1第1章计算机基础知识当今社会是信息时代，计算机已经成为人们工作和生活中不可或缺的、非常普遍使用的一种工具，熟练使用计算机来获取、传递和处理信息，是信息时代对社会中每个人提出的要求。计算机早已不再是奢侈品，个人拥有计算机已经是非常平常的事情。那么无论是使用还是选择计算机时，都非常有必要了解一些计算机的基本知识。本章介绍计算机的产生发展、计算机系统的组成、工作原理及其各部分特性等基本知识。1.1概述计算机的使用提高了人们工作、学习、生活的效率。在瞬息万变的信息社会中，自如地借助于计算机的强大功能解决实际问题，需要有意识地培养自己的计算机思维素养和实际能力。本节介绍计算机的产生及发展历程。
1.1.1计算机的产生电子计算机是近代的产物，不过计算机的起源可以追溯到公元前年中国使用的算盘。多年后，直到公元年，法国数学家和物理学家帕斯卡（BlaisePascal）才发明了齿轮式加减法器。公元年，德国数学家莱布尼兹（GottfriedWilhelmLeibniz）在帕斯卡的基础上增加乘除法器，制成能进行四则运算的机械式计算器。公元年，英国数学家巴贝奇（CharlesBabbage）设计了一台分析引擎（analyticalengine），它有一个穿孔卡片输入装置、存储器、计算部件和自动输出装置，更重要的是有一套可以控制分析引擎运行的指令。巴贝奇被认为是世界上第一个发明计算机编程的人。他提出了自动计算机的概念，为现代数字计算机的发展奠定了基础。年2月，大家公认的第一台通用电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）诞生，是由美国宾西法尼亚大学莫尔学院的埃克特（PresperEckert）和莫克利（JohnMauchly）领导研制的，用了多个电子管、只电阻和1个电磁继电器，占地约平方米，重30吨。ENIAC采用十进制，仅能处理次/s乘法运算，而且不能存储程序，需要在机外用线路连接的方法来编排程序，非常繁琐费时。为了改进程序的输入方法，ENIAC课题组讨论了用数字存储的方法来表示程序，并以此作为将来计算机的研究方向。数学家冯·诺依曼（JohnVonNeumann）整理了这些想法，提出两个非常重要的思想：（1）采用二进制表示数据和指令；（2）采用存储器存储数据和指令序列（程序），指令依次被执行，控制计算机运行。冯·诺依曼在一篇报告中提出了上述思想，并描述了一个称为EDVAC的计算机模型，它是人类第一台具有内部存储程序功能的计算机。而且他进一步指出，计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本功能部件组成，随后的计算机的设计尽管在元器件、体积、运算速度、精度、具体形态等方面存在形形色色的差异，但在逻辑（或功能）上基本都遵循着冯·诺依曼提出的思想，被称为“冯·诺依曼计算机”，现代计算机绝大多数还是采用冯·诺依曼计算机体系结构。
21.1.2计算机的发展历史ENIAC的问世标志着计算机进入了电子时代。ENIAC奠定了电子计算机发展的基础，在计算机的发展史上具有划时代的意义。迄今为止，电子计算机的发展主要以硬件的进步为标志，基本结构没有大的变化，所以按照计算机采用的物理器件的不同，人们一般将计算机的发展划分成四代。1．第1代计算机第1代计算机又称为电子管计算机（－），其主要特征是采用电子管制作计算机的基本逻辑部件，体积大、耗电量大、寿命短、可靠性差、成本高；采用电子射线管、磁鼓存储信息，容量很小、输入输出设备落后；使用机器语言编制程序，后期采用汇编语言，主要用于数值计算，从事军事和科研方面工作。2．第2代计算机第2代计算机也称为晶体管计算机（－）。这一时期的计算机采用晶体管制作其基本逻辑部件，体积小、重量轻、成本下降、可靠性和运算速度明显提高；普遍采用磁芯作为主存储器，采用磁盘和磁鼓作为外存储器；开始有了系统软件，提出了操作系统的概念，出现了高级程序设计语言（FORTRAN等）。使计算机以既经济又有效的姿态进入了商用时期。3．第3代计算机第3代计算机属于中小规模集成电路计算机（－）。这一阶段由于集成电路的开发与元器件的微小型化，使计算机体积更小、速度更快、价格更便宜；采用半导体存储器代替磁芯存储器作为主存储器，使存储容量和存储速度大幅度提高，增加了系统的处理能力；磁盘存储技术也在不断提高，磁盘越来越便宜、可靠，存储容量更大、存取速度更快；系统软件有了很大的发展，出现了分时操作系统，多用户可共享计算机资源；这一时期可称为计算机的扩展时期，计算机开始在科学和商用领域得以推广。4．第4代计算机第4代计算机属于大、超大、极大规模集成电路计算机（－至今），采用VLSID（超大规模集成电路）和ULSID（极大规模集成电路）、中央处理器（CPU）高度集成化是这一代计算机的主要特征。计算机的体积更小、功能更强、造价更低，使计算机应用进入了一个全新的时代。微型计算机在这一阶段诞生并得到飞速发展，微型计算机以其功能强、软件丰富、价格低等优势，迅速得到普及。后面我们要学习的就是微型计算机的使用，所以有必要了解微型计算机的发展历史。微型计算机是伴随着集成电路技术不断提高而出现和发展的，集成电路技术将计算机的核心部件CPU集成在一块很小的芯片上，这样的芯片称为微处理器，微型计算机就是指以微处理器为中央处理单元而组成的计算机系统。微型计算机的发展一般以字长（计算机一次能处理的二进制数的位数）和微处理器芯片为标志。年，美国Intel公司首次把中央处理器（CPU）制作在一块集成电路芯片上，研制出了第一个4位的单片微处理器Intel，并由它组成了世界上第一台微型计算机。这一芯片集成了个晶体管组成的电路，其功能相当于ENIAC。年，Intel公司又利用8位微处理器Intel组成了第一台8位微型机。年开始，各公司相继推出16位微处理器。年，IBM公司推出最早的IBMPC机（PersonalComputer，个人计算机）；后来发展成IBMPC/AT、IBMPC/XT，都是16位机；
年，推出了32位微型机；年，32位的微处理器“奔腾Pentium”芯片集成了7.2亿多个晶体管，Pentium4每秒可执行22亿条指令，PentiumPC机一次可以处理64位信息。年，Intel公司在微机的高端产品服务器中使用了64位微处理器Itanium（安腾），年以后，采用64位技术的PC机逐渐获得用户青睐，此时，在一个芯片上已经可以制作两个微处理器核心，微型计算机系统开始向多核处理器发展。通常称IBM生产的微型计算机和IBM兼容机（与IBM微型计算机功能相似，而且运行相同软件的微型机，称为IBM兼容机）为PC机或桌面PC。自微型计算机普及以来，商务性应用得到了普遍和发展，计算机更多地被民众通俗地称为电脑。微型计算机的一个更新发展是开发了高度便携的笔记本电脑（Notebook）。笔记本电脑小得可以装入公文包，为商业计算来带了真正的便携性。微型化的一个最近发展则是手持设备的出现。掌上型电脑（Palmtop）带有一个小的液晶显示器和输入笔，处理器类似于低档次的微型计算机，拥有数兆至数十兆RAM（最新型的PocketPC和UMPC已经可以拥有中档微机的性能）。目前正在研制第5代计算机，人们预测它将是一台像人一样能看、能听、能思考的智能化的计算机。从计算机的发展历程可以体会到，计算机的更新换代是非常快的，所以除了从书本上获得一些基本知识外，我们还要充分利用Internet（国际互联网）上的丰富资源，通过网上各种搜索引擎获取更多更新的知识、方法和经验；勇于尝试和体验，学习他人操作技巧，善于总结分析，将计算机的特点和自己的专业性质有机结合起来，提高应变新技术的能力。1.2了解计算机计算机的种类有多种，如果按照计算机的规模和性能划分，计算机可以分成（超）大型机、小型机、微型机、手持式计算机等。现在使用最广的就是微型机，经典的机型包括台式计算机和笔记本型计算机，近年来平板电脑与移动终端（Pad、手机等）也得到了广泛的应用。本节我们先了解计算机的基本组成、内部结构及工作原理。1.2.1外观组成形式图1-1给出了我们现在生活中非常熟悉的微型机外观形式，可以看出，从外观看上计算机一般由主机、键盘、鼠标、显示器等组成。计算机许多核心部件都在主机内。
对于冯·诺依曼提体系结构中所说的计算机的5大部件（控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备），很多人可能无法与自己使用的计算机的相应部分对应起来。在微机系统中，控制器和运算器集成在一块称为中央处理器（CPU）的微芯片上，CPU插入主机机箱内的主板（一块较大的印刷电路板）上，图1-2显示了两块主板。冯·诺依曼体系结构中所指的存储器主要是指主（内）存储器，它也插于主板上。硬盘、软盘、U盘和光盘都属于辅助（外）存储器。硬盘位于主机机箱内，通过连线与主板连接，软盘需要通过软驱进行使用，U盘需要通过USB接口使用，光盘需要通过光驱进行使用，软驱和光驱也都安装在主机箱内。键盘和鼠标是最常用的输入设备，用于输入数据和操作指令。最常见的输出设备是显示器和打印机，它们以用户能够理解的形式将计算机内的二进制数据（信息）展示在屏幕上或打印到纸上。图1-3（a）所示的是主机机箱内部的结构，图1-3（b）所示的是一个主机机箱背板，背板上提供了许多接口，用以连接外部设备。1.3节将进一步介绍计算机硬件的有关知识。
1.2.2内部结构及工作原理按照冯·诺依曼思想：计算机都由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部件组成（如图1-4所示），采用存储器存储数据和指令序列（程序），指令依次被执行，控制计算机运行。图1-4计算机的功能组成从图1-4中可以看出，控制器根据计算机要处理的任务对其他4个部件进行控制，它们之间的工作原理可以简单描述如下：（1）在控制器的控制下，操作人员通过输入设备把程序和数据输入计算机，存储在存储器中；（2）控制器从存储器中取出程序指令，对指令进行分析后，控制运算器执行相应指令，从存储器中取出初始数据，完成计算，中间结果和最终结果仍然存储在存储器中；（3）计算完毕后，通过输出设备将计算结果按需要的形式输出。计算机可以按编制好的程序自动、连续地工作，中间不需要人工干预，因此具有很高的效率。但是在必要的时候，也可以进行人工干预，例如错误处理等。1.2.3计算机系统组成从前面的叙述可以看到，输入设备、输出设备、存储器和运算器在控制器的控制下协调完成各种任务，但是控制器却是通过分析、执行指令（程序）来实现这种控制的，也就是说，计算机能够完成规定的任务，除了各种看得见、摸得着的物理设备（硬件）外，还有看不见、摸不着的程序和数据（软件）。一个完整的计算机系统是由硬件（hardware）和软件（software）两大部分组成的。硬件和软件相互结合才能充分发挥计算机系统的功能。
1.2.4计算机中信息的表示如前所述，计算机通过输入设备可以将数据或程序输入计算机，存储在存储器中。例如，当你在的键盘上按下一个数字键或者一个西文字母键时，它们会通过键盘电路送入到计算机的主机中去处理，那么这些信息在计算机中是如何存储的呢？由冯·诺依曼思想可知，计算机采用二进制来处理数据和信息，所以进入计算机的任何数据和信息都要转换成二进制数进行存储、处理和传输，经计算机运算处理后的结果再经过逆变换，还原成人们习惯用的表示方式输出。1．二进制数字系统计算机中为什么使用人们不习惯的二进制而不使用熟悉的十进制呢？大家知道，计算机是由许多电子电路组成的，计算机处理数值运算必须十分准确，所以要求存储数据的物理器件的工作状态必须非常稳定。二进制计数制只有0和1两种数字，计算机采用二进制主要是因为它容易用电子器件的稳定物理状态来表示，如晶体管的导通和截止，磁芯沿不同方向的磁化，电容的充电和放电，开关的接通和断开等等都可以表示1和0。而且二进制运算规则简单，易于在机器中实现
2．信息存储单位计算机内存储的所有数据或信息都是以二进制数表示，二进制数中的0和1是存储信息的最小单位，称为二进制位（bit，比特）。连续8位二进制数组成一个字节(Byte，简写为B)。字节是计算机中用于衡量存储容量大小的最基本的单位。当容量很大时，用字节作为单位表示起来不方便，因此引入了KB、MB、GB、TB和PB等更大的单位。它们之间的关系是1KB=B，1MB=KB，1GB=MB，1TB=GB，1PB=TB。等于，约等于，即，因此也经常约称为“千”，如“千兆”等。计算机处理信息时，一般是以一个字（Word）为整体进行的。字是由若干字节组成的，也就是说它是字节的整数倍。微型计算机的字长有8位、16位、32位、64位等，例如通常所说的32位机，指的是字长是32位的，即4个字节。字长反映了计算机的性能。字长越大，同时存取数的范围就越大，精度越高，内存容量越大，运算速度越快，功能越强。3．计算机中数值信息的表示日常生活中，人们使用的是十进制计数制，所以一般习惯于十进制的表示方法和运算，但到计算机中，数值信息需要转换成二进制数才能进行存储和运算。现在，二-十进制的转换是由计算机自动完成的。除了十进制、二进制外，还有八进制、十六进制等等，它们都是进位计数制，不同数制的转换也很简单，各种进制之间的关系见表1.1。在计算机中，一般在数字的后面用特定字母表示该数的进制，具体表示方法为：B表示二进制；D表示十进制（D可省略）；Q表示八进制；H表示十六进制。无论是哪种进位制，都涉及两个最基本的概念：基数和权。基数是指进位制中允许使用的基本数码的个数，例如：十进制允许使用10个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，基数为10。二进制允许使用2个数码：0和1，基数为2。八进制允许使用8个数码：0、1、2、3、4、5、6、7，基数为8。十六进制允许使用16个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，基数为16。权是数制中每一固定位置对应的单位值。例如十进制中，小数点左边第1位是“个位”，权是；小数点左边第2位是“十位”，权是；小数点左边第3位是“百位”，权是。那么十进制数的值就应该为：8×+9×+6×=同样的道理，二进制数11转换为10进制为：1×27+1×26+1×25+0×24+0×23+1×22+0×21+0×20=为了表示方便，常用八进制或十六进制表示数值，这样可以缩短数值表示长度，易于读写。因为8和16分别是2的3次方和4次方，所以八进制和十六进制与2进制之间的换算十分方便。3个二进制位对应一个八进制位，4个二进制位对应一个十六进制位，反之亦然。如二进制数11转换成八进制数，可以按3位为一组进行转换，见表1.2，结果为八进制数，即11B＝Q。如二进制数11转换成十六进制数，可以4位为一组进行转换，见表1.3，结果为十六进制数E4，即11B＝E4H。
4．计算机中非数值信息的表示
除了数值信息，计算机还可以处理文本、图形、图像、声音等其他信息。在计算机内部，这些非数值信息必须通过某种编码标准变换成二进制数来处理。所谓“编码”，就是对各种信息的原形式到二进制数码的变换操作。不同信息按不同规则编码，同样的信息也可按不同的编码规则用不同的数码表示，以便计算机进行不同的处理。（1）西文信息编码微型计算机上常用的西文信息（包括大、小写字母、数字和符号等）采用的编码是美国标准信息交换码（AmericanStandardCodeForInformationInterchange，ASCII），该编码已被国际标准化组织（ISO）确定为国际标准。ASCII码采用七位二进制数编码，可表示27=种状态，代表94个字符和34个控制操作。由于计算机中8个二进制位为一个字节，所以可用一个字节存储一个ASCII码，其中最高位被置为0，例如：大写字母“A”的ASCII码是0001，数字“9”的ASCII码是00111，符号“！”的ASCII码是0001。信息传送时，最高位通常作为奇偶校验位，以便提高字符信息传输的可靠性。4位一组11结果转换成八进制E4E4
9（2）汉字信息编码计算机只识别由0、1组成的代码，ASCII码是英文信息处理的标准编码，汉字信息处理也必须有一个统一的标准编码。国标码（也称交换码）：指不同的具有汉字处理功能的计算机系统间交换中文信息时使用的统一标准编码。它以国家标准局年5月公布的“GB-80信息交换用汉字编码字符集”作为标准，共对个汉字和个图形字符进行了编码。国标码的编码原则为：汉字用两个字节表示，每个字节用七位码（国标码的两个字节的最高位为0时会与1个字节的ASCII码发生冲突，所以将国标码的两个字节的最高位都置成1，这就是所谓的汉字机内码）。机内码：指计算机内部存储、处理加工汉字时所用的编码。每个汉字的机内码用2个字节的二进制数表示。每个字节的最高位为1，大约可表示一万六千多个汉字。机外码（又称输入码）：指操作人员通过西文键盘上输入汉字所用的信息编码。它由键盘上的字母（如汉语拼音或五笔字型的笔画部件）、数字（如区位码）及特殊符号组合构成。典型的输入码有：郑码输入法、五笔字型、全拼输入法、双拼输入法、微软输入法、智能ABC输入法等，是用户与计算机汉字交流的第一接口。输入码通过键盘被接受后就由汉字操作系统的“输入码转换模块”转换为机内码，尽管某一汉字在用不同的汉字输入方法时其外码各不相同，但其内码是统一的，（3）文字信息的输出编码文字信息通过编码变换成计算机能识别的二进制码，计算机对文字信息的处理就是对其二进制编码进行操作处理，如：将对文字信息的编辑、排版、查找、复制、传输等操作转化为与、或、非、异或、移位、分离、合并、比较等逻辑运算。计算机对各种文字信息的二进制编码运算处理后的结果人是无法看懂的，必须通过字形码（又称输出编码）转换为人能看懂且能表示为各种字型字体的文字，然后在输出设备上输出出来。字形有两种描述方式，即点阵描述和矢量描述，前者缩放效果很差，而后者可以进行无极缩放。一个字不论笔划多少，都可以用一组点阵表示，每个点即二进制的一个位，由0和1可以表示两种不同状态，用两种状态的明、暗或不同颜色等特征能够表现字的形和体，这就是点阵字形码，如图1-6所示。所有字形码的集合构成字库。图1-6汉字字形点阵表示根据输出精度的要求不同，字符点阵密度也不同，点阵越大，点数越多，分辨率越高，输出的字形越清晰美观。汉字字形点阵有16×16点阵、×点阵等等；不同字体的汉字需不同的字库。早期的计算机中，点阵字库存储在字模发生器或字模存储器中，现在一般是存储在字模文件中。字模点阵的信息量是很大的，所占存储空间也很大，以16×16点阵为例，每个汉字就要占用32个字节。（4）多媒体信息编码
10图形、图像、声音、视频等多媒体信息在计算机中也是以某种二进制编码表示和存储的，多媒体信息的编码方法与媒体本身特性有关，比较复杂。例如一个静态图像可以用被称为像素的显示点的矩阵来描述，一个像素点用一位二进制数表示其亮度，每一像素点再用一个定长的二进制数表示颜色。1.3计算机硬件一个完整的计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件是计算机系统的物质基础。计算机的性能主要由硬件配置决定，包括主板、CPU、内存、硬盘、光驱、显示器、显卡等部件，了解计算机各部件的基本功能特性，有助于更好地使用计算机，也可以帮助我们在选择计算机时做到心中有数。计算机的硬件配置应从自己的实际需求出发有所侧重，不必过分追求高档。因为计算机技术发展迅速，时下一台顶级电脑经过一两年也就会落后，三五年后基本就会被淘汰了。1.3.1主板主板（如图1-2所示）是一块比较大的印刷电路板，计算机上其它所有部件，如CPU、内存、硬盘、风扇、光驱、软驱等，都要以某种形式和它连接才能工作，如图1-3所示。所以说主板是机箱内非常重要的一个部件。电脑各大小问题，很多和它有关，所以主板一定要以性能稳定为第一。英特尔、精英、富士康这些品牌主板稳定性都很好，华硕、微星等用的也比较多。1.3.2中央处理器运算器和控制器一起称为中央处理器（centralprocessingunit，CPU），它们集成在一块微芯片上。图1-7显示了几款CPU，从计算机外部看不到CPU，它在计算机的机箱内部，插在计算机的主板上，如图1-8所示。图1-7几款CPU图1-8插在主板上的CPUCPU是微型计算机系统的控制中心和运算中心，相当于人的大脑的作用。它是决定微
11型计算机档次的一个最主要的性能指标。CPU中决定微型计算机性能的主要指标有：（1）主频主频是CPU内部时钟晶体振荡频率，用MHz或GHz表示，它是控制和同步各部件行动的基准。主频越高，CPU运算速度越快，计算机的工作速度就越快。它是衡量电脑性能的重要指标。用人作比方的话，就是说这个人的脑子灵活，反应快。如“IntelPentium43.06GHz”就是指Intel公司生产的主频为3.06GHz的奔腾4CPU芯片。（2）总线性能总线是CPU连接微型计算机各部件的枢纽和CPU传送数据的通道。在微型计算机中，CPU发出的控制信号和处理的数据通过总线传送到系统的各个部分，而系统各部件的协调与联系也是通过总线来实现的。在总线上，通常传送3种信号：数据、地址和控制信号，相应地总线也分为数据总线（databus，DB）、地址总线（addressbus，AB）和控制总线（controlbus，CB）。显而易见，微型计算机性能的优劣直接依赖于总线的宽度（总线的条数）、质量以及传输速度，这些可以用总线的带宽、时钟和传输率来衡量。目前总线的带宽已从16位扩展到64位以上，其传输速率也已经从早期的MB/s级达到了GB/s级别。另外CPU支持多媒体扩展的能力、高速缓存的容量及速度、生产工艺和插槽类型等也是影响CPU性能的指标。Intel公司一直是世界上最大的半导体芯片制造商。当前微型机中的CPU广泛采用的是Intel公司的产品，从/、、、、奔腾（Pentium）、PentiumⅡ，PentiumⅢ、Pentium4到现在的多核处理器。现在许多公司如IBM，AMD，Cyrix也都生产了与Intel公司系列CPU相兼容的芯片。随着CPU型号的升级，微型计算机的集成度与性能也越来越高。1.3.3存储器冯·诺依曼体系结构的一个核心思想就采用存储器存储数据和指令序列（程序），所以存储器是非常重要的部件。CPU从存储器中取出程序（指令），按顺序执行后，再将结果存储到存储器中。存储器通常被分为内存储器和外存储器两大类。内存储器的地位类似于人脑的存储单元，而外存储器可以看成是书籍、笔记本等其他可以存储信息的媒体。当大脑进行思考时，处理的是存储于大脑存储单元的信息，如果所需信息没有存储于大脑，则可以通过查找相应书籍或笔记本等信息媒体，把相应信息读取到大脑的存储单元，然后再进行加工，大脑思考（处理）后的结果仍然存储在大脑的存储单元，如果需要把它们长期保存则可以将之记录在笔记本上，或者写成书籍等。1．内存储器内存储器又称主存储器（简称内存或主存），用于存放当前执行的数据和程序，是CPU直接访问的存储器。内存是以字节为单位存储信息的，可存放的信息总量称为内存容量。随着计算机软件的不断更新，系统对内存的要求也越来越高，内存容量的大小直接影响计算机的整体性能。内存根据基本功能分为随机存取存储器（randomaccessmemory，RAM）、只读存储器（readonlymemory，ROM）和高速缓冲存储器（简称高速缓存，Cache）。（1）RAMRAM就是通常所说的内存条，计算机的内存性能主要取决于RAM。如图1-9所示。它
12的特点是其中存放的内容可随时供CPU读写，但断电后，存放的内容就会全部丢失。内存条通常插入主板上的内存插槽中。目前常见的RAM容量有1G、2G、4G、8G等，随着计算机的发展，RAM的容量也在不断增大。（a）内存条1（b）内存条2（c）内存条插入主板上的内存插槽中图1-9内存条目前市场上的内存品牌主要有：金士顿、金邦、威刚、现代、胜创、宇瞻、三星等。（2）ROMROM是一种只能读出不能写入的存储器，断电后，其中的内容不会丢失。通常用于存放固定不变的、执行特殊任务的程序。例如，系统的初始化及引导程序就是由厂家固化在ROM中，每当系统启动时，首先运行的就是这段引导程序，以完成系统的一些初始化工作。目前，常用的只读存储器是可擦除可编程的只读存储器（EPROM），用户可通过编程器将数据或程序写入EPROM。（3）Cache在微型计算机中，RAM的存取速度一般会比CPU的速度慢一个等级，这一现象严重影响了微型计算机的运算速度。为此，引入了高速缓冲存储器Cache，它的存取速度与CPU的速度相当。Cache在逻辑上位于CPU与内存之间，其作用是加快CPU与RAM之间的数据交换速率。Cache技术的原理是：将当前急需执行及使用频繁的程序段和数据复制到Cache中，CPU读写时，首先访问Cache。因此，Cache就像是内存与CPU之间的“转接站”。如果CPU能在Cache中找到大部分要访问的数据，就能大大提高系统的速度。2．外存储器外存储器又称辅助存储器（简称外存或辅存）。相对于内存来说，外存的容量大，价格便宜，但存取速度慢，主要用于存放待运行的或需要永久保存的程序和数据。它既可以作为输入设备，也可以作为输出设备，是内存的后备和补充。CPU不能直接访问外存储器，必须将外存储器的内容调入内存后，才能被CPU读取。常见的外存有硬盘、U盘、移动硬盘、固态硬盘和光盘（微机发展初期的软盘目前已经基本被淘汰）。它们和内存一样，也是以字节为单位存储信息的。（1）硬盘存储器硬盘存储器是微机中必不可少的外存储器。主要用于存放操作系统及其它系统软件、各种应用软件和用户数据文件等。它是由若干个同样大小的、涂有磁性材料的铝合金圆盘片环绕一个共同的轴心组成。每个盘片上下两面各有一个读写磁头，其写入和读出数据的原理类似于录音机录音和放音过程。从外形看，硬盘如同一个四方形的金属盒子。硬盘一般从“C：”开始标识。硬盘优点是容量大、存取速度快、可靠性高、存储成本低等。图1-10所示的就是一个硬盘。从性价比考虑，目前微机一般配置GB以上的硬盘。另外选择硬盘还要考虑其转速，转速越快，硬盘的存取速度越快，价格相对也高一点。
13图1-10硬盘（2）移动硬盘和U盘移动硬盘（如图1-11）、固态硬盘和U盘（全称为闪存存储器，FlashMemory)（如图1-12）是几种可随身携带的外存储器，通过USB接口（USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”，是一种高速的通用接口）与主机相连。可像在软硬盘上一样地读写，它无需驱动器和额外电源，只需从其采用的标准USB接口总线取电，可以热拔插，真正做到了即插即用。在各种操作系统下均不需要驱动程序，可以直接使用。移动硬盘容量目前一般在几十GB到几个TB，容量大，可用来备份数据。U盘通用性高，容量一般为数GB到几十GB，市场上也已经有了上百GB的U盘。U盘读写速度快，很多品牌的U盘还带写保护开关、防病毒、安全可靠；体积小、轻巧精致、美观时尚、易于携带。固态硬盘（SolidStateDisk）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同。由于不采用磁头+电机等机械装置，因此具备速度快、无噪音、能耗低、不会发生机械故障，不怕碰撞冲击等优点。目前固态硬盘的容量由几十GB到数TB不等。图1-11移动硬盘图1-12U盘（4）光盘存储器计算机用光盘存储器有CD光盘和DVD光盘（数字化视频光盘）两种类型。CD光盘的容量为MB以上，其特点是价格便宜、制作容易、体积小、容量大、易长期存放等。DVD光盘与CD光盘外表很相似，但有本质区别。DVD采用MPEG2的压缩技术来存储数据，它能从单个盘片上读取4.7GB至17GB的数据量。光盘须放入光驱才能使用，根据光盘类型不同，目前市场上主要有CD-ROM光驱和DVD-ROM光驱，由于DVD光盘容量大，DVD光驱已成为主流，它可以播放CD和VCD，也可以读取CD-ROM。
14光盘利用激光照射来记录信息，光盘驱动器再将盘片上的光学信号读取出来。光盘存储器容量大、读取速度快、使用方便、价格低。它们又分为只读型光盘、只写一次型光盘和和可擦写型光盘。①只读型光盘：CD-ROM、DVD-ROM，出厂时信息已经写入盘中，用户只能从中读取信息。②只写一次型光盘：CD-R、DVD-R，这种光盘可由用户写入信息，但只能写一次，写入后信息可以多次读出，不能修改。主要用于保存不允许随意修改的重要档案、历史性资料和文献等。③可擦写型光盘：CD-RW、DVD-RW，这种光盘类似于磁盘，可以重复读写信息，是很有发展前途的辅助存储器。只写一次型光盘和和可擦写型光盘通过光盘刻录机进行信息写入或修改，光盘刻录机是一种比光驱更先进的光盘驱动设备，外观类似于光驱，具有光驱的全部功能外，还可以在光盘上写入或擦除数据。光盘刻录机也分为CD刻录机和DVD刻录机。1.3.4输入设备输入设备的功能是将数据、程序或命令转换为计算机能够识别的形式送到计算机的存储器中。输入设备的种类很多，微型机上最常用的有键盘和鼠标。（1）键盘在微机中，键盘是最常用的输入设备，它通过电缆插入键盘接口与主机相连接。当用户按下一个按键时，在键盘内的控制电路根据该键的位置，把该字符信号转换为二进制码送入主机。随着USB接口的广泛应用，很多厂商相继推出了USB接口接盘，使键盘也具备了即插即用的功能。（2）鼠标鼠标是利用本身的平面移动来控制显示屏幕上光标移动位置，并向主机输送用户所选信号的一种手持式的常用输入设备，被广泛用于图形用户界面的使用环境中，可以实现良好的人机交互。目前常见的鼠标接口有串口、PS/2和USB三种类型，串口就是串行接口，即COM接口，这是最古老的鼠标接口；PS/2接口是目前最常见的鼠标接口，最初是IBM公司的专利，是一种6针的圆型接口；USB接口是高速的通用接口，目前许多鼠标产品采用了USB接口，与前两种接口相比，其优点是非常高的数据传输率，完全能够满足各种鼠标在刷新率和分辨率方面的要求，能够使各种中高档鼠标完全发挥其性能，支持热拔插。常用的鼠标有机械式和光电式，目前市场上还出现了无线鼠标和轨迹球。鼠标上都带有两个键(左、右键)或三个键(左、中、右键)，通常使用左键进行一般的输入和控制，如单击、双击、拖曳等，而把右键作为特殊功能之用（可根据人们的使用习惯调整）。在目前已广泛使用的便携式手提计算机中，使用一种与鼠标十分接近的跟踪球来控制输入。市场上键盘和鼠标的品牌有：双飞燕、LG、罗技、爱国者、微软等。其他多媒体输入设备有数码照相机、扫描仪、麦克风、录音机、手写笔识别系统、光学字符阅读器和触摸屏等。1.3.5输出设备输出设备的功能是将内存中经CPU处理过的信息以人们能接受的形式输送出来。输出
15设备的种类也很多，显示器、打印机是计算机最基本的输出配置。（1）显示器显示器是一种通过电子屏幕显示输出结果的输出设备。显示器分为两种：以阴极射线管为核心的CRT显示器和用液晶显示材料制成的LCD显示器。随着液晶显示器的价格不断下降，已经基本取代CRT显示器。图1-13显示的是CRT显示器和液晶显示器。图1-13显示器显示器有两个指标：一个是屏幕尺寸，用屏幕对角线表示，以英寸为单位，目前使用16:9比例的20英寸以上液晶显示器为主流。另一个是分辨率，屏幕上的所有字符或图形均是由一个个称为像素的显示点组成，分辨率就是指像素的数量。对于相同尺寸的屏幕，像素越密，像素间的距离越小，则像素数量越多，分辨率就越高，图像也就越清晰。计算机的显示器与显卡相连。实际上，显示器的显示效果很大程度上取决于显卡，也叫图形加速卡，其作用是控制计算机图形输出。一台好的显示器应能在线支持多种分辨率和色彩模式，采用逐行方式扫描以抑制屏幕闪烁，采用刻蚀屏幕的方法来减少眩光效应，并在各种分辨率下均应支持72HZ以上的刷新率和自动多频扫描功能。由于用户直接面对的就是显示器，因此选择一款好的显示器十分必要。著名的显示器品牌很多，例如：三星、LG、优派、明基、AOC、飞利浦、长城、NEC等。（2）打印机打印机是将计算机的输出结果打印到纸上的输出设备。按印出方式分为击打式和非击打式两大类。最流行的击打式打印机有点阵式打印机和高速宽行打印机，非击打式打印机主要代表有喷墨打印机和激光打印机两类，目前击打式已普遍被非击打式所取代。①点阵打印机：点阵打印机价格较便宜，但其缺点是噪声大、字迹质量不高、针头易坏和打印速度慢等。②喷墨打印机：喷墨打印机靠墨水通过精制的喷头喷射到纸面上而形成输出的字符或图形。喷墨打印机价格便宜、体积小、打印质量较高，但墨水的消耗量大。目前常用的喷墨机有：HP、Canon和Epson等品牌。③激光打印机：激光打印机利用的是激光技术和电子照相技术。激光打印机分辨率高，速度快，印出的图形清晰美观，打印时无噪声。常用的激光打印机有：HPLaserJet系列、CanonLaserJet系列等。其他多媒体输出设备还有投影仪、绘图仪、音箱、VCD机、语音输出合成器和缩微胶片等。1.4计算机软件计算机的性能主要由硬件配置决定，硬件是计算机系统的物质实体，而软件则是在其上运行的一系列程序，是对硬件功能的完善和扩充，所以其功能的强弱也与所配备的软件有关。
16没有配置任何软件的计算机称为“裸机”，裸机几乎不能完成任何功能。用户使用的计算机实际上是经过若干层软件扩充后的计算机，才能变成功能强大的机器，通常用户使用计算机都是在与运行于计算机上的某种软件打交道，通过软件使计算机为我们所用，因此，“熟悉计算机应用”更多程度上是指熟悉各种计算机软件。1.4.1软件的分类从软件功能的角度，一般将软件划分为系统软件和应用软件两大类。1．系统软件系统软件负责管理、监控、维护、开发计算机的软硬件资源，为用户和计算机之间提供一个友好的操作界面和开发应用软件的环境，如操作系统、编译程序、解释程序、诊断程序等。这类软件是人与计算机联系的桥梁，其主要任务是简化计算机的操作，使得计算机硬件所提供的功能得到充分利用。有了这个桥梁，人们可方便地使用计算机。系统软件有两个特点：一是通用性，其功能不依赖于特定的用户，无论哪个应用领域的用户都要用到它；二是基础性，其他软件要在系统软件的支持下编写和运行。系统软件一般是由计算机开发商提供的，有的写入ROM芯片随机提供，有的存入磁盘或光盘随机提供或供用户选购。在同一类型计算机上，软件配备得越丰富，机器发挥的功能就越充分，用户使用起来也越方便。对于计算机应用人员而言，熟悉系统软件的目的是为了更有效地使用和开发应用软件。常用的系统软件主要包括操作系统、程序设计语言和语言处理程序、数据库管理系统、网络软件和系统服务程序等。2．应用软件应用软件是为了解决某些具体问题而开发和研制的各种软件，是针对某一应用领域的、面向最终用户的软件。应用软件可以是应用软件包，也可以是用户定制的程序。应用软件包是标准的商业软件。它通常由计算机制造商或软件开发公司为了向不同组织销售多份备份而开发出来的。购买者不拥有软件包的版权，而且通常不能随意复制和修改软件。应用软件包的种类繁多，几乎各种计算机应用领域都有，如文字处理软件（如WPS、Word）、电子表格软件（如Excel、Lotus1-2-3）、辅助设计软件（如AutoCAD）、图形软件（如Photoshop、Fireworks）等等。用户定制的程序是面向特定用户，为解决特定的具体问题而开发的软件，如某单位的信息管理系统，可以自己编制，也可委托第三方软件开发公司编制。委托编制的组织通常对开发出来的软件拥有版权。无论是系统软件还是应用软件，大家应购买正版软件或到正规网站下载免费软件使用。1.4.2计算机语言软件是程序的一种统称，让计算机做事实际上就是运行程序。而任何程序都是用一种专门的语言编写的，也就是说编程人员通过计算机语言与计算机交流，告诉计算机任务如何完
17成。随着计算机技术的发展，计算机语言的功能也在不断完善，其描述问题的方法也越来越接近人类的思维方式。计算机语言有很多种，按其发展过程，通常分为机器语言、汇编语言、高级语言和第4代语言。1．机器语言机器语言是计算机发展初期使用的语言，是第一代计算机语言，它是一种用二进制代码0和1形式表示，能被计算机直接执行的语言。0011就是一种典型的机器语言指令。它是一种面向机器的低级语言，指令系统与硬件有关，即不同型号计算机的机器语言指令是不同的。用机器语言编写程序十分困难，程序可读性很差，调试也很困难。现在程序很少直接用机器语言编写。2．汇编语言为了克服机器语言难以记忆和识别的问题，汇编语言的指令采用助记符（如ADD、STO）来取代二进制的机器指令。例如，“ADDR1,R2,R4”就是一种典型的汇编语言指令，其操作为将寄存器1和寄存器2中的数据相加，并将结果保存到寄存器4中。用存储空间的名字来表示其相应的存储地址。用十进制或十六进制取代机器语言的二进制。这种代替使得机器语言“符号化”，所以汇编语言也叫符号语言。用汇编语言编写程序比用机器语言要容易得多。但汇编语言也是面向机器的，不同型号的计算机有不同的汇编语言指令，每条汇编语言的指令对应一条机器语言的代码。因为计算机只能“理解”它自己的机器语言，所以用汇编语言编写出来的程序（源程序）不能直接运行，需要经过汇编程序汇编生成目标程序，再由连接程序连接形成可执行程序（.exe程序）才能执行。由于指令功能不强，用汇编语言编写程序仍很繁琐，但用汇编语言编写程序的优点是运行效率高，所以主要用于一些底层软件及实时控制软件的编写。3．高级语言高级语言是一种接近于自然语言和数学描述语言的程序设计语言，高级语言是为了提高程序员的开发效率而产生的。这些语言主要是面向任务、面向过程的，而不是面向机器的，也就是说高级语言的指令更适于程序员开发的应用程序，而不是程序最后运行的计算机。不同类型的应用设计了不同的高级语言。如为商业数据处理设计的COBOL语言、为科学和数学计算而设计的FORTRAN语言、为给学生提供一种易于学习和理解的计算机语言BASIC，还有C语言等。高级语言具的共同特点是脱离特定的机器，编程效率高，而且编写出的程序可以从一种类型的计算机移植到另一种类型的计算机上。因为计算机只能“理解”它自己的机器语言，所以也必须把用高级语言编写的程序（源程序）转换成相应的机器语言形式的目标程序，计算机才能执行。通常可以用解释方式或编译方式来实现这种转换。不论何种方式，转换工作都是由软件实现的。解释程序时，将程序中的每一条指令转换成目标代码，然后立即执行；而编译程序则是将整个程序转换成目标代码，即目标程序（如.exe、.
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