Microsoft Word - wj1.doc

Transcription

1 1.1 概 述 电 子 计 算 机 是 20 世 纪 人 类 最 伟 大 的 发 明 之 一, 随 着 计 算 机 科 学 的 发 展 与 应 用 的 普 及, 计 算 机 已 经 融 入 人 们 的 生 活, 成 为 人 们 日 常 生 活 工 作 学 习 中 不 可 缺 少 的 一 个 基 本 工 具 21 世 纪 是 以 计 算 机 为 基 础 的 信 息 时 代, 掌 握 以 计 算 机 为 核 心 的 信 息 技 术 基 础 知 识 和 应 用 能 力 是 现 代 大 学 生 必 备 的 基 本 素 质 计 算 机 的 发 展 一 般 认 为, 世 界 上 第 一 台 数 字 式 电 子 计 算 机 诞 生 于 1946 年 2 月, 它 是 由 美 国 宾 夕 法 尼 亚 大 学 物 理 学 家 莫 克 利 (J.Mauchly) 和 工 程 师 埃 克 特 (J.P.Eckert) 等 人 共 同 开 发 的 电 子 数 值 积 分 计 算 机 (Electronic Numerical Integrator And Calculator, 简 称 ENIAC) ENIAC 体 积 非 常 庞 大, 其 占 地 面 积 为 170 平 方 米, 总 重 量 达 30 吨, 如 图 1-1 所 示 机 器 中 约 有 只 电 子 管 1500 个 继 电 器 只 电 阻 以 及 其 他 各 种 电 气 元 件, 功 耗 约 为 140 千 瓦 这 样 一 台 巨 大 的 计 算 机 每 秒 钟 可 以 进 行 5000 次 加 减 运 算, 相 当 于 手 工 计 算 的 20 万 倍 机 电 式 计 算 机 的 1000 倍 这 台 计 算 机 的 功 能 虽 然 无 法 与 今 天 的 计 算 机 相 比, 但 它 的 诞 生 却 是 科 学 技 术 发 展 史 上 一 次 意 义 重 大 的 事 件, 展 现 出 新 技 术 革 命 的 曙 光 图 1-1 ENIAC( 电 子 数 值 积 分 计 算 机 )

2 2 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) ENIAC 虽 是 第 一 台 正 式 投 入 运 行 的 电 子 计 算 机, 但 它 并 不 具 备 现 代 计 算 机 存 储 程 序 的 思 想 由 于 其 结 构 设 计 不 够 弹 性 化, 导 致 对 它 的 每 一 次 再 编 程 都 意 味 着 电 气 物 理 线 路 的 再 连 接 ENIAC 的 开 发 小 组 针 对 其 缺 陷 又 进 一 步 完 善 了 设 计 1946 年 6 月, 冯 诺 依 曼 博 士 发 表 了 电 子 计 算 机 装 置 逻 辑 结 构 初 探 论 文, 并 设 计 出 第 一 台 存 储 程 序 的 离 散 变 量 自 动 电 子 计 算 机 (The Electronic Discrete Variable Automatic Computer, 简 称 EDVAC), 于 1952 年 正 式 投 入 运 行, 其 运 算 速 度 是 ENIAC 的 240 倍 冯 诺 依 曼 提 出 的 EDVAC 计 算 机 结 构 为 人 们 普 遍 接 受, 并 成 为 当 今 所 有 计 算 机 的 基 础 结 构 1. 计 算 机 的 发 展 历 程 ENIAC 诞 生 至 今 半 个 多 世 纪 以 来, 计 算 机 获 得 了 突 飞 猛 进 的 发 展 人 们 依 据 计 算 机 性 能 和 当 时 的 软 硬 件 技 术, 将 计 算 机 的 发 展 划 分 成 以 下 4 个 阶 段, 如 表 1-1 所 示 表 1-1 计 算 机 发 展 的 4 个 阶 段 年 代 第 一 代 第 二 代 第 三 代 第 四 代 现 在 电 子 器 件 电 子 管 晶 体 管 集 成 电 路 大 规 模 集 成 电 路 存 储 器 半 导 体 存 储 器 半 导 体 存 储 器 延 迟 线 磁 芯 磁 芯 磁 鼓 磁 芯 磁 鼓 磁 带 磁 盘 磁 鼓 磁 带 纸 带 磁 带 磁 盘 磁 带 磁 盘 光 盘 处 理 方 式 机 器 语 言 监 控 程 序 实 时 处 理 实 时 / 分 时 处 理 网 络 汇 编 语 言 高 级 语 言 操 作 系 统 操 作 系 统 应 用 领 域 科 学 计 算 科 学 计 算 数 据 处 理 科 学 计 算 系 统 设 计 等 各 行 各 业 过 程 控 制 科 技 工 程 领 域 运 算 速 度 5000 至 3 万 次 / 秒 几 十 万 至 百 万 次 / 秒 百 万 至 几 百 万 次 / 秒 几 百 万 至 千 亿 次 / 秒 典 型 机 种 ENIAC EDVAC IBM705 UNIVACII IBM7094 CDC6600 IBM360 PDP 11 NOVA1200 ILLIAC-IV VAX 11 IBM PC 从 20 世 纪 80 年 代 开 始, 日 本 美 国 以 及 欧 盟 都 相 继 开 展 了 对 新 一 代 计 算 机 的 研 究 新 一 代 计 算 机 是 把 信 息 采 集 存 储 处 理 通 信 和 人 工 智 能 结 合 在 一 起 的 计 算 机 系 统, 它 不 仅 能 进 行 一 般 的 信 息 处 理, 而 且 能 面 向 知 识 处 理, 具 有 形 式 推 理 联 想 学 习 和 解 释 能 力, 能 帮 助 人 类 开 拓 未 知 的 领 域 和 获 取 新 的 知 识 2. 计 算 机 的 发 展 趋 势 计 算 机 技 术 一 直 保 持 着 高 速 发 展 的 趋 势, 在 21 世 纪, 不 断 地 有 越 来 越 多 被 世 人 瞩 目 的 新 产 品 研 发 出 来, 计 算 机 的 发 展 越 来 越 向 功 能 巨 型 化 体 积 微 型 化 资 源 网 络 化 和 处 理 智 能 化 方 向 发 展 (1) 功 能 巨 型 化 功 能 巨 型 化 是 指 具 有 高 速 运 算 能 力 大 存 储 容 量 和 强 功 能 的 巨 型 计 算 机 其 运 算 能 力 一 般 在 每 秒 百 亿 次 以 上 内 存 容 量 在 几 千 兆 字 节 以 上 巨 型 计 算 机 主 要 用 于 尖 端 科 学 技 术 和 军

3 3 事 国 防 系 统 的 研 究 开 发 (2) 体 积 微 型 化 微 型 计 算 机 已 应 用 于 不 同 种 类 的 小 型 仪 器 设 备, 作 为 工 业 控 制 过 程 的 心 脏, 使 仪 器 设 备 实 现 智 能 化 是 微 型 计 算 机 的 特 点 随 着 微 电 子 技 术 的 进 一 步 发 展, 笔 记 本 型 掌 上 型 等 微 型 计 算 机 必 将 以 更 优 的 性 价 比 受 到 人 们 的 欢 迎 (3) 资 源 网 络 化 资 源 网 络 化 是 指 利 用 通 信 技 术 和 计 算 机 技 术, 把 分 布 在 不 同 地 点 的 计 算 机 互 联 起 来, 按 照 网 络 协 议 相 互 通 信, 以 达 到 所 有 用 户 都 可 共 享 软 件 硬 件 和 数 据 资 源 的 目 的 现 在, 计 算 机 网 络 在 各 行 各 业 中 都 得 到 了 广 泛 的 应 用 目 前 开 发 的 三 网 合 一 系 统 工 程, 便 是 将 计 算 机 网 电 信 网 有 线 电 视 网 合 为 一 体 用 户 通 过 网 络 能 更 好 地 传 送 数 据 文 本 资 料 声 音 图 形 和 图 像, 可 随 时 随 地 在 全 世 界 范 围 拨 打 可 视 电 话 或 收 看 任 意 国 家 的 电 视 和 电 影 (4) 处 理 智 能 化 处 理 智 能 化 是 计 算 机 发 展 的 一 个 重 要 方 向, 新 一 代 计 算 机 将 可 以 模 拟 人 的 感 觉 行 为 和 思 维 过 程 的 机 理, 进 行 看 听 说 想 做, 具 有 逻 辑 推 理 学 习 与 证 明 的 能 力 展 望 未 来, 计 算 机 的 发 展 必 然 要 经 历 很 多 新 的 突 破 从 目 前 的 发 展 趋 势 来 看, 未 来 的 计 算 机 将 是 微 电 子 技 术 光 学 技 术 超 导 技 术 和 电 子 仿 生 技 术 相 互 结 合 的 产 物 第 一 台 超 高 速 全 光 数 字 计 算 机, 已 由 英 国 法 国 德 国 意 大 利 和 比 利 时 等 国 的 70 多 名 科 学 家 和 工 程 师 合 作 研 制 成 功, 光 子 计 算 机 的 运 算 速 度 比 电 子 计 算 机 快 1000 倍 在 不 久 的 将 来, 超 导 计 算 机 神 经 网 络 计 算 机 等 全 新 的 计 算 机 也 会 诞 生 届 时, 计 算 机 将 发 展 到 一 个 更 高 更 先 进 的 水 平 3. 计 算 机 的 分 类 计 算 机 发 展 到 今 天, 已 是 琳 琅 满 目 种 类 繁 多, 并 表 现 出 各 自 不 同 的 特 点 可 以 从 不 同 的 角 度 对 计 算 机 进 行 分 类 (1) 按 数 据 类 型 分 类 电 子 计 算 机 可 以 分 为 数 字 计 算 机 模 拟 计 算 机 和 数 模 混 合 计 算 机 3 种 在 数 字 计 算 机 中, 所 处 理 的 数 据 都 是 以 0 1 数 字 代 码 的 数 据 形 式 来 表 示, 这 些 数 据 在 时 间 上 是 离 散 的, 称 为 数 字 量, 经 过 算 术 与 逻 辑 运 算 后 仍 以 数 字 量 的 形 式 输 出 ; 在 模 拟 计 算 机 中, 要 处 理 的 数 据 都 是 以 电 压 或 电 流 量 等 的 大 小 来 表 示, 这 些 数 据 在 时 间 上 是 连 续 的, 称 为 模 拟 量, 处 理 后 仍 以 连 续 的 数 据 ( 图 形 或 图 表 形 式 ) 输 出 ; 在 混 合 计 算 机 中, 要 处 理 的 数 据 用 数 字 与 模 拟 两 种 数 据 形 式 混 合 表 示, 它 既 能 处 理 数 字 量, 又 能 处 理 模 拟 量, 并 具 有 在 数 字 量 和 模 拟 量 之 间 相 互 转 换 的 能 力 目 前 的 电 子 计 算 机 绝 大 多 数 都 是 数 字 计 算 机 (2) 按 元 件 分 类 电 子 计 算 机 可 以 分 为 电 子 管 计 算 机 晶 体 管 计 算 机 集 成 电 路 计 算 机 和 大 规 模 集 成 电 路 计 算 机 等 随 着 计 算 机 的 发 展, 电 子 元 件 也 在 不 断 更 新, 将 来 的 计 算 机 将 发 展 成 为 利 用 超 导 电 子 元 件 的 超 导 计 算 机, 利 用 光 学 器 件 及 光 路 代 替 电 子 器 件 电 路 的 光 学 计 算 机, 利 用 某 些 有 机 化 合 物 作 为 元 件 的 生 物 计 算 机 等

4 4 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) (3) 按 规 模 分 类 电 子 计 算 机 可 以 分 为 巨 型 机 大 型 机 中 型 机 小 型 机 和 微 型 机 等 规 模 主 要 是 指 计 算 机 所 配 置 的 设 备 数 量 输 入 输 出 量 存 储 量 和 处 理 速 度 等 多 方 面 的 综 合 规 模 能 力 (4) 按 用 途 分 类 电 子 计 算 机 可 以 分 为 通 用 计 算 机 和 专 用 计 算 机 两 种 通 用 计 算 机 的 用 途 广 泛, 可 以 完 成 不 同 的 应 用 任 务, 个 人 计 算 机 就 是 典 型 的 通 用 计 算 机 ; 专 用 计 算 机 是 为 完 成 某 些 特 定 任 务 而 专 门 设 计 研 制 的 计 算 机, 用 途 相 对 单 一, 结 构 较 简 单, 工 作 效 率 也 较 高, 像 银 行 取 款 机 电 信 资 费 查 询 机 等 都 属 于 专 用 计 算 机 信 息 与 信 息 技 术 1. 信 息 及 信 息 技 术 的 概 念 (1) 信 息 信 息 是 无 处 不 在 的, 既 是 对 各 种 事 物 的 变 化 和 特 征 的 反 映, 又 是 事 物 之 间 相 互 作 用 和 联 系 的 表 现 特 征 信 息 可 以 通 过 语 言 文 字 图 像 声 音 视 频 动 画 等 多 种 形 式 表 现 一 般 来 说, 可 以 从 信 息 的 含 义 表 现 形 式 载 体 这 3 个 方 面 来 认 识 信 息 一 句 话, 通 过 各 种 渠 道 知 道 的 内 容 或 消 息 都 统 称 为 信 息 (2) 信 息 技 术 随 着 信 息 技 术 (Information Technology, 简 称 IT) 的 发 展, 其 内 涵 在 不 断 变 化, 因 此 目 前 还 没 有 统 一 的 定 义 可 以 这 样 说, 凡 是 能 扩 展 人 的 信 息 功 能 的 技 术, 都 是 信 息 技 术 它 主 要 是 指 利 用 电 子 计 算 机 和 现 代 通 信 手 段 实 现 获 取 信 息 传 递 信 息 存 储 信 息 处 理 信 息 显 示 信 息 分 配 信 息 等 的 相 关 技 术 2. 信 息 技 术 的 内 容 一 般 来 说, 信 息 技 术 包 含 3 个 层 次 的 内 容 : 信 息 基 础 技 术 信 息 系 统 技 术 和 信 息 应 用 技 术 信 息 基 础 技 术 是 信 息 技 术 的 基 础, 包 括 新 材 料 新 能 源 新 器 件 的 开 发 和 制 造 技 术 近 几 十 年 来, 发 展 最 快 应 用 最 广 泛 对 信 息 技 术 以 及 整 个 高 科 技 领 域 影 响 最 大 的 是 微 电 子 技 术 和 光 电 技 术 信 息 系 统 技 术 是 指 与 信 息 的 获 取 传 输 处 理 控 制 的 设 备 和 系 统 有 关 的 技 术 感 测 技 术 通 信 技 术 计 算 机 与 智 能 技 术 控 制 技 术 是 它 的 核 心 支 撑 技 术 信 息 应 用 技 术 是 为 满 足 各 种 实 用 目 的, 如 信 息 管 理 信 息 控 制 信 息 决 策 而 发 展 起 来 的 具 体 的 技 术 群, 如 企 业 的 自 动 化 办 公 自 动 化 人 工 智 能 和 互 联 网 通 信 技 术 等, 它 们 是 信 息 技 术 开 发 的 根 本 目 的 所 在 3. 信 息 技 术 的 特 征 有 人 将 计 算 机 与 网 络 技 术 的 特 征 数 字 化 网 络 化 多 媒 体 化 智 能 化 和 虚 拟 化, 当

5 5 作 信 息 技 术 的 特 征 我 们 认 为, 信 息 技 术 的 特 征 应 从 如 下 两 方 面 来 理 解 信 息 技 术 具 有 技 术 的 一 般 特 征 技 术 性 具 体 表 现 为 : 方 法 的 科 学 性, 工 具 设 备 的 先 进 性, 技 能 的 熟 练 性, 经 验 的 丰 富 性, 作 用 过 程 的 快 捷 性, 功 能 的 高 效 性 等 信 息 技 术 具 有 区 别 于 其 他 技 术 的 特 征 信 息 性 具 体 表 现 为 : 信 息 技 术 的 服 务 主 体 是 信 息, 核 心 功 能 是 提 高 信 息 处 理 与 利 用 的 效 率 效 益 决 定 信 息 技 术 的 信 息 特 性 还 有 普 遍 性 客 观 性 相 对 性 动 态 性 共 享 性 可 变 换 性 等 计 算 机 在 信 息 社 会 的 应 用 计 算 机 的 应 用 十 分 广 泛, 目 前 已 渗 透 到 人 类 活 动 的 各 个 领 域, 国 防 科 技 工 业 农 业 商 业 交 通 运 输 文 化 教 育 政 府 部 门 服 务 等 各 行 各 业 都 在 广 泛 地 应 用 计 算 机 来 解 决 各 种 实 际 问 题 归 纳 起 来, 目 前 计 算 机 主 要 应 用 在 以 下 几 个 方 面 1. 科 学 计 算 ( 数 值 计 算 ) 科 学 计 算 是 计 算 机 最 早 应 用 的 领 域, 所 解 决 的 大 都 是 一 些 十 分 复 杂 的 数 学 问 题 科 学 计 算 的 特 点 是 计 算 公 式 复 杂, 计 算 量 大 和 数 值 变 化 范 围 大, 原 始 数 据 相 应 较 少 这 类 问 题 只 有 具 有 高 速 运 算 和 信 息 存 储 能 力, 以 及 高 精 度 的 计 算 机 系 统 才 能 完 成 例 如, 数 学 物 理 天 文 学 生 物 学 等 基 础 科 学 的 研 究 以 及 航 天 飞 船 飞 机 设 计 天 气 预 报 地 质 探 矿 等 方 面 的 大 量 计 算 都 需 要 使 用 计 算 机 来 完 成 2. 数 据 处 理 ( 信 息 处 理 ) 数 据 处 理 是 指 对 各 种 数 据 进 行 收 集 存 储 整 理 分 类 统 计 加 工 利 用 传 播 等 一 系 列 活 动 的 统 称 它 是 目 前 计 算 机 应 用 最 广 泛 的 领 域 数 据 处 理 的 特 点 是 原 始 数 据 多, 时 间 性 强, 计 算 公 式 相 应 比 较 简 单 例 如 财 务 管 理 物 资 管 理 市 场 预 测 等 工 作 目 前, 在 数 据 处 理 方 面 已 进 一 步 形 成 事 务 处 理 系 统 (TPS) 办 公 自 动 化 系 统 (OAS) 电 子 数 据 交 换 系 统 (EDI) 管 理 信 息 系 统 (MIS) 决 策 支 持 系 统 (DSS) 等 应 用 系 统 3. 过 程 控 制 ( 实 时 控 制 ) 过 程 控 制 是 利 用 计 算 机 及 时 采 集 检 测 数 据, 按 最 优 值 迅 速 地 对 控 制 对 象 进 行 自 动 调 节 或 自 动 控 制 采 用 计 算 机 进 行 过 程 控 制, 不 仅 可 以 大 大 提 高 控 制 的 自 动 化 水 平, 而 且 可 以 提 高 控 制 的 及 时 性 和 准 确 性, 从 而 改 善 劳 动 条 件 提 高 产 品 质 量 及 合 格 率 因 此, 计 算 机 过 程 控 制 已 在 机 械 冶 金 石 油 化 工 纺 织 水 电 航 天 等 部 门 得 到 了 广 泛 应 用 4. 计 算 机 辅 助 技 术 CAI( 计 算 机 辅 助 教 学 ) 是 指 在 计 算 机 辅 助 下 进 行 的 各 种 教 学 活 动, 以 对 话 方 式 与 学 生 讨 论 教 学 内 容 安 排 教 学 进 程 进 行 教 学 训 练 的 方 法 与 技 术 CAD( 计 算 机 辅 助 设 计 ) 是 指 利 用 计 算 机 及 其 图 形 设 备 帮 助 设 计 人 员 进 行 设 计 工 作 CAM( 计 算 机 辅 助 制 造 ) 是 指 在 机 械 制 造 业 中, 利 用 电 子 数 字 计 算 机 通 过 各 种 数 值 控 制 机

6 6 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 床 和 设 备, 自 动 完 成 离 散 产 品 的 加 工 装 配 检 测 和 包 装 等 制 造 过 程 5. 人 工 智 能 ( 智 能 模 拟 ) 人 工 智 能 (Artificial Intelligence, 简 称 AI) 是 计 算 机 模 拟 人 类 的 智 能 活 动, 诸 如 感 知 判 断 理 解 学 习 问 题 求 解 和 图 像 识 别 等 现 在, 人 工 智 能 的 研 究 已 取 得 不 少 成 果, 有 些 已 开 始 走 向 实 用 阶 段 例 如, 能 模 拟 高 水 平 医 学 专 家 进 行 疾 病 诊 疗 的 专 家 系 统, 具 有 一 定 思 维 能 力 的 智 能 机 器 人 等 6. 电 子 商 务 电 子 商 务 (Electronic Commerce, 简 称 EC) 是 在 互 联 网 开 放 的 网 络 环 境 下, 基 于 浏 览 器 / 服 务 器 (B/S) 应 用 方 式, 实 现 消 费 者 的 网 上 购 物 商 户 之 间 的 网 上 交 易 和 在 线 电 子 支 付 的 一 种 新 型 的 商 业 运 营 模 式 电 子 商 务 涵 盖 的 范 围 很 广, 泛 指 通 过 网 络 进 行 的 交 易 或 信 息 交 换, 像 网 络 购 物 公 司 间 的 账 务 支 付 或 电 子 公 文 通 信 等 均 为 电 子 商 务 的 重 要 环 节, 一 般 可 分 为 企 业 对 企 业 (B2B) 和 企 业 对 消 费 者 (B2C) 两 种 随 着 国 内 Internet 用 户 的 增 加, 利 用 Internet 进 行 网 络 购 物 并 以 信 用 卡 付 款 的 消 费 方 式 已 经 流 行 1.2 计 算 机 组 成 及 工 作 原 理 一 个 完 整 的 计 算 机 系 统 由 硬 件 系 统 和 软 件 系 统 两 部 分 组 成 现 在 的 计 算 机 已 发 展 成 一 个 庞 大 的 家 族, 其 中 的 每 个 成 员, 尽 管 在 规 模 性 能 结 构 和 应 用 等 方 面 存 在 着 很 大 差 别, 但 是 它 们 的 基 本 结 构 是 相 同 的, 如 图 1-2 所 示 硬 件 主 机 运 算 器 中 央 处 理 器 控 制 器 内 部 存 储 器 外 部 存 储 器 外 部 设 备 输 入 设 备 计 算 机 软 件 系 统 软 件 应 用 软 件 输 出 设 备 操 作 系 统 支 撑 软 件 编 译 系 统 数 据 库 管 理 系 统 图 1-2 计 算 机 系 统 的 组 成

7 计 算 机 硬 件 系 统 计 算 机 硬 件 系 统 是 指 计 算 机 系 统 中 由 电 子 机 械 磁 性 和 光 电 元 件 组 成 的 各 种 计 算 机 部 件 和 设 备, 是 看 得 见 摸 得 着 的 计 算 机 硬 件 系 统 通 常 由 5 大 件 构 成 : 输 入 设 备 输 出 设 备 存 储 器 运 算 器 和 控 制 器 它 们 之 间 的 关 系 如 图 1-3 所 示 其 中, 细 线 箭 头 表 示 由 控 制 器 发 出 的 控 制 信 息 流 向, 粗 线 箭 头 表 示 数 据 信 息 流 向 这 种 计 算 机 组 成 结 构 也 就 是 冯 诺 依 曼 结 构 时 至 今 日, 我 们 使 用 的 计 算 机 不 管 机 型 大 小, 都 属 于 这 种 结 构 图 1-3 冯 诺 依 曼 结 构 的 计 算 机 计 算 机 5 大 硬 件 部 件 的 基 本 功 能 如 下 1. 运 算 器 运 算 器 的 主 要 功 能 是 完 成 各 种 算 术 运 算 和 逻 辑 运 算, 能 做 加 减 乘 除 等 数 学 运 算, 也 能 做 比 较 判 断 查 找 等 逻 辑 运 算 2. 控 制 器 控 制 器 是 计 算 机 的 指 挥 中 心, 负 责 决 定 执 行 程 序 的 顺 序, 给 出 执 行 指 令 时 机 器 各 部 件 需 要 的 操 作 控 制 命 令 计 算 机 运 行 时, 运 算 器 的 操 作 由 控 制 器 决 定 运 算 器 处 理 的 数 据 来 自 存 储 器, 处 理 后 的 结 果 数 据 通 常 送 回 存 储 器 或 暂 时 寄 存 在 运 算 器 中 计 算 机 的 核 心 部 件 CPU(Central Processing Unit, 中 央 处 理 器 ), 主 要 由 运 算 器 和 控 制 器 集 成 此 外,CPU 还 包 括 寄 存 器 Cache 及 实 现 内 部 联 系 的 总 线 等 计 算 机 的 性 能 在 很 大 程 度 上 由 CPU 的 性 能 决 定, 而 CPU 的 性 能 主 要 体 现 在 其 运 行 程 序 的 速 度 上 影 响 运 行 速 度 的 性 能 指 标 包 括 CPU 的 工 作 频 率 Cache 容 量 指 令 系 统 和 逻 辑 结 构 等 参 数 最 主 要 的 是 时 钟 频 率, 称 为 主 频, 单 位 是 兆 赫 (MHz) 或 千 兆 赫 (GHz), 用 来 表 示 CPU 的 运 算 处 理 数 据 的 速 度 通 常, 主 频 越 高,CPU 处 理 数 据 的 速 度 就 越 快 但 单 纯 地 提 升 主 频, 已 经 无 法 明 显 提 升 系 统 整 体 性 能 ; 而 随 着 提 速 引 起 功 率 增 大 所 带 来 的 散 热 问 题 也 越 来 越 成 为 一 个 无 法 逾 越 的 障 碍 ; 同 时, 其 性 价 比 也 令 人 难 以 接 受 因 此, 多 核 心 技 术 应 运 而 生 多 核 心, 也 指 单 芯 片 多 处 理 器 (Chip Multiprocessors, 简 称 CMP), 是 指 在 一 枚 芯 片 中 集 成 两 个 或 多 个 处 理 器, 各 个 处 理 器 并 行 执 行 不 同 的 进 程 多 核 处 理 器 可 以 在 处 理 器 内 部 共 享 缓 存, 提 高 缓 存 利 用 率, 同 时 简 化 多 处 理 器 系 统 设 计 的 复 杂 度, 在 显 著 提 高 并 行 处 理 能 力 从 而 改 善 计 算 机 性 能 的 同 时, 控 制 了 日 益 突 出 的 功 耗 问 题 当 然, 不 是 中 央 处 理 器 的 核 心 数 目

8 8 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 越 多, 其 性 能 会 越 高 目 前 的 研 究 表 明, 当 核 心 到 达 某 一 个 数 目 时, 性 能 反 而 会 下 降 3. 存 储 器 存 储 器 是 用 来 存 储 程 序 和 数 据 的 部 件, 有 了 存 储 器, 计 算 机 才 有 记 忆 功 能, 才 能 保 证 正 常 工 作 存 储 器 按 其 在 计 算 机 中 的 作 用 可 分 为 主 存 储 器 辅 助 存 储 器 和 高 速 缓 冲 存 储 器 中 央 处 理 器 能 直 接 访 问 的 存 储 器 称 为 内 存 储 器 ( 也 称 主 存 ), 包 括 高 速 缓 冲 存 储 器 和 主 存 储 器 中 央 处 理 器 不 能 直 接 访 问 外 存 储 器, 外 存 储 器 的 信 息 必 须 调 入 内 存 储 器 后 才 能 由 中 央 处 理 器 进 行 处 理 所 以, 内 存 的 存 取 速 度 比 外 存 快 相 对 辅 存 而 言, 内 存 的 存 取 速 度 快, 但 容 量 较 小, 且 价 格 较 高 辅 存 的 特 点 是 存 储 容 量 大, 价 格 低, 但 存 取 速 度 较 慢, 由 于 辅 存 设 置 在 主 机 外 部, 故 又 称 为 外 存 常 用 的 外 存 是 磁 盘 光 盘 U 盘 高 速 缓 冲 存 储 器 (Cache) 是 为 了 解 决 CPU 和 主 存 之 间 速 度 匹 配 问 题 而 设 置 的 如 图 1-4 所 示, 它 是 介 于 CPU 与 M2 之 间 的 小 容 量 存 储 器, 但 存 取 速 度 比 主 存 快 有 了 高 速 缓 冲 存 储 器, 就 能 高 速 地 向 CPU 提 供 指 令 和 数 据, 从 而 加 快 程 序 执 行 的 速 度 CPU M1 Cache M2 M3 中 央 处 理 器 主 存 外 存 图 1-4 CPU 与 存 储 器 系 统 的 关 系 主 存 储 器 可 分 为 两 类 : 一 类 是 随 机 存 取 存 储 器 (Random Access Memory, 简 称 RAM), 用 于 存 放 现 场 程 序 和 数 据,RAM 中 的 内 容 可 随 时 按 地 址 进 行 存 取 因 为 RAM 中 的 信 息 是 由 电 路 的 状 态 表 示 的, 所 以 断 电 后 信 息 一 般 会 立 即 丢 失 为 此, 在 录 入 和 编 辑 过 程 中 应 经 常 存 盘, 避 免 因 故 障 或 断 电 造 成 信 息 丢 失 另 一 类 是 只 读 存 储 器 (Read Only Memory, 简 称 ROM), 其 特 点 是 用 户 在 使 用 时 只 能 进 行 读 操 作, 不 能 进 行 写 操 作, 存 储 单 元 中 的 信 息 由 ROM 制 造 厂 商 在 生 产 时 写 入, 也 可 由 用 户 根 据 需 要 一 次 性 写 入,ROM 中 的 信 息 关 机 后 不 会 消 失 计 算 机 的 BIOS( 基 本 输 入 输 出 系 统 ) 软 件 就 存 放 在 ROM 内 存 储 器 容 量 是 指 存 储 器 中 最 多 可 存 放 二 进 制 数 据 的 总 和, 其 基 本 单 位 是 字 节 (Byte,B), 每 个 字 节 包 含 8 个 二 进 制 位 (bit) 一 般 用 KB( 千 字 节 ) MB( 兆 字 节 ) 或 GB( 吉 字 节 ) 作 为 存 储 容 量 的 计 量 单 位, 它 们 之 间 的 关 系 如 下 1KB=1024 B=2 10 B 1MB=1024 KB=2 20 B 1GB=1024 MB=2 30 B 1TB=1024 GB=2 40 B

9 9 4. 输 入 设 备 输 入 设 备 是 用 来 输 入 计 算 程 序 和 原 始 数 据 的 设 备 常 见 的 输 入 设 备 有 键 盘 图 形 扫 描 仪 鼠 标 磁 盘 驱 动 器 摄 像 头 触 摸 屏 等 5. 输 出 设 备 输 出 设 备 是 用 来 将 计 算 机 工 作 的 中 间 结 果 及 处 理 后 的 结 果 进 行 呈 现 的 设 备 常 见 的 输 出 设 备 有 显 示 器 打 印 机 数 字 绘 图 仪 等 计 算 机 软 件 系 统 计 算 机 软 件 是 指 计 算 机 系 统 中 的 程 序 及 其 文 档 程 序 是 计 算 任 务 的 处 理 对 象 和 处 理 规 则 的 描 述 ; 文 档 是 为 了 便 于 了 解 程 序 所 需 的 阐 明 性 资 料 计 算 机 软 件 总 体 分 为 系 统 软 件 和 应 用 软 件 两 大 类 1. 系 统 软 件 系 统 软 件 是 指 控 制 和 协 调 计 算 机 及 其 外 部 设 备 支 持 应 用 软 件 开 发 及 运 行 的 软 件 一 般 包 括 操 作 系 统 语 言 处 理 程 序 系 统 支 持 软 件 和 数 据 库 管 理 系 统 等 1) 操 作 系 统 操 作 系 统 (Operating System, 简 称 OS) 是 管 理 计 算 机 硬 件 与 软 件 资 源 的 程 序, 同 时 也 是 计 算 机 系 统 的 内 核 与 基 石 操 作 系 统 是 一 个 庞 大 的 管 理 控 制 程 序, 大 致 包 括 5 个 方 面 的 管 理 功 能 : 进 程 与 处 理 机 管 理 作 业 管 理 存 储 管 理 设 备 管 理 和 文 件 管 理 目 前 微 机 上 常 见 的 操 作 系 统 有 DOS OS/2 UNIX XENIX Linux Windows Netware 等 2) 语 言 处 理 程 序 语 言 处 理 程 序 一 般 是 由 汇 编 程 序 编 译 程 序 解 释 程 序 和 相 应 的 操 作 程 序 等 组 成, 是 为 用 户 设 计 的 编 程 服 务 软 件, 作 用 是 将 高 级 语 言 源 程 序 翻 译 成 计 算 机 能 识 别 的 目 标 程 序 3) 系 统 支 持 软 件 系 统 支 持 软 件 是 支 持 编 制 和 维 护 其 他 软 件 的 软 件, 是 为 了 对 计 算 机 系 统 进 行 测 试 诊 断 和 故 障 排 除, 进 行 文 件 的 编 辑 传 送 装 配 显 示 调 试, 以 及 进 行 计 算 机 病 毒 检 测 防 治 等 的 程 序, 是 软 件 开 发 过 程 中 进 行 管 理 和 实 施 而 使 用 的 软 件 工 具 例 如, 各 种 开 发 调 试 工 具 软 件 编 译 程 序 连 接 程 序 计 算 机 工 具 软 件 诊 断 测 试 软 件 病 毒 防 治 软 件 等 4) 数 据 库 管 理 系 统 数 据 库 管 理 系 统 (Data Base Management System, 简 称 DBMS) 是 对 数 据 库 中 的 资 源 进 行 统 一 管 理 和 控 制 的 软 件 数 据 库 管 理 系 统 是 数 据 库 系 统 的 核 心, 是 进 行 数 据 处 理 的 有 利 工 具 目 前, 被 广 泛 使 用 的 数 据 库 管 理 系 统 有 FoxPro SQL Server Sybase Oracle 等

10 10 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 2. 应 用 软 件 应 用 软 件 是 为 计 算 机 在 特 定 领 域 中 的 应 用 而 开 发 的 专 用 软 件 应 用 软 件 由 各 种 应 用 系 统 软 件 包 和 用 户 程 序 组 成 各 种 应 用 系 统 和 软 件 包 是 提 供 给 用 户 使 用 的 针 对 某 一 类 应 用 而 开 发 的 独 立 软 件 系 统, 例 如 科 学 计 算 软 件 包 (IMSL 等 ) 文 字 处 理 系 统 (Word 等 ) 办 公 自 动 化 系 统 (OAS) 管 理 信 息 系 统 (MIS) 决 策 支 持 系 统 (DSS) 计 算 机 辅 助 设 计 系 统 (CAD) 等 应 用 软 件 不 同 于 系 统 软 件, 系 统 软 件 是 利 用 计 算 机 本 身 的 逻 辑 功 能, 合 理 地 组 织 用 户 使 用 计 算 机 的 硬 软 件 资 源, 以 充 分 利 用 计 算 机 的 资 源, 最 大 限 度 地 发 挥 计 算 机 的 性 能, 便 于 用 户 使 用 和 管 理 ; 而 应 用 软 件 是 用 户 利 用 计 算 机 及 其 提 供 的 系 统 软 件, 为 解 决 自 身 的 特 定 的 实 际 问 题 而 编 制 的 程 序 和 文 档 组 成 计 算 机 系 统 的 硬 件 和 软 件 是 相 辅 相 成 的 两 个 部 分 硬 件 是 组 成 计 算 机 系 统 的 基 础, 而 软 件 则 是 对 硬 件 功 能 的 扩 充 与 完 善 离 开 硬 件, 软 件 无 处 栖 身, 也 无 法 工 作 没 有 软 件 的 支 持, 硬 件 仅 是 一 堆 废 铁 如 果 把 硬 件 比 作 计 算 机 系 统 的 躯 体, 那 么 软 件 就 是 计 算 机 系 统 的 灵 魂 计 算 机 硬 件 系 统 与 软 件 系 统 的 关 系 如 图 1-5 所 示 用 户 应 用 软 件 语 言 处 理 程 序 支 持 软 件 和 数 据 库 管 理 系 统 操 作 系 统 计 算 机 硬 件 系 统 图 1-5 计 算 机 硬 件 系 统 与 软 件 系 统 的 关 系 目 前, 通 常 说 的 计 算 机 一 般 都 包 括 硬 件 和 软 件 两 个 部 分, 而 把 不 包 括 软 件 的 计 算 机 称 为 裸 机 计 算 机 的 工 作 原 理 计 算 机 的 工 作 原 理 是 存 储 程 序 和 程 序 控 制 为 了 完 成 某 种 任 务, 人 们 要 明 确 计 算 机 完 成 任 务 的 基 本 操 作 顺 序, 然 后 用 计 算 机 可 以 识 别 的 指 令 来 编 排 完 成 任 务 的 操 作 顺 序, 这 个 操 作 顺 序 就 是 程 序 把 程 序 和 原 始 数 据 通 过 输 入 设 备 输 送 到 计 算 机 的 内 存 储 器 中, 计 算 机 即 可 按 程 序 编 排 的 顺 序, 一 步 一 步 地 取 出 指 令, 自 动 地 完 成 任 务 这 一 原 理 最 初 是 由 美 籍 匈 牙 利 数 学 家 冯 诺 依 曼 于 1945 年 提 出 来 的, 故 称 为 冯 诺 依 曼 原 理 下 面 通 过 人 脑 解 题 的 过 程 来 理 解 计 算 机 的 工 作 原 理

11 11 1. 人 脑 解 题 计 算 机 的 工 作 过 程 和 人 的 计 算 数 字 过 程 较 相 似 在 学 习 计 算 机 如 何 工 作 之 前, 先 来 看 一 看 人 是 如 何 完 成 计 算 工 作 的 例 如 : 计 算 5+8-4=? 首 先, 通 过 眼 睛 或 耳 朵 将 题 目 送 入 人 脑 在 这 之 前, 我 们 已 经 把 运 算 法 则 和 解 题 步 骤 记 在 大 脑 中 大 脑 根 据 运 算 法 则, 按 照 一 定 的 步 骤 进 行 运 算 先 算 出 5+8 的 结 果, 再 减 去 4, 最 后 得 出 结 果 为 9, 然 后 用 手 将 结 果 写 在 纸 上, 这 样 就 完 成 了 解 题 任 务 2. 计 算 机 的 解 题 步 骤 当 在 键 盘 上 键 入 的 算 式 时, 控 制 器 先 通 知 输 入 设 备 ( 键 盘 ) 接 收 这 个 算 式, 再 指 挥 将 这 个 算 式 送 到 存 储 器 里 记 录 下 来, 控 制 器 根 据 这 个 算 式 的 内 容 命 令 运 算 器 进 行 计 算, 得 出 的 运 算 结 果 也 让 存 储 器 先 存 起 来, 控 制 器 再 发 出 命 令 让 输 出 设 备 ( 显 示 器 ) 把 计 算 结 果 在 屏 幕 上 显 示 出 来 由 上 可 以 得 出, 计 算 机 是 按 如 下 步 骤 工 作 的, 如 图 1-6 所 示 1 由 输 入 设 备 将 计 算 的 算 式 输 入 计 算 机 2 由 运 算 器 对 存 储 器 中 的 算 式 进 行 处 理 3 把 存 储 器 中 的 最 终 结 果 送 到 输 出 设 备 上 程 序 和 原 始 数 据 输 入 设 备 ( 内 ) 存 储 器 输 出 设 备 计 算 结 果 运 算 器 控 制 器 图 1-6 计 算 机 工 作 原 理 示 意 图 1.3 数 的 进 制 和 数 据 在 计 算 机 中 的 表 示 数 据 是 计 算 机 处 理 的 对 象 这 里 的 数 据 含 义 非 常 广 泛, 包 括 数 值 文 字 图 形 图 像 视 频 等 各 种 数 据 形 式 数 据 在 计 算 机 内 部 一 律 采 用 二 进 制 表 示 二 进 制 并 不 符 合 人 们 的 习 惯, 但 是 计 算 机 内 部 仍 采 用 二 进 制 表 示 信 息 为 什 么 要 用 二 进 制? 其 主 要 原 因 有 以 下 4 点 1. 电 路 简 单 计 算 机 由 逻 辑 电 路 组 成, 逻 辑 电 路 通 常 只 有 两 个 状 态 例 如, 开 关 的 接 通 与 断 开 晶 体

12 12 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 管 的 饱 和 与 截 止 电 压 电 平 的 高 与 低 等 这 两 种 状 态 正 好 用 来 表 示 二 进 制 数 的 两 个 数 码 0 和 l 2. 工 作 可 靠 两 个 状 态 代 表 的 两 个 数 码, 在 数 字 传 输 和 处 理 中 不 容 易 出 错, 因 而 电 路 更 加 可 靠 3. 简 化 运 算 二 进 制 运 算 法 则 简 单 例 如, 求 积 运 算 法 则 只 有 3 个 而 十 进 制 的 运 算 法 则 ( 九 九 乘 法 表 ) 对 人 类 来 说 习 以 为 常, 但 是 让 机 器 去 实 现 就 是 另 一 回 事 了 4. 逻 辑 性 强 计 算 机 的 工 作 是 建 立 在 逻 辑 运 算 基 础 上 的, 逻 辑 代 数 是 逻 辑 运 算 的 理 论 依 据 有 两 个 数 码, 正 好 代 表 逻 辑 代 数 中 的 真 与 假 不 管 是 人 还 是 计 算 机, 都 可 以 进 行 计 算 那 么, 计 算 机 是 如 何 进 行 计 算 的, 又 是 采 用 何 种 规 则 与 人 们 惯 用 的 十 进 制 进 行 转 换 的 呢? 进 位 计 数 制 及 相 互 转 换 1. 几 种 常 用 的 进 位 计 数 制 进 位 计 数 制 很 多, 这 里 主 要 介 绍 与 计 算 机 技 术 有 关 的 4 种 常 用 的 进 位 计 数 制 1) 十 进 制 十 进 位 计 数 制 简 称 十 进 制 十 进 制 数 的 特 点 是 逢 十 进 一, 任 意 一 个 十 进 制 数 都 可 用 这 10 个 数 字 符 号 组 成 的 字 符 串 来 表 示, 这 些 数 字 符 号 称 为 数 码, 数 码 处 于 不 同 的 位 置 将 代 表 不 同 的 数 值 例 如 :(169.6) 10 = (1) 由 (1) 式 可 归 纳 出, 任 意 一 个 十 进 制 数 K, 都 可 表 示 成 如 下 形 式 : (K) 10 =K n-1 10 n-1 +K n-2 10 n-2 + +K K K K K -m m+1 +K -m 10 -m 式 中 的 K 为 数 码, 取 值 范 围 为 0~9;N 为 整 数 位 个 数,M 为 小 数 位 个 数,10 为 基 数, 10 n-1 10 n m 是 十 进 制 数 的 位 权 在 计 算 机 中, 一 般 用 十 进 制 数 作 为 数 据 的 输 入 和 输 出 2) 二 进 制 计 算 机 内 部 使 用 的 是 二 进 制 数 二 进 制 数 的 特 点 是 只 有 两 个 数 码 符 号 0 和 1, 运 算 规 则 是 逢 二 进 一 例 如 :(1010.1) 2 = (2) 将 (2) 式 与 (1) 式 比 较, 便 会 发 现 二 进 制 数 的 基 数 为 2, 而 不 是 10 相 应 的 位 权 也 发

13 13 生 了 变 化, 不 是 , 而 是 ) 八 进 制 由 于 二 进 制 数 太 长, 不 便 记 忆, 因 而 在 计 算 机 中 还 经 常 使 用 八 进 制 数 和 十 六 进 制 数 八 进 制 数 的 特 点 是 逢 八 进 一, 每 一 个 八 进 制 数 都 由 0~7 这 8 个 数 码 来 表 示 4) 十 六 进 制 十 六 进 制 数 的 特 点 是 逢 十 六 进 一, 每 一 个 十 六 进 制 数 都 是 由 0~9 这 10 个 数 码 再 加 上 A B C D E F 这 6 个 字 母 来 表 示,A~F 分 别 对 应 10~15 这 6 个 数 计 算 机 中 常 用 的 几 种 进 位 计 数 制 如 表 1-2 所 示 表 1-2 计 算 机 中 的 进 位 计 数 制 进 位 制 基 数 基 本 符 号 权 形 式 表 示 二 进 制 2 0,1 2 1 B 八 进 制 8 0,1,2,3,4,5,6,7 8 1 O 十 进 制 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8, D 十 六 进 制 16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 16 1 H 2. 不 同 进 位 制 数 间 的 转 换 由 于 计 算 机 使 用 的 是 二 八 十 六 进 制, 而 人 们 日 常 习 惯 于 用 十 进 制 进 行 计 算, 因 此, 在 计 算 机 和 人 交 流 信 息 的 过 程 中 就 必 须 进 行 相 应 的 数 据 转 换 1) R 进 制 转 换 为 十 进 制 方 法 : 按 权 展 开 求 和, 即 个 位 数 字 乘 10 0, 十 位 数 字 乘 10 1, 百 位 数 字 乘 10 2 下 面 分 别 是 十 六 进 制 八 进 制 二 进 制 转 换 成 十 进 制 的 示 例 : (354) H =( ) D =( ) D =(852) D (254) O =( ) D =( ) D =(172) D (11010) B =( ) D =( )=(26) D 2) 十 进 制 转 换 成 R 进 制 将 一 个 十 进 制 整 数 转 换 成 R 进 制 是 采 用 除 R 逆 序 取 余 法, 即 将 十 进 制 整 数 连 续 地 除 以 R 取 余 数, 直 到 商 为 0 为 止, 余 数 从 下 到 上 排 列 小 数 部 分 转 换 成 R 进 制 是 采 用 乘 R 顺 序 取 整 法, 即 将 十 进 制 小 数 不 断 地 乘 以 R 取 整 数, 直 到 小 数 部 分 为 0 或 达 到 一 定 精 度 为 止, 余 数 从 上 到 下 排 列 例 如 : 将 十 进 制 数 转 换 成 二 进 制 数 转 换 结 果 为 ( ) D =( ) B 再 如 : 将 十 进 制 数 转 换 成 八 进 制 数 转 换 结 果 为 (193.15) D ( ) O 3) 二 进 制 与 八 进 制 十 六 进 制 之 间 的 转 换 由 于 二 进 制 八 进 制 和 十 六 进 制 之 间 存 在 特 殊 关 系 :8 1 = =2 4, 即 1 位 八 进 制 数

14 14 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 相 当 于 3 位 二 进 制 数,1 位 十 六 进 制 数 相 当 于 4 位 二 进 制 数, 因 此 转 换 方 法 比 较 容 易 (1) 二 进 制 数 转 换 成 八 进 制 数 时, 整 数 部 分 是 从 最 后 一 位 开 始 向 左 数, 三 个 数 一 组, 不 足 用 0 补 上 ; 小 数 部 分 则 是 从 第 一 位 开 始 向 右 数,3 个 数 一 组, 不 足 用 0 补 上 例 如 : 将 二 进 制 数 ( ) B 转 换 成 八 进 制 数 ( ) B =(253.65) O ( 整 数 高 位 补 0) 将 八 进 制 数 ( ) O 转 换 成 二 进 制 数 ( ) O =( ) B ( 整 数 前 的 高 位 0 可 取 消 ) (2) 二 进 制 数 转 换 成 十 六 进 制 数 时, 与 二 进 制 转 换 为 八 进 制 类 似, 只 不 过 是 每 4 位 为 一 组, 两 头 不 足 4 位 补 0 即 可 例 如 : 将 二 进 制 数 ( ) B 转 换 成 十 六 进 制 数 ( ) B =(AB.D4) H ( 小 数 低 位 补 0) A B D 4 将 十 六 进 制 数 (2D5C.74) H 转 换 成 二 进 制 数 (2D5C.74) H =( ) B ( 整 数 前 的 高 位 0 和 小 数 后 的 低 位 0 可 取 消 ) 2 D 5 C 7 4 二 进 制 十 进 制 八 进 制 十 六 进 制 的 对 应 关 系 如 表 1-3 所 示 表 1-3 常 用 进 制 的 对 应 关 系 二 进 制 八 进 制 十 进 制 十 六 进 制 A B C D E F

15 数 据 在 计 算 机 中 的 表 示 1. 数 值 数 据 的 表 示 数 值 数 据 用 来 表 示 量 的 大 小 正 负, 如 整 数 小 数 等 在 计 算 机 内, 数 值 是 用 二 进 制 来 表 示 的, 也 就 是 说, 无 论 多 大 的 数, 在 计 算 机 中 都 只 能 用 0 和 1 来 表 示 2. 字 符 数 据 的 表 示 人 们 使 用 计 算 机 的 基 本 手 段 是 通 过 键 盘 与 计 算 机 交 互, 从 键 盘 敲 入 的 各 种 命 令 和 数 据 都 是 以 字 符 形 式 体 现 的 然 而, 计 算 机 只 能 存 储 二 进 制 数, 这 就 需 要 对 字 符 数 据 编 码, 并 由 机 器 自 动 转 换 为 二 进 制 形 式 存 入 计 算 机 下 面 介 绍 几 种 在 计 算 机 应 用 中 经 常 使 用 的 编 码 1) 西 文 字 符 编 码 (ASCII) ASCII 是 英 文 American Standard Code for Information Interchange( 美 国 标 准 信 息 交 换 码 ) 的 缩 写 目 前, 计 算 机 中 一 般 都 采 用 国 际 标 准 化 组 织 规 定 的 ASCII 码 来 表 示 英 文 字 母 和 符 号 ASCII 码 用 7 位 二 进 制 数 来 表 示 一 个 字 符, 由 于 2 的 7 次 方 为 128, 所 以 共 有 128 种 不 同 组 合, 可 以 表 示 128 个 不 同 字 符 其 中 包 括 : 数 码 0~9,26 个 大 小 写 英 文 字 母 以 及 各 种 运 算 符 号 标 点 符 号 及 控 制 字 符 等 基 本 ASCII 字 符 表 如 表 1-4 所 示 表 1-4 基 本 ASCII 字 符 表 NUL DLE SP P ` p 0001 SOH DC1! 1 A Q a q 0010 STX DC2 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K [ k { 1100 FF FS, < L \ l 1101 CR GS - = M ] m } 1110 SO RS. > N ^ n ~ 1111 SI US /? O _ o DEL 从 表 1-4 中 可 以 看 出, 字 符 ASCII 码 的 大 小 规 律 一 般 如 下 : 由 于 基 本 ASCII 字 符 是 按 ASCII 码 值 的 大 小 进 行 排 列, 因 而 数 字 的 ASCII 码 小 于 字 母 ; 在 数 字 的 ASCII 码 中,0 的 ASCII 码 最 小,9 的 代 码 最 大 ; 大 写 字 母 的 ASCII 码 比 小 写 字 母 的 ASCII 的 小 ; 对 于 字 母 字 体,ASCII 码 的 大 小 按 字 母 顺 序 递 增,A 的 ASCII 码 最 小,z 的 ASCII 码 最 大 其 中,0 的 ASCII 码 为 48,A 的 ASCII 码 为 65,a 的 ASCII 码 为 97, 其 他 数 字 和 字 母 的 ASCII 码 可 以 依 次 推 算 出 来

16 16 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 扩 充 ASCII 码 的 最 高 位 为 1, 其 范 围 用 二 进 制 表 示 为 ~ , 用 十 进 制 表 示 为 128~255, 也 有 128 种 ASCII 码 目 前 已 被 国 际 标 准 化 组 织 (ISO) 和 国 际 电 报 电 话 咨 询 委 员 会 (CCITT) 采 纳, 成 为 一 种 国 际 通 用 的 信 息 交 换 标 准 代 码 2) 汉 字 字 符 编 码 对 于 英 文, 大 小 写 字 母 总 计 只 有 52 个, 加 上 数 字 标 点 符 号 和 其 他 常 用 符 号,128 个 编 码 基 本 够 用, 所 以 ASCII 码 基 本 上 满 足 了 英 语 信 息 处 理 的 需 要 汉 字 不 是 拼 音 文 字, 而 是 象 形 文 字, 由 于 常 用 的 汉 字 有 6000 多 个, 因 此 使 用 7 位 二 进 制 编 码 是 远 远 不 够 的, 必 须 使 用 更 多 的 二 进 制 位 1980 年, 我 国 颁 布 了 信 息 交 换 用 汉 字 编 码 字 符 集 基 本 集 的 国 标 交 换 码, 国 家 标 准 号 为 GB , 收 录 了 6763 个 汉 字 和 619 个 图 形 符 号 在 GB 中, 规 定 用 两 个 连 续 字 节, 即 16 位 二 进 制 代 码 表 示 一 个 汉 字 由 于 每 个 字 节 的 高 位 规 定 为 1, 这 样 就 可 以 表 示 =16384 个 汉 字 在 GB 中, 根 据 汉 字 的 使 用 频 率 分 为 两 级, 第 一 级 有 3755 个, 按 汉 语 拼 音 字 母 的 顺 序 排 列 ; 第 二 级 有 3008 个, 按 部 首 排 列 英 文 是 拼 音 文 字, 基 本 符 号 比 较 少, 编 码 比 较 容 易, 而 且 在 计 算 机 系 统 中, 输 入 内 部 处 理 存 储 和 输 出 都 可 以 使 用 同 一 代 码 汉 字 种 类 繁 多, 编 码 比 西 文 要 困 难 得 多, 而 且 在 汉 字 处 理 系 统 中, 输 入 内 部 处 理 输 出 对 汉 字 代 码 的 要 求 不 尽 相 同, 所 以 使 用 的 代 码 也 不 尽 相 同 汉 字 信 息 处 理 系 统 在 处 理 汉 字 和 词 语 时, 要 进 行 一 系 列 的 汉 字 代 码 转 换 下 面 介 绍 主 要 的 汉 字 代 码 (1) 汉 字 输 入 码 ( 外 码 ) 汉 字 的 字 数 繁 多, 字 形 复 杂, 字 音 多 变, 常 用 汉 字 就 有 6000 多 个 在 计 算 机 系 统 中 使 用 汉 字, 首 先 遇 到 的 问 题 就 是 如 何 把 汉 字 输 入 到 计 算 机 中 为 了 能 直 接 使 用 西 文 标 准 键 盘 进 行 输 入, 必 须 为 汉 字 设 计 相 应 的 编 码 方 法 汉 字 编 码 方 法 主 要 有 : 拼 音 输 入 数 字 输 入 字 形 输 入 音 形 输 入 等 (2) 汉 字 内 部 码 ( 内 码 ) 汉 字 内 部 码 是 汉 字 在 设 备 和 信 息 处 理 系 统 内 部 最 基 本 的 表 达 形 式, 是 在 设 备 和 信 息 处 理 系 统 内 部 存 储 处 理 和 传 输 汉 字 用 的 代 码 目 前, 世 界 各 大 计 算 机 公 司 一 般 均 以 ASCII 码 为 内 部 码 来 设 计 计 算 机 系 统 汉 字 数 量 多, 用 一 个 字 节 无 法 区 分, 一 般 用 两 个 字 节 来 存 放 汉 字 的 内 码, 两 个 字 节 共 有 16 位, 可 以 表 示 个 可 区 别 的 码 如 果 两 个 字 节 各 用 7 位, 则 可 表 示 个 可 区 别 的 码, 这 已 经 够 用 了 另 外, 汉 字 字 符 必 须 和 英 文 字 符 能 相 互 区 别 开, 以 免 造 成 混 淆 英 文 字 符 的 机 内 代 码 是 7 位 ASCII 码, 最 高 位 为 0, 汉 字 机 内 代 码 中 两 个 字 节 的 最 高 位 均 为 1 不 同 计 算 机 系 统 采 用 的 汉 字 内 部 码 有 可 能 不 同 (3) 汉 字 字 形 码 ( 输 出 码 ) 汉 字 字 形 码 是 汉 字 字 库 中 存 储 的 汉 字 字 形 的 数 字 化 信 息, 用 于 汉 字 的 显 示 和 打 印 字 形 码 也 称 字 模 码, 是 用 点 阵 表 示 的 汉 字 字 形 代 码, 它 是 汉 字 的 输 出 形 式 根 据 输 出 汉 字 的 要 求 不 同, 点 阵 的 多 少 也 不 同 简 易 型 汉 字 为 点 阵, 提 高 型 汉 字 为 点 阵 点 阵 点 阵, 等 等 字 模 点 阵 的 信 息 量 是 很 大 的, 所 占 用 的 存 储 空 间 也 很 大, 以 点 阵 为 例, 每 个 汉

17 17 字 就 要 占 用 32 个 字 节, 两 级 汉 字 大 约 占 用 256KB 完 整 的 汉 字 信 息 处 理 都 离 不 开 从 输 入 码 到 机 内 码, 由 机 内 码 到 字 形 码 的 转 换 虽 然 汉 字 的 输 入 码 机 内 码 字 形 码 目 前 并 不 统 一, 但 是 只 要 在 信 息 交 换 时, 使 用 统 一 的 国 家 标 准, 就 可 以 达 到 信 息 交 换 的 目 的 我 国 国 家 标 准 局 于 2000 年 3 月 颁 布 的 国 家 标 准 GB 信 息 技 术 和 信 息 交 换 用 汉 字 编 码 字 符 集 基 本 集 的 扩 充, 收 录 了 2.7 万 多 个 汉 字, 彻 底 解 决 了 邮 政 户 政 金 融 地 理 信 息 系 统 等 迫 切 需 要 人 名 地 名 所 用 汉 字 的 问 题, 也 为 汉 字 研 究 古 籍 整 理 等 领 域 提 供 了 统 一 的 信 息 平 台 基 础 声 音 图 像 视 频 等 多 媒 体 信 息 的 表 示 详 见 1.4 节 1.4 多 媒 体 技 术 基 础 20 世 纪 80 年 代 中 后 期 开 始, 多 媒 体 计 算 机 技 术 逐 步 成 为 人 们 关 注 的 热 点 之 一 多 媒 体 技 术 是 一 种 迅 速 发 展 的 综 合 性 电 子 信 息 技 术, 它 给 传 统 的 计 算 机 系 统 音 频 和 视 频 设 备 带 来 了 方 向 性 的 变 革, 对 大 众 传 媒 产 生 了 深 远 的 影 响 多 媒 体 计 算 机 将 加 速 计 算 机 进 入 家 庭 和 社 会 各 个 领 域 的 进 程, 给 人 们 的 工 作 生 活 和 娱 乐 带 来 深 刻 的 革 命 多 媒 体 的 定 义 何 谓 多 媒 体? 多 媒 体 一 词 译 自 英 文 multimedia, 而 该 词 又 是 由 multiple 和 media 复 合 而 成, 核 心 词 是 媒 体 媒 体 (media) 在 计 算 机 领 域 有 两 种 含 义 : 一 是 指 存 储 信 息 的 实 体, 如 磁 盘 光 盘 磁 带 半 导 体 存 储 器 等, 中 文 常 译 为 媒 质 ; 二 是 指 传 递 信 息 的 载 体, 如 数 字 文 字 声 音 图 形 和 图 像 等, 中 文 译 作 媒 介, 多 媒 体 技 术 中 的 媒 体 是 指 后 者 与 多 媒 体 对 应 的 一 词 是 单 媒 体 (monomedia), 从 字 面 上 看, 多 媒 体 由 单 媒 体 复 合 而 成 人 类 在 信 息 交 流 中 要 使 用 各 种 信 息 载 体, 多 媒 体 (multimedia) 就 是 指 多 种 信 息 载 体 的 表 现 形 式 和 传 递 方 式 但 是, 这 样 来 理 解 媒 体, 其 概 念 还 是 相 对 窄 了 一 点 其 实, 媒 体 的 概 念 范 围 是 相 当 广 泛 的 媒 体 有 下 列 5 大 类 (1) 感 觉 媒 体 (Perception Medium): 指 的 是 能 直 接 作 用 于 人 们 的 感 觉 器 官, 从 而 能 使 人 产 生 直 接 感 觉 的 媒 体 比 如 语 言 音 乐 自 然 界 中 的 各 种 声 音 图 像 动 画 文 本 等 (2) 表 示 媒 体 (Representation Medium): 指 的 是 为 了 传 送 感 觉 媒 体 而 人 为 研 究 出 来 的 媒 体 借 助 于 此 种 媒 体, 便 能 更 有 效 地 存 储 感 觉 媒 体 或 将 感 觉 媒 体 从 一 个 地 方 传 送 到 遥 远 的 另 一 个 地 方 比 如 语 言 编 码 电 报 码 条 形 码 等 (3) 显 示 媒 体 (Presentation Medium): 指 的 是 在 通 信 中 用 于 使 电 信 号 和 感 觉 媒 体 之 间 产 生 转 换 用 的 媒 体 比 如 输 入 输 出 设 施 键 盘 鼠 标 显 示 器 打 印 机 等 (4) 存 储 媒 体 (Storage Medium): 指 的 是 用 于 存 放 某 种 媒 体 的 媒 体 比 如 纸 张 磁 带 磁 盘 光 盘 等 (5) 传 输 媒 体 (Transmission Medium): 指 的 是 用 于 传 输 某 些 媒 体 的 媒 体 常 用 的 有 电 话 线

18 18 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 电 缆 光 纤 等 存 在 这 么 多 的 媒 体, 这 和 我 们 常 说 的 多 媒 体 有 什 么 关 系 呢? 我 们 常 说 的 多 媒 体 究 竟 是 指 什 么 含 义 人 们 普 遍 地 认 为, 多 媒 体 是 指 能 够 同 时 获 取 处 理 编 辑 存 储 和 展 示 两 个 以 上 不 同 类 型 信 息 媒 体 的 技 术, 这 些 信 息 媒 体 包 括 文 字 声 音 图 形 图 像 动 画 视 频 等 从 这 个 定 义 中 可 以 看 出, 我 们 常 说 的 多 媒 体 最 终 被 归 结 为 一 种 技 术 事 实 上, 正 是 由 于 计 算 机 技 术 和 数 字 信 息 处 理 技 术 的 实 质 性 进 展, 才 使 我 们 今 天 拥 有 了 处 理 多 媒 体 信 息 的 能 力, 才 使 得 多 媒 体 成 为 一 种 现 实 所 以, 我 们 现 在 所 说 的 多 媒 体, 常 常 不 是 指 多 种 媒 体 本 身, 而 主 要 是 指 处 理 和 应 用 它 的 一 整 套 技 术 因 此, 多 媒 体 实 际 上 常 常 被 当 作 多 媒 体 技 术 的 同 义 语 另 外 还 应 注 意 到, 现 在 人 们 谈 论 的 多 媒 体 技 术 往 往 与 计 算 机 联 系 起 来, 这 是 由 于 计 算 机 的 数 字 化 及 交 互 式 处 理 能 力, 极 大 地 推 动 了 多 媒 体 技 术 的 发 展 通 常 可 以 把 多 媒 体 看 做 是 先 进 的 计 算 机 技 术 与 视 频 音 频 和 通 信 等 技 术 融 为 一 体 而 形 成 的 新 技 术 或 新 产 品 多 媒 体 计 算 机 技 术 (Multimedia Computer Technology) 的 定 义 是 : 计 算 机 综 合 处 理 多 种 媒 体 信 息, 例 如 文 本 图 形 图 像 音 频 和 视 频, 使 多 种 信 息 建 立 逻 辑 连 接, 成 为 一 个 系 统 并 具 有 交 互 性 简 单 地 说, 计 算 机 综 合 地 处 理 声 文 图 信 息, 并 且 具 有 集 成 性 和 交 互 性 多 媒 体 技 术 的 特 性 多 媒 体 技 术 的 主 要 特 性 有 集 成 性 交 互 性 和 实 时 性 (1) 集 成 性 : 多 媒 体 计 算 机 技 术 是 结 合 文 字 图 形 影 像 声 音 动 画 等 各 种 媒 体 的 一 种 应 用, 并 且 建 立 在 数 字 化 处 理 的 基 础 上, 基 本 上 可 以 说 是 包 含 了 当 今 计 算 机 领 域 最 新 的 硬 件 技 术 和 软 件 技 术 (2) 交 互 性 : 交 互 性 是 多 媒 体 计 算 机 技 术 的 特 色 之 一, 就 是 可 与 使 用 者 进 行 交 互 性 沟 通 (Interactive Communication) 的 特 性, 这 也 正 是 它 和 传 统 媒 体 最 大 的 不 同 这 种 改 变, 除 了 能 让 使 用 者 按 照 自 己 的 意 愿 来 解 决 问 题 之 外, 更 可 借 助 这 种 交 谈 式 的 沟 通 来 帮 助 学 习 思 考, 左 右 系 统 的 查 询 或 统 计, 以 达 到 增 进 知 识 及 解 决 问 题 的 目 的 (3) 实 时 性 : 实 时 性 是 指 在 多 媒 体 系 统 中, 多 种 媒 体 间 无 论 在 时 间 上 还 是 在 空 间 上 都 存 在 着 紧 密 的 联 系, 是 具 有 同 步 性 和 协 调 性 的 群 体 例 如 : 声 音 和 活 动 图 像 是 强 实 时 的, 多 媒 体 系 统 提 供 同 步 和 实 时 处 理 的 能 力 这 样, 在 人 的 感 官 系 统 允 许 的 情 况 下, 进 行 多 媒 体 交 互, 就 好 像 面 对 面 一 样, 图 像 和 声 音 是 连 续 的 因 此, 多 媒 体 技 术 必 须 能 对 这 些 媒 体 进 行 实 时 处 理 多 媒 体 信 息 处 理 技 术 无 论 现 在 的 多 媒 体 电 脑 功 能 如 何 强 大, 其 内 部 也 只 能 处 理 数 字 信 息 因 此, 同 数 字 和 字 符 一 样, 声 音 图 像 或 视 频 也 要 转 换 成 许 多 比 特 (Bit) 的 二 进 制 码 0 和 1, 才 能 被 计 算 机 识 别 和 处 理 如 图 1-7 所 示 为 模 拟 信 号 转 换 成 能 被 计 算 机 认 识 的 二 进 制 信 息, 一 般 经 过 采 样 量 化 编 码 3 个 步 骤 采 样 是 每 隔 一 定 时 间 间 隔 在 模 拟 波 形 上 取 一 个 瞬 时 值 量 化 是 将 每 个 采 样 点 得 到 的 瞬 时 值 用 最 接 近 的 数 值 来 表 示 编 码 则 是 将 采 样 量 化 后 的 数 值 以 一 定 的 格 式 记

19 19 录 下 来 模 拟 信 号 经 过 采 样 成 为 离 散 信 号, 离 散 信 号 经 过 量 化 成 为 数 字 信 号 此 过 程 中 用 到 的 主 要 硬 件 设 备 便 是 模 拟 / 数 字 转 换 器 (Analog to Digital Converter,ADC) 模 拟 信 号 采 样 量 化 图 1-7 模 拟 信 号 的 数 字 化 过 程 编 码 成 数 字 信 号 1. 数 字 音 频 概 述 数 字 音 频 技 术 可 利 用 数 字 化 手 段 对 声 音 进 行 录 制 存 放 编 辑 压 缩 或 播 放 它 是 随 着 数 字 信 号 处 理 技 术 计 算 机 技 术 多 媒 体 技 术 的 发 展 而 形 成 的 一 种 全 新 的 声 音 处 理 手 段 数 字 音 频 和 一 般 磁 带 广 播 电 视 中 的 声 音 有 着 本 质 区 别, 它 具 有 存 储 方 便 存 储 成 本 低 廉 存 储 和 传 输 的 过 程 中 没 有 失 真 等 特 点, 同 时 易 于 编 辑 和 处 理 我 们 熟 悉 的 CD 和 MP3, 都 是 典 型 的 数 字 音 频 文 件 常 见 的 数 字 音 频 编 辑 工 具 有 很 多, 例 如 Adobe Audition Cool Edit Pro WaveCN 等 2. 数 字 图 像 概 述 数 字 图 像 又 称 为 数 码 图 像 或 数 位 图 像, 是 二 维 图 像 用 有 限 数 值 像 素 的 表 示 通 常, 像 素 在 计 算 机 中 保 存 为 二 维 整 数 数 组 的 光 栅 图 像, 这 些 值 经 常 用 压 缩 格 式 进 行 传 输 和 存 储 数 字 图 像 可 以 由 许 多 不 同 的 输 入 设 备 和 技 术 来 生 成, 例 如 数 码 相 机 扫 描 仪 坐 标 测 量 机 等 ; 也 可 以 通 过 对 任 意 的 非 图 像 数 据 进 行 合 成 来 得 到, 例 如 数 学 函 数 或 三 维 几 何 模 型 常 见 的 图 形 图 像 文 件 格 式 有 :BMP JPG GIF PNG PSD 等 常 见 的 数 字 图 像 编 辑 工 具 主 要 有 :Photoshop CorelDRAW 等 3. 数 字 视 频 概 述 数 字 视 频 就 是 以 数 字 形 式 记 录 的 视 频 与 模 拟 视 频 相 比, 数 字 视 频 有 不 同 的 产 生 方 式 存 储 方 式 和 播 出 方 式, 两 者 常 见 的 区 别 如 下 (1) 数 字 视 频 可 以 不 失 真 地 进 行 无 数 次 复 制, 而 模 拟 视 频 信 号 每 转 录 一 次, 就 会 有 一 次 误 差 积 累, 产 生 信 号 失 真 (2) 模 拟 视 频 长 时 间 存 放 后 视 频 质 量 会 降 低, 而 数 字 视 频 便 于 长 时 间 存 放 (3) 可 以 对 数 字 视 频 进 行 非 线 性 编 辑, 并 可 增 加 特 技 效 果 等 (4) 数 字 视 频 数 据 量 大, 在 存 储 与 传 输 的 过 程 中 必 须 进 行 压 缩 编 码 常 见 的 视 频 文 件 格 式 有 :AVI MPEG Divx MOV 等, 为 了 与 互 联 网 更 好 地 结 合, 还 有 流 媒 体 文 件 格 式 :ASF WMV RM RMVB SWF FLV 等 常 见 的 数 字 视 频 编 辑 工 具 主 要 有 :Ulead Video Studio RealMedia Editor 等

20 20 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 数 据 压 缩 技 术 1. 为 什 么 要 对 多 媒 体 信 息 进 行 压 缩 经 过 数 字 化 的 声 音 图 片 尤 其 是 视 频 信 息 的 数 据 量 非 常 大, 例 如 : 每 秒 30 帧 分 辨 率 为 的 24 位 真 彩 色 高 质 量 电 视 图 像, 如 果 显 示 1 分 钟 需 要 大 约 Byte 30f/s 60s 6.6GB 一 张 650MB 的 光 盘 只 能 存 放 大 约 6 秒 这 样 的 图 像, 由 此 可 见 视 频 的 数 据 量 之 大, 如 果 不 进 行 处 理, 计 算 机 系 统 在 对 其 进 行 存 储 和 传 输 的 过 程 中 需 要 占 用 大 量 资 源 因 此, 在 多 媒 体 计 算 机 系 统 中, 为 了 达 到 令 人 满 意 的 图 像 视 频 画 面 质 量 和 听 觉 效 果, 必 须 解 决 视 频 图 像 音 频 信 号 数 据 的 大 容 量 存 储 和 实 时 传 输 问 题 解 决 的 方 法, 除 了 提 高 计 算 机 本 身 的 性 能 及 通 信 信 道 的 带 宽 外, 更 重 要 的 是 对 多 媒 体 进 行 有 效 的 压 缩 多 媒 体 数 据 之 所 以 能 够 压 缩, 是 因 为 视 频 图 像 声 音 这 些 媒 体 具 有 很 大 的 压 缩 力 以 目 前 常 用 的 位 图 格 式 的 图 像 存 储 方 式 为 例, 在 这 种 形 式 的 图 像 数 据 中, 像 素 与 像 素 之 间 无 论 是 在 行 方 向 还 是 在 列 方 向 都 具 有 很 大 的 相 关 性, 因 而 整 体 上 数 据 的 冗 余 度 很 大 ; 在 允 许 一 定 限 度 失 真 的 前 提 下, 能 对 图 像 数 据 进 行 很 大 程 度 的 压 缩 2. 多 媒 体 信 息 压 缩 的 方 法 根 据 解 码 后 数 据 与 原 始 数 据 是 否 完 全 一 致 进 行 分 类, 压 缩 方 法 可 分 为 有 损 压 缩 和 无 损 压 缩 两 大 类 有 损 压 缩 会 减 少 信 息 量, 并 且 损 失 的 信 息 是 不 能 恢 复 的, 因 此 这 种 压 缩 是 不 可 逆 的 无 损 压 缩 则 去 掉 或 减 少 了 数 据 中 的 冗 余, 但 这 些 冗 余 是 可 以 重 新 插 入 到 数 据 中 的, 因 此 无 损 压 缩 是 可 逆 的 过 程 常 用 的 文 件 压 缩 工 具 WinRAR, 压 缩 的 文 件 就 属 于 典 型 的 无 损 压 缩 ; 数 字 音 频 中 的 MP3 格 式 采 用 有 损 压 缩 方 式, 而 APE 格 式 采 用 的 是 无 损 压 缩 方 式 ; 数 字 图 像 中 的 JPG 格 式 采 用 的 是 有 损 压 缩 方 式, 而 PNG 格 式 采 用 的 是 无 损 压 缩 方 式 1.5 习 题 选 择 题 1. 一 般 认 为, 世 界 上 第 一 台 真 正 意 义 上 的 数 字 电 子 计 算 机 诞 生 于 A 年 B 年 C 年 D 年 2. 断 电 后, 会 使 存 储 的 数 据 丢 失 的 存 储 器 是 A. RAM B. 硬 盘 C. ROM D. 软 盘 3. 下 列 软 件 不 属 于 系 统 软 件 的 是

21 21 A. 操 作 系 统 B. 数 据 库 管 理 系 统 C. 客 户 管 理 系 统 D. 语 言 处 理 程 序 4. 计 算 机 内 部 用 于 处 理 数 据 和 指 令 的 编 码 是 A. 十 进 制 码 B. 二 进 制 码 C. ASCII 码 D. 汉 字 编 码 5. 中 央 处 理 器 (CPU) 主 要 由 组 成 A. 控 制 器 和 运 算 器 B. 控 制 器 和 存 储 器 C. 存 储 器 和 运 算 器 D. I/O 设 备 6. 在 计 算 机 程 序 设 计 语 言 中, 可 以 直 接 被 计 算 机 识 别 并 执 行 的 只 有 A. 机 器 语 言 B. 算 法 C. 高 级 语 言 D. 汇 编 语 言 7. 超 市 收 银 台 检 查 货 物 的 条 形 码 设 备 属 于 计 算 机 系 统 中 的 A. 输 入 设 备 B. 输 出 设 备 C. 显 示 设 备 D. 索 引 设 备 8. 下 列 4 组 数 分 别 为 二 进 制 八 进 制 和 十 六 进 制 数, 符 合 要 求 的 是 A. 11,78,19 B. 12,77,18 C. 10,80,7F6E D. 11,77,8A4D 9. 计 算 机 系 统 由 两 大 部 分 组 成, 它 们 是 A. 主 机 和 外 部 设 备 B. 输 入 和 输 出 设 备 C. 硬 件 和 软 件 系 统 D. 系 统 和 应 用 软 件 10. 在 微 型 计 算 机 中, 应 用 最 普 遍 的 字 符 编 码 是 A. GB2312 码 B. ASCII 码 C. 补 码 D. BCD 码 11. 运 算 器 的 主 要 功 能 是 A. 算 术 运 算 B. 逻 辑 运 算 C. 算 术 和 逻 辑 运 算 D. 函 数 运 算 12. 微 型 计 算 机 配 置 高 速 缓 冲 存 储 器 是 为 了 解 决 A. 主 机 与 外 设 之 间 速 度 不 匹 配 的 问 题 B. CPU 与 辅 助 存 储 器 之 间 速 度 不 匹 配 的 问 题 C. CPU 与 主 存 储 器 之 间 速 度 不 匹 配 的 问 题 D. 内 存 储 器 与 辅 助 存 储 器 之 间 速 度 不 匹 配 的 问 题 13. 计 算 机 中 使 用 辅 助 存 储 器 作 为 虚 拟 存 储, 用 于 提 高 计 算 机 的 A. 冗 余 能 力 B. 运 行 速 度 C. 存 储 容 量 D. 运 算 能 力 14. 世 界 上 首 次 提 出 存 储 程 序 计 算 机 体 系 结 构 的 是 A. 莫 奇 莱 B. 艾 仑 图 灵 C. 乔 治 布 尔 D. 冯 诺 依 曼

22 22 大 学 计 算 机 基 础 ( 第 三 版 ) 15. 下 列 软 件 中, 属 于 应 用 软 件 的 是 A. Windows 98 B. Office 2003 C. SQL Server 2000 D. DOS 16. 在 计 算 机 术 语 中,bit 的 中 文 含 义 是 A. 位 B. 字 节 C. 字 D. 字 长 17. CPU 不 能 直 接 访 问 的 存 储 器 是 A. RAM B. ROM C. 内 存 储 器 D. 外 存 储 器 18. 计 算 机 中 用 来 表 示 内 存 容 量 大 小 的 基 本 单 位 是 A. 位 B. 字 节 C. 字 D. 双 字 19. 早 期 的 计 算 机 是 用 来 进 行 的 A. 科 学 计 算 B. 系 统 仿 真 C. 自 动 控 制 D. 动 画 设 计 20. 计 算 机 中 的 字 节 是 一 个 常 用 单 位, 它 的 英 文 名 字 是 A. bit B. Byte C. net D. com 21. 下 列 字 符 中,ASCII 码 值 最 小 的 是 A. a B. A C. x D. Y 22. 在 计 算 机 中, 用 位 二 进 制 码 组 成 一 个 字 节 A. 8 B. 16 C. 32 D 十 进 制 数 100 转 换 成 8 位 二 进 制 数 是 A B C D 二 进 制 数 转 换 成 十 进 制 数 是 A. 58 B. 59 C. 61 D 下 列 属 于 显 示 媒 体 的 是 A. 语 言 B. 条 形 码 C. 鼠 标 D. 光 纤 26. 多 媒 体 是 指 能 够 同 时 获 取 处 理 编 辑 存 储 和 展 示 不 同 类 型 信 息 媒 体 的 技 术 A. 一 个 以 上 B. 两 个 以 上 C. 三 个 以 上 D. 多 个 以 上

23 多 媒 体 技 术 的 主 要 特 性 有 集 成 性 和 实 时 性 A. 功 能 性 B. 多 样 性 C. 交 互 性 D. 交 流 性 28. 多 媒 体 计 算 机 内 部 只 能 处 理 A. 数 字 信 息 B. 模 拟 信 息 C. 多 媒 体 信 息 D. 文 字 信 息 29. 模 拟 信 号 转 换 成 能 被 计 算 机 识 别 的 数 字 信 号, 一 般 经 过 量 化 和 编 码 A. 采 样 B. 采 集 C. 收 集 D. 获 取 30. CD 和 MP3 属 于 格 式 A. 数 字 图 像 B. 数 字 音 频 C. 数 字 视 频 D. 以 上 均 不 正 确 31. JPG 和 PNG 属 于 格 式 A. 数 字 图 像 B. 数 字 音 频 C. 数 字 视 频 D. 以 上 均 不 正 确 32. RM 和 AVI 属 于 格 式 A. 数 字 图 像 B. 数 字 音 频 C. 数 字 视 频 D. 以 上 均 不 正 确 33. 为 了 解 决 数 字 视 频 的 存 储 和 实 时 传 输, 除 了 提 高 计 算 机 性 能 和 信 道 带 宽 外, 更 重 要 的 是 对 数 字 视 频 进 行 有 效 的 A. 编 码 B. 压 缩 C. 调 制 D. 解 码 34. MP3 格 式 属 于 A. 有 损 压 缩 B. 无 损 压 缩 C. 数 字 视 频 D. 数 字 图 像 35. MPEG 格 式 属 于 A. 有 损 压 缩 B. 无 损 压 缩 C. 数 字 音 频 D. 以 上 都 不 是