信息學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

信息學(xué)競(jìng)賽基礎(chǔ)教程

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

當(dāng)今時(shí)代，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已滲透到社會(huì)生活的各個(gè)方面。功能

如此強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是怎么發(fā)展起來(lái)的？它的基本工作原理是什

么？本章用以下內(nèi)容回答了這一問(wèn)題。

?了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用

?掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟硬件基

本知識(shí)

?對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的各部分有較深入的了解

?掌握數(shù)制轉(zhuǎn)化及運(yùn)算，了解數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

?掌握系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的概念

本章索引

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及由用

1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的養(yǎng)成與T作原理

1.3計(jì)算機(jī)硬件

1.4講侑計(jì)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

1.5數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

1.6計(jì)算機(jī)軟件

1.7問(wèn)與答

1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展、分類及應(yīng)用

計(jì)算機(jī)也是人類不斷追求計(jì)算速度的產(chǎn)物。

?早的計(jì)算工具是中國(guó)唐代發(fā)明的算盤，這是迄今還在使用的世界

上第一種手動(dòng)計(jì)數(shù)器。

?1622年英國(guó)數(shù)學(xué)家設(shè)計(jì)了計(jì)算尺，

?1642年法國(guó)人發(fā)明了世界上第一個(gè)加法器，

?1673年，德國(guó)發(fā)明了計(jì)算器，

這些都是手動(dòng)的或機(jī)械式的計(jì)算工具。

LL1計(jì)算機(jī)的發(fā)展

查爾斯?巴貝奇

電子計(jì)算機(jī)的直系祖先，他設(shè)計(jì)了差分機(jī)和分析機(jī)。分析機(jī)的結(jié)構(gòu)、

設(shè)計(jì)思想蘊(yùn)涵著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的雛型,

被公認(rèn)為計(jì)算機(jī)之父。

艾蘭?圖靈

計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人，建立圖靈機(jī)模型并奠定了可計(jì)算理論的基礎(chǔ)，提

出圖靈測(cè)試，闡述了機(jī)器智能的概念。圖靈機(jī)的概念是現(xiàn)代可計(jì)算性

理論的基礎(chǔ)美國(guó)計(jì)算學(xué)會(huì)設(shè)立的“圖靈獎(jiǎng)”，號(hào)稱計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)

馮?諾依曼

確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，提出了“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”的

計(jì)算機(jī)工作原理。

第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC

(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)

ENIAC即電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)。

該機(jī)于1946年2月誕生于美國(guó)賓夕法尼

亞大學(xué)。它體重30噸，運(yùn)算速度5000

次加法/秒，占地170M2,共計(jì)18800只

電子管和1500個(gè)繼電器，耗電150KW

價(jià)值40萬(wàn)美元

發(fā)展，一般根據(jù)計(jì)算機(jī)采用的物理器件，將計(jì)算機(jī)劃分為四

代。

1.第一代計(jì)算機(jī)（1946年—1958年）

2.第二代計(jì)算機(jī)（58年―64年）

3.第三代計(jì)算機(jī)（64年―70年）

4.第四代計(jì)算機(jī)（71年一現(xiàn)在）

1.第一代計(jì)算機(jī)（1946年-1958年）

第一代計(jì)算機(jī)采用的物理器件

是電子管。內(nèi)存采用延遲線或

磁芯，外存為紙帶、卡片或磁

帶，工作速度幾千~幾萬(wàn)次/

秒，軟件采用機(jī)器語(yǔ)言或匯編

語(yǔ)言編寫(xiě)，主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)

算。代表機(jī)型ENIAC。

2.第二代計(jì)算機(jī)（58年―64年）

第二代計(jì)算機(jī)采用的物理器

件是晶體管，內(nèi)存為磁芯，

外存是磁帶或磁盤，工作速

度幾十萬(wàn)次/秒，軟件用高.

級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，應(yīng)用于科學(xué)計(jì)

算及工業(yè)控制，代表機(jī)型

IBM700系列。

3.第三代計(jì)算機(jī)（64年―70年）

第三代計(jì)算機(jī)采用的物理器

件是中小規(guī)模集成電路，內(nèi)

存為磁芯和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，

外存是磁帶或磁盤，工作速

度幾十萬(wàn)一幾千萬(wàn)次/秒，

軟件用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，應(yīng)用

于計(jì)算、管理及控制，代表

機(jī)型舊MSystem/360

4.第四代計(jì)算機(jī)（71年一現(xiàn)在）

第四代計(jì)算機(jī)采用的物理器件

為大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路

,內(nèi)存為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，外存

為磁盤或光盤，工作速度幾百

萬(wàn)一上億次/秒，出現(xiàn)了操作

系統(tǒng)，軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)

用軟件。隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)

展，計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)、多媒體技

術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)在我國(guó)的發(fā)展

我國(guó)自1956年開(kāi)始研制計(jì)算機(jī)

?1958年研制出第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)

?1964年研制出第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)

?1971年研制出集成電路計(jì)算機(jī)

?1985年研制出第一臺(tái)舊MPC兼容微型機(jī)

?2001年研制出我國(guó)第一款通用CPU—“龍芯”芯片

?2002年推出了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“龍騰”服務(wù)器

?我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)能設(shè)計(jì)、制造計(jì)算機(jī)的國(guó)

?家之一。

1.1.2計(jì)算機(jī)的分類

坊昭1+篁相耳手里可分為.

數(shù)營(yíng)式電子言算機(jī)、模擬式電子計(jì)算機(jī)和混合式電子計(jì)

算機(jī)，

按照計(jì)算機(jī)的用途分：通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。

常用的分類法是根據(jù)計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量等

綜合性能指標(biāo)將計(jì)算機(jī)分為：

高性能計(jì)算機(jī)

中型機(jī)、小型機(jī)

微型計(jì)算機(jī)、工作站、服務(wù)器、

嵌入式計(jì)算機(jī)。

LL3未來(lái)新型計(jì)算機(jī)

?1.光子計(jì)算機(jī)

利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)。

?2.生物計(jì)算機(jī)

罐里里白野子隹力與罷盡犍I感即生物芯片構(gòu)成，存儲(chǔ)能

方巨大而自以疲的南式萊傳瑤信息。

?3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

里藜據(jù)單笈德擬腦您押維無(wú)三不利用神經(jīng)元結(jié)點(diǎn)的分布

式存信和精苴美聯(lián)4菜模擬人施活動(dòng)。

?4.量子計(jì)算機(jī)

要集警辱辱黑篇到原子進(jìn)行運(yùn)算的計(jì)算機(jī),這種多現(xiàn)

LL4計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，改變著我們的學(xué)

習(xí)、工作和生活方式，不管你做什么工作，都會(huì)用到計(jì)

算機(jī)。如:工商、醫(yī)藥、教育、政府等。

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用主要有：

數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、電子商務(wù)、過(guò)程控制、

CAD/CAM/CIMS.虛擬實(shí)現(xiàn)、人工智能。

1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理

1.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬

件

計(jì)王機(jī)

系

計(jì)算機(jī)是一臺(tái)能存算

統(tǒng)

儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，并機(jī)外部設(shè)備

軟

能自動(dòng)執(zhí)行程序的系

件

機(jī)器。統(tǒng)系統(tǒng)軟件

系

統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件應(yīng)用軟件

系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組

成。

運(yùn)算器

寄存器

CPU

控制器

主機(jī)

隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)

硬件系統(tǒng)內(nèi)存只讀存儲(chǔ)器(ROM)

____高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)

輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等

計(jì)

輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)等

算

外部設(shè)備外存：軟、硬盤、光盤、閃存等

機(jī)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等

系

統(tǒng)操作系統(tǒng)：Windows>Unix>Linux

語(yǔ)言處理程序：C、Pascal、VB等

軟件美系統(tǒng)軟件

實(shí)用程序：診斷程序、排錯(cuò)程序等

統(tǒng)

?應(yīng)用軟件通用應(yīng)用軟件：辦公軟件包等

專用應(yīng)用軟件：各企業(yè)的管理系統(tǒng)

圖2-6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.2.2計(jì)算機(jī)工作原理

目前的計(jì)算機(jī)都采用馮?諾依曼(JohnvonNeuman)

對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，即：

1,計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出

設(shè)備五個(gè)基本部分組成

中央處理器(CPU)

2.程序和數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)

中用二進(jìn)制數(shù)表示

3.計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程是

由存儲(chǔ)程序控制的，即

存儲(chǔ)程序工作原理。

1.3計(jì)算機(jī)硬件

1.3.1CPU

CPU由控制器和運(yùn)算器組成，是計(jì)算機(jī)的核心部件。

1.控制器:依次從存儲(chǔ)器中取指令、分析指令、向其他部件發(fā)出控

制信號(hào)，指揮各部件協(xié)同工作。

控制器主要由以下部分組成：

?程序計(jì)數(shù)器(PC):用來(lái)對(duì)程序中的指令進(jìn)行計(jì)數(shù)。

?指令計(jì)數(shù)器(IP):用來(lái)存放取出的指令。

■指令譯碼器(ID):用來(lái)分析指令的操作要求。

?時(shí)序控制電路以：用來(lái)生成時(shí)序信號(hào)。

彳微操作控制電路等

2.運(yùn)算器

?運(yùn)算器部件是計(jì)算機(jī)五大功能部件中的數(shù)據(jù)加工部件

?又稱算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit,ALU)

算術(shù)運(yùn)算是指加、減、乘、除等基本運(yùn)算；邏輯運(yùn)算是指

邏輯判斷、關(guān)系比較,如與(AND)、或(OR)、非(NOT)等

這些運(yùn)算都只是基本二進(jìn)制運(yùn)算。如下表：

iSSS?1

AANDBrAORNOTA/?

0/OrI*3?

I*3Or1"l*3<

1口0P03I*30*3<

043|>

1口1/I*3I*3

3.CPU的主要性能指標(biāo)及產(chǎn)品領(lǐng)域

控制器和運(yùn)算器做在一個(gè)芯片中，稱為CPU

(CentralProcessingUnit),即中央處理器。

CPU是整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的核心，它往往是各種檔次微機(jī)的

代名詞，我們所說(shuō)的486,586其實(shí)就是指計(jì)算機(jī)中CPU

的等級(jí)。從CPU的性能指標(biāo)中基本可以反映出計(jì)算機(jī)的

性能，因此它的性能指標(biāo)十分重要。

CPU主要的性能指標(biāo)有：

CPU的字長(zhǎng)位寬X位CPU主頻

外頻倍頻超頻生產(chǎn)工藝

?目前CPU的主流產(chǎn)品有Pentium（奔騰）、

Cecleron（賽揚(yáng)）、Itanium（安騰）、Xeon（至強(qiáng)）和

Banias（迅馳），著名的CPU生產(chǎn)公司有IBM、Apple

、Motorola.AMD、Cyrix等。有關(guān)CPU的更多資料

可訪I司

2006年,Apple公司生產(chǎn)了4核

的處理器，最大支持4塊硬盤,

最大存儲(chǔ)量達(dá)到3TB,圖像的

處理能力以及浮點(diǎn)運(yùn)算能力都

有了顯著的提高

右圖為：MacProtower

1.3.2存儲(chǔ)系統(tǒng)

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶部件，

分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器

1.內(nèi)存儲(chǔ)器

當(dāng)前計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)所需要的程序和數(shù)據(jù)都必須存

放到內(nèi)存中，早期的內(nèi)存采用磁芯，目前多采用

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，與外存相比，其優(yōu)點(diǎn)是速度快，

但容量小、價(jià)格較貴。內(nèi)存的容量是衡量計(jì)算機(jī)

性能的主要指標(biāo)之一。

內(nèi)存通常分為只讀存儲(chǔ)器(ReadOnlyMemory,ROM)

隨機(jī)存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory,RAM)和高速緩

沖存儲(chǔ)器(Cache)3類。

?(1)只讀存儲(chǔ)器(ROM)

?只讀存儲(chǔ)器是指只能從存儲(chǔ)器中讀數(shù)據(jù)，而不能往里

寫(xiě)數(shù)據(jù)。ROM中的信息一般是由設(shè)計(jì)者和制造商事先

寫(xiě)好固化在里面的，用戶無(wú)法修改。即使斷電或死機(jī)

,ROM中的信息也不會(huì)丟失。因此，ROM一般用來(lái)

檢查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置情況并提供基本的輸入輸出系

統(tǒng)程序(BasicInput-OutputSystem,BIOS)。

?通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量均指RAM存儲(chǔ)器容量，即

計(jì)算機(jī)的主存。CPU可對(duì)隨機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀、寫(xiě)操作

RAM有兩個(gè)主要特點(diǎn)

1.RAM中的數(shù)據(jù)可以多次使用（多次讀出），向

存儲(chǔ)器寫(xiě)入新數(shù)據(jù)時(shí)，存儲(chǔ)器中原有的內(nèi)容被覆蓋

（更新）；

2.關(guān)機(jī)或斷電后，RAM中的信息將全部消失，所

以RAM是計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)，要想長(zhǎng)期

保存數(shù)據(jù)，必須將數(shù)據(jù)保存到外存中。

微型計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存基本上以內(nèi)存條的形式進(jìn)行組織，

用戶可根據(jù)需要隨時(shí)增加內(nèi)存，方便擴(kuò)展。常見(jiàn)的內(nèi)存

條有64MB、128MB、256MB、512MB、1GB等多種

類型。

下圖為一512M的內(nèi)存條。

翹|DDRII533MHz

NB512MB

WWW.KEYRAM.COM

（3）高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）

Cache是指在CPU與內(nèi)存之間設(shè)置一級(jí)或兩級(jí)高速小容量存

儲(chǔ)器稱為高速緩沖存儲(chǔ)器，Cache的基本工作原理是基于

程序訪問(wèn)的局部性，即把正在執(zhí)行的指令地址附近的一部分

指令或數(shù)據(jù)從主存調(diào)入Cache,當(dāng)CPU進(jìn)行存儲(chǔ)器存取時(shí)首

先檢查所需的數(shù)據(jù)是否在Cache中，如在（稱為命中）則直

接存取Cache中的數(shù)據(jù)而不必訪問(wèn)主存；信息不在Cache中

時(shí)，則需存取主存儲(chǔ)器。

主存儲(chǔ)器

2.主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)

?(1)存儲(chǔ)容量存取時(shí)間、存儲(chǔ)周期

存儲(chǔ)器帶寬反映了主

?(2)存取時(shí)間存的速度指標(biāo)，存儲(chǔ)

器的可靠性反映了存

?(3)存取周期儲(chǔ)器的性能穩(wěn)定性指

標(biāo)；而性價(jià)比則反映

?(4)存儲(chǔ)器帶寬了存儲(chǔ)器的綜合性能

?(5)存儲(chǔ)器的可靠性

?(6)性能價(jià)格比

3.外存儲(chǔ)器

外存儲(chǔ)器也稱輔存，其主要作用是長(zhǎng)期存放計(jì)算機(jī)工作

所需要的系統(tǒng)文件、應(yīng)用程序、文檔和數(shù)據(jù)等。常用的

外存儲(chǔ)器有：

(1)磁介質(zhì)存儲(chǔ)器

(2)光介質(zhì)存儲(chǔ)器

(3)移動(dòng)存儲(chǔ)器

(1)磁介質(zhì)存儲(chǔ)器

磁表面存儲(chǔ)器主要包括硬盤、軟盤和磁帶等。

磁道

扇區(qū)

磁表面存儲(chǔ)器工作原理

①軟盤：軟盤用柔軟的聚酯材料制成圓形底片，在表面

涂上磁性材料，封裝在一個(gè)方形的護(hù)套內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)

整體，軟盤要放在軟盤驅(qū)動(dòng)器中才能讀寫(xiě)。

左圖為容量為3.5英寸軟盤

磁盤的容量為面數(shù)(side)、磁道數(shù)/面、

扇區(qū)數(shù)/磁道、字節(jié)數(shù)/扇區(qū)的乘積，如

3.5英寸軟盤的容量：

2(面)*80(道)*18(扇區(qū))*512(字節(jié))

=1474560(Bytes)=1440(KB)=

1.44(MB)

②硬盤：硬盤存儲(chǔ)器由電動(dòng)機(jī)和硬盤組成，一般放在主

機(jī)箱內(nèi)。硬盤是由若干涂有磁性材料的鋁合金盤片構(gòu)

成。

硬盤是立體的軟盤,

所以用立體的磁道

（柱面數(shù)）來(lái)代替軟

盤中的平面磁道。

每一扇區(qū)的容量也

是512B,硬盤的容

量=512*磁頭數(shù)*柱

面數(shù)*每道扇區(qū)數(shù)。

硬盤性能指標(biāo)一般有存儲(chǔ)容量、速度、訪問(wèn)時(shí)間及平均無(wú)故

障時(shí)間等。使用硬盤前必須做3件事，即硬盤的低級(jí)格式化、

硬盤分區(qū)和高級(jí)格式化。

硬盤的低級(jí)格式化

即硬盤的初始化，其主要目的是對(duì)一個(gè)新硬盤劃分磁道和扇區(qū)，并在每

個(gè)扇區(qū)的地址域上記錄地址信息。

硬盤分區(qū)

硬盤初始化后，還不能使用，還必須對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)，對(duì)硬盤分區(qū)的主

要目的是建立系統(tǒng)使用的硬盤區(qū)域。

硬盤的高級(jí)格式化

硬盤高級(jí)格式化的主要作用有兩點(diǎn)：其一是寫(xiě)入操作系統(tǒng)，使硬盤具有

系統(tǒng)啟動(dòng)盤的作用，其二是對(duì)指定的硬盤分區(qū)進(jìn)行初始化。

光盤的存儲(chǔ)(Opticaldisk)是利用激光束在被記錄的

圓盤表面存儲(chǔ)信息，并根據(jù)激光束的反射讀出信息。

主要由光盤、光驅(qū)動(dòng)器(即CD-ROM驅(qū)動(dòng)器)組成，光

盤的最大優(yōu)點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、可靠性

高，特別適合存儲(chǔ)大量信息。

主要有三種類型的光盤存儲(chǔ)器：

只讀光盤CD-ROM

寫(xiě)一次光盤WORM

可擦寫(xiě)光盤EOD

只讀光盤CD?ROM

與ROM類似，即光盤中的數(shù)據(jù)是預(yù)先寫(xiě)入的，用戶只

能讀，不能寫(xiě)，一般CD-ROM的存儲(chǔ)容量為650MB

一次性寫(xiě)光盤WORM

這種光盤允許用戶寫(xiě)一次，一旦寫(xiě)入后，不得修改，只

能讀出

可擦寫(xiě)光盤EOD

可擦寫(xiě)光盤EOD存儲(chǔ)功能與磁盤相似，用戶可多次對(duì)其

進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。

(3)移動(dòng)存儲(chǔ)器

〈Flash存儲(chǔ)設(shè)備:通常叫做優(yōu)盤或閃存，利用Flash閃存芯片為存

儲(chǔ)介質(zhì)，采用USB接口，讀寫(xiě)速度可達(dá)到ns級(jí),可擦寫(xiě)100萬(wàn)

次以上，數(shù)據(jù)至少可保存100年，優(yōu)盤無(wú)機(jī)械裝置，可承受3

米高自由落體的震動(dòng)，還具有防磁、防潮、耐高低溫等特性

2.移動(dòng)硬盤:直接由臺(tái)式電腦或者由筆記本電腦硬盤改裝而成的

便攜式的大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)，主要指采用電腦標(biāo)準(zhǔn)接口

(USB/IEE1394)的硬盤，有很好的性價(jià)比。

4.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)

為了充分發(fā)揮各種存儲(chǔ)設(shè)備的特點(diǎn)，將其有機(jī)地組織

起來(lái)，這就構(gòu)成了具有層次結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

速度快

/CPU\

/寄存器,容量小

L1級(jí)

高速緩存

L2級(jí)

高速緩存

主存儲(chǔ)器速度慢

容量大

外部存楮器（磁盤、光盤、磁帶等）

5.虛擬存儲(chǔ)器

任何一個(gè)程序都要調(diào)入內(nèi)存才能執(zhí)行，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存有

限，新軟件的規(guī)模越來(lái)越大，怎樣才能讓較小的內(nèi)存運(yùn)

行更大的程序呢？“虛擬存儲(chǔ)技術(shù)”為解決這個(gè)問(wèn)題應(yīng)

、-

15

而生。該項(xiàng)技術(shù)就是將主存和一部分外存空間共同構(gòu)成

一個(gè)整體，這樣就能為用戶提供一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存物理地

址大得多的“虛擬存儲(chǔ)器”，簡(jiǎn)稱“虛存”o

虛擬存儲(chǔ)器的主存與外存的基本信息傳送單

位采用三種不同的方案：頁(yè)、段或段頁(yè)式。

（1）頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器

頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器把虛擬地址空間劃分成一個(gè)個(gè)固定大〃'的塊，每

塊稱為一頁(yè)（Page）,把主存儲(chǔ)器的地址空間也按虛擬地址空間

同樣的大小劃分為頁(yè)。頁(yè)是一種邏輯上的劃分，它可以由系統(tǒng)管

理軟件任意指定。一個(gè)程序執(zhí)行時(shí)，首先被調(diào)入虛存（外存的某

一特殊空間），然后就完全由內(nèi)存管理程序進(jìn)行管理和調(diào)度。

系統(tǒng)會(huì)根據(jù)一定的算法，將實(shí)際虛擬地址空間—物理內(nèi)存，

執(zhí)行到的那段程序代碼調(diào)入實(shí)存

（稱為頁(yè)進(jìn)）。如果實(shí)存已滿，

系統(tǒng)會(huì)設(shè)法騰出一些實(shí)存空間，

必要時(shí)還需將實(shí)存中的一些信息

送回虛存，（頁(yè)出），然后再將

當(dāng)前要執(zhí)行的代碼調(diào)入實(shí)存。

(2)段式虛擬存儲(chǔ)器

?段充分利用程序的模塊化性質(zhì)，程序員在編寫(xiě)程序時(shí)

一般按照程序的內(nèi)容和函數(shù)關(guān)系把程序分成段，每段

都有自己的名字，并且希望能夠按照名稱或序號(hào)來(lái)訪

問(wèn)程序段。主存按段分配的存儲(chǔ)管理方式稱為段式管

理，采用段式虛擬存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)是段的邏輯獨(dú)立性使

它易于編譯、管理、修改和保護(hù)，也便于多道程序共

享，但因?yàn)槎蔚拈L(zhǎng)度各不相同，段的起點(diǎn)和終點(diǎn)不定

,給主存空間分配帶來(lái)麻煩，容易在段間留下零碎空

間，造成浪費(fèi)。

(3)段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器

?為了同時(shí)能夠獲得段式虛擬存儲(chǔ)器在程序模塊化方面

的優(yōu)點(diǎn)和頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器在管理主存和輔存物理空間

方面的優(yōu)點(diǎn)，把兩種虛擬存儲(chǔ)器結(jié)合起來(lái)就成為段頁(yè)

式虛擬存儲(chǔ)器。其基本思想是對(duì)用戶原來(lái)編寫(xiě)程序的

虛擬存儲(chǔ)空間采用分段的方法管理，而對(duì)主存儲(chǔ)器的

物理空間采用分頁(yè)的方法管理。段頁(yè)式管理的缺點(diǎn)是

需要多次查表，計(jì)算虛地址與實(shí)地址的關(guān)系，速度較

慢。目前計(jì)算機(jī)采用段頁(yè)式存儲(chǔ)管理的較多。

1.3.3輸入/輸出設(shè)備

1.輸入設(shè)備

輸入設(shè)備的基本功能是將數(shù)據(jù)、程序等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能

接受的二進(jìn)制碼，并將它們送入內(nèi)存。常用的輸入設(shè)備

有鍵盤、鼠標(biāo)、手寫(xiě)板、軌跡球、掃描儀、光筆、觸摸

屏、讀卡器、讀碼機(jī)、數(shù)字化儀、游戲操作桿等。

鼠標(biāo)觸摸屏手寫(xiě)筆

2.輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們能夠識(shí)別的

數(shù)字、字符、圖象、聲音等形式，然后顯示、打印或播

放出來(lái)，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等

顯環(huán)器打印機(jī)繪圖儀

1.3.4主板、總線與接口

1.主板(Mainboard或Motherboard)

主板是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最大的一塊電路板，幾乎所有的計(jì)算機(jī)部件

都通過(guò)它組織起來(lái)，主板上的部件主要有一個(gè)CPU插座；北橋芯

片、南橋芯片、BIOS芯片等三大芯片；前端系統(tǒng)總線FSB、內(nèi)存

總線、圖形總線AGP、數(shù)據(jù)交換總線HUB、外設(shè)總線PCI等五大

總線；軟驅(qū)接DFDD、通用串行設(shè)備接DUSB、集成驅(qū)動(dòng)電子設(shè)

備接DIDE等七大接口。H

中

o

sa

-s-

COC/o

6s

■,d

S

2.總線

為了簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)，讓所有的外部設(shè)備都共用一組

線路，再對(duì)不同的外部設(shè)備配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐罚?/p>

CPU同樣能與各種部件和各外部設(shè)備相連接，而且大大

簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這組共用的連接線路稱為總線.

外部設(shè)備外部設(shè)備

微存儲(chǔ)器I/O接口?I/O接口

處

理

器

系統(tǒng)總線

3.接口

不同的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備都有自己獨(dú)特的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制軟件、控

制信號(hào)等，計(jì)算機(jī)要與它們連接在一起協(xié)調(diào)工作，必須對(duì)設(shè)備的

連接有一定的規(guī)范或約定，這種約定就是接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)接口協(xié)

議的硬件設(shè)備就是接口電路，簡(jiǎn)稱接口。輸入/輸出接口是處理

機(jī)與外部世界進(jìn)行聯(lián)系的界面，實(shí)際上，現(xiàn)代處理機(jī)內(nèi)部的許多

例外事件也通過(guò)輸入/輸出接口進(jìn)行處理。接口的主要功能有：

■處理機(jī)與外部設(shè)備之間的通信聯(lián)絡(luò)

?數(shù)據(jù)緩沖

?接受處理機(jī)的命令，提供外部設(shè)備的狀態(tài)

?數(shù)據(jù)格式的變換

常見(jiàn)的接口有以下幾種：

串行接口

所謂串行是指每一個(gè)字都是在設(shè)備與接口之間一位一位地進(jìn)行傳

送的，串行接口有專門的設(shè)備名COM1、COM2等，串行接口也

稱為異步通信適配器接口(RS?232?C),鼠標(biāo)和調(diào)制解調(diào)器連接

在串行接口上。

并行接□

每一次都是將一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字的所有位同時(shí)進(jìn)行傳送，并行接

口設(shè)備名為L(zhǎng)PT1、LPT2,打印機(jī)接在并行接口上。

USB(UniversalSerinalBus)通用串行總線接口

USB接口為外設(shè)提供電源，能同時(shí)連接127個(gè)外部設(shè)備，可同時(shí)

支持高速和低速設(shè)備的訪問(wèn)。與串口和并口一樣，該接口也要在

軟件控制下才能正常工作，Windows支持通用串行總線接口。

IEEE1394接口

?這是一種連接外部設(shè)備的機(jī)外總線標(biāo)準(zhǔn)，按串行方式通信，

IEEE1394接口標(biāo)準(zhǔn)允許把計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備（如硬盤

、打印機(jī)、掃描儀）、各種家電（如數(shù)碼照相機(jī)、DVD播放機(jī)

、視頻電話等）非常簡(jiǎn)單地連接在一起。IEEE1394和USB者B

可以連接外部設(shè)備，按串行方式通信，不同之處是IEEE1394

速度更快，USB價(jià)格更便宜。

硬盤接口

?自前微機(jī)中使用最廣泛的硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)是IDE和SCSI標(biāo)準(zhǔn)。

?IDE（IntegratedDeviceElectronics,集成設(shè)備電子部件）接

口標(biāo)準(zhǔn)的最大特點(diǎn)是把控制器集成到硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)。這樣消除

了驅(qū)動(dòng)器和控制器之間數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，

?SCSI（SmallComputerSystemInterface,小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接

□）,早期在小型機(jī)上使用，現(xiàn)在也在PC機(jī)上使用，是一個(gè)多

任務(wù)接口，在同一個(gè)SCSI控制下的多臺(tái)外設(shè)可以并行工作，同

步數(shù)據(jù)傳送速率達(dá)到了20Mb/s。

L4進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

?由于計(jì)算機(jī)的物理器件只有兩種狀態(tài)，實(shí)際在計(jì)算機(jī)

中存儲(chǔ)的是“0”和“1”二進(jìn)制代碼，處理的也是二進(jìn)

制代碼。那么二進(jìn)制與在實(shí)際生活中人們熟悉的十進(jìn)

缶k十二進(jìn)制（一打）等進(jìn)制的特點(diǎn)是什么？這些進(jìn)

制是怎樣進(jìn)行換算的？計(jì)算機(jī)怎樣用二進(jìn)制來(lái)表示數(shù)

值、文字等信息？這是本節(jié)要討論的問(wèn)題。

L4.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制

任何進(jìn)位計(jì)數(shù)制都有兩個(gè)要素：基數(shù)和位權(quán)值。

基數(shù)是每一種計(jì)數(shù)制中數(shù)符的個(gè)數(shù)，按基數(shù)進(jìn)位、借位

二進(jìn)制有二個(gè)數(shù)符（0、1）,逢二進(jìn)一、借一當(dāng)二；十

進(jìn)制有十個(gè)數(shù)符、逢十進(jìn)一、借一當(dāng)十；r進(jìn)制有r個(gè)數(shù)

符，逢r進(jìn)一、借一當(dāng)r,見(jiàn)下表：

進(jìn)制財(cái)個(gè)數(shù)進(jìn)位值；

十進(jìn)制D「10個(gè)，15」

二進(jìn)制B，」0和1*-12個(gè)2(

八進(jìn)制0>'0~7小8個(gè)小8d

十六進(jìn)制一0~9和16個(gè)小16*5

R進(jìn)制川R個(gè)小R個(gè)3RQ

一個(gè)數(shù)的每個(gè)位置都有一個(gè)位權(quán)值，如：十進(jìn)制

(1999)10=1x103+9x102+9x101+9x100，從左到右

每個(gè)數(shù)符的位權(quán)值為103、102、101.100,二進(jìn)制

(1010)2=1x23+0x22+1x21+0x20,從左到右每個(gè)數(shù)

符的位權(quán)值為23、22、21、20o對(duì)于任何一個(gè)r進(jìn)制數(shù)

N可表示為

...?-i

工"4aiXr1+&X/+a-iXr1+，,，+a-.Xr^=Z的

i一冊(cè)

用二進(jìn)制表示一個(gè)大數(shù)時(shí)比較冗長(zhǎng)，如十進(jìn)制的99用二

進(jìn)制表示為01100011(1x26+1x25+1x21+1x20)

為了閱讀和書(shū)寫(xiě)的方便，又引入了八進(jìn)制和十六進(jìn)制。

142各數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

r進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)☆制?，神制*十六進(jìn)制，

制一按權(quán)展開(kāi)‘0^03g

I*31?I*31k

2Q1"2。22

r進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為

3QIIP32

十進(jìn)制，只要一

100347

將各位數(shù)碼乘：5Q101435川52

以各自的權(quán)值6r110Q62-6^

累加即可。:7"111Q7T

8Q1000*7102frp

?十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為r進(jìn)制數(shù)時(shí)，將整數(shù)部分和小數(shù)部分分

開(kāi)轉(zhuǎn)換，然后再合成起來(lái)即可。

?整數(shù)部分轉(zhuǎn)換成r進(jìn)制整數(shù)時(shí)，采用除r取余法，即十

進(jìn)制數(shù)不斷除以r取余數(shù)，直到商為0,首次取得的余

數(shù)是離小數(shù)點(diǎn)最近的低位。

?小數(shù)部分轉(zhuǎn)換成r進(jìn)制小數(shù)時(shí)，采用乘r取整法，即十

進(jìn)制數(shù)不斷乘以r取整數(shù)，直到小數(shù)部分為。或達(dá)到所

求的精度為止，首次取得的整數(shù)是離小數(shù)點(diǎn)最近的高

位。

1.5數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

計(jì)算機(jī)只能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，所以任何形式的數(shù)據(jù)（數(shù)

字、文字、圖形、聲音等）都必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，計(jì)算

機(jī)才能處理。本節(jié)討論計(jì)算機(jī)中數(shù)值及中西文的表示形

式。

151數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示形式

數(shù)值必須變成二進(jìn)制代碼才能存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，符號(hào)位也

必須變成?；?才能存儲(chǔ)，計(jì)算機(jī)中正號(hào)用“0”表示，負(fù)

號(hào)用“1”表示，在計(jì)算機(jī)中使用的連同符號(hào)一起數(shù)碼化

了的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，而它真正表示的數(shù)值叫真值。

為了改進(jìn)符號(hào)數(shù)的運(yùn)算方法和簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，人們研

究了二進(jìn)制機(jī)器數(shù)的幾種表示法，原碼、反碼和補(bǔ)碼:

?1.原碼:

?原碼是數(shù)值化的符號(hào)位加上數(shù)的絕對(duì)值，

如：

?X=(+91)10=(+1011011)2,[X]|B=01011011

?X=(-91)10=(-1011011)2,[X]|^=11011011

?一字節(jié)(8bit)原碼表示的整數(shù)范圍是-127~+127,采

用原碼表示法簡(jiǎn)單易懂，但它的運(yùn)算復(fù)雜，如，當(dāng)兩

數(shù)相加時(shí)，同號(hào)則數(shù)值相加，異號(hào)則相減，相減時(shí)還

要判斷絕對(duì)值的大小，然后用大數(shù)減小數(shù)，最后還要

給結(jié)果選擇符號(hào)。如果符號(hào)位和數(shù)值一樣參加運(yùn)算，

運(yùn)算就簡(jiǎn)單了，為此提出了反碼、補(bǔ)碼表示法

2.反碼

?反碼很少使用，它的主要作用是求補(bǔ)碼的中間碼。正數(shù)

的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是把負(fù)數(shù)的原碼除符號(hào)

位之外的各位按位取反（0變1,1變0）即可，如

X=+1011011X=-1011011

［兇原=01011011［X］原=11011011

［兇反=01011011［X］反=10100100

正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是先求負(fù)數(shù)的反碼

再把反碼的最低位加1,如：

[X]原=11011011

[X]反=10100100

[X]補(bǔ)=10100101

負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示時(shí)，可以把減法轉(zhuǎn)換為加法，符號(hào)位同

數(shù)值一起參加運(yùn)算,如:

[X+Y]=[X]+[Y],[X-Y]=[X]+[-Y]

?可見(jiàn)用補(bǔ)碼參與運(yùn)算最為方便，因?yàn)檠a(bǔ)碼的符號(hào)位無(wú)

需單獨(dú)處理，就如同數(shù)字一樣參與運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果的

符號(hào)位有效。

4.定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

?當(dāng)計(jì)算機(jī)需要處理實(shí)型數(shù)據(jù)時(shí)，就出現(xiàn)了如何表示小

數(shù)點(diǎn)的問(wèn)題，系統(tǒng)并不是像處理符號(hào)那樣，用一位二

進(jìn)制數(shù)表示小數(shù)點(diǎn)，它采用的定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)方法，

都是隱含設(shè)定小數(shù)點(diǎn)的辦法。

?定點(diǎn)數(shù)就是小數(shù)點(diǎn)位置隱含固定在某一位置上

?浮點(diǎn)數(shù)就是小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置是可變的

(1)定點(diǎn)數(shù)

固定小數(shù)點(diǎn)的位置有以下兩種：小數(shù)點(diǎn)在最低位之后稱

為定點(diǎn)整數(shù)，定點(diǎn)整數(shù)是純整數(shù)。默認(rèn)小數(shù)點(diǎn)在符號(hào)位

之后稱為定點(diǎn)小數(shù)，定點(diǎn)小數(shù)是純小數(shù)，即所有數(shù)均小

于1。

符號(hào)位口數(shù)值部分二t3符號(hào)位小數(shù)值部分二

。一小數(shù)點(diǎn)位置士

--小數(shù)點(diǎn)位置:1

(2)浮點(diǎn)數(shù)

為了表示很大或很小的數(shù)，采用“浮點(diǎn)數(shù)”或稱“科學(xué)表示法

9

浮點(diǎn)數(shù)由兩部分組成見(jiàn)下圖，即階碼和尾數(shù)，其中階碼用二進(jìn)

制定點(diǎn)整數(shù)表示，階碼的長(zhǎng)度決定數(shù)的范圍；尾數(shù)用二進(jìn)制定

點(diǎn)小數(shù)表示，尾數(shù)的長(zhǎng)度決定數(shù)的精度；底數(shù)(基數(shù))r=2

是

隱含的。由于階碼可取不同的數(shù)值，這樣小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位

置就1514-1211100

階符階碼數(shù)符尾數(shù)

2.5.2西文字符編碼

?西文字符(字母、數(shù)字、各種符號(hào))采用ACSH碼

(AmericanStandardCodeforInformation

Interchange,美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼)進(jìn)行編碼。

ACSH碼用7位二進(jìn)制編碼(最高位第8位為0),共128

個(gè)常用字符.

“a”字符的ASCII碼為1100001,即十進(jìn)制數(shù)(97)10;則“b”的編碼為(98)10。

“A”字符的ASCII碼為1000001,即十進(jìn)制數(shù)(65)10;則“B”的編碼

為(66)10。

“0”數(shù)字字符的ASCII碼為0110000,即十進(jìn)制數(shù)(48)10;則“1”的編碼為

(49)10o

“SP”空格字符的ASCII碼為0100000,即十進(jìn)制數(shù)(32)10。

1.5.3中文信息編碼

?漢字種類繁多，編碼比較困難，而且對(duì)漢字的輸入、

內(nèi)部處理、輸出的要求不盡相同，因此要進(jìn)行一系列

的漢字編碼及轉(zhuǎn)換，漢字信息處理中各編碼及流程如

下圖所示。其中虛線框內(nèi)的編碼對(duì)國(guó)標(biāo)碼而言。

1.漢字輸入碼

?西文可以通過(guò)鍵盤直接輸入，漢字不可能通過(guò)鍵

盤直接輸入，只能通過(guò)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤上按鍵的不同

排列組合來(lái)對(duì)漢字輸入，所謂漢字輸入碼就是輸入漢

字時(shí)的編碼，目前常用的輸入法大致有音碼類和形碼

類以及音形混合類：

?音碼類:主要是以漢語(yǔ)拼音為基礎(chǔ)的編碼方案，如全拼

、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能ABC等。優(yōu)點(diǎn)是

不用學(xué)習(xí)，與人們習(xí)慣一致，缺點(diǎn)是由于漢字同音字

較多，輸入重碼率很高，輸入速度較慢。

?形碼類:主要是按漢字的形狀，先把漢字拆分成部首，

然后進(jìn)行合成，如五筆字型法、鄭碼輸入法等。

2.漢字國(guó)標(biāo)碼（GB2312-80）

?全稱是“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換漢字編碼”（簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)碼

,也稱交換碼）是計(jì)算機(jī)中漢字編碼的標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)標(biāo)

碼表中有：一級(jí)漢字3755個(gè)（按漢語(yǔ)拼音排列）；二

級(jí)漢字3008個(gè)（按偏旁部首排列）；西文字符和圖形

符號(hào)682個(gè)，共7445個(gè)。

?為了編碼，將漢字分成若干個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)94個(gè)漢字。

由區(qū)號(hào)和位號(hào)（區(qū)中的位置）構(gòu)成了區(qū)位碼。區(qū)號(hào)和位

號(hào)各加32就構(gòu)成了國(guó)標(biāo)碼。

3.漢字機(jī)內(nèi)碼

?漢字機(jī)內(nèi)碼是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)、處理加工漢字時(shí)所

用的代碼。漢字在用不同的漢字輸入法時(shí)其輸入碼（

外碼）各不相同，但其內(nèi)碼是統(tǒng)一的。輸入碼通過(guò)鍵

盤輸入，接受后就由漢字操作系統(tǒng)的“輸入碼轉(zhuǎn)換模

塊”轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)碼，每個(gè)漢字的機(jī)內(nèi)碼用2個(gè)字節(jié)表

示。為了與ASCH碼相區(qū)別，將國(guó)標(biāo)碼的每個(gè)字節(jié)的

最高位由0變?yōu)?,變換后的國(guó)標(biāo)碼稱為漢字機(jī)內(nèi)碼。

1國(guó)標(biāo)碼第一字節(jié)1國(guó)標(biāo)同第二字節(jié)

可見(jiàn)漢字機(jī)內(nèi)碼的每個(gè)字節(jié)都大于128,而每個(gè)ASCII碼值均小于

128o

4.漢字字形碼

?漢字字形碼又稱漢字字摸，用于漢字輸出。漢字字形

碼通常有兩種表示方式：點(diǎn)陣和矢量表示方式。

漢字字形點(diǎn)陣的代碼就是點(diǎn)陣碼，點(diǎn)

陣規(guī)模越大，字型越清晰美觀，所占

存儲(chǔ)空間也越大，每個(gè)漢字字形碼占

用字節(jié)數(shù)為：點(diǎn)陣列數(shù)/8X行數(shù)，兩

級(jí)漢字大約占用256KB。

點(diǎn)陣碼的優(yōu)點(diǎn)是編碼、存儲(chǔ)方式簡(jiǎn)單

、無(wú)需轉(zhuǎn)換直接輸出，但放大后產(chǎn)生

的效果差。

(5)其他漢字內(nèi)碼

?UCS碼：

通用多八位編碼字符集(UniversalCodeSet)

?Unicode碼

采用用雙字節(jié)編碼統(tǒng)一地表示世界上的主要文字

的另一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其字符集內(nèi)容與UCS的BMP相同

?GBK碼

由我國(guó)制定，等同于UCS的新的中文編碼擴(kuò)展國(guó)

家標(biāo)準(zhǔn)。

?BIG5編碼

臺(tái)灣、香港地區(qū)普遍使用的一種繁體漢字的編碼

標(biāo)準(zhǔn)

1.6計(jì)算機(jī)軟件

1.6.1計(jì)算機(jī)軟件概述

軟件是由計(jì)算機(jī)程序、數(shù)據(jù)和有關(guān)的技術(shù)資料組成。程

序是指揮計(jì)算機(jī)工作的步驟；技術(shù)資料包括軟件和硬件

的技術(shù)說(shuō)明、使用方法和操作手冊(cè)等和生軟件是計(jì)算

機(jī)的“靈魂”o

軟件系統(tǒng)分為兩大類,軟

系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

?系統(tǒng)軟件通常負(fù)責(zé)管理、控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)的各種軟

硬件資源，并為用戶提供一個(gè)友好的操作界面和工作

平臺(tái)。常見(jiàn)的系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序

、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、支持軟件等。系統(tǒng)軟件通常要涉

及計(jì)算機(jī)硬件，所以編寫(xiě)難度較大，一般由大的計(jì)算

機(jī)公司提供。

?應(yīng)用軟件是專業(yè)人員為各種應(yīng)用目的而開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程

序，如辦公自動(dòng)化軟件，專業(yè)軟件（如建筑類、財(cái)務(wù)

類）、科學(xué)計(jì)算軟件包、套裝軟件、游戲軟件、用戶

開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)等。應(yīng)用軟件的編寫(xiě)難度較小，可由具有

一定計(jì)算機(jī)知識(shí)的各行各業(yè)的人員編寫(xiě)。

1.6.2計(jì)算機(jī)語(yǔ)言概述

?計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言）是人與計(jì)算機(jī)交流的工

具，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言就是計(jì)算機(jī)能懂的語(yǔ)言，計(jì)算機(jī)本身

只懂二進(jìn)制形式的機(jī)器語(yǔ)言，計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，只

能通過(guò)機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序來(lái)使用計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)使

用率極低。長(zhǎng)期以來(lái)，編寫(xiě)程序和執(zhí)行程序是利用計(jì)

算機(jī)解決問(wèn)題的主要方法和手段。也就是說(shuō)，你要使

用計(jì)算機(jī)就必須懂計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、必須會(huì)編寫(xiě)程序。隨

著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言也不斷發(fā)展，各種軟

件也不斷涌現(xiàn)，才使計(jì)算機(jī)變得像今天這樣普及。

1.機(jī)器語(yǔ)言

?機(jī)器語(yǔ)言是由。和1二進(jìn)制代碼按一定規(guī)則組成的、

能被機(jī)器直接理解和執(zhí)行的指令的集合。指令規(guī)定

了計(jì)算機(jī)能直接完成的某一種操作。一條指令通常

由兩個(gè)部分組成：

操作碼操作數(shù)

?操作碼指明要完成的操作類型或性質(zhì)。

?操作數(shù)指明操作的內(nèi)容或所在的內(nèi)存單元地址，操

作數(shù)在大多數(shù)情況下是地址碼。地址碼是數(shù)據(jù)所在

的地址，可以是源操作數(shù)的存放地址，也可以是操

作結(jié)果的存放地址。

2.匯編語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言就是將機(jī)器指令代碼用英文助記符表示，代替

機(jī)器語(yǔ)言中的指令和數(shù)據(jù)。

例如用ADD表示加、SUB表示減、JMP表示程序跳轉(zhuǎn)等

這樣在一定程度上克服了機(jī)器語(yǔ)言難讀難懂難改的缺點(diǎn)

匯編語(yǔ)言的編程質(zhì)量高、占存儲(chǔ)空間小、執(zhí)行速度快，

故常用于過(guò)程控制等編程。缺點(diǎn)是仍面向機(jī)器，使用者

需具備專業(yè)知識(shí)。

3.局級(jí)語(yǔ)言

?高級(jí)語(yǔ)言接近自然語(yǔ)言（英語(yǔ)）和數(shù)學(xué)語(yǔ)言，是由表

達(dá)各種意義的詞和數(shù)學(xué)公式按照一定的語(yǔ)法規(guī)則來(lái)編

寫(xiě)程序的語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言使程序員可以完全不用與計(jì)

算機(jī)的硬件打交道，可以不必了解機(jī)器的指令系統(tǒng)。

這樣，程序員就可以集中精力來(lái)解決問(wèn)題本身而不必

受機(jī)器制約，因此編程效率高，簡(jiǎn)單易學(xué)，各行各業(yè)

的人員都可以通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言用計(jì)算機(jī)解決本專業(yè)的問(wèn)

題，高級(jí)語(yǔ)言由于與具體機(jī)器無(wú)關(guān)，因此程序的通用

性強(qiáng)。

高級(jí)語(yǔ)言分類可分為三類。

?(1)面向過(guò)程的語(yǔ)言

?(2)面向問(wèn)題的語(yǔ)言

?(3)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言

(1)面向過(guò)程的語(yǔ)言

?面向過(guò)程的語(yǔ)言致力于用計(jì)算機(jī)能夠理解的

邏輯來(lái)描述需要解決的問(wèn)題和解決問(wèn)題的具

體方法、步驟。編程時(shí)，程序需要詳細(xì)描述

解題的過(guò)程和細(xì)節(jié)，即需要詳細(xì)地描述“怎

全羊做如FORTRAN、BASIC.PASCAL

、C等。

(2)面向問(wèn)題的語(yǔ)言

?面向問(wèn)題的語(yǔ)言又稱為第四代語(yǔ)言(4GLS)o這類

語(yǔ)言解題時(shí)，不必關(guān)心問(wèn)題的求解算法和求解的過(guò)程

,只須指出要計(jì)算機(jī)做什么，以及數(shù)據(jù)的輸入和輸出

形式，就能得到所需結(jié)果。

?面向問(wèn)題的語(yǔ)言是采用快速原型法開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的強(qiáng)

大工具，能夠快速地構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)，提高軟件開(kāi)發(fā)效

率。

?面向過(guò)程的語(yǔ)言需要詳細(xì)地描述“怎樣做”，面向問(wèn)

題的語(yǔ)言僅需要說(shuō)明“做什么”O(jiān)它與數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系

非常密切，能夠?qū)Υ笮蛿?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行高效處理。

(3)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言

?在20世紀(jì)80年代推出了面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，它與以往

各種語(yǔ)言的根本不同點(diǎn)在于：它設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是為

了能更直接地描述客觀世界中存在的事物(即對(duì)象)

以及它們之間的關(guān)系。

?面向?qū)ο笳Z(yǔ)言將客觀事物看作具有屬性和行為的對(duì)象

,通過(guò)抽象找出同一類對(duì)象的共同屬性和行為，形成

類。通過(guò)類的繼承與多態(tài)性可以很方便地實(shí)現(xiàn)代碼重

用，這大大提高了程序的復(fù)用能力和程序開(kāi)發(fā)效率。

?面向?qū)ο笳Z(yǔ)言已是程序語(yǔ)言的主要研究方向之一。面

向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言有C++、Java、VisualBasic等。

1.6.3語(yǔ)言處理程序

?除了機(jī)器語(yǔ)言可以被計(jì)算機(jī)直接理解并處理外

,匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言都需要經(jīng)過(guò)語(yǔ)言處理程

序（或稱翻譯程序、編譯器）將其翻譯為機(jī)器

語(yǔ)言，然后才可被計(jì)算機(jī)處理。實(shí)現(xiàn)這個(gè)翻譯

過(guò)程的工具是語(yǔ)言處理程序，即翻譯程序。用

非機(jī)器語(yǔ)言寫(xiě)的程序稱為源程序，通過(guò)翻譯程

序翻譯后的程序稱為目標(biāo)程序。不同的程序設(shè)

計(jì)語(yǔ)言有各自的翻譯程序，互相不通用。

1.匯編程序

?匯編語(yǔ)言寫(xiě)的程序，需要翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，才能被

計(jì)算機(jī)執(zhí)行。匯編程序就是是將匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程

序（源程序）翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序（目標(biāo)程序）的

工具（翻譯官），如圖所示。

匯編程序

匯編語(yǔ)言源程序

1標(biāo)程序

圖：匯編程序工作過(guò)程

?高級(jí)語(yǔ)言有兩種翻譯方式，解釋方式和編譯方式，相

應(yīng)的翻譯工具也分別稱為解釋程序和編譯程序。

?(1)解釋方式：是由解釋程序?qū)⒏呒?jí)語(yǔ)言源程序翻

譯為機(jī)器語(yǔ)言的一種方式，解釋程序?qū)υ闯绦蜻M(jìn)行逐

句翻譯，翻譯為一個(gè)或多個(gè)機(jī)器語(yǔ)言指令，并立即執(zhí)

行。若解釋時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)立即停止，報(bào)錯(cuò)并提醒用

戶更正代碼。解釋方式不生成目標(biāo)程序。工作過(guò)程如

下圖所小。

解釋程序

高級(jí)語(yǔ)言源程序iT＞計(jì)算結(jié)果

數(shù)據(jù)

圖：解釋方式的工作過(guò)程

編譯方式就是由編譯程序?qū)⒏呒?jí)語(yǔ)言翻譯為機(jī)器語(yǔ)言

的另一種方式，編譯方式如同“筆譯”，在紙上記錄

翻譯后的結(jié)果，編譯程序?qū)φ麄€(gè)源程序經(jīng)過(guò)編譯處理

,產(chǎn)生一個(gè)與源程序等價(jià)的目標(biāo)程序；目標(biāo)程序還可

能要用一些其他語(yǔ)言編寫(xiě)的程序和程序庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)子

程序，通過(guò)連接程序?qū)⒛繕?biāo)程序和有關(guān)的程序庫(kù)組合

成一個(gè)完整的可執(zhí)行程序，見(jiàn)圖所示。

目:計(jì)宜結(jié)果

L7問(wèn)與答

1.CPU中的流水線技術(shù)、超流水線技術(shù)、超標(biāo)量是什么？

2.Cache中的L1高諫緩存和L2高諫緩存的又用是什么？

3.何謂T作申陳？

4.SRAM和DRAM是格什么？

5.C0MS是指什么？

LCPU中的流水線技術(shù)、超流水線技術(shù)、超標(biāo)

量是什么？

答：流水線是Intel首次在486芯片中開(kāi)始使用的。即在

CPU中由5―6個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處

理流水線，將一條指令分成5—6步由上述電路分別完

成,從而在一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令；超流水

線是指CPU中的流水線超過(guò)5-6步。如Pentium4的

流水線就長(zhǎng)達(dá)20步；超標(biāo)量是指在CPU中內(nèi)置多條流

水線來(lái)同時(shí)執(zhí)行多條指令。Pentium級(jí)以上的CPU均

具有超標(biāo)量結(jié)構(gòu)。

l.Cache中的LI高速緩存和L2高速緩存的區(qū)別

是什么？

答：L1稱一級(jí)高速緩存，內(nèi)置在CPU中，負(fù)責(zé)在CPU

內(nèi)部的寄存器與外部Cache之間的緩沖，由靜態(tài)RAM

組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。由于CPU的管芯面積不能太大，

L1高速緩存的容量不能做得太大；L2高速緩存指CPU

外的高速緩存。主要用于彌補(bǔ)CPU內(nèi)部Cache的容量

過(guò)小，負(fù)責(zé)整個(gè)CPU與內(nèi)存之間的緩沖。在Socket架

構(gòu)的主板上，外頻頻率、系統(tǒng)內(nèi)存和L2高速緩存總線

時(shí)鐘頻率相同。

3.何謂工作電壓?

答：工作電壓是指CPU正常工作時(shí)所需要的電壓，早期

CPU的工作電壓是5V。從PentiumCPU起CPU工作

電壓分為內(nèi)核電壓和I/。電壓兩種。內(nèi)核電壓由CPU

生產(chǎn)工藝定，I/O電壓通常在1.6V至l」3V。隨著CPU主

頻的提高和制造工藝的改進(jìn)，CPU工作電壓有逐步下

降的趨勢(shì)，以解決發(fā)熱過(guò)高的問(wèn)題。

4.SRAM和DRAM是指什么？

答：SRAM稱靜態(tài)RAM,速度快，價(jià)格高，只要不斷電

,數(shù)據(jù)就能保存，主要用來(lái)做高速緩存（Cache）

;DRAM稱動(dòng)態(tài)RAM,就是通常所說(shuō)的內(nèi)存。DRAM靠

MOS電路中的柵極電容來(lái)保存信息，由于電容會(huì)漏電

,DRAM需要設(shè)置刷新電路，每間隔一定時(shí)間對(duì)

DRAM進(jìn)行刷新，以確保信息不丟失。DRAM比

SRAM集成度高，功耗低，價(jià)格低。

5.COMS是指什么？

答：COMS是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的英文縮寫(xiě)，是一

種大規(guī)模應(yīng)用于集成電路芯片制造的材料。在計(jì)算機(jī)

中的CMOS是指主板上的一塊可讀寫(xiě)RAM芯片，又稱

CMOSRAM,里面存放著當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的具

體參數(shù)，如系統(tǒng)CPU、軟硬盤驅(qū)動(dòng)器、顯示器、鍵盤

、日期、電源管理、密碼等的參數(shù)，由于CMOS可由

系統(tǒng)電源和主板上的后備電池供電，所以即使系統(tǒng)掉

電，CMOS中的信息也不會(huì)丟失。COMS中的參數(shù)不

正確，會(huì)引起系統(tǒng)性能降低、器件不能識(shí)別，導(dǎo)致系

統(tǒng)軟硬件故障。當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)按特定鍵（一般按Del鍵）

就可以進(jìn)入CMOS設(shè)置程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。

習(xí)題

選擇題

1、世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生于

A1941年B1946年C1949年D1950年

2、世界上首次提出存儲(chǔ)程星計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的是

A莫奇萊B艾侖?圖斐C喬治?布爾D馮?諾依曼

3、世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)采用的主要邏輯部件是

A電子管B晶體管C繼電器D光電管

日

4、下列A敘他述界正上確第的福電子計(jì)算機(jī)ENIAC

__________________首次實(shí)現(xiàn)了“存儲(chǔ)程序”方案

B按照計(jì)算機(jī)的規(guī)模，人們把計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程分為四小時(shí)代

C微型計(jì)算機(jī)最早出現(xiàn)于第三代計(jì)算機(jī)中

D馮?諾依曼提出的計(jì)算腿系結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)

5、「完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括

A系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件

B硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)

C主機(jī)和外鉗設(shè)備

D主機(jī)、鍵盤、顯示器和輔助存儲(chǔ)器

6、微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的性能主要取決于

A微處理器B內(nèi)存儲(chǔ)器C顯示適配卡D硬磁盤存儲(chǔ)器

7

A16個(gè)二進(jìn)制位B32個(gè)二進(jìn)制位C64個(gè)二進(jìn)D與微處理器芯

片的型號(hào)有關(guān)

8、計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)取決于哪種總線的寬度

A控制總線B數(shù)據(jù)總線C地址總線D通信總線

9、“PentiumII350''和"PentiumIII450”中的“350”和“450”的含

義是

A最大內(nèi)存容量B最大運(yùn)算速度C最大運(yùn)算精度DCPU的時(shí)鐘頻

率

10、微型計(jì)算機(jī)中，運(yùn)算器的主要功能是進(jìn)行

A邏輯運(yùn)算B算術(shù)運(yùn)算C算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算D復(fù)雜方程的求解

11、下列存儲(chǔ)器中，存取速度最快的是

A軟磁盤存儲(chǔ)器B硬磁盤存橫器C光盤存儲(chǔ)器D內(nèi)存儲(chǔ)器

12、下列打印機(jī)中，打印效果最佳的一種是

A點(diǎn)陣打印機(jī)B激光打印機(jī)C熱敏打印機(jī)D噴墨打印機(jī)

13、下列因素中，對(duì)微型計(jì)算機(jī)工作影響最小的是

A溫度B濕度C磁場(chǎng)D噪聲

14、CPU不能直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器是

AROMBRAMCCacheDCD-ROM

15、微型計(jì)算機(jī)中；控制器的基本功能是

A存儲(chǔ)各種控制信息

B傳輸各種控制信號(hào)

C產(chǎn)生各種控制信息

D坤制系統(tǒng)備辯件F碓地執(zhí)行程序

二L6H初麻敘述中，,屬一RAM特__點(diǎn)__的__是_

A可隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，且斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失

B可隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)將全郡丟失

C只能順層讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)將甑分丟失

D只能順南讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，目斷電后數(shù)據(jù)將全部丟失

17、在微型計(jì)算機(jī)中，運(yùn)算器和控制器合稱為

A邏輯密件B算術(shù)運(yùn)算部件C微處理器D算術(shù)和邏輯部件

18、在微型計(jì)算機(jī)中，ROM是

A順南讀寫(xiě)存儲(chǔ)器B隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器C只讀存儲(chǔ)器D高速緩沖存儲(chǔ)器

19、比算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最突出的優(yōu)勢(shì)是

A信息流通B數(shù)據(jù)傳送C資源共享D降低費(fèi)用