第1章 计算机基础知识概述

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1 科学出版社职教技术出版中心

2 高等教育 十一五 规划教材 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 钟生海付争方主编 省级精品课程 北京

3 内容简介 本书是针对应用型本科院校计算机应用基础课编写的教材, 全书分为基础知识 基本操作 综合实训三篇, 编为上下两册 本册是全书的第一篇, 内容包括绪论 计算机中信息的表示方法 计算机系统的组成与原理 多媒体技术基础 网络应用基础 数据库应用基础以及信息安全基础等 目的是让学生掌握计算机应用方面的基础理论知识, 了解计算机的应用领域, 掌握用计算机解决问题的方法和手段, 开阔视野, 为下册学习打下基础 本书可作为普通高等院校计算机公共基础课的教材, 也可作为计算机等级考试 信息处理技术员考试的培训教材和自学参考书 图书在版编目 (CIP) 数据大学计算机应用基础 ( 上册 )/ 钟生海, 付争方主编. 北京 : 科学出版社, 2010 ( 高等教育 十一五 规划教材 ) ISBN Ⅰ. 1 大 Ⅱ. 1 钟 2 付 Ⅲ. 1 电子计算机 高等学校 教材 Ⅳ. 1TP3 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2010) 第 号 策划 : 姜天鹏冯涛责任编辑 : 王纯刚隽青龙 / 责任校对 : 刘玉靖责任印制 : 吕春珉 / 封面设计 : 东方人华平面设计部 出版北京东黄城根北街 16 号邮政编码 : 北京双清印刷厂印刷科学出版社发行各地新华书店经销 * 2010 年 9 月第一版开本 : / 年 9 月第一次印刷印张 :11 3/4 印数 : 字数 : 定价 :55.00 元 ( 本册定价 元 ) ( 如有印装质量问题, 我社负责调换 < 环伟 >) 销售部电话 编辑部电话 版权所有, 侵权必究举报电话 : ; ; 科学出版社职教技术出版中心

4 前 言 计算机应用基础知识的学习和基本技能的掌握, 是大学生进入信息化校园学习的首要任务之一, 计算机应用基础 也一直是绝大多数高校作为公共必修课给大学新生开设的第一门计算机课程 随着计算机知识的普及, 中学生已有一定的计算机和信息技术基础, 大学生的计算机基础已不再是零起点, 大学第一门计算机课程的教学改革也在迅速开展 本书根据教育部高教司非计算机专业计算机教学指导分委员会提出的高等学校计算机基础课程教学基本要求, 结合应用型本科院校学生实际而编写 全书共分为三篇, 第一篇为计算机基础知识, 主要介绍计算机软硬件基本知识 网络技术 多媒体技术 数据库技术和信息安全基础等内容, 在教学组织上可安排专家教授以大课或讲座形式进行 ; 第二篇为计算机基本操作, 以任务驱动方式, 介绍了 Windows XP Microsoft Office Dreamweaver Access 以及常用工具软件的应用, 建议在多媒体网络机房以小班开展案例教学 ; 第三篇为综合训练, 内容为综合实训项目库, 建议将学生以 5 至 10 人为小组, 安排教师指导, 利用课外或集中时段进行学习 本书各章都配有精心设计的课后习题, 使读者能对所学知识有一个较为全面的实践与检验 本书由安康学院钟生海 付争方和杨哲三位同志共同编写完成, 其中上篇由钟生海同志编写, 中篇和下篇由付争方 杨哲同志编写, 全书由钟生海同志进行初审 修改和统稿 在本书编写过程中曾得到校内外许多计算机公共基础课一线教师的帮助, 在此表示衷心感谢 由于编者水平有限, 计算机和网络技术的发展日新月异, 软件版本的更新更为频繁, 书中疏漏和不当之处敬请读者批评指正, 以便我们今后改进 编者 2010 年 6 月

5 目 录 第一篇基础理论篇 第 1 章绪论 计算机的发展与分类 计算机的发展 计算机的分类 计算机的特点与应用 计算机的特点 计算机的应用领域 计算机的发展趋势 计算机与信息社会 信息与数据 信息技术 信息社会 习题 第 2 章计算机中信息的表示 进位计数制 进位计数制的定义 常用进位计数制的表示方法 科学出版社职教技术出版中心 计算机中常用的进位计数制 不同数制间的转换 二 八 十六进制转换成十进制 十进制转换成二 八 十六进制 二进制与八进制之间的转换 二进制与十六进制之间的转换 信息的存储 信息的编码 ASCII 码 汉字编码 习题... 20

6 iv 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 第 3 章计算机系统的组成与原理 计算机的基本工作原理 冯 诺依曼计算机的特点 计算机的基本工作原理 指令系统与程序设计语言 计算机系统的基本组成 计算机硬件系统 计算机软件系统 衡量计算机性能的主要指标 微型计算机的硬件系统 主机 外存储器 输入设备 输出设备 微型计算机的软件系统 系统软件 应用软件 习题 第 4 章多媒体技术基础 多媒体技术概述 多媒体的概念 多媒体技术的基本特征 多媒体技术的应用领域 多媒体硬件系统 多媒体软件系统 多媒体产品的制作过程 多媒体信息数字化和压缩技术 数字音频技术基础 数字图像技术基础 数字视频技术基础 常用的多媒体信息处理工具 声音录制与处理工具 图形图像处理工具 常用动画制作工具 常见的视频编辑软件 多媒体著作工具

7 目 录 v 多媒体播放工具 习题 第 5 章网络应用基础 计算机网络概述 计算机网络的概念 计算机网络的组成 计算机网络的分类 网络拓扑结构和传输介质 计算机网络的拓扑结构 网络传输介质与互连设备 Internet 及应用 Internet 的发展 IP 地址和域名 Internet 的接入方式 Internet 的应用 常用的 Internet 工具软件 Web 浏览器 网页制作工具 电子邮件管理工具 文件下载工具 文件压缩与解压工具 习题 第 6 章数据库应用基础 数据库基础概述 科学出版社职教技术出版中心 数据库系统的组成 数据库系统的特点 数据模型与数据库管理系统 数据模型 数据库管理系统 关系数据库管理系统简介 Access Visual FoxPro SQL Server 习题

8 vi 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 第 7 章信息安全基础 计算机信息安全 信息安全的内容 信息安全保障体系 Windows XP 系统安全 Windows XP 的安全性 Windows XP 安全设置 计算机病毒和防范 计算机病毒的定义 计算机病毒的特征和防范 常见的计算机病毒 使用 Symantec AntiVitus 查杀病毒 信息安全保障的常用方法 文件存取控制 数据加密 数字签名 防火墙 有关法律法规的基本知识 共享软件 免费软件 用户许可证的概念 信息安全法规与职业道德要求 习题 主要参考文献

9 第一篇 基础理论篇 科学出版社职教技术出版中心

10 2 大学计算机应用基础 ( 上册 )

11 第 1 章绪 论 3 第 1 章绪 论 教学目标 了解计算机的发展与分类 掌握计算机的特点与应用 了解计算机与信息社会 电子计算机是一种能自动 高速 正确地完成数值计算 数据处理 实时控制等功能的电子设备 它的出现是 20 世纪科学技术最卓越的成就之一, 是科学技术和生产高速发展的产物, 是人类智慧的高度结晶 随着信息时代的到来, 计算机占据越来越重要的地位, 成为人们生活中不可缺少的工具 了解计算机的发展史, 熟悉它的运行机制, 是学好计算机必备的基础 本章主要介绍计算机的基础知识 计算机的发展 1.1 计算机的发展与分类 世界上第一台电子计算机 ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)( 见图 1-1) 于 1946 年 2 月诞生在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院 科学出版社职教技术出版中心 图 1-1 世界上第一台电子计算机 ENIAC

12 4 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 但学术界公认, 电子计算机的理论和模型是由英国数学家阿兰 图灵 (Alan Mathison Turing,1912~1954) 于 1936 年发表的一篇名为 论可计算数及其在判定问题中的应用 的论文中奠定了基础 因此, 当美国计算机协会 (Association of Computing Machinery,ACM) 在 1966 年纪念电子计算机诞生 20 周年 ( 即图灵的论文发表 30 周年 ) 之际, 决定设立计算机界的第一个奖项 图灵奖, 以纪念这位计算机科学理论的奠基人 图灵奖 也被称为 计算机界的诺贝尔奖 2000 阿兰 图灵 (1912~1954) 年,ACM 第一次将 图灵奖 授予华裔学者姚期智, 以鼓励他在计算机理论 算法设计与分析 密码学等方面所做的贡献 距 ENIAC 的诞生, 至今已经有 60 多年了 在这段时期里, 计算机以惊人的速度发展 根据计算机所使用的电子元器件不同, 计算机的发展经历了 4 个时代 (1) 第一代 : 电子管计算机 (1946~1957) 在第二次世界大战中, 美国政府寻求计算机以开发潜在的战略价值, 这促进了计算机的研究与发展 1944 年 Howard H.Aikien(1900~1973) 研制出全电子计算机, 为美国海军绘制弹道图 这台简称 MarkⅠ 的机器有半个足球场大, 内含 500 英里的电线, 使用电磁信号来移动机械部件, 速度很慢 (3s~5s 进行一次计算 ) 并且实用性很差, 只用于专门领域 1946 年 2 月 14 日, 标志现代计算机诞生的 ENIAC 在费城公之于世 ENIAC 代表了计算机发展史上的里程碑, 它通过不同部分之间的重新接线编程, 拥有并行计算能力 ENIAC 使用了 个电子管 个电阻器, 有 500 万个焊接点, 耗电 160 千瓦, 其运算速度比 MarkⅠ 快 1000 倍, 它是第一台普通用途计算机 与此同时, 美国数学家冯 诺依曼提出了现代计算机的基本原理 存储程序控制原理 1949 年, 冯 诺依曼和莫尔根据存储程序控制原理造出的新计算机爱达赛克 (Electronic Delay Storage Automatic Calculator,EDSAC) 在英国剑桥大学投入运行 EDSAC 是世界上第一台存储程序计算机, 是所有现代计算冯 诺依曼 (1903~1957) 机的原型和范本 (2) 第二代 : 晶体管计算机 (1958~1964) 1956 年, 晶体管在计算机中使用, 晶体管和磁芯存储器推动了第二代计算机的产生 第二代计算机体积小 速度快 功耗低 性能更稳定 在这一时期出现了高级语言 COBOL 和 FORTRAN, 以单词 语句和数学公式代替了含混的二进制机器码, 使计算机编程更容易 新的职业 ( 如程序员 分析员和计算机系统专家 ) 和整个软件产业由此诞生 (3) 第三代 : 中小规模集成电路计算机 (1965~1970) 虽然晶体管相比于电子管是一个明显的进步, 但晶体管还是产生大量的热量, 会损害计算机内部的敏感部分 1958 年, 德州仪器的工程师 Jack Kilby 发明了集成电路

13 第 1 章绪 论 5 (Integrated Circuit,IC), 将 3 种电子元件结合到一片小小的硅片上 ; 于是, 计算机变得 更小, 功耗更低, 速度更快 这一时期的发展还包括使用了操作系统, 使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序 (4) 第四代 : 大规模 超大规模集成电路计算机 (1971 年至今 ) 出现集成电路以后, 扩大规模成为唯一的发展方向 大规模集成电路 (Large-Scale Integration,LSI) 可以在一个芯片上容纳几百个元件 到 20 世纪 80 年代, 超大规模集成电路 (Very-Large-Scale Integration,VLSI) 在芯片上容纳了几十万个元件, 后来的 ULSI 将数字扩充到百万级 可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件, 使得计算机的体积和价格不断下降, 而功能和可靠性不断增强 1981 年,IBM 公司推出个人计算机 (Personal Computer,PC) 用于家庭 办公室和学校 20 世纪 80 年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌, 微机的拥有量不断增加, 计算机继续缩小体积, 甚至从桌上到膝上再到掌上 与 IBM PC 竞争的 APPLE Macintosh 系统于 1984 年推出,Macintosh 提供了友好的图形界面, 用户可以用鼠标方便地操作 从 20 世纪 80 年代开始, 日 美等国家开展了新一代 智能计算机 的系统研究, 并称为 第五代计算机, 但目前尚未有突破性发展 计算机的分类 1. 按工作原理分类 按工作原理可划分为模拟式电子计算机和数字式电子计算机 模拟式电子计算机问世较早, 内部所使用的电信号模拟自然界的实际信号 模拟电子计算机处理问题的精度差, 所有的处理过程均需模拟电路来实现, 电路结构复杂, 抗外界干扰能力极差 数字式电子计算机是当今世界电子计算机行业中的主流, 其内部处理的是一种称为符号信号或数字信号的电信号 它的主要特点是 离散, 在相邻的两个符号之间不可能有第三种符号存在 由于这种处理信号的差异, 使得它的组成结构和性能优于模拟式电子计算机 2. 按功能分类 按功能可划分为专用计算机和通用计算机 专用计算机主要在某些专业范围内应用 例如, 在导弹和火箭上使用的计算机几乎都是专用计算机 通用计算机主要应用于商业 工业 政府机构和家庭个人 3. 按规模分类 科学出版社职教技术出版中心 按规模可划分为巨型机 大型机 小型机和微型机 巨型机 ( 见图 1-2) 也称为超级计算机, 是目前速度最快 处理能力最强的计算机, 主要用于战略武器 空间技术 石油勘探 天气预报等领域 我国于 20 世纪 80 年代末

14 6 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 90 年代中先后推出了自行研制的银河 -Ⅰ 银河-Ⅱ 银河-Ⅲ 等巨型机 2007 年公布的世界超级计算机排名 500 强中, 居首位的是美国劳伦斯 利弗莫尔国家实验室的 蓝色基因 /L, 研制者为美国 IBM 公司, 运算速度为每秒 万亿次 中国大陆有 18 台榜上有名, 上海超级计算中心的 曙光 4000A 曾于 2004 年入围全球超级计算机 10 强 2008 年 IBM 公司研制出运算速度为每秒 1000 万亿次的超级计算机 图 1-2 巨型机大型机具有很强的数据处理能力, 一般应用于大中型企事业单位的中央主机 例如, IBM 公司生产的 IBM 及 9000 系列都属于大型机 小型机的功能略逊于大型机, 但它结构简单 成本较低 维护方便, 适用于中 小企业用户 例如, 美国 DEC 公司的 VAX 系列机型 IBM 公司的 AS/400 系列都属于小型机 微型机又称为个人计算机, 其价格便宜 功能齐全, 广泛应用于个人用户, 是目前最普及的机型 4. 按工作模式分类按工作模式可划分为服务器和工作站 工作站是一种介于微型机和小型机之间的高档微型计算机系统, 通常配有高分辨率的大屏幕显示器和大容量存储器, 具有较强的数据处理能力和高性能的图形功能 自 1980 年美国 Apollo 公司推出世界上第一个工作站 DN-100 以来, 工作站迅速发展, 成为专门处理某类特殊事物的一种独立的计算机类型 服务器是一种在网络环境中为多个用户提供服务的共享设备 根据其提供的服务, 可以分为文件服务器 通信服务器和打印服务器等

15 第 1 章绪 论 计算机的特点与应用 计算机自诞生以来, 其发展速度非常惊人, 其应用范围不断扩大, 目前已渗透到人 类生活的各个方面 本节将简要介绍计算机的特点 计算机的应用领域, 最后简单介绍了计算机的发展趋势 计算机的特点 计算机的主要特点表现在以下几个方面 : (1) 运算速度快运算速度是指计算机每秒能执行多少条指令 常用单位是 MIPS, 即每秒执行多少个百万条指令 例如, 主频为 2GHz 的 Pentium 4 微机的运算速度为每秒 40 亿次, 即 4000MIPS (2) 计算精度高计算机计算的数据有效位可以精确到几十位甚至上百位, 计算的精确度由计算机的字长和采用计算的算法决定 例如,Pentium 4 微型机内部数据位数为 32 位 ( 二进制 ), 可精确到 15 位有效数字 ( 十进制 ) 圆周率 π 的计算, 有人曾利用计算机算到小数点后 200 万位 (3) 记忆能力强计算机的存储器 ( 内存储器和外存储器 ) 类似于人的大脑, 能够记忆大量的信息 它能保存要处理的数据和程序, 然后进行数据处理和计算, 并把结果保存起来 (4) 具有逻辑判断功能计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外, 还具有进行比较 判断等逻辑运算的功能 这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提 (5) 自动化程度高, 通用性强由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在机内, 工作时按程序规定的操作, 一步一步地自动完成, 一般无须人工干预, 因而自动化程度高 这一特点是一般计算工具所不具备的 计算机通用性的特点表现在几乎能求解自然科学和社会科学中一切类型的问题, 能广泛地应用各个领域 计算机的应用领域 科学出版社职教技术出版中心 计算机的历史虽然不长, 但它已进入了几乎所有的科学技术领域 它不仅可以在数值计算方面发挥优势, 而且在非数值计算方面也大有作为 计算机的应用大致可分为如下几个领域 : (1) 科学计算科学计算是计算机最早的应用领域 同人工计算相比, 计算机不仅速度快, 而且精

16 8 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 度高, 特别是对于大量的重复计算, 计算机不会感到疲劳和厌烦 (2) 信息处理信息处理即数据处理, 是指对各种原始数据进行采集 整理 转换 加工 存储 传播以供检索 再生和利用 目前, 计算机信息处理已经广泛应用于办公自动化 企业计算机辅助管理 文字处理 情报检索 电影电视动画设计 会计电算化 医疗诊断等各行各业 据统计, 世界上的计算机 80% 以上主要用于信息处理 (3) 计算机辅助设计与计算机辅助制造 (CAD/CAM) 计算机辅助设计 (Computer Aided Design,CAD) 与计算机辅助制造 (Computer Aided Manufacture,CAM) 主要用于机械 电子 宇航 建筑等产品的总体设计 造型设计 结构设计 数控加工等环节 应用 CAD/CAM 技术, 可以缩短产品开发周期 提高设计质量 增加产品种类 (4) 计算机辅助教学与计算机管理教学 (CAI/CMI) 利用计算机辅助教学 (Computer Assisted Instruction,CAI) 系统, 学生能在轻松的教学环境中学到知识, 从而减轻教师的教学负担 计算机管理教学 (Computer Managed Instruction,CMI) 利用计算机实现各种教学管理, 如教务管理 制定教学计划 课程安排等 (5) 自动控制用计算机控制机床, 加工速度比普通机床快 10 倍以上 现代军用飞机控制, 可用计算机在很短的时间内计算出敌机的各种飞机技术参数, 采取相应的攻击方案 (6) 多媒体应用多媒体计算机的出现提高了计算机的应用水平, 扩大了计算机技术的应用领域, 设定计算机除了能够处理文字信息外, 还能处理声音 视频 图像等多媒体信息 (7) 电子商务所谓电子商务 (Electronic Commerce) 是利用计算机技术 网络技术和远程通信技术, 实现整个商务 ( 买卖 ) 过程中的电子化 数字化和网络化 人们不再是面对面的 看着实实在在的货物, 依靠纸介质单据 ( 包括现金 ) 进行买卖交易 而是通过网络, 通过网上琳琅满目的商品信息 完善的物流配送系统和方便安全的资金结算系统进行交易 ( 买卖 ) 计算机的发展趋势 (1) 巨型化巨型机的研制水平, 可以衡量整个国家的科技能力 我国在 1985 年成功制造了运算速度为 10 亿次的 银河 -Ⅱ ;2004 年, 每秒峰值运算速度 11 万亿次的曙光 4000A 在上海超级计算中心正式启动 ; 我国目前运行速度最快的计算机 千万亿次超级计算机曙光 星云, 也将于 2010 年底前落户深圳 (2) 微型化随着微电子技术和超大规模集成电路的发展, 计算机的体积趋向微型化 从 20 世

17 第 1 章绪 论 9 纪 80 年代开始微机得到了普及 现在, 又出现了笔记本计算机 掌上电脑 ( 见图 1-3) 手表电脑等 (3) 网络化现代信息社会的发展趋势就是实现资源共享, 即利用计算机和通信技术, 将各个地区的计算机互联起来, 形成一个规模巨大, 功能强大的计算机网络, 使信息能得到快速 高效的传递 (4) 多媒体化现代计算机不仅用来进行计算, 还能处理声音 图像 文字 视频和音频信号 如图 1-4 所示为一台多媒体计算机 图 1-3 掌上电脑 图 1-4 多媒体计算机 (5) 智能化智能化是让计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力 如图 1-5 所示为采用虚拟现实技术生产的汽车驾驶模拟器 科学出版社职教技术出版中心 图 1-5 采用虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器

18 10 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 1.3 计算机与信息社会 信息与数据 (1) 数据数据是一组表示数量 行为和目标的非随机的 可鉴别的符号, 在现实世界客观存在的实体或事物的属性值 (2) 信息信息是描述客观事物运动状态及运动方式的数据, 以一定的方式和目的存在, 是具有一定结构的数据集合 信息是一种消息, 通常以文字或声音 图像的形式来表现, 是数据按有意义的关联排列的结果 信息由数据和符号组成 信息与数据的关系可以用一个通俗的现实例子来比喻 :39 是数据 本身是没有意义的 病历卡上记载某个病人的体温是 39, 这才是信息, 信息是有意义的 信息技术 信息技术 (Information Technology, 简称 IT), 是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称 它主要是应用计算机科学和通信技术来设计 开发 安装和实施信息系统及应用软件 它也常被称为信息和通信技术, 主要包括传感技术 计算机技术和通信技术 信息技术的应用包括计算机硬件和软件, 网络和通讯技术, 应用软件开发工具等 计算机和互联网的普及以来, 人们日益普遍的使用计算机来生产 处理 交换和传播各种形式的信息 ( 如书籍 商业文件 报刊 唱片 电影 电视节目 语音 图形 影像等 ) 在企业, 学校和其他组织中, 信息技术体系结构是一个为达成战略目标而采用和发展信息技术的综合结构 它包括管理和技术的成分 其管理成分包括使命 职能与信息需求 系统配置 和信息流程 ; 技术成分包括用于实现管理体系结构的信息技术标准 规则等 由于计算机是信息管理的中心, 计算机部门通常被称为 信息技术部门 有些公司称这个部门为 信息服务 (IS) 或 管理信息服务 (MIS) 另一些企业选择外包信息技术部门, 以获得更好的效益 具体来讲, 信息技术主要包括以下几方面技术 : (1) 感测与识别技术它的作用是扩展人获取信息的感觉器官功能, 包括信息识别 信息提取 信息检测等技术 这类技术的总称是 传感技术 它几乎可以扩展人类所有感觉器官的传感功能 传感技术 测量技术与通信技术相结合而产生的遥感技术, 更使人感知信息的能力得到进一步的加强 信息识别包括文字识别 语音识别和图形识别等 通常是采用一种

19 第 1 章绪 论 11 叫做 模式识别 的方法 (2) 信息传递技术 它的主要功能是实现信息快速 可靠 安全的转移 各种通信技术都属于这个范畴 广播技术也是一种传递信息的技术 由于存储 记录可以看成是从 现在 向 未来 或从 过去 向 现在 传递信息的一种活动, 因而也可将它看作是信息传递技术的一种 (3) 信息处理与再生技术信息处理包括对信息的编码 压缩 加密等 在对信息进行处理的基础上, 还可形成一些新的更深层次的决策信息, 这称为信息的 再生 信息的处理与再生都有赖于现代电子计算机的超凡功能 (4) 信息施用技术信息施用技术是信息过程的最后环节 它包括控制技术 显示技术等 信息社会 信息在我们现实世界中是广泛存在的, 我们每时每刻都离不开它, 在我们学习 生活和工作中, 总是在不断地获取 传播 加工和运用大量信息, 可以说, 我们是生活在信息的海洋里, 现实世界到处都充满了信息 1. 信息社会的概念 信息社会也称信息化社会, 是脱离工业化社会以后, 信息将起主要作用的社会 在农业社会和工业社会中, 物质和能源是主要资源, 所从事的是大规模的物质生产, 而在信息社会中, 信息成为比物质和能源更为重要的资源, 以开发和利用信息资源为目的信息经济活动迅速扩大, 逐渐取代工业生产活动而成为国民经济活动的主要内容 信息经济在国民经济中占据主导地位, 并构成社会信息化的物质基础 以计算机 微电子和通信技术为主的信息技术革命是社会信息化的动力源泉 信息技术在生产 科研教育 医疗保健 企业和政府管理以及家庭中的广泛应用对经济和社会发展产生了巨大而深刻的影响, 从根本上改变了人们的生活方式 行为方式和价值观念 2. 计算机在信息处理中的主要作用 科学出版社职教技术出版中心 众所周知计算机具有快速 高效 智能 记忆和自动化处理等一系列的特点, 为信息的处理带来了极大的方便, 计算机在信息处理中的主要作用如下 1) 极高的运算速度可高效率 高质量地完成数据加工处理的任务 2) 海量 的存储设备使得世界的空间变大 大量图书 档案资料压缩在磁盘或光盘上, 便于信息的长期保存和反复使用 3) 全新的多媒体技术使计算机渗透到社会的各个领域 多媒体技术使人与计算机之间建立起更为默契 更加融洽的新型关系 4) 四通八达的计算机网络使各国的距离变近了 用户可以坐在家中用计算机与国

20 12 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 内外的任何地方进行信息的交流与共享 信息的传递与汇集 5) 智能化的决策支持系统应用于管理信息, 为决策的科学化提供了实现的可能 计算机 网络 通讯等技术的发展为社会的信息化奠定了基础, 进入 90 年代后, 随着计算机性能 / 价格比的迅速提高, 光纤通信的发展, 计算机网络技术的成熟, 数据库应用的普及, 许多工业发达国家竞相实施各种形式的信息基础结构, 有效地开发利用信息资源, 推进社会的信息化进程 总之, 计算机在信息处理中的作用正随着信息化社会的到来而显示出它的威力, 已日益成为人们生产和生活中离不开的工具和 伙伴 1.4 习题 1. 填空题 (1) 世界上第一台电子计算机 ENIAC 于 年 2 月诞生在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院 (2) 按工作原理划分, 计算机可分为 和 (3) 按功能划分, 计算机可分为 和 (4) 按规模划分, 计算机可分为 和 (5) 按工作模式划分, 计算机可分为 和 (6) 信息技术简称为, 是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称 (7) 信息技术主要包括 技术 技术 技术和 技术 2. 问答题 (1) 计算机的发展经历了哪几个时代? (2) 计算机的主要特点表现在哪几个方面? (3) 简述计算机的应用领域 (4) 简述未来计算机的发展趋势

21 第 2 章计算机中信息的表示 教学目标 掌握进位计数制的表示方法 掌握不同数制间的转换方法 了解计算机中信息的存储 了解计算机中信息的编码 计算机所能处理的数据 信息在计算机中都是以数字编码形式表示的 那么这些数字编码是以什么形式表示的? 与日常表示的数有何区别? 字母 汉字与符号又如何表示等 本章将一一介绍这些知识 本章主要介绍了计算机中进位计数制的概念和表示方法 不同数制之间的转换方法 计算机中信息的存储以及信息的编码等内容 进位计数制的定义 2.1 进位计数制 用数字符号排列, 由低位向高位进位计数的方法称作进位计数制 一种进位计数制包含一组数码符号和两个基本因素 : 数码 基数和位权 1 数码 : 一组用来表示某种数制的符号 2 基数 : 数制所使用的数码个数, 用 R 表示, 称 R 进制 进位规律是 逢 R 进一, 如十进制的基数是 10, 则 逢十进一 3 位权 : 数码在不同位置上的权值 对于任意一个具有 n 位整数和 m 位小数的 R 进制数 N, 按各位的权展开可表示为 : (N) R =a n -1R n-1 +a n -2R n-2 + +a 1 R 1 +a 0 R 0 +a-1r a-mr -m 例 (9578) 10 = 所谓位权, 就是某个数字在某一个固定位置上所代表的值, 处在不同的位置所代表的值也是不同的 常用进位计数制的表示方法 科学出版社职教技术出版中心 计算机中通常使用的数制有十进制 二进制 八进制和十六进制 常用的进位计数

22 14 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 制的表示方法有圆括号下标法和字母表示法 (1) 圆括号下标法将数用圆括号括起来, 将基数写在右下角标 例 (1101) 2 (167) 16 (2) 字母表示法在数字后面加一个英文字母表示该数所用的数制 十进制用 D 表示, 二进制用 B 表示, 八进制用 O 表示, 十六进制用 H 表示 例 1001B 188D 56O 167H 计算机中常用的进位计数制 (1) 十进制 (Decimal) 基数是 10, 它有 10 个数字符号, 即 0,l,2,3,4,5,6,7,8,9 逢十进一 例 (2580) 10 = (2) 二进制 (Binary) 基数是 2, 它只有两个数字符号, 即 0 和 1 逢二进一 例 (1010) 2 =l l =(10) 10 (3) 八进制 (Octal) 基数是 8, 它有 8 个数字符号, 即 0,l,2,3,4,5,6,7 逢八进一 例 (1007) 8 =l =(519) 10 (4) 十六进制 (Hexadecimal) 基数是 16, 它有 16 个数字符号, 除了十进制中的 10 个数可用外, 还使用了 6 个英文字母, 即 0,l,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 其中 A~F 分别代表十进制数的 10~15 逢十六进一 例 (BAD) 16 = =(2989) 10 计算机中常用的进位计数制表示如表 2-1 所示, 常用数制的对应关系如表 2-2 所示 表 2-1 计算机中常用的进位计数制的表示 进位制 二进制 八进制 十进制 十六进制 规则 逢二进一 逢八进一 逢十进一 逢十六进一 基数 R=2 R=8 R=10 R=16 数符 0,1 0,1,2,,7 0,1,2,,9 0,1,2,,9,A,B,,F 位权 2 i 8 i 10 i 16 i 表示符 B O D H 表 2-2 常用数制的对应关系 二进制十进制八进制十六进制

23 第 2 章计算机中信息的表示 15 续表 二进制 十进制 八进制 十六进制 A B C D E F 2.2 不同数制间的转换 二 八 十六进制转换成十进制 将一个非十进制数转换成十进制数, 只要将它写成按权展开的表达式, 然后求出表 达式的值 例 将二进制数 转换成十进制数 (101.01) 2 = =(5.25) 10 例 将八进制数 12.6 转换成十进制数 (12.6) 8 = =(10.75) 10 例 将十六进制数 2AB.6 转换成十进制数 (2AB.6) 16 = A B =( ) 十进制转换成二 八 十六进制 (1) 将十进制数转换成二进制数 整数部分和小数部分分别转换, 然后再合并 整数部分 : 除以 2 取余, 结果逆序 输出, 小数部分 : 乘以 2 取整, 结果顺序输出 例 将 ( ) 10 转换为二进制数 (168) 10 转换为二进制 ( ) 2,(0.125) 10 换算为二进制 (0.001) 2 结果为 ( ) 10 =( ) 2 (2) 将十进制数转换成八进制数和十六进制数 科学出版社职教技术出版中心 整数部分和小数部分分别转换, 然后再合并 八进制整数部分 : 除以 8 取余, 逆 序输出, 小数部分 : 乘以 8 取整, 顺序输出 同样的, 十六进制是 除以 16 取余,

24 16 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 乘以 16 取整 例 将 ( ) 10 转换为八进制数 (171) 10 转换为八进制 (253) 8,( ) 10 转换为八进制 (0.56) 8 结果为 ( ) 10 =(253.56) 二进制与八进制之间的转换 二进制数转换成八进制数的方法 : 从小数点起, 把二进制数每 3 位分成一组, 然后计算每一组的等值八进制数, 顺序排列起来就得到所要求的八进制数 不足 3 位的整数部分左补 0, 小数部分右补 0 同理, 将八进制数转换成二进制数, 只需将每一位八进制数用 3 位二进制数表示即可 二进制数和八进制数之间的关系如表 2-3 所示 表 2-3 二 八进制的对应关系 八进制数 二进制数 八进制数 二进制数 例 将 ( ) 2 转换为八进制数 二进制与十六进制之间的转换 二进制数转换成十六进制数的方法 : 从小数点起, 把二进制数每 4 位分成一组, 将每一组用相应的十六进制数符来表示 不足 4 位的整数部分左补 0, 小数部分右补 0 同理, 将十六进制数转换成二进制数, 只需将每一位十六进制数用 4 位二进制数表示即可 二进制数和十六进制数之间的关系如表 2-4 所示 表 2-4 二 十六进制的对应关系 十六进制数 二进制数 十六进制数 二进制数 A B C D E F 1111

25 第 2 章计算机中信息的表示 17 例 将 ( ) 2 转换为十六进制数 ( ) 2 =(AF.B8) 16 不足 4 位补零 2.3 信息的存储 前面讨论的各种进制, 主要指的是正数 在计算机中讨论减法和除法运算时, 提出 了加负数的概念 机器中引入了负数, 则必然涉及正负数据的机器数编码表示及其相互转换 带符号二进制数据的机内表示称为二进制机器数, 也称为机器数编码 ( 同样道理, 其他进制也可以有机器数编码 ) 正数的机器数编码是唯一的, 负数的机器数编码则因码制不同, 有不同的定义 机器数有两个重要的特征 1 位数长度固定 如 8 位机只能表示 8 位机器数,16 位机只能表示 16 位机器数等 当然, 可用软件办法做双倍及多倍字长运算, 可使 16 位机能表示 32 位字长的数据 2 正负符号代码化 传统用 + - 表示数的 正 负, 机内二进制则用 0 1 表示数的 正 负 ( 一般最高位为符号位, 其余为尾数值 ), 称为代码化 根据这两个特征可知, 字长一定的机器数所表示数的范围也就确定 如 8 位机器数, 可表示无符号数为 0~255, 表示带符号数为 -128~+127 下面只从表示方法的角度, 简单讨论二进制数的原码 反码 补码关系, 以及它们之间的转换 在数值的最高位用 0 1 分别表示数的正 负号 一个数 ( 连同符号 ) 在计算机中的表示形式称为机器数, 以下引进机器数的 3 种表示法, 即原码 补码和反码, 是将符号位和数值位一起编码, 机器数对应的原来数值称为真值 (1) 原码表示法原码表示方法中, 数值用绝对值表示, 在数值的最左边用 0 和 1 分别表示正数和负数, 使用 [X] 原表示 X 的原码 例如, 在 8 位二进制数中, 十进制数 +17 和 -17 的原码表示为 : [+23] 原 = [-23] 原 = 的原码有两种表示, 分别是 和 (2) 反码表示法 科学出版社职教技术出版中心 正数的反码等于这个数本身, 负数的反码等于其绝对值各位求反 例如 : [+23] 反 = [-23] 反 = (3) 补码表示法一般在做两个异号的原码相加时, 实际上是做减法运算, 然后根据两数绝对值的大

26 18 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 小来决定符号 能否统一用加法实现呢? 我们先举一个例子, 对于一个钟表, 将时针从 6 拨到 2, 可以顺拨 8, 也可以倒拨 4, 即 =2 和 6-4=2 这里的 12 称为时间的 模, 对于模 12 来说,8 与 -4 是互为补数 计算机中是以 2 为模对数值做加法运算的, 因此引入补码的概念, 将减法运算转换成加法运算 计算机中的数据都是以补码形式存储的, 这是因为使用补码可以 : 1 使符号位能与有效值部分一起参加运算, 从而简化运算规则 2 使减法运算转换为加法运算, 进一步简化计算机中运算器的线路设计 求一个二进制数补码的方法 : 正数的补码与原码相同 ; 负数的补码是把其原码除符号位以外的各位取反, 然后最低位加 1 通常用[X] 补表示 X 的补码 例如 : [+23] 补 = [-23] 补 = 总结以上规律, 可得到如下公式 :X-Y=X+(Y 的补码 )=X+(Y 的反码 +1) 2.4 信息的编码 在计算机中, 既可以处理数值数据, 又可以处理各种字符数据 数值数据有多种编码, 如二进制码 十进制码 BCD 码, 其中二进制码在计算机中的表示又有原码 反码和补码 同样的道理, 字符 符号 汉字等字符数据也应按照一定规则编码, 以便统一交换 传输和处理 比如西文 ASCII 码 汉字国标区位码等 ASCII 码 ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 是美国信息交换用标准代码 ASCII 码虽然是美国国家标准, 但已经被国际标准化组织 (ISO) 认定为国际标准, 为世界公认, 并在世界范围内通用 ASCII 码是用一个 8 位二进制数 (1 字节 ) 表示, 每个字节只占用了 7 位, 基本 ASCII 码最高位恒为 0 7 位 ASCII 码可以表示 2 7 =128 种字符, 其中通用控制字符 34 个, 阿拉伯数字 10 个, 大 小写英文字符 52 个, 各种标点符号和运算符号 32 个 当编码最高位为 1 时, 形成扩充的 ASCII 码, 它表示范围为 128~255, 可表示 128 种字符 表 2-5 所示为标准 ASCII 字符编码表 表 2-5 标准 ASCII 字符编码表 d 3 d 2 d 1 d 0 ( 低 4 位 ) d 6 d 5 d 4 位 ( 高 3 位 ) NUT DLE SP P p 0001 SOH DCI! 1 A Q a q 0010 STX DC2 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s

27 第 2 章计算机中信息的表示 19 续表 d 3 d 2 d 1 d 0 d 6 d 5 d 4 位 ( 高 3 位 ) ( 低 4 位 ) 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 TB, 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 汉字编码 使用计算机进行信息处理时, 一般都要用到汉字 对汉字信息的处理, 一般都涉及 汉字的输入 加工 存储和输出等几个方面 由于汉字是象形文字, 且字形复杂, 因此, 不可能用少数几个确定的符号将汉字完全表示出来, 汉字必须有自己独特的编码 根据汉字信息处理系统对处理汉字的不同要求, 汉字的编码分为汉字信息交换码 汉字机内码 汉字输入码和汉字字形码 (1) 汉字信息交换码 ( 国标码 ) 汉字信息交换码是计算机与其他系统或设备间交换汉字信息的标准编码 1981 年我国颁布了 GB-2312 国家标准 信息交换用汉字编码字符集 基本集 该标准选出 个常用汉字和 683 个非常用汉字字符, 并为每个字符规定了标准代码 GB-2312 字符集构成一个 94 行 94 列的二维表, 行号为区号, 列号为位号, 每个汉字或符号在 ASCII 表中的位置用它所在的区号和位号来表示 为了处理与存储方便, 每个汉字在计算机内部分别用两个字节来表示 例如, 学 字的区号是 49, 科学出版社位号是 07, 它的区位码即为 4907, 用两个字节的二进制数表示为 (2) 汉字机内码汉字机内码是供计算机系统内部进行存储 加工处理 传输统一使用的代码, 又称为汉字内部码 由于文本中通常混合使用汉字和西文字符, 汉字信息如果特别标识, 就会与单字节的 ASCII 码混淆 因此将一个汉字看成是两个扩展的 ASCII 码, 使表示 GB 汉字的两个字节的最高位都为 1, 并且汉字的区码和位码都加上 A0H, 保证把两个字节的最高位一律由 0 变成 1, 其余 7 位不变 例如, 保 字的国标码为 3123H, 前字节为 B, 后字节为 B, 高位变成 1 为 B 和 B, 即 B1A3H, 因此, 保 字的机内码就是 B1A3H 职教技术出版中心

28 20 大学计算机应用基础 ( 上册 ) (3) 汉字输入码 ( 外码 ) 汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码 汉字输入编码方案很多, 综合起来可分为流水码 拼音类输入码 字形类输入码和音形结合输入码 如五笔字型输入法是一种字形类输入法 ; 智能 ABC 是一种拼音类输入法 汉字的输入编码和汉字的机内码是不同范畴的概念 对同一个字, 不管采用什么样的输入法, 其机内码都是相同的 (4) 汉字字形码汉字字形码又称为汉字字模, 它是将汉字字形经过点阵数字化后形成的一串二进制数, 用于汉字的显示和打印 点阵字形编码是一种最常见的字形编码, 它用一位二进制码对应屏幕上的一个像素点, 字形笔画所经过的亮点用 1 表示, 没有笔画的暗点用 0 表示 例如, 一个 的点阵汉字如图 2-1 所示 图 2-1 汉字点阵示意图在计算机中输出汉字时必须要得到相应汉字的字形码, 通常用点阵信息表示汉字的字形, 所有汉字字形点阵信息的集合就称为汉字字库 其中显示字库一般为 点阵字库, 每个汉字的字形码占用 32 个字节 (16 16/8=32) 的存储空间 ; 打印字库一般为 点阵, 每个汉字的字形码占用 72 个字节 (24 24/8=72) 的存储空间 2.5 习题 1. 填空题 (1) 计算机所能处理的数据 信息在计算机中都是以 形式表示的 (2) 用数字符号排列, 由低位向高位进位计数的方法称作, 其包含一组数码符号和两个基本因素 : 即 和 (3) 在常用进位计数制的表示方法中, 十进制用 表示, 二进制用 表示, 八进制用 表示, 十六进制用 表示 (4) 计算机进位计数制中, 二进制的基数是, 十进制的基数是,

29 第 2 章计算机中信息的表示 21 十六进制的基数是 (5) 机器数有两个重要的特征, 分别是 和 (6)ASCII 的中文意思是 2. 计算题 (1)(213) 10 =( ) 2 =( ) 16 =( ) 8 (2)(69.625) 10 =( ) 2 =( ) 16 =( ) 8 (3)(127) 10 =( ) 2 =( ) 16 =( ) 8 (4)(3E1) 16 =( ) 2 =( ) 10 (5)(10A) 16 =( ) 8 =( ) 10 (6)(670) 8 =( ) 2 =( ) 10 (7)( ) 2 =( ) 16 =( ) 8 =( ) 10 (8)( ) 2 =( ) 16 =( ) 8 =( ) 10 科学出版社职教技术出版中心

30 第 3 章计算机系统的组成与原理 教学目标 了解计算机的基本工作原理 掌握计算机系统的基本组成 了解衡量计算机性能的主要指标 掌握微型计算机的硬件系统 掌握微型计算机的软件系统 计算机系统就是按照人的要求接收和存储信息, 自动进行处理和计算, 并输出结果信息的机器系统 计算机系统由硬件 ( 子 ) 系统和软件 ( 子 ) 系统组成 前者是借助电 磁 光和机械等原理构成的各种物理设备的有机组合, 是系统赖以工作的实体 ; 后者是各种程序和文件, 用于指挥全系统按照指定的要求进行工作 本章主要介绍了计算机的基本工作原理 计算机系统的基本组成 衡量计算机性能的主要指标 以及微型计算机的硬件系统和软件系统等内容 3.1 计算机的基本工作原理 冯 诺依曼计算机的特点 在研制 ENIAC 的过程中, 著名的数学家冯 诺依曼 ( 美籍匈牙利人 ) 博士首先提出了计算机内存储程序的概念, 并与莫尔小组合作设计了人类第一台具有内部存储程序功能的 EDVAC( 电子离散变量自动计算机 ) 这台计算机有以下 3 个特点 : 1) 由五大基本部件组成 他们是运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备 2) 用二进制表示信息 在五大部件中, 用电压的高与低 电流的大与小 磁性的强与弱等两种物理状态来模拟二进制数码 1 与 0, 计算机要执行的程序和要处理的数据都用二进制数码 1 与 0 来编码表示 3) 由存储程序控制其自动工作 将编好的程序和数据送入存储器, 控制器通过执行程序, 控制运算器实现对数据的自动处理 冯 诺依曼提出的计算机存储程序的概念和计算机基本结构的思想, 奠定了计算机发展的基础, 现代计算机仍然保留这些工作原理和特征, 因此, 冯 诺依曼被称为 计算机之父, 把发展至今的整个四代计算机称为 冯 诺依曼机

31 第 3 章计算机系统的组成与原理 计算机的基本工作原理 当一台计算机设计制造出来后, 它的控制器 运算器等基本部件的功能结构就决定 了它能完成哪些基本操作, 如从输入设备输入一个数据到运算器 两个数据在运算器相加 将一个数据从运算器传送到存储器等等 表示计算机所能完成的一种基本操作的二进制代码, 称作指令, 它告诉计算机进行那种操作 从什么地方取数据 结果送到什么地方等信息 当我们需要计算机完成某项任务的时候, 首先要将任务分解为计算机能完成的一系列的基本操作 这样, 就可以将需要计算机完成的某项任务表示为指令的序列, 这就是程序 按照冯 诺依曼 存储程序 的思想, 为了能使计算机完成特定任务, 用户必须首先根据该任务要求编写相应的程序, 然后通过输入设备向控制器发出输入信息的请求, 在得到控制器许可的情况下, 输入设备把程序和数据送到存储器中并保存起来 随后, 计算机系统就会在控制器的控制协调下, 自动地运行程序, 并把程序运行结果存入存储器 最后, 在控制器的控制下输出设备把存储器中的运行结果输出 计算机工作的过程, 就是自动执行程序的过程, 即一条一条执行指令的过程 完成一条指令的执行, 一般可以分为 4 个步骤 : 1 取指令 从存储器中取出要执行的一条指令, 送到控制器中 2 分析指令 由控制器识别出该指令对应的基本操作 3 执行指令 由控制器向运算器 输入设备 输出设备等各个部件发出相应的控制信号, 实现指令所代表的基本操作 4 形成下一条指令在存储器中的存放地址 为执行下一条指令做好准备 计算机不断重复这个过程, 直到这个程序的所有指令执行完毕, 就完成了程序的运行, 实现了相应的功能 一条指令的基本格式是由操作码和操作数两部分组成 其中操作码指出该指令代表何种操作, 操作数则给出了操作的对象是谁 指令系统与程序设计语言 1. 指令系统代表计算机能完成的一种基本操作的二进制代码称为指令 一类计算机能够识别的所有指令的集合称为指令系统 不同类型的计算机, 其指令系统一般也不同 指令系统越丰富计算机对数据信息的运算和处理能力就越强 科学出版社, 职教技术出版中心

32 24 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 2. 程序设计语言人与人交流需要语言, 人与计算机之间交流同样需要语言 人与计算机之间交流信息使用的语言叫做程序设计语言 按照其对硬件的依赖程度, 通常把程序设计语言分为 3 类 : 机器语言 汇编语言 高级语言 1) 机器语言 (Machine Language) 是用二进制指令代码来表示的, 是唯一可以被计算机直接识别和执行的语言 由于不同类型的计算机的指令系统一般也不同, 因此机器语言是面向机器的, 可移植性差 机器语言的优点是占用内存小 执行速度快 但机器语言编写程序工作量大 程序阅读性差 调试困难 2) 汇编语言 (Assemble Language) 是用二进制指令代码的助记符号来表示的, 如加法指令 ADD 减法指令 SUB 移动指令 MOV 等 汇编语言在编写 阅读和调试方面有很大进步, 而且运行速度快 但是编程复杂, 可移植性差 3) 高级语言 (High Level Language) 是一种独立于机器的算法语言 高级语言的表达方式接近于人们日常使用的自然语言和数学表达式, 并且有一定的语法规则 高级语言编写的程序运行要慢一些, 但是编程简单易学 可移植性好 可读性强 调试容易等 常见的高级语言有面向过程的 Basic FORTRAN C 和面向对象的 Delphi Java 等 计算机并不能直接识别和执行汇编语言 高级语言编写的源程序 源程序输入计算机后, 通过 语言处理程序 翻译成机器语言形式的目标程序, 计算机才能识别和执行 过程如图 3-1 所示 汇编语言程序 高级语言程序 ( 源程序 ) 翻译 机器语言程序 ( 目标程序 ) 运行 运行结果 语言处理程序 图 3-1 源程序翻译成目标程序的过程 3.2 计算机系统的基本组成 计算机系统就是按照人的要求接收和存储信息, 自动进行处理和计算, 并输出结果信息的机器系统 以 存储程序 原理为基础的冯 诺依曼结构计算机系统, 可以分为硬件和软件两大部分 硬件就是借助电 磁 光和机械等原理构成的物理设备, 是系统赖以工作的实体 ; 软件就是各种程序和数据, 用于指挥全系统按照指定的要求进行工作

33 第 3 章计算机系统的组成与原理 计算机硬件系统 计算机的整个工作过程及基本硬件结构如图 3-2 所示 计算步骤 原始数据 输入设备 存数 存储器 取数 存数 运算器 计算结果 输出设备 输出命令 控制器 图 3-2 计算机的硬件系统结构 1. 中央处理器 CPU CPU 中央处理单元, 又称中央处理器 CPU 主要由运算器和控制器组成, 通常 集成在一块芯片上, 是计算机系统的核心设备 计算机以 CPU 为中心, 输入 / 输出设备 与存储器之间的数据传输和处理都通过 CPU 来控制执行 CPU 的基本功能是程序控制 操作控制 时序控制和数据处理 (1) 控制器 控制器是计算机的指挥中心, 负责从存储器中取出指令, 并对指令进行译码 ; 根据 指令的要求, 按时间的先后顺序, 负责向其他各部件发出控制信号 ; 保证各部件协调一致地工作 控制器主要由指令寄存器 译码器 程序计数器和操作控制器等组成 指令寄存器 (Instruction Register,IR) 用于保存当前正在执行的一条指令 程序计数器 (Program Counter,PC) 指向下一条要执行的指令 译码器 (Decoder) 对指令码进行译码和分析, 从而确定指令的操作 操作控制器能产生各种操作控制信号, 协助完成取指令和执行指令的控制 (2) 运算器 运算器是计算机的核心部件, 它负责对信息的加工处理 在控制器的控制下, 它与 科学出版社职教技术出版中心 内存交换信息, 并进行各种算术运算和逻辑运算, 所以在运算器内部有一个算术逻辑单元 (Arithmetic Logic Unit,ALU) 运算器还具有暂存运算结果的功能, 它由加法器 寄存器 累加器等逻辑电路组成 加法器是产生数的和的装置 常用做计算机算术逻辑部件, 执行逻辑操作 移位与指令调用 累加器 (Accumulator) 是一种暂存器, 用来储存计算所产生的中间结果

34 26 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 2. 存储系统存储器是计算机记忆或暂存数据的部件, 它负责存放程序和数据 计算机中的全部信息, 包括输入的原始数据 经过初步加工的中间数据, 以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中 按存储器的作用可将其分为主存储器和辅助存储器 存储器中能够存放的最大数据信息量称为存储器的容量 存储器容量的基本单位是字节 (Byte,B) 存储器中存储的一般是二进制数据, 二进制数只有 0 和 1 两个代码, 因而, 计算机技术中常把一位二进制数称为一位 (bit),1 个字节包含 8 位, 即 1 Byte=8 bit 为了便于表示大容量存储器, 实际中还常用 KB MB GB TB 作为单位, 其关系为 : 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 把信息从存储器中取出, 而又不修改存储器内容的过程称为读操作 ; 把信息存入存储器的过程称为写操作, 写操作可以修改存储器中原有内容 (1) 主存储器主存储器简称主存, 也称为内存, 是计算机系统的信息交流中心 目前, 主存是由半导体材料构成的 按存取方式来分, 主存又分为随机存储器 ( 又称读写存储器 ) 和只读存储器 1 随机存储器 (Random Access Memory,RAM) RAM 的主要特点是既可以从中读出数据, 又可以写入数据 RAM 是短期存储器, 只要断电, 其存储内容将全部丢失 RAM 按其结构可分为动态 RAM(Dynamic RAM,DRAM) 和静态 RAM(Static RAM, SRAM) 两大类 DRAM 的特点是集成度高, 主要用于大容量内存储器 ;SRAM 的特点是存取速度快, 主要用于高速缓冲存储器 2 只读存储器 (Read Only Memory,ROM) ROM 的特点是只能读出原有内容, 不能由用户再写入新内容 ROM 的数据是厂家在生产芯片时, 以特殊的方式固化在上面的, 用户一般不能修改 ROM 中一般用于存放系统管理程序, 即使断电, 其中的数据也不会丢失 比如固化在主板上的 BIOS 程序 (2) 辅助存储器辅助存储器简称辅存, 亦称为外存, 属于外部设备 外存一般具有存储容量大, 可以长久保存程序和数据, 位价格低廉等特点 通常, 外存只与内存交换数据, 而且存取速度也较慢 常用的外存有硬盘 光盘 U 盘等, 早期的软盘则逐渐被淘汰 综上所述, 内存的特点是直接与 CPU 交换信息, 存取速度快, 容量小, 价格贵 ; 外存的特点是容量大, 价格低, 存取速度慢, 不能直接与 CPU 交换信息 内存用于存放立即要用的程序和数据 ; 外存用于存放暂时不用的程序和数据 内存和外存之间常常频繁地交换信息 需要指出的是外存属于 I/O 设备, 而且它只能与内存交换信息, 才能被 CPU 处理

35 第 3 章计算机系统的组成与原理 输入 / 输出设备输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据, 它是重要的人 - 机接口, 负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的二进制代码, 并放入内存中 常见的输入设备有键盘 鼠标器 扫描仪等 输出设备可以将计算机运算处理的结果以用户熟悉的信息形式反馈给用户 通常输出形式有数字 字符 图形 视频 声音等类型 常见的输出设备有显示器 打印机 绘图仪等 4. 总线总线 (Bus) 是用于系统部件之间数据传送的公用信号线, 具有汇集与分配数据信号 选择发送信号的部件与接收信号的部件 总线控制权的建立与转移等功能 根据总线上传送的信息不同, 可分为地址总线 数据总线和控制总线, 其结构功能示意图如图 3-3 所示 地址总线 AB 数据总线 DB 控制总线 CB CPU 主存储器 I/O 接口 I/O 设备 图 3-3 总线结构功能示意图 1 地址总线 (Address Bus) 地址总线用于传送地址信息 地址是识别信息存放位置的编号, 主存的每个存储单元及 I/O 接口中不同的设备都有各自不同的地址 地址总线是 CPU 向主存和 I/O 接口传送地址信息的通道, 它是自 CPU 向外传输的单向总线 2 数据总线 (Data Bus) 数据总线用于传送系统中的数据或指令 数据总线是双向总线, 一方面作为 CPU 向主存和 I/O 接口传送数据的通道 ; 另一方面, 是主存和 I/O 接口向 CPU 传送数据的通道, 数据总线的宽度与 CPU 的字长有关 3 控制总线 (Control Bus) 控制总线用于传送控制信号 控制总线是 CPU 向主存和 I/O 接口发出命令信号的通道, 又是外界向 CPU 传送状态信息的通道 计算机软件系统 科学出版社职教技术出版中心 相对于计算机硬件而言, 软件是计算机无形的部分, 是计算机的灵魂 软件可以对硬件进行管理 控制和维护 根据软件的用途, 可将其分为系统软件和应用软件 如图 3-4 所示为计算机系统层次关系图

36 28 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 图 3-4 计算机系统层次关系图 1. 系统软件系统软件能够调度 监控和维护计算机资源, 扩充计算机功能, 提高计算机效率 系统软件是用户和裸机的接口, 主要包括操作系统 语言处理程序 数据库管理系统等, 其核心是操作系统 (1) 操作系统操作系统 (Operating System) 是最基本 最重要的系统软件, 用来管理和控制计算机系统中硬件和软件资源的大型程序, 是其他软件运行的基础 操作系统负责对计算机系统的全部软硬件和数据资源进行统一控制 调度和管理 其主要作用就是提高系统的资源利用率 提供友好的用户界面, 从而使用户能够灵活 方便地使用计算机 目前比较流行的操作系统有 Windows UNIX Linux 等 (2) 程序设计语言处理程序语言处理程序的作用是将汇编语言 高级语言编写的源程序翻译成计算机能执行的机器语言目标程序 因此, 要在计算机上使用汇编语言或者某种高级语言, 就必须提前在该计算机上安装相应的语言处理程序 (3) 数据库管理系统数据库管理系统主要面向解决数据处理的非数值计算问题, 对计算机中存放的大量数据进行组织 管理 查询 目前, 常用的数据库管理系统有 SQL Server Oracle Mysql 和 Visual FoxPro 等 2. 应用软件应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料 如 Microsoft 公司的 Office 系列, 就是针对办公应用的软件 计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的 硬件是计算机系统的躯体, 软件是计算机的灵魂 硬件的性能决定了软件的运行速度, 软件决定了可进行的工作性质 硬件和软件是相辅相成的, 只有将两者有效地结合起来, 才能使计算机系统发挥应有的功能

37 第 3 章计算机系统的组成与原理 衡量计算机性能的主要指标 衡量一台计算机的性能, 主要指标包括以下几个方面 1. 运算速度计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数 其单位为每秒百万条指令 (MIPS) 或者每秒百万条浮点指令 (MFPOPS) 它们都是用基准程序来测试的 影响运算速度的主要因素有以下几个 1 CPU 的主频 : 指计算机的时钟频率 它在很大程度上决定了计算机的运算速度 例如,Intel 公司的 CPU 主频已达 3.2GHz 以上,AMD 公司的 CPU 主频可达 2.8GHz 以上 CPU 的主频就是指 CPU 的工作时钟频率, 其单位是 MHz, 现在的 Intel 公司和 AMD 公司的 CPU 都普遍超越了 GHz 的大关, 所以目前的 CPU 主频都以 GHz 为单 位 ( 基本的换算关系是 1MHz= Hz,1GHz=1 000MHz) 一般说来, 主频越 高的 CPU 在单位时间里完成的指令数也越多, 相应的处理器速度也越快 外频是 CPU 的外部工作频率, 也就是系统总线的工作频率 现在 CPU 最高外频为 200MHz 倍频是 CPU 外频和主频相差的倍数, 通常三者的关系为 : CPU 主频 = 外频 倍频 2 字长 : 指计算机一次能直接处理的二进制数据的位数 字长越长, 计算机的运算能力就越强, 精度越高 PC 的字长已由 8088 的准 16 位 ( 运算用 16 位,I/O 用 8 位 ) 发展到现在的 32 位和 64 位 3 指令系统 : 不同类型的计算机, 其指令系统一般也不同 指令系统越先进, 计算机数据信息的运算和处理能力就越强 2. 存储器的指标 科学出版社职教技术出版中心 1 存取速度 : 内存完成一次读 ( 取 ) 或写 ( 存 ) 操作所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间 而连续两次读 ( 或写 ) 所需的最短时间称为存储周期 对于半导 9 体存储器来说, 存取周期约为几十到几百纳秒 (ns),1ns= 10 s 2 存储容量 : 内存的容量越大, 存储的程序和数据就越多, 能运行的软件功能越丰富, 处理能力越强 微机的内存储器容量已由 286 机配置的 1MB, 发展到现在 2GB 以上

38 机外设系操作系统主硬件系统30 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 3.I/O 的速度主机 I/O 的速度, 取决于 I/O 总线的设计 这对于慢速设备 ( 例如键盘 打印机 ) 关系不大, 但对于高速设备则有较大的影响 例如当前的硬盘, 它的外部传输率已达到 133MB/s 或 150MB/s 以上 3.4 微型计算机的硬件系统 微型计算机也就是通常所说的 PC, 它产生于 20 世纪 70 年代末 微型计算机采用的是具有高集成度的器件, 不仅体积小 重量轻 价格低 结构简单, 而且操作方便 可靠性高 一个完整的微型计算机系统由硬件系统如图 3-5 所示 微处理器 (CPU) 总线系统内存储器 ( 内存 ) 外存储器 ( 外存 ) 输入设备 (Input) 输出设备 (Output) 控制器运算器随机存储器 (RAM) 只读存储器 (ROM) 软盘硬盘光盘键盘鼠标扫描仪显示器 投影仪打印机绘图仪 图 3-5 微型计算机硬件系统从基本的硬件结构上看, 微型计算机的核心是微处理器 (Microprocessor) 从外观上看, 微型计算机的基本硬件包括主机 显示器 键盘 鼠标器 主机箱还包括主板 硬盘 光存储器 电源和插在主板 I/O 总线扩展槽上的各种功能扩展卡 微型计算机还可以包含其他一些外部设备, 如打印机 扫描仪等 主机 1. 主板 (MainBoard) 微机的主机及其附属电路都装在一块电路板上, 称为主机板, 又称为主板或系统板, 如图 3-6 所示 主机板一般带有 5 个扩充插座 ( 又称做扩展槽 ), 把不同的接口卡插入扩展槽中, 就可以把不同的外部设备与主机连接起来 集成了网卡 声卡的主板除了有 USB 接口 并行接口和串行接口外, 还有网线接口 声卡输入 / 输出接口

39 第 3 章计算机系统的组成与原理 31 图 3-6 主板 为了结构紧凑, 微机将主机板 接口卡 电源 扬声器等, 以及属于外部存储设备 的硬盘 软盘驱动器 光盘驱动器都装在一个机箱内, 称为主机箱 也就是说, 微机的主机箱里装有外部设备 例如, 磁盘驱动器属于外部存储器, 相应的接口电路板属于外设附件, 并不属于主机 微机的键盘 显示器 打印机等外部设备则置于主机箱外 2. 微处理器 (Microprocessor) 微处理器 ( 见图 3-7) 是利用超大规模集成电路技术, 把计算机的 CPU 部件集成在一小块芯片上, 形成一个独立的部件 微处理器中包括运算器 控制器 寄存器 时钟发生器 内部总线和高速缓冲存储器 (Cache) 等 科学出版社职教技术出版中心 图 3-7 CPU

40 32 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 微处理器是微型计算机的核心, 它的性能决定了整个计算机的性能 衡量微处理器性能的最重要的指标之一是字长 微处理器中每个字包含的二进制位数称为字长 微处理器的字长有 8 位 16 位 32 位和 64 位 字长越长, 运算精度越高, 处理能力越强 早期的 是 16 位微处理器,80386 和 是 32 位微处理器, 多功能 Pentium 系列虽然也是 32 位, 但在技术上已经有了很大的提高,Pentium D 的双内核是 64 位 目前主流 CPU 使用 64 位技术的主要有 AMD 公司的 AMD 64 位技术 Intel 公司的 EM64T 技术和 Intel 公司的 IA-64 技术 Cache 是逻辑上位于 CPU 和主存储器之间的一个高速小容量的存储器, 可以被 CPU 直接访问 Cache 的功能是用来提高主存储器的存取速度, 其中的内容是 RAM 中部分内容的副本 微处理器另一个重要性能指标是主频 主频是指微处理器的工作时钟频率, 在很大程度上决定了微处理器的运行速度 主频越高, 微处理器的运算速度越快 主频通常用 MHz( 兆赫兹 ) 表示 的主频从 33MHz~100MHz,Pentium 系列的主频从 60MHz~ 3.2 GHz 目前流行的微处理器有 Intel 公司的 Pentium 双核 Pentium EE Core 2 Duo 和 Core 2 Extreme 等系列和 AMD 公司的羿龙 X3 Athlon 64 Athlon 64 Fx Athlon 64 X2 AM2 Sempron 等系列 3. 内存在计算机的组成结构中, 有一个很重要的部分, 就是存储器 存储器是用来存储程序和数据的部件, 对于计算机来说, 有了存储器, 才有记忆功能, 才能保证正常工作 从一有计算机开始, 就有内存 内存发展到今天也经历了很多次的技术改进, 从最早的 DRAM 一直到 FPMDRAM EDODRAM SDRAM 等, 内存的速度一直在提高且容量也在不断的增加 (1) 内存分类内存分类指内存所采用的内存类型, 不同类型的内存传输类型各有差异, 在传输率 工作频率 工作方式 工作电压等方面都有不同 主要的内存类型有 SDRAM DDR SDRAM 和 DDR2 SDRAM 三种, 其中 DDR SDRAM 和 DDR2 SDRAM 内存占据了市场的主流, 而 SDRAM 内存规格已不再发展, 处于被淘汰的行列 1 SDRAM SDRAM 即 Synchronous Dynamic Random Access Memory( 同步动态随机存储器 ), 曾经是计算机上最为广泛应用的一种内存类型 既然是 同步动态随机存储器, 那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的 SDRAM 内存又分为 PC66 PC100 PC133 等不同规格, 而规格后面的数字代表该内存最大能正常工作的系统总线速度, 比

41 第 3 章计算机系统的组成与原理 33 如 PC100, 就说明此内存可以在系统总线为 100MHz 的计算机中同步工作 与系统总线速度同步, 这样就避免了不必要的等待周期, 减少数据存储时间 同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用, 因此数据可在脉冲上升期便开始传输 SDRAM 采用 3.3V 工作电压,168Pin 的 DIMM 接口, 带宽为 64 位 SDRAM 不仅应用在内存上, 在显存上也较为常见 常见的 SDRAM 内存条如图 3-8 所示 图 3-8 SDRAM 内存条 2 DDR SDRAM 严格地说 DDR 应该叫 DDR SDRAM, 人们习惯称为 DDR DDR SDRAM 是 Double Data Rate SDRAM 的缩写, 即双倍速率同步动态随机存储器 DDR 内存是在 SDRAM 内存基础上发展而来的, 仍然沿用 SDRAM 生产体系, 因此对于内存厂商而言, 只需对制造普通 SDRAM 的设备稍加改进, 即可实现 DDR 内存的生产, 可有效地降低成本 SDRAM 在一个时钟周期内只传输一次数据, 它是在时钟的上升期进行数据传输 ; 而 DDR 内存则是一个时钟周期内传输两次数据, 它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据, 因此称为双倍速率同步动态随机存储器 DDR 内存可以在与 SDRAM 相同的总线频率下达到更高的数据传输率 与 SDRAM 相比,DDR 运用了更先进的同步电路, 使指定地址 数据的输入和输出主要步骤既独立执行, 又保持与 CPU 完全同步 ;DDR 使用了 DLL(Delay Locked Loop, 延时锁定回路提供一个数据滤波信号 ) 技术, 当数据有效时, 存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据, 每 16 次输出一次, 并重新同步来自不同存储器模块的数据 DDR 本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高 SDRAM 的速度, 它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据, 因而其速度是标准 SDRAM 的两倍 从外形体积上 DDR 与 SDRAM 相比差别并不大, 他们具有同样的尺寸和同样的针脚距离 但 DDR 为 184 针脚, 比 SDRAM 多出了 16 个针脚, 主要包含了新的控制 时钟 电源和接地等信号 DDR 内存采用的是支持 2.5V 电压的 SSTL2 标准, 而不是 SDRAM 使用的 3.3V 电压的 LVTTL 标准 图 3-9 所示为一款 DDR 内存条 科学出版社职教技术出版中心 图 3-9 DDR 内存条

42 34 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 3 DDR2 SDRAM DDR2(Double Data Rate 2)SDRAM 是由 JEDEC( 电子设备工程联合委员会 ) 进行开发的新生代内存技术标准, 是目前市场上的主流内存类型 它与上一代 DDR 内存技术标准最大的不同, 就是虽然都采用了在时钟的上升 / 下降的阶段进行数据传输的基本方式, 但 DDR2 内存却拥有两倍于上一代 DDR 内存预读取能力 ( 即 4bit 数据读预取 ) 换句话说,DDR2 内存每个时钟能够以 4 倍外部总线的速度读 / 写数据, 并且能够以内部控制总线 4 倍的速度运行 此外, 由于 DDR2 标准规定所有 DDR2 内存均采用 FBGA 封装形式, 而不同于目前广泛应用的 TSOP/TSOP-II 封装形式,FBGA 封装可以提供更为良好的电气性能与散热性, 为 DDR2 内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础 图 3-10 所示为一款 DDR2 内存条 图 3-10 DDR2 内存条 4 DDR3 SDRAM DDR3 内存实现了一系列的技术改善, 这些改善强调更快的速度和更高的性能 DDR3 器件设计用于高速信号, 改善的引脚排列提供了更多的电源, 这样能实现更优的电源供电 改善的电源分布以及改善的基准信号, 使得信号质量得到了改善 DDR3 最初目标是运算和图形密集型应用, 例如高端台式电脑和工作站, 在这些应用中需要处理大量的信息, 以在屏幕上产生栩栩如生的图像, 改善用户体验 随着生产成本和销售价格的下降,DDR3 内存逐步走入了民用市场, 并有取代 DDR2 内存成为市场主流内存产品的趋势 根据一些调查公司的预计,2008 年 DDR3 内存将会占据 55% 的内存市场, 而到 2009 年 DDR3 的普及程度将会达到 65%, 图 3-11 所示为一款 DDR3 内存产品 图 3-11 DDR3 内存 (2) 内存性能指标 1 内存容量 内存容量是指内存条的存储容量, 是内存条的关键性参数 内存容量以 MB 作为单

43 第 3 章计算机系统的组成与原理 35 位, 可以简写为 M 内存的容量一般都是 2 的整次方倍, 比如 128MB 256MB 512MB 等, 一般而言, 内存容量越大越有利于系统的运行 目前台式机中主流采用的内存容量 为 1GB 和 2GB 2 内存频率与速度 内存主频和 CPU 主频一样, 通常表示内存的速度, 它代表内存所能达到的最高工作频率 内存主频是以 MHz( 兆赫 ) 为单位来计量的 内存主频越高在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快 内存主频决定着内存正常工作时的最高频率 目前较为主流的内存频率为 667MHz 和 800MHz 内存速度是用存取时间 (Access Time from CLK,TAC) 来表示的, 以纳秒 (ns) 为单位 ns 值越小, 表明存取时间越短, 速度就越快 目前,DDR 内存的存取时间一般为 5ns 或 6ns, 更快的存储器多用在显卡的显存上, 如 3.8ns 3.6ns 3.3ns 2.8ns 等 3 CAS 的延迟时间 CAS(Column Address Strobe) 即列地址选通脉冲 内存在存储信息时就如同一个大表格, 通过行 (Column) 和列 (Row) 来为所有存储在内存中的信息定位,CAS 就是指要多少个时钟周期后才能找到位置, 其速度越快越好, 速度越快其性能也就越高 所以, 它是内存的重要参数之一, 通常用 CAS Latency( 延迟 ) 衡量这个指标, 简称 CL 4 颗粒封装 内存颗粒在内存中的作用非常重要, 在购买内存条的时候, 一定要查看内存条上的内存颗粒 5 内存的奇偶校验 奇偶校验内存就是在每一个字节外又额外增加了一位作为错误检测之用 当 CPU 返回读取储存的数据时, 它会再次相加前 8 位中存储的数据, 检验计算结果是否与校验位相一致 当 CPU 发现二者不同时就会自动处理 4.I/O 接口 CPU 与外部设备 存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现, 前者被称为 I/O 接口, 而后者则被称为存储器接口 存储器通常在 CPU 的同步控制下工作, 接口电路比较简单 ; 而 I/O 设备品种繁多, 其相应的接口电路也各不相同, 因此, 习惯上说到接口只是指 I/O 接口 (1) 接口的分类 科学出版社职教技术出版中心 I/O 接口的功能是负责实现 CPU 通过系统总线把 I/O 电路和外围设备联系在一起, 按照电路和设备的复杂程度,I/O 接口的硬件主要分为两大类 : 1 I/O 接口芯片 这些芯片大都是集成电路, 通过 CPU 输入不同的命令和参数, 并控制相关的 I/O 电 路和简单的外设作相应的操作, 常见的接口芯片如定时 / 计数器 中断控制器 DMA 控制器 并行接口等 2 I/O 接口控制卡 有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件, 或者直接与 CPU 同在主板上, 或是一个插件插在系统总线插槽上

44 36 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 按照接口的连接对象来分, 又可以将他们分为串行接口 并行接口 键盘接口和磁盘接口等 (2) 接口的功能 CPU 与外设之间的数据交换必须通过接口来完成, 通常接口有以下一些功能 : 1 设置数据的寄存 缓冲逻辑, 以适应 CPU 与外设之间的速度差异, 接口通常由一些寄存器或 RAM 芯片组成, 如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输 2 能够进行信息格式的转换, 例如串行和并行的转换 3 能够协调 CPU 和外设两者在信息的类型和电平的差异, 如电平转换驱动器 数 / 模或模 / 数转换器等 4 协调时序差异 5 地址译码和设备选择功能 6 设置中断和 DMA 控制逻辑, 以保证在中断和 DMA 允许的情况下产生中断和 DMA 请求信号, 并在接受到中断和 DMA 应答之后完成中断处理和 DMA 传输 5. 机箱和电源台式计算机都有一个机箱, 用来将各种硬件设备组装到其中, 而电源则是机箱中一个重要的部件, 它为计算机提供所需的各种源动力 计算机电源是整个计算机系统的动力站 计算机内部各元器件所需的电源电压有 ±3V ±5V ±12V 等, 一般市电电压为 220V 交流且不稳定, 计算机电源的作用主要是将 220V 交流电转换为主机内部所需的多种稳压直流电源 计算机电源的外观如图 3-12 所示, 从规格上主要可以划分为 AT ATX 和 Micro ATX 三种类型 外存储器 图 3-12 电源的外观 外存储器主要有软盘存储器 硬盘存储器 光盘存储器和移动存储器 因为如今能够用到软盘的场合越来越少, 在此就不再介绍了

45 第 3 章计算机系统的组成与原理 硬盘存储器 硬盘存储器由硬盘片 硬盘驱动器和适配卡组成 硬盘片和硬盘驱动器简称为硬盘, 是计算机最主要的外部存储器 硬盘的物理结构如图 3-13 所示 磁头转动装置 磁盘盘片 读 / 写磁头 硬盘主轴 图 3-13 硬盘结构图 硬盘按照盘片直径大小可分为 5.25 英寸 3.5 英寸 2.5 英寸和 1.8 英寸等多种规格 目前使用最多的是 3.5 英寸硬盘, 它有 11 张盘片 传统的盘片是由铝合金制成的, 为了 提高硬盘的存储密度和缩小硬盘的尺寸, 现在大多数硬盘都采用玻璃材质, 或采用玻璃陶瓷复合材料 盘片上涂有一层磁性材料, 用来存储信息 通常每张盘片的每一侧都有一个读写头, 这些读写头被同一个运动装置连在一起, 组成一组, 所以读写头是同时在盘片上运动的 盘片被封装在一个密封的防尘盒里, 以有效地避免灰尘 水滴等对硬盘的污染 作为计算机系统的数据存储器, 存储容量是硬盘最主要的参数 硬盘的容量一般以千兆字节 (GB) 为单位,1GB=1024MB 但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取 1GB=1000MB, 同时在操作系统中还会在硬盘上占用一些空间, 所以在操作系统中显示的硬盘容量和标称容量会存在差异 因此, 在 BIOS 中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小 目前主流硬盘的容量为 160GB 和 320GB, 而 1TB 以上的大容量硬盘亦已逐渐开始普及 硬盘的另一个性能指标是转速 转速是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数 转速的快慢是标识硬盘档次的重要参数之一, 在很大程度上直接影响到硬盘的速度 硬盘转速越快, 硬盘寻找文件的速度也就越快, 相对的硬盘传输速度也就得到了提高 硬盘转速以 rpm(revolutions Per minute), 表示 转 / 每分钟 rpm 值越大, 内部传输率就越快, 访问时间就越短, 硬盘的整体性能也就越好 目前市场上 7200 rpm 的硬盘已经成为台式硬盘市场主流, 服务器中使用的 SCSI 硬盘转速基本都采用 rpm, 甚至还有 rpm 的, 性能要超出家用产品很多 科学出版社职教技术出版中心

46 38 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 2. 光盘存储器光盘存储器是由光盘驱动器 (CD-ROM) 和光盘组成 光驱的核心部件是由半导体激光器和光路系统组成的光学头, 光盘片采用激光材料, 数据存放在光盘片中连续的螺旋形轨道上 在光盘上有两种状态, 即凹点和空白, 它们的反射信号相反, 如图 3-14 所示 当在光盘上读数据时, 光驱利用光学反射原理, 使检测器得到光盘上凹点的排列方式, 驱动器中有专门的部件把它们转换成二进制的 0 和 1 并进行校验, 然后才能得到实际数据 光盘在光驱中高速地转动, 读取数据时激光头在电机的控制下前后移动, 从而读取光盘上的信息 图 3-14 光盘盘面示意图光盘不易受到外界磁场的干扰, 所以光盘的可靠性高, 信息保存的时间长 在正常室温下, 光盘盘片可保存 100 年之久 光盘的存储容量大, 一张 5.25 英寸的光盘可存储 700MB 的信息 目前, 光盘已经被广泛应用于图书 资料和通用软件的保存和存储上, 并作为电子出版物的存储载体, 部分代替了现有的纸类印刷品 按照数据传输率, 光盘驱动器可分为单倍速 双倍速 4 倍速 8 倍速 16 倍速 24 倍速 32 倍速 48 倍速 52 倍速等, 它们的数据传输率分别为 150 KB/s 300 KB/s 600 KB/s 900 KB/s 1.2 MB/s 2.4 MB/s 3.6 MB/s 4.8 MB/s 7.2 MB/s 数据传输率越高, 数据的读取速度越快 目前, 微型计算机一般使用的是 48 倍速以上的光盘驱动器 根据光盘的性能不同, 光盘分为只读型光盘 一次性写入光盘 可擦除光盘和数字多功能盘 1 只读型光盘 (CD-ROM) CD-ROM 是光驱的最早形式, 也是使用最为广泛的一种光驱 它由厂家写入程序或数据, 出厂后用户只能读取, 但不能写入和修改存储的内容 它的制作成本低 信息存储量大, 而且保存时间长 2 一次性写入光盘 (CD-R) CD-R 允许用户一次写入多次读取 由于信息一旦被写入光盘便不能被更改, 因此用于长期保存资料和数据等 3 可擦除光盘 (CD-RW) CD-RW 集成了软磁盘和硬磁盘的优势, 既可以读数据, 也可以将记录的信息擦去再重新写入信息 它的存储能力大大超过了软磁盘和硬磁盘 4 数字多功能盘 (DVD) DVD(Digital Versatile Disc) 集计算机技术 光学记录

47 第 3 章计算机系统的组成与原理 39 技术和影视技术等为一体, 其目的是满足人们对大存储容量 高性能的存储媒体的需求 DVD 光盘不仅在音频 / 视频领域得到广泛应用, 而且带动了出版 广播 通信和 WWW 等行业的发展 DVD 的容量一般为 4.7GB~18GB, 是传统 CD-ROM 的 7 倍, 甚至更高 现在 DVD 的存储容量高达 18GB, 逐渐成为未来 PC 中的主流部件 表 3-1 列出了各种类型 DVD 盘片的容量 表 3-1 不同类型 DVD 盘片的容量 盘片类型 直 径 面数 / 层数 容 量 播放时间 DVD-5 12cm 单面单层 4.7 GB 超过 2 小时视频 DVD-9 12cm 单面双层 8.5 GB 大约 4 小时视频 DVD-10 12cm 双面单层 9.4 GB 大约 4.5 小时视频 DVD-18 12cm 双面双层 17 GB 超过 8 小时视频 2002 年 2 月 19 日, 以索尼 飞利浦 松下为核心, 联合日立 先锋 三星 LG 夏普和汤姆逊共同发布了 0.9 版的 Blu-RayDisc(BD) 技术标准 蓝光 (Blu-Ray) 或称蓝光盘 (Blu-Ray Disc) 利用波长较短 (405nm) 的蓝色激光读取和写入数据, 并因此而得名 而传统 DVD 需要光头发出红色激光 ( 波长为 650nm) 来读取或写入数据, 通常来说波长越短的激光, 能够在单位面积上记录或读取更多的信息 因此, 蓝光极大地提高了光盘的存储容量, 对于光存储产品来说, 蓝光提供了一个跳跃式发展的机会 目前为止, 蓝光是最先进的大容量光碟格式,BD 激光技术的巨大进步, 使用户能够在一张单碟上存储 25GB 的文档文件, 这是现有 ( 单碟 )DVD 存储容量的 5 倍 在速度上, 蓝光允许 1~2 倍或者说每秒 4.5GB~9GB 的记录速度 2007 年底, 索尼公司在中国推出第一款配置蓝光 DVD 的高清播放器 :BDP-S300/BM 蓝光播放器开启了蓝光在中国商业化的运用 但是, 这款 DVD 高达 5000 元的售价让众 多消费者望而却步 成本的桎梏使得 Blue-Ray 普及化还有很长的路要走 3. 移动存储器 目前, 常用的移动存储器有移动硬盘和闪存, 如图 3-15 所示 图 3-15 移动存储器 科学出版社职教技术出版中心 1 移动硬盘 顾名思义是以硬盘为存储介质, 强调便携性的存储产品, 它的特点是容量大 传输速度快 使用方便 目前市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础, 只有很少部分的是以微型硬盘 (1.8 英寸硬盘等 ) 为基础的, 但价格因素决定着主流移动硬盘还是以标准笔记本硬盘为基础 因为采用硬盘为存储介质, 所以移动硬盘

48 40 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 在数据的读写模式与标准 IDE 硬盘是相同的 移动硬盘多采用 USB IEEE1394 等传输速度较快的接口, 可以有较高的速度与系统进行数据传输 USB(Universal Serial Bus) 接口支持即插即用和热插拔 目前有 USB 1.1( 传输速率为 12 MB/s) 和 USB 2.0( 传输速率为 480 MB/s) 两个标准 现在的 USB 移动硬盘都使用笔记本专用的超薄硬盘, 常见的有 12.5 mm 和 9.5 mm 两种规格 IEEE 1394 接口, 也称做火线接口, 它的数据传输率最高可达 400 MB/s IEEE 1394 接口以其兼容性好 高速且数据传输速率可扩展 支持热插拔 支持点对点传输及拓扑结构灵活多样等优点, 而迅速占领局域网组建 数字视频 消费者音频及硬盘等市场 2 闪存 (Flash Memory) 闪存也就是优盘, 是中国深圳朗科公司发明的 它采用一种新型的 EEPROM 内存, 具有内存可擦可写可编程的优点, 还具有体积小 重量轻 读写速度快 断电后资料不丢失等特点, 所以被广泛应用于数码相机 MP3 播放器和移动存储设备 闪存的接口一般为 USB 接口, 容量一般为 1GB 以上 输入设备 1. 键盘 (KeyBoard) 键盘是数字和字符的输入装置 通过键盘, 可以将信息输入到计算机的存储器中, 从而向计算机发出命令和输入数据 早期键盘有 83 键和 84 键, 后来发展到 101 键 104 键和 108 键 一般的 PC 用户使用的是 104 键盘 键盘上的按键大致可分为 3 个区域 : 字符键区 功能键区和数字键区 ( 数字小键盘 ) 键盘的接口主要有 PS/2 和 USB, 有的键盘采用无线连接, 后来还发明了根据人体工程学所设计的键盘, 如图 3-16 所示 图 3-16 人体工程学键盘 计算机键盘中常用键位的详细功能如表 3-2 所示 表 3-2 计算机键盘中常用键位的功能 按键功能 Enter 键 Space Bar 键 Back Space 键 回车键 用于将数据或命令送入计算机空格键 位于字符键区的中下方的长条键 因为使用频繁, 它的形状和位置使左右手都很容易敲打退格键 按下它可使光标回退一格, 常用于删除当前行中的错误字符

49 第 3 章计算机系统的组成与原理 41 续表 按键功能 Shift 键 Ctrl 键 Esc 键 Alt 键 Tab 键光标移动键屏幕翻页键 Prin Screen SysRq 双态键 换档键 由于整个键盘上有 30 个双字符键 ( 即每个键面上标有两个字符 ), 并且英文字母还分大小写, 因此需要此键来转换 ; 在计算机刚启动时, 每个双符键都处于下面的字符和小写英文字母的状态控制键 一般不单独使用, 通常和其他键组合成复合控制键强行退出键 在菜单命令中, 它常是退出当前环境和返回原菜单的按键交替换档键 它与其他键组合成特殊功能键或复合控制键制表定位键 一般按下此键可使光标移动 8 个字符的距离用箭头, 分别表示上 下 左 右移动光标 PgUp(Page Up) 返回上一页 ;PgDn(Page Down) 下翻一页打印屏幕键 把当前屏幕显示的内容全部打印出来包括 Insert 键和 3 个锁定键 Insert 的双态是插入状态和改写状态,CapsLock 是字母状态和锁定状态,Num Lock 是数字状态和锁定状态,Scroll Lock 是滚屏状态和锁定状态 ; 当计算机启动后,4 个双态键都处于第一种状态, 按键后即处于第二种状态 ; 在不关机的情况下, 反复按键则在两种状态之间转换 为了区分锁定与否, 许多键盘配置了指示灯 2. 鼠标 (Mouse) 鼠标是一种指点式输入设备, 多用于 Windows 环境中取代键盘的光标移动键, 使定位更加方便和准确 按照鼠标的工作原理可将其分为机械鼠标 光电鼠标和光电机械鼠标 3 种 按照鼠标与主机接口标准分主要有 PS/2 接口和 USB 接口两类 鼠标的基本操作有 4 种 : 指向 单击 双击和拖动, 操作方法如表 3-3 所示 表 3-3 鼠标的基本操作鼠标动作名称操作方法 指向 (Point) 将鼠标指针移动到屏幕的某个特定位置或对象上, 为下一个操作做准备 单击 (Click) 迅速按下鼠标左键, 常用于选定鼠标指针指向的某个对象或命令 双击 (Double-click) 拖动 (Drag) 快速连续地按两下鼠标左键, 常用于启动某个选定的应用程序, 或打开鼠标指向的某个文件 按住鼠标左键不放, 同时移动鼠标, 将鼠标指向另一位置, 常用于对选定的对象从一个地方移 动或复制到另一个地方 3. 扫描仪 (Scanner) 科学出版社职教技术出版中心 扫描仪是一种光电一体化的设备, 属于图形式输入设备 ( 见图 3-17) 人们通常将 扫描仪用于各种形式的计算机图像 文稿的输入, 进而实现对这些图像形式信息的处理 管理 使用 存储和输出 目前, 扫描仪广泛应用于出版 广告制作 多媒体 图文 通信等许多领域 扫描仪的主要性能指标是分辨率 灰度级和色彩数 1 分辨率表示了扫描仪对图像细节的表现能力, 通常用每英寸上扫描图像所包含的像素点表示, 单位为 dpi(dot per inch), 目前扫描仪的分辨率为 300dpi~1200dpi

50 42 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 图 3-17 扫描仪 2 灰度级表示灰度图像的亮度层次范围, 级数越多说明扫描仪图像的亮度范围越大, 层次越丰富 目前大多数扫描仪的灰度级为 1024 级 3 色彩数表示彩色扫描仪所能产生的颜色范围, 通常用每个像素点上颜色的数据位数 bit 表示 图形输入设备除扫描仪以外还有摄像机 数码相机等 现在又出现了语音和手写输入系统, 可以让计算机从语音的声波和文字的形状中领会到含义 输出设备 1. 显示器 (Monitor) 显示器是微型计算机不可缺少的输出设备, 用户通过它可以很方便地查看输入计算机的程序 数据和图形等信息, 以及计算机处理后的中间和最后结果 显示器是人 - 机对话的主要工具 按照显示器工作原理可以将显示器分为 3 类 : 阴极射线管显示器 (CRT) 液晶显示器 (LCD) 和等离子显示器 (PDP) 衡量显示器性能的主要参数指标有分辨率 灰度级和刷新率 1 分辨率 分辨率是指显示器所能显示的像素点的个数, 一般用整个屏幕上光栅的列数与行数的乘积来表示 这个乘积越大, 分辨率就越高 现在常用的分辨率有 像素 像素 像素和 像素 2 灰度级 灰度级是指每个像素点的亮暗层次级别, 或者可以显示的颜色的数目, 其值越高, 图像层次越清楚逼真 若用 8 位来表示一个像素, 则可以有 256 级灰度或颜色 3 刷新率 刷新率以 Hz 为单位,CRT 显示器的刷新率一般应高于 75Hz, 若刷新率过低, 屏幕就会有闪烁现象 显示器必须配置正确的显示器适配卡 ( 俗称显卡 ) 才能构成完整的显示系统 显卡较早的标准有 CGA(Color Graphics Adapter) 标准 ( 像素, 彩色 ) 和 EGA (Enhanced Graphics Adapter) 标准 ( 像素, 彩色 ) 目前常用的是 VGA(Video Graphics Array) 标准 VGA 适用于高分辨率的彩色显示器, 其图形分辨率在 像素以上,

51 第 3 章计算机系统的组成与原理 43 能显示 256 种颜色, 但其显示图形的效果一般 在 VGA 以后, 又不断出现了 SVGA 和 TVGA 卡等, 分辨率提高到了 像素和 像素 目前比较常用的分辨率为 像素 2. 打印机 (Printer) 打印机 ( 见图 3-18) 是计算机系统最基本的输出形式, 可以把文字或图形在纸上输出, 供用户阅读和长期保存 图 3-18 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机 ( 从左到右 ) 打印机按工作原理可分为击打式打印机和非击打式打印机两类 击打式打印机是将字模通过色带和纸张直接接触而打印出来的 击打式打印机又分为字模式和点阵式两种 点阵式打印机是用一个点阵表示一个数字 字母和特殊符号的, 点阵越大, 点数越多, 打印字符就越清晰 目前我国普遍使用的针式打印机就属于击打式打印机, 针式打印机速度慢, 噪声大, 但它特别适合打印票据, 所以财务人员经常使用它 非击打式打印机主要有激光打印机和喷墨打印机 激光打印机打印效果清晰, 质量高, 而且速度快, 噪声低 激光打印机是目前打印速度最快的一种 随着价格的下降和出色的打印效果, 已经被越来越多的人所接受 喷墨打印机具有打印质量较高 体积小 噪声低的特点, 喷墨打印机的打印质量优于针式打印机, 但是需要经常更换墨盒 系统软件 1. 操作系统 3.5 微型计算机的软件系统 科学出版社职教技术出版中心 操作系统 (Operating System, 简称 OS) 是一管理电脑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 文件管理 目前微型计算机上常见的操作系统有 DOS OS/2 UNIX XENIX LINUX Windows Netware 等

52 44 大学计算机应用基础 ( 上册 ) (1)Windows 操作系统 Windows 操作系统是由美国 Microsoft 公司推出的一种窗口式的操作环境 Windows 是一个完整的图形界面 (Graphical User Interface,GUI) 操作系统, 开机后自动启动运行 Windows 在 DOS 中, 命令是以字符形式输入的 ; 而在 Windows 操作系统中, 只需要从屏幕上选择相应的图标 (icon) 或从菜单中选择相应的命令即可 Windows 的应用程序都具有图标 对话框 菜单和窗口, 学习起来比较容易掌握 Windows 操作系统具有多任务处理功能, 它可以同时运行多个应用程序, 是一个多任务 (Multitasking) 的操作系统 例如, 在 Windows 操作系统中, 在打印机工作的时候, 可以同时进行其他的工作, 如编辑稿件 浏览网页, 而无须等到打印结束 以前的 DOS 系统是一个单任务的操作系统, 在 DOS 环境中, 如果正在打印文件, 用户只能等到打印任务完成才能进行其他的工作 Windows 操作系统支持多媒体技术, 它把实现多媒体技术的各种程序融合在操作系统中, 如 CD 播放器 (CD Player) 和录音机 (Sound Recorder) 等 在用户配置了相应的硬件设置后,Windows 操作系统就可以对声音 图像 视频等各种信息进行处理 目前微型计算机使用的正版软件大多数来自国外, 不具备处理汉字的能力 为了更有效地利用计算机的软硬件资源和符合我国计算机用户的使用习惯, 需要增加汉字的处理能力 一般将汉字处理模块嵌入操作系统, 使它成为操作系统的组成部分, 由操作系统直接管理, 可常驻内存, 从而使汉字处理模块与系统软件连接, 这是应用最广泛的一种 另一种方法是在使用西文软件时加上中文操作系统, 计算机就具有处理汉字的能力 中文版的 Windows 操作系统就是在 Windows 源代码的基础上汉化的, 在计算机内部采用双字节处理方式, 因此中文版的 Windows 操作系统可以输入 处理和输出汉字 (2) 网络操作系统网络操作系统 (Network Operating System) 是网络的心脏和灵魂, 是面向网络计算机提供服务的特殊操作系统 网络操作系统具有较好的安全性, 可以设置和管理每个用户的访问权限 早期使用的 Windows 95/98 网络操作系统可以创建对等网, 实现共享文件和共享打印机的简单网络功能 目前流行的 Windows 2003/2008 Server 网络操作系统具有更高 更灵活的安全设置, 新增了大量的硬件驱动, 支持即插即用, 支持更多的内存和处理器及群集, 比较适合用于大型企业网络和对数据库要求比较高的网络环境 2. 语言处理程序计算机只能执行机器语言程序, 用汇编语言或高级语言编写的程序 ( 称为源程序 ), 计算机是不能识别和执行的 因此, 必须配备一种工具, 它的任务是把用汇编语言或高级语言编写的源程序翻译成机器可执行的机器语言程序, 这种工具就是 语言处理程序 语言处理程序包括汇编程序 解释程序和翻译程序

53 第 3 章计算机系统的组成与原理 45 (1) 汇编程序 汇编程序是把用汇编语言写的汇编语言源程序翻译成机器可执行的由机器语言表 示的目标程序的翻译程序, 其翻译过程叫汇编 (2) 解释程序 解释程序接受用某种程序设计语言 ( 比如 Basic 语言 ) 编写的源程序, 然后对源程 序中的每一个语句靛句进行解释并执行, 最后得出结果 也就是说, 解释程序对源程序是一边翻译, 一边执行 所以, 它是直接执行源程序或源程序的内部形式的, 它并不产生目标程序 解释程序执行的速度要比编译程序慢得多, 但占用内存较少, 对源程序错误的修改也较方便 (3) 编译程序编译程序是将用高级语言所编写的源程序翻译成与之等价的用机器语言表示的目标程序的翻译程序, 其翻译过程称为编译 编译程序与解释程序的区别在于, 前者首先将源程序翻译成目标代码, 计算机再执行由此生成的目标程序 ; 而后者则是检查高级语言书写的源程序, 然后直接执行源程序所指定的动作 一般而言, 建立在编译基础上的系统在执行速度上都优于建立在解释基础上的系统 但是, 编译程序比较复杂, 这使得开发和维护费用较大 ; 相反, 解释程序比较简单, 可移植性也好, 缺点是执行速度慢 应用软件 应用软件是指为某一领域的应用需要而开发的应用程序 根据需要, 可以在微型计算机上安装和使用多种应用软件, 如文字处理软件 媒体播放软件 图形图像处理软件 财务报表软件 游戏软件等 1. 应用软件的分类 对于应用软件目前还没有一个科学标准的分类, 通常按照软件的使用领域的不同, 可以把他们划分为系统类 网络类 文本类 图形图像类 多媒体类等 下面分别介绍 : (1) 系统类应用软件系统应用软件主要包括系统维护与优化软件 磁盘和光盘管理软件等 例如, 常用于系统优化的 Windows 优化大师和超级兔子魔法设置 磁盘分区管理工具 Partition Magic 硬盘备份工具 Symantec Ghost 虚拟光驱 Daemon Tools 等 (2) 网络类应用软件 Internet 的蓬勃发展带动了网络类应用软件的迅速成长, 各种各类的网络软件层出不穷 比如进行网络即时通信的聊天工具腾讯 QQ 客户端邮件处理工具 Foxmail 多功能文件上传下载工具 CuteFTP Pro 用于书写网络日记的 Blog 等 (3) 文本类应用软件文本类应用软件包括对电子图书的阅读 基本的文本编辑和文字处理 文本内码转 科学出版社职教技术出版中心

54 46 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 换工具等 主要包括 Word PDF 文档阅读器 Adobe Reader 文本编辑器 UltraEdit-32 常用内码转换工具南极星全球通等 (4) 图形图像类应用软件图形图像类软件包括有对图形图像进行创建和编辑的常用软件 PhotoShop Gif 动画制作工具 Ulead Gif Animator 抓取图片工具 HyperSnap-DX 大量图片的查看和管理编辑工具 ACDSee 豪杰大眼睛等 (5) 多媒体类应用软件多媒体类应用软件主要包括媒体的音频 视频播放和文件格式的转换 比如网络多媒体播放工具 RealOne Player 音频播放工具千千静听 数字音乐编辑和 MP3 制作软件 Cool Edit Pro 等 除了上面介绍的常用软件类别外, 还有许多其他的应用软件类, 如行业类 网络安全类 编程类 游戏类等 2. 常用办公软件介绍 (1) 文字处理软件常用的字处理软件有微软的 Word 应用软件, 金山公司的 WPS 应用软件 它们都是基于 Windows 平台的字处理软件 其中,Word 的功能强大, 使用者居多数, 接下来以 Word 2003 为例来简单介绍 1)Word 2003 的功能特点 Word 2003 是目前比较流行且功能强大的文字处理及排版软件, 是 Office 2003 办公软件的重要组件之一, 常用于办公中的文字编辑处理 插图等工作 其主要特点如下 1 图文表混排 在 Word 2003 文档中可以实现图 文 表混合排版 例如, 可以在文档中插入图形 图片 艺术字和表格等对象, 并且对它们进行编辑操作 2 智能化菜单命令 Word 具有许多智能型功能, 如拼写检查 自动更正 自动创建目录等, 使文档的编辑排版更加快捷 3 文档的一致性 Word 2003 利用样式来存储文档的字体 段落等格式, 在文档编辑过程中可反复使用这些样式, 从而达到文档的一致性 另外, 在 Word 2003 中还可以建立模板文件, 用来自动设置某一类型文档的框架, 从而可利用该文档框架建立许多同类型的文档 4 新型剪贴板 Word 2003 的剪贴板允许用户从一个或多个文档 电子邮件 Web 页面 演示文稿或其他文档中方便地复制最多 24 个文件, 并且能一次性全部粘贴 Word 2003 剪贴板中的内容可以在不同的 Office 应用程序之间进行移动和复制操作 2) 认识 Word 2003 主窗口语言处理程序 Word 2003 的界面由标题栏 菜单栏 工具栏 标尺 编辑区 任务窗格和状态栏等部分组成, 如图 3-19 所示

55 第 3 章计算机系统的组成与原理 47 标题栏 常用工具栏 菜单栏 标尺 格式工具栏 任务窗格 插入点 编辑区 状态栏 视图切换按钮 图 3-19 Word 2003 主窗口 (2) 电子表格处理软件 Microsoft Excel 是一种数据处理系统和报表制作工具, 只要将数据输入到按规律排列的单元格内, 便可利用多种公式或函数进行算术和逻辑运算, 分析汇总各单元格中的数据信息, 并且可以把相关数据用统计图表的形式表示出来 由于 Excel 具有操作简单 函数类型丰富 数据更新及时等特点, 因此在财务 统计 经济分析等方面都得到了广泛的应用 1) 认识 Excel 2003 窗口 执行 开始 所有程序 Microsoft Office Microsoft Office Excel 2003 命令, 启动 Excel 2003, 窗口界面如图 3-20 所示 活动单元格名称活动单元格列标行号工作表标签 图 3-20 Excel 2003 窗口界面 编辑框 工作表区域 科学出版社职教技术出版中心 从图 3-20 中可以看到,Microsoft Excel 窗口环境与 Word 类似, 也有标题栏 菜单 栏和工具栏 此外窗口还主要包括以下 4 部分 1 名称框 也可称作活动单元格地址框, 用来显示操作对象 ( 活动单元格或单元格区域 ) 的地址或名称, 例如 B3 单元格 还可以利用名称框对单元格或单元格区域进行命名

56 48 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 2 编辑框 编辑框包含一个编辑文本框和 取消 输入 及 插入函数 按钮 编辑框用于输入 显示和编辑活动单元格中的数据和公式 3 个操作按钮在 Excel 启动后是看不到的, 只有对编辑框进行操作时, 它们才显示出来 3 工作表标签 工作表标签用于标识当前的工作表位置和工作表名称 通常 Excel 默认显示 3 个工作表标签, 当工作表数量较多时, 可以使用其左侧的浏览按钮进行查看 4 工作表区域 工作表区域用以记录数据, 所有数据都将存放在这个区域中进行编辑和处理 2)Excel 2003 的基本概念 1 工作簿 工作簿是 Microsoft Excel 中计算和存储数据的文件, 通常所说的 Excel 文件是指工作簿文件 一个工作簿是由若干张工作表组成 ( 默认为 3 个 ), 在一个工作簿中所包含的工作表都以标签的形式排列在 Excel 窗口的底部, 当需要进行工作表切换的时候, 只要用鼠标单击相应的工作表名称即可 工作簿是储存在磁盘上的 Excel 文件, 它的扩展名是 xls 2 工作表 工作表用于组织和分析数据, 它由 个单元格组成, 工作表的默认名称是 SheetX(X 是 1,2,3 n) 在 Excel 中, 工作簿和工作表的关系就像是日常的账簿和账页之间的关系 一个账簿可由多个账页组成, 一个账页可以反映某月的收支账目 3 单元格 单元格是 Excel 组织数据的最基本单元 每个单元格都是工作表区域内行与列的交点 工作表中的行号用数字来表示, 即 1,2,3,,65 536; 列号用 26 个英文字母及其组合来表示, 即 A,B,,AA,AB,,IV 在 Excel 中, 单元格是通过位置来标识的, 即由该单元格所在的列号和行号组成, 称为单元格地址 需要注意的是, 单元格地址列号在前, 行号在后 例如, 单元格 B3 表示 B 列第 3 行单元格 一个单元格地址唯一确定一个单元格 由多个单元格构成的工作区域称为单元格区域, 表示单元格区域的方法见表 3-4 表 3-4 单元格区域的表示方法 地址表示区域 C6:C22 A5:F11 Sheet2!A5:F11 表示当前工作表的 C 列中的第 6~22 行的单元格 表示当前工作表以 A5 和 F11 为对角的矩形区域 表示 Sheet2 工作表中 A~F 列的 5~11 行的单元格 (3) 演示文稿制作软件 PowerPoint 2003 是 Microsoft 公司推出的办公软件 Office 2003 系列中的一个组件 PowerPoint 可以帮助用户制作出图文并茂 生动美观 极富感染力的演示文稿 制作完毕后, 还可以通过计算机屏幕 Internet 黑白或彩色投影仪等将其发布出来 因此, 演示软件被广泛应用于教师上课 学生的论文答辩 公司的产品发布等场合, 成为人们进行信息交流的重要工具

57 第 3 章计算机系统的组成与原理 49 1) 常用视图介绍 PowerPoint 2003 提供了 6 种视图模式 : 普通视图 大纲视图 幻灯片视图 幻灯片浏览视图 幻灯片放映视图和备注页视图 最常使用的两种视图是普通视图和幻灯片浏览视图 位于工作窗口左下角的 3 个视图按钮, 提供了对演示文稿不同视图方式的切换操作, 如图 3-21 所示 幻灯片窗格 大纲 / 幻灯片浏览视图 任务窗格 备注窗格 绘图 工具栏 视图切换按钮 状态栏 图 3-21 PowerPoint 2003 的工作界面 1 普通视图 ( ) PowerPoint 启动后就直接进入普通视图方式, 如图 3-21 所示, 窗口被分成 3 个区域 : 幻灯片窗格 大纲窗格和备注窗格 拖动窗格分界线, 可以调整窗格的尺寸 使用大纲窗格, 可以查看演示文稿的标题和主要文字, 它为制作者组织内容和编写大纲提供了简明的环境 幻灯片的 大纲视图 如图 3-22 所示 科学出版社职教技术出版中心 图 3-22 大纲视图

58 50 大学计算机应用基础 ( 上册 ) 在幻灯片窗格中, 可以查看每张幻灯片的整体布局效果, 包括版式 设计模板等 ; 还可以对幻灯片内容进行编辑, 包括修饰文本格式, 插入图形 声音 影片等多媒体对象, 创建超级链接及自定义动画效果 在该窗格中一次只能编辑一张幻灯片 幻灯片的 幻灯片视图 如图 3-23 所示 图 3-23 幻灯片视图使用备注窗格, 可以添加或查看当前幻灯片的演讲备注信息 备注信息只出现在这个窗格中, 在文稿演示中不会出现 2 幻灯片浏览视图 ( ) 该视图方式将当前演示文稿中所有幻灯片以缩略图的形式排列在屏幕上, 如图 3-24 所示 通过幻灯片浏览视图, 制作者可以直观地查看所有幻灯片的情况, 也可以直接进行复制 删除和移动幻灯片的操作 当前选中的幻灯片 播放动画图标 幻灯片顺序号 图 3-24 幻灯片浏览视图

59 第 3 章计算机系统的组成与原理 51 3 幻灯片放映视图 ( ) 在创建演示文稿的过程中, 制作者可以随时通过单击 幻灯片放映视图 按钮启动幻灯片放映功能, 预览演示文稿的放映效果 需要注意的是, 使用 幻灯片放映视图 按钮播放的是当前幻灯片窗格中正在编辑的幻灯片 2) 制作演示文稿的方法 通常制作一份演示文稿包括 3 个方面的内容 : 选择模板 确定版式 输入内容 1 选择模板 选择模板就是通过选择的模板文件为制作的幻灯片确定统一风格的背景图案, 系统提供了上百种模板文件, 也可以选择空白模板或自定义模板, 模板文件的扩展名为 pot 2 确定版式 确定版式就是为每张幻灯片明确各种对象的布局, 系统预先设计了 28 种版式提供选择, 也可以直接选用空白版式, 然后通过添加文本框的方法设计版式 3 输入内容 输入内容就是制作具体的幻灯片 在系统提供的幻灯片中, 其中的虚线框称为占位符 选择不同的版式, 系统提供不同形式的占位符, 可以根据其中的提示在占位符中输入文字 插入图片 制作表格等 1. 填空题 3.6 习题 (1) 计算机系统由 和 组成 (2) 按照其对硬件的依赖程度, 通常把程序设计语言分为 3 类 : 即 和 (3) 代表计算机能完成的一种基本操作的二进制代码称为 一类计算机能够识别的所有指令的集合称为 (4)CPU 主要由 和 组成, 通常集成在一块芯片上, 是计算机系统的核心设备 (5) 按存取方式来分, 主存又分为 和 (6) 硬盘存储器由 和 组成 (7) 根据光盘的性能不同, 光盘可分为 和 ( 8 ) 衡量显示器性能的主要参数指标有 和 科学出版社职教技术出版中心

60 52 大学计算机应用基础 ( 上册 ) (9) 打印机按工作原理可分为 和 两类 (10)PowerPoint 2003 提供了 6 种视图模式 : 即 和 2. 问答题 (1) 简述冯 诺依曼计算机的特点 (2) 简述衡量计算机性能的主要指标 (3) 简述 Word 2003 的功能特点