第2章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1、第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，如圖2-1所示。硬件系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際裝置，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的看得見、摸得著的物理部件，它是計(jì)算機(jī)的“軀殼”；軟件系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)所需的各種程序及有關(guān)資料，它是計(jì)算機(jī)的“靈魂”。圖2-1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2.1 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)硬件是計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有硬件就不能稱其為計(jì)算機(jī)。盡管各種計(jì)算機(jī)在性能、用途和規(guī)模上有所不同，但其基本結(jié)構(gòu)都遵循馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，人們稱符合這種設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)是馮諾依曼計(jì)算機(jī)。它由存儲(chǔ)、運(yùn)算、控制、輸入和輸出五個(gè)部分組成，其體系結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2 計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)

2、的核心思想是“程序存儲(chǔ)、程序控制”，即以存儲(chǔ)器為核心，內(nèi)部采用二進(jìn)制。 （1）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大基本部件組成， 五大部分通過(guò)總線連接?？刂破骱瓦\(yùn)算器合在一起稱為中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)。（2）計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令。 （3）計(jì)算機(jī)運(yùn)行通過(guò)程序存儲(chǔ)、程序控制實(shí)現(xiàn)，即將程序事先存入主存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在能在不需操作人員干預(yù)的情況下，自動(dòng)逐條取出指令并加以執(zhí)行。計(jì)算機(jī)的工作原理同人們處理日常問題時(shí)的慣用規(guī)則和方法相同。這種方法把整個(gè)過(guò)程按照一定的規(guī)則，一步一步地分解，這些分解出來(lái)的步驟就是一些基本的操作，然后

3、按照一定的順序執(zhí)行這些基本的操作就可以完成整個(gè)操作。計(jì)算機(jī)完成某個(gè)操作所發(fā)出的命令稱為指令，使用者根據(jù)解決某一問題的步驟，選用一條條的指令進(jìn)行有序的排列，計(jì)算機(jī)執(zhí)行了這一指令序列，便可完成預(yù)定的任務(wù)。這一指令序列就稱為程序。比如，從輸入設(shè)備輸入兩個(gè)數(shù)2和8，要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行相加處理。并將結(jié)果10在屏幕上顯示出來(lái)。微型計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程如圖2-3所示：1CPU訪問輸入輸出接口：在微機(jī)存儲(chǔ)器ROM（只讀存儲(chǔ)器）中已存儲(chǔ)了控制程序，它能指揮計(jì)算機(jī)正常工作。開機(jī)后，CPU自動(dòng)從ROM中取出已存入的指令，做掃描鍵盤、訪問I/O接口等工作。2讀入數(shù)據(jù)并運(yùn)行：CPU掃描鍵盤，當(dāng)按下2和8鍵，則CPU就將鍵入的兩

4、個(gè)數(shù)2和8經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到運(yùn)算器中，并根據(jù)鍵入的“相加”要求，完成2+8=10的運(yùn)算，得到和數(shù)10。3暫存結(jié)果：將兩個(gè)數(shù)之和10暫存在CPU中（比如存于累加器），也可以轉(zhuǎn)存在其它存儲(chǔ)器中（如RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器）。4輸出結(jié)果：CPU根據(jù)預(yù)先編制好的程序，將結(jié)果10送出，經(jīng)過(guò)譯碼，把二進(jìn)制數(shù)10轉(zhuǎn)換成ASCII碼。執(zhí)行時(shí)，CPU可根據(jù)此程序指揮計(jì)算機(jī)的有關(guān)部件按要求工作,將10送至輸出設(shè)備顯示器，最后就在顯示器上顯示結(jié)果數(shù)10。圖2-3 計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行過(guò)程2.1.1中央處理器由運(yùn)算器和控制器構(gòu)成的中央處理單元（CPU），也稱中央處理器，是計(jì)算機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能，CPU的內(nèi)部結(jié)

5、構(gòu)如圖2-4所示。 圖2-4 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1運(yùn)算器運(yùn)算器主要負(fù)責(zé)對(duì)信息的加工處理，它不斷地從存儲(chǔ)器中得到要加工的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行加、減、乘、除及各種邏輯運(yùn)算，因此也稱算術(shù)邏輯部件（ALU）。并將最后的結(jié)果送回存儲(chǔ)器中，整個(gè)過(guò)程在控制器的指揮下有條不紊地進(jìn)行。運(yùn)算器主要由算術(shù)邏輯單元、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器等組成，如圖2-5所示。 圖2-5 運(yùn)算器示意圖2.控制器控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中樞，主要作用是使計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)地執(zhí)行命令，控制器由指令指針寄存器、指令寄存器、控制邏輯電路和時(shí)鐘控制電路等組成。其中指令指針寄存器（IP）用于產(chǎn)生及存放一條待取指令的地址；指令寄存器用于存放指令，指令從內(nèi)

6、存取出后放入指令寄存器。指令由CPU通過(guò)發(fā)出，讓計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行，如ADD AH，78。指令分為操作碼和地址碼兩種；計(jì)算機(jī)的尋址方式可以分為立即尋址、直接尋址、間接尋址、相對(duì)尋址、變址尋址、寄存器直接尋址、寄存器間接尋址等。3.CPU主要的性能指標(biāo)CPU主要性能指標(biāo)有主頻、前端總線頻率、字長(zhǎng)、緩存、制造工藝等。主頻：也叫時(shí)鐘頻率，單位是MHz（或GHz），用來(lái)表示CPU的運(yùn)算、處理數(shù)據(jù)的速度。主頻=外頻×倍頻系數(shù)。緩存：緩存大小也是CPU的重要指標(biāo)之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對(duì)CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運(yùn)行頻率極高，一般是和處理器同頻運(yùn)作，工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。實(shí)

7、際工作時(shí)，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用再到內(nèi)存或者硬盤上尋找，從而提高系統(tǒng)性能。制造工藝：制造工藝主要是指芯片內(nèi)電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢(shì)是向密集度愈高的方向發(fā)展，密度愈高的芯片電路設(shè)計(jì)，意味著在同樣大小面積的芯片中，可以擁有密度更高、功能更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。目前主流芯片制造工藝可達(dá)到32納米以內(nèi)。4.CPU的發(fā)展歷程1971年，世界上第一款微處理器Intel 4004芯片誕生，經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，如今的CPU體積不斷變小，而性能卻不斷增強(qiáng)。目前CPU的生產(chǎn)廠家主要有Intel、AMD和VIA公司等，其中Inte

8、l公司占據(jù)全球大部分市場(chǎng)，其奔騰系列CPU的發(fā)展歷程如表2-1所示。表2-1 Intel公司奔騰CPU發(fā)展歷程時(shí)間型號(hào)字長(zhǎng)主頻集成度（晶體管數(shù)量）1971年40044位機(jī)200KHZ23001974年8008-80808位機(jī)2MHZ35001978年808616位機(jī)4.77MHz290001982年8028616位機(jī)16MHz13.4萬(wàn)1985年8038632位機(jī)33MHz27.5萬(wàn)1989年8048632位機(jī)66MHz120萬(wàn)1993年P(guān)entium（80586）64位機(jī)166MHz310萬(wàn)1997年P(guān)entium 64位機(jī)466MHz550萬(wàn)1999年P(guān)entium 64位機(jī)1GHz950

9、萬(wàn)2000年P(guān)entium 64位機(jī)3GHz5500萬(wàn)2005年P(guān)entium D64位機(jī)3.6GHz3.76億2006年酷睿雙核64位機(jī)雙核2GHz2.91億2008年酷睿i764位機(jī)2-8核3GHz11.6億2.1.2 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器由內(nèi)存儲(chǔ)器（主存）和外存儲(chǔ)器（輔存）組成，存儲(chǔ)器的介質(zhì)材料主要有半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器等，存儲(chǔ)系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。 圖2-6 存儲(chǔ)系統(tǒng)示意圖1.主存儲(chǔ)器（內(nèi)存） 主存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱主存，又稱內(nèi)存，主要用于存放當(dāng)前工作中正在運(yùn)行的程序、數(shù)據(jù)等，它可以分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲(chǔ)器ROM（Read-

10、Only Memory）和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）三種。（1）隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），用戶可以更改信息，可隨機(jī)地讀出或?qū)懭?，一旦關(guān)機(jī)（斷電）后，信息不再保存；RAM又可分為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）兩種，計(jì)算機(jī)內(nèi)存條就是DRAM，如圖2-7所示；相對(duì)于DRAM，SRAM具有存取速度快、集成度低、功能大、價(jià)格高等特點(diǎn)。圖2-7動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）（2）只讀存儲(chǔ)器（ROM），存儲(chǔ)內(nèi)容由廠家事先確定，一般用來(lái)存放自檢程序、配置信息等；通常只能讀出而不能寫入，斷電后信息不會(huì)丟失，通常主板上CMOS芯片就是ROM，常用的只讀存儲(chǔ)器有PROM和EPROM等。可編程程序只

11、讀內(nèi)存（PROM）內(nèi)部有行列式的镕絲，是需要利用電流將其燒斷，寫入所需的資料，但僅能寫錄一次。 PROM在出廠時(shí)，存儲(chǔ)的內(nèi)容全為1，用戶可以根據(jù)需要將其中的某些單元寫入數(shù)據(jù)0， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)其“編程”的目的?？刹脸删幊讨蛔x內(nèi)存（EPROM）可利用高電壓將資料編程寫入，擦除時(shí)將線路曝光于紫外線下，資料被清空，并且可重復(fù)使用；通常在封裝外殼上會(huì)預(yù)留一個(gè)石英透明窗以方便曝光。（3）高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），即CPU的緩存，一般用SRAM芯片實(shí)現(xiàn)，它作為CPU與的RAM之間的緩沖，用于提高CPU“讀寫”程序、數(shù)據(jù)的速度，從而提高計(jì)算機(jī)整體的工作速度；一般來(lái)說(shuō)，CPU上的緩存（特別是二級(jí)緩存或三級(jí)緩存

12、）越高，其處理速度就越快，當(dāng)然體格也更高。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，主存儲(chǔ)器存取速度一直比CPU操作速度慢得多，使CPU的高速處理能力不能充分發(fā)揮，整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率受到影響。有很多方法可用來(lái)緩和中央處理器和主存儲(chǔ)器之間速度不匹配的矛盾，如采用多個(gè)通用寄存器、多存儲(chǔ)體交叉存取等，在存儲(chǔ)層次上采用高速緩沖存儲(chǔ)器也是常用的方法之一。高速緩沖存儲(chǔ)器的容量一般只有主存儲(chǔ)器的幾百分之一，但它的存取速度能與中央處理器相匹配。根據(jù)程序局部性原理，正在使用的主存儲(chǔ)器某一單元鄰近的那些單元將被用到的可能性很大。因而，當(dāng)中央處理器存取主存儲(chǔ)器某一單元時(shí)，計(jì)算機(jī)硬件就自動(dòng)地將包括該單元在內(nèi)的那一組單元內(nèi)容調(diào)入高

13、速緩沖存儲(chǔ)器，中央處理器即將存取的主存儲(chǔ)器單元很可能就在剛剛調(diào)入到高速緩沖存儲(chǔ)器的那一組單元內(nèi)。于是，中央處理器就可以直接對(duì)高速緩沖存儲(chǔ)器進(jìn)行存取。在整個(gè)處理過(guò)程中，如果中央處理器絕大多數(shù)存取主存儲(chǔ)器的操作能為存取高速緩沖存儲(chǔ)器所代替，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理速度就能顯著提高。2.輔助存儲(chǔ)器（外存） 輔助存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱輔存，又稱外存，主要用來(lái)存儲(chǔ)大量暫時(shí)不參加運(yùn)算或處理的數(shù)據(jù)和程序，是主存的后備和補(bǔ)充，它一般容量大，但存取速度相對(duì)較低。常用的外存主要有硬盤、軟盤、光盤、優(yōu)盤、USB移動(dòng)硬盤等，如圖2-8所示。圖2-8 常見外存儲(chǔ)器（1）硬盤硬盤( Hard Disk)是微型計(jì)算機(jī)上最重要的外部存儲(chǔ)設(shè)備。它

14、是由磁盤片、讀寫控制電路和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。硬盤具有容量大、存取速度快等優(yōu)點(diǎn)，操作系統(tǒng)、可運(yùn)行的程序文件和用戶的數(shù)據(jù)文件一般都保存在硬盤上。一個(gè)硬盤內(nèi)部包含多個(gè)盤片，這些盤片被安裝在一個(gè)同心軸上，每個(gè)盤片有上下兩個(gè)盤面，每個(gè)盤面被劃分為磁道和扇區(qū)。磁盤的讀寫物理單位是按扇區(qū)進(jìn)行讀寫。硬盤的每個(gè)盤面有一個(gè)讀寫磁頭，所有磁頭保持同步工作狀態(tài)，即在任何時(shí)刻所有的磁頭都保持在不同盤面的同一磁道。硬盤讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭與磁盤表面始終保持一個(gè)很小的間隙，實(shí)現(xiàn)非接觸式讀寫。維持這種微小的間隙，靠的不是驅(qū)動(dòng)器的控制電路，而是硬盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)的氣流，由于磁頭很輕，硬盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣流使磁頭漂浮在磁盤表面。硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)如

15、圖2-9所示，它將盤片、磁頭、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件乃至讀/寫電路等做成一個(gè)不可隨意拆卸的整體并密封起來(lái)，所以，硬盤的防塵性能好、可靠性高，對(duì)環(huán)境要求不高。 圖2-9 硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤存儲(chǔ)容量大，目前常見的硬盤一般可達(dá)到250GB、500GB、1TB、2TB左右；硬盤相對(duì)于優(yōu)盤、光盤等外存儲(chǔ)器，“讀寫”速度快，成本低，因此使用十分廣泛，是計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。決定硬盤性能的關(guān)鍵參數(shù)有轉(zhuǎn)速、平均尋道時(shí)間等。轉(zhuǎn)速：指硬盤電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)速是決定硬盤內(nèi)部傳輸率的關(guān)鍵因素之一，它的快慢在很大程度上影響了硬盤的速度，同時(shí)轉(zhuǎn)速的快慢也是區(qū)分硬盤檔次的重要標(biāo)志之一。目前主流硬盤轉(zhuǎn)速一般為7200rpm以上。平均尋道

16、時(shí)間：指硬盤在盤面上移動(dòng)讀寫頭至指定磁道尋找相應(yīng)目標(biāo)數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，它描述硬盤讀取數(shù)據(jù)的能力，單位為毫秒。當(dāng)單碟片容量增大時(shí)，磁頭的尋道動(dòng)作和移動(dòng)距離減少，從而使平均尋道時(shí)間減少，數(shù)據(jù)讀取速度加快。最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率：指磁頭至硬盤緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率，一般取決于硬盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片數(shù)據(jù)線密度（指同一磁道上的數(shù)據(jù)間隔度）。（2）優(yōu)盤優(yōu)盤（U盤）是一種新型的移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品，又稱為閃速存儲(chǔ)器（flash），主要用于存儲(chǔ)較小的數(shù)據(jù)文件，以便在電腦之間方便地交換文件。優(yōu)盤不需要物理驅(qū)動(dòng)器，也不需外接電源，可熱插拔，使用簡(jiǎn)單方便。優(yōu)盤體積很小，重量輕，可抗震防潮，特別適合隨身攜帶，是移動(dòng)辦公及文件交換理想

17、的存儲(chǔ)產(chǎn)品。優(yōu)盤通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)連接，USB l.1接口傳輸速率可以達(dá)到12Mb/s，USB 2.0接口達(dá)到480 Mb/s，目前常用的USB 3.O則達(dá)到了5.0Gb/s。隨著數(shù)碼產(chǎn)品的高速普及，近年來(lái)與優(yōu)盤工作原理相同的各類閃存卡也進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，相機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)上都能使用閃存卡。閃存卡有很多種類，常見的有CF卡、SD卡、MMC卡、記憶棒、SM卡、Micro SD卡等。（3）光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器是利用光學(xué)原理進(jìn)行信息讀寫的存儲(chǔ)器。光盤存儲(chǔ)器主要由光盤、光盤驅(qū)動(dòng)器（即CD-ROM驅(qū)動(dòng)器）和光盤控制器組成，如圖2-10所示。 圖2-10 光盤存儲(chǔ)器的組成

18、光盤驅(qū)動(dòng)器是讀取光盤的設(shè)備，通常固定在主機(jī)箱內(nèi)，常用的光盤驅(qū)動(dòng)器有CD-ROM和DVD-ROM，如圖2-11所示： 圖2-11 光盤驅(qū)動(dòng)器（光驅(qū)）光盤按用途可分為只讀型光盤、一次寫型和可重寫型光盤。只讀型光盤由廠家預(yù)先寫入數(shù)據(jù)，用戶不能修改，這種光盤主要用于存儲(chǔ)文檔、視頻等不需要修改的信息；只寫一次型光盤的特點(diǎn)是可以由用戶寫信息，但只能寫一次，寫后將永久存在盤上不可修改；可重寫型光盤類似于磁盤，可以重復(fù)讀寫，它的材料與只讀型光盤有很大的不同，是磁光材料。 光盤的主要特點(diǎn)是：存儲(chǔ)容量大、可靠性高，只要存儲(chǔ)介質(zhì)不發(fā)生問題，光盤上的信息就永遠(yuǎn)存在。光盤存儲(chǔ)信息的光道的結(jié)構(gòu)與磁盤磁道的結(jié)構(gòu)不同，它的光

19、道不是同心環(huán)光道，而是螺旋型光道。DVD是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的光盤，DVD驅(qū)動(dòng)器是許多微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。DVD有DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW等三種基本類型。最早出現(xiàn)的DVD叫數(shù)字視頻光盤（Digital Video Disk），是一種只讀型DVD光盤，必須由專用的影碟機(jī)播放。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展及革新，IBM、HP、APPLE、SONY、等廠商于1995年12月共同制定統(tǒng)一的DVD規(guī)格，并且將原先的Digital Video Disk改成現(xiàn)在的"數(shù)字通用光盤"（Digital Versatile Disk），以MPEG-2為標(biāo)準(zhǔn)，每張光盤可儲(chǔ)存的容量可以達(dá)到4.7 GB

20、以上。 刻錄機(jī)是刻錄光盤的設(shè)備。在刻錄CD-R盤片時(shí)，通過(guò)大功率激光照射CD-R盤片的染料層，在染料層上形成一個(gè)個(gè)平面和凹坑，光驅(qū)在讀取這些平面和凹坑的時(shí)候就能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為0和1。由于這種變化是一次性的，不能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，所以CD-R盤片只能寫入一次，不能重復(fù)寫入。CD-RW的刻錄原理與CD-R大致相同，只不過(guò)盤片上鍍的是一層200500埃（1埃10-8cm）厚的薄膜，這種薄膜的材質(zhì)多為銀、銦、硒或碲的結(jié)晶層，這種結(jié)晶層能夠呈現(xiàn)出結(jié)晶和非結(jié)晶兩種狀態(tài)，等同于CD-R的平面和凹坑。通過(guò)激光束的照射，可以在這兩種狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，所以CD-RW盤片可以重復(fù)寫入。平時(shí)使用光盤時(shí)應(yīng)該注意不要將不清

21、潔的光盤放入光驅(qū)；不要在光盤上貼標(biāo)簽，即使是在光盤的背面；不要在光盤工作時(shí)強(qiáng)行彈出光盤；不要曝曬光盤；不要用手或硬物觸摸光盤的底面，接觸和碰磨會(huì)破壞光盤表面的凹凸結(jié)構(gòu)，造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤讀取和丟失。2.1.3 輸入設(shè)備輸入設(shè)備用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息，其主要作用是把人們可讀的信息（命令、程序、數(shù)據(jù)、文本、圖形、圖像、音頻和視頻等）轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼輸入計(jì)算機(jī)，供計(jì)算機(jī)處理，是人與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的主要裝置之一。例如，用鍵盤輸入，敲擊鍵盤上的每個(gè)鍵都能產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，再由電路板轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼送入計(jì)算機(jī)。目前常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、手寫輸入板等，如圖

22、2-12所示。圖2-12 常見輸入設(shè)備1.鍵盤鍵盤最常用、最普通的輸入設(shè)備，它是人與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行聯(lián)系和對(duì)話的工具，主要用于輸入字符信息。鍵盤的種類繁多，目前常見的鍵盤有多媒體鍵盤、手寫鍵盤、人體工程學(xué)鍵盤、紅外線遙感鍵盤和無(wú)線鍵盤等。目前鍵盤接口規(guī)格主要有PS/2和USB兩種。鍵盤上的字符分布是根據(jù)字符的使用頻度確定的，靈活一點(diǎn)的手指分管使用頻率較高的鍵位，反之，不太靈活的手指分管使用頻率較低的鍵位；左右手分管兩邊，分別先按在基本鍵上，鍵位的指法分布如圖2-13所示。圖2-13 鍵盤指法示意圖2.鼠標(biāo)鼠標(biāo)器( Mouse)簡(jiǎn)稱鼠標(biāo)，通常有兩個(gè)按鍵和一個(gè)滾輪，當(dāng)它在平板上滑動(dòng)時(shí)，屏幕上的鼠標(biāo)指

23、針也跟著移動(dòng)，它不僅可用于光標(biāo)定位，還可用來(lái)選擇菜單、命令和文件，是多窗口環(huán)境下必不可少的輸入設(shè)備。鼠標(biāo)按其工作原理的不同分為機(jī)械鼠標(biāo)和光電鼠標(biāo)。機(jī)械鼠標(biāo)主要由滾球、輥柱和光柵信號(hào)傳感器組成，當(dāng)拖動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，帶動(dòng)滾球轉(zhuǎn)動(dòng)，滾球又帶動(dòng)輥柱轉(zhuǎn)動(dòng)，裝在輥柱端部的光柵信號(hào)傳感器采集光柵信號(hào)；光電鼠標(biāo)器是通過(guò)檢測(cè)鼠標(biāo)器的位移，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，再通過(guò)程序的處理和轉(zhuǎn)換來(lái)控制屏幕上的光標(biāo)箭頭的移動(dòng)。鼠標(biāo)按接口類型可分為串行鼠標(biāo)、PS/2鼠標(biāo)、總線鼠標(biāo)、USB鼠標(biāo)四種。串行鼠標(biāo)是通過(guò)串行口與計(jì)算機(jī)相連，有9針接口和25針接口兩種。PS/2鼠標(biāo)通過(guò)一個(gè)六針微型DIN接口與計(jì)算機(jī)相連，它與鍵盤的接口非常相

24、似，使用時(shí)注意區(qū)分；總線鼠標(biāo)的接口在總線接口卡上；USB鼠標(biāo)通過(guò)一個(gè)USB接口，直接插在計(jì)算機(jī)的USB口上。3.其他輸入設(shè)備輸入設(shè)備除了最常用的鍵盤、鼠標(biāo)外，還有掃描儀、條形碼閱讀器、光學(xué)字符閱讀器、觸摸屏、手寫筆、語(yǔ)音輸入設(shè)備（麥克風(fēng)）和圖像輸入設(shè)備（數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)）等。圖形掃描儀是一種圖形、圖像輸入設(shè)備，它可以直接將圖形、圖像或文本輸入計(jì)算機(jī)中。如果是文本文件，掃描后經(jīng)文字識(shí)別軟件進(jìn)行識(shí)別，還可以保存成文字。利用掃描儀輸入圖片在多媒體計(jì)算機(jī)中廣泛使用，現(xiàn)已進(jìn)入家庭。掃描儀通常采用USB接口，支持熱插拔，使用便利。條形碼閱讀器是一種能夠識(shí)別條形碼的掃描裝置，連接在計(jì)算機(jī)上使用。當(dāng)閱讀器

25、從左向右掃描條形碼時(shí)，就把不同寬窄的黑白條紋翻譯成相應(yīng)的編碼供計(jì)算機(jī)使用。許多商場(chǎng)和圖書館里都用它來(lái)幫助管理商品和圖書。觸摸屏由安裝在顯示器屏幕前面的檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。當(dāng)手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置由觸摸屏控制器檢測(cè)，并通過(guò)接口送到主機(jī)。觸摸屏將輸入和輸出集中到一個(gè)設(shè)備上，簡(jiǎn)化了交互過(guò)程。與傳統(tǒng)鍵盤和鼠標(biāo)輸入方式相比，觸摸屏輸入更直觀。配合識(shí)別軟件，觸摸屏還可以實(shí)現(xiàn)手寫輸入。它在公共場(chǎng)所或展示、查詢等等場(chǎng)合應(yīng)用比較廣泛。觸摸屏有很多種類，按安裝方式可分為外掛式、內(nèi)置式、整體式、投影儀式；按結(jié)構(gòu)和技術(shù)分類可分為紅外技術(shù)觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、電阻技術(shù)觸摸屏

26、、表面聲波觸摸屏、壓感觸摸屏、電磁感應(yīng)觸摸屏等。將數(shù)字處理和攝影、攝像技術(shù)結(jié)合的數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)能夠?qū)⑺臄z的照片、視頻圖像以數(shù)字文件的形式傳送給計(jì)算機(jī)，通過(guò)專門的處理軟件進(jìn)行編輯、保存、瀏覽和輸出。2.1.4 輸出設(shè)備輸出設(shè)備把各種計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來(lái)，其主要功能是將計(jì)算機(jī)處理后的各種內(nèi)部格式的信息轉(zhuǎn)換為人們能識(shí)別的形式（如文字、圖形、圖像和聲音等）表達(dá)出來(lái)。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、影像輸出、語(yǔ)音輸出、磁記錄設(shè)備等，如圖2-14所示。圖2-14 常用輸出設(shè)備1.顯示器顯示器也稱監(jiān)視器，是微型計(jì)算機(jī)中最重要的輸出設(shè)備之一，也是人機(jī)交互必不

27、可少的設(shè)備。顯示器用于顯示的信息不再是單一的文本和數(shù)字，可顯示圖形、圖像和視頻等多種不同類型的信息。常用的顯示器主要有陰極射線管顯示器（簡(jiǎn)稱CRT）和液晶顯示器（簡(jiǎn)稱LCD）兩類。其中CRT顯示器又有球面和純平之分，由于它體積大、耗電高，目前已經(jīng)基本上被淘汰；液晶顯示器一般為平板式，體積小、重量輕、功耗少、輻射少，目前在臺(tái)機(jī)式、筆記本電腦和平板電腦等產(chǎn)品中廣泛使用。顯示器的主要性能指標(biāo)有像素、分辨率、屏幕、點(diǎn)間距等。 像素：顯示器屏幕顯示出來(lái)的圖像是由一個(gè)一個(gè)的發(fā)光點(diǎn)（熒光點(diǎn)）組成的，我們稱這些發(fā)光點(diǎn)為像素，每一個(gè)像素包含一個(gè)紅色、綠色、藍(lán)色的磷光體。 分辨率：定義顯示器畫面解析度的標(biāo)準(zhǔn)，由可

28、以在屏幕中顯示的像素?cái)?shù)目決定。一般表示為水平分辨率（一個(gè)掃描行中像素的數(shù)目）和垂直分辨率（掃描行的數(shù)目）的乘積。如1024×768，表示水平方向最多可以包含1024個(gè)像素，垂直方向有768條掃描線。屏幕總像素的個(gè)數(shù)是它們的乘積。分辨率越高，畫面包含的像素越多，圖像就越細(xì)膩清晰。 屏幕尺寸：指顯示器屏幕對(duì)角線的長(zhǎng)度，單位為英寸。目前常用的是17英寸、19英寸、22英寸、23.5英寸等。點(diǎn)間距：指顯示器屏幕上像素間的距離。點(diǎn)間距越小，可使分辨率越高，圖像越清晰。 灰度級(jí)：指像素的亮暗程度。彩色顯示器的灰度級(jí)指顏色的種類?；叶燃?jí)越多，圖像層次越逼真清晰。 微型計(jì)算機(jī)的顯示系統(tǒng)由顯示器和顯示

29、卡組成，顯示卡簡(jiǎn)稱顯卡或顯示配器。顯示器是通過(guò)顯示卡與主機(jī)連接的，所以顯示器必須與顯示卡匹配。不同類型的顯示器要配置用不同的顯示卡。顯示卡主要由顯示控制器、顯示存儲(chǔ)器和接口電路組成。顯示卡的作用是在顯示驅(qū)動(dòng)程序的控制下，負(fù)責(zé)接收CPU輸出的顯示數(shù)據(jù)、按照顯示格式進(jìn)行變換并存儲(chǔ)在顯存中，再把顯存中的數(shù)據(jù)以顯示器所要求的方式輸出到顯示器。2.打印機(jī)打印機(jī)是把文字或圖形在紙上輸出以供閱讀和保存的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，如圖2-15所示。一般個(gè)人計(jì)算機(jī)使用的打印機(jī)有點(diǎn)陣式、噴墨式和激光打印機(jī)三種。圖2-15 打印機(jī)（1）點(diǎn)陣式打印機(jī)點(diǎn)陣式打印機(jī)主要由打印頭、運(yùn)載打印頭的小車機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)、輸紙機(jī)構(gòu)和控制電路等

30、幾部分組成。打印頭是點(diǎn)陣式打印機(jī)的核心部分。點(diǎn)陣式打印機(jī)有9針、24針之分，24針打印機(jī)以打印出質(zhì)量較高的漢字，是使用較多的點(diǎn)陣式打印機(jī)。（2）噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)屬非擊打式打印機(jī)。其工作原理是，噴嘴朝著打印紙不斷噴出極細(xì)小的帶電的水霧點(diǎn)，當(dāng)它們穿過(guò)兩個(gè)帶電的偏轉(zhuǎn)板時(shí)接受控制，然后落在打印紙的指定位置上，形成正確的字符。噴墨打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格低廉，打印質(zhì)量高于點(diǎn)陣式打印機(jī)，支持彩色打印，無(wú)噪聲；缺點(diǎn)是打印速度慢，耗材（主要是墨盒）較貴。（3）激光打印機(jī)激光打印機(jī)也屬于非擊打式打印機(jī)，它將來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光，射向一個(gè)充有正電的旋轉(zhuǎn)的鼓上。鼓上被照射的部分便帶上負(fù)電，并能吸引帶色粉末。鼓

31、與紙接觸，再把粉末印在紙上，接著在一定壓力和溫度的作用下熔結(jié)在紙的表面。激光打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)噪聲，打印速度快，打印質(zhì)量好；缺點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格高、耗材貴。3.其他輸出設(shè)備個(gè)人計(jì)算機(jī)上可以使用的其他輸出設(shè)備主要有繪圖儀、音頻輸出設(shè)備、視頻投影儀等。其中繪圖儀有平板繪圖儀和滾動(dòng)繪圖儀兩類，通常采用“增量法”在x和y方向產(chǎn)生位移來(lái)繪制圖形；視頻投影儀是微型計(jì)算機(jī)輸出視頻的重要設(shè)備，目前主要有CRT和LCD兩種，LCD投影儀具有體積小重量輕、價(jià)格低、色彩豐富等特點(diǎn)。2.1.5 計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的五大部件并不是孤立存在的，它們?cè)谔幚硇畔⒌倪^(guò)程中需要相互連接和傳輸，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)反映了計(jì)算機(jī)各個(gè)組成部件

32、之間的連接方式。早期計(jì)算機(jī)主要采用直接連接的方式，運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和外部設(shè)備等組成部件之間都有單獨(dú)的連接線路。這樣的結(jié)構(gòu)可以獲得最高的連接速度，但不易擴(kuò)展，1952年研制成功的計(jì)算機(jī)IAS基本上就采用了直接連接的結(jié)構(gòu)，如圖2-16所示。圖2-16 直接連接的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)代計(jì)算機(jī)普遍采用總線結(jié)構(gòu)?？偩€（Bus）是計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束， 按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計(jì)算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號(hào)?？偩€是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個(gè)部

33、件通過(guò)總線相連接，外部設(shè)備通過(guò)相應(yīng)的接口電路再與總線相連接，從而形成了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，基于總線的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-17所示。圖2-17 基于總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)示意圖1.數(shù)據(jù)總線（DB）數(shù)據(jù)總路線用于傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總線，它既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器、I/O接口等其它部件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，通常與微處理的字長(zhǎng)相一致。例如Intel 8086微處理器字長(zhǎng)16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。常見的數(shù)據(jù)總線有ISA、EISA、VESA、PCI等。2.地址總線（AB）地址總線是專門用來(lái)傳送地址的，由于地址只能從CPU傳向

34、外部存儲(chǔ)器或I/O端口，所以地址總線總是單向三態(tài)的，這與數(shù)據(jù)總線不同。地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小，比如8位微機(jī)的地址總線為16位，則其最大可尋址空間為216=64KB，16位微型機(jī)的地址總線為20位，其可尋址空間為220=1MB。一般來(lái)說(shuō)，若地址總線為n位，則可尋址空間為2n字節(jié)。3.控制總線（CB）控制總線用來(lái)傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)?？刂菩盘?hào)中，有的是微處理器送往存儲(chǔ)器和I/O接口電路的，如讀/寫信號(hào)，片選信號(hào)、中斷響應(yīng)信號(hào)等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請(qǐng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、總線請(qǐng)求信號(hào)、設(shè)備就緒信號(hào)等。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號(hào)而定，一般是雙

35、向的，控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定。2.1.6 課后習(xí)題1計(jì)算機(jī)的硬件主要包括：中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸出設(shè)備和（ ）。A)鍵盤 B)鼠標(biāo)C)輸入設(shè)備 D)顯示器2奔騰(Pentium)是( )公司生產(chǎn)的一種CPU的型號(hào)。A)IBM B)Microsoft C)Intel D)AMD3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由（）組成。A)主機(jī)和顯示器 B)微處理器和軟件C)硬件系統(tǒng)和應(yīng)用軟件 D)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)4微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中最核心的部位是（ ）。A)主板 B)CPUC)內(nèi)存儲(chǔ)器 D)I/O設(shè)備5計(jì)算機(jī)運(yùn)算部件一次能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)稱為（ ）。A)位 B)字節(jié) C)字長(zhǎng) D)波特

36、6計(jì)算機(jī)最主要的工作特點(diǎn)是（ ）。A)有記憶能力 B)高精度與高速度C)可靠性與可用性 D)存儲(chǔ)程序與自動(dòng)控制7微機(jī)中訪問速度最快的存儲(chǔ)器是（ ）。A)CD-ROM B)硬盤C)U盤 D)內(nèi)存8在計(jì)算機(jī)中，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)連續(xù)的編號(hào)，此編號(hào)稱為（）。A)地址 B)位置號(hào)C)門牌號(hào) D)房號(hào)9下列關(guān)于硬盤的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）。A)硬盤中的數(shù)據(jù)斷電后不會(huì)丟失 B)每個(gè)計(jì)算機(jī)主機(jī)有且只能有一塊硬盤C)硬盤可以進(jìn)行格式化處理 D)CPU不能夠直接訪問硬盤中的數(shù)據(jù)10半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器(ROM)與半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)的主要區(qū)別在于（ ）。A)ROM可以永久保存信息，RAM在斷電后信息會(huì)丟失B

37、)ROM斷電后，信息會(huì)丟失，RAM則不會(huì)C)ROM是內(nèi)存儲(chǔ)器，RAM是外存儲(chǔ)器 D)RAM是內(nèi)存儲(chǔ)器，ROM是外存儲(chǔ)器11RAM具有的特點(diǎn)是（ ）。A)海量存儲(chǔ) B)存儲(chǔ)在其中的信息可以永久保存C)一旦斷電，存儲(chǔ)在其上的信息將全部消失且無(wú)法恢復(fù)D)存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)不能改寫12下面四種存儲(chǔ)器中，屬于數(shù)據(jù)易失性的存儲(chǔ)器是（ ）。A)RAM B)ROM C)PROM D)CDROM13在CD光盤上標(biāo)記有"CD-RW"字樣，此標(biāo)記表明這光盤（ ）。A)只能寫入一次，可以反復(fù)讀出的一次性寫入光盤 B)可多次擦除型光盤C)只能讀出，不能寫入的只讀光盤 D)RW是Read and Wri

38、te的縮寫14DRAM存儲(chǔ)器的中文含義是( )。A)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 B)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器C)動(dòng)態(tài)只讀存儲(chǔ)器 D)靜態(tài)只讀存儲(chǔ)器15SRAM存儲(chǔ)器是( )。A)靜態(tài)只讀存儲(chǔ)器 B)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器C)動(dòng)態(tài)只讀存儲(chǔ)器 D)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器16下列關(guān)于存儲(chǔ)的敘述中，正確的是( )。A)CPU能直接訪問存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，也能直接訪問存儲(chǔ)在外存中的數(shù)據(jù)B)CPU不能直接訪問存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，能直接訪問存儲(chǔ)在外存中的數(shù)據(jù)C)CPU只能直接訪問存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，不能直接訪問存儲(chǔ)在外存中的數(shù)據(jù)D)CPU既不能直接訪問存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，也不能直接訪問存儲(chǔ)在外存中的數(shù)據(jù)17下列各組設(shè)備中，全部屬于輸入設(shè)備的一組

39、是( )。A)鍵盤、磁盤和打印機(jī) B)鍵盤、掃描儀和鼠標(biāo)C)鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器 D)硬盤、打印機(jī)和鍵盤18下列不屬于微型計(jì)算機(jī)的技術(shù)指標(biāo)的一項(xiàng)是（ ）。A)字節(jié) B)時(shí)鐘主頻 C)運(yùn)算速度 D)存取周期19在微型計(jì)算機(jī)技術(shù)中，通過(guò)系統(tǒng)（ ）把CPU、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息交換。A)總線 B)I/O接口 C)電纜 D)通道20通常用MIPS為單位來(lái)衡量計(jì)算機(jī)的性能，它指的是計(jì)算機(jī)的（ ）。A)傳輸速率 B)存儲(chǔ)容量 C)字長(zhǎng) D)運(yùn)算速度2.2 計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，兩者相互依存，軟件依賴于硬件的物質(zhì)條件而硬件則需在軟件支配下才能有效地工作。在

40、現(xiàn)代，軟件技術(shù)變得越來(lái)越重要，有了軟件，用戶面對(duì)的將不再是物理計(jì)算機(jī)，而是一臺(tái)抽象的邏輯計(jì)算機(jī)，人們可以不必了解計(jì)算機(jī)本身。可以采用更加方便、更加有效地使用計(jì)算機(jī)。從這個(gè)意義上說(shuō)，軟件是用戶與機(jī)器的接口，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖2-18所示。圖2-18 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次圖2.2.1軟件的概念計(jì)算機(jī)軟件(Computer Software)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序、數(shù)據(jù)及其文檔。程序是計(jì)算任務(wù)的處理對(duì)象和處理規(guī)則的描述；文檔是為了便于了解程序所需的闡明性資料。程序必須裝入機(jī)器內(nèi)部才能工作，文檔一般是給人看的，不一定裝入機(jī)器。軟件是計(jì)算機(jī)的靈魂，沒有軟件的計(jì)算機(jī)就是堆“廢鐵”。軟件是用戶與硬件之間的接

41、口界面，用戶主要是通過(guò)軟件與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流。軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，為了方便用戶，為了使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有較高的總體效用，在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，必須通盤考慮軟件與硬件的結(jié)合，以及用戶的要求和軟件的要求。軟件與一般的作品相比具有以下特點(diǎn)：(1)計(jì)算機(jī)軟件與一般作品的目的不同。計(jì)算機(jī)軟件多用于某種特定目的，如控制一定生產(chǎn)過(guò)程，使計(jì)算機(jī)完成某些工作；而文學(xué)作品則是為了閱讀欣賞，滿足人們精神文化生活需要。(2)要求法律保護(hù)的側(cè)重點(diǎn)不同。著作權(quán)法一般只保護(hù)作品的形式，不保護(hù)作品的內(nèi)容。而計(jì)算機(jī)軟件則要求保護(hù)其內(nèi)容。(3)計(jì)算機(jī)軟件語(yǔ)言與作品語(yǔ)言不同。計(jì)算機(jī)軟件語(yǔ)言是一種符號(hào)化、形式化的語(yǔ)言，其表現(xiàn)力十

42、分有限；文字作品則是人類的自然語(yǔ)言，其表現(xiàn)力十分豐富。(4)計(jì)算機(jī)軟件可援引多種法律保護(hù)，文字作品則只能援引著作權(quán)法。2.2.2軟件系統(tǒng)及其組成計(jì)算機(jī)軟件分為系統(tǒng)軟件( System Software)和應(yīng)用軟件( Application Software)兩大類，如圖2-19所示。圖2-19 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的組成1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備，支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行的軟件。系統(tǒng)軟件主要功能是調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相對(duì)獨(dú)立的硬件，使它們協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)軟件使得底層硬件對(duì)計(jì)算機(jī)用戶是透明的，用戶在使用計(jì)算機(jī)時(shí)無(wú)需了解硬件的工作過(guò)程。系統(tǒng)軟件主要包括操作

43、系統(tǒng)(OS)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和系統(tǒng)輔助處理程序等。其中最主要的是操作系統(tǒng)，它處在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心置，可以直接支持用戶使用計(jì)算機(jī)硬件，也支持用戶通過(guò)應(yīng)用軟件使用計(jì)算機(jī)。如果用戶需要使用其他系統(tǒng)軟件，如語(yǔ)言處理系統(tǒng)和工具軟件，也要通過(guò)操作系統(tǒng)提供支持。系統(tǒng)軟件是軟件的基礎(chǔ)，所有應(yīng)用軟件都是在系統(tǒng)軟件上運(yùn)行。系統(tǒng)軟件主要分為以下幾類。（1）操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件中最重要且最基本的是操作系統(tǒng)，它是最底層的軟件，它控制所有計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序并管理整個(gè)計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，是計(jì)算機(jī)裸機(jī)與應(yīng)用程序及用戶之間的橋梁。沒有它，用戶將無(wú)法使用其他軟件或程序。常用的操作系統(tǒng)有Windows、Linux、DO

44、S、Unix、MacOS等。（2）語(yǔ)言處理程序語(yǔ)言處理系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的另一大類型。早期的第一代和第二代計(jì)算機(jī)所使用的編程語(yǔ)言一般是由計(jì)算機(jī)硬件廠家隨機(jī)器配置的。隨著編程語(yǔ)言發(fā)展到高級(jí)語(yǔ)言，IBM公司宣布不再捆綁語(yǔ)言軟件，因此語(yǔ)言系統(tǒng)就開始成為用戶可選擇的一種產(chǎn)品化的軟件，它也是最早開始商品化和系統(tǒng)化的軟件。1）機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言是第一代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，也是唯一能夠由計(jì)算機(jī)直接識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)全部的指令集合，計(jì)算機(jī)所使用的是由"0"和"1"組成的二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)發(fā)明之初，人們只能放下身段，用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言去命令計(jì)算

45、機(jī)干這干那，一句話，就是寫出一串串由"0"和"1"組成的指令序列交由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，這種計(jì)算機(jī)能夠認(rèn)識(shí)的語(yǔ)言，就是機(jī)器語(yǔ)言。使用機(jī)器語(yǔ)言是十分痛苦的，特別是在程序有錯(cuò)需要修改時(shí)，更是如此。機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序就是一個(gè)個(gè)的二進(jìn)制文件。一條機(jī)器語(yǔ)言成為一條指令。指令是不可分割的最小功能單元。而且，由于每臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)往往各不相同，所以，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的程序，要想在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，必須另編程序，造成了重復(fù)工作。但由于使用的是針對(duì)特定型號(hào)計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，故而運(yùn)算效率是所有語(yǔ)言中最高的。2）匯編語(yǔ)言為了減輕使用機(jī)器語(yǔ)言編程的痛苦，人們進(jìn)行了一種有益的改進(jìn)：用一

46、些簡(jiǎn)潔的英文字母、符號(hào)串來(lái)替代一個(gè)特定指令的二進(jìn)制串，比如，用"ADD"代表加法，"MOV"代表數(shù)據(jù)傳遞等等，這樣一來(lái)，人們很容易讀懂并理解程序在干什么，糾錯(cuò)及維護(hù)都變得方便了，這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言就稱為匯編語(yǔ)言，即第二代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。然而計(jì)算機(jī)是不認(rèn)識(shí)這些符號(hào)的，這就需要一個(gè)專門的程序，專門負(fù)責(zé)將這些符號(hào)翻譯成二進(jìn)制數(shù)的機(jī)器語(yǔ)言，這種翻譯程序被稱為匯編程序，如圖2-20所示。圖2-20 匯編語(yǔ)言的翻譯過(guò)程匯編語(yǔ)言同樣十分依賴于機(jī)器硬件，移植性不好，但執(zhí)行效率高，能準(zhǔn)確發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件的功能和特長(zhǎng)，程序精煉且質(zhì)量高，所以至今仍是一種常用的軟件開發(fā)工具。匯編語(yǔ)言的

47、實(shí)質(zhì)和機(jī)器語(yǔ)言是相同的，都是直接對(duì)硬件操作，只不過(guò)指令采用了英文縮寫的標(biāo)識(shí)符，更容易識(shí)別和記憶。它同樣需要編程者將每一步具體的操作用命令的形式寫出來(lái)。3）高級(jí)語(yǔ)言匯編語(yǔ)言雖然比機(jī)器語(yǔ)言前進(jìn)了一步，但使用起來(lái)仍然很不方便，編程仍然是種極其煩瑣的工作，而且匯編語(yǔ)言的通用性差。人們?cè)诶^續(xù)尋找一種更加方便的編程語(yǔ)言，于是出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言是最接近人類自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)公式的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它基本脫離了硬件系統(tǒng)。常用的高級(jí)語(yǔ)言有：BASIC、C、 C+、PASCAL、FORTRAN、Java、智能化語(yǔ)言（LISP、Prolog、CLIP）、動(dòng)態(tài)語(yǔ)言(Python、PHP、Ruby)等。高級(jí)語(yǔ)言源程序可以

48、通過(guò)解釋、編譯兩種方式執(zhí)行，其中編譯過(guò)程如圖2-21所示。高級(jí)語(yǔ)言是絕大多數(shù)編程者的選擇,和匯編語(yǔ)言相比，它不但將許多相關(guān)的機(jī)器指令合成為單條指令并且去掉了與具體操作有關(guān)但與完成工作無(wú)關(guān)的細(xì)節(jié)，例如使用堆棧、寄存器等，這樣就大大簡(jiǎn)化了程序中的指令，由于省略了很多細(xì)節(jié)，所以編程者也不需要具備太多的專業(yè)知識(shí)。圖2-21 高級(jí)語(yǔ)言編譯過(guò)程（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)( Database)管理系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)管理軟件。用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，把各種不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，以便能夠有效地進(jìn)行查詢、檢索并管理這些數(shù)據(jù)，這是運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)的主要目的。各種信息系統(tǒng)，包括從一個(gè)提供圖書查詢的書店銷售軟件，到

49、銀行、保險(xiǎn)公司這樣的大企業(yè)的信息系統(tǒng),都需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)。（4）系統(tǒng)輔助處理程序系統(tǒng)輔助處理程序主要是指一些為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供服務(wù)的工具軟件和支撐軟件，如編輯程序、調(diào)試程序、系統(tǒng)診斷程序等，這些程序主要是為了維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，方便用戶在軟件開發(fā)和實(shí)施過(guò)程中的應(yīng)用，如Windows中的磁盤整理工具程序等。2. 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是用戶用各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序的集合，包括應(yīng)用軟件包和用戶程序。應(yīng)用軟件包是利用計(jì)算機(jī)解決某類問題而設(shè)計(jì)的程序的集合，供多用戶使用。在計(jì)算機(jī)軟件中，應(yīng)用軟件種類最多，包括從一般的文字處理到大型的科學(xué)計(jì)算和各種控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，有成千上萬(wàn)種。這類為解決特定問題而與計(jì)

50、算機(jī)本身關(guān)聯(lián)不多的軟件統(tǒng)稱為應(yīng)用軟件。常用的應(yīng)用軟件有辦公處理軟件（如Office、WPS系列辦公軟件）、多媒體處理軟件（如Photoshop、Flash、Premiere、Dreamweaver等）、Internet工具軟件（如FlashGet、FTP等）2.2.3課后習(xí)題1.計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)包括（ ）。A)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件B)程序及其相關(guān)數(shù)據(jù)C)數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理軟件D)編譯系統(tǒng)和應(yīng)用軟件2.計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言是（ ）。A)機(jī)器語(yǔ)言B)高級(jí)語(yǔ)言 C)匯編語(yǔ)言D)數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言3.（）是一種符號(hào)化的機(jī)器語(yǔ)言。A)C語(yǔ)言 B)匯編語(yǔ)言 C)機(jī)器語(yǔ)言 D)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言4.匯編語(yǔ)言是一種（ ）。A

51、)依賴于計(jì)算機(jī)的低級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 B)計(jì)算機(jī)能直接執(zhí)行的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言C)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 D)面向問題的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言5.將高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，采用的兩種翻譯方法是（ ）。A)編譯和解釋B)編譯和匯編 C)編譯和連接D)解釋和匯編6.在下列敘述中，正確的選項(xiàng)是（ ）。A)用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序稱為源程序B)計(jì)算機(jī)直接識(shí)別并執(zhí)行的是匯編語(yǔ)言編寫的程序C)機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序需編譯和鏈接后才能執(zhí)行D)機(jī)器語(yǔ)言編寫的程序具有良好的可移植性7.在所列出的：字處理軟件，Linux, UNIX，學(xué)籍管理系統(tǒng)，Windows Xp和Office 2003這六個(gè)軟件中，屬于系統(tǒng)軟件的

52、有（ ）。A)1,2,3 B)2,3,5 C)1,2,3,5 D)全部都不是8.Word字處理軟件屬于（ ）。A)管理軟件 B)網(wǎng)絡(luò)軟件 C)應(yīng)用軟件 D)系統(tǒng)軟件2.3 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)作為最基本的系統(tǒng)軟件，它直接控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、合理有效地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作，為用戶提供一個(gè)使用方便可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而起到連接計(jì)算機(jī)和用戶的接口作用2.3.1操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)管理和控制系統(tǒng)資源，計(jì)算機(jī)的硬件、軟件、數(shù)據(jù)等都需要操作系統(tǒng)的管理。操作系統(tǒng)通過(guò)許多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的信息進(jìn)行記錄，根據(jù)不同的系統(tǒng)要求，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，達(dá)到對(duì)資源進(jìn)行控制的目的。操作系統(tǒng)提供了方便用戶使

53、用計(jì)算機(jī)的用戶界面。用戶通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)就可以做他想要做的事情，可視化桌面就是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的界面，有了這種用戶界面，對(duì)計(jì)算機(jī)的操作就比較容易了。用戶界面又稱為操作系統(tǒng)的前臺(tái)表現(xiàn)形式，Windows 7采用的是窗口和圖標(biāo)，早期的DOS系統(tǒng)采用的是命令，Linux系統(tǒng)既采用命令形式也配備有窗口形式。不管是何種形式的用戶界面，其目的只有一個(gè)，那就是方便用戶的使用。操作系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。由于系統(tǒng)中配備了大量的硬件、軟件，因而它們可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能，這些功能之間必然免不了發(fā)生沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降。操作系統(tǒng)要使計(jì)算機(jī)的資源得到最大的利用，使系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，還要采用最優(yōu)

54、的實(shí)現(xiàn)功能的方式。操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的各種工作。計(jì)算機(jī)的運(yùn)行實(shí)際上是各種硬件的同時(shí)工作，是許多動(dòng)態(tài)過(guò)程的組合，通過(guò)操作系統(tǒng)的介入，使各種動(dòng)作和動(dòng)態(tài)過(guò)程達(dá)到完美的配合和協(xié)調(diào)，以最終對(duì)用戶提出的要求反饋滿意的結(jié)果。如果沒有操作系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和指揮，計(jì)算機(jī)就會(huì)處于癱瘓狀態(tài)，更談不上完成用戶所提出的任務(wù)，操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用和地位如圖2-22所示。圖2-22 操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)中的重要概念有進(jìn)程、線程、內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)。（1）進(jìn)程多道程序在執(zhí)行時(shí)，需要共享系統(tǒng)資源，從而導(dǎo)致各程序在執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)相互制約的關(guān)系，程序的執(zhí)行表現(xiàn)出間斷性的特征。這些特征都是在程序的執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生的，是動(dòng)

55、態(tài)的過(guò)程，而傳統(tǒng)的程序本身是一組指令的集合，是一個(gè)靜態(tài)的概念，無(wú)法描述程序在內(nèi)存中的執(zhí)行情況，即我們無(wú)法從程序的字面上看出它何時(shí)執(zhí)行，何時(shí)停頓，也無(wú)法看出它與其它執(zhí)行程序的關(guān)系，因此，程序這個(gè)靜態(tài)概念已不能如實(shí)反映程序并發(fā)執(zhí)行過(guò)程的特征。為了深刻描述程序動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程的性質(zhì)，人們引入“進(jìn)程（Process）”概念。進(jìn)程是一個(gè)具有獨(dú)立功能的程序，它可以申請(qǐng)和擁有系統(tǒng)資源，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，是一個(gè)活動(dòng)的實(shí)體。進(jìn)程主要具有如下特征：動(dòng)態(tài)性，進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序的一次執(zhí)行過(guò)程，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)消亡的；并發(fā)性，任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起并發(fā)執(zhí)行；獨(dú)立性，進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位；異步性，由于進(jìn)程間的相互制約，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。通過(guò)Windows 7任務(wù)管理器可以清楚地看到系統(tǒng)正在執(zhí)行的應(yīng)用程序和進(jìn)程，如圖2-23所示。 圖2-23 Windows 7任務(wù)管理器（2）線程隨著硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，為了更好地實(shí)現(xiàn)并發(fā)處理和共享資源，提高CPU的利用率，目前許多操作系統(tǒng)把