上篇讲 名师精讲，夯实基础

第一章 计算机科学技术基础

第一节 计算机基础知识

1.1 计算机的发展、特点、分类和应用

1.1.1 计算机的发展

以使用的基本逻辑元件为标志，可将计算机的发展划分为以下4个阶段。

1．第一代：电子管计算机时代（1946—1957年）

（1）采用电子管制作基本逻辑部件，体积大、耗电量大、寿命短、可靠性差、成本高。

（2）采用水银延迟电路或电子射线管作为存储部件，容量很小，后来外存储器使用了磁鼓存储信息，扩充了存储容量。

（3）输入输出设备落后，还没有系统软件，只能用机器语言和汇编语言编程。

（4）主要用于科学计算。

1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生的第一台计算机ENIAC属于第一代计算机。

2．第二代：晶体管计算机时代（1958—1964年）

（1）采用晶体管制作基本逻辑部件，与第一代计算机相比，体积较小、重量减轻、能耗降低、制作成本下降，计算机的可靠性和运算速度得到了提高。

（2）普遍采用磁芯作为主存储器，采用磁盘/磁鼓作为外存储器，存储容量有了提高。

（3）开始有了系统软件，提出了操作系统的概念，出现了如FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级程序设计语言。

（4）应用领域扩大到数据处理、事务管理和工业控制等方面。

3．第三代：中小规模集成电路计算机时代（1965—1969年）

（1）采用中、小规模集成电路制作各种逻辑部件。

（2）采用半导体存储器作为主存，存储容量大幅度提高，增强了系统的处理能力。

（3）系统软件有了很大发展，出现了分时操作系统，使多用户可以共享计算机软硬件资源。

（4）采用结构化程序设计。

（5）应用领域和普及程序迅速扩大，除用于科学计算、自动控制和数据处理外，还用于处理图形、图像及文字资料等方面。

集成电路使计算机体积更小、质量更轻、耗电更省、寿命更长、成本更低、运算速度更快。

4．第四代：大规模和超大规模集成电路计算机时代（1970年至今）

（1）基本逻辑部件采用大规模或超大规模集成电路。

（2）半导体存储器因集成度不断提高，容量越来越大，外存广泛使用软硬磁盘和光盘。

（3）各种输入输出设备相继出现，软件产业高度发展。

（4）多媒体技术应用于计算机，集图像、图形、声音、文字处理于一体，广泛应用于社会各个领域。

1.1.2 计算机的特点

1．快速的运算能力

电子计算机的工作基于电子脉冲电路原理，由电子线路构成其各个功能部件，其中电磁场的传播扮演主要角色。由于电磁场传播的速度很快，所以现在高性能计算机每秒能进行几百亿次的加法运算。如果一个人在一秒钟内能完成一次运算，那么一般的电子计算机一小时的工作量，一个人得做100多年。

2．足够高的计算精度

理论上，电子计算机的计算精度不受限制，一般的计算机均能达到15位有效数字，通过一定的技术手段，可以实现任何精度要求。

3．超强的记忆能力

计算机中有许多存储单元，用于记忆信息。内部记忆能力是电子计算机和其他计算工具的一个重要区别。由于具有内部记忆信息的能力，在运算过程中就可以不必每次都从外部取数据，而只需事先将数据保存到内部的存储单元中，运算时可直接从存储单元中获得数据，从而大大提高了运算速度。

4．复杂的逻辑判断能力

人是有思维能力的。思维能力本质上是一种逻辑判断能力，也可以说是因果关系分析能力。借助于逻辑运算，可以让计算机作出逻辑判断，分析命题是否成立，并可根据命题成立与否作出相应的对策。例如，数学中著名的“四色问题”，说是不论多么复杂的地图，使相邻区域颜色不同，最多只需4种颜色就够了。100多年来不少数学家一直想去证明它或者推翻它，却一直没有结果，成了数学中著名的难题。1976年，两位美国数学家使用计算机进行了非常复杂的逻辑推理，终于验证了这个著名的猜想。

5．程序控制方式

现代计算机使用存储程序控制原理工作，该原理由冯·诺依曼提出。一般的机器是由人控制的，人给机器一条指令，机器就能完成一个操作。计算机的操作也是受人控制的，但由于计算机具有内部存储能力，可以将指令事先输入到计算机存储起来，在计算机开始工作以后，从存储单元中依次去取指令，用来控制计算机的操作，从而使人们可以不必干预计算机的工作，实现操作的自动化。这种工作方式称为程序控制方式，即存储程序控制。

1.1.3 计算机的分类

计算机的分类很多，一般可以从下面几个方面来划分。

（1）从计算机规模来分：可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。

（2）从信息表现形式和被处理的信息来分：可分为数字计算机（数字量、离散的）、模拟计算机（模拟量、连续的）、数字模拟混合计算机。

（3）按照用途分来：可分为通用计算机和专用计算机。

（4）按采用操作系统来分：可分为单用户机系统、多用户机系统、网络系统和实时计算机系统。

（5）从字长来分：可分为4位、8位、16位、32位和64位计算机。

（6）按厂家分：可分为原装机和兼容机。

（7）按CPU分：可分为386、486、586、PⅡ、PⅢ和PⅣ计算机等。

（8）按主机形式分：可分为台式机、便携机、笔记本式机和手掌式机。

1.2 计算机系统

美籍匈牙利科学家冯·诺依曼对计算机的发展作出了巨大贡献，他提出了“程序存储、程序控制”的设计思想，同时指出计算机的构成包括以下几个方面：

（1）由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了五大部件的基本功能，如图1—1所示。

（2）计算机内部采用二进制表示数据和指令。

（3）采用程序存储、程序控制技术（将程序事先存入主存储器中，计算机在工作时能在不需要操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令并加以执行）。现代意义的计算机系统由计算机硬件系统及软件系统两大部分构成，如图1—2所示。

①计算机硬件：是计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种部件和设备的总称，是计算机完成各项工作的物质基础，是计算机系统中的实际装置，是构成计算机的看得见、摸得着的物理部件。总之，它是计算机的“躯壳”。

②计算机软件：是指计算机所需的各种程序及有关资料。它是计算机的“灵魂”。

1.2.1 计算机的特点

计算机硬件系统由中央处理器（由运算器和控制器组成，简称CPU）、存储器、输入设备和输出设备组成。

1．中央处理器

运算器和控制器合在一起称为中央处理器（Central Processing Unit, CPU）。在微型计算机中，运算器和控制器一般集成在一块芯片上，制成大规模集成电路。因此，CPU常常又被称为微处理器。

运算器也称为算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit, ALU），用于执行所有的算术和逻辑运算指令。计算机最主要的工作是运算，大量的数据运算任务都是在运算器中进行的。

控制器负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向整机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。

CPU与寄存器通过内部数据总线相互连接，并通过系统总线（数据总线、地址总线、控制总线）同主存储器和外部设备进行数据交换。人们所说的286、386、486、586，指的就是计算机相应的CPU型号分别是80286、80386、80486、80586。

2．存储器

存储器是计算机的记忆部件，它的功能是存储程序和数据。存储器的分类有以下几种方法：

（1）按存储器能否直接与CPU交换信息来划分，可分为主存储器和辅助存储器。

（2）按存储介质的材料及器件的不同，可分为磁介质存储器、半导体存储器以及激光光盘存储器。

（3）按存取方式的不同，存储器可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。RAM的特点是存储器中每个单元的内容可随时读出和写入，且对任一存储单元进行读写操作所需的时间是一样的，关机后RAM中的信息消失。ROM一旦存入了信息，在程序执行的过程中，只能读出其中的信息，不能随意写入信息，关机后信息不消失。

3．输入设备

输入设备用来接收用户输入的原始数据和程序，并将它们转换为计算机可以识别的二进制形式存放在内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪和磁盘机等。

4．输出设备

输出设备与输入设备相反，是将存放在内存中由计算机处理的结果转换为人们所能识别的形式的设备，它由输出装置和输出接口电路组成。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、磁盘机和磁带机等。

1.2.2 计算机软件系统概述

计算机软件系统是程序和程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档集合。软件内容丰富、种类繁多，根据软件用途可将其分为系统软件和应用软件两大类。

1．系统软件

系统软件是指控制计算机的运行、管理计算机的各种资源并为应用软件提供支持和服务的一类软件，是保证计算机系统正常工作必须配备的基本软件。系统软件通常包括操作系统、语言处理程序和各种服务性程序。

（1）操作系统。

操作系统是系统软件的核心，是现代计算机的必备软件。它对计算机所有资源进行统一管理，使计算机的使用变得方便简捷。操作系统具有5项功能：处理机管理、文件管理、作业管理、设备管理、存储管理。

按功能分，操作系统可分为实时操作系统和作业处理系统两大类。

（2）语言处理程序。

语言处理程序指的是支持各种计算机语言工作的处理程序，如解释程序和编译程序等。

所谓解释程序是高级语言翻译程序的一种，它将源语言（如BASIC）书写的源程序作为输入，解释一句后就提交计算机执行一句，并不形成目标程序。就像外语翻译中的“口译”一样，说一句翻一句，不产生全文的翻译文本。这种工作方式非常适合于人通过终端设备与计算机会话，如在终端上打一条命令或语句，解释程序就立即将此语句解释成一条或几条指令并提交硬件立即执行且将执行结果反映到终端，从终端把命令打入后，就能立即得到计算结果。这的确是很方便的，很适合于一些小型机的计算问题。但解释程序执行速度很慢，例如源程序中出现循环，则解释程序也重复地解释并提交执行这一组语句，这就造成很大浪费。

而编译指的是把用高级程序设计语言书写的源程序，翻译成等价的计算机汇编语言或机器语言书写的目标程序的翻译程序。编译程序属于采用生成性实现途径实现的翻译程序。它以高级程序设计语言书写的源程序作为输入，而以汇编语言或机器语言表示的目标程序作为输出。编译出的目标程序通常还要经历运行阶段，以便在运行程序的支持下运行，加工初始数据，算出所需的计算结果。编译程序的实现算法较为复杂。这是因为它所翻译的语句与目标语言的指令不是一一对应关系，而是一多对应关系；同时也因为它要处理递归调用、动态存储分配、多种数据类型，以及语句间的紧密依赖关系。但是，由于高级程序设计语言书写的程序具有易读、易移植和表达能力强等特点，编译程序广泛地用于翻译规模较大、复杂性较高且需要高效运行的高级语言书写的源程序。

为使计算机能按人们的要求进行工作，仅输入数据是不够的，还要告诉计算机怎样处理这些数据。计算机能识别并执行的信息符号代码的指令集合称为计算机语言。计算机语言可以分为机器语言、汇编语言和高级语言3类。

①机器语言：计算机发展初期使用的语言，它采用二进制编码，能被CPU直接执行，用它编写的程序运行速度快、节省内存空间，但不易读懂、不易修改。

②汇编语言：用人们熟悉的英文助记符和十进制数代替二进制代码，但计算机不能识别英文助记符和十进制数，所以计算机不能直接执行汇编语言，必须通过汇编程序把汇编语言翻译成机器语言，计算机才能执行。汇编语言和机器语言都属于低级语言。

③高级语言：高级语言和自然语言差不多，计算机不能直接执行，必须通过翻译程序（解释程序或编译程序）翻译成机器语言才能执行。

（3）服务性程序。

服务性程序是指协助用户进行软件开发和硬件维护的软件，如各种开发调试工具软件、编辑程序、诊断程序等。

2．应用软件

应用软件是在系统软件基础上为解决用户的具体问题，面向某个领域而设计的软件，因此，又分为通用软件和专用软件。

通用软件在某一领域内通用，包括字处理软件、报表处理软件、地理信息软件、网络软件、游戏软件、企业管理软件、多媒体应用软件、辅助设计与辅助制造（CAD/CAM）软件、信息安全软件以及其他通用软件。按目标群体应用分类，通用软件亦可分为个人消费类、商业应用类通用软件。而专用软件则为针对企业某一具体需求而开发的软件。

也可以按照软件的授权对软件进行分类。不同的软件一般都有对应的软件授权，软件的用户必须在同意所使用软件的许可证的情况下才能够合法地使用软件。从另一方面来讲，特定软件的许可条款也不能够与法律相抵触。

依据许可方式的不同，大致可将软件区分为几类：

专属软件：此类授权通常不允许用户随意地复制、研究、修改或散布该软件。违反此类授权通常会有严重的法律责任。传统的商业软件公司会采用此类授权，例如微软的Windows和办公软件。专属软件的源码通常被公司视为私有财产而予以严密的保护。

自由软件：此类授权正好与专属软件相反，赋予用户复制、研究、修改和散布该软件的权利，并提供源码供用户自由使用，仅给予些许的其他限制。以Linux、Firefox和OpenOffice可作为此类软件的代表。

共享软件：通常可免费地取得并使用其试用版，但在功能或使用期间上受到限制。开发者会鼓励用户付费以取得功能完整的商业版本。

免费软件：可免费取得和转载，但并不提供源码，也无法修改。

公共软件：原作者已放弃权利，著作权过期，或作者已经不可考究的软件。使用上无任何限制。

1.2.3 计算机硬件系统概述

1．CPU的结构与原理

目前，所使用的计算机都是基于数学家冯·诺依曼提出的“存储程序控制”的原理进行工作的，即一个问题的求解步骤（程序）连同它处理的数据都使用二进制表示，并预先存放在存储器中。计算机工作时，CPU从内存取出指令和数据，按指令的规定对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。

冯·诺依曼计算机的基本工作原理另一说法是：①存储程序。程序和数据预先存放在存储器内。②程序控制。计算机工作时，CPU依次从存储器中取出一个程序中的各条指令（取指令），对指令的功能进行分析（指令译码），按指令的功能从内存取出数据（取数），对数据进行运算处理（运算）并保存运算结果，直到取到并执行了停机指令为止。至此完成程序的一次运行。

程序是一个指令序列。指令是可以被计算机理解并执行的基本操作命令。指令与数据的存储运行和运算都采用二进制编码形式。

微程序是实现程序的一种手段，具体就是将一条机器指令编写成一段微程序。每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一条或多条微操作。在有微程序的系统中，CPU内部有一个控制存储器，用于存放各种机器指令对应的微程序段。当CPU执行机器指令时，会在控制存储器里寻找与该机器指令对应的微程序，取出相应的微指令来控制执行各个微操作，从而完成该程序语句的功能。微程序设计技术，指的是利用软件技术来实现硬件设计的一门技术。

CPU的任务是执行系统程序或应用程序中的指令。

CPU的组成部件包括运算器、控制器和寄存器组，有的还有快速缓存。

运算器是执行单元，对数据进行各种算术运算和逻辑运算。运算器也称为算术逻辑部件（ALU）。

控制器用来取指令，解释指令的含义（指令译码）产生控制其他部件的操作控制信号，记录内部状态。控制器是CPU的指挥中心。它有一个指令计数器，用来存放CPU正在执行的指令的地址；还有一个指令寄存器，它用来保存当前正在执行的指令，通过译码器解释该指令的含义。

寄存器组临时存放参加运算的数据和得到的中间结果。运算的数据结果状态以及部分中间状态由寄存器组的状态寄存器临时保存。

高速缓冲存储器（Cache，简称缓存、快存）的读写速度几乎与CPU一样快。当计算机执行程序时，数据与地址管理部件预测可能需要的数据和指令，并将这些数据和指令预先从主存读出送到Cache。一旦需要时，首先检查Cache，若有就从Cache中读取，若无再访问主存。Cache中的数据只是主存很小一部分内容的映射（副本），将主存储器中的信息调入Cache的操作，是在主板芯片组的控制下自动完成的。

命中率是指CPU需要的指令或数据在Cache中能直接找到的概率。命中率是Cache的一个重要指标。一般说来，Cache容量越大，访问Cache的命中率就越高，对提高系统速度的贡献越大。

CPU的性能主要体现为它的运算速度。度量CPU运算速度的传统方法是看它每秒钟能执行多少条指令。以单字长定点指令的平均执行时间来衡量，单位是MIPS（Million Instructions Per Second）；以单字长浮点指令的平均执行速度来衡量，单位是MFLOPS（Million FLoating Instructions Per Second）。

CPU的运算速度与CPU的工作频率、Cache容量、指令系统、运算器的逻辑结构有关。

CPU主频（CPU的内部频率）是CPU内部数据传输和指令执行的每一步所占用的时间的倒数（单位：MHz、GHz）。当然，主频越高，CPU的处理速度就越快。

CPU总线频率（CPU的外部频率）是CPU和外界交换数据的工作频率。单位一般为MHz或者GHz。

寄存器、运算器的位数越多，CPU可同时运算的二进制数就越多，运算的速度就越快。

2．指令和指令系统

程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位。

指令是一种使用二进制表示的命令，它用来规定计算机执行什么操作以及操作对象所在的位置。

一般情况下，指令由两个部分组成：①操作码，指出计算机应执行何种操作的一个命令词，例如，加、减、乘、除、取数、存数等。每一种操作均有各自的代码，称为操作码。②操作数，指出该指令所操作（处理）的数据或者数据所在位置。操作数地址可能是1个、2个甚至多个，可以是寄存器或内存储器单元地址，这需要由操作码决定。

机器语言程序是用指令系统中的指令编写的可执行程序。它是CPU唯一可以识别的程序语言。用机器指令编写的程序中，每一条指令都可以直接被控制器译码产生执行指令所需的控制信号。

一个CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统或指令组。每一种不同类型的CPU都有它自己独特的一组指令。

指令系统中有数以百计的不同指令。例如：算术运算指令、逻辑运算指令；数据传送指令、移位指令；位（位串）操作指令；控制转移指令；输入/输出指令等。

指令的执行过程大致如下：①CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器。②指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里。③根据操作数的位置（地址）取出操作数。④运算器按照操作码的要求，对操作数完成规定的运算，并根据运算结果修改或设置处理器的一些状态标志。⑤把运算结果保存到指定的寄存器或者内存单元。⑥修改指令计数器，决定下一条指令的地址。

每种类型的CPU都有自己的指令系统，某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他计算机上运行，这个问题称之为计算机的“兼容性”问题。

3．主板、芯片组和BIOS

PC机由机箱、显示器、键盘、鼠标器等组成。机箱内包含主板、硬盘、软驱、光驱、电源、风扇等。主板上安装有CPU、内存、总线、芯片组、I/O控制器等部件。

（1）主板。

主板又称母板，在主板上通常安装有CPU插座（或插槽）、CPU调压器、芯片组、第二级高速缓存（有些已做在CPU中）、存储器插座（SIMM或DIMM）、总线插槽、超级1/O芯片、I/O端口、BIOS ROM、时钟/CMOS、电池等。主板物理尺寸有标准（如ATX规格），一般情况下，生产厂家必须遵循。

I/O扩充卡也称I/O适配器，负责CPU和I/O设备电气性能的适配，以及相关设备的控制。I/O扩充卡种类（适配器）各种各样，常见有网卡（连接网线）、显示卡（连接显示器）、声音卡（连接话筒、音箱）、视频卡（连接摄像头）。

扩充卡一方面通过印刷板插头插在主板的ISA或PCI总线插槽上，另一方面提供I/O端口连接外部设备。相关设备的控制一般由专用的微处理器实现。许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上（例如，软盘、硬盘、串行口、并行口、声音、图形显示、网络连接等控制电路都可以集成在主板上）。

主板上还有两个特殊的集成电路：只读存储器（ROM）和CMOS存储器。只读存储器（ROM）用来存放基本输入/输出系统（BIOS）。CMOS存储器存放用户对计算机硬件所设置的一些参数（称为“配置信息”），包括当前的日期和时间等。CMOS存储器使用电池供电，是非易失性存储器，即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息以及时钟停走。

（2）芯片组。

芯片组是PC机各组成部分的枢纽，主板上的所有控制功能几乎都集成在芯片组内，它既实现了PC机系统总线的功能，又提供了各种I/O接口及相关的控制。

芯片组的作用：①集中了主板上几乎所有的控制功能，把以前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。②提供CPU的系统时钟及各种与其同步的时钟，决定主板上所能安装的内存最大容量、速度及可使用的内存条的类型。

芯片组在一定意义上决定了主板的级别和档次。不同类型的CPU使用不同的芯片组。芯片组一般由2—4块超大规模集成电路组成。

基本输入/输出系统（Basic Input/Output System）是操作系统的最底层部分的可执行程序代码，具有启动计算机、诊断计算机故障及控制基本输入输出操作的功能。

（3）BIOS。

BIOS存放在只读存储器芯片（ROM）中，一般情况下是不能被修改的，俗称为BIOS芯片。BIOS主要包含4部分的程序：①加电自检程序（Power On Self Test, POST），用于检测计算机硬件故障；②系统自举程序，启动计算机；③CMOS设置程序，设置系统参数；④基本外部设备驱动程序，实现键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制程序。

①POST程序。

POST（加电自检）程序测试系统各部件的工作状态是否正常，从而决定计算机的下一步操作。

②系统自举程序。

系统自举（装入）程序（在BIOS中）按照CMOS中预先设定的启动顺序，搜寻软、硬盘驱动器或CD-ROM驱动器，从中读出引导程序并装入到内存，然后将控制权交给引导程序，由引导程序继续安装操作系统。

③基本外围设备的驱动程序。

基本外围设备的驱动程序是键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外围设备的基本控制程序（称为“驱动程序”），也必须预先存放在ROM中，是BIOS的一个组成部分。

键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外围设备的基本控制程序（称为“驱动程序”）均预先存放在BIOS的ROM中。声卡、网卡、扫描仪、打印机等其他外围设备的驱动程序，可以在操作系统初步运行成功后再从硬盘上装载。有些外围设备控制器（例如显示卡）把驱动程序存放在适配卡的ROM中，PC机开机时，BIOS对扩展槽进行扫描，查找是否有自带ROM的适配卡。如果找到了带ROM的适配卡，卡上自带ROM中的设备驱动程序就被执行。

PC机的启动过程是：①接通电源时，自动执行BIOS中的POST程序，测试各部件的工作状态是否正常，按CMOS中的内容来识别硬件的配置，进行测试和初始化。（CPU、内存、ROM、主板、CMOS、显示卡、键盘、软驱和硬盘等）若有错，系统将不能继续工作。②执行自举（装入）程序。自举程序按照CMOS中预先设定的启动顺序，搜寻软、硬盘或CD-ROM，从中读出引导程序并装入到内存，然后将控制权交给引导程序，由引导程序继续安装操作系统。然后由操作系统控制使用计算机。

CMOS的作用是存放用户对计算机硬件所设置的一些参数（称为“配置信息”），包括：系统的日期和时间，系统的口令，系统中安装的软盘、硬盘驱动器的数目、类型及参数，显示卡的类型，Cache的使用状况，启动系统时访问外存储器的顺序等。CMOS中存放的这些信息非常重要，一旦丢失就会使系统无法正常运行，甚至不能启动。

4．内存储器

计算机中的存储器分为内存和外存两大类。内存（内存储器）的存取速度快而容量相对较小，它与CPU直接相连，用来临时存放等待CPU运行的程序和处理的数据。外存（外存储器）的存取速度较慢而容量相对很大，它与CPU并不直接连接，用于永久性地存放着计算机中几乎所有的信息。

计算机中各种内存储器和外存储器往往组成一个层状的塔式结构。

a．内存储器：主存储器（RAM和ROM）。

b．外存储器：外存储器，如软盘、硬盘、光盘、Flash存储器（闪存盘）；后备存储器，如磁带、光盘。

内存储器由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。半导体存储器芯片按照能否随机地进行读写，可分为两大类：随机存取存储器（Random Access Memory, RAM）和只读存储器（Read Only Memory, ROM）。

（1）RAM。

RAM（随机存取存储器）目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成，根据其保存数据的机理又可分为DRAM和SRAM两种。DRAM（动态随机存取存储器）芯片的电路简单，集成度高，功耗低，制造成本较低，但是它的速度较慢。一般使用于内存储器的主体部分（称为主存储器或主存，Main Memory或者简称MM）。SRAM（静态随机存取存储器）芯片的电路较复杂，集成度低，功耗较大，制造成本高，价格贵，但工作速度很快，一般适合用作高速缓冲存储器Cache。无论是DRAM还是SRAM，当关机或断电时，其中的信息都将随之丢失。这是RAM与ROM的一个很大区别。

（2）ROM。

ROM（只读存储器）目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成，是一种能够永久或半永久性地保存数据的存储器，即使断电（或关机）后，存放在ROM中的数据也不会丢失，所以也叫做非易失性存储器。

按照ROM的内容是否能（或怎样）改写，ROM又可分为以下几类：①Mask ROM（掩膜ROM），存储的数据由工厂在生产过程中一次形成，此后再也无法进行修改。②PROM（Programmable ROM），用户可使用专用装置写入一次信息，此后再也无法进行修改。③EPROM（Erasable Programmable ROM），用户可使用专用装置写入信息，也可以通过专用设备改写其中的信息。④EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory Memory，可电擦写），用户可写入信息，也可以改写其中的信息。⑤Flash ROM（快擦写ROM，或闪速存储器或闪存），这是一种新型的非易失性存储器，但它又可以像RAM一样快速方便地写入信息。

由于闪存芯片的存储容量大，易修改，因此在PC机中用于存储BIOS程序。它还广泛使用在手机、数码相机、数码摄像机、MP3、MP4、移动U盘等许多数码设备中。

在PC机中，高速缓冲存储器一般用静态随机存储器SRAM；主存储器用动态随机存储器DRAM;BIOS（存储器）采用掩膜ROM或Flash ROM；扩展板卡的BIOS（包括扩展板卡上的微处理器的程序）采用掩膜ROM或Flash ROM。

主存储器是由多片DRAM芯片组成的。它包含有大量的存储单元，每个存储单元可以存放1个字节。对所有存储单元顺序编码，每个存储单元都有一个唯一的地址，CPU按地址对存储器进行访问。

存储容量指存储器所包含的存储单元的总数，单位是MB（1MB=220字节）或GB（1GB=230字节）。

存取时间（Access Time）是在存储器地址被选定后，存储器读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入存储器）所需要的时间。单位是ns（1 ns=10-9秒）。

近几年在微机中比较流行的有SDRAM、DDRSDRAM、RDRAM。

SDRAM与CPU总线使用同一个时钟。最高数据读写速率（称为存储器的带宽）=（存储器数据通路宽度/8）×有效时钟频率。其中，数据通路宽度与系统总线的数据通路一样宽，均为64位，系统总线时钟频率为100MHz/133MHz（PC100/PC133）。数据传输率达到1GB/s左右。

DDRSDRAM（Double Data Rate SDRAM）是对标准SDRAM的改进，它利用存储器总线时钟的上升沿与下降沿在同一个时钟内实现两次数据传送，因此，有效时钟频率是SDRAM的两倍。最高数据读写速率（称为存储器的带宽）=（存储器数据通路宽度/8）×有效时钟频率。其中，数据通路宽度与系统总线的数据通路一样宽，均为64位。系统总线时钟频率为100MHz/133MHz时，DDRSDRAM有效时钟频率为200MHz/266MHz（称为PC200/PC266）。数据传输率达到2.1GB/s左右。

RDRAM（Rambus DRAM）是高性能存储器，它是一种窄通路系统，其数据通路只有16位宽。但RDRAM的速度却很快（可达400 MHz），并且在同一个时钟内实现两次数据传送，目前较少采用。

内存条按内存的封装方式和内存条插槽的规格分为单列直插式内存条模块（Single In-line Memory Modules，简称SIMM内存条）、双列直插式内存条模块（Double In-line Memory Modules，简称DIMM内存条）、Rambus内存条模块（Rambus In-line Memory Modules，简称RIMM内存条）。

（1）单列直插式内存条模块（简称SIMM内存条）。

焊装有若干内存芯片的一小条长方形印刷电路板，其下边沿有一排金属触点（引脚）。SIMM插槽两面的触点是连接在一起的，插入SIMM内存条后，其两面的引脚实际上就是一排引脚，故称为单列直插式（SIMM）。SIMM的引脚共72-pin（俗称7 2线），其中数据线宽度为3 2位（另有4位校验位）。由于奔腾处理器的数据线宽度为6 4位，故7 2线的SIMM内存条必须成对使用，即相同容量的2条作为一组安装。7 2线的SIMM内存条主要用于早期的奔腾机主板中。

（2）双列直插式内存条模块（简称DIMM内存条）。

其触点分布在内存条的两面，故称为双列直插式。焊装了SDRAM芯片的SDRAM内存条每一面有84个引脚，两面共有168个（也称为168-pin,168线）。它的数据线宽度为64位（另有8位校验位），每次可读写64位数据。可以单条使用，每条容量为64MB、128MB、256MB，工作频率有66MHz、100MHz、133MHz等。另一种新型的焊装了DDRSDRAM的DIMM内存条，它使用+2.5V电压且有184个引脚，与SDRAMDIMM的外形有区别。PC机主板上一般都配备有2—4个DIMM插槽。

（3）Rambus内存条模块（简称RIMM内存条）。

RIMM内存条上焊装的是RDRAM芯片，其大小和物理形状类似于DDRSDRAMDIMM内存条，也是184个引脚，但它们不能互相替换。RIMM内存条使用+2.2V电压，由于高速数据传输会使芯片产生较大的热量，因此，将它们包装在铝质的外壳里，以便起到散热与防尘作用。

5．I/O总线与I/O接口

（1）I/O操作。

I/O操作的任务是将输入设备输入的信息送入主存储器的指定区域，或者将主存储器指定区域的内容送出到输出设备。

I/O设备是计算机系统的重要组成部分，是计算机系统与外界（包括人、环境、其他计算机等）交换信息的媒介。

I/O操作的过程如下：①CPU执行I/O指令，向I/O控制器发出启动命令；②I/O控制器接受命令，负责对I/O设备进行全程控制；③当需要传输数据时，I/O控制器发出请求；④I/O控制器获得授权后，按照控制器所给的地址、方式、数量等参数，直接向（从）内存储器传输数据到I/O设备；⑤所有数据传输完毕后，I/O控制器向CPU报告I/O操作完成，实现CPU处理与I/O操作之间的同步与通信。

与CPU执行的算术逻辑操作相比，I/O操作有许多不同的特点。①多数I/O设备在操作过程中包含机械动作，其工作速度比CPU慢得多。为了提高系统的效率，I/O操作与CPU的数据处理操作往往是并行进行的。②多个I/O设备必须能同时进行工作（例如一边进行键盘输入，一边进行屏幕显示，同时还进行打印输出等）。③除了键盘、显示器、鼠标器等基本的I/O设备之外，不同计算机所配置的I/O设备数量、品种和性能差别很大，且经常需要增减和更新。④I/O设备的种类繁多，性能各异，操作控制的复杂程度相差很大，与计算机主机的连接也各不相同。⑤每个（类）I/O设备都有各自专用的控制器，它们的任务是接收CPU启动I/O操作的命令后，独立地控制I/O操作的全过程，直到I/O操作完成，最后再通知CPU。

I/O设备是一个独立的物理实体，各自通过不同的I/O接口（I/O Port）与主机连接。

I/O控制器是一组电子线路，不同设备的I/O控制器结构与功能不同，复杂程度相差也很大。有些设备（如键盘、鼠标器、打印机等）的I/O控制器比较简单，它们已经集成在主板的芯片组内。有些设备（如显示器、网络设备等）的I/O控制器比较复杂，且设备的规格和品种也比较多样，这些I/O控制器就制作成扩充卡（也叫做适配卡或控制卡），插在主板的PCI或ISA扩充槽内。

在PC机中，CPU通过执行INPUT指令和OUTPUT指令向I/O控制器发出启动I/O操作的命令，I/O控制器接受命令后，负责对I/O设备进行全程控制，不再需要CPU的过问和干预。I/O操作有3种方式：程序查询方式、中断处理方式、DMA传送方式。

①程序查询方式。

CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可实现，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低。

②中断处理方式。

CPU不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪或者有服务请求，就向CPU提出服务请求，CPU如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个I/O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器（I/O接口芯片）管理I/O设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。

③DMA传送方式（直接存储器存取）。

DMA最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须CPU介入，大大提高了CPU的工作效率。在进行DMA数据传送之前，DMA控制器会向CPU申请总线控制权，CPU如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由DMA控制器掌握，在传输结束后，DMA控制器将总线控制权交还给CPU。

（2）I/O总线。

总线（Bus）是计算机各部件之间传输信息的一组公用的信号线。

系统总线包括：CPU总线、存储器总线、I/O总线。

存储器总线是连接内存与芯片组用于CPU与内存传输信息的信号线。内存储器容量与地址线根数n的关系为：容量=2n。

I/O总线也叫做主板总线，是各类I/O设备控制器与CPU、存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用信号线，物理上与主板上扩充插槽中的各扩充板卡（I/O控制器）直接连接。现在的PC机（Pentium以后）采用了多总线结构（CPU总线、存储器总线和I/O总线）。CPU总线、存储器总线和I/O总线互为独立。I/O总线上的信号有3类：数据信号、地址信号、控制信号。I/O总线上传输这些信号的线相应分别为：数据线、地址线、控制线。

主板的芯片组中的总线控制器用来协调与管理总线操作。

总线的带宽是指总线的数据传输速率，即单位时间内总线上可传送的字节数。其计算公式为：总线带宽（MB/s）=（数据线宽度/8）×总线有效工作频率（MHz）×每周期传送的次数。

常用的总线标准有ISA（5—15MB/s,16位bit）和PCI（133MB/s=33MHz×32bit/8）。

（3）I/O设备接口（简称I/O接口）。

I/O接口的作用是在计算机中连接输入/输出设备的各种插头/插座以及相应的通信规程及电器特性。

①I/O接口分类。

根据数据传输方式，I/O接口可分为串行口和并行口。串行口（COM1、COM2）一次只传输1位二进制数。可以连接鼠标、MODEM，或连接两台PC机。并行口（LTP1）一次可传输多位二进制数（如8位），一般用于连接打印机、扫描仪等。

根据数据传输速率，I/O接口可分为高速口、低速口。

根据是否能连接每个设备，I/O接口分为总线式接口和独占式接口。总线式接口可同时连接多个设备，被多个设备共享，例如USB接口。独占式接口只能连接1个设备（例如显示器接口）。

根据是否符合标准，I/O接口分为标准接口和专用接口。标准接口可连接多种设备，例如USB接口。专用接口只能连接专门设备，例如视频口VIDEO。

②USB接口。

USB接口是一种可以连接多个设备的串行接口。

USB接口的特点是：①高速、可连接多个设备、串行传输；②USB接口使用4线连接器，插头比较小，不用螺钉连接，数据传输速率较快，支持热插拔；③使用USB集线器扩展机器的USB接口，最多连接1 2 7个设备；④有1.0版（早期）、1.1版（12Mbps或者1.5Mbps）和2.0版（480Mbps）; ⑤可通过USB接口由主机向外设提供电源（+5V,100—500mA）; ⑥一般也支持即插即用。

③1394接口。

IEEE-1394接口（简称1394，又称i.Link或FireWire）主要用于连接需要高速传输大量数据的音频和视频设备。

1394的特点是：

①数据传输速度特别快（高达400MB/s）; ②连接器共有6根导线（4根传送数据，2根传导电源）; ③采用级联方式连接外部设备，在一个接口上最多可以连接63个设备，设备间可以不使用集线器，进行菊花链方式连接；④支持即插即用，具有热拔插功能。

即插即用（Plug and Play, PnP）是Intel开发的一种软件和硬件说明，允许PnP系统和PnP适配卡（器）的自动配置。PnP卡与开关和跳线无关，它由主机系统的PnP BIOS来配置，对于非PnP的系统则由给定的程序配置。

④IDE（Integrated Drive Electronics）和EIDE接口。

硬盘接口规范别称 最大数据传输率（Mbps）

ATA-1 IDE 8.33Mbps

ATA-2 EIDE 16.6Mbps

ATA-3 UDMA 16.6Mbps

ATA-4 UDMA3 33Mbps

ATA-5 Ultra-ATA/6 6, UDMA/6 6 66Mbps

ATA-6 Ultra-ATA/100, UDMA/100 100Mbps

⑤SCSI（Small Computer Inter Face）。

小型计算机接口用于连接大容量磁盘驱动器、扫描仪等外围设备的高速并行端口。设备与主机之间的通信要通过安装在系统总线上的SCSI适配器进行。SCSI端口可以同时传送的数据达到32位。全部7个SCSI设备以菊花链的形式连接在一起：第一个SCSI设备连接到计算机，第二个SCSI设备连接到第一个SCSI设备，其他依此类推。

⑥IrDA接口（红外接口）。

IrDA（Infrared Data Association）即红外线数据传输接口。使用红外线通信不需要连接任何连线，只需将两设备的红外装置基本对准即可以进行通信。

红外线接口目前的标准有SIR（Serial Infrared，串行红外）、FIR（Fast Infrared，快速红外）和VFIR（Very Fast Infrared，超速红外）3种标准，数据传输速率分别为115.2Kbps—9.6Kbps、1.152Mbps和4Mbps、16Mbps。

6．常用输入设备

（1）键盘。

键盘是计算机最常用也是最主要的输入设备。可以将字母、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令，输入中西文字和数据。计算机键盘上有一组印有不同符号标记的按键，包括数字键（0—9）、字母键（A—Z）、符号键、运算键以及若干控制键和功能键。

按下每个按键，键盘内部的控制器将动作转换成相应的二进制代码，通过键盘接口送入计算机。

PC机键盘中含有功能键与控制键：Alt、Shift、Break、Num Lock、Caps Lock、Scroll Lock、Page Down、Page Up、End、Home、Tab、Pause、Esc、Print Screen、Backspace、Delete、Insert、F1—F12。

键盘按传感方式分为机械式键盘、电容式键盘、光投影键盘（隐形键盘）。

机械式键盘是早期使用的一种键盘。其特点是：击键响声大，手感较差；击键时用力较大，容易使手指疲劳；键盘磨损较快，故障率较高；维修比较方便容易。

电容式键盘是目前使用的键盘，其按键多采用电容式（无触点）开关。这种按键是利用电容器的电极间距离变化产生容量变化的一种按键开关。其特点是：击键声音小，手感较好；寿命较长，维修起来稍感困难。

光投影键盘利用光在桌面上投射出一个键盘，光一灭，键盘也就消失。这种新型键盘将为计算机的微型化带来新的革命。

（2）鼠标。

普通鼠标、指点杆、触摸板、轨迹球、操纵杆、触摸屏都是指点式设备。其中，鼠标是一种指点设备，能方便地控制屏幕上的鼠标指针准确地定位在指定的位置处，并通过鼠标键完成各种操作或发出命令。鼠标由左键、右键、滚轮等组成。

鼠标的性能参数有如下三点：

分辨率——鼠标器最主要的技术指标，用dpi（Dot Per Inch）表示，指鼠标每移动一英寸距离时鼠标指针在屏幕上所经过的像素的数目。目前多为300—800dpi。

轨迹速度——反映鼠标的移动灵敏度，以达到600mm/sec以上为佳。

接口类型——RS-2 3 2串行口（9针D形）、PS/2接口（6针圆形）、USB接口、无线。

鼠标按结构分为以下四种：

机械式鼠标——结构简单，价格便宜，但准确性和灵敏度较差（早已被淘汰）。

光电式鼠标——速度快，准确性和灵敏度高，寿命长，需要专用垫板（已不多见）。

光机式鼠标——精度较高，不需特殊衬垫，目前常用。

光电式鼠标（新式）——速度快，准确性和灵敏度高，寿命长，不需要专用垫板，目前常用。

鼠标的基本操作有以下五种：

移动——移动鼠标。

单击——单击鼠标左键或右键。

双击——快速连续敲击鼠标左键2次。

拖放——按住鼠标左键或右键不松，移动鼠标。

转动滚轮——向前/向后滚动鼠标的滚轮。

在应用中，鼠标操作所实现的功能随应用软件的不同而不同。

（3）笔输入设备。

笔输入设备兼有鼠标、键盘及写字笔的功能，结构简单，操作使用方便。俗称“手写笔”。笔输入设备可以替代键盘和鼠标输入文字、命令和作图。输入汉字时，需运行“手写汉字识别软件”。

笔输入设备一般都由两部分组成：基板——基板提供手写信息的平台，它有连接线，接在主机的串行口或USB口；笔——用于在基板上写字。笔输入设备分为电阻式手写板、电容式手写板、电磁感应式手写板。

手写笔也有两种，一种是用线与手写板连接的有线笔；另一种是无线笔。

（4）扫描仪。

扫描仪是将原稿（图片、照片、底片、书稿）经过图像扫描、转换、编码以形成数字图像并输入计算机的一种输入设备。

按扫描仪的结构可将扫描仪分为手持式扫描仪、平板式扫描仪、胶片专用和滚筒式扫描仪。手持式扫描仪是操作人员手执扫描仪在被扫描的图件上移动。其扫描头较窄，只适用于扫描较小的图件。平板式扫描仪主要扫描反射式稿件，它的适用范围较广。其扫描速度、精度、质量比较好。胶片专用和滚筒式是高分辨率的专业扫描仪，在光源、色彩捕捉等方面均具有较高的技术性能，多用于专业印刷排版领域。

扫描仪是基于光电转换原理而设计的。光电荷耦合器件完成光电转换，产生电流并输出。扫描仪、数码相机常用光电荷耦合器件常用有：CMOS和CCD（Charge Coupled Device电荷耦合器件）。

扫描仪的性能指标有以下几点：

分辨率——反映了扫描仪扫描图像的清晰程度，用每英寸生成的像素数目（dpi）来表示（600 × 1200dpi,1200×2400dpi）。

色彩位数（色彩深度）——反映了扫描仪对图像色彩的辨析能力，色彩位数越多，扫描仪所能反映的色彩就越丰富，扫描的图像效果也越真实。色彩位数分为：24bit、32bit、36bit、42bit、48bit。

扫描幅面——指被扫描图件容许的最大尺寸，如A4、B3、1 6开等。

与主机的接口——扫描仪与主机的接口有并口、USB、Firewire、SCSI、专用接口。

平板式扫描仪工作流程如下：

①将被扫描的文稿正面朝下放置在玻璃窗口上；

②一束强光在文稿下方打到文稿上并移动；

③文稿的图像被反射到一系列镜子上；

④通过镜子反射的光经过一个CCD芯片转换为模拟电流；

⑤模拟信号通过模数转换器（ADC）被转换为数字信号；

⑥数字信息被送到计算机中，由软件进行处理并保存在外部存储介质中；

⑦在屏幕上显示被扫描的图像。

（5）数码相机（Digital Camera）。

数码相机（数字相机）将影像聚焦在成像芯片（CCD或CMOS）上，并由成像芯片转换成电信号，再经模数转换（A/D转换）变成数字图像，经过必要的图像处理和数据压缩之后，存储在相机内部的存储器中。

数码相机是图像输入设备。与传统照相机相比其特点是：不使用光敏卤化银胶片成像，也不需要胶卷和暗房，能直接将数字形式的照片输入计算机进行处理，或通过打印机打印出来，或与电视机连接进行观看。

数码相机的主要性能指标如下：

成像芯片上像素矩阵的像素个数——该指标决定照片图像能达到的最高分辨率。例如，照片分辨率1600×1200时，共有192000个像素（200万像素）。

存储器的容量——保存CCD成像并转换后得到的数字图像的数据的能力（8MB—2 5 6 MB）。

存储介质——数码相机的存储介质有SM（Smart Media）卡、CF卡、Memory Stick（记忆棒）、1.44M软盘等。

数码相机的接口类型有——USB数字接口（连接计算机或其他设备）、模拟视频信号输出接口（连接电视机）、1 3 9 4（Firewire）接口（连接计算机或其他设备）。

数码相机工作流程如下：

①将数码相机对着要拍摄的景物按下快门，光线便进入相机的镜头。

②进入数码相机内代表景物的光线被聚焦在CCD芯片上。

③CCD将光转换为代表景物的模拟电信号。

④模拟信号通过模数转换器（ADC）被转换为数字信号。

⑤数字信号处理器（DSP）调整图像的质量并将数字图像存储在PC卡、软盘或数码相机内其他存储媒体中。

⑥用电缆将数码相机和计算机连接，传送图像到计算机中；或者将PC卡、软盘插入到计算机中，将图像复制到计算机硬盘中。

⑦运行软件将图像显示在屏幕上。

数码照相机使用的成像芯片目前采用CCD器件居多数（由于光电转换速度的原因），但另一种CMOS成像芯片也很有发展前景。采用CCD芯片成像。若干CCD芯片纵横排列成宽高比为4∶3至3∶2的矩形成像区。CCD芯片中有大量的CCD像素，每一个像素可记录图像中的一个点，将其光信号转化为电信号。经过CCD芯片成像并转换得到的数字图像，都存储在数码相机的存储器中。存储器大多采用快擦除存储器，即使断电也不会丢失信息。

7．常用输出设备

（1）显示器。

显示器的作用是将数字信号转化为光信号，最终将文字与图形显示出来。

计算机显示器通常由监视器（Monitor）和显示控制器两部分组成。监视器以CRT阴极射线管或LCD液晶显示器为核心，加上必要的视频信号放大电路及同步扫描电路，构成一个独立的设备，就是常说的“显示器”。显示控制器包含接口电路、控制逻辑部件及显示存储器。在PC机中多半做成扩充卡的形式，所以也叫做显示卡、图形卡或者视频卡。

①显示器分类。

显示器分为CRT显示器（Cathode Ray Tube，阴极射线管）、液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）。

CRT显示器的成像原理是：

工作时，显像管后部的电子枪发出电子束，经过水平和垂直合成偏转磁场，轰击到荧光屏上某一点，使该点发光。电子束从左到右，从上至下，逐行逐点轰击荧光屏，从而形成一帧图像。每一个像素由红、绿、蓝三基色组成，通过对三基色强度（亮度）的控制能合成出各种不同的颜色。

液晶显示器是借助液晶对光线的折射或透射进行调制而显示图像的一种显示器。液晶是介于固态和液态之间的一种物态。它既具有液体的流动性，又具有固态晶体排列的有向性。它是一种弹性连续体，在电场的作用下能快速地展曲、扭曲或者弯曲。利用液晶的这一物理特性，通过对电场的控制使液晶排列变化，使光线的折射式透射通过量也发生变化，最终在屏幕上显示出可变化的图像。

彩色LCD的显示原理是：

彩色显示时则需要用3个液晶单元构成一个像素，在出射位置给每个液晶单元贴上R、G、B彩色滤光片，就可以获得彩色效果。

液晶显示器与CRT显示器的不同：

a．液晶显示器所有像素的大小是固定的，因此只有固定的一种显示分辨率。CRT的像素是可变大小的，可以有不同的显示分辨率。

b.LCD是一种固态器件，与CRT显示器相比，它不采用电子枪轰击方式成像，具有工作电压低、没有辐射危害、功耗小、不闪烁，适于大规模集成电路驱动，体积轻薄，易于实现大画面显示和全色显示等特点。已获广泛应用。

显示器主要性能参数（无论是CRT还是LCD显示器）：

a．显示屏的尺寸。

与电视机相同，计算机显示器屏幕的大小也是以显示屏的对角线长度来度量，目前常用的显示器有15英寸、17英寸、19英寸、21英寸等。显示屏的水平方向与垂直方向之比一般为4∶3。

b．显示器的分辨率。

分辨率是衡量显示器的一个重要指标，它指的是整屏可显示像素的多少，一般用水平分辨率×垂直分辨率来表示，例如1024×768、1280×1024等。

c．刷新频率。

刷新频率指所显示的图像每秒钟更新的次数。刷新频率越高，图像的稳定性越好。PC机显示器的画面刷新频率一般在85 Hz以上。

d．可显示颜色数目。

一个像素可显示出多少种颜色，由表示这个像素的二进位位数决定。彩色显示器的彩色是由3个基色R、G、B合成而得到的，因此是R、G、B的二进位位数之和决定了可显示颜色的数目。例如，R、G、B分别用8位表示，则它就可表示224约1680万种（16M）不同的颜色。

e．辐射和环保。

f．点距。

点距是显示器相邻像素之间的距离。

②显示控制器（显示卡）。

显示卡主要由显示控制电路、绘图处理器、显示存储器和接口电路4个部分组成。显示控制电路负责对显示卡的操作进行控制和协调，包括对CRT（或液晶）显示器进行控制，如光栅扫描、同步、画面刷新等。接口电路负责显示卡与CPU和内存的数据传输。绘图处理器（GPU）与CPU一起完成绘图操作。显示存储器（VRAM）又称为帧存储器、刷新存储器或简称VRAM，用于存储显示屏上所有像素的颜色信息（每一像素用一存储空间）。在屏幕刷新时，VRAM中的内容被反复读出并送到监视器去显示。

显示卡与主存之间传送数据的方式如下：

a．通过AGP端口。

AGP（Accelerated Graphics Port，加速图形端口），是一种接口规范。将主存和显示存储器直接连接，数据宽度32位或64位，时钟频率66MHz（1X），最高传输速率266MB/s（1X）、533MB/s（2X）1.06GB/s（4X）、2.12GB/s（8X）。

b．通过PCI总线。

数据宽度32位或64位，时钟频率33MHz，最高传输速率达133MB/s（32位数据宽度）或266MB/s（64位数据宽度）。

由于经常需要将内存中的图像数据成块地传送到显示存储器，因此相互间的连接方法和传输速度十分重要。目前大多使用AGP接口。

显示卡主要性能指标：

a．支持的显示标准。

MDA、CGA、EGA、VGA、SVGA、AVGA。

b．显示缓存容量。

4MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB、1GB。

c．色彩数量。

单色、256灰度、16色、256色（1Byte）、224色（2Byte）、224色（3Byte）、232色（4Byte）。

d．绘图处理器能力。

主要取决于图像处理器（GPU）。

显示器工作模式：

a．字符模式。

先把要显示字符的代码（ASCII码）送入主存储器中的显示缓冲区，再由该缓冲区送往字符发生器（存储在ROM中），将字符代码转换成字符的点阵图形码，最后通过视频控制电路送到屏幕显示。所需显示缓冲区较小，控制电路简单，显示速度快。

b．图形模式。

直接将字符或图像的点阵码（非字符代码）送往显示缓冲区，再由缓冲区通过视频控制电路送到屏幕显示。显示汉字时显示器一般工作在图形模式。该显示方式要求显示缓冲区很大，但可以直接对屏幕上的“点”进行操作。

（2）打印机。

打印机是一种主要输出设备，它能把程序、数据、字符、图形打印在纸上，可分为针式打印机、激光打印机、喷墨打印机等。

针式打印机是一种击打式打印机，它的工作原理主要体现在打印头上。打印头安装了若干根钢针，有9针、16针和24针等几种。钢针垂直排列，它们靠电磁铁驱动，击打色带，将色带上的墨水打印到纸上。其特点为耗材成本低，能多层套打，但打印质量不高，工作噪声很大。

激光打印机是激光技术与复印技术相结合的产物，它是一种高质量、高速度、低噪声、价格适中的输出设备。激光打印机由激光光源、旋转反射镜、聚焦透镜和感光鼓等部分组成。激光光源采用半导体激光二极管，计算机输出的0、1信号加在激光二极管上，就能得到一系列被调制的脉冲式激光。激光束经棱镜反射后聚焦到感光鼓，感光鼓表面涂有光电转换材料，于是，计算机输出的文字或图形就以不同密度的电荷分布记录在感光鼓表面，以静电形式形成了“潜像”。最后，感光鼓表面的这些电荷会吸附上厚度不同的炭粉，然后通过温度与压力的联合作用，把表现文字或图形的炭粉固定在纸上。

激光打印机的特点是：

由于激光能聚焦成很细的光点，因此激光打印机的分辨率较高，印刷质量相当好。

激光打印机是一种非击打式输出设备。它有黑白激光打印机，也有彩色激光打印机。

喷墨打印机也是一种非击打式输出设备。在打印机控制电路控制下，墨水从喷嘴中以每秒近万次的频率喷射到纸，喷嘴做水平运动，纸做垂直滚动。喷射与否、怎样运动均由计算机给的数据决定。

喷墨打印机的特点是：

能输出彩色图像、经济、打印效果好、低噪声、使用低电压、环保，但墨水成本高，消耗快。

喷墨打印机按打印头的工作方式可以分为：压电喷墨技术和热喷墨技术两大类。按喷墨材料的性质又可以分为：水质料、固态油墨和液态油墨等类型。

打印机的性能指标有：

①打印精度（dpi：每英寸像素点数），例如，600×600dpi。

②打印速度（ppm：每分钟打印页数），例如，12ppm。

③色彩数目（黑白、彩色）。

④其他：打印成本、打印时的噪音、打印幅面大小、可打印字体的数目及种类、功耗及节能功能、可打印的副本数目、与主机的接口类型等。

打印机与主机接口的有并行口、USB接口、RS-2 3 2接口、专用接口。

8．外存储器

（1）硬盘存储器。

硬盘存储器可用来临时或短期或长期保存各类信息。其特点是可读写、大容量、不便携带。

硬盘存储器由磁盘盘片（存储介质）、主轴与主轴电机、移动臂、磁头和控制电路等组成，它们全部密封于一个盒状装置内。硬盘也称温彻斯特硬盘。

原理：

硬盘的盘片由铝合金（最新的硬盘盘片采用玻璃材料）制成，盘片上涂有一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化来记录数据。一般一块硬盘由1—5张盘片（1张盘片也称为1个单碟，一般有2个记录面）组成，它们都固定在主轴上。主轴底部有一个电机，当硬盘工作时，电机带动主轴，主轴带动磁盘高速旋转，其速度为每分钟几千转，甚至上万转。盘片高速旋转时带动的气流将盘片上的磁头托起，磁头是一个质量很轻的薄膜组件，它负责盘片上数据的写入或读出。移动臂用来固定磁头，使磁头可以沿着盘片的径向高速移动，以便定位到指定的磁道。

硬盘信息记录模式同软盘。一个硬盘驱动器中包含多张盘片（盘片数制造商一般不细说，如单片、双片、多片），两个记录面/盘片（两个磁头，磁头总数一般由制造商给定，如16），若干磁道/记录面（如19710），若干扇区/磁道（如255）,512字节/扇区。

硬盘存储容量=磁头总数（记录面HDS）×柱面数（磁道CYL）×

扇区数（区SECT）×5 1 2字节（单位：字节数）

例如：16×19710×255×512Byte=40208400KByte=38.345717GByte。

硬盘读写数据操作流程：

给出要读写的扇区地址（3个定位参数）：磁头号（面）、磁道号、扇区号（区），例如，0号磁头0号磁道1号扇区；磁头寻道（由柱面号控制）；等待扇区到达磁头下方（由扇区号控制）；读写扇区数据（由磁头号控制）。

硬盘的读写也可仅给逻辑扇区号（全盘中的唯一编号），由硬盘的驱动控制器去换算。

硬盘的一些常用操作有：

①低级格式化。

②分区。

分区是在一个物理硬盘上建立多个逻辑硬盘，如C盘、D盘等。分区的好处是可以安装多个操作系统，便于文件分类管理，利于预防病毒。使用软件为fdisk、pqmagic等。

③格式化逻辑硬盘（高级格式化）。

④碎片整理。

硬盘上数据分布：

硬盘上的数据由主引导扇区、主引导程序、分区表、分区四大部分组成。

①主引导扇区。

位于硬盘的第0号磁头、第0号柱面、第1号扇区，占用一个扇区。不属于任何分区，保存主引导程序和分区表数据。一个硬盘只有一个主引导扇区。

②主引导程序。

用于查看分区表找到活动分区，读入活动分区的引导程序到内存，执行引导程序启动操作系统。

③分区表。

每个区的起始、结束的扇区位置，总扇区数，是否活动分区，使用的文件系统格式（FAT16/FAT32/NTFS）。

④分区。

目前，PC机上至多可以有4个大分区，包括主分区和扩展分区。每个主分区作为一个逻辑盘，可以安装一个操作系统；每个操作系统可以选用一个扩展分区创建并管理若干个逻辑分区（逻辑盘）。

逻辑盘上的4个数据区：

①引导扇区。

引导扇区占用每个分区的第一个扇区，存放引导程序和逻辑盘的有关参数。

②文件分配表（FAT）。

每个逻辑盘有各自的FAT，每个FAT由多个表项组成，每个表项对应该盘的一个簇，记录该盘上所有簇的分配情况（分配、空闲、损坏）和链接信息。

③根目录区。

位于每个分区的FAT之后，占据若干个连续扇区。由若干表项组成，每个表项保存一个文件或下级文件夹的属性信息（文件名、文件长度、起始簇号等）。一般根据该逻辑硬盘的大小，可以选择每簇4—256个扇区（2048Byte—128KByte）。

FAT16（win95及以下版本采用）：每个表项长度为16bit，支持216（65536）个簇。

FAT32（win98及以上版本支持）：每个表项长度为32bit，支持232个簇，每个簇包含的扇区数可为1、8、16、32或者64。

④数据存储区。

在根目录区之后，存储文件中的数据或文件夹表项的区域。

主机与硬盘的接口电路的功能是在主机与硬盘驱动器之间提供一个数据、地址和控制信号的高速通道，实现主机对硬盘驱动器的各种控制，完成主机与硬盘之间的数据交换。

硬盘接口电路主要有：SCSI接口，小型计算机系统接口；串行接口，目前广泛使用的硬盘接口；IDE接口及其加强接口ATA，当前流行的IDE硬盘差不多都采用了这一接口。

硬盘的主要性能指标：

①容量。

②平均等待时间。

数据所在的扇区转到磁头下的平均时间，它是盘片旋转周期的1/2。

③平均寻道时间。

磁头移动到数据所在磁道（柱面）所需要的平均时间。

④平均访问时间。

是平均寻道时间与平均等待时间之和，它表示硬盘找到数据所在扇区所需要的平均时间。

⑤Cache容量（单位KB或MB）。

⑥数据传输速率（单位MB/s）。

数据传输速率也称为磁盘的吞吐率，它分为：外部传输速率，主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度；内部传输速率，硬盘在盘片上读写数据的速度。现在的硬盘大多在20MB/s到30MB/s之间。

硬盘的内部传输速率一般小于外部传输速率，所以内部传输速率的高低才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素。

磁盘读写缓冲区的作用类似于CPU的高速缓冲（解决CPU和内存的矛盾），它解决总线接口的高速需求和读写硬盘的矛盾，以及对某些扇区的反复读取。

使用硬盘的注意事项有以下几点：

①正在对硬盘读写时不能关掉电源。

②保持使用环境的清洁卫生，注意防尘；控制环境温度，防止高温、低温、潮湿和磁场的影响。

③防止硬盘受震动。

④及时对硬盘进行整理，包括目录的整理、文件的清理、磁盘碎片整理等。

⑤防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬盘定期进行病毒检测。

⑥硬盘保存信息也是有一定期限的（个体有一定的差异），不可能永久保存信息。

（2）光盘存储器。

①光盘存储器概述。

光盘存储器的优点是：

成本低，存储密度高，容量大，可靠性高，不易受损，耐用，易于长期保存数据。其缺点是：读出速度和数据传输速度比硬盘慢。

光盘存储器由光盘驱动器和盘片组成。按光盘存储器分有两大类型：CD光盘存储器、DVD光盘存储器。按光盘存储器读写信息分为：①固定型光盘，又叫只读光盘，它把需要记录的信息事先制作到光盘上，用户不能抹除，也不能再写入，只能读出盘中的信息，如CD-ROM光盘。②追记型光盘，又叫只写一次式光盘，它可以由用户自己将信息写入光盘，但写过后不能抹除和修改，只能读出。这种光盘主要供用户作信息存档和备份之用，如CD-R光盘。③可改写型光盘，也叫可擦写型光盘，用户可以自己写入信息，也可以对写入的信息进行擦除和改写，如CD-RW光盘。

②CD-ROM光盘存储器。

CD最早应用于数字音响领域，20世纪80年代开始作为计算机外存储器使用。

CD-ROM的特点是把需要记录的信息事先制作到光盘上，光盘上的数据不能删除也不能再写入，只能读出盘中的信息。

CD光盘片有：CD-ROM光盘片、CD-R光盘片、CD-RW光盘片。

CD光盘驱动器有：CD-ROM光盘驱动器、CD-R光盘刻录机、CD-RW光盘刻录机。

CD-ROM光盘片的存储容量通常为650MB、700MB。也有其他规格，如180MB、210MB等。

CD-ROM光盘片的层次结构分为保护层，其上有标签；反射层；记录信息层；聚碳酸酯透明塑料衬盘（基层）。

信息存储原理：

在盘片的信息记录层上沿螺旋形轨道（光道）压制出一系列凹坑，凹坑的两个边沿处均表示数据1；其他平坦处表示数据0。0的个数是由边沿之间的长度决定的。

信息读取原理：

CD-ROM光盘片在光盘驱动器中，激光器发出的激光经过透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制数据。凹坑产生的反射光较弱，平坦处产生的反射光较强，都作为数据0看待。而从平坦处到凹坑或者凹坑到平坦处的边沿反射光由强到弱或者由弱到强；则作为数据1看待。

信息记录轨道上不可以出现少于两个连续的0和多于10个连续的0。即两个1之间要求至少要有两个0作为间隔。为确保符合要求，写入、读出时进行8位与14位的EFM编码变换。

8位与14位变换（EFM编码）是为避免出现将连续多个1（例如11111 111）写入光盘，每个准备记录到CD-ROM光盘片上的8位二进制数首先转换为14位二进制数再写入光盘中。14位二进制数共有214种组合，从中选出256个组合分别对应8位二进制数的256种取值，这256种组合均符合上述要求。

③CD-R光盘片。

特点：可以由用户自己将信息写入光盘，但只能写一次，写后只能读出，不能删除和修改。

CD-R光盘片的层次结构：分为印刷层（标签）、涂漆保护层、反射层（金膜或银膜）、有机染料层（信息记录层）、聚碳酸酯透明塑料衬盘（基层）。CD-R光盘片层次结构中起决定作用的是有机染料层。

CD-R光盘片的信息记录轨道是一条由内到外的螺旋形轨道。

信息存储原理：

当CD-R盘片被放入刻录机中写数据时，CD-R光盘以恒定线速度旋转，功率可调的大功率激光束沿着螺旋形光道照射到盘片上，被激光束照射的光点处的有机染料将吸收很大的能量，并瞬间转化成热量，在微区内产生250°到400°的高温，使有机染料熔解汽化，导致塑料衬盘和反射层之间不透明，因此微孔处具有较低的光反射特性，而未熔解汽化的有机染料透光性较高（反射率较高），分别与CD-ROM光盘上的平面和凹坑具有相同的光学反射特性。

CD-R光盘片信息读取原理：

CD-R光盘片放入光盘驱动器中，当被激光束照射时，反射光由强到弱或者由弱到强的位置作为数据1读出，反射光恒强或恒弱的位置作为数据0读出。

CD-R光盘片按所用染料介质和反射介质（金和银）的不同组合可分为：绿盘（花菁染料）、金盘（酞菁染料，使用寿命超过100年）、蓝盘（含氮染料）。

④CD-RW光盘片。

特点：

利用金属合金材料的相变原理达到可重复读写的功能，用户可以自己写入信息，也可以对写入的信息进行擦除和改写。CD-RW光盘片搭配CD-RW刻录机使用可反复读写很多次（由CD-RW光盘片质量决定）。

CD-RW光盘片的层次结构为标签印刷层、保护层、反射层、介质层、相变金属合金层、介质层、基层。

相变金属合金层是一种银、铟、硒或碲的结晶层，能呈现结晶和非结晶两种状态，结晶状态对于激光的反射率高，非结晶状态对于激光的反射率低。

CD-RW光盘片信息存储原理：

a.CD-RW光盘片的信息记录轨道和存储信息原理与CD-ROM光盘片相同。

b.CD-RW光盘片信息读取原理：非晶态，低反射率（5%）；多晶态，高反射率（20%）;0,1表示同CD-ROM、CD-R。

c.CD-RW光盘片信息擦除原理：用中等功率的激光束照射盘片（200度），就可以产生足够温度，将相变金属合金层上非结晶的组织软化还原成结晶组织。

d.CD-RW光盘片信息刻录原理：用较大功率的激光束照射盘片（500—700度），就可以产生足够高的温度，将相变金属合金层上结晶组织液化，变成非结晶组织（非晶态）。

e．刻录软件：Nero Burning, Adaptec DirectCD。

⑤CD光盘驱动器简介。

CD-ROM光盘驱动器（简称光驱）是读出各类CD光盘片中信息的装置。

CD-ROM光盘驱动器的读取数据速度一般以最早的CD盘的数据传输速率（单速）150KB/s为基准。单速为150KB/s,4速（4×）为4×150KB/s,40速（40×）为40×150KB/s=6MB/s（一般转速也是单速光驱的40倍）。

CD-RW刻录机可以多次读出各类CD光盘片中的信息；可以将信息一次性写入CD-R光盘片；可以对CD-RW光盘片作擦除与重写操作。

其主要性能指标有：

读取数据速度，例如40×；复写数据速度，例如12×；刻录速度，例如40×；数据缓冲区的大小，例如2 MB；兼容性（数据格式）；有无刻不死功能等。

CD-ROM/CD-RW光盘驱动器的接口类型有：SCSI接口、IDE接口、USB接口、并行口等多种。

DVD光盘存储器的组成：DVD光盘片和DVD驱动器。DVD光盘片是数字多用途光盘，存储容量最大可达17GB。

DVD光盘存储器的特点是容量大，可靠性高，安全性好。

DVD光盘分为：

a.DVD-ROM——DVD只读光盘，用途类似CD-ROM；

b.DVD-R（或称DVD-Write-Once）——限写一次的DVD，用途类似CD-R；

c.DVD-RAM（或称DVD-Rewritable）——可多次读写的光盘，用途类似CD-RW；

d.DVD-Vide——家用影视光盘，用途类似LD或VCD；

e.DVD-Audio——音乐光盘，用途类似CD唱片。

DVD-ROM光盘片记录信息的原理同CD光盘片，但不再采用8位与14位变换，采用另一种变换，存储容量远大于CD光盘。DVD盘光道之间的间距缩小至0.74μm，记录信息最小凹凸坑长度缩小到0.4μm。

DVD提高存储容量（7倍）的措施是：更小的凹点长度；数据轨道间隔紧密；数据区域稍大一点；更有效的信道比特调制；更有效的纠错；较少的段开销；采用较短波长的635nm或650nm的红色激光，使激光斑点直径缩小，提高信息的鉴别能力。

直径120mm的DVD光盘的存储容量如下：

a．单面单层DVD光盘（SS/SL）（DVD-5）,4.7 GB；

b．单面双层DVD光盘（SS/DL）（DVD-9）,8.5 GB；

c．双面单层DVD光盘（DS/SL）（DVD-10）,9.4GB；

d．双面双层DVD光盘（DS/DL）（DVD-18）,17GB。

PC机上使用的DVD驱动器分为DVD-ROM和DVD刻录机。DVD刻录机可在DVDR、DVDRW盘片上刻录数据。

DVD-Video区位码简介：为了有效地防止DVD光盘上的数据被非法复制，DVD技术联合会公布了DVD软件和硬件采用的乱码技术以及按六大地区区域码分区发行软件的措施，实现软件著作权保护与可靠使用。

美国电影协会将全球大致划分为6个地区。

a．第一区：美国、加拿大；

b．第二区：日本、欧洲、埃及、南非、中东；

c．第三区：中国台湾地区、中国香港特别行政区、朝鲜、东南亚；

d．第四区：澳洲、新西兰、中南美洲、南太平洋岛屿；

e．第五区：俄罗斯、蒙古、印度、中亚、东欧、韩国、北非、西北亚一带等；

f．第六区：中国（除台湾、香港地区）。

（3）移动存储器

①闪存盘。

闪存盘也称为“优盘”，实质是：USB接口转换电路加Flash存储器（闪存）。

由于是集成电路记录信息，非磁介质记录信息，所以它体积小，重量轻，容量可以按需要而定，具有写保护功能，数据保存安全可靠，使用寿命可长达100年之久。

利用通用的USB 1.1接口，USB的读写速度比软盘快15倍（USB 2.0接口速度更快），且几乎可以与所有计算机连接。有些产品还可以模拟软驱和硬盘来启动操作系统。

②移动硬盘。

移动硬盘实质是：USB接口转换电路加硬盘。

接口主要有：USB 2.0、USB 1.1或IEEE-1 3 9 4接口。

移动硬盘具有容量大、即插即用、速度快、数据存取安全可靠、体积小巧且便于携带的特点，是移动式大容量存储设备。

1.3 信息编码与数制

1.3.1 信息表示的基本单位

目前常用的数据单位有：比特（bit）、字节（Byte）、字（Word）、双字（DW）、四字（DD）。

目前数据容量常用的计量单位是：Byte, KB, MB, GB, TB。

a．比特（bit）：一个二进制位，仅有2个状态，即0和1，记为bit或者b。

b．字节（binary term）：由8位比特组成，记为Byte或者B。

c．字（Word）：由2个字节即1 6个二进制位组成，记为Word或者W。

d．双字（Double Word）：由2个字（4个字节，即32个二进制位）组成，简记为DW。

e．四字（Quad Word）：由4个字（8个字节，即64个二进制位）组成。

在计算机内部对二进制信息进行处理时，经常使用“字节”、“字”、“双字”作为数据存取和运算的单位。

bit（binary digit的缩写）中文可以译为“二进位数字”“二进位”“位”，常称为“比特”，只有两种状态（取值）:0和1。比特只是一种符号而没有数量的概念。它是组成信息的最小单位，也是数字系统处理、存储和传输信息的最小单位，它没有颜色、大小和重量，在不同的应用中有不同的含义。它的值0和1，可（约定）表示两种不同的状态，如电位的高或低、脉冲的有或无、命题的真或假（1表示真，0表示假；也可反之，0表示真，1表示假）；也可使用其编码组合表示数值、文字和符号、图像、声音。

比特的运算使用逻辑代数，逻辑代数中的3种基本逻辑运算是：逻辑加、逻辑乘、取反。

逻辑加也称“或”运算，用符号“OR”、“V”或“+”表示；运算规则为：0 OR 0→0,0 OR 1→1,1 OR 0→1,1 OR 1→1。逻辑乘也称“与”运算，用符号“AND”、“∧”或“·”表示；运算规则为：0 AND 0→0,0 AND 1→0,1 AND 0→0,1 AND 1→1。取反也称“非”运算，用符号“NOT”或上横杠“-”表示。运算规则为：NOT 0→1, NOT 1→0。

当两个多位的二进制信息进行逻辑运算时，按对应位独立运算，即每一位不受相邻位或其他位的影响（也没有进位和借位）。

存储（记忆）1个比特的设备应具有两种稳定的状态，对应0和1。目前在数字系统中，常用的有3种：①使用数字集成电路（如：触发器、寄存器、锁存器，暂存器等）存储比特。②用具有剩磁特性的磁性材料制作磁介质（如：硬盘片、软盘片、磁带、磁条等）存储比特。③利用对光的反射或透射（如：光盘片、条码、印刷有信息的卡片等）存储比特。

存储容量经常使用的单位有：

a．千字节（kilobyte，简写为KB）,1KB=210字节=1024B。

b．兆字节（megabyte，简写为MB）,1MB=220字节=1024KB。

c．吉字节（gigabyte，简写为GB）,1GB=230字节=1024MB（千兆字节）。

d．太字节（terabyte，简写为TB）,1TB=240字节=1024GB（兆兆字节）。

在数字通信系统和计算机网络中传输二进制位信息时，一般是一位一位地串行传输，传输速率的度量单位是“比特/秒”，且kilo、mega、giga等通常用10的幂次计算。经常使用的传输速率单位有：

比特/秒（b/s或bps），如9600bps（9600b/s）。

千比特/秒（Kbps）,1Kbps=103比特/秒=1000bps。

兆比特/秒（Mbps）,1Mbps=106比特/秒=1000Kbps。

吉比特/秒（Gbps）,1Gbps=109比特/秒=1000Mbps。

太比特/秒（Tbps）,1Tbps=1012比特/秒=1000Gbps。

1.3.2 数制的基本概念

1．数制

数制也称计数制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。人们通常采用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。

2．进位计数制

常用的数制都采用了进位计数制，简称进位制，是按进位方式实现计数的一种规则。进位计数制涉及数码、基数和位权这3个概念。

数码：一组用来表示某种数制的符号；

基数：数制所使用的数码个数；

位权：数码在不同位置上的倍率值，对于N 进制数，整数部分第i位的位权为Ni，而小数部分第j 位的位权为N-j。

常用的数制表示如下：

十进制（D）：有10个基数，为0—9，逢十进一；

二进制（B）：有2个基数，为0和1，逢二进一；

八进制（O）：有8个基数，为0—7，逢八进一；

十六进制（H）：有16个基数，分别为0—9与A—F，逢十六进一。

3．常用数制的书写形式

在书写时，为了区别不同的数制，可采用以下两种方法表示。

（1）用一个下标来表示。

例如：

（10）10

十进制

（10）2

二进制

（10）16

十六进制

（2）用数值后面加上特定的字母来区分。

例如：10D

十进制

10B

二进制

10H

十六进制

其中，在表示十进制时，D可以省略。

1.3.3 不同进制之间的转换

1．其他进制转换为十进制

方法是：将其他进制按权位展开，然后把各项相加，就得到了相应的十进制数。

例如：N=（10110.101）B=（?）D

按权展开：N=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=16+4+2+0.5+0.125=（22.625）D

2．将十进制转换成其他进制

方法是：分两部分进行，即将整数部分和小数部分分别进行转换，然后将转换后的数组合在一起。

整数部分（辗转相除法）：

（1）把要转换的数除以目标进制的基数，把余数作为目标进制的最低位；

（2）把上一次得的商再除以目标进制的基数，把余数作为目标进制的次低位；

（3）继续上一步，直到最后的商为零，这时的余数就是目标进制的最高位。

小数部分（辗转相乘法）：

（1）把要转换数的小数部分乘以目标进制的基数，把得到的整数部分作为目标进制小数部分的最高位；

（2）把上一步得的小数部分再乘以目标进制的基数，把整数部分作为目标进制小数部分的次高位；

（3）继续上一步，直到小数部分变成零或达到预定的要求为止。

3．二进制与八进制、十六进制的相互转换

二进制转换为八进制、十六进制：它们之间满足23和24的关系，因此把要转换的二进制从低位到高位每3位或4位一组，高位不足时在有效位前面添0，然后把每组二进制数转换成八进制或十六进制即可。

八进制、十六进制转换为二进制时，把上面的过程逆过来即可。

例如，N=（C1 B）H=（?）B

十六进制：C 1 B

二进制数：110000011011

1.3.4 计算机中字符的编码

1．西文字符的编码

微型机采用ASCII码。ASCII码是美国标准信息交换码，被国际标准化组织（ISO）指定为国际标准，ASCII码有7位码和8位码两种版本。国际通用的7位ASCII码称为ISO-646标准，用7位二进制数b6b5b4b3b2b1b0表示一个字符的编码，其编码范围为0000000B—1111111B，共有27=128个不同的编码值。扩展的ASCII码使用8位二进制位表示一个字符的编码，可表示2 8=2 5 6个不同字符的编码。

2．汉字的编码

（1）汉字信息交换码（国标码）。

汉字交换码是指不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间在交换汉字信息时所使用的代码标准。自国家标准GB2312-80公布以来，我国一直沿用该标准所规定的国标码作为统一的汉字信息交换码。GB2312-80标准包括了6763个汉字，按其使用频度分为一级汉字3755个和二级汉字3008个。一级汉字按拼音排序，二级汉字按部首排序。此外，该标准还包括标点符号、数种西文字母、图形、数码等符号682个。

区位码的区码和位码均采用从01到94的十进制。国标码采用十六进制的21H到73H（数字后加H表示其为十六进制数）。区位码和国标码的换算关系是：区位码中的区码和位码分别加上十进制数32就是国标码。如“国”字在表中的25行90列，其区位码为2590，国标码是397AH。

（2）汉字输入码。

为将汉字输入计算机而编制的代码称为汉字输入码，也称外码。目前汉字主要是经标准键盘输入计算机的，所以汉字输入码都是由键盘上的字符或数字组合而成。

（3）汉字内码。

汉字内码是为在计算机内部对汉字进行存储、处理和传输的汉字代码，它应能满足存储、处理和传输的要求。当一个汉字输入计算机后就被转换为内码，然后才能在机器内传输、处理。汉字内码的形式是多种多样的。

（4）汉字字形码。

输出汉字时，根据内码在字库中查到其字形描述信息，然后显示和打印输出。描述汉字字形的方法主要有点阵字形和轮廓字形两种。汉字字形通常分为通用型和精密型。通用型汉字字形点阵分成3种：简易型16×16点阵；普通型24×24点阵；提高型32×32点阵。精密型汉字字形用于常规的印刷排版，通常采用信息压缩存储技术。汉字的点阵字形的缺点是放大后会出现锯齿现象，很不美观。

（5）汉字地址码。

汉字地址码是指汉字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码。

（6）各种汉字代码之间的关系。

汉字的输入、处理和输出的过程，实际上是汉字的各种代码之间的转换过程，或者是说汉字代码在系统有关部件之间流动的过程。汉字输入码向内码的转换，是通过使用输入字典实现的。

（7）汉字字符集简介。

a.GB2312-80汉字编码：GB2312码是中华人民共和国国家标准汉字信息交换用编码，习惯上称为国际码、GB码或区位码。它是一个简化字汉字的编码。

b.GBK编码：GBK也是一个汉字编码标准。GBK向下与GB2312-80编码兼容，向上支持ISO 10646.1标准。

c.GB18030-2000汉字编码：GB18030-2000编码标准是在原GB2312-80编码标准和GBK编码标准基础上扩展而成的。GB18030-2000支持全部CJK统一汉字字符。

d.BIG-5码：通行于中国台湾、香港地区的一个繁体字编码方案，俗称“大五码”。

1.3.5 整数的编码表示

数值型信息类型有整数和实数。

机器数是在计算机内部，表示整数和实数的二进制编码。机器数的位数（字长）由CPU的硬件决定，通常是2K（N）位。例如：8位、16位、32位、64位、128位、256位。Pentium处理器的机器数：32位/64位，但也有例外，如14位、40位等。

整数的编码表示一般不使用小数点，或者认为小数点固定隐含在个位数的右面。整数是“定点数”的特例。整数有时也混称“定点数”。

整数又分为无符号的整数和带符号的整数两类。无符号的整数（Unsigned Integer）是正整数。如字符编码、地址、索引等。带符号的整数（Signed Integer）是正整数或负整数。如：描述一些有正有负的数值。

（1）无符号整数的编码表示

无符号整数的编码表示方法是用一个机器数表示一个不带符号的整数。其取值范围由机器数的位数决定。

8位：可表示0—255（28—1）范围内的所有正整数。最小值是00000000B，最大值是11111111B。

16位：可表示0—65535（216—1）范围内的所有正整数。

N位：可表示0—2N-1范围内的所有正整数。

不带符号的整数在运算过程中，若其值超出了机器数可以表示的范围时将发生溢出现象。溢出后的机器数的值已经不是原来的数据。例如：4位机器数，当计算“1111+0011”时发生进位溢出，应该是10010，但只有4位，进位被丢掉了，其计算结果为0010。注意，加减都有溢出问题。

（2）带符号整数的编码表示（原码、反码、补码）

①原码。

原码编码方法是：机器数的最高位表示整数的符号（0代表正数，1代表负数），其余位以二进制形式表示数据的绝对值。

原码长度（一般情况下）:1、2、4、8个字节数（如8位、16位、32位、64位等）。

原码举例（8位原码）:[+125]原码=01111101, [-4]原码=10000100。

原码可表示的整数范围是：

8位原码：-27+1—27-1（-127—127）范围内的所有整数。

16位原码：-（215-1）—215-1（-32767—32767）范围内的所有整数。

n位原码：-2（n+1）+1—2（n+1）-1范围内的所有整数。

原码表示的优点是与日常使用的表示方法比较一致，简单、直观。其缺点是加法运算与减法运算的规则不一致，整数0有00000000和10000000两种表示形式。

计算机内部通常不采用原码而采用补码的形式表示带符号的整数。

②反码。

反码编码方法是：正整数的反码与其原码形式相同；负整数的反码等于其原码除最高符号位保持不变外，其余每一位取反。

举例（8位）:[+33]原码=[00100001B]原码⇒[00100001B]反码

[-33]原码=[10100001B]原码⇒[11011110B]反码

③补码。

补码编码方法是：正整数的补码与其原码形式相同；负整数的补码等于其原码除最高符号位保持不变外，其余每一位取反，并在末位再加1运算后所得到的结果。

举例（8位）:[+33]原码=[00100001B]原码⇒[00100001B]反码⇒[00100001B]补码

[-33]原码=[10100001B]原码⇒[11011110B]反码⇒[11011111B]补码

补码运算规则是：

[X+Y]补码=[X]补码+[Y]补码

[X-Y]补码=[X]补码+[-Y]补码

补码表示的整数范围是：

8位补码：-27—27-1（-128—127）所有整数。其中规定补码10000000表示-128。

N位补码：-2（N-1）—2（N-1）-1范围内的所有整数。

补码的优点是：①能将减法运算转换为加法运算，便于CPU作运算处理。[X-Y]补=[X]补+[-Y]补。②原码和补码的表示位数相同，补码可表示整数的个数比原码多一个（整数0只有一种表示形式）。补码的缺点是不直观。

（3）BCD编码。

二进制编码的十进制整数（Binary Coded Decimal, BCD）使用4个二进制位的组合表示1位十进制数字，即用4个二进制位产生16个不同的组合，用其中的10个分别对应表示十进制中的10个数字，其余6个组合为无效。符号用一个0或1表示。例如：[-53]BCD=101010011。

1.3.6 实数的编码表示

实数的特征是包含小数点，既有整数部分又有小数部分。整数和纯小数都是实数的特例。

任何一个实数总可以表达成一个乘幂和一个纯小数之积。乘幂中的指数部分用来指出实数中小数点的位置，纯小数部分决定了有效数字（一般要求纯小数部分的首位为非0的有效数值）。通常，阶码位数越多，可表示的实数的范围越大；尾数位数越多，可表示的实数的精度越高。阶码和尾数表示的作用有一定的分工。

例如：

十进制实数56.725=0.56725×102, -0.0034756=-0.34756×10-2；

二进制实数01101.011B=0.1101011B×2100B, -0.0101B=1.1010×2101B。

任一个二进制实数N 一般可表示为：

N=±S×2（±P）（0.1<S<1时称为规范化表示）

±S是N 的尾数（纯小数）; ±P 是N 的阶码（有符号整数）。

将阶码和尾数进行编码，合在一起即为实数编码。这种表示法称为浮点表示法，实数也称为浮点数。

阶码是有符号整数，可采用原码或补码表示；尾数的数值范围和小数点的位置也可以有不同的约定。例如：1101.011B=0.1101011B×2100B（规范化表示）=1.101011B×2+011B（Intel表示）。

浮点数的长度=阶码的编码位数+尾数的位数。

浮点数的长度一般为一个或多个机器数（例如：32位、64位等）。

Pentium处理器中有几种不同类型的浮点数：单精度浮点数（32位）、双精度浮点数（64位）、扩充精度浮点数（80位）、增强精度浮点数（128位）。

目前，计算机和其他信息系统中表示信息时一般采用以二进制为主的数字技术。其主要原因是：

（1）比特只有0和1两个符号，使用有两个稳定状态的电路就可以准确地表示和存储二进位信息，相比多个稳定状态的电路，制造容易。

（2）二进制数的运算规则很简单，通过一些基本的门电路就能把算术运算与逻辑运算联系在一起，实现统一的处理，易于进行高速运算。

（3）使用多位二进位组合不仅能表示数值信息，而且能表示文字、符号、图像、声音等多种不同形式的信息。

（4）目前用比特表示的信息，便于进行“数据压缩”，降低信息传输和存储的成本。

（5）在传输或存储信息过程时，信道的噪声或存储器的缺陷会引起信息出错，使用比特表示信息，只要再附加一些额外的比特，就能比较容易发现甚至纠正这些错误，提高信息系统的可靠性（二进制比较容易实现）。

（6）十进制、八进制、十六进制较二进制直观、方便、易记忆，所以在编写程序、阅读机器内部代码（机内码）时经常使用十进制、十六进制，计算机软件比较容易自动进行进制转换。

1.3.7 简单逻辑运算

程序中的所有数在计算机内存中都是以二进制的形式储存的。逻辑运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。比如，AND运算本来是一个逻辑运算符，但整数与整数之间也可以进行AND运算。举个例子，6的二进制是110,11的二进制是1011，那么6 AND 11的结果就是2，它是二进制对应位进行逻辑运算的结果（0表示False,1表示True，空位都当0处理）。常见的逻辑运算有以下几种。

1．与运算

与运算（&），即AND运算。运算规则为：相同位的两个数字都为1，则为1；若有一个不为1，则为0。例如：00111&11100=00100。

2．或运算

或运算（—），即OR运算。运算规则为：相同位的两个数字都为1，则为1；若有一个不为1，则为0。例如：00111—11100=11111。

3．异或运算

异或运算（^），即XOR运算。运算规则为：相同位不同则为1，相同则为0。例如：00111^11100=11011。

4．非运算

非运算（NOT），也称求反运算，运算规则为：把内存中的0和1全部取反。例如：NOT 00111=11000。

1.3.8 简单算术运算

常见的算数运算有二进制加法和减法运算两种。加法是计算机中不可缺少的运算。计算机做加法与我们手工笔算加法的原理是一样的，即按从右到左的顺序一位一位地求和，并将进位加到左侧相邻的高位。而减法则是通过加法实现的：只要将减数求反，然后再相加即可。【例】请用二进制加法求610和710的和，并求710与610之差。

【解析】

从右边数第1位是1和0相加，该位的结果为1，进位为0。第2位为0+1+1。因此，第2位的结果为0，进位为1。第3位为1+1+1之和，该位的进位与和都是1。第4位为1+0+0，因此，和为1而进位为0。

710与610之差可以直接通过减法求得：

或者，也可以将-6用2的补码表示，然后再与7相加：

我们曾在前面提到过，当计算机的硬件（在这个例子中，硬件的字长为32位）无法表示运算的结果时，就会发生溢出现象。在加法运算中，什么时候会发生溢出呢？两个加数的符号相反时，是不可能发生溢出的。这是因为在这种情况下，和的绝对值肯定不会大于两个加数中任何一个的绝对值（例如，-10+4=-6）。由于加数可以用32位字长表示，而和的绝对值又不会比任何一个加数的绝对值更大，因此，和也一定能用32位字长表示。也就是说，正数和负数相加时，是不会发生溢出的。

类似的，在一定情况下，减法运算也肯定不会发生溢出，只不过其条件恰好与加法相反。当减数和被减数的符号相同时，溢出是不可能发生的。为了说明这一点，我们只需注意到x-y=x+（-y）就可以了。在做减法时，可以将减数求反，然后再与被减数相加即可。因此，如果减数与被减数符号相同的话，我们实际上是对两个不同符号的整数做加法运算。在这种情况下是不会发生溢出的。

弄明白了在什么情况下加法和减法运算肯定不会发生溢出之后，我们还必须回答另一个问题：究竟何时会发生溢出？这个问题的答案是：对于加法而言，溢出发生在两个正数相加，而结果为负时；或者两个负数相加而结果为正时。显然，将两个32位的整数相加或者相减时，结果有可能需要33位才能完整地表示出来。缺少第33位意味着发生溢出时，符号位实际上被结果的数值部分占据了，而没有被设置成结果真正的符号位。由于我们所缺少的只是一个额外的数位，因此，只有符号位一位是不正确的。也就是说，最高位的进位值就是结果的符号位。

对于减法而言，如果正数减去负数而结果为负数，或者负数减去正数而结果为正数，那么，此时就发生了溢出。这意味着在做减法时从符号位借了1。

1.4 软件基础

1.4.1 计算机软件的定义

1．什么是计算机软件

前面曾介绍，一个完整的计算机系统由两个基本部分组成：计算机硬件，组成计算机的各种物理设备；计算机软件，能指示（指挥）计算机完成特定任务的、以电子格式存储的程序、数据和相关的文档。国际标准化组织对计算机软件的定义是：“包含与数据处理系统操作有关的程序、规程、规则以及相关文档的智力创作。”

程序是指示计算机如何去解决问题或完成任务的一组详细的、逐步执行的指令，程序的每一步都是用计算机所能理解和处理的语言编写的。程序是软件的主体，单独的数据和文档一般不能成为软件。

数据是程序所处理的对象及处理过程中使用的参数。

文档则是程序开发、维护和使用所涉及的资料（如设计报告、维护手册和使用指南等）。软件（特别是大型软件）必须有完整、规范的文档作为支持。

“软件”这一术语具有三层含义（从科学概念上讲）：个体含义，上面所说的计算机系统中的程序、规程、规则及其文档；整体含义，在特定计算机系统中所有个体含义下的软件的总体；学科含义，即指软件在研究、开发、维护以及使用中所涉及的理论、方法、技术所构成的学科，在这一意义上称为软件学。

2．软件的作用

计算机系统是在硬件“裸机”的基础上，通过一层层软件的支持，向用户呈现出强大的功能和友好方便的使用界面。

3．软件的特征

①软件是被开发设计的，而不属传统意义上被制造的；②软件不会“磨损”，不会受到引起硬件磨损的环境因素的影响；③虽然软件产业正在向基于构件的组装前进，大多数软件仍是定制的。

4．软件的保护

软件是一种知识作品，它与书籍、电影一样受到版权保护。

①版权保护。版权所有者唯一地享有该软件的复制、发布、修改、署名、出售的诸多权利。其他人随意复制、分发是违法的，只有单一使用权。

②许可证保护。软件许可证是一种法律合同，它确定了用户对软件的使用方式，扩大了版权法给予用户的权利。软件许可一般包括一人多用，多人共用，限数同时使用。

③共享软件。共享软件是以“先使用后付费”的方式销售的享有版权的软件。根据共享软件作者的授权，用户可以从各种渠道免费得到它的副本，也可以自由传播它。用户可以先使用或试用共享软件，满意后再向作者付费；如果觉得不值可停止使用。

1.4.2 计算机软件技术

计算机软件技术是研制开发计算机软件所需的所有技术的总称。

按照计算机软件分支学科的内容划分，计算机软件技术主要包括：软件工程技术、程序设计技术、系统软件技术、数据库技术、网络软件技术、软件工具与开发环境技术、与实际工作相关的软件技术。

软件技术还渗透到计算机科学技术的其他领域，如人工智能、中文信息处理、图形图像处理、计算机辅助技术、计算机实时控制和仿真、多媒体技术等。

1．软件工程技术

软件工程技术涉及软件开发的原则与策略、软件开发方法与软件过程模型、软件标准与软件质量的衡量、软件开发的组织与项目管理、软件版权等。

2．程序设计技术

程序设计技术涉及程序的结构与算法设计、程序设计的风格、程序设计语言、程序设计方法和程序设计自动化、程序的正确性证明、程序的变换等。

3．系统软件技术

系统软件技术涉及操作系统、编译方法、分布式处理系统、并行处理技术等。

4．数据库技术

数据库技术涉及数据模型、数据库与数据库管理系统、分布式数据库、面向对象的数据库技术、各类专用数据库技术等。

5．网络软件技术

网络软件技术涉及协议工程、网络管理、局域网技术、网络互联技术、智能网络等。

6．软件工具与开发环境技术

软件工具与开发环境技术涉及人机接口技术、软件自动生成、软件工具的集成和软件开发环境、软件的复用、逆向工程等。

7．与实际工作相关的软件技术

与实际工作相关的软件技术涉及软件质量的控制，软件配置的管理，用户的在线帮助文档和图标设计，软件规模控制，软件评估和软件开发计划的制订，软件需求的表示和软件规格说明书的确定等。

1.4.3 程序设计

1．概念

程序设计是给出解决特定问题程序的过程，是软件构造活动中的重要组成部分。程序设计往往以某种程序设计语言为工具，给出这种语言下的程序。程序设计过程应当包括分析、设计、编码、测试、排错等不同阶段。专业的程序设计人员常被称为程序员。

2．步骤

（1）分析问题。

对于接受的任务要进行认真的分析，研究所给定的条件，分析最后应达到的目标，找出解决问题的规律，选择解题的方法，完成实际问题。

（2）设计算法。

即设计出解题的方法和具体步骤。

（3）编写程序。

将算法翻译成计算机程序设计语言，对源程序进行编辑、编译和连接。

（4）运行程序，分析结果。

运行可执行程序，得到运行结果。能得到运行结果并不意味着程序正确，要对结果进行分析，看它是否合理。不合理要对程序进行调试，即通过上机发现和排除程序中的故障的过程。

（5）编写程序文档。

许多程序是提供给别人使用的，如同正式的产品应当提供产品说明书一样，正式提供给用户使用的程序，必须向用户提供程序说明书。内容应包括：程序名称、程序功能、运行环境、程序的装入和启动、需要输入的数据，以及使用注意事项等。

3．方法

（1）面向过程。

面向过程的结构化程序设计分三种基本结构：顺序结构、选择结构、循环结构。

原则：

①自顶向下：指从问题的全局下手，把一个复杂的任务分解成许多易于控制和处理的子任务，子任务还可能做进一步分解，如此重复，直到每个子任务都容易解决为止。

②逐步求精

③模块化：指解决一个复杂问题是自顶向下逐层把软件系统划分成一个个较小的、相对独立但又相互关联的模块的过程。

注意事项：

①使用顺序、选择、循环等有限的基本结构表示程序逻辑。

②选用的控制结构只准许有一个入口和一个出口

③程序语句组成容易识别的块，每块只有一个入口和一个出口。

④复杂结构应该用基本控制结构进行组合或嵌套来实现。

⑤程序设计语言中没有的控制结构，可用一段等价的程序段模拟，但要求改程序段在整个系统中应前后一致。

⑥严格控制GOTO语句。

（2）面向对象的程序设计。

面向对象的基本概念：

①对象；

②类；

③封装；

④继承；

⑤消息；

⑥多态性。

优点：

①符合人们认识事物的规律；

②改善了程序的可读性；

③是人机交互更加贴近自然语言。

4．语言

（1）概念。

程序语言（Programming Language）是用于编写计算机程序的语言。语言的基础是一组记号和一组规则。根据规则由记号构成的记号串的总体就是语言。在程序设计语言中，这些记号串就是程序。程序设计语言包含三个方面，即语法、语义和语用。语法表示程序的结构或形式，亦即表示构成程序的各个记号之间的组合规则，但不涉及这些记号的特定含义，也不涉及使用者。语义表示程序的含义，亦即表示按照各种方法所表示的各个记号的特定含义，但也不涉及使用着，语用表示程序与使用的关系。

（2）语言分类。

程序设计语言的基本成分有：①数据成分，用于描述程序所涉及的数据；②运算成分，用以描述程序中所包含的运算；③控制成分，用以描述程序中所包含的控制；④传输成分，用以表达程序中数据的传输。

按照语言级别可以分为低级语言和高级语言。低级语言有机器语言和汇编语言。低级语言与特定的机器有关、功效高，但使用复杂、繁琐、费时、易出差错。机器语言是表示成数码形式的机器基本指令集，或者是操作码经过符号化的基本指令集。汇编语言是机器语言中地址部分符号化的结果，或进一步包括宏构造。高级语言的表示方法要比低级语言更接近于待解问题的表示方法，其特点是在一定程度上与具体机器无关，易学、易用、易维护。

程序设计语言按照用户的要求有过程式语言和非过程式语言之分。过程式语言的主要特征是，用户可以指明一列可顺序执行的运算，以表示相应的计算过程，如FORTRAN、COBOL、PASCAL等。

按照应用范围，有通用语言与专用语言之分。如FORTRAN、COLBAL、PASCAL、C语言等都是通用语言。目标单一的语言称为专用语言，如APT等。

按照使用方式，有交互式语言和非交互式语言之分。具有反映人机交互作用的语言成分的语言成为交互式语言，如BASIC等。不反映人机交互作用的语言称为非交互式语言，如FORTRAN、COBOL、ALGOL6 9、PASCAL、C语言等都是非交互式语言。

按照成分性质，有顺序语言、并发语言和分布语言之分。只含顺序成分的语言称为顺序语言，如FORTRAN、C语言等。含有并发成分的语言称为并发语言，如PASCAL、Modula和Ada等。

程序设计语言是软件的重要方面，其发展趋势是模块化、简明化、形式化、并行化和可视化。

程序设计语言还分为面向对象和面向过程，面向对象的例如：C++/C#/Delphi……面向过程的例如：Free Pascal/C语言……

5．分类

按照结构性质，有结构化程序设计与非结构化程序设计之分。前者是指具有结构性的程序设计方法与过程。它具有由基本结构构成复杂结构的层次性，后者反之。按照用户的要求，有过程式程序设计与非过程式程序设计之分。前者是指使用过程式程序设计语言的程序设计，后者指非过程式程序设计语言的程序设计。按照程序设计的成分性质，有顺序程序设计、并发程序设计、并行程序设计、分布式程序设计之分。按照程序设计风格，有逻辑式程序设计、函数式程序设计、对象式程序设计之分。

6．规范

程序设计的基本概念有程序、数据、子程序、子例程、协同例程、模块以及顺序性、并发性、并行性、和分布性等。程序是程序设计中最为基本的概念，子程序和协同例程都是为了便于进行程序设计而建立的程序设计基本单位，顺序性、并发性、并行性和分布性反映程序的内在特性。程序设计规范是进行程序设计的具体规定。程序设计是软件开发工作的重要部分，而软件开发是工程性的工作，所以要有规范。语言影响程序设计的功效以及软件的可靠性、易读性和易维护性。专用程序为软件人员提供合适的环境，便于进行程序设计工作。

程序设计=数据结构+算法

程序设计（Programming）是指设计、编制、调试程序的方法和过程。它是目标明确的智力活动。由于程序是软件的本体，软件的质量主要通过程序的质量来体现，在软件研究中，程序设计的工作非常重要，内容涉及有关的基本概念、工具、方法以及方法学等。程序设计通常分为问题建摸，算法设计，编写代码，编译调试和整理并写出文档资料五个阶段。