计算机数据表示

2.1 数据表示 
2.1.1 信息、数字和字符的表示 
1．信息表示
存储数据的逻辑部件有两种状态，即高电位和低电位,分别与"1"和"0"相对应。在计算机中，如果一种电位状态表示一个信息单元，那么一位二进制数可以表示两个信息单元。若使用2位二进制数，则可以表示4个信息单元；使用3位二进制数，可以表示8个信息单元。二进制数的位数和可以表示的信息单元之间存在着幂次数的关系。也就是说，当用n位二进制数时，可表示的不同信息单元个数为2 个。

反之，如果有18个信息单元需要表示，那么应该用几位二进制数呢？若用4位二进制数，可表示的信息单元为16个；若用5位二进制数，可表示的信息为32个单元。所以要表示18个信息单元的数据，至少需要用5位二进制数。

计算机在存储数据时，常常把8位二进制数看作一个存储单元，或称为一个字节。用2 来计算存储容量，把 （即1024）个存储单元称为1K字节；把 K（即1024 K）个存储单元称为1M字节；把 M（即1024M）个存储单元称为1G字节。

2．数字表示
通过二进制格式来存储十进制数字，也即存储数值型数据。表示一个数值型数据，需要解决三个问题。

首先，要确定数的长度。在数学中，数的长度一般指它用十进制表示时的位数，例如258为3位数、124578为6位数等。在计算机中，数的长度按二进制位数来计算。但由于计算机的存储容量常以字节为计量单位，所以数据长度也常按字节计算。需要指出的是，在数学中数的长度参差不一，有多少位就写多少位。在计算机中，如果数据的长度也随数而异，长短不齐，无论存储或处理都很不便。所以在同一计算机中，数据的长度常常是统一的，不足的部分用"0" 填充。

其次，数有正负之分。在计算机中，总是用最高位的二进制数表示数的符号，并约定以"0"代表正数，以"1"代表负数，称为数符；其余仍表示数值。通常，把在机器内存放的正负号数码化的数称为机器数，把机器外部由正负号表示的数称为真值数。若一个数占8位，真值数为(-0101100)B,其机器数为10101100，存放在机器中的见图2.1.1

图2.1.1 存放在机器中的数
机器数表示的范围受到字长和数据的类型的限制。字长和数据类型确定了，机器数能表示的范围也定了。例如，若表示一个整数，字长为8位，最大值01111111，最高位为符号位，因此此数的最大值为127。若数值超出127，就要"溢出"。

再者是小数点的表示。在计算机中表示数值型数据，小数点的位置总是隐含的，以便节省存储空间。隐含的小数点位置可以是固定的，也可以是可变的。前者称为定点数，后者称为浮点数。

1) 定点数表示方法：
定点整数，即小数点位置约定在最低数值位的后面，用于表示整数。

整数分为带符号和不带符号的两类。对于为带符号的整数，符号位放在最高位。整数表示的数是精确的，但数的范围是有限的。根据存放的字长，它们可以用8、16、32位等表示，各自表示数的范围见表2.1.1。 
表2.1.1 不同位数和数的表示范围
二进制位数 无符号整数的表示范围 有符号整数的表示范围
8 
16 
32 

如果把有符号整数的长度扩充为4字节，则整数表示范围可从±32767扩大到±2147483647≈0.21×1010，即21亿多。但每个数占用的存储空间也增加了一倍。

定点小数，即小数点位置约定在最高数值位的前面，用于表示小于1的纯小数。

如用定点数表示十进制纯小数－0.6876，则为－0.101100000000011…。数字-0.6876的二进制数为无限小数，故存储时只能截取前15位，第16位开始略去。

若2个字节长度用来表示定点小数，则最低位的权值为2－15（在10－4 ~10－5之间），即至多准确到小数点后的第4至第5位（按十进制计算）。这样的范围和精度，即使在一般应用中也难以满足需要。为了表示较大或较小的数，用浮点数表示。

2）浮点数表示方法：
在科学计算中，为了能表示特大或特小的数，采用"浮点数"或称"科学表示法"表示实数，"浮点数"由两部分组成，即尾数和阶码。例如， ，则0.23456为尾数，5是阶码。

在浮点表示方法中，小数点的位置是浮动的，阶码可取不同的数值。为了便于计算机中小数点的表示，规定将浮点数写成规格化的形式，即尾数的绝对值大于等于0.1并且小于1，从而唯一规定了小数点的位置。尾数的长度将影响数的精度，其符号将决定数的符号。浮点数的阶码相当于数学中的指数，其大小将决定数的表示范围。

同样，任意二进制规格化浮点数的表示形式为：

其中 是尾数，前面的" "表示数符； 是阶码，前面的" "表示阶符。它在计算机内的存储形式如图2.1.2所示。

阶符 阶码 数符 尾数
图2.1.2 浮点数的存储格式
例如，设尾数为8位，阶码为6位；则二进制数 ，浮点数的存放形式见图2.1.3。

图2.1.3 的存放
3）原码、反码和补码表示法
"原码"编码方式 
以上介绍的定点和浮点表示，都是用数据的第一位表示数的符号，用其后的各位表示数（包括尾数与阶码）的绝对值。这种方法简明易懂，但因运算器既要能作加法，又要能作减法，操作数中既有正数，又有负数，所以原码运算时常伴随许多判断。例如两数相加，若符号不同，实际要做减法；两数相减，若符号相异，实际要做加法，等等。其结果是，增加运算器的复杂性，并增加运算的时间。

"补码"和"反码"编码方式
怎样处理负数？由此提出了"补码"、"反码"等编码方法.补码运算的主要优点，是通过对负数的适当处理，把减法转化为加法。不论求和求差，也不论操作数为正为负，运算时一律只做加法，从而大大简化加减运算。补码运算通常通过反码运算实现。所以对算术运算的完整讨论不仅应包括数值，还应该包括码制（原、反、补码等）。

3．字符表示：
字符编码是指用一系列的二进制数来表示非数值型数据（如字符、标点符号等）的方法，简称为编码。表示26个英文字母，用5个二进制位已足够表示26个字符了。但是，每个英文字母有大小写之分，还有大量的标点符号和其他一些特殊符号（如$、#、@、&、+等）。把所有的符号计算在一起，总共有95个不同的字符需要表示。使用最广泛的三种编码方式是ASCII、ANSI和EBCDIC码，第四种编码方式Unicode码正在发展中。

1） ASCII（American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准码）是使用最广的。使用ASCII码编码的文件称为ASCII文件。标准的ASCII编码使用7个二进制数来表示128个符号，包括英文大小写字母、标点符号、数字和特殊控制符。

2） ANSI（American National Institute,美国国家标准协会）编码使用8位二进制数来表示每个字符。8个二进制数能表示256个信息单元，因此，该编码可以对256个字符、符号等进行编码。ANSI开始的128个字符的编码和ASCII定义的一样，只是在最高位上加个0。例如，在ASCII编码中，字符"A"表示为1000001，而在ANSI编码中，则用01000001表示。除了表示ASCII编码中的128个字符外，ANSI编码还有128个符号可以表示，如版权符、英镑符、外国语言字符等。

3）EBCDIC（Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code,扩展二、十进制交换码）是IBM公司为它的大型机开发的8位字符编码。值得注意的是，在EBCDIC编码开始的128个字符中，EBCDIC的编码和ASCII或ANSI的编码并不相同。

总的来说，标准的ASCII编码定义的128个字符，对于表示数字、字符、标点符号和特殊字符来说是足够了。ANSI编码表示了所有的ASCII编码所表示的128个字符，并且还表示了欧洲语言中的字符。EBCDIC编码表示了标准的字符和控制代码。但是，没有一种编码方案支持可选的字符集，也不支持非字母组合起来的语言，如汉语、日语等。

4）Unicode编码是一组16位编码，可以表示超过65000个不同的信息单元。从原理上讲，Unicode可以表示现在正在使用的、或者已经不再使用的任何语言中的字符。对于国际商业和通信来说，这种编码方式是非常有用的，因为在一个文件中可能需要包含有汉语、日语、英语等不同的语种。并且，Unicode编码还适用于软件的本地化，即可以针对特定的国家修改软件。另外，使用Unicode编码，软件开发人员可以修改屏幕的提示、菜单和错误信息提示等，来适用于不同国家的语言文字。

2.1.2图像数据和视频数据的表示 
两种非常不同的图形编码方式，即位图编码和矢量编码方式。两种编码方式的不同，影响到图像的质量、存储图像的空间大小、图像传送的时间和修改图像的难易程度。视频是图像数据的一种，由若干有联系的图像数据连续播放而形成。人们一般讲的视频信号为电视信号，是模拟量；而计算机视频信号则是数字量。

1．位图图像：
位图图像是以屏幕上的像素点位置来存储图像的。 最简单的位图图像是单色图像。单色图像只有黑白两种颜色，如果某像素点上对应的图像单元为黑色，则在计算机中用0来表示；如果对应的是白色，则在计算机中用1来表示。

对于单色图像，用来表示满屏图像的图像单元数正好与屏幕的像素数相等。如果水平分辨率为640，垂直分辨率为480，将屏幕的水平分辨率与垂直分辨率相乘： 640×480=307200，则屏幕的像素数为307200个，因为单色图像使用一位二进制数来表示一个像素，所以存储一幅满屏的位图图像的字节数也就能计算出来： 307200÷8=38400，因此分辨率为640×480的满屏单色图像需要38400个字节来存储，这个存储空间不算大。但是单色图像看起来不太真实，很少使用。

灰度图像要比单色图像看起来更真实些。灰度图像用灰色按比例显示图像，使用的灰度级越多，图像看起来越真实。 通常计算机用256级灰度来显示图像。在256级灰度图像中，每个像素可以是白色、黑色或灰度中256级中的任何一个，也就是说，每个像素有256种信息表示的可能性。所以在灰度图像中，存储一个像素的图像需要256个信息单元，即需要一个字节的存储空间。因此，一幅分辨率为640×480、满屏的灰度图像需要307200个字节的存储空间。

计算机可以使用16、256或1,670万种颜色来显示彩色图像，用户将会得到更为真实的图像。

16色的图像中，每个像素可以有16种颜色。那么为了表示16个不同的信息单元，每个像素需要4位二进制数来存储信息。因此，一幅满屏的16色位图图像需要的存储容量为153600个字节。

256色的位图图像，每个像素可以有256种颜色。为了表示256个不同的信息单元，每个像素需要8位二进制数来存储信息，即一个字节。因此，一幅满屏的256色位图图像需要的存储容量为307200个字节，是16色的两倍，与256级灰度图像相同。

1,670万色的位图图像称为24位图像或真彩色图像。其每个像素可以有1.670万种颜色。为了表示这1,670万种不同的信息单元，每个像素需要24位二进制数来存储信息，即3个字节。显然，一幅满屏的真彩色图像需要的存储容量更大。

包含图像的文件都很大，需要很大容量的存储器来存储，并且传输和下载的时间也很长。例如，从因特网上下载一幅分辨率为640×480的256色图像至少需要1分钟；一幅16色的图像需要一半的时间；而一幅真彩色图像则会需要更多的时间。

有两种技术可以用来减少图像的存储空间和传输时间，即数据压缩技术和图像抖动技术。数据压缩技术随后介绍，而图像抖动技术主要是采用减少图像中的颜色数来减小文件存储容量的。抖动技术是根据人眼对颜色和阴影的分辨率，通过由两个或多个颜色组成的模式产生附加的颜色和阴影来实现。例如，256色图像上的一片琥珀色区域，可以通过抖动技术转换为16色图像上的黄红色小点模式。在因特网的Web页面上，抖动技术是用来减少图像存储容量的常用技术。

位图图像常用来表现现实图像，其适合于表现比较细致、层次和色彩比较丰富、包含大量细节的图像。例如扫描的图像，摄像机、数字照相机拍摄的图像，戓帧捕捉设备获得的数字化帧画面。经常使用的位图图像文件扩展名有：.bmp、.pcx、.tif、.jpg和.gif等。

由像素矩阵组成的位图图像可以修改戓编辑单个像素，即可以使用位图软件（也称照片编辑软件戓绘画软件）来修改位图文件。可用来修改戓编辑位图图像的软件如：Microsoft Paint、 PC Paintbrush、Adobe Photoshop、Micrografx Picture Publisher等，这些软件能够将图片的局部区域放大，而后进行修改。

2．矢量图像 
矢量图像是由一组存储在计算机中，描述点、线、面等大小形状及其位置、维数的指令组成，而不是真正的图像。它是通过读取这些指令并将其转换为屏幕上所显示的形状和颜色的方式来显示图像的，矢量图像看起来没有位图图像真实。用来生成矢量图像的软件通常称为绘图软件，如常用的有：Micrographx Designer和CorelDRAW。

矢量图像的优缺点
优点：
存储空间比位图图像小。矢量图像的存储空间依赖于图像的复杂性，每条指令都需要存储空间，所以图像中的线条、图形、填充模式越多，需要的存储空间越大。但总的来说，由于矢量图像存储的是指令，要比位图图像文件小得多。

矢量图像可以分别控制处理图中的各个部分，即把图像的一部分当作一个单独的对象，单独加以拉伸、缩小、变形、移动和删除，而整体图像不失真。不同的物体还可以在屏幕上重叠并保持各自的特性，必要时仍可分开。所以，矢量图像主要用于线性图画、工程制图及美术字等。经常使用的矢量图像文件扩展名有：.wmf、.dxf、.mgx和.cgm等。

缺点：
处理起来比较复杂，用矢量图格式表示一复杂图形需花费程序员和计算机的大量时间，比较费时，所以通常先用矢量图形创建复杂的图，再将其转换为位图图像来进行处理。

位图图像和矢量图像的比较： 
显示位图图像要比显示矢量图像快，但位图图像所要求的存储空间大，因为它要指明屏幕上每一个像素的信息。总之，矢量图像的关键技术是图形的制作和再现，而位图图像的关键技术则是图像的扫描、编辑、无失真压缩、快速解压和色彩一致性再现等。

3．数字视频：
视频信息实际上是由许多幅单个画面所构成的。电影、电视通过快速播放每帧画面，再加上人眼的视觉滞留效应便产生了连续运动的效果。视频信号的数字化是指在一定时间内以一定的速度对单帧视频信号进行捕获、处理以生成数字信息的过程。

与模拟视频相比，数字视频的优点为：
1）数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，而模拟视频信息每转录一次，就会有一次误差积累，产生信息失真。

2）可以用许多新方法对数字视频进行创造性的编辑，如字幕、电视特技等。

3）使用数字视频可以用较少的时间和费用创作出用于培训教育的交互节目， 可以真正实现将视频融进计算机系统中以及可以实现用计算机播放电影节目等。

数字视频的缺点为：
因为数字视频是由一系列的帧组成，每个帧是一幅静止的图像，并且图像也使用位图文件形式表示。通常，视频每秒钟需要显示30帧，所以数字视频需要巨大的存储容量。

例如：一幅全屏的、分辨率为640×480的256色图像需要有307200字节的存储容量。那么一秒钟数字视频需要的存储空间是30乘上这个数，即9216000个字节，约为9兆。两小时的电影需要66 355 200 000个字节，超过66G字节。这样大概只有使用超级计算机才能播放。所以在存储和传输数字视频过程中必须使用压缩编码。

2.1.3 声音数据的表示 
计算机可以记录、存储和播放声音。在计算机中声音可分成数字音频文件和MIDI文件。

1．数字音频
复杂的声波由许许多多具有不同振幅和频率的正弦波组成，这些连续的模拟量不能由计算机直接处理，必须将其数字化才能被计算机存储和处理

计算机获取声音信息的过程就是声音信号的数字化处理过程。经过数字化处理之后的数字声音信息能够像文字和图像信息一样被计算机存储和处理。模拟声音信号转化为数字音频信号的大致过程： 

用数字方式记录声音，首先需对声波进行采样。声波采样前后波形如图2.1.4所示（其中横轴表示时间，纵轴表示振幅）： 

图2.1.4 声波采样前后波形
采样频率指的是在采样声音的过程中，每秒钟对声音测量的次数。采样频率以Hz为单位。如果提高采样频率，单位时间内所得到的振幅值就多，也即采样频率越高，对原声音曲线的模拟就越精确。然后再把足够多的振幅值以同样的采样频率转换为电压值去驱动扬声器，则可听到和原波形一样的声音。这种技术称为脉冲编码调制技术（PCM）。

声音文件
存储在计算机上的声音文件的扩展名为：.wav，.mod，.au和.voc。要记录和播放声音文件，需要使用声音软件，声音软件通常都要使用声卡。

2．MIDI文件
乐器数字接口--MIDI（Musical Instrument Digital Interface），是电子乐器与计算机之间的连接界面和信息交流方式。MIDI格式的文件扩展名为.mid，通常把MIDI格式的文件简称为"MIDI文件"。

MIDI是数字音乐国际标准。数字式电子乐器的出现，为计算机处理音乐创造了极为有利的条件。MIDI声音与数字化波形声音完全不同，它不是对声波进行采样、量化和编码。它实际上是一串时序命令，用于纪录电子乐器键盘弹奏的信息，包括键、力度、时值长短等。这些信息称之为MIDI消息，是乐谱的一种数字式描述。当需要播放时，只需从相应的MIDI文件中读出MIDI消息，生成所需要的乐器声音波形，经放大后由扬声器输出。

MIDI文件的存储容量较数字音频文件小得多。如3分钟的MIDI音乐仅仅需要10KB的存储空间，而3分钟的数字音频信号音乐需要15MB的存储容量。

2.2 数据压缩 
对数据重新进行编码，以减少所需要的存储空间。数据压缩必须是可逆的，也即压缩过的数据必须可以恢复成原状，其逆过程称为解压缩。
当数据压缩后，文件的大小变小了，可以用压缩比来衡量压缩的数量。例如，压缩比为20：1，表明压缩后的文件大小是原文件的1/20。压缩编码方法有无损压缩法（冗余压缩法）和有损压缩法。后者允许有一定程度的失真，可用于对图像、声音、数字视频等数据的压缩。其中用这种方法压缩数据时，数字视频图像的压缩比可达到100:1~200:1。

数据压缩可以由特殊的计算机硬件实现或完全由软件来实现，也可以软、硬件相结合的方法来实现 。常用的压缩软件由Winzip等。

2.2.1文本文件压缩 
自适应式替换压缩技术
扫描整个文本并且寻找两个或多个字节组成的模式。一旦发现一个新的模式，会用文件中其他地方没有用过的字节来代替这个模式，并在字典中加入一个入口。例如：有这样一段文本
"the rain in Spain stays mainly on the plain, but the rain in Maine falls again and again"

其中："the" 是一种模式，在文中出现3次，若用"#"来替换，可以压缩6个字节；"ain"出现8次，若用"@"来替换，可以压缩16个字节；"in" 出现2次，若用"$"来替换，可以压缩2个字节等。可见，文件越长，包含重复信息的可能越大，压缩比也越大。

扫描整个文档，并寻找重复的单词。当一个单词出现的次数多于一次时，那么从第二次及以后出现的该单词都会用一个数字来替换。这个数字称为原单词的指针。例如：上例中的文本可以压缩为："the rain in Spain stays mainly on #1 plain, but #1 #2 #3 Maine falls again and #16"可见，只压缩了6个字节，文件越大，单词重复的频率越高，因而压缩效果也越好。

2.2.2图象数据压缩 
游程编码是针对于图形文件的压缩技术，它是一种寻找字节模式并用一个可以描述这个模式的消息进行替代的压缩技术。

例如：假设图像中有一个191个像素的白色区域，并且每个像素用一个字节来表示。经过游程编码压缩后，这串191个字节的数据被压缩成2个字节。

扩展名为.bmp的位图文件是没有压缩过的文件。扩展名为.tif、.pcx、.jpg的位图文件是已经压缩过的文件。以.tif为文件扩展名的文件使用的是TIFF（即带标志的图像文件格式）格式。以.pcx为文件扩展名的文件使用的是 PCX格式。以.jpg为文件扩展名的文件使用的是有损失的JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组）格式。人们往往对图像实行有损压缩。

2.2.3视频数据压缩 
视频由一系列的帧组成，每一帧又是一幅位图图像，故视频文件需要巨大的存储容量。

人们通过减少每秒钟的播放帧数、减少视频窗口的大小或者只对每帧之间变化的内容进行编码等技术，来减少视频信号的存储容量。

数字视频常常采用的格式有：Video for Windows、QuickTime和MPEG格式，其文件的扩展名分别为：.avi、.mov、.mpg其中.mpg是一种压缩文件。MPEG格式可以将两个小时的视频信息压缩到几个GB。

视频压缩中还可以用运动补偿技术来减少存储容量。这种技术只存储每一帧之间变化的数据，而不需要存储每一帧中所有的数据。当某个视频片断每帧之间的变化不大时，用运动补偿技术非常有效。例如：一个说话人的头部，只有嘴和眼睛在变化，而背景却保持相当的稳定。此时计算机只需计算出两帧之间的差别，只存储改变的内容即可。根据数据的不同，运动补偿的压缩比可以达到200:1。另外，每秒钟的播放帧数直接影响到视频的播放质量。减小图像的大小也是一种有效的减少存储容量的好方法。一般可以综合以上几种压缩技术来达到减小视频文件存储容量的目的。

2.2.4 音频数据压缩 
音频数据最突出的问题是信息量大。音频信息文件所需存储空间的计算公式为 ：

存储容量(字节)= 采样频率×采样精度/8×声道数×时间 

例如：一段持续1分钟的双声道音乐，若采样频率为44.1KHz，采样精度为16位，数字化后需要的存储容量为：44.1×103×16/8×2×60=10.584MB 。

数字音频的编码必须具有压缩声音信息的能力，最常用的方法是自适应脉冲编码调制法，即ADPCM压缩编码。

ADPCM压缩编码方案信噪比高，数据压缩倍率达2~5倍而不会明显失真，因此，数字化声音信息大多使用这种压缩技术。

2.3 信息加工 
中央处理单元通常指为完成基本信息处理循环部件的总和。中央处理单元是计算机系统硬件的核心，它主要包括中央处理器（Central Processing Unit,CPU）、内存储器（Memory）、系统总线（System Bus）和控制部件等，通过这些部件的协同动作完成对信息的处理。

2.3.1 CPU 
CPU是计算机系统的核心部件，它的工作就是处理信息、完成计算。CPU的种类很多。微型机的CPU也被称为"微处理器"，是采用最先进技术生产的超大规模集成电路芯片。在这种芯片中通常集成了数百万计的晶体管电子元件，具有非常复杂的功能。比微型计算机性能更强的各种计算机，例如用于高性能网络服务器的计算机等，它们的CPU常常由一组高性能芯片构成，具有更强的计算能力。此外在各种现代化设备，例如各种机器设备、仪器、交通工具等内部都安装有所谓"嵌入式"的CPU芯片，几乎所有的高档电器内部也都装备了一片甚至几片CPU芯片。

2.3.2 内存储器 
内存储器又称为主存储器（Main Memory）,简称为内存或主存。内存是计算机工作中用于保存信息的主要部件，在一个计算机系统中起着极为重要的作用，它的工作速度和存储容量对系统的整体性能、对系统解决问题的规模和效能影响都非常大。对于内存储器，除了容量以外，另一个重要的性能指标就是它的访问速度。内存速度用进行一次读或写操作所花费的"访问时间"来衡量。

内存储器的基本存储单位称为存储单元，今天的计算机内存小存储器单元的结构模式，每个单元正好存储一个字节的信息（8位二进制代码）。每个单元对应了一个唯一的编号，由此形成的单元编号称为存储单元的地址。计算机中央处理单元中的各部件通过一条公共信息通路连接，这条信息通路称为系统总线。CPU和内存之间的信息交换是通过数据总线和地址总线进行的。内存是按照地址访问的，给出即可得到存储在具有这个地址的内存单元里的信息。CPU可以随即访问任何内存单元的信息。且访问时间的长短不依赖所访问的地址。

2.3.3 指令和程序 
CPU的基本功能由它所提供的指令确定。当CPU得到一条指令以后，控制单元就解释这条指令，指挥其他部件完成这条指令。虽然有很多不同的CPU，但它们的基本指令具有共同性。CPU的基本指令主要包括以下几大类：

1） 存储器访问类指令

2） 算术运算和逻辑运算类指令 

3） 条件判断和逻辑运算类指令

4） 输入输出指令

5） 控制和系统指令

指令也是在计算机里存在并需要在计算机里传输的一类信息，所以指令也必须采用二进制方式编码，以二进制形式在计算机里保存和传输。当CPU得到一条指令以后，控制单元就解释这条指令，指挥其他部件完成这条指令。

所谓"程序"就是为完成某种特定工作而实现的、由一系列计算机指令构成的序列。简单的说，程序就是指令的序列。一种具体的计算机的程序就是这种计算机的CPU能够执行的指令作为基本元素构成的序列。程序也可以看作是被计算机的CPU处理的一类信息，它实际上是被CPU的控制单元处理的，而不象一般数据那样被CPU的运算部件处理和使用。计算机基本工作循环由两个基本步骤组成：一个是取指令，另一个是执行指令。程序控制器是实现这个基本循环的主体。

人们在分析了在程序中需要实现的各种计算过程的需要之后，提出了程序的三种基本逻辑结构，称为程序的三种"基本控制结构"，即"顺序结构"、"分支结构"和"循环结构"，已经在理论上证明了这三种结构的能力是充分的，任何程序都能仅仅用这三种结构构造起来。三种基本控