进水平。
（3）银河-III巨型计算机
1997年6月，银河-III超级计算机研制成功。中国成为世界上少数几个能研制和生产大规模并行计算机系统的国家之一。银河III采用分布共享存储结构，峰值性能达到每秒130亿次浮点运算。具有良好的可扩展性，系统规模可从几十亿次到几千亿次平滑扩充。银河III在MPP资源管理与处理机调度、并行I/O软件、高性能优化编译、网络软硬件设计等技术方面均达到国内领先水平，系统综合技术达到当时国际先进水平。
2、微小化
微小化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低，计算机的微小化已成为计算机发展的重要方向。各种便携式计算机、笔记本式计算机和手掌式计算机的大量面世和使用，是计算机微小化的一个标志。
3、网络化
计算机网络化是计算机发展的又一个趋势。从单机走向联网，是计算机应用发展的必然结果。所谓计算机网络化，是指用现代通讯技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模更大、功能更强的可以互相通信的网络结构。网络化的目的是使网络中的软、硬件和数据等资源，能被网络上的用户共享。今天，计算机网络可以通过卫星将远隔千山万水的计算机联入国际互联网络，如Internet。当前发展很快的微机局域网正在现代企事业管理中发挥越来越重要的作用，计算机网络是信息社会的重要技术基础。
4、智能化
计算机智能化是指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，即使计算机成为智能计算机。这也是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等等。目前，已研制出多种具有人的部分智能的“机器人”，可以代替人在一些危险的工作岗位上工作。
5、多媒体化
多媒体技术是当前计算机领域中最引人注目的高新技术之一。多媒体计算机就是利用计算机技术、通讯技术和大众传播技术，来综合处理多种媒体信息的计算机，这些信息包括文本、声音、图形、视频图像、动画等。多媒体技术使多种信息建立了有机的联系，集成为一个系统，并具有交互性。多媒体计算机将真正改善人机界面，使计算机朝着人类接受和处理信息的最自然的方向发展。
1.1.7 我国的“三金”工程
自1993年以来，各国都掀起了一场建设“信息高速公路”的热潮，全球化的计算机互联网络成为大热所趋。为了加速我国的信息化建设，我国政府制订并开始实施了规模空前的国家经济信息网，即“金字”工程（包括“金桥”、“金关”、“金卡”、“金税”、“金宏”、“金智”、“金卫”、“金农”等），首批先启动“金桥”、“金关”、和“金卡”工程，也就是我们常说的“三金”工程，这是一项跨地区、跨部门、跨行业、跨世纪的系统工程。
1、金桥工程
“金桥工程”是国家公用经济信息通信网络工程。其目标是建立一个覆盖全国并与国务院各部委专用网连接的国家公用经济信息网。它以光纤、卫星、微波、程控无线移动等多种方式形成空、地一体的网络结构，可以传输图像、数据、语音、文字，提供各种增值服务，如电子邮件、电子数据交换、可视图文、电视会议以及分布式数据库联机业务等。
“金桥”网的建成将为“金关”、“金卡”工程及各部门建立信息业务提供一个技术先进、经济合理的公用信息通道。
2、金关工程
“金关工程”是对海关、外贸、外汇管理和税务等部门的业务专用网络实行计算机联网，推广电子数据交换技术（EDI），实行通关自动化和无纸贸易的信息管理工程。目前，国家主要商业银行和保险公司、外汇管理总局等金融体系都具备了各自正在完善中的计算机网络，各行业将用统一的标准进行贸易的电子数据交换。
3、金卡工程
“金卡”工程是指电子货币网络系统工程。它是以计算机、通信、金融与商业专用电脑等现代科技为基础，以各种金融交易卡（信用卡、现金卡）为介质，通过电子信息转帐形式实现的一种货币流通方式。它的核心内容是：建立全国统一的金融交易卡发行体系的信用卡和现金卡两个信息服务中心;建立全国统一的金卡专用网，推行两种统一标准的信用卡和现金卡。结合我国国情，从防伪及技术发展考虑，以IC智能卡为主，以磁卡为过渡。“金卡”系统业务的开展由金融网、金桥网和邮电数据网互为备用来提供良好的网络通信环境。
“三金”工程拉开了我国经济信息化建设的序幕，目前，我国已经建成了22条光缆干线、20条数据微波干线和20个大中型卫星地面站，中国公用分组交换数据网已于1993年9月开通，中国公用数字数据网于1994年9月开通，1995年6月中国公用计算机互联网开通。我国的信息化建设已步入一个高速发展的全新时代。
数据在计算机中的存储
数据是计算机处理的对象。具有数值大小和正负特征的数据，称为数值数据;而对于像文字、图形、声音之类的并无数值大小和正负特征的信息，称为非数值数据。两者在计算机内部都是以二进制形式表示和存储的。
1.2.1 数制
在计算机科学中，不同情况下允许采用不同数制表示数据。所谓数制，即进位计数制，是人们利用符号来计数的方法。在计算机内用二进制数码表示各种数据，但是在输入、显示或打印输出时，不能用二进制数，因为人们不熟悉，人们习惯于用十进制计数。在计算机程序编写中，还采用八进制和十六进制，这样就存在着同一个数可用不同的数制表示及它们相互之间转换的问题。
在介绍各种数制之前，首先介绍数制中的几个名词术语。
（1）数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值，这些数字符号称为“数码”。
（2）基（或基数）：某数制所使用的数码个数称为“基（或基数）”。如十进制的数码为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，其基为10。
（3）权：某数制每一位所具有的值称为“权”。例如：十进制数9999可以写成：9×103+9×102+9×101+9×100，个位数上9的权值为100，十位数上9的权值为101，百位数上的9的权值为102，千位数上的9的权值为103。
1、常用的进位计数制
（1）十进制（Decimal System）
十进制数是人们最熟悉的一种进位计数制，它是由0，1，2，…，9十个数码组成，即基数为10。十进制的特点为：逢十进一，借一当十。一个十进制数各位的权是以10为底的幂。同一个数码在不同的位置代表着不同的值。例如：2002.95，它可以写成：2002.95=2×103+0×102+0×101+2×100+9×10-1+5×10-2，这样，一个任意十进制数可以表示为：an×10n+an-1×10n-1+…+a1×101+a0×100+a-1×10-1+…+a-m×10-m。
（2）二进制（Binary System）
由0、1两个数码组成，即基数为2。二进制的特点为：逢二进一、借一当二。一个二进制数各位的权是以2为底的幂。一个任意二进制数可以表示为：an×2n+an-1×2n-1+…+a1×21+a0×20+a-1×2-1+…+a-m×2-m。
（3）八进制（Octal System）
由0、1、2、3、4、5、6、7八个数码组成，即基数为8。八进制的特点为：逢八进一、借一当八。一个八进制数各位的权是以8为底的幂。一个任意二进制数可以表示为：an×8n+an-1×8n-1+…+a1×81+a0×80+a-1×8-1+…+a-m×8-m。
（4）十六进制（Hexadecimal System）
由0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F十六个数码组成，即基数为16。十六进制的特点：逢十六进一、借一当十六。一个任意十六进制数anan-1an-2…a1a0a-1a-2…a-m可以表示为：an×16n+an-1×16n-1+…+a1×161+a0×160+a-1×16-1+…+a-m×16-m。
在书写时，有3种数制表示方法：
（1）在数字后面加上下标（2）、（8）、（10）、（16）。
（2）把一串数用括号括起来，再加这种数制的下标。
（3）用进位制的字母符号B（二进制）、O（八进制）、D（十进制）、H（十六进制）来表示。
例如：十六进制数12ABC可表示为12ABC(16)、（12ABC）16或12ABCH。
表1-1 几种常用进位计数制的比较
十进制
二进制
八进制
十六进制
0
0
0
0
1
1
1
1
2
10
2
2
3
11
3
3
4
100
4
4
5
101
5
5
6
110
6
6
7
111
7
7
8
1000
10
8
9
1001
11
9
10
1010
12
A
11
1011
13
B
12
1100
14
C
13
1101
15
D
14
1110
16
E
15
1111
17
F
16
10000
20
10
2、数制的转换
各种进位计数制可统一表示为下式：
R——某种进位计数制的基数。
i——位序号。
Ki——第i位上的一个数字符，0～R–1中的任何一个数码。
Ri——表示第i位上的权。
-m、n——最低位和最高位的位序号。
用上式可将任何一个二进制数、八进制数、十六进制数直接转化为十进制数，这叫做按权展开法。
例如：
（1101）2=1×23+1×22+0×21+1×20=13
（1101）8 =1×83+1×82+0×81+1×80=577
（1101）16=1×163+1×162+0×161+1×160=4353
（1）十进制数转化为二进制数
整数部分除以2取余法，即逐次除以2，直至商为0，得出的余数即为二进制各位的数码。
小数部分乘以2取整法，即逐次乘以2，从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码。
例如：十进制数100.625 转化为二进制数。
整数部分：2
100
2
50
0……a0
2
25
0……a1
2
12
1……a2
2
6
0……a3
2
3
0……a4
2
1
1……a5
0
1……a6
所以，100D=1100100B。
检验：1×26+1×25+0×24+0×23+1×22+0×21+0×20=64+32+4=100
小数部分：0.625×2=1.250 ……1→a-1
0.25×2=0.5 ……0→a-2
0.5×2=1 ……1→a-3
检验：0.101B=1×2-1+0×2-2+1×2-3=0.5+0+0.125=0.625D
所以（100.625）10 =（1100100.101）2
还有一种简便方法：
先写出各位的权分别为：
1
1
0
0
1
0
0
128
64
32
16
8
4
2
1
整数部分100，在64的位置上放1，32的位置上放1，64+32=96，因为96+16>100，所以16的位置上放0，96+8>100，同样，8的位置上放0，96+4=100（刚好相符），故4的位置放1，其余位置放0。用这种算法速度较快，而且算好后不必再检验。
小数部分各位的权：
1
0
1
0.5
0.25
0.125
…
用同样方法可算出101三位数。
（2）二进制与八进制数的相互转换
二进制数转换成八进制数的方法是：将二进制数从小数点开始分别向左（对二进制整数部分）或向右（对二进制小数部分）每3位分成一组，不足三位的分别向高位或低位补0凑成三位。每一组有3位二进制数，分别转换成八进制数码中的一个数字，全部连接起来即可。
例：把二进制数1100100.101转化为八进制数。
001
100
100.
101
1
4
4.
5
所以1100100.101=（144.5）8
反过来，将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进制数转换成相应的3位二进制数，依次连接起来即可。
（2）二进制与十六进制的相互转换
二进制数与十六进制数的相互转换方法和二进制数与八进制数的转换方法相类似。二进制数转换成十六进制数，只要把3位分成一组改为4位分成一组，再分别转换成十六进制数码中的一个数字，全部连接起来即可。反之，十六进制数转换成二进制数，只要将每一位十六进制数转换成4位二进制数，依次连接起来即可。
例如：1100100.101=0110，0100.1010=64.AH
其他数制之间的转换可以通过二进制数作为中间桥梁，先转化为二进制数，再转化为其它进制数。
3、二进制的运算规则
在计算机中，采用二进制数可实现各种算术运算和逻辑运算。
（1）算术运算规则
加法规则：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10（向高位有进位）
减法规则：0-0=0；10-1=1（向高位借位）；1-0=1；1-1=0
乘法规则：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1
除法规则：0/1=0；1/1=1
（2）逻辑运算规则
逻辑与运算（AND）：0∧0=0；0∧1=0；1∧0=0；1∧1=1
逻辑或运算（OR）：0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1
逻辑非运算（NOT）： ；
逻辑异或运算（XOR）：0⊕0=0；0⊕1=1；1⊕0=1；1⊕1=0
逻辑异或运算即实现按位加的功能，只有当两个逻辑值不相同时，结果才为1。
1.2.2 数据单位
数值有大小，不同大小的数将占用不同的二进制位，还得附加一位表示数的正负特征。为了便于表示不同大小的数，引入数据单位概念。
1、位（bit）
位，简记为b，音译为“比特”，是计算机存储数据的最小单位。一个二进制位只能表示0或1，要想表示更大的数，就得把更多的位组合起来，每增加一位，所能表示的数就增大一倍。
2、字节（Byte）
字节来自英文Byte，简记为B，音译为“拜特”。规定1B=8bit。字节是存储信息的基本单位。微型机存储器是由一个个存储单元构成的，每个存储单元的大小就是一个字节。为了便于找到每个存储单元，计算机对每个存储单元进行了编号，这种编号称之为地址（Address）。图1-1给出了存储单元的地址和存储内容的示意图。
地址：
0000000000
01011011
0000000001
10110111
0000000010
01100000
……
……
11111111110
10001010
11111111111
01010011
图1-1 存储单元的地址和存储内容的示意图
这样，我们就可以按照地址来寻找存储单元，并存取其中的内容。图1.1中所示的地址码由10位二进制数组成，共可表示210=1024个地址，若每个地址存储一个字节，则此内存储器有1KB的存储容量，或者说，10位地址码可寻址1KB的存储空间。以Intel8086/8088微处理器为核心的PC机或PC/XT微机，共有20根地址线，即地址码由20位二进制数组成，它可寻址的存储空间是220=1024×1024=1MB。
286微机的地址线有24根，它可寻址的存储空间是224=220×24=1MB×16=16MB。
386、486微机的地址线有32根，它可寻址的存储空间是232=210×210×210×22=4GB。
由于微型机存储器以字节为单位编址，所以存储器容量大小也以字节数来度量。经常使用四种度量单位，即KB、MB、GB和TB，其大小分别为：
1KB=210B=1024B
1MB=210×210 B =1024KB=1024×1024B=1048576B
1GB=210×210×210 B =1024MB=1024×1024×1024B=1073741824B
1TB=210×210×210×210 B =1024GB=1024×1024×1024×1024B=1099511627776B
3、字（Word）
计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据称为字。一个字通常由一个字节或若干个字节组成。由于字长是计算机一次所能处理的实际位数长度，所以字长是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越长，精度越高。不同微处理器字长是不同的，常见的微处理器字长有8位、16位、32位和64位等。
1.2.3字符的表示方法
除了数值数据，人们还需要用计算机处理汉字、英文字母、标点符号、数字等非数值数据，这类数据称为字符（也叫符号数据）。但计算机能够处理的只是二进制数，这就需要用二进制的0和1按照一定的规则对各种字符进行编码。通过键盘输入的字符通过编码规则自动转换成二进制代码进行处理。例如，在键盘上输入英文字母“A”，计算机实际保存的是“A”的编码01000001，它已不再代表数值量，而是一个字符信息。计算机系统中用特定规则表示中文或西文字符的数字代码称为机内码。
1、ASCII码
表1-2 ASCII码字符编码表
高3位
低4位
000b(0h)
001b(1h)
010b(2h)
011b(3h)
100b(4h)
101b(5h)
110b(6h)
111b(7h)
0000b(0h)
NUL
0
DC0
16
SP
32
0
48
@
64
P
80
`
96
p
112
0001b(1h)
SOH
1
DC1
17
!
33
1
49
A
65
Q
81
a
97
q
113
0010b(2h)
STX
2
DC2
18
"
34
2
50
B
66
R
82
b
98
r
114
0011b(3h)
ETX
3
DC3
19
#
35
3
51
C
67
S
83
c
99
s
115
0100b(4h)
EOT
4
DC4
20
$
36
4
52
D
68
T
84
d
100
t
116
0101b(5h)
ENQ
5
NAK
21
%
37
5
53
E
69
U
85
e
101
u
117
0110b(6h)
ACK
6
SYN
22
&
38
6
54
F
70
V
86
f
102
v
118
0111b(7h)
BEL
7
ETB
23
'
39
7
55
G
71
W
87
g
103
w
119
1000b(8h)
BS
8
CAN
24
（
40
8
56
H
72
X
88
h
104
x
120
1001b(9h)
HT
9
EM
25
）
41
9
57
I
73
Y
89
i
105
y
121
1010b(Ah)
LF
10
SUB
26
*
42
：
58
J
74
Z
90
j
106
z
122
1011b(Bh)
VT
11
ESC
27
+
43
;
59
K
75
[
91
k
107
{
123
1100b(Ch)
FF
12
FS
28
,
44
<
60
L
76
\
92
l
108
|
124
1101b(Dh)
CR
13
GS
29
-
45
=
61
M
77
]
93
m
109
}
125
1110b(Eh)
SO
14
RS
30
.
46
>
62
N
78
^
94
n
110
~
126
1111b(Fh)
SI
15
US
31
/
47
63
O
79
_
95
o
111
DEL
127
ASCII码是一种西文机内码，它是American Standard Code for Information Interchange的缩写（美国标准信息交换代码），已被国际标准化组织ISO采纳，作为国际通用的信息交换标准代码。ASCII码有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码，8位ASCII码称为扩展ASCII码。7位标准ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，因此表示范围为00000000B～01111111B（0～127），一共128种组合，分别表示128个不同字符。其中包括：数字0～9、26个大写英文字母、26个小写英文字母，以及各种标点符号、运算符号和控制命令符号等。ASCII码字符0，1，…9，A，B，…，Z，…，a，b，…，z由小到大按顺序递增，“A”的ASCII码十进制数为65，B的ASCII码为66，小写字母“a”的ASCII码为97，同一个字母的ASCII码值小写字母比大写字母大32。编程中常用的特殊符号有0（空值）、7（响铃）、13（回车）、32（空格）等。表1-2所示为7位标准ASCII码字符表。
2、汉字编码
输入码
交换码
机内码
字形码
汉字的数量庞大，常用汉字也有数千个之多，因此使用计算机处理汉字要比处理西文字符更复杂。通过键盘输入汉字需要使用由西文字符组成的输入码；输入码需要转换为由数字组成的交换码；交换码需要转换为机内码才能在计算机中存储、处理而不会与西文编码冲突；输出汉字时还要再把机内码转换为字形码送到显示器显示或打印机打印输出。如图1-2所示。
图1-2 计算机汉字处理原理图
（1）汉字输入码
汉字输入方法有键盘、手写、语音、扫描等许多种，但键盘输入法仍是目前最主要的汉字输入方法。键盘输入方法很多，分为数字码（如区位）、拼音码（如全拼和智能ABC）、拼形码（如五笔字型）、混合码（如音形码）等四大类。不同输入法有自己的编码方案，不同输入法所采用的汉字编码统称为输入码。例如：“计算机”三个字的五笔字型编码为“ytsm”，而智能ABC的编码可以为“jsj”。计算机中安装的输入法软件可以根据输入法相应的编码规则，将键盘输入的字母组合转换成机内码。
（2）汉字交换码
由于汉字数量极多，一般用连续的两个字节（16个二进制位）来表示一个汉字。1980年，我国颁布了第一个汉字编码字符集标准，即GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集基本集》，该标准编码简称国标码，是我国大陆地区及新加坡等海外华语区通用的汉字交换码。GB2312-80收录了6763个汉字，以及682个英、俄、日文字母、其他符号等，共7445个字符，奠定了中文信息处理的基础。与ASCII码对应，该标准规定两个字节最高位均为0。例如“嘉”的汉字编码为(3C4E)16，分别保存在两个计算机内存单元中，值为(3C)16和(4E)16，它们合起来表示“嘉”字。但这会与码值为(3C)16和(4E)16的两个ASCII字符“<”和“N”混淆。每个字节的最高位均为1，以和ASCII码相区别，这样最多能表示27×27=16384个汉字。
为了能区分汉字与ASCII码，在计算机内部表示汉字时把交换码（国标码）两个字节最高位改为1，称为“机内码”。这样，当某字节的最高位是1时，必须和下一个最高位同样为1的字节合起来，代表一个汉字;而某字节的最高位是0时，就代表一个ASCII码字符。
（3）汉字字形码
汉字字形码记录汉字的外形，用于显示和打印，是汉字的输出形式。记录汉字字形有两种方法：点阵法和矢量法，分别对应两种字形编码：点阵码和矢量码。
点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵，常用的点阵有16×16、24×24、32×32或更高。16×16点阵方式是最基础的汉字点阵，一个16×16点阵的汉字要占用32个字节，24×24点阵的汉字要占用72个字节……。可见汉字字形点阵的信息量很大，占用的存储空间也非常大。
如图1-3所示，给出了“嘉”字的16×16点阵字模。
图1-3 “嘉”字的16×16点阵字模
矢量码使用一组数学矢量来记录汉字的外形轮廓，矢量码记录的字体称为矢量字体或轮廓字体。这种字体能很容易地放大缩小而不会出现锯齿状边缘，屏幕上看到的字形和打印输出的效果完全一致。
所有的不同字体、字号的汉字字形构成汉字库。汉字库早期固化在芯片中（称为“汉卡”），现在一般是以多个字库文件的形式存储在硬盘上，当要显示输出时才去检索读取欲输出的字形。在DOS时代，文字的显示和打印一般都使用点阵字体；在Windows98中，则普遍使用轮廓字体（称为True Type字体）。中文Windows98提供宋体、黑体、楷体、仿宋体四种True Type字体的汉字库文件。
（3）汉字编码标准的最新发展
随着国际间的交流合作的扩大，因特网技术的发展，中文信息处理不再仅仅局限于一般普通文章的编辑，邮政、户政、金融、地理信息系统、汉字研究、古籍整理等各领域对字符集提出了多文种、大字量、多用途的要求，6763个汉字明显的不够用了。为满足应用的需要，就必须对原来的基本汉字集进行扩充。
1993年国家制定了GB13000.1-1993。该标准采用了全新的多语种编码体系，收录了中、日、韩三国的20902个汉字，称为CJK（Chinese-Japanese-Korean）汉字集，是编码体系未来发展的方向。由于其新的编码体系与现有多数操作系统和外部设备不兼容，所以它的实现仍需要有一个过程，目前还不能完全解决我国当前应用的迫切需要。
考虑到GB13000的完全实现有待时日，以及GB2312编码体系的延续性和现有资源和系统的有效利用与过渡，1995年，全国信息技术标准化技术委员会制定和发布了《汉字扩展规范GBK 1.0》。这是一个技术规范指导性文件，共收录了21886 个简体、繁体汉字和其他符号，并在Windows 95/98 /NT/2000系统中广泛应用。
2000年3月17日，信息产业部和原国家质量技术监督局联合发布了GB 18030-2000《信息技术信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充》。这是一个在GB2312的基础上进行扩充，并且在字汇上与GB13000.1兼容的方案。 GB18030是国家标准，在技术上是GBK的超集，并与其兼容，因此，GBK将结束其历史使命。
GB18030采用单字节、双字节和四字节三种方式对字符进行编码。双字节部分收录内容主要包括GB13000.1全部CJK汉字20902个、有关标点符号、表意文字描述符13个、增补的汉字和部首/构件80个、双字节编码的欧元符号等。四字节部分收录了上述双字节字符之外的，包括CJK统一汉字扩充A在内的GB13000.1中的全部字符。
GB18030编码空间约为160万码位，目前已编码的字符约2.6万。随着我国汉字整理和编码研究工作的不断深入，GB18030所收录的字符还将在新版本中继续增加。
计算机硬件基础
1.3.1 计算机硬件系统组成原理
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。计算机的硬件系统一般指用电子器件和机电装置组成的计算机实体。计算机硬件由输入设备、运算器、控制器、存储器、输出设备五大部分组成。图1-4表示了构成计算机硬件系统的五大组成部分之间的框图。
图1-4 硬件系统五大组成部分框图
下面分别介绍组成计算机的各个部件及功能。
1、输入设备
输入设备的功能是把原始数据和处理这些数据的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中。常用的输入设备有：鼠标器、键盘、扫描仪、数字化仪、摄像机、条形码阅读器、数码相机、传真机、A/D 转换器等。从信息的输入输出角度来说，磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备，又可以看作输出设备。
2、运算器
运算器是计算机中对信息进行加工、运算的部件，它的速度决定了计算机的运算速度。运算器的功能是对二进制编码进行算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非、移位等）。参加运算的数（称为操作数）由控制器指示从存储器或寄存器中取出到运算器。
运算器由算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、寄存器和一些控制门等组成。算术逻辑运算单元通过算术运算或逻辑运算选择来进行算术逻辑运算。寄存器用来提供参与运算的操作数，并存放运算的结果。哪些数参与运算，由输入控制门的条件决定。
3、控制器
控制器是计算机的核心部件，它的功能是指示程序的执行过程，即决定在什么时间根据什么条件做什么事情。
控制器从存储器中顺序取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各个部件发出相应的命令，使指令规定的操作得以执行。它一方面向各个部件发出执行指令的命令，另一方面又接收执行部件向控制器发回的有关指令执行情况的反馈信息，控制器根据这些信息来决定下一步发出哪些操作命令。因此，控制器是指挥和控制计算机各个部件进行工作的“神经中枢”。控制器由指令寄存器、指令译码器、指令计数器以及其他的一些电路组成。
4、存储器
存储器是计算机中用于记忆的部件，它的功能是存储程序和数据。存储器分为两大类：内存储器和外存储器，简称内存和外存。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。主存是存取速度快而容量相对较小的一类存储器；辅存是存取速度较慢而容量相对较大的一类存储器。
内存是CPU可直接访问的存储器，是计算机中的工作存储器，即当前正在运行的程序与数据都必须存放在主存中。计算机工作时，所执行的指令及操作数都是从主存中取出的，处理的结果也放在主存中。
外存是主机的外部设备，用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序，存取允许速度较慢。一旦需要，可成批地与内存交换信息。它是主存储器的后备和补充。
内存通常由两种半导体存储芯片——随机存取存取器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）组成。RAM中的信息可随机地读出或写入，用来存放用户输入的程序和数据，但在断电后，RAM中的信息也随之丢失。ROM中的信息只能读出而不能写入，断电后，ROM中原有内容保持不变。在计算机重新接通电源后，ROM中的内容仍可被读出。因此，ROM常用来存放一些固定的程序或信息，如自检程序、字库等。外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，在脱机情况下可以永久地保存信息。
外存按存储介质分为磁表面存储器和光存储器。现在人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。磁盘可分为硬盘和软盘。目前，新型的信息存储装置光盘存储器也已经在微机上广泛使用。
存储器分类如图1-5所示。
图1-5 存储器分类图
5、输出设备
输出设备是指从计算机中输出人可直接识别的信息的设备。它的功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息，转换成人们习惯接受的信息形式（如字符、图形、声音等），然后将其输出。
输出设备的功能是用来输出计算机的处理结果。最常用的输出设备是显示器和打印机，还有绘图仪、X-Y记录仪、各种数模转换器（D/A）等。
1.3.2 常用计算机硬件设备介绍
从原理上说，计算机系统有五大组成部分，实现这五部分功能的电子器件又可分为主机和外部设备。主机由中央处理器CPU和内存储器组成；外部设备包括外存储器、输入设备和输出设备。计算机硬件系统的组成见图1-6。
图1-6 计算机硬件系统设备组成
1、主机
主机由中央处理器CPU（Central Processing Unit，又称中央处理单元）和内存储器组成。
CPU是将运算器、控制器、高速内部缓存集成在一块芯片上，是计算机最重要的核心部件。目前微机上使用的是Intel公司的x86系列处理器、包括486、Pentium、Pentium II、Pentium III、Pentium 4等，x86系列已成为微机处理器的工业标准。其他厂商（如AMD公司）生产的处理器如K6、K7、Duron、Athlon等的结构与指令集均与其兼容。
内存储器由只读存储器（ROM）和可读写的随机存储器（RAM）组成。
CPU、内存及其他扩展功能芯片如显示芯片等都是以插卡的形式安装在主板上的。主板又称主机板，是一块带有各种插口的大型印刷电路板（PCB），集成有电源接口、控制信号传输线路（称为控制总线）和数据传输线路（称为数据总线）以及相关控制芯片等，它将主机的各个部分有机地组合起来。
2、输入设备
（1）鼠标器
鼠标器（Mouse）简称鼠标，最先应用于Apple公司图形操作系统的Mac机，当时的鼠标只有一个按键（直到现在Apple公司最新推出的iMac还配备单键鼠标）。随着Windows的盛行，使鼠标逐渐超越键盘成为使用率第一的基本输入设备。它将频繁的击键动作转换成为简单的移动、点击。鼠标彻底改变了人们在PC上的工作方式，从而成为微机必备的输入设备。市场上鼠标有光电与机械、有线和无线、普通与人体工程学之分。鼠标按照按键的数目，可分为两键鼠标、三键鼠标及滚轮鼠标等。按照鼠标接口类型，可分为PS/2接口的鼠标、串行接口的鼠标、USB接口的鼠标。鼠标按其工作原理，可分为机械式鼠标、光电式鼠标、无线遥控式鼠标等。
（2）键盘
键盘（Keyboard）是向计算机发布命令和输入数据的重要输入设备。在微机中，它是必备的标准输入设备。在DOS时代键盘几乎可以完成所有的操作，即使在Windows下，键盘也还是不可取代的文字输入设备。因此，如果没有键盘或键盘系统，将无法使用微机，从这个意义上来讲，键盘系统起着相当重要的作用。按键盘开关接触方式分为机械式键盘和电容式键盘。早期的键盘是机械式的，现在几乎已被电容式所代替，它的特点是击键声音小，手感较好，寿命较长。
早期的键盘共有83个键，类似于英文打字机。后来不断增加新的控制键，逐渐发展为标准的101键PC键盘。再后来微软定义了Windows 95加速键盘，将键盘上的键增加到了104个键。现在市场销售的大多是104键盘，有些厂商还增加了一些特殊的功能键，比如上网键、关机键等等，这些特殊键需要专门的驱动程序才能起作用。键盘上一般有3个指示灯，用来提示键盘目前的状态。
早期的键盘接口是AT键盘口，它是一个较大的圆形接口，俗称“大口”。后来ATX接口的微机改用PS/2作为鼠标专用接口的同时也提供了一个键盘的专用PS/2接口，俗称“小口”，所以按键盘的接口分类主要分为老式的AT接口和新式的PS/2接口。这里要注意的是，虽然键盘和鼠标都有相同的PS/2接口，但是不能互换。AT键盘插头和PS/2键盘插头可以通过一个转换接头转换，即AT到PS/2 或PS/2到AT。104键盘是目前使用最广泛的键盘，该键盘共有4个键区：功能键区、主键盘区、光标控制键区（编辑键区）和数字键区（小键盘区）。
（3）扫描仪
扫描仪（Scanner）是文字和图片输入的主要设备之一。依靠光学扫描机构和有关的软件，如：识别字符的OCRreader（全称Optical Character Recognition reader），识别图像的Image Processing System，把大量的文字或图片信息扫描到计算机中，以便对这些信息进行识别、编辑、显示和打印等处理。
根据扫描仪的形状可分为台式和手持式两种。90年代以来，扫描技术发展迅速，彩色扫描仪代替了黑白扫描仪。扫描仪的主要性能是分辨率（Resolution）和彩色位数。低档的分辨率约300dpi×600dpi，高档的分辨率约1000dpi×2000dpi，这里单位dpi表示每英寸点数。彩色位数有24位和32位等。在Pentium微机中，扫描仪可以直接使用并行端口与主机连接。
（4）数码相机
这是一种采用光电子技术摄取静止图像的照相机。数码相机（Digital Camera）摄取的光信号由电荷耦合器件（Charge Coupled Device，简称CCD）成像后变换成电信号，用软盘或快速RAM盘作为图像记录介质代替普通胶片，将其与计算机的串行通信端口连接，可把摄取的照片转储到计算机内以便进行照片编辑。
3、外存储器
（1）硬盘
硬盘由质地较硬的涂有磁性材料的铝合金圆盘组成，每个硬盘都由若干个磁性圆盘组成。与软盘相比，硬盘具有速度快、容量大、可靠性高，几乎不存在磨损问题的特点。由于硬盘密封在金属盒中，防潮、防腐、防霉、防尘性能好，如果使用得当，硬盘上的数据可保存数年之久。
目前市场上的硬盘除个别5.25英寸结构外，其他绝大多数都为3.5英寸产品，各种硬盘的结构都是相似的。硬盘产品除了昆腾、希捷、IBM、迈拓、西部数据五大品牌外，还有如三星、富士通这些OEM硬盘品牌，另外长城科技股份有限公司也已经开始生产销售中国自主生产的高容量高速硬盘。
硬盘由多个盘片组成，盘片的每一面都有一个读、写磁头，每个盘面划分为磁道和扇区。硬盘容量的计算公式是：硬盘容量=磁头数×柱面数×每柱面扇区数×每扇区字节数。
（2）软盘
软磁盘存储器简称软盘，是微机系统中重要的组成部分。软盘是一种涂有磁性物质的聚脂塑料薄膜圆盘。常用的软盘其直径为3.5英寸，容量为1.44MB。信息在磁盘上按磁道和扇区来存储。磁道就是以盘片中心为圆心的同心圆，每一圆周为一个磁道，由外向内编号。每个磁道被划分成若干个相等的区域，称为扇区，每个扇区的容量通常为512B。
软盘存储容量的计算公式如下：
软盘容量=面数×每面磁道数×每磁道扇区数×每扇区记录的字节数。
例如：3.5英寸的软盘有80个磁道，每道18个扇区，每个扇区512B。
软盘容量=2×80×18×512B=1.44MB
各种软盘记录信息的参数，如表1-3所示：
表1-3 各种软盘的参数
尺寸
面数
磁道数
扇区数
容量
5.25英寸
2
40
9
360KB
5.25英寸
2
80
15
1.2MB
3.5英寸
2
80
18
1.44MB
软盘上有写保护缺口，当写保护口处于保护状态（即写保护口打开）时，只能读取盘中信息，而不能写入，用于防止擦除或重写数据，也能防止病毒侵入。
现在软盘虽已成为价格便宜、易于购买的商品，但在日常使用中仍需注意对软盘的保护，因为损坏即造成存储信息的丢失。平时应避免用手触摸读写孔处暴露的磁表面，以免沾污和划伤盘片。忌重压或弯曲，不能放在高温、潮湿、强磁、震动的地方，也不要用硬笔在封套上刻划。因此标签要写好再贴，软盘应装在盒内携带。当软盘在驱动器中正在进行读写时千万不要作插、拔操作，以免损坏软盘及驱动器。
（3）磁带存储器
磁带存储器也是利用磁性材料存储信息的原理所制成的一种外存储器，只不过它是将磁性材料涂在一条长长的带子上而已。
磁带存储器只能顺序存取信息，等待时间长，存取速度慢，但由于容量大、价格便宜、性能可靠，在早期曾是一个重要的外存储器。随着软盘、硬盘存储技术的不断发展，磁带存储器的重要性已经降低。目前，它主要作为备份文件和档案的后备存储器。
（4）光盘存储器
光盘存储器是利用激光技术存储信息的装置。目前用于计算机系统的光盘可分为：固定型光盘、追记型光盘和可改写型光盘。
① 固定型光盘
固定型光盘又叫只读光盘，它把需要的信息事先制作到光盘上，用户不能抹除，也不能再写入，只能读取盘中的信息。现在奔腾机上广泛使用的CD-ROM光盘（Compact Disc-Read Only Memory）就是此类。
微机上用的CD-ROM光盘驱动器有一个数据传输速率指标，称为倍速。一倍速CD-ROM的数据传输率是150KB/s，24倍速CD-ROM的数据传输率是24×150KB/s=3.6MB/s。目前常用的是48或52倍速的光驱。
② 追记型光盘
追记型光盘又叫只写一次式光盘，它可由用户将所需要的信息写入光盘，但写过后不能擦除和修改，只能读出。这种光盘主要供用户作为信息存档和备份一个大型系统之用。CD-R（CD-Recordable）、WORM（Write Once Read Many）就属此类光盘.
③ 可改写型光盘
可改写型光盘也叫可擦写型光盘，用户可以自己写入信息，也可对写入的信息进行擦除和改写。就像使用软盘、硬盘一样，能反复使用。它有三种类型：磁光型、相变型、染料聚合物型。目前计算机系统用的是磁光型（Magneto Optic Disc）可改写光盘，简称MO。MO磁光盘可以反复使用一万次以上，可保存50年以上，但一次性投资高，速度较慢。MO驱动器和盘片有两种规格，3.5英寸和5英寸，采用SCSI接口。3.5英寸的容量有128MB、230MB、540MB、640MB，5英寸的容量有1.3GB、2.6GB、3.2GB等。
（5）U盘（优盘）
随着信息技术的不断发展，几十MB甚至几百MB的信息交换已经成为日常工作中的家常便饭，而传统使用的1.44MB软盘就显得无能为力了。因此，近年来出现了容量更大的U盘。
U盘是采用一种闪速存储器（Flash Memory）作为存储媒介，无需物理驱动器仅通过USB接口和主机相连，就可以像使用软、硬盘一样读写文件。U盘工作时无需额外电源，支持热插拔，具有写保护功能。U盘速度比软盘高得多（15倍以上），容量比软盘大得多（现常见为16MB～1GB），可靠性和使用寿命也远远高于软盘。在主板支持USB启动的主机中，U盘实现启动功能，在一定程度上可以说U盘使软驱彻底失去了存在的价值。
有些U盘将存储空间划分为公共磁盘区和加密磁盘区。通过预先烧录在U盘芯片中的加密程序，可实现对U盘加密区的信息加密，只有在正确输入密码之后，才能浏览U盘加密区文件。U盘的出现，大大方便了计算机之间的信息交换。
4、输出设备
下面简单介绍几种常用的输出设备：
（1）显示器
显示器又称为监视器（Monitor）。显示器是微型机最基本的，也是必备的输出设备。
显示器的种类很多，按所采用的显示器件分类，有阴极射线管（Cathode Ray Tube，简称CRT）显示器、液晶显示器（Liquid Crystal Display，简称LCD）、等离子显示器等。目前微型计算机系统所配备的显示器大多是CRT显示器。液晶显示器和等离子显示器是平板式的，它们的特点是体积小，功耗少，是很有发展前途的新型显示器件，主要用于笔记本型的计算机上。
按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。
按显示的功能分类，有普通显示器和显示终端两大类。显示器和显示终端是两个不同的概念。显示器的功能简单，只作为计算机系统的输出设备，它的控制电路和存储逻辑都在主机箱的接口板中，目前个人计算机系统使用的就是这种结构。显示终端是由显示器和键盘组成的一套独立完整的输入/输出设备，它可以通过标准通信接口接到远离主机的地方使用，其结构也比显示器复杂得多。显示系统包括显示器和显示适配器（又称显示卡），它的性能由这两部分的性能决定。
显示器的主要技术指标有：
① 显像管
显示器之间最大的差别在于显示器所采用的显像管的差别，在相同的可视面积下，显像管的品质是决定显示器性能是否优越的最关键因素。CRT显示器按屏幕表面曲度，可以分为球面、平面直角、柱面、完全平面4种。
② 屏幕尺寸
屏幕尺寸指显示器屏幕对角线的长度，单位为英寸（1英寸=2.54cm），如14英寸、15英寸、17英寸、19英寸、21英寸等。
14英寸的显示器算是最低档的了，一般也没有平面直角的。现在已逐渐趋于淘汰。15英寸和17英寸的显示器现在是市场的主流，价格适中。19英寸或更大英寸的显示器价格都相当高，一般作专业用途。
③ 点距（Dot Pitch）
点距是彩色显示器的一项重要技术指标，是指屏幕上相邻两个相同颜色的荧光点之间的最小距离。点距的单位是mm（毫米）。点距越小，意味着单位显示区域内可以显示更多的像点，显示的图像就越清晰细腻。现在多数彩色显示器的点距为0.28mm，以前显示器的点距还有0.39mm或0.31mm，高档显示器的点距只有0.26mm或0.25mm。柱面管的栅距目前都是0.25mm，完全平面显示器的点距为0.25mm、0.24mm甚至更小。当然，点距越小，价格也就越高。
④ 分辨率
定义显示器画面解析度的标准由每帧画面的像素决定，分辨率简单地说就是屏幕每行每列的像素数。作为性能指标之一的最大分辨率，则取决于显示器在水平和垂直方式上最多可以显示点的数目。分辨率（Resolution）以水平显示的像素个数×水平扫描线数表示，如1024×768指每帧图像由水平1024个像素、垂直768条扫描线组成。屏幕尺寸相同，点距越小，分辨率越高，行扫描频率越高，分辨率相应地也就越高。
显示器的分辨率受显示器的尺寸、显像管点距、电路特性等方面的影响。14英寸显示器的最大分辨率可达1024×768，15英寸显示器的分辨率可达1280×1024。分辨率同样也是影响显示器价格的重要因素。
⑤ 刷新频率
刷新频率：指屏幕的刷新速度，刷新频率低，图像的闪烁和抖动越严重，眼睛容易疲劳。刷新频率又分垂直刷新频率和水平刷新频率。垂直刷新频率又叫场频（Vertical Scanning Frequency），以Hz为单位，是画面的刷新次数，一般场频应在75Hz以上，低于60Hz，就会感觉屏幕有闪烁感，VESA国际视频专家协会1997年制定的无闪烁标准是85Hz。水平刷新频率又叫行频（Horizontal Scanning Frequency），是电子枪每秒种扫描过的水平线数目，单位是KHz。计算公式为：行频=垂直分辨率×场频×1.08。
⑥ 视频带宽
视频带宽指每秒钟电子枪扫描过的总像素数，等于“水平分辨率×垂直分辨率×场频（画面刷新次数）”。与行频相比，带宽更具有综合性，也更直接的反映显示器性能。但通过上述公式计算出的视频带宽只是理论值，在实际应用中，为了避免图像边缘的信号衰减，保持图像四周清晰，电子枪的扫描能力需要大于分辨率尺寸，水平方向通常要大25%，垂直方向要大8%。带宽对于选择一台显示器来说是很重要的一个指标。太小的带宽无法使显示器在高分辨率下有良好的表现。带宽以MHz为单位，带宽越大，表明显示控制能力越强，显示效果愈佳。目前这个指标对14英寸彩显不太重要，但对15英寸以上的显示器有严格的要求，15英寸一般要达到64MHz，17英寸的入门标准为75MHz。
⑦ 扫描方式
扫描方式：指显像管电子束的扫描方式，有逐行（Non-Interlace）和隔行（Interlace）两种。逐行扫描是从第一条扫描线开始，一条一条扫描线依次往下扫描;而隔行扫描是先扫描半数的扫描数，再扫描剩下的一半，如先扫描奇数行，再扫描偶数行，两次扫描的结果形成一幅完整的图像。由于隔行扫描闪烁严重，太伤眼睛，已经被市场淘汰。
（2）打印机
打印机是微机系统中常用的设备之一。打印机在微机系统中是可选件。利用打印机可以打印出各种资料、文书、图形、图像等。根据打印机的工作原理，可以将打印机分为三类：点阵打印机、喷墨打印机和激光打印机。
① 点阵打印机
点阵打印机又称针式打印机，是利用打印头内的点阵撞针，撞击打印色带，在打印纸上产生打印效果。针式打印机打印头上的钢针数是9针的，称为9针打印机;钢针数为24针的，称为24针打印机。比如EPSON FX-100是9针打印机，M2024、CR-3240、EPSON LQ-1600K、STAR等都是24针的打印机。
点阵打印机的特点：
u 价格便宜。点阵打印机的工作原理比较简单，所以价格也比较便宜，耗材（如色带）很容易买到，价格也比较低廉，这可以说是针式打印机的最大特点。
u 对纸张质量的要求较低。
u 可以用132列的宽行纸，并且可以连续走纸，适合于打印较宽的表格等。而一般的喷墨、激光打印机只能用页式纸，并且只能一张一张地打印。
u 可以利用压感纸或复写纸，一次打印多份，这是喷墨、激光打印机做不到的。
u 可以打印蜡纸，然后进行油印，这也是喷墨、激光打印机不可能做到的。
u 缺点是噪声大、速度慢、精度低，不适合打印图形，尤其是彩色图形。
② 喷墨打印机
喷墨打印机的打印头由几百个细小的喷墨口组成，当打印头横向移动时，喷墨口可以按一定的方式喷射出墨水，打到打印纸上，形成字符、图形等。常见的喷墨打印机有：HP Desk Jet plus、Canon BJ10e、 HP Paint Jet等。
喷墨打印机的特点：
u 喷墨打印机的价格适中，比激光打印机要便宜得多。近年来，随着喷墨头与墨水等制造技术的进步，喷墨打印机的价格已经大众化了，目前中低档喷墨打印机的价格已经低于点阵打印机。
u 打印质量接近激光打印机，比点阵打印机打印效果好。喷墨打印机的分辨率一般达300dpi以上，高档彩色喷墨打印机分辨率可达720dpi。高分辨率彩色喷墨打印机打印出来的图片已经逼近照片的分辨率。
u 打印速度比点阵打印机快许多。
u 使用起来噪声小。
u 与点阵打印机相比，体积小、重量轻。小型的喷墨打印机（如佳能BJ-10ex等）体积和一台便携式微机相当，甚至可以用蓄电池供电，随时随地都能使用。
u 耗材费用较高。这是喷墨打印机最大的缺点，而且墨水容易挥发。其消耗品如墨水或一次性喷墨头的成本比点阵打印机的色带要高得多。一个墨水盒的墨水很快就会用完，而更换一个墨水盒的费用不低，单单换装墨水又比较麻烦，并且不是每种打印机都可以重新装入墨水。
u 对纸张的要求较高。喷墨打印机无法使用连续式和自动复写式的打印纸，不能同时打印多份，只能一张一张地打印。并要求所使用的纸张表面非常光滑，最好也能厚一点。如果使用表面较粗糙或较薄的纸张，墨水打在上面，容易洇开，使字迹模糊，影响打印质量。
u 喷墨口不容易保养。
③ 激光打印机
激光打印机是一种高速度、高精度、低噪声的非击打式打印机。它是激光扫描技术与电子照相技术相结合的产物。激光打印机具有最高的打印质量和最快的打印速度，可以输出漂亮的文稿，也可以输出直接用于印制版的透明胶片。但其购置费用和消耗费用都比较高，因此一般多用于高档次的桌面印刷系统。常见的激光打印机有：HP Laser Jet系列、Canon LBP系列等。
激光打印机的特点：
u 打印效果最好，几乎达到印刷品的水平。这是其最大的优点。
u 打印速度最快，打印声音很小。激光打印机又称页式打印机，顾名思义，它一次就可以打印完一整张纸，速度慢者，每分钟可以印出两张，速度快者，每分钟则可打印出8张以上。
u 耗材多、价格较贵。激光打印机使用碳粉盒，一盒碳粉大约能够打印3000—5000页，重新购买一个碳粉盒或是更换盒里的碳粉，在价格上较为昂贵。
u 不能用复写纸同时打印多份，且对纸张的要求高。
（3）绘图仪
绘图仪是一种输出图形的硬拷贝设备，绘图仪在绘图软件的支持下可绘制出复杂、精确的图形，是各种计算机辅助设计（CAD）不可缺少的工具。绘图仪的性能指标有绘图笔数、图纸尺寸、分辨率、接口形式及绘图语言等。
1.3.3 PC机的基本配置
在PC机市场上，有品牌机与兼容机（又称组装机、DIY电脑）两大阵营。品牌机是指有较大的生产规模、有自己的研发队伍、在大范围内有一定的影响力、在很大程度上能够满足顾客综合性需求的厂商生产的，整机具有特定品牌的PC机。而兼容机是指按照用户提出的配置要求，选择不同品牌的配件进行组装而成的PC机。品牌机的优势包括：易用性、整体设计科学合理、丰富的文档资料、完善的服务体系等，但价格较高且配备无法满足用户的特殊需要。而兼容机的优势包括价格实惠、配置灵活、易升级，但对用户的计算机水平有较高的要求。
品牌机和兼容机因为各自面向的对象不同，而拥有各自的市场。大部分企事业单位与少部分个人用户出于对系统兼容性、稳定性及售后服务方面的考虑，会选择品牌机；而大部分个人用户则出于系统价格、配置灵活性等方面的考虑，选择了兼容机。
不论是品牌机还是兼容机，其基本的配置都是一样的。表1-4提供了2006年暑期一款采用了主流配置，充分考虑性能价格比的兼容机配置。
表1-4 2006年6月华东市场某兼容机配置表
配件
产品名称
具体规格
价格（元）
CPU
AMD Athlon64 3000+
主频1800MHz/ FSB 800MHz/接口Socket 939/ L2缓存 512KB
640
主板
华硕 A8V-E-SE
芯片组VIA K8T890/插槽 Socket 939/FSB 1000MHz
720
声卡
主板内置
AC 97标准
/
内存
金士顿 DDR 512M
容量512MB/DDR/外频 400MHz
345
硬盘
Seagate 酷鱼 80G
转速7200RPM/缓存2MB/容量80G/五年保
380
显卡
七彩虹 1300 PRO-GD2 （256M）
芯片Radeon X1300/显存256 MB/核心频率550 MHz
700
显示器
三星 711N
尺寸17英寸/点距0.264mm/响应时间8ms/水平视角160度
1540
光驱
Sony 16X DVD
接口IDE / DVD速度16X/ CD速度40X
180
键盘鼠标
罗技光电高手套装
键盘接口PS2/光电鼠标接口USB
140
机箱电源
金和田 7606B
立式/电源结构ATX/
260
音箱
漫步者R211T
有源/音箱材质 木质/功率28W
100
网卡
D-link DFE-530TX
传输速率10/100Mbps/接口RJ45/支持网络唤醒
45
其它
/
价格合计
5050
1.3.4 指令和程序
输入计算机的信息一般有两类，一类称为数据，一类称为程序。我们知道，计算机是通过执行指令来处理各种信息的。
1、指令
指令是指示计算机如何工作的命令，它通常由一串二进制数码组成，这串二进制数码包括操作码和地址码两部分。操作码规定了操作的类型，即进行什么样的操作;地址码规定了要操作的数据（操作对象）存放在什么地址中，以及操作结果存放到哪个地址中去。因此，指令就是由操作码和地址码组成的一串二进制数码。比如，下面一串二进制数是一条某小型机的加法指令（指令字长16位）：0110000010000001。为了清楚起见，我们用八进制数表示为060201，即 0 110 000 010 000 001，这里，八进制数06（二进制数0110）是操作码，它表示加法操作；八进制数0201（二进制数000010000001）是地址码，有两个操作数地址：源操作数地址02，表示是2号寄存器中的数；目的操作数地址01，表示是1号寄存器。这条指令的含义是把2号寄存器中的数加上1号寄存器中的数。
2、程序
程序是由一系列指令组成的，它是为解决某一问题而设计的一系列排列有序的指令的集合。程序送入计算机，存放在存储器中，计算机按照程序，即按照为解决某一问题而设计的一系列排好顺序的指令进行工作。
3、存储程序和程序控制原理
计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制原理。存储程序和程序控制原理是美籍匈牙利科学家冯·诺依曼于1945年提出来的，故称为冯·诺依曼原理。虽然，现在的计算机已经发展到第四代，但仍遵循着这个原理。
存储程序和程序控制原理的要点是，为解决某个问题，需事先编制好程序，程序可以由高级语言的语句编写，也可以由机器指令组成，即程序是由一系列指令组成的。程序输入到计算机中，存储在内存储器中（存储原理），在运行时，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令（程序控制）。
4、计算机的工作过程
计算机系统的各个部件能够有条不紊地协调进行工作，都是在控制器的控制下完成的。计算机的工作过程可以归结为以下几步：
（1）控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存储器。
（2）在控制器指挥下，从存储器取出指令送入控制器。
（3）控制器分析指令，指挥运算器、存储器执行指令规定的操作。
（4）运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出。
（5）返回到第二步，继续取下一条指令，如此反复，直到程序结束。
计算机软件基础
计算机的软件系统包括系统软件和应用软件。计算机软件是在计算机硬件上运行的各种程序及有关文档资料的总称。系统软件一般由计算机厂商提供，应用软件是为解决某一问题而由用户或软件公司开发的。计算机软件系统的组成见图1-7。
图1-7 计算机软件系统的组成
1.4.1 系统软件
系统软件是管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）、开发应用软件的软件。它主要包括操作系统、语言处理程序、程序设计语言、数据库管理系统、支撑服务软件等。
1、操作系统OS（Operating System）
操作系统是控制计算机系统并对其进行管理的一组程序，它是用户和计算机硬件系统之间的接口，为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。
操作系统的作用是管理计算机的所有软件和硬件资源，使计算机系统最大限度地发挥作用，为用户提供方便、有效、友善的服务界面。通常具有五个方面的功能：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。实际的操作系统是多种多样的，根据侧重面不同和设计思想不同，操作系统的结构和内容存在很大差别。根据操作系统使用环境和对作业处理方式的不同，操作系统一般可分为以下几种类型：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系统。目前计算机中使用的操作系统有DOS、OS/2、Unix、Linux、NetWare、Windows 95、Windows 98、Windows NT等。
2、程序设计语言
程序设计语言是用户编写应用程序使用的语言，是人与计算机之间交换信息的工具。一般分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。
（1）机器语言
机器语言是计算机系统唯一能识别的、不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言。机器语言中的每个语句（称为指令）都是二进制形式的指令代码，包括操作码和地址码两部分。机器语言通常随着计算机型号的不同而不同，每种型号的计算机所执行的全部指令的集合就是该计算机的指令系统。
用机器语言编写程序难度大、直观性差、容易出错，修改、调试也不方便，但执行速度最快。由于不同计算机的机器语言有所不同，所以机器语言的通用性和移植性差。
（2）汇编语言
汇编语言是将机器语言“符号化”的程序设计语言。在汇编语言中，用助记符号来表示机器语言的二进制代码。用汇编语言编写的程序（汇编语言源程序）必须翻译成机器语言程序（目标程序），计算机才能识别和执行。
汇编语言比机器语言直观，容易记忆和理解，用汇编语言编写的程序比机器语言程序易读、易检查、易修改。汇编语言与机器语言一般是一一对应的。不同计算机系统的汇编语言系统也不同，因而汇编语言程序通用性、可移植性也较差。
（3）高级语言
机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，一般称为低级语言。它们对机器的依赖性大，通用性差，要求程序的开发者必须熟悉计算机的硬件系统和了解每一细节，它所面对的用户是计算机专业人员，一般普通用户很难胜任。
随着计算机技术的发展和计算机应用领域的不断扩大，计算机用户的队伍也不断壮大，其中绝大部分不是计算机专业人员。所以，从20世纪50年代中期开始，逐步开发了面向问题的程序设计语言，称为高级算法语言（简称高级语言）。高级语言是一种接近数学语言及自然语言的程序设计语言。高级语言的显著特点是独立于具体的计算机硬件，通用性和移植性好。另外，用高级语言编写程序比用低级语言容易得多，简化了程序的编制和调试过程，编程效率可以大幅度地提高。
同汇编语言一样，用高级语言编写的程序（称为高级语言源程序）也不能被计算机直接执行，必须先将高级语言源程序翻译成目标程序后，才能被计算机执行。通常有编译和解释两种翻译方式。
计算机高级语言的种类很多，常用的有Basic、Fortran、Pascal、C语言、COBOL语言、Java语言、Visual Basic、Delphi等。
3、语言处理程序
语言处理程序是把源程序翻译成机器语言的程序，可分为三种：汇编程序、编译程序和解释程序。
（1）汇编程序
把汇编语言源程序翻译成机器语言程序的程序称为汇编程序，翻译的过程称为汇编。
汇编程序在翻译源程序时，总是对源程序从头到尾一个符号一个符号地进行阅读分析，一般用两遍扫描完成对源程序的加工转换工作。汇编语言在翻译的同时，还对各种形式的错误进行检查和分析，并反馈给用户，以便修改。
反汇编程序也是一种语言处理程序，它的功能与汇编程序相反，它能把机器语言程序转换成汇编语言程序。
（2）编译程序
编译程序是把高级语言源程序（如Fortran、Pascal、C等）翻译成目标程序（机器语言程序）的一种程序，翻译的过程称为编译。
（3）解释程序
解释程序也是一种对高级语言源程序进行翻译处理及的程序。但其处理方式是边读取、边翻译、边执行，解释过程不产生目标程序。解释程序将源程序一句一句读入，对每个语句进行分析和解释，有错误随时通知用户，无错误就按照解释结果执行所要求的操作。程序的每次运行都要求源程序与解释程序参加。
4、数据库管理系统DBMS
数据库指存储在计算机内部，具有较高的数据独立性、较少的数据冗余、数据规范化，并且相互之间有联系的数据文件的集合。数据库管理系统是一种管理数据库的软件，它能维护数据库，接受和完成用户提出的访问数据库的各种要求，是帮助用户建立和使用数据库的一种工具和手段。
不同的数据库管理系统以不同的方式将数据组织到数据库中，组织数据的方式称为数据模型。数据模型一般分为三种形式：层次型——采用树型结构组织数据;网状型——采用网状结构组织数据;关系型——以表格形式组织数据。
5、支撑服务软件
支撑服务软件主要包括编辑程序、连接程序、诊断程序、调试程序、杀毒软件等。
（1）编辑程序
用于编辑源程序、信件及表格等。
（2）连接程序
经汇编或编译之后生成的目标程序是不能直接运行的。目标程序可能调用一系列内部函数、外部过程和库函数或其他程序模块，这时就需要连接程序将全部的目标程序块、库函数和系统库连接起来，使其成为一个可调入内存运行的程序模块，成为可执行程序。
（3）诊断程序
用于诊断计算机硬件的各个部分能否正常工作。能对CPU、内存、软硬盘驱动器、显示器、键盘及I/O接口的性能和故障进行检测。微机中常用的诊断程序有Qaplus、Pcbench、Winbench、Wintest、Checkpro、Norton等。
（4）调试程序
为方便用户调试程序而提供的一种工具。最常用的调试程序是Debug。使用调试程序可以一条指令一条指令地跟踪程序的执行，便于了解程序的执行过程，发现和修改程序中的错误。
1.4.2 应用软件
为解决计算机各类应用问题而编写的程序称为应用软件。应用软件具有很强的实用性。随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的广泛普及，各种各样的应用软件与日俱增。它又可分为用户程序和应用软件包，它是由系统软件开发的。
1、用户程序
用户程序是用户为解决自己特定的具体问题而开发的软件，编制用户程序应充分利用计算机系统的现有软件，在系统软件和应用软件包的支持下进行开发。各种各样的科学计算程序、工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序等都是用户程序。
2、应用软件包
应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算，经过精心设计的独立软件系统，是一套满足同类应用的许多用户需要的软件。应用软件包的种类很多，可以说，凡是应用计算机的行业都有适合本行业的应用软件包。
Microsoft Office 是美国Microsoft公司开发的一套包含字处理软件Word、表格处理软件Excel、文稿演示软件PowerPoint、数据库软件Access等集成的办公自动化软件包。
WPS Office是我国金山电脑公司推出的办公自动化软件包，提供现代企业办公中必须的六大功能：文字办公处理、电子表格、演示制作、网页浏览、邮件管理、图片浏览，是一套适合中国企事业单位办公应用的软件。
CorelDRAW是加拿大Corel公司推出的集成图像应用软件包，包括矢量绘图工具CorelDRAW、图像编辑工具Corel Photo-Paint、3D插图模型制作工具CorelDRAW 3D、3D运动编辑器Corel Motion 3D和多媒体演示制作工具Corel Present等组件，是专业图像、视频制作者的得力工具。
在计算机技术的发展过程中，计算机软件随硬件技术的发展而发展。软件的不断发展与完善，又反过来促进了硬件的新发展。计算机的硬件和软件是互相依存、互相支持的，硬件的某些功能可以用软件来完成，而软件的某些功能也可以用硬件来实现。
多媒体技术
随着微电子、计算机、通信和数字化声像技术的飞速发展，多媒体技术应运而生，并在全世界范围内形成了一股开发应用多媒体技术的热潮。多媒体技术的应用是20世纪90年代计算机的时代特征，是计算机的又一次革命，它的到来把人们带进一个多姿多彩的视听世界。
1.5.1 多媒体的基本概念
1、什么是媒体
媒体（Media）是指信息表示和传播的载体。例如，文字、声音、图形和图像等都是媒体，它们向人们传递各种信息。在计算机领域，几种主要媒体的定义如下：
（1）感觉媒体
直接作用于人的感官，能使人直接产生感觉的信息载体称为感觉媒体。例如，人类的各种语言、播放的音乐、自然界的各种声音、图形、静止或运动的图像，计算机系统中的文件、数据和文字等，都是感觉媒体。
（2）表示媒体
表示媒体是指各种编码，如语言文字编码、文本编码、图像编码等。这是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为地进行研究、构造出来的一种媒体。
（3）表现媒体
表现媒体是感觉媒体与计算机之间的界面，如键盘、摄像机、光笔、话筒、显示器、打印机等。
（4）存储媒体
存储媒体用来存放表示媒体，即存放感觉媒体数字化后的代码，是存储信息的实体。如半导体存储器、软磁盘、硬磁盘、磁带和CD-ROM等。
（5）传输媒体
传输媒体是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体，如双绞线、同轴电缆、光纤等。
2、多媒体和多媒体技术
多媒体（Multimedia）是多种媒体的综合，而多媒体技术则是对多种媒体进行综合的技术。确切地说，多媒体技术是把数字、文字、声音、图形、图像和动画等各种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。这里所说的“加工处理”，主要是指对上述媒体的录入，对信息进行压缩和解压缩、存储、显示和传输等。多媒体系统是一个可组织、存储、操纵和控制多媒体信息的集成环境和交互系统。一般地讲，多媒体技术有两层含义：
（1）计算机以预先编制好的程序控制多种信息载体，如CD-ROM、激光视盘、录像机、立体声设备等。
（2）计算机处理信息种类的能力，即能把数字、文字、声音、图形、图像和动态视频信息集为一体的能力。当前指的多媒体技术即指此。
近年来，由于计算机技术、通信技术以及视频图像、音频处理等技术的发展，已经具有处理多媒体信息的能力。计算机的数字化及交互式的处理能力，给多媒体技术的发展提供了条件，同时，近年来音像系统本身的发展，大量采用了计算机技术。多媒体计算机已经相当普及。
1.5.2 多媒体技术的特点
多媒体的关键特性是多样性、交互性和集成性。
1、信息载体的多样性
信息载体的多样性是多媒体的主要特性之一，也是多媒体研究需要解决的关键问题。信息载体的多样化，是相对计算机而言的，在多媒体技术中，计算机所处理的信息空间范围拓展了，不再局限于数值、文本、图形和特殊对待的图像，并且强调计算机与声音、活动图像（或称为影像）相结合，以满足人类感官对多媒体信息的需求，这在计算机辅助教育，以及产品广告、动画片制作等方面有很大的发展前途。
2、多种信息的综合和集成处理
多媒体技术不仅要对多种形式的信息进行各种处理，而且要将它们有机的结合起来。突出的例子是动画制作，要将计算机产生的图形或动画与摄像机摄得的图像叠加在一起，在播放时再和文字、声音混合，这样，就需要对多种信息的综合和集成处理。多媒体的集成性主要体现在两个方面：一是多媒体信息的集成，是指各种媒体信息应能按照一定的数据模型和组织结构集成为一个有机的整体，以便媒体的充分共享和操作使用;二是操作这些媒体信息的工具和设备的集成，是指与多媒体相关的各种硬件设备的集成和软件的集成，为多媒体系统的开发和实现建立一个理想的集成环境，以提高多媒体软件的生产力。
3、多媒体系统是一个交互式系统
多媒体的另一个关键特性是交互性。多媒体系统采用人机对话方式，对计算机中存储的各种信息进行查找、编辑及同步播放，操作者可通过鼠标器或菜单选择自己感兴趣的内容。交互性为用户提供了更加有效的控制和使用信息的手段和方法，这在计算机辅助教学、模拟训练、虚拟现实等方面有着巨大的应用前景。
1.5.3 多媒体计算机
1、多媒体计算机的关键技术
在多媒体计算机中，关键技术主要有以下几项：
（1）视频和音频数据的压缩和解压缩技术
视频信号和音频信号数字化后数据量大得惊人，这是制约多媒体发展和应用最大的障碍。一帧中等分辨率（640×480）真彩色（24位/像素）数字视频图像的数据量约占0.9MB的空间，如果存放在650MB的光盘中，以每秒30幅的速度播放，只能播放二十几秒钟;双通道立体声的音频数字数据量为1.4MB/秒，一个650MB的光盘只能存储7分多钟声音的音频数据。一部放映时间为2小时的电影或电视，其视频和音频的数据量约占208800 MB的存储空间，这是现代存储设备根本无法解决的，所以一定要把这些信息压缩后存放，并且在播放时解压缩。所谓图像压缩，是指图像从以像素存储的方式，经过图像变换、量化和高速编码等处理转换成特殊形式的编码，从而大大降低计算机所需存储和实时传送的数据量。
（2）专用芯片
由于多媒体计算机要进行大量的数字信号处理、图像处理、压缩和解压缩以及解决多媒体数据之间关系等有关问题，需要使用专用芯片。这种芯片包含有很多功能，集成度可达上亿个晶体管。
（3）大容量存储器
目前，CD-ROM用得较多，发展大容量的CD-ROM存储器仍是目前迫切要解决的问题。
（4）研制适用于多媒体技术的软件
如多媒体操作系统，为多媒体计算机用户开发应用系统而设置的具有编辑功能和播放功能的创作系统软件，以及各种多媒体应用软件。
2、多媒体计算机（MPC）
具有多媒体功能的计算机叫多媒体PC，简称MPC。由Microsoft公司联合主要PC厂商组成的MPC市场委员会，分别在1991年、1993年和1995年制定了MPC的标准（MPC规格1、MPC规格2、MPC规格3）。按照MPC联盟的标准，多媒体计算机包含5个基本单元：个人计算机、CD-ROM驱动器、音频卡、Microsoft Windows 3.1 操作系统及一组音响或耳机，同时对个人计算机的CPU、内存、硬盘、显示功能等作了基本要求。从MPC规格1到MPC规格3，可以看出多媒体计算机朝着大的存储容量、快的运算速度及高品质的视音频的规格发展（见表1-5）。
表1-5 多媒体计算机系统规格MPC1、MPC2、与MPC3比较表
基本要求
MPC level-1
MPC level-2
MPC level-3
中央处理器
386SX/16MHz
486SX/25MHz
Pentium/75MHz
内存
2MB
4MB
8MB
硬盘
30MB
160MB
540MB
光驱
150KB/s
300KB/s
600KB/s
音频卡
8bit
16bit
16bit
显示卡
640×480 16色
640×480 256色
640×480 256色
连接口
MIDI I/O
MIDI I/O
MIDI I/O
现代MPC的主要硬件配置必须包括CD-ROM、音频卡和视频卡，这三方面既是构成现代MPC的重要组成部分，也是衡量一台MPC功能强弱的基本标志。CD-ROM以每张650MB容量的光盘圆满解决多媒体信息的大容量存储问题，其主要衡量指标之一是数据传输速度，以150KB/S为倍速，目前已发展到56倍速;音频卡从硬件上实施声音信号的数字化、压缩、存储、解压和回放等功能，并提供各种声音音乐设备（收音机、录放机、CD、合成器等）的接口与集成能力;视频卡（MPC规格中没有规定）以硬件方式快速有效地解决活动图像信号的数字化、压缩、存储、解压和回放等重要视频处理和标准化问题，并提供各种视频设备（摄像机、录放像机、影碟机、电视等）的接口与集成能力。
MPC规格3制定至今，计算机的软硬件技术又有了突飞猛进的发展，特别是计算机互联网络的普及，使多媒体计算机不仅是工作与娱乐中心，也有成为信息处理和通信中心的趋势。未来的多媒体计算机除了在多媒体功能上不断加强外，还会朝着如下的方向发展：
（1）向多媒体一体机的方向发展，即把显示器和计算机主机做成一体的“模组化”计算机。
（2）把网络功能和通信功能（如Fax/Modem及网络通信软件）作为基本配置列入标准。
（3）家电化趋势。
一、判断题
1．CAD系统是指利用计算机来帮助设计人员进行设计工作的系统。
2．计算机的性能指标完全由CPU决定。
3．对软盘进行全面格式化也不一定能消除软盘上的计算机病毒。
4．指令和数据在计算机内部都是以区位码形式存储的。
5．UNIX是一种多用户单任务的操作系统。
6．点距是彩色显示器的一项重要技术指标，点距越小，可以达到的分辨率就越高，画面就越清晰。
7．采用计算机高级语言编写的程序，其执行速度比用低级语言编写的程序要快。
8．NetWare操作系统是Novell网络系统的核心，它是一个多任务操作系统。
9．同一张软盘上不允许出现同名文件。
二、单选题
1．在微型计算机中，VGA表示 。
A．显示器型号 B．机器型号 C．显示标准 D．CPU型号
2．计算机硬盘的容量比软盘大得多，读写速度与软盘相比 。
A．差不多 B．慢一些 C．快得多 D．慢得多
3．微型计算机的更新与发展，主要基于 的变革。
A．软件 B．微处理器 C．存储器 D．磁盘的容量
4．媒体是 。
A．表示信息和传播信息的载体 B．各种信息的编码
C．计算机输入与输出的信息 D．计算机屏幕显示的信息
5．计算机内所有的信息都是以 数码形式表示的。
A．八进制 B．十六进制 C．十进制 D．二进制
6．下列叙述中， 是正确的。
A．激光打印机是击打式打印机 B．所有微机上都能使用的软件是应用软件
C．CPU可以直接处理外存中的信息 D．衡量计算机运算速度的单位是MIPS
7．以下设备中不属于输出设备的是 。
A．打印机 B．绘图仪 C．扫描仪 D．显示器
8．宏病毒是随着Office软件的广泛使用，有人利用高级语言宏语言编制的一种寄生于 的宏中的计算机病毒。
A．应用程序 B．文档或模板
C．文件夹 D．具有“隐藏”属性的文件
9．运行一个程序文件时，它被装入到 中。
A．RAM B．ROM C．CD-ROM D．EPROM
10．软盘上的磁道被划分为多个圆弧区域，该区域称为 。
A．存储区 B．数据区 C．引导区 D．扇区
11．MPC是指 。
A．能处理声音的计算机 B．能处理图像的计算机
C．能进行通信处理的计算机 D．能进行文本、声音、图像等多种媒体处理的计算机
12．把微处理器、存储器和I/O接口电路等制作在一块集成电路芯片上，这样的芯片叫做 。
A．单片机 B．临时程序 C．计算器 D．便携式计算机
13．汇编程序的作用是将汇编语言源程序翻译为 。
A．目标程序 B．临时程序 C．应用程序 D．编译程序
14．CAM是计算机应用领域中的一种，其含义是 。
A．计算机辅助设计 B．计算机辅助制造 C．计算机辅助教学 D．计算机辅助测试
15．GB2312-80汉字国标码把汉字分成 等级。
A．简体字和繁体字两个 B．一级汉字、二级汉字和三级汉字三个
C．一级汉字、二级汉字共两个 D．常用字、次常用字和罕见字共三个
16．ASCII码是一种对 进行编码的计算机代码。
A．汉字 B．字符 C．图像 D．声音
17．计算机病毒是一种 。
A．生物病菌 B．生物病毒 C．计算机程序 D．有害言论的文档
18．我国将计算机软件的知识产权列入 权保护范畴。
A．专利 B．技术 C．合同 D．著作
19．计算机可以直接执行的指令一般包含 两部分。
A．数字和文字 B．数字和运算符号
C．操作码和操作对象 D．源操作数和目的操作数
20．下列编码中， 与汉字信息处理无关。
A．BCD码 B．输入码 C．字模点阵码 D．区位码
21．计算机硬件系统由 组成。
A．控制器、显示器、打印机、主机和键盘 B．控制器、运算器、存储器、输入输出设备
C．CPU、主机、显示器、硬盘、电源 D．主机箱、集成块、显示器、电源
22．下面以 为扩展名的文件是不能直接运行的。
A．.COM B．.SYS C．.BAT D．.EXE
23．汉字系统中，字库里存放的是汉字的 。
A．内码 B．外码 C．字模 D．国标码
三、双选题
1．下面说法中，正确的是 。
A．一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成
B．计算机区别于其它计算工具的最主要的特点是能存储程序和数据
C．电源关闭后，ROM中的信息会丢失
D．16位字长计算机能处理的最大数是16位十进制数
2．硬盘与软盘相比，硬盘具有 的特点。
A．价格便宜 B．容量大 C．速度快 D．携带方便
3．下列软件中属于应用软件的有 。
A．UNIX B．Word C．汇编程序 D．C语言源程序
4．多媒体计算机的主要硬件必须包括 。
A．CD-ROM B．EPROM C．网卡 D．音频卡和视频卡
5．有关计算机外部设备的知识， 是正确的。
A．喷墨打印机是击打式打印机
B．键盘和鼠标都是输入设备，它们的功能相同
C．显示系统包括显示器和显示适配器
D．光盘驱动器的主要性能指标是传输速度和纠错性能
6．完整的计算机系统由 组成。
A．硬件系统 B．系统软件 C．软件系统 D．操作系统
7．设A盘处于写保护状态，以下可以进行的操作是 。
A．将A盘中某个文件改名 B．将A盘中所有内容复制到C盘
C．在A盘上建立文件AA.C D．显示A盘目录树
8．在下列输入法中能输入“÷、π、≈、℃、①”等符号的是 输入法。
A．智能ABC B．五笔字型 C．区位码 D．全拼
9．下列软件中， 属于系统软件。
A．CAD B．Word C．汇编程序 D．C语言编译程序
四、填空题
1．第一台电子计算机诞生在四十年代，组成该计算机的基本电子元件是 。
2．二进制数100110010.11转换成对应的十六进制数是 。
3．描述信息存储容量的单位1GB= KB。
4． 程序是将计算机高级语言源程序翻译成目标程序的系统软件。
5．计算机内进行算术与逻辑运算的功能部件是 。
6．计算机中的地址即为存储单元的编号。要表示一个首地址为1000H，容量为16KB的存储区域，则其末地址应为 H。
7．在全角方式下输入一个字母，则该字母占 字节。
8．字符串“大学COMPUTER文化基础”（双引号除外），在机器内占用的存储字节数是 。
9．根据ASCII码编码原理，现要对50个字符进行编码，至少需要 个二进制位。
10．现代微型计算机的内存储器都采用内存条，使用时把它们插在 上的插槽中。
11．计算机能直接识别和执行的语言是 。
12．十六进制数A25F与十进制数2002的和是 H。
13．100个32×32点阵的汉字字模信息所占的字节数为 。
14．内存空间地址段为2001H——7000H，则其存储空间为 KB。
15．第一台电子计算机诞生的国家是 。
16．十进制数183.8125对应的二进制数是 。
17．计算机内存储器分为ROM和RAM，其中存放在RAM上的信息将随着断电而消失，因此在关机前，应把信息先存于 。
18．具有及时性和高可靠性的操作系统是 。
19．根据病毒的传染途径可将病毒分为操作系统病毒、文件型病毒、网络型病毒三种，其中文件型病毒往往附在COM和 文件中，当运行这些文件时，会激活病毒并常驻内存。
20．完整的计算机系统由 组成。
21．“N”的ASCII码为4EH，由此可推算出ASCII码为01001010B所对应的字符是 。
计算机是人类社会在20世纪的重大科技成果之一。计算机（Computer）是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对输入的信息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。自1946年世界上第一台电子数字计算机诞生至今，在短短的50多年的时间里，计算机技术得到了飞速发展。学习计算机技术首先要了解计算机的基础知识，本章内容包括计算机技术概论、数据在计算机中的存储、计算机硬件基础，计算机软件基础、多媒体技术、计算机安全基础等。
计算机技术概论
1.1.1 计算机的发展过程
计算机的诞生酝酿了很长一段时间。1946年2月，世界上第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator，电子数字积分计算机，音译“埃尼阿克”）在美国加州问世，ENIAC用了18000个电子管和86000个其它电子元件，有两个教室那么大（占地170m2），重达30吨，耗电140～150KW，运算速度却只有每秒300次各种运算或5000次加法运算，耗资100万美元以上。尽管ENIAC有许多不足之处，但毕竟是计算机的始祖，揭开了计算机时代的序幕。第一台计算机问世以后，计算机技术飞速发展，速度之快令人震惊，在今天具有ENIAC功能的计算机可集成到面积只有几平方毫米的硅片上，售价不到10美元。
ENIAC是世界上第一台开始设计并投入运行的电子计算机，但它还不具备现代计算机的主要原理特征—存储程序和程序控制。
世界上第一台按存储程序功能设计的计算机叫EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，电子离散变量自动计算机，音译“埃德瓦克”），它是由曾担任ENIAC小组顾问的著名美籍匈牙利科学家冯·诺依曼博士领导设计的。EDVAC从1946年开始设计，于1950年研制成功。但是，世界上第一台投入运行的存储程序式的电子计算机是EDSAC（The Electronic Delay Storage Automatic Calculator，延迟存储电子自动计算机，音译“埃德沙克”），它是由英国剑桥大学的维尔克斯（M. V. Wilkes）教授在接受了冯·诺依曼的存储程序思想后于1947年开始领导设计的，该机于1949年5月制成并投入运行，比EDVAC早一年多。
从1946年起到现在，计算机的发展按照所采用的逻辑器件来划分，可以划分为四代。
1、第一代（1946~1959年）：电子管计算机时代
在第一代计算机中，除了ENIAC，其他都是按存储程序控制原理设计的，代表产品是UNIVAC-Ⅰ（UNIVersal Automatic Computer，通用自动计算机）。UNIVAC-Ⅰ是世界上第一台商品化的、批量生产的电子计算机。计算机界把UNIVAC-Ⅰ的推出看成是计算机时代的开始。第一代计算机的内部元件使用的是电子管。由于一台计算机需要几千个电子管，每个电子管都会散发大量的热量，因此，如何散热是一个令人头痛的问题。电子管的寿命最长只有3000小时，计算机运行时常常发生由于电子管被烧坏而使计算机死机的现象。操作计算机的科学家常常不能判断计算机死机是由程序设计问题引起的，还是由电子管问题引起的。那时，输入和输出都是在打孔卡片上执行，速度很慢，程序是用机器语言编写的，编程也十分困难。第一代计算机主要用于科学研究和工程计算。
2、第二代（1960~1964年）：晶体管计算机时代
晶体管比电子管小得多，不需要暖机时间，消耗能量较少，处理更迅速、更可靠。第二代计算机的程序语言从机器语言发展到汇编语言。接着，高级语言FORTRAN语言和COBOL语言相继开发出来并被广泛使用。这时，开始使用磁盘和磁带作为辅助存储器。第二代计算机的体积和价格都下降了，使用的人也多起来了，使计算机工业得到了迅速发展。第二代计算机主要用于商业、大学教学和政府机关。
3、第三代（1965~1970年）：中小规模集成电路计算机时代
集成电路（Integrated Circuit）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片可以比手指甲还小，却包含了几千个晶体管元件。第三代计算机的特点是体积更小、价格更低、可靠性更高、计算速度更快。第三代计算机的代表是IBM公司花了50亿美元开发的IBM360系列。
4、第四代（1971年~现在）：大规模超大规模集成电路计算机时代
第四代计算机使用的元件依然是集成电路，不过，这种集成电路已经大大改善，它包含着几十万到上百万个晶体管，人们称之为大规模集成电路（Large Scale Integrated Circuit，简称LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale integrated Circuit，简称VLSI）。1975年，美国1BM公司推出了个人计算机PC（Personal Computer），从此，人们对计算机不再陌生，计算机开始深入到人类生活的各个方面。
我国的计算机事业起始于50年代中期。1956年，国家制定了《1956-1967年科学技术发展远景规划》，将“计算技术的建立”列为紧急措施之一，并筹建中国科学院计算技术研究所，该所分别于1958年和1959年研制出我国最早的计算机—103小型数字计算机和104大型通用数字计算机。我国集成电路计算机的研究始于1965年。国防科技大学先后于1983年和1992年研制成巨型机银河Ⅰ号和银河Ⅱ号。国家智能计算机研究开发中心于1995年研制成大规模并行计算机曙光1000，长城计算机公司与清华大学联合研制的0520机是国内最早的国产微型计算机。我国的微型计算机的装机量已从1978年的500台猛增到目前的几百万台。在中文信息处理方面的研究与开发工作取得了一系列重大成果。目前计算机应用已深入经济建设和人民生活的各个方面，其广度和深度仍在不断拓展和提高。
1.1.2 微型计算机简介
1、微处理器
利用大规模集成电路技术，把计算机的运算器和控制器都做在一块集成电路的芯片上，这样的芯片称为微处理器或叫CPU。
2、单片机
把计算机的运算器、控制器、存储器以及输入输出接口电路等都做在一块芯片上，故称为单片机。它广泛应用于各种智能仪表上。
3、单板机
把组成微型计算机的若干块集成电路芯片及一些辅助电路都安装在一块印刷电路板上，故称为单板机。它广泛应用于过程控制之中。
4、微型计算机
以微处理器为核心，加上用大规模集成电路做成的RAM和ROM的存储芯片，输入、输出接口芯片组成的计算机称为微型计算机或叫微型机、微机。
5、微型计算机系统
由微型计算机硬件、软件系统、外围设备、电源等组成的计算机系统。
1.1.3 计算机的特点
1、计算机的特点
（1）运算速度快
计算机的运算速度（或称处理速度）用每秒钟可执行多少百万条指令（MIPS）来衡量。随着计算机器件的速度不断提高和计算机字位结构的改进，计算速度已从最初的每秒几千次发展到今天每秒几十万次、几百万次、甚至几亿次、几十亿次、几百亿次。计算机这么高的数据处理速度是其他任何处理工具无法比拟的，使得过去需要几年甚至几十年才能完成的复杂运算，现在只要几天、几小时，甚至更短的时间就可完成。
（2）计算精度高
计算机中数的精度主要表现为数据表示的位数，一般称为机器字长，字长愈长精度愈高。目前的微型机字长一般为8位、16位、32位、64位。
（3）记忆能力强
计算机能把大量数据、程序存入存储器进行处理和运算，并把结果保存起来。早期的计算机存储容量小，存储往往成为限制计算机应用的“瓶颈”。今天，一台普通P4微机，内存容量就达到1GMB。
（4）具有逻辑判断能力
计算机可进行各种逻辑判断，如对两个信息进行比较，根据比较的结果，自动确定该做什么。有了这种能力，再加上存储器可存储数据和程序，就使计算机能胜任各种过程的自动控制和各种数据处理任务。
（5）可靠性高，通用性强
随着大规模和超大规模集成电路的使用，计算机的可靠性也大大提高，计算机连续无故障运行时间可以达到几个月，甚至几年。不同的应用领域，解决问题的算法是不同的，现代计算机不仅可用来进行科学计算，也可用于数据处理，过程控制、辅助设计和辅助制造、计算机网络通信等。
2、微型计算机的特点
微型计算机除了具有计算机的一般特点外，还具有以下一些特点。
（1）体积小，重量轻
微型计算机的核心部件是微处理器。随着计算机的集成电路技术的不断发展，计算机的体积、重量越来越小。目前，许多微机开始配置液晶显示器，笔记本机的价格也越来越便宜，普通的只有一万多元。
（2）价格便宜，成本低
随着大规模集成电路制造工艺的进步，制作大规模集成电路的成本越来越低，微型计算机系统的制造成本大幅度下降。1993年，我院（义乌工商学院）购买的286微机需7000多元一台，而现在7000多元可以买一台高档的P4品牌微机（显示器为17寸纯平）。如果组装一台P4微机，只需四、五千元即可。
（3）使用方便，运行可靠
现在的国产品牌微机，若个人使用，使用四、五年直到淘汰，基本上不会出大的故障，都能可靠运行。特别是便携机和笔记本机，可以在出差、旅行时带在身边，随时取出来使用。
（4）对工作环境无特殊要求
对工作环境无特殊要求，便于计算机的普及和推广。当然，提供一个良好的工作环境，能使微型机更好地工作。微型机的工作环境一般要求是室温为15℃—35℃，房间相对湿度为20%—80%。室内经常保持清洁，电源电压稳定，附近避免磁场干扰。
若室温低于15℃，则软盘驱动器对软盘的读写容易出错；若室温高于35℃ ，则由于散热不好，会影响机器内各部件的正常工作。若房间相对湿度低于20%，会由于过分干燥而产生静电干扰，引起计算机的误动作。若房间相对湿度超过80%，会由于结露使微机内的元器件受潮变质，甚至会发生短路而损坏机器。
1.1.4 计算机的性能指标
评价计算机的性能是一个复杂的问题，早期只有字长，运算速度和存储容量三大指标来衡量，实际使用证明，只考虑这三个指标是很不够的。计算机的主要技术性能指标有：
1、主频
主频即时钟频率，是指CPU工作的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运算速度，主频的单位是MHZ或GHZ。从早期的4.77MHz、16MHz、20MHz、33MHz、66MHz、75MHz、90MHz、100MHz、133MHz、166MHz、200MHz、233MHz、266MHz……到现在的2.4GHz、2.8 GHz、3.0 GHz等等。
2、字长
字长是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的运算精度，字长越长，计算机的运算精度就越高，同时，字长也影响机器的运算速度，字长越长，计算机的运算速度越快。微型机的字长一般可分8位、16位、32位和64位，P4机的字长为64位。
3、内存容量
内存容量是指内存储器中能存储信息的总字节数。内存容量越大，计算机的处理速度越快。内存容量不断提高，有640KB、1MB、4MB、8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB、512MB等。内存的速度越来越快，容量越来越大。要安装Windows 2000 Professional至少需32MB的内存，建议使用64MB以上内存。目前普通使用的是512MB内存。
4、存取周期
把信息代码存入存储器，称为“写”；把信息代码从存储器中取出，称为“读”。存储器进行一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间（或读写时间），而连续启动两次独立的“读”或“写”操作（如连续的两次“读”操作）所需的最短时间，称为存取周期（或存储周期）。微型机的内存储器存取周期约为几十毫微秒左右。
5、运算速度
运算速度是一项综合性的性能指标。其单位是MIPS（百万条指令/秒），影响机器运算速度的因素很多，一般主频越高，运算速度越快;字长越长，运算速度越快;内存容量越大，计算机的运算速度越快存取周期越小，计算机的运算速度越快。性能/价格比（性价比）也是一项综合性评价计算机的性能指标。
1.1.5 计算机应用领域
计算机在科学技术、国民经济、社会生活各方面都得到了深入而广泛的应用，计算机已成为未来信息社会的强大支柱。现在社会上购买的微型计算机的主要目的是用于学习、娱乐、炒股和日常办公等工作。计算机的应用范围，按其应用特点，可以划分为以下几个方面。
1、科学计算
科学计算是计算机最早的应用。随着现代化科学技术和工农业的发展，人们对大自然的认识愈来愈深刻，伴之而来的计算就越来越复杂，对计算机的要求（如精度、速度等）也愈来愈高。比如精确预报天气，这个计算如果用人工，得花几个星期甚至几个月时间;而电子计算机仅需几分钟就可以算出精确的结果。在空间探索方面，人造地球卫星、宇宙飞船发射前需要进行大量而繁琐的计算，只要计算中有一点极小的差错，就会导致发射失败。
2、数据处理
数据处理是目前最为广泛的一个应用。当前的数据已有更广泛的含义，如图、文、声、像等多媒体数据，它们都已成为计算机的处理对象。数据处理是指对数据的收集、存储、加工、分析和传送的全过程。计算机数据处理应用广泛，例如财政、金融系统数据的统计和核算;图书、情报系统的书刊、文献和档案资料的管理和查询;铁路、机场和港口的管理和调度等。而多媒体技术的发展，为数据处理增加了新鲜的内容，如指纹的识别、图像和声音信息的处理等都会涉及更广泛的数据形式，而这些数据处理过程不但数据量大，还会带来大量的运算和复杂的算法。
3、过程控制
过程控制是生产自动化的重要技术内容和手段，它是由计算机对所采集到的数据按一定方法经过计算，然后输出到指定执行机构去控制生产的过程。计算机的控制对象可以是机床、生产线和车间，甚至是整个工厂。例如，在化工厂可用来控制化工生产的某些环节或全过程；在炼铁车间可用于控制高炉生产的全过程。
用于生产过程控制的系统，一般都是实时系统，它要求具有对输入数据及时做出反应（响应）的能力。由于环境和控制对象以及工作任务的不同，因此控制系统对计算机的要求也会不同。一般会对计算机的可靠性、封闭性、抗干扰性等指标提出要求。
4、计算机辅助系统
计算机辅助系统有CAD、CAM、CAT、CAI、CIMS（计算机集成制造系统）等系统。
（1）计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design）是指利用计算机来帮助设计人员进行设计工作。它的应用大致可以分为两大类：一是产品设计，二是工程设计。
（2）计算机辅助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）是利用计算机进行生产设备的控制、操作和管理，它能提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期，并有利于改善生产人员的工作条件。
（3）计算机辅助测试（CAT，Computer Aided Testing）是利用计算机来进行复杂而大量的测试工作。
（4）计算机辅助教学（CAI，Computer Aided Instruction）是利用计算机帮助学员进行学习，它将教学内容加以科学的组织，并编制好教学程序，使学生能通过人机交互自如地从提供的材料中学到所需要的知识并接受考核。
5、电子商务
现代计算机技术为信息的传输和处理提供了强大的工具，特别是Internet在世界范围的普及和扩展，改变了产品的生产过程和服务过程，商业空间拓展到全球性的规模，传统意义上的服务、商品流通、产品生产等概念和内涵已发生理念上的变化。面对全球激烈的市场竞争，企业的产品目录查询、收受订单、送货通知、网络销售、帐务管理、库存管理、股票及期货的分析交易等，从多方位给企业提供了更多商机。电子商务正在将计算机技术，特别是WWW技术广泛应用于企业的业务流程，形成崭新的业务架构和交易模式。
按照交易对象划分，电子商务可分为：企业对消费者B2C（business to consumer）、企业对企业B2B(business to business)、消费者对消费者C2C(consumer to consumer)、企业对政府B2G(business to government)、政府对消费者G2C(government to consumer)。
电子商务最典型的应用实例莫过于亚马逊网络书店（Amazon.com）。亚马逊提供了310万个可方便查找的书目，比地球上最大的书店Barnes & Noble还要多15倍，如果按照传统书店所需的营业面积来计算的话，它的规模要占几平方英里。亚马逊除了不需要耗费巨资修建大楼外也无需招聘大量员工，亚马逊1600名员工人均创收37.5万美元。亚马逊网上书店销售一本书所消耗的成本仅为传统书店的1/16。
电子商务对我们的生活方式也产生了深远的影响。网上购物可以足不出户，看遍世界，网上的搜索功能可以方便让顾客货比多家。同时，消费者将能以一种十分轻松的自我服务方式来完成交易，从而使用户对服务的满意度大幅提高。
6、电子政务
电子政务是指政府工作、活动的电子化和网络化，是政府机构应用现代电子信息和通信技术，对传统政府事务进行改革，将政府的管理和服务工作通过网络技术进行集成，在互联网上提供优质、规范、透明、符合国际水准的管理和服务。电子政务主要包括以下三个方面：电子政府、电子采购、电子征税。
电子政府：其基本特征是内部核心政务电子化、信息公布与发布电子化、信息传递与交换电子化、公众服务电子化、监督电子化等。电子政府的实施可以转变政府部门的工作模式，提高办公效率，加强监督功能，反腐倡廉，它在实现各级政府间的信息传递，改变政府在公众心目中的形象等方面有着不可估量的作用。
电子采购：政府也是一个大消费者，每年拨出专款用于购买公共用品，并在网上公布所需产品的有关信息，供有意投标的企业参考。投标中心评标后政府再在网上集中购买。
电子征税：包括电子申报和电子结算两个环节。纳税人不用亲临税务机关而是利用现代通信手段将申报材料发送给税务机关，完成纳税人与税务部门之间的电子信息交换，实现申报无纸化。国库根据纳税人税票信息，直接从其开户银行划拨税款。解决了纳税人、税务、银行及国库之间的电子信息交换和资金的划转，实现税收无纸化。
7、计算机通信
计算机通信是近几年迅速发展起来的一项重要的计算机应用领域。计算机网络技术的发展，促进了计算机通信业务的开展。目前，完善计算机网络系统和加强国际间的信息交流已成为世界各国经济发展、科技进步的战略措施之一，因而世界各国都特别重视计算机通信的应用。
1.1.6 计算机的发展趋势
计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一，未来的计算机将向巨型化、微小化、网络化、智能化、多媒体化的方向发展。
1、巨型化
巨型化是指发展高速的、大存储量和强功能的巨型计算机。巨型计算机主要应用于天文、气象、地质和核反应、航天飞机、卫星轨道计算等尖端科学技术领域，研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志。因此，工业发达国家都十分重视巨型计算机的研制。目前运算速度为每秒几百亿次到上千亿次的巨型计算机已经投入运行，并正在研制更高速度的巨型计算机。
下面简要介绍我国生产的几种重要的巨型计算机：
（1）银河-I巨型计算机
1983年12月，银河-I巨型计算机由国防科技大学计算机研究所研制成功。这是我国当时运算速度最快、存储容量最大、功能最强的巨型计算机，标志着我国进入世界研制巨型机的行列。银河-I巨型计算机为我国国防和国民经济建设做出了重要贡献。以银河-I为核心的银河地震数据处理系统为我国的油田勘探做出了巨大贡献。银河-I还为我国战略武器研制、航天航空飞行器设计、数值天气预报以及各种科学研究提供了强大的计算工具，发挥了积极作用。国防科技大学计算机研究所起步于1958年，我国第一台亿次电子计算机系统“银河-I”巨型计算机即诞生与此。
（2）银河-II巨型计算机
银河-II并行巨型计算机由国防科技大学计算机研究所于1992年11月研制成功。该机是我国自行研制的第一台面向大型科学/工程计算和大规模数据处理的通用十亿次并行巨型计算机系统。银河-II主机为我国高性能向量中央处理机共享主存紧耦合系统，基本字长64位，峰值速度为每秒10亿次以上运算操作，拥有两个独立的输入输出子系统。各项技术指标达到了八十年代中后期国际先进水平。
（3）银河-III巨型计算机
1997年6月，银河-III超级计算机研制成功。中国成为世界上少数几个能研制和生产大规模并行计算机系统的国家之一。银河III采用分布共享存储结构，峰值性能达到每秒130亿次浮点运算。具有良好的可扩展性，系统规模可从几十亿次到几千亿次平滑扩充。银河III在MPP资源管理与处理机调度、并行I/O软件、高性能优化编译、网络软硬件设计等技术方面均达到国内领先水平，系统综合技术达到当时国际先进水平。
2、微小化
微小化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低，计算机的微小化已成为计算机发展的重要方向。各种便携式计算机、笔记本式计算机和手掌式计算机的大量面世和使用，是计算机微小化的一个标志。
3、网络化
计算机网络化是计算机发展的又一个趋势。从单机走向联网，是计算机应用发展的必然结果。所谓计算机网络化，是指用现代通讯技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模更大、功能更强的可以互相通信的网络结构。网络化的目的是使网络中的软、硬件和数据等资源，能被网络上的用户共享。今天，计算机网络可以通过卫星将远隔千山万水的计算机联入国际互联网络，如Internet。当前发展很快的微机局域网正在现代企事业管理中发挥越来越重要的作用，计算机网络是信息社会的重要技术基础。
4、智能化
计算机智能化是指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，即使计算机成为智能计算机。这也是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等等。目前，已研制出多种具有人的部分智能的“机器人”，可以代替人在一些危险的工作岗位上工作。
5、多媒体化
多媒体技术是当前计算机领域中最引人注目的高新技术之一。多媒体计算机就是利用计算机技术、通讯技术和大众传播技术，来综合处理多种媒体信息的计算机，这些信息包括文本、声音、图形、视频图像、动画等。多媒体技术使多种信息建立了有机的联系，集成为一个系统，并具有交互性。多媒体计算机将真正改善人机界面，使计算机朝着人类接受和处理信息的最自然的方向发展。
1.1.7 我国的“三金”工程
自1993年以来，各国都掀起了一场建设“信息高速公路”的热潮，全球化的计算机互联网络成为大热所趋。为了加速我国的信息化建设，我国政府制订并开始实施了规模空前的国家经济信息网，即“金字”工程（包括“金桥”、“金关”、“金卡”、“金税”、“金宏”、“金智”、“金卫”、“金农”等），首批先启动“金桥”、“金关”、和“金卡”工程，也就是我们常说的“三金”工程，这是一项跨地区、跨部门、跨行业、跨世纪的系统工程。
1、金桥工程
“金桥工程”是国家公用经济信息通信网络工程。其目标是建立一个覆盖全国并与国务院各部委专用网连接的国家公用经济信息网。它以光纤、卫星、微波、程控无线移动等多种方式形成空、地一体的网络结构，可以传输图像、数据、语音、文字，提供各种增值服务，如电子邮件、电子数据交换、可视图文、电视会议以及分布式数据库联机业务等。
“金桥”网的建成将为“金关”、“金卡”工程及各部门建立信息业务提供一个技术先进、经济合理的公用信息通道。
2、金关工程
“金关工程”是对海关、外贸、外汇管理和税务等部门的业务专用网络实行计算机联网，推广电子数据交换技术（EDI），实行通关自动化和无纸贸易的信息管理工程。目前，国家主要商业银行和保险公司、外汇管理总局等金融体系都具备了各自正在完善中的计算机网络，各行业将用统一的标准进行贸易的电子数据交换。
3、金卡工程
“金卡”工程是指电子货币网络系统工程。它是以计算机、通信、金融与商业专用电脑等现代科技为基础，以各种金融交易卡（信用卡、现金卡）为介质，通过电子信息转帐形式实现的一种货币流通方式。它的核心内容是：建立全国统一的金融交易卡发行体系的信用卡和现金卡两个信息服务中心;建立全国统一的金卡专用网，推行两种统一标准的信用卡和现金卡。结合我国国情，从防伪及技术发展考虑，以IC智能卡为主，以磁卡为过渡。“金卡”系统业务的开展由金融网、金桥网和邮电数据网互为备用来提供良好的网络通信环境。
“三金”工程拉开了我国经济信息化建设的序幕，目前，我国已经建成了22条光缆干线、20条数据微波干线和20个大中型卫星地面站，中国公用分组交换数据网已于1993年9月开通，中国公用数字数据网于1994年9月开通，1995年6月中国公用计算机互联网开通。我国的信息化建设已步入一个高速发展的全新时代。
数据在计算机中的存储
数据是计算机处理的对象。具有数值大小和正负特征的数据，称为数值数据;而对于像文字、图形、声音之类的并无数值大小和正负特征的信息，称为非数值数据。两者在计算机内部都是以二进制形式表示和存储的。
1.2.1 数制
在计算机科学中，不同情况下允许采用不同数制表示数据。所谓数制，即进位计数制，是人们利用符号来计数的方法。在计算机内用二进制数码表示各种数据，但是在输入、显示或打印输出时，不能用二进制数，因为人们不熟悉，人们习惯于用十进制计数。在计算机程序编写中，还采用八进制和十六进制，这样就存在着同一个数可用不同的数制表示及它们相互之间转换的问题。
在介绍各种数制之前，首先介绍数制中的几个名词术语。
（1）数码：用不同的数字符号来表示一种数制的数值，这些数字符号称为“数码”。
（2）基（或基数）：某数制所使用的数码个数称为“基（或基数）”。如十进制的数码为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，其基为10。
（3）权：某数制每一位所具有的值称为“权”。例如：十进制数9999可以写成：9×103+9×102+9×101+9×100，个位数上9的权值为100，十位数上9的权值为101，百位数上的9的权值为102，千位数上的9的权值为103。
1、常用的进位计数制
（1）十进制（Decimal System）
十进制数是人们最熟悉的一种进位计数制，它是由0，1，2，…，9十个数码组成，即基数为10。十进制的特点为：逢十进一，借一当十。一个十进制数各位的权是以10为底的幂。同一个数码在不同的位置代表着不同的值。例如：2002.95，它可以写成：2002.95=2×103+0×102+0×101+2×100+9×10-1+5×10-2，这样，一个任意十进制数可以表示为：an×10n+an-1×10n-1+…+a1×101+a0×100+a-1×10-1+…+a-m×10-m。
（2）二进制（Binary System）
由0、1两个数码组成，即基数为2。二进制的特点为：逢二进一、借一当二。一个二进制数各位的权是以2为底的幂。一个任意二进制数可以表示为：an×2n+an-1×2n-1+…+a1×21+a0×20+a-1×2-1+…+a-m×2-m。
（3）八进制（Octal System）
由0、1、2、3、4、5、6、7八个数码组成，即基数为8。八进制的特点为：逢八进一、借一当八。一个八进制数各位的权是以8为底的幂。一个任意二进制数可以表示为：an×8n+an-1×8n-1+…+a1×81+a0×80+a-1×8-1+…+a-m×8-m。
（4）十六进制（Hexadecimal System）
由0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F十六个数码组成，即基数为16。十六进制的特点：逢十六进一、借一当十六。一个任意十六进制数anan-1an-2…a1a0a-1a-2…a-m可以表示为：an×16n+an-1×16n-1+…+a1×161+a0×160+a-1×16-1+…+a-m×16-m。
在书写时，有3种数制表示方法：
（1）在数字后面加上下标（2）、（8）、（10）、（16）。
（2）把一串数用括号括起来，再加这种数制的下标。
（3）用进位制的字母符号B（二进制）、O（八进制）、D（十进制）、H（十六进制）来表示。
例如：十六进制数12ABC可表示为12ABC(16)、（12ABC）16或12ABCH。
表1-1 几种常用进位计数制的比较
十进制
二进制
八进制
十六进制
0
0
0
0
1
1
1
1
2
10
2
2
3
11
3
3
4
100
4
4
5
101
5
5
6
110
6
6
7
111
7
7
8
1000
10
8
9
1001
11
9
10
1010
12
A
11
1011
13
B
12
1100
14
C
13
1101
15
D
14
1110
16
E
15
1111
17
F
16
10000
20
10
2、数制的转换
各种进位计数制可统一表示为下式：
R——某种进位计数制的基数。
i——位序号。
Ki——第i位上的一个数字符，0～R–1中的任何一个数码。
Ri——表示第i位上的权。
-m、n——最低位和最高位的位序号。
用上式可将任何一个二进制数、八进制数、十六进制数直接转化为十进制数，这叫做按权展开法。
例如：
（1101）2=1×23+1×22+0×21+1×20=13
（1101）8 =1×83+1×82+0×81+1×80=577
（1101）16=1×163+1×162+0×161+1×160=4353
（1）十进制数转化为二进制数
整数部分除以2取余法，即逐次除以2，直至商为0，得出的余数即为二进制各位的数码。
小数部分乘以2取整法，即逐次乘以2，从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码。
例如：十进制数100.625 转化为二进制数。
整数部分：2
100
2
50
0……a0
2
25
0……a1
2
12
1……a2
2
6
0……a3
2
3
0……a4
2
1
1……a5
0
1……a6
所以，100D=1100100B。
检验：1×26+1×25+0×24+0×23+1×22+0×21+0×20=64+32+4=100
小数部分：0.625×2=1.250 ……1→a-1
0.25×2=0.5 ……0→a-2
0.5×2=1 ……1→a-3
检验：0.101B=1×2-1+0×2-2+1×2-3=0.5+0+0.125=0.625D
所以（100.625）10 =（1100100.101）2
还有一种简便方法：
先写出各位的权分别为：
1
1
0
0
1
0
0
128
64
32
16
8
4
2
1
整数部分100，在64的位置上放1，32的位置上放1，64+32=96，因为96+16>100，所以16的位置上放0，96+8>100，同样，8的位置上放0，96+4=100（刚好相符），故4的位置放1，其余位置放0。用这种算法速度较快，而且算好后不必再检验。
小数部分各位的权：
1
0
1
0.5
0.25
0.125
…
用同样方法可算出101三位数。
（2）二进制与八进制数的相互转换
二进制数转换成八进制数的方法是：将二进制数从小数点开始分别向左（对二进制整数部分）或向右（对二进制小数部分）每3位分成一组，不足三位的分别向高位或低位补0凑成三位。每一组有3位二进制数，分别转换成八进制数码中的一个数字，全部连接起来即可。
例：把二进制数1100100.101转化为八进制数。
001
100
100.
101
1
4
4.
5
所以1100100.101=（144.5）8
反过来，将八进制数转换成二进制数，只要将每一位八进制数转换成相应的3位二进制数，依次连接起来即可。
（2）二进制与十六进制的相互转换
二进制数与十六进制数的相互转换方法和二进制数与八进制数的转换方法相类似。二进制数转换成十六进制数，只要把3位分成一组改为4位分成一组，再分别转换成十六进制数码中的一个数字，全部连接起来即可。反之，十六进制数转换成二进制数，只要将每一位十六进制数转换成4位二进制数，依次连接起来即可。
例如：1100100.101=0110，0100.1010=64.AH
其他数制之间的转换可以通过二进制数作为中间桥梁，先转化为二进制数，再转化为其它进制数。
3、二进制的运算规则
在计算机中，采用二进制数可实现各种算术运算和逻辑运算。
（1）算术运算规则
加法规则：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10（向高位有进位）
减法规则：0-0=0；10-1=1（向高位借位）；1-0=1；1-1=0
乘法规则：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1
除法规则：0/1=0；1/1=1
（2）逻辑运算规则
逻辑与运算（AND）：0∧0=0；0∧1=0；1∧0=0；1∧1=1
逻辑或运算（OR）：0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1
逻辑非运算（NOT）： ；
逻辑异或运算（XOR）：0⊕0=0；0⊕1=1；1⊕0=1；1⊕1=0
逻辑异或运算即实现按位加的功能，只有当两个逻辑值不相同时，结果才为1。
1.2.2 数据单位
数值有大小，不同大小的数将占用不同的二进制位，还得附加一位表示数的正负特征。为了便于表示不同大小的数，引入数据单位概念。
1、位（bit）
位，简记为b，音译为“比特”，是计算机存储数据的最小单位。一个二进制位只能表示0或1，要想表示更大的数，就得把更多的位组合起来，每增加一位，所能表示的数就增大一倍。
2、字节（Byte）
字节来自英文Byte，简记为B，音译为“拜特”。规定1B=8bit。字节是存储信息的基本单位。微型机存储器是由一个个存储单元构成的，每个存储单元的大小就是一个字节。为了便于找到每个存储单元，计算机对每个存储单元进行了编号，这种编号称之为地址（Address）。图1-1给出了存储单元的地址和存储内容的示意图。
地址：
0000000000
01011011
0000000001
10110111
0000000010
01100000
……
……
11111111110
10001010
11111111111
01010011
图1-1 存储单元的地址和存储内容的示意图
这样，我们就可以按照地址来寻找存储单元，并存取其中的内容。图1.1中所示的地址码由10位二进制数组成，共可表示210=1024个地址，若每个地址存储一个字节，则此内存储器有1KB的存储容量，或者说，10位地址码可寻址1KB的存储空间。以Intel8086/8088微处理器为核心的PC机或PC/XT微机，共有20根地址线，即地址码由20位二进制数组成，它可寻址的存储空间是220=1024×1024=1MB。
286微机的地址线有24根，它可寻址的存储空间是224=220×24=1MB×16=16MB。
386、486微机的地址线有32根，它可寻址的存储空间是232=210×210×210×22=4GB。
由于微型机存储器以字节为单位编址，所以存储器容量大小也以字节数来度量。经常使用四种度量单位，即KB、MB、GB和TB，其大小分别为：
1KB=210B=1024B
1MB=210×210 B =1024KB=1024×1024B=1048576B
1GB=210×210×210 B =1024MB=1024×1024×1024B=1073741824B
1TB=210×210×210×210 B =1024GB=1024×1024×1024×1024B=1099511627776B
3、字（Word）
计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据称为字。一个字通常由一个字节或若干个字节组成。由于字长是计算机一次所能处理的实际位数长度，所以字长是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越长，精度越高。不同微处理器字长是不同的，常见的微处理器字长有8位、16位、32位和64位等。
1.2.3字符的表示方法
除了数值数据，人们还需要用计算机处理汉字、英文字母、标点符号、数字等非数值数据，这类数据称为字符（也叫符号数据）。但计算机能够处理的只是二进制数，这就需要用二进制的0和1按照一定的规则对各种字符进行编码。通过键盘输入的字符通过编码规则自动转换成二进制代码进行处理。例如，在键盘上输入英文字母“A”，计算机实际保存的是“A”的编码01000001，它已不再代表数值量，而是一个字符信息。计算机系统中用特定规则表示中文或西文字符的数字代码称为机内码。
1、ASCII码
表1-2 ASCII码字符编码表
高3位
低4位
000b(0h)
001b(1h)
010b(2h)
011b(3h)
100b(4h)
101b(5h)
110b(6h)
111b(7h)
0000b(0h)
NUL
0
DC0
16
SP
32
0
48
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ASCII码是一种西文机内码，它是American Standard Code for Information Interchange的缩写（美国标准信息交换代码），已被国际标准化组织ISO采纳，作为国际通用的信息交换标准代码。ASCII码有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码，8位ASCII码称为扩展ASCII码。7位标准ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，因此表示范围为00000000B～01111111B（0～127），一共128种组合，分别表示128个不同字符。其中包括：数字0～9、26个大写英文字母、26个小写英文字母，以及各种标点符号、运算符号和控制命令符号等。ASCII码字符0，1，…9，A，B，…，Z，…，a，b，…，z由小到大按顺序递增，“A”的ASCII码十进制数为65，B的ASCII码为66，小写字母“a”的ASCII码为97，同一个字母的ASCII码值小写字母比大写字母大32。编程中常用的特殊符号有0（空值）、7（响铃）、13（回车）、32（空格）等。表1-2所示为7位标准ASCII码字符表。
2、汉字编码
输入码
交换码
机内码
字形码
汉字的数量庞大，常用汉字也有数千个之多，因此使用计算机处理汉字要比处理西文字符更复杂。通过键盘输入汉字需要使用由西文字符组成的输入码；输入码需要转换为由数字组成的交换码；交换码需要转换为机内码才能在计算机中存储、处理而不会与西文编码冲突；输出汉字时还要再把机内码转换为字形码送到显示器显示或打印机打印输出。如图1-2所示。
图1-2 计算机汉字处理原理图
（1）汉字输入码
汉字输入方法有键盘、手写、语音、扫描等许多种，但键盘输入法仍是目前最主要的汉字输入方法。键盘输入方法很多，分为数字码（如区位）、拼音码（如全拼和智能ABC）、拼形码（如五笔字型）、混合码（如音形码）等四大类。不同输入法有自己的编码方案，不同输入法所采用的汉字编码统称为输入码。例如：“计算机”三个字的五笔字型编码为“ytsm”，而智能ABC的编码可以为“jsj”。计算机中安装的输入法软件可以根据输入法相应的编码规则，将键盘输入的字母组合转换成机内码。
（2）汉字交换码
由于汉字数量极多，一般用连续的两个字节（16个二进制位）来表示一个汉字。1980年，我国颁布了第一个汉字编码字符集标准，即GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集基本集》，该标准编码简称国标码，是我国大陆地区及新加坡等海外华语区通用的汉字交换码。GB2312-80收录了6763个汉字，以及682个英、俄、日文字母、其他符号等，共7445个字符，奠定了中文信息处理的基础。与ASCII码对应，该标准规定两个字节最高位均为0。例如“嘉”的汉字编码为(3C4E)16，分别保存在两个计算机内存单元中，值为(3C)16和(4E)16，它们合起来表示“嘉”字。但这会与码值为(3C)16和(4E)16的两个ASCII字符“<”和“N”混淆。每个字节的最高位均为1，以和ASCII码相区别，这样最多能表示27×27=16384个汉字。
为了能区分汉字与ASCII码，在计算机内部表示汉字时把交换码（国标码）两个字节最高位改为1，称为“机内码”。这样，当某字节的最高位是1时，必须和下一个最高位同样为1的字节合起来，代表一个汉字;而某字节的最高位是0时，就代表一个ASCII码字符。
（3）汉字字形码
汉字字形码记录汉字的外形，用于显示和打印，是汉字的输出形式。记录汉字字形有两种方法：点阵法和矢量法，分别对应两种字形编码：点阵码和矢量码。
点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵，常用的点阵有16×16、24×24、32×32或更高。16×16点阵方式是最基础的汉字点阵，一个16×16点阵的汉字要占用32个字节，24×24点阵的汉字要占用72个字节……。可见汉字字形点阵的信息量很大，占用的存储空间也非常大。
如图1-3所示，给出了“嘉”字的16×16点阵字模。
图1-3 “嘉”字的16×16点阵字模
矢量码使用一组数学矢量来记录汉字的外形轮廓，矢量码记录的字体称为矢量字体或轮廓字体。这种字体能很容易地放大缩小而不会出现锯齿状边缘，屏幕上看到的字形和打印输出的效果完全一致。
所有的不同字体、字号的汉字字形构成汉字库。汉字库早期固化在芯片中（称为“汉卡”），现在一般是以多个字库文件的形式存储在硬盘上，当要显示输出时才去检索读取欲输出的字形。在DOS时代，文字的显示和打印一般都使用点阵字体；在Windows98中，则普遍使用轮廓字体（称为True Type字体）。中文Windows98提供宋体、黑体、楷体、仿宋体四种True Type字体的汉字库文件。
（3）汉字编码标准的最新发展
随着国际间的交流合作的扩大，因特网技术的发展，中文信息处理不再仅仅局限于一般普通文章的编辑，邮政、户政、金融、地理信息系统、汉字研究、古籍整理等各领域对字符集提出了多文种、大字量、多用途的要求，6763个汉字明显的不够用了。为满足应用的需要，就必须对原来的基本汉字集进行扩充。
1993年国家制定了GB13000.1-1993。该标准采用了全新的多语种编码体系，收录了中、日、韩三国的20902个汉字，称为CJK（Chinese-Japanese-Korean）汉字集，是编码体系未来发展的方向。由于其新的编码体系与现有多数操作系统和外部设备不兼容，所以它的实现仍需要有一个过程，目前还不能完全解决我国当前应用的迫切需要。
考虑到GB13000的完全实现有待时日，以及GB2312编码体系的延续性和现有资源和系统的有效利用与过渡，1995年，全国信息技术标准化技术委员会制定和发布了《汉字扩展规范GBK 1.0》。这是一个技术规范指导性文件，共收录了21886 个简体、繁体汉字和其他符号，并在Windows 95/98 /NT/2000系统中广泛应用。
2000年3月17日，信息产业部和原国家质量技术监督局联合发布了GB 18030-2000《信息技术信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充》。这是一个在GB2312的基础上进行扩充，并且在字汇上与GB13000.1兼容的方案。 GB18030是国家标准，在技术上是GBK的超集，并与其兼容，因此，GBK将结束其历史使命。
GB18030采用单字节、双字节和四字节三种方式对字符进行编码。双字节部分收录内容主要包括GB13000.1全部CJK汉字20902个、有关标点符号、表意文字描述符13个、增补的汉字和部首/构件80个、双字节编码的欧元符号等。四字节部分收录了上述双字节字符之外的，包括CJK统一汉字扩充A在内的GB13000.1中的全部字符。
GB18030编码空间约为160万码位，目前已编码的字符约2.6万。随着我国汉字整理和编码研究工作的不断深入，GB18030所收录的字符还将在新版本中继续增加。
计算机硬件基础
1.3.1 计算机硬件系统组成原理
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。计算机的硬件系统一般指用电子器件和机电装置组成的计算机实体。计算机硬件由输入设备、运算器、控制器、存储器、输出设备五大部分组成。图1-4表示了构成计算机硬件系统的五大组成部分之间的框图。
图1-4 硬件系统五大组成部分框图
下面分别介绍组成计算机的各个部件及功能。
1、输入设备
输入设备的功能是把原始数据和处理这些数据的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中。常用的输入设备有：鼠标器、键盘、扫描仪、数字化仪、摄像机、条形码阅读器、数码相机、传真机、A/D 转换器等。从信息的输入输出角度来说，磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备，又可以看作输出设备。
2、运算器
运算器是计算机中对信息进行加工、运算的部件，它的速度决定了计算机的运算速度。运算器的功能是对二进制编码进行算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非、移位等）。参加运算的数（称为操作数）由控制器指示从存储器或寄存器中取出到运算器。
运算器由算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、寄存器和一些控制门等组成。算术逻辑运算单元通过算术运算或逻辑运算选择来进行算术逻辑运算。寄存器用来提供参与运算的操作数，并存放运算的结果。哪些数参与运算，由输入控制门的条件决定。
3、控制器
控制器是计算机的核心部件，它的功能是指示程序的执行过程，即决定在什么时间根据什么条件做什么事情。
控制器从存储器中顺序取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各个部件发出相应的命令，使指令规定的操作得以执行。它一方面向各个部件发出执行指令的命令，另一方面又接收执行部件向控制器发回的有关指令执行情况的反馈信息，控制器根据这些信息来决定下一步发出哪些操作命令。因此，控制器是指挥和控制计算机各个部件进行工作的“神经中枢”。控制器由指令寄存器、指令译码器、指令计数器以及其他的一些电路组成。
4、存储器
存储器是计算机中用于记忆的部件，它的功能是存储程序和数据。存储器分为两大类：内存储器和外存储器，简称内存和外存。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。主存是存取速度快而容量相对较小的一类存储器；辅存是存取速度较慢而容量相对较大的一类存储器。
内存是CPU可直接访问的存储器，是计算机中的工作存储器，即当前正在运行的程序与数据都必须存放在主存中。计算机工作时，所执行的指令及操作数都是从主存中取出的，处理的结果也放在主存中。
外存是主机的外部设备，用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序，存取允许速度较慢。一旦需要，可成批地与内存交换信息。它是主存储器的后备和补充。
内存通常由两种半导体存储芯片——随机存取存取器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）组成。RAM中的信息可随机地读出或写入，用来存放用户输入的程序和数据，但在断电后，RAM中的信息也随之丢失。ROM中的信息只能读出而不能写入，断电后，ROM中原有内容保持不变。在计算机重新接通电源后，ROM中的内容仍可被读出。因此，ROM常用来存放一些固定的程序或信息，如自检程序、字库等。外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，在脱机情况下可以永久地保存信息。
外存按存储介质分为磁表面存储器和光存储器。现在人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。磁盘可分为硬盘和软盘。目前，新型的信息存储装置光盘存储器也已经在微机上广泛使用。
存储器分类如图1-5所示。
图1-5 存储器分类图
5、输出设备
输出设备是指从计算机中输出人可直接识别的信息的设备。它的功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息，转换成人们习惯接受的信息形式（如字符、图形、声音等），然后将其输出。
输出设备的功能是用来输出计算机的处理结果。最常用的输出设备是显示器和打印机，还有绘图仪、X-Y记录仪、各种数模转换器（D/A）等。
1.3.2 常用计算机硬件设备介绍
从原理上说，计算机系统有五大组成部分，实现这五部分功能的电子器件又可分为主机和外部设备。主机由中央处理器CPU和内存储器组成；外部设备包括外存储器、输入设备和输出设备。计算机硬件系统的组成见图1-6。
图1-6 计算机硬件系统设备组成
1、主机
主机由中央处理器CPU（Central Processing Unit，又称中央处理单元）和内存储器组成。
CPU是将运算器、控制器、高速内部缓存集成在一块芯片上，是计算机最重要的核心部件。目前微机上使用的是Intel公司的x86系列处理器、包括486、Pentium、Pentium II、Pentium III、Pentium 4等，x86系列已成为微机处理器的工业标准。其他厂商（如AMD公司）生产的处理器如K6、K7、Duron、Athlon等的结构与指令集均与其兼容。
内存储器由只读存储器（ROM）和可读写的随机存储器（RAM）组成。
CPU、内存及其他扩展功能芯片如显示芯片等都是以插卡的形式安装在主板上的。主板又称主机板，是一块带有各种插口的大型印刷电路板（PCB），集成有电源接口、控制信号传输线路（称为控制总线）和数据传输线路（称为数据总线）以及相关控制芯片等，它将主机的各个部分有机地组合起来。
2、输入设备
（1）鼠标器
鼠标器（Mouse）简称鼠标，最先应用于Apple公司图形操作系统的Mac机，当时的鼠标只有一个按键（直到现在Apple公司最新推出的iMac还配备单键鼠标）。随着Windows的盛行，使鼠标逐渐超越键盘成为使用率第一的基本输入设备。它将频繁的击键动作转换成为简单的移动、点击。鼠标彻底改变了人们在PC上的工作方式，从而成为微机必备的输入设备。市场上鼠标有光电与机械、有线和无线、普通与人体工程学之分。鼠标按照按键的数目，可分为两键鼠标、三键鼠标及滚轮鼠标等。按照鼠标接口类型，可分为PS/2接口的鼠标、串行接口的鼠标、USB接口的鼠标。鼠标按其工作原理，可分为机械式鼠标、光电式鼠标、无线遥控式鼠标等。
（2）键盘
键盘（Keyboard）是向计算机发布命令和输入数据的重要输入设备。在微机中，它是必备的标准输入设备。在DOS时代键盘几乎可以完成所有的操作，即使在Windows下，键盘也还是不可取代的文字输入设备。因此，如果没有键盘或键盘系统，将无法使用微机，从这个意义上来讲，键盘系统起着相当重要的作用。按键盘开关接触方式分为机械式键盘和电容式键盘。早期的键盘是机械式的，现在几乎已被电容式所代替，它的特点是击键声音小，手感较好，寿命较长。
早期的键盘共有83个键，类似于英文打字机。后来不断增加新的控制键，逐渐发展为标准的101键PC键盘。再后来微软定义了Windows 95加速键盘，将键盘上的键增加到了104个键。现在市场销售的大多是104键盘，有些厂商还增加了一些特殊的功能键，比如上网键、关机键等等，这些特殊键需要专门的驱动程序才能起作用。键盘上一般有3个指示灯，用来提示键盘目前的状态。
早期的键盘接口是AT键盘口，它是一个较大的圆形接口，俗称“大口”。后来ATX接口的微机改用PS/2作为鼠标专用接口的同时也提供了一个键盘的专用PS/2接口，俗称“小口”，所以按键盘的接口分类主要分为老式的AT接口和新式的PS/2接口。这里要注意的是，虽然键盘和鼠标都有相同的PS/2接口，但是不能互换。AT键盘插头和PS/2键盘插头可以通过一个转换接头转换，即AT到PS/2 或PS/2到AT。104键盘是目前使用最广泛的键盘，该键盘共有4个键区：功能键区、主键盘区、光标控制键区（编辑键区）和数字键区（小键盘区）。
（3）扫描仪
扫描仪（Scanner）是文字和图片输入的主要设备之一。依靠光学扫描机构和有关的软件，如：识别字符的OCRreader（全称Optical Character Recognition reader），识别图像的Image Processing System，把大量的文字或图片信息扫描到计算机中，以便对这些信息进行识别、编辑、显示和打印等处理。
根据扫描仪的形状可分为台式和手持式两种。90年代以来，扫描技术发展迅速，彩色扫描仪代替了黑白扫描仪。扫描仪的主要性能是分辨率（Resolution）和彩色位数。低档的分辨率约300dpi×600dpi，高档的分辨率约1000dpi×2000dpi，这里单位dpi表示每英寸点数。彩色位数有24位和32位等。在Pentium微机中，扫描仪可以直接使用并行端口与主机连接。
（4）数码相机
这是一种采用光电子技术摄取静止图像的照相机。数码相机（Digital Camera）摄取的光信号由电荷耦合器件（Charge Coupled Device，简称CCD）成像后变换成电信号，用软盘或快速RAM盘作为图像记录介质代替普通胶片，将其与计算机的串行通信端口连接，可把摄取的照片转储到计算机内以便进行照片编辑。
3、外存储器
（1）硬盘
硬盘由质地较硬的涂有磁性材料的铝合金圆盘组成，每个硬盘都由若干个磁性圆盘组成。与软盘相比，硬盘具有速度快、容量大、可靠性高，几乎不存在磨损问题的特点。由于硬盘密封在金属盒中，防潮、防腐、防霉、防尘性能好，如果使用得当，硬盘上的数据可保存数年之久。
目前市场上的硬盘除个别5.25英寸结构外，其他绝大多数都为3.5英寸产品，各种硬盘的结构都是相似的。硬盘产品除了昆腾、希捷、IBM、迈拓、西部数据五大品牌外，还有如三星、富士通这些OEM硬盘品牌，另外长城科技股份有限公司也已经开始生产销售中国自主生产的高容量高速硬盘。
硬盘由多个盘片组成，盘片的每一面都有一个读、写磁头，每个盘面划分为磁道和扇区。硬盘容量的计算公式是：硬盘容量=磁头数×柱面数×每柱面扇区数×每扇区字节数。
（2）软盘
软磁盘存储器简称软盘，是微机系统中重要的组成部分。软盘是一种涂有磁性物质的聚脂塑料薄膜圆盘。常用的软盘其直径为3.5英寸，容量为1.44MB。信息在磁盘上按磁道和扇区来存储。磁道就是以盘片中心为圆心的同心圆，每一圆周为一个磁道，由外向内编号。每个磁道被划分成若干个相等的区域，称为扇区，每个扇区的容量通常为512B。
软盘存储容量的计算公式如下：
软盘容量=面数×每面磁道数×每磁道扇区数×每扇区记录的字节数。
例如：3.5英寸的软盘有80个磁道，每道18个扇区，每个扇区512B。
软盘容量=2×80×18×512B=1.44MB
各种软盘记录信息的参数，如表1-3所示：
表1-3 各种软盘的参数
尺寸
面数
磁道数
扇区数
容量
5.25英寸
2
40
9
360KB
5.25英寸
2
80
15
1.2MB
3.5英寸
2
80
18
1.44MB
软盘上有写保护缺口，当写保护口处于保护状态（即写保护口打开）时，只能读取盘中信息，而不能写入，用于防止擦除或重写数据，也能防止病毒侵入。
现在软盘虽已成为价格便宜、易于购买的商品，但在日常使用中仍需注意对软盘的保护，因为损坏即造成存储信息的丢失。平时应避免用手触摸读写孔处暴露的磁表面，以免沾污和划伤盘片。忌重压或弯曲，不能放在高温、潮湿、强磁、震动的地方，也不要用硬笔在封套上刻划。因此标签要写好再贴，软盘应装在盒内携带。当软盘在驱动器中正在进行读写时千万不要作插、拔操作，以免损坏软盘及驱动器。
（3）磁带存储器
磁带存储器也是利用磁性材料存储信息的原理所制成的一种外存储器，只不过它是将磁性材料涂在一条长长的带子上而已。
磁带存储器只能顺序存取信息，等待时间长，存取速度慢，但由于容量大、价格便宜、性能可靠，在早期曾是一个重要的外存储器。随着软盘、硬盘存储技术的不断发展，磁带存储器的重要性已经降低。目前，它主要作为备份文件和档案的后备存储器。
（4）光盘存储器
光盘存储器是利用激光技术存储信息的装置。目前用于计算机系统的光盘可分为：固定型光盘、追记型光盘和可改写型光盘。
① 固定型光盘
固定型光盘又叫只读光盘，它把需要的信息事先制作到光盘上，用户不能抹除，也不能再写入，只能读取盘中的信息。现在奔腾机上广泛使用的CD-ROM光盘（Compact Disc-Read Only Memory）就是此类。
微机上用的CD-ROM光盘驱动器有一个数据传输速率指标，称为倍速。一倍速CD-ROM的数据传输率是150KB/s，24倍速CD-ROM的数据传输率是24×150KB/s=3.6MB/s。目前常用的是48或52倍速的光驱。
② 追记型光盘
追记型光盘又叫只写一次式光盘，它可由用户将所需要的信息写入光盘，但写过后不能擦除和修改，只能读出。这种光盘主要供用户作为信息存档和备份一个大型系统之用。CD-R（CD-Recordable）、WORM（Write Once Read Many）就属此类光盘.
③ 可改写型光盘
可改写型光盘也叫可擦写型光盘，用户可以自己写入信息，也可对写入的信息进行擦除和改写。就像使用软盘、硬盘一样，能反复使用。它有三种类型：磁光型、相变型、染料聚合物型。目前计算机系统用的是磁光型（Magneto Optic Disc）可改写光盘，简称MO。MO磁光盘可以反复使用一万次以上，可保存50年以上，但一次性投资高，速度较慢。MO驱动器和盘片有两种规格，3.5英寸和5英寸，采用SCSI接口。3.5英寸的容量有128MB、230MB、540MB、640MB，5英寸的容量有1.3GB、2.6GB、3.2GB等。
（5）U盘（优盘）
随着信息技术的不断发展，几十MB甚至几百MB的信息交换已经成为日常工作中的家常便饭，而传统使用的1.44MB软盘就显得无能为力了。因此，近年来出现了容量更大的U盘。
U盘是采用一种闪速存储器（Flash Memory）作为存储媒介，无需物理驱动器仅通过USB接口和主机相连，就可以像使用软、硬盘一样读写文件。U盘工作时无需额外电源，支持热插拔，具有写保护功能。U盘速度比软盘高得多（15倍以上），容量比软盘大得多（现常见为16MB～1GB），可靠性和使用寿命也远远高于软盘。在主板支持USB启动的主机中，U盘实现启动功能，在一定程度上可以说U盘使软驱彻底失去了存在的价值。
有些U盘将存储空间划分为公共磁盘区和加密磁盘区。通过预先烧录在U盘芯片中的加密程序，可实现对U盘加密区的信息加密，只有在正确输入密码之后，才能浏览U盘加密区文件。U盘的出现，大大方便了计算机之间的信息交换。
4、输出设备
下面简单介绍几种常用的输出设备：
（1）显示器
显示器又称为监视器（Monitor）。显示器是微型机最基本的，也是必备的输出设备。
显示器的种类很多，按所采用的显示器件分类，有阴极射线管（Cathode Ray Tube，简称CRT）显示器、液晶显示器（Liquid Crystal Display，简称LCD）、等离子显示器等。目前微型计算机系统所配备的显示器大多是CRT显示器。液晶显示器和等离子显示器是平板式的，它们的特点是体积小，功耗少，是很有发展前途的新型显示器件，主要用于笔记本型的计算机上。
按所显示的信息内容分类，有字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。
按显示的功能分类，有普通显示器和显示终端两大类。显示器和显示终端是两个不同的概念。显示器的功能简单，只作为计算机系统的输出设备，它的控制电路和存储逻辑都在主机箱的接口板中，目前个人计算机系统使用的就是这种结构。显示终端是由显示器和键盘组成的一套独立完整的输入/输出设备，它可以通过标准通信接口接到远离主机的地方使用，其结构也比显示器复杂得多。显示系统包括显示器和显示适配器（又称显示卡），它的性能由这两部分的性能决定。
显示器的主要技术指标有：
① 显像管
显示器之间最大的差别在于显示器所采用的显像管的差别，在相同的可视面积下，显像管的品质是决定显示器性能是否优越的最关键因素。CRT显示器按屏幕表面曲度，可以分为球面、平面直角、柱面、完全平面4种。
② 屏幕尺寸
屏幕尺寸指显示器屏幕对角线的长度，单位为英寸（1英寸=2.54cm），如14英寸、15英寸、17英寸、19英寸、21英寸等。
14英寸的显示器算是最低档的了，一般也没有平面直角的。现在已逐渐趋于淘汰。15英寸和17英寸的显示器现在是市场的主流，价格适中。19英寸或更大英寸的显示器价格都相当高，一般作专业用途。
③ 点距（Dot Pitch）
点距是彩色显示器的一项重要技术指标，是指屏幕上相邻两个相同颜色的荧光点之间的最小距离。点距的单位是mm（毫米）。点距越小，意味着单位显示区域内可以显示更多的像点，显示的图像就越清晰细腻。现在多数彩色显示器的点距为0.28mm，以前显示器的点距还有0.39mm或0.31mm，高档显示器的点距只有0.26mm或0.25mm。柱面管的栅距目前都是0.25mm，完全平面显示器的点距为0.25mm、0.24mm甚至更小。当然，点距越小，价格也就越高。
④ 分辨率
定义显示器画面解析度的标准由每帧画面的像素决定，分辨率简单地说就是屏幕每行每列的像素数。作为性能指标之一的最大分辨率，则取决于显示器在水平和垂直方式上最多可以显示点的数目。分辨率（Resolution）以水平显示的像素个数×水平扫描线数表示，如1024×768指每帧图像由水平1024个像素、垂直768条扫描线组成。屏幕尺寸相同，点距越小，分辨率越高，行扫描频率越高，分辨率相应地也就越高。
显示器的分辨率受显示器的尺寸、显像管点距、电路特性等方面的影响。14英寸显示器的最大分辨率可达1024×768，15英寸显示器的分辨率可达1280×1024。分辨率同样也是影响显示器价格的重要因素。
⑤ 刷新频率
刷新频率：指屏幕的刷新速度，刷新频率低，图像的闪烁和抖动越严重，眼睛容易疲劳。刷新频率又分垂直刷新频率和水平刷新频率。垂直刷新频率又叫场频（Vertical Scanning Frequency），以Hz为单位，是画面的刷新次数，一般场频应在75Hz以上，低于60Hz，就会感觉屏幕有闪烁感，VESA国际视频专家协会1997年制定的无闪烁标准是85Hz。水平刷新频率又叫行频（Horizontal Scanning Frequency），是电子枪每秒种扫描过的水平线数目，单位是KHz。计算公式为：行频=垂直分辨率×场频×1.08。
⑥ 视频带宽
视频带宽指每秒钟电子枪扫描过的总像素数，等于“水平分辨率×垂直分辨率×场频（画面刷新次数）”。与行频相比，带宽更具有综合性，也更直接的反映显示器性能。但通过上述公式计算出的视频带宽只是理论值，在实际应用中，为了避免图像边缘的信号衰减，保持图像四周清晰，电子枪的扫描能力需要大于分辨率尺寸，水平方向通常要大25%，垂直方向要大8%。带宽对于选择一台显示器来说是很重要的一个指标。太小的带宽无法使显示器在高分辨率下有良好的表现。带宽以MHz为单位，带宽越大，表明显示控制能力越强，显示效果愈佳。目前这个指标对14英寸彩显不太重要，但对15英寸以上的显示器有严格的要求，15英寸一般要达到64MHz，17英寸的入门标准为75MHz。
⑦ 扫描方式
扫描方式：指显像管电子束的扫描方式，有逐行（Non-Interlace）和隔行（Interlace）两种。逐行扫描是从第一条扫描线开始，一条一条扫描线依次往下扫描;而隔行扫描是先扫描半数的扫描数，再扫描剩下的一半，如先扫描奇数行，再扫描偶数行，两次扫描的结果形成一幅完整的图像。由于隔行扫描闪烁严重，太伤眼睛，已经被市场淘汰。
（2）打印机
打印机是微机系统中常用的设备之一。打印机在微机系统中是可选件。利用打印机可以打印出各种资料、文书、图形、图像等。根据打印机的工作原理，可以将打印机分为三类：点阵打印机、喷墨打印机和激光打印机。
① 点阵打印机
点阵打印机又称针式打印机，是利用打印头内的点阵撞针，撞击打印色带，在打印纸上产生打印效果。针式打印机打印头上的钢针数是9针的，称为9针打印机;钢针数为24针的，称为24针打印机。比如EPSON FX-100是9针打印机，M2024、CR-3240、EPSON LQ-1600K、STAR等都是24针的打印机。
点阵打印机的特点：
u 价格便宜。点阵打印机的工作原理比较简单，所以价格也比较便宜，耗材（如色带）很容易买到，价格也比较低廉，这可以说是针式打印机的最大特点。
u 对纸张质量的要求较低。
u 可以用132列的宽行纸，并且可以连续走纸，适合于打印较宽的表格等。而一般的喷墨、激光打印机只能用页式纸，并且只能一张一张地打印。
u 可以利用压感纸或复写纸，一次打印多份，这是喷墨、激光打印机做不到的。
u 可以打印蜡纸，然后进行油印，这也是喷墨、激光打印机不可能做到的。
u 缺点是噪声大、速度慢、精度低，不适合打印图形，尤其是彩色图形。
② 喷墨打印机
喷墨打印机的打印头由几百个细小的喷墨口组成，当打印头横向移动时，喷墨口可以按一定的方式喷射出墨水，打到打印纸上，形成字符、图形等。常见的喷墨打印机有：HP Desk Jet plus、Canon BJ10e、 HP Paint Jet等。
喷墨打印机的特点：
u 喷墨打印机的价格适中，比激光打印机要便宜得多。近年来，随着喷墨头与墨水等制造技术的进步，喷墨打印机的价格已经大众化了，目前中低档喷墨打印机的价格已经低于点阵打印机。
u 打印质量接近激光打印机，比点阵打印机打印效果好。喷墨打印机的分辨率一般达300dpi以上，高档彩色喷墨打印机分辨率可达720dpi。高分辨率彩色喷墨打印机打印出来的图片已经逼近照片的分辨率。
u 打印速度比点阵打印机快许多。
u 使用起来噪声小。
u 与点阵打印机相比，体积小、重量轻。小型的喷墨打印机（如佳能BJ-10ex等）体积和一台便携式微机相当，甚至可以用蓄电池供电，随时随地都能使用。
u 耗材费用较高。这是喷墨打印机最大的缺点，而且墨水容易挥发。其消耗品如墨水或一次性喷墨头的成本比点阵打印机的色带要高得多。一个墨水盒的墨水很快就会用完，而更换一个墨水盒的费用不低，单单换装墨水又比较麻烦，并且不是每种打印机都可以重新装入墨水。
u 对纸张的要求较高。喷墨打印机无法使用连续式和自动复写式的打印纸，不能同时打印多份，只能一张一张地打印。并要求所使用的纸张表面非常光滑，最好也能厚一点。如果使用表面较粗糙或较薄的纸张，墨水打在上面，容易洇开，使字迹模糊，影响打印质量。
u 喷墨口不容易保养。
③ 激光打印机
激光打印机是一种高速度、高精度、低噪声的非击打式打印机。它是激光扫描技术与电子照相技术相结合的产物。激光打印机具有最高的打印质量和最快的打印速度，可以输出漂亮的文稿，也可以输出直接用于印制版的透明胶片。但其购置费用和消耗费用都比较高，因此一般多用于高档次的桌面印刷系统。常见的激光打印机有：HP Laser Jet系列、Canon LBP系列等。
激光打印机的特点：
u 打印效果最好，几乎达到印刷品的水平。这是其最大的优点。
u 打印速度最快，打印声音很小。激光打印机又称页式打印机，顾名思义，它一次就可以打印完一整张纸，速度慢者，每分钟可以印出两张，速度快者，每分钟则可打印出8张以上。
u 耗材多、价格较贵。激光打印机使用碳粉盒，一盒碳粉大约能够打印3000—5000页，重新购买一个碳粉盒或是更换盒里的碳粉，在价格上较为昂贵。
u 不能用复写纸同时打印多份，且对纸张的要求高。
（3）绘图仪
绘图仪是一种输出图形的硬拷贝设备，绘图仪在绘图软件的支持下可绘制出复杂、精确的图形，是各种计算机辅助设计（CAD）不可缺少的工具。绘图仪的性能指标有绘图笔数、图纸尺寸、分辨率、接口形式及绘图语言等。
1.3.3 PC机的基本配置
在PC机市场上，有品牌机与兼容机（又称组装机、DIY电脑）两大阵营。品牌机是指有较大的生产规模、有自己的研发队伍、在大范围内有一定的影响力、在很大程度上能够满足顾客综合性需求的厂商生产的，整机具有特定品牌的PC机。而兼容机是指按照用户提出的配置要求，选择不同品牌的配件进行组装而成的PC机。品牌机的优势包括：易用性、整体设计科学合理、丰富的文档资料、完善的服务体系等，但价格较高且配备无法满足用户的特殊需要。而兼容机的优势包括价格实惠、配置灵活、易升级，但对用户的计算机水平有较高的要求。
品牌机和兼容机因为各自面向的对象不同，而拥有各自的市场。大部分企事业单位与少部分个人用户出于对系统兼容性、稳定性及售后服务方面的考虑，会选择品牌机；而大部分个人用户则出于系统价格、配置灵活性等方面的考虑，选择了兼容机。
不论是品牌机还是兼容机，其基本的配置都是一样的。表1-4提供了2006年暑期一款采用了主流配置，充分考虑性能价格比的兼容机配置。
表1-4 2006年6月华东市场某兼容机配置表
配件
产品名称
具体规格
价格（元）
CPU
AMD Athlon64 3000+
主频1800MHz/ FSB 800MHz/接口Socket 939/ L2缓存 512KB
640
主板
华硕 A8V-E-SE
芯片组VIA K8T890/插槽 Socket 939/FSB 1000MHz
720
声卡
主板内置
AC 97标准
/
内存
金士顿 DDR 512M
容量512MB/DDR/外频 400MHz
345
硬盘
Seagate 酷鱼 80G
转速7200RPM/缓存2MB/容量80G/五年保
380
显卡
七彩虹 1300 PRO-GD2 （256M）
芯片Radeon X1300/显存256 MB/核心频率550 MHz
700
显示器
三星 711N
尺寸17英寸/点距0.264mm/响应时间8ms/水平视角160度
1540
光驱
Sony 16X DVD
接口IDE / DVD速度16X/ CD速度40X
180
键盘鼠标
罗技光电高手套装
键盘接口PS2/光电鼠标接口USB
140
机箱电源
金和田 7606B
立式/电源结构ATX/
260
音箱
漫步者R211T
有源/音箱材质 木质/功率28W
100
网卡
D-link DFE-530TX
传输速率10/100Mbps/接口RJ45/支持网络唤醒
45
其它
/
价格合计
5050
1.3.4 指令和程序
输入计算机的信息一般有两类，一类称为数据，一类称为程序。我们知道，计算机是通过执行指令来处理各种信息的。
1、指令
指令是指示计算机如何工作的命令，它通常由一串二进制数码组成，这串二进制数码包括操作码和地址码两部分。操作码规定了操作的类型，即进行什么样的操作;地址码规定了要操作的数据（操作对象）存放在什么地址中，以及操作结果存放到哪个地址中去。因此，指令就是由操作码和地址码组成的一串二进制数码。比如，下面一串二进制数是一条某小型机的加法指令（指令字长16位）：0110000010000001。为了清楚起见，我们用八进制数表示为060201，即 0 110 000 010 000 001，这里，八进制数06（二进制数0110）是操作码，它表示加法操作；八进制数0201（二进制数000010000001）是地址码，有两个操作数地址：源操作数地址02，表示是2号寄存器中的数；目的操作数地址01，表示是1号寄存器。这条指令的含义是把2号寄存器中的数加上1号寄存器中的数。
2、程序
程序是由一系列指令组成的，它是为解决某一问题而设计的一系列排列有序的指令的集合。程序送入计算机，存放在存储器中，计算机按照程序，即按照为解决某一问题而设计的一系列排好顺序的指令进行工作。
3、存储程序和程序控制原理
计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制原理。存储程序和程序控制原理是美籍匈牙利科学家冯·诺依曼于1945年提出来的，故称为冯·诺依曼原理。虽然，现在的计算机已经发展到第四代，但仍遵循着这个原理。
存储程序和程序控制原理的要点是，为解决某个问题，需事先编制好程序，程序可以由高级语言的语句编写，也可以由机器指令组成，即程序是由一系列指令组成的。程序输入到计算机中，存储在内存储器中（存储原理），在运行时，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令（程序控制）。
4、计算机的工作过程
计算机系统的各个部件能够有条不紊地协调进行工作，都是在控制器的控制下完成的。计算机的工作过程可以归结为以下几步：
（1）控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存储器。
（2）在控制器指挥下，从存储器取出指令送入控制器。
（3）控制器分析指令，指挥运算器、存储器执行指令规定的操作。
（4）运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出。
（5）返回到第二步，继续取下一条指令，如此反复，直到程序结束。
计算机软件基础
计算机的软件系统包括系统软件和应用软件。计算机软件是在计算机硬件上运行的各种程序及有关文档资料的总称。系统软件一般由计算机厂商提供，应用软件是为解决某一问题而由用户或软件公司开发的。计算机软件系统的组成见图1-7。
图1-7 计算机软件系统的组成
1.4.1 系统软件
系统软件是管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）、开发应用软件的软件。它主要包括操作系统、语言处理程序、程序设计语言、数据库管理系统、支撑服务软件等。
1、操作系统OS（Operating System）
操作系统是控制计算机系统并对其进行管理的一组程序，它是用户和计算机硬件系统之间的接口，为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。
操作系统的作用是管理计算机的所有软件和硬件资源，使计算机系统最大限度地发挥作用，为用户提供方便、有效、友善的服务界面。通常具有五个方面的功能：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。实际的操作系统是多种多样的，根据侧重面不同和设计思想不同，操作系统的结构和内容存在很大差别。根据操作系统使用环境和对作业处理方式的不同，操作系统一般可分为以下几种类型：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系统。目前计算机中使用的操作系统有DOS、OS/2、Unix、Linux、NetWare、Windows 95、Windows 98、Windows NT等。
2、程序设计语言
程序设计语言是用户编写应用程序使用的语言，是人与计算机之间交换信息的工具。一般分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。
（1）机器语言
机器语言是计算机系统唯一能识别的、不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言。机器语言中的每个语句（称为指令）都是二进制形式的指令代码，包括操作码和地址码两部分。机器语言通常随着计算机型号的不同而不同，每种型号的计算机所执行的全部指令的集合就是该计算机的指令系统。
用机器语言编写程序难度大、直观性差、容易出错，修改、调试也不方便，但执行速度最快。由于不同计算机的机器语言有所不同，所以机器语言的通用性和移植性差。
（2）汇编语言
汇编语言是将机器语言“符号化”的程序设计语言。在汇编语言中，用助记符号来表示机器语言的二进制代码。用汇编语言编写的程序（汇编语言源程序）必须翻译成机器语言程序（目标程序），计算机才能识别和执行。
汇编语言比机器语言直观，容易记忆和理解，用汇编语言编写的程序比机器语言程序易读、易检查、易修改。汇编语言与机器语言一般是一一对应的。不同计算机系统的汇编语言系统也不同，因而汇编语言程序通用性、可移植性也较差。
（3）高级语言
机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，一般称为低级语言。它们对机器的依赖性大，通用性差，要求程序的开发者必须熟悉计算机的硬件系统和了解每一细节，它所面对的用户是计算机专业人员，一般普通用户很难胜任。
随着计算机技术的发展和计算机应用领域的不断扩大，计算机用户的队伍也不断壮大，其中绝大部分不是计算机专业人员。所以，从20世纪50年代中期开始，逐步开发了面向问题的程序设计语言，称为高级算法语言（简称高级语言）。高级语言是一种接近数学语言及自然语言的程序设计语言。高级语言的显著特点是独立于具体的计算机硬件，通用性和移植性好。另外，用高级语言编写程序比用低级语言容易得多，简化了程序的编制和调试过程，编程效率可以大幅度地提高。
同汇编语言一样，用高级语言编写的程序（称为高级语言源程序）也不能被计算机直接执行，必须先将高级语言源程序翻译成目标程序后，才能被计算机执行。通常有编译和解释两种翻译方式。
计算机高级语言的种类很多，常用的有Basic、Fortran、Pascal、C语言、COBOL语言、Java语言、Visual Basic、Delphi等。
3、语言处理程序
语言处理程序是把源程序翻译成机器语言的程序，可分为三种：汇编程序、编译程序和解释程序。
（1）汇编程序
把汇编语言源程序翻译成机器语言程序的程序称为汇编程序，翻译的过程称为汇编。
汇编程序在翻译源程序时，总是对源程序从头到尾一个符号一个符号地进行阅读分析，一般用两遍扫描完成对源程序的加工转换工作。汇编语言在翻译的同时，还对各种形式的错误进行检查和分析，并反馈给用户，以便修改。
反汇编程序也是一种语言处理程序，它的功能与汇编程序相反，它能把机器语言程序转换成汇编语言程序。
（2）编译程序
编译程序是把高级语言源程序（如Fortran、Pascal、C等）翻译成目标程序（机器语言程序）的一种程序，翻译的过程称为编译。
（3）解释程序
解释程序也是一种对高级语言源程序进行翻译处理及的程序。但其处理方式是边读取、边翻译、边执行，解释过程不产生目标程序。解释程序将源程序一句一句读入，对每个语句进行分析和解释，有错误随时通知用户，无错误就按照解释结果执行所要求的操作。程序的每次运行都要求源程序与解释程序参加。
4、数据库管理系统DBMS
数据库指存储在计算机内部，具有较高的数据独立性、较少的数据冗余、数据规范化，并且相互之间有联系的数据文件的集合。数据库管理系统是一种管理数据库的软件，它能维护数据库，接受和完成用户提出的访问数据库的各种要求，是帮助用户建立和使用数据库的一种工具和手段。
不同的数据库管理系统以不同的方式将数据组织到数据库中，组织数据的方式称为数据模型。数据模型一般分为三种形式：层次型——采用树型结构组织数据;网状型——采用网状结构组织数据;关系型——以表格形式组织数据。
5、支撑服务软件
支撑服务软件主要包括编辑程序、连接程序、诊断程序、调试程序、杀毒软件等。
（1）编辑程序
用于编辑源程序、信件及表格等。
（2）连接程序
经汇编或编译之后生成的目标程序是不能直接运行的。目标程序可能调用一系列内部函数、外部过程和库函数或其他程序模块，这时就需要连接程序将全部的目标程序块、库函数和系统库连接起来，使其成为一个可调入内存运行的程序模块，成为可执行程序。
（3）诊断程序
用于诊断计算机硬件的各个部分能否正常工作。能对CPU、内存、软硬盘驱动器、显示器、键盘及I/O接口的性能和故障进行检测。微机中常用的诊断程序有Qaplus、Pcbench、Winbench、Wintest、Checkpro、Norton等。
（4）调试程序
为方便用户调试程序而提供的一种工具。最常用的调试程序是Debug。使用调试程序可以一条指令一条指令地跟踪程序的执行，便于了解程序的执行过程，发现和修改程序中的错误。
1.4.2 应用软件
为解决计算机各类应用问题而编写的程序称为应用软件。应用软件具有很强的实用性。随着计算机应用领域的不断拓展和计算机应用的广泛普及，各种各样的应用软件与日俱增。它又可分为用户程序和应用软件包，它是由系统软件开发的。
1、用户程序
用户程序是用户为解决自己特定的具体问题而开发的软件，编制用户程序应充分利用计算机系统的现有软件，在系统软件和应用软件包的支持下进行开发。各种各样的科学计算程序、工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序等都是用户程序。
2、应用软件包
应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算，经过精心设计的独立软件系统，是一套满足同类应用的许多用户需要的软件。应用软件包的种类很多，可以说，凡是应用计算机的行业都有适合本行业的应用软件包。
Microsoft Office 是美国Microsoft公司开发的一套包含字处理软件Word、表格处理软件Excel、文稿演示软件PowerPoint、数据库软件Access等集成的办公自动化软件包。
WPS Office是我国金山电脑公司推出的办公自动化软件包，提供现代企业办公中必须的六大功能：文字办公处理、电子表格、演示制作、网页浏览、邮件管理、图片浏览，是一套适合中国企事业单位办公应用的软件。
CorelDRAW是加拿大Corel公司推出的集成图像应用软件包，包括矢量绘图工具CorelDRAW、图像编辑工具Corel Photo-Paint、3D插图模型制作工具CorelDRAW 3D、3D运动编辑器Corel Motion 3D和多媒体演示制作工具Corel Present等组件，是专业图像、视频制作者的得力工具。
在计算机技术的发展过程中，计算机软件随硬件技术的发展而发展。软件的不断发展与完善，又反过来促进了硬件的新发展。计算机的硬件和软件是互相依存、互相支持的，硬件的某些功能可以用软件来完成，而软件的某些功能也可以用硬件来实现。
多媒体技术
随着微电子、计算机、通信和数字化声像技术的飞速发展，多媒体技术应运而生，并在全世界范围内形成了一股开发应用多媒体技术的热潮。多媒体技术的应用是20世纪90年代计算机的时代特征，是计算机的又一次革命，它的到来把人们带进一个多姿多彩的视听世界。
1.5.1 多媒体的基本概念
1、什么是媒体
媒体（Media）是指信息表示和传播的载体。例如，文字、声音、图形和图像等都是媒体，它们向人们传递各种信息。在计算机领域，几种主要媒体的定义如下：
（1）感觉媒体
直接作用于人的感官，能使人直接产生感觉的信息载体称为感觉媒体。例如，人类的各种语言、播放的音乐、自然界的各种声音、图形、静止或运动的图像，计算机系统中的文件、数据和文字等，都是感觉媒体。
（2）表示媒体
表示媒体是指各种编码，如语言文字编码、文本编码、图像编码等。这是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为地进行研究、构造出来的一种媒体。
（3）表现媒体
表现媒体是感觉媒体与计算机之间的界面，如键盘、摄像机、光笔、话筒、显示器、打印机等。
（4）存储媒体
存储媒体用来存放表示媒体，即存放感觉媒体数字化后的代码，是存储信息的实体。如半导体存储器、软磁盘、硬磁盘、磁带和CD-ROM等。
（5）传输媒体
传输媒体是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体，如双绞线、同轴电缆、光纤等。
2、多媒体和多媒体技术
多媒体（Multimedia）是多种媒体的综合，而多媒体技术则是对多种媒体进行综合的技术。确切地说，多媒体技术是把数字、文字、声音、图形、图像和动画等各种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。这里所说的“加工处理”，主要是指对上述媒体的录入，对信息进行压缩和解压缩、存储、显示和传输等。多媒体系统是一个可组织、存储、操纵和控制多媒体信息的集成环境和交互系统。一般地讲，多媒体技术有两层含义：
（1）计算机以预先编制好的程序控制多种信息载体，如CD-ROM、激光视盘、录像机、立体声设备等。
（2）计算机处理信息种类的能力，即能把数字、文字、声音、图形、图像和动态视频信息集为一体的能力。当前指的多媒体技术即指此。
近年来，由于计算机技术、通信技术以及视频图像、音频处理等技术的发展，已经具有处理多媒体信息的能力。计算机的数字化及交互式的处理能力，给多媒体技术的发展提供了条件，同时，近年来音像系统本身的发展，大量采用了计算机技术。多媒体计算机已经相当普及。
1.5.2 多媒体技术的特点
多媒体的关键特性是多样性、交互性和集成性。
1、信息载体的多样性
信息载体的多样性是多媒体的主要特性之一，也是多媒体研究需要解决的关键问题。信息载体的多样化，是相对计算机而言的，在多媒体技术中，计算机所处理的信息空间范围拓展了，不再局限于数值、文本、图形和特殊对待的图像，并且强调计算机与声音、活动图像（或称为影像）相结合，以满足人类感官对多媒体信息的需求，这在计算机辅助教育，以及产品广告、动画片制作等方面有很大的发展前途。
2、多种信息的综合和集成处理
多媒体技术不仅要对多种形式的信息进行各种处理，而且要将它们有机的结合起来。突出的例子是动画制作，要将计算机产生的图形或动画与摄像机摄得的图像叠加在一起，在播放时再和文字、声音混合，这样，就需要对多种信息的综合和集成处理。多媒体的集成性主要体现在两个方面：一是多媒体信息的集成，是指各种媒体信息应能按照一定的数据模型和组织结构集成为一个有机的整体，以便媒体的充分共享和操作使用;二是操作这些媒体信息的工具和设备的集成，是指与多媒体相关的各种硬件设备的集成和软件的集成，为多媒体系统的开发和实现建立一个理想的集成环境，以提高多媒体软件的生产力。
3、多媒体系统是一个交互式系统
多媒体的另一个关键特性是交互性。多媒体系统采用人机对话方式，对计算机中存储的各种信息进行查找、编辑及同步播放，操作者可通过鼠标器或菜单选择自己感兴趣的内容。交互性为用户提供了更加有效的控制和使用信息的手段和方法，这在计算机辅助教学、模拟训练、虚拟现实等方面有着巨大的应用前景。
1.5.3 多媒体计算机
1、多媒体计算机的关键技术
在多媒体计算机中，关键技术主要有以下几项：
（1）视频和音频数据的压缩和解压缩技术
视频信号和音频信号数字化后数据量大得惊人，这是制约多媒体发展和应用最大的障碍。一帧中等分辨率（640×480）真彩色（24位/像素）数字视频图像的数据量约占0.9MB的空间，如果存放在650MB的光盘中，以每秒30幅的速度播放，只能播放二十几秒钟;双通道立体声的音频数字数据量为1.4MB/秒，一个650MB的光盘只能存储7分多钟声音的音频数据。一部放映时间为2小时的电影或电视，其视频和音频的数据量约占208800 MB的存储空间，这是现代存储设备根本无法解决的，所以一定要把这些信息压缩后存放，并且在播放时解压缩。所谓图像压缩，是指图像从以像素存储的方式，经过图像变换、量化和高速编码等处理转换成特殊形式的编码，从而大大降低计算机所需存储和实时传送的数据量。
（2）专用芯片
由于多媒体计算机要进行大量的数字信号处理、图像处理、压缩和解压缩以及解决多媒体数据之间关系等有关问题，需要使用专用芯片。这种芯片包含有很多功能，集成度可达上亿个晶体管。
（3）大容量存储器
目前，CD-ROM用得较多，发展大容量的CD-ROM存储器仍是目前迫切要解决的问题。
（4）研制适用于多媒体技术的软件
如多媒体操作系统，为多媒体计算机用户开发应用系统而设置的具有编辑功能和播放功能的创作系统软件，以及各种多媒体应用软件。
2、多媒体计算机（MPC）
具有多媒体功能的计算机叫多媒体PC，简称MPC。由Microsoft公司联合主要PC厂商组成的MPC市场委员会，分别在1991年、1993年和1995年制定了MPC的标准（MPC规格1、MPC规格2、MPC规格3）。按照MPC联盟的标准，多媒体计算机包含5个基本单元：个人计算机、CD-ROM驱动器、音频卡、Microsoft Windows 3.1 操作系统及一组音响或耳机，同时对个人计算机的CPU、内存、硬盘、显示功能等作了基本要求。从MPC规格1到MPC规格3，可以看出多媒体计算机朝着大的存储容量、快的运算速度及高品质的视音频的规格发展（见表1-5）。
表1-5 多媒体计算机系统规格MPC1、MPC2、与MPC3比较表
基本要求
MPC level-1
MPC level-2
MPC level-3
中央处理器
386SX/16MHz
486SX/25MHz
Pentium/75MHz
内存
2MB
4MB
8MB
硬盘
30MB
160MB
540MB
光驱
150KB/s
300KB/s
600KB/s
音频卡
8bit
16bit
16bit
显示卡
640×480 16色
640×480 256色
640×480 256色
连接口
MIDI I/O
MIDI I/O
MIDI I/O
现代MPC的主要硬件配置必须包括CD-ROM、音频卡和视频卡，这三方面既是构成现代MPC的重要组成部分，也是衡量一台MPC功能强弱的基本标志。CD-ROM以每张650MB容量的光盘圆满解决多媒体信息的大容量存储问题，其主要衡量指标之一是数据传输速度，以150KB/S为倍速，目前已发展到56倍速;音频卡从硬件上实施声音信号的数字化、压缩、存储、解压和回放等功能，并提供各种声音音乐设备（收音机、录放机、CD、合成器等）的接口与集成能力;视频卡（MPC规格中没有规定）以硬件方式快速有效地解决活动图像信号的数字化、压缩、存储、解压和回放等重要视频处理和标准化问题，并提供各种视频设备（摄像机、录放像机、影碟机、电视等）的接口与集成能力。
MPC规格3制定至今，计算机的软硬件技术又有了突飞猛进的发展，特别是计算机互联网络的普及，使多媒体计算机不仅是工作与娱乐中心，也有成为信息处理和通信中心的趋势。未来的多媒体计算机除了在多媒体功能上不断加强外，还会朝着如下的方向发展：
（1）向多媒体一体机的方向发展，即把显示器和计算机主机做成一体的“模组化”计算机。
（2）把网络功能和通信功能（如Fax/Modem及网络通信软件）作为基本配置列入标准。
（3）家电化趋势。
一、判断题
1．CAD系统是指利用计算机来帮助设计人员进行设计工作的系统。
2．计算机的性能指标完全由CPU决定。
3．对软盘进行全面格式化也不一定能消除软盘上的计算机病毒。
4．指令和数据在计算机内部都是以区位码形式存储的。
5．UNIX是一种多用户单任务的操作系统。
6．点距是彩色显示器的一项重要技术指标，点距越小，可以达到的分辨率就越高，画面就越清晰。
7．采用计算机高级语言编写的程序，其执行速度比用低级语言编写的程序要快。
8．NetWare操作系统是Novell网络系统的核心，它是一个多任务操作系统。
9．同一张软盘上不允许出现同名文件。
二、单选题
1．在微型计算机中，VGA表示 。
A．显示器型号 B．机器型号 C．显示标准 D．CPU型号
2．计算机硬盘的容量比软盘大得多，读写速度与软盘相比 。
A．差不多 B．慢一些 C．快得多 D．慢得多
3．微型计算机的更新与发展，主要基于 的变革。
A．软件 B．微处理器 C．存储器 D．磁盘的容量
4．媒体是 。
A．表示信息和传播信息的载体 B．各种信息的编码
C．计算机输入与输出的信息 D．计算机屏幕显示的信息
5．计算机内所有的信息都是以 数码形式表示的。
A．八进制 B．十六进制 C．十进制 D．二进制
6．下列叙述中， 是正确的。
A．激光打印机是击打式打印机 B．所有微机上都能使用的软件是应用软件
C．CPU可以直接处理外存中的信息 D．衡量计算机运算速度的单位是MIPS
7．以下设备中不属于输出设备的是 。
A．打印机 B．绘图仪 C．扫描仪 D．显示器
8．宏病毒是随着Office软件的广泛使用，有人利用高级语言宏语言编制的一种寄生于 的宏中的计算机病毒。
A．应用程序 B．文档或模板
C．文件夹 D．具有“隐藏”属性的文件
9．运行一个程序文件时，它被装入到 中。
A．RAM B．ROM C．CD-ROM D．EPROM
10．软盘上的磁道被划分为多个圆弧区域，该区域称为 。
A．存储区 B．数据区 C．引导区 D．扇区
11．MPC是指 。
A．能处理声音的计算机 B．能处理图像的计算机
C．能进行通信处理的计算机 D．能进行文本、声音、图像等多种媒体处理的计算机
12．把微处理器、存储器和I/O接口电路等制作在一块集成电路芯片上，这样的芯片叫做 。
A．单片机 B．临时程序 C．计算器 D．便携式计算机
13．汇编程序的作用是将汇编语言源程序翻译为 。
A．目标程序 B．临时程序 C．应用程序 D．编译程序
14．CAM是计算机应用领域中的一种，其含义是 。
A．计算机辅助设计 B．计算机辅助制造 C．计算机辅助教学 D．计算机辅助测试
15．GB2312-80汉字国标码把汉字分成 等级。
A．简体字和繁体字两个 B．一级汉字、二级汉字和三级汉字三个
C．一级汉字、二级汉字共两个 D．常用字、次常用字和罕见字共三个
16．ASCII码是一种对 进行编码的计算机代码。
A．汉字 B．字符 C．图像 D．声音
17．计算机病毒是一种 。
A．生物病菌 B．生物病毒 C．计算机程序 D．有害言论的文档
18．我国将计算机软件的知识产权列入 权保护范畴。
A．专利 B．技术 C．合同 D．著作
19．计算机可以直接执行的指令一般包含 两部分。
A．数字和文字 B．数字和运算符号
C．操作码和操作对象 D．源操作数和目的操作数
20．下列编码中， 与汉字信息处理无关。
A．BCD码 B．输入码 C．字模点阵码 D．区位码
21．计算机硬件系统由 组成。
A．控制器、显示器、打印机、主机和键盘 B．控制器、运算器、存储器、输入输出设备
C．CPU、主机、显示器、硬盘、电源 D．主机箱、集成块、显示器、电源
22．下面以 为扩展名的文件是不能直接运行的。
A．.COM B．.SYS C．.BAT D．.EXE
23．汉字系统中，字库里存放的是汉字的 。
A．内码 B．外码 C．字模 D．国标码
三、双选题
1．下面说法中，正确的是 。
A．一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成
B．计算机区别于其它计算工具的最主要的特点是能存储程序和数据
C．电源关闭后，ROM中的信息会丢失
D．16位字长计算机能处理的最大数是16位十进制数
2．硬盘与软盘相比，硬盘具有 的特点。
A．价格便宜 B．容量大 C．速度快 D．携带方便
3．下列软件中属于应用软件的有 。
A．UNIX B．Word C．汇编程序 D．C语言源程序
4．多媒体计算机的主要硬件必须包括 。
A．CD-ROM B．EPROM C．网卡 D．音频卡和视频卡
5．有关计算机外部设备的知识， 是正确的。
A．喷墨打印机是击打式打印机
B．键盘和鼠标都是输入设备，它们的功能相同
C．显示系统包括显示器和显示适配器
D．光盘驱动器的主要性能指标是传输速度和纠错性能
6．完整的计算机系统由 组成。
A．硬件系统 B．系统软件 C．软件系统 D．操作系统
7．设A盘处于写保护状态，以下可以进行的操作是 。
A．将A盘中某个文件改名 B．将A盘中所有内容复制到C盘
C．在A盘上建立文件AA.C D．显示A盘目录树
8．在下列输入法中能输入“÷、π、≈、℃、①”等符号的是 输入法。
A．智能ABC B．五笔字型 C．区位码 D．全拼
9．下列软件中， 属于系统软件。
A．CAD B．Word C．汇编程序 D．C语言编译程序
四、填空题
1．第一台电子计算机诞生在四十年代，组成该计算机的基本电子元件是 。
2．二进制数100110010.11转换成对应的十六进制数是 。
3．描述信息存储容量的单位1GB= KB。
4． 程序是将计算机高级语言源程序翻译成目标程序的系统软件。
5．计算机内进行算术与逻辑运算的功能部件是 。
6．计算机中的地址即为存储单元的编号。要表示一个首地址为1000H，容量为16KB的存储区域，则其末地址应为 H。
7．在全角方式下输入一个字母，则该字母占 字节。
8．字符串“大学COMPUTER文化基础”（双引号除外），在机器内占用的存储字节数是 。
9．根据ASCII码编码原理，现要对50个字符进行编码，至少需要 个二进制位。
10．现代微型计算机的内存储器都采用内存条，使用时把它们插在 上的插槽中。
11．计算机能直接识别和执行的语言是 。
12．十六进制数A25F与十进制数2002的和是 H。
13．100个32×32点阵的汉字字模信息所占的字节数为 。
14．内存空间地址段为2001H——7000H，则其存储空间为 KB。
15．第一台电子计算机诞生的国家是 。
16．十进制数183.8125对应的二进制数是 。
17．计算机内存储器分为ROM和RAM，其中存放在RAM上的信息将随着断电而消失，因此在关机前，应把信息先存于 。
18．具有及时性和高可靠性的操作系统是 。
19．根据病毒的传染途径可将病毒分为操作系统病毒、文件型病毒、网络型病毒三种，其中文件型病毒往往附在COM和 文件中，当运行这些文件时，会激活病毒并常驻内存。
20．完整的计算机系统由 组成。
21．“N”的ASCII码为4EH，由此可推算出ASCII码为01001010B所对应的字符是 。