第1章 计算机基础知识

1.1 计算机的基本概念

（1）计算机的发展

计算机的诞生

1946年第一台电子数字计算机ENIAC由美国宾夕法尼亚大学研制成功。它是一个庞然大物，共有18000个电子管、1500个继电器，耗电150kw，重量30t，占地170平方米，运算速度为每秒5000次加法或400次乘法。它的诞生在人类文明史上具有划时代的意义，奠定了计算机的发展基础，成为计算机发展史上的一个重要里程碑，开辟了计算机科学的新纪元。

从第一台计算机诞生至今已有70多年的时间，计算机的基本构成元件经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路4个发展时代。

第一代计算机

第一代计算机（1946——1957年）使用电子管作为主要电子元件，其主要特点时体积大、耗电多、重量重、性能低，且成本很高。这一代计算机的主要标志时：

• 确立了模拟量可以变换成数字量进行计算，开创了数字化技术的新时代；
• 形成了电子数字计算的基本结构，即冯·诺依曼结构；
• 确定了程序设计的基本方法，采用机器语言和汇编语言编程；
• 首次使用阴极射线管CRT作为计算机的字符显示器。

第二代计算机

第二代计算机（1958——1964年）使用晶体管作为主要电子元件，其各项性能指标有了很大改进，运算速度提高到每秒几十万次。这一代计算机的主要标志是：

• 开创了计算机处理文字和图形的新阶段；
• 系统软件出现了监控程序，提出了操作系统的概念；
• 高级语言已投入使用；
• 开始有了通用机和专用机之分；
• 开始使用鼠标。

第三代计算机

第三代计算机（1965——1970年）使用小规模集成电路SSIC和中规模集成电路MSIC作为主要电子元件，其性能和稳定性进一步提高。这一代计算机的主要标志是：

• 运算速度已达到每秒100万次以上；
• 操作系统更加完善，出现分时操作系统；
• 出现结构化程序设计方法，为复杂软件提供了技术支持；
• 序列机的推出，较好地解决了“硬件不断更新，而软件相对稳定”的矛盾；
• 机器可根据其性能分成巨型机、大型机、中型机和小型机。

第四代计算机

第四代计算机（1971年至今）采用大规模集成电路LSIC和超大规模集成电路VLSIC作为主要电子元件，使得计算机日益小型化和微型化。这一代计算机的主要标志是：

• 操作系统不断完善，应用软件的开发成为现代化工业的一部分；
• 计算机应用和更新的速度更加迅猛，产品覆盖各类机型；
• 计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代。

微型计算机的发展

微型计算机是第四代计算机的典型代表。

1971年Intel公司使用LSIC率先推出微处理器4004，成为计算机发展史上一个新的里程碑，宣布第四代计算机问世。从此，计算机进入一个崭新的发展时期，各种采用LSIC、VLSIC的新型计算机像雨后春笋般地蓬勃发展起来。

微型计算机的字长从4位、8位、16位、32位至64位迅速增长，速度越来越快，容量越来越大，其性能已赶上甚至超过20世纪70年代的中、小型计算机的水平。

微型机小巧玲珑、性能稳定、价格低廉，对环境没有特殊要求且易于成批生产，因此吸引众多的用户，得到了快速发展。

20世纪80年代微型机进入全盛时期，速度、容量等性能得到飞速提高，显示出强大生命力。

当前计算机技术正朝着巨型化、微型化、网络化、智能化、多功能和多媒体的多个不同的方向发展。

小结：四代计算机的对比

代	时间	硬件	标志
一	1946~1957年	电子元件	模拟转数字 基本结构：冯·诺伊曼 程序设计语言：机器和汇编语言 CRT显示器
二	1958~1964年	晶体管	操作系统 高级语言 分通机和专机 鼠标
三	1965~1970年	小和中规模集成电路	分时操作系统 结构化程序设计方法 根据性能分巨、大、中和小型机
四	1971~至今	大和超大规模集成电路	网络时代

（2）计算机的分类

对计算机的分类方法有多种，这里主要按计算机处理数据的方式、使用范围及计算机的规模和处理能力等三种分类方法进行说明。

按计算机处理数据的方式分类

按计算机处理数据的方式分类有电子数字计算机、电子模拟计算机和数模混合计算机三种。

• 电子数字计算机

电子数字计算机以数字量（也称不连续量）作为运算对象进行运算，其特点是运算速度快，精确度高，具有“记忆”（存储）和逻辑判断能力。计算机的内部操作和运算是在程序控制下自动进行的。

当前一般不加特别说明时，计算机指的就是电子数字计算机。电子数字计算机又可以按照不同要求进行划分。

• 电子模拟计算机

电子模拟计算机是一种用连续变化的模拟量（如电压、长度、角度来模仿实际所需要计算的对象）作为运算量的计算机，现在已经很少使用。

• 数模混合计算机

数模混合计算机兼有数字和模拟两种计算机的优点，既可以接收、处理和输出模拟量，也可以接收、处理和输出数字量。

按计算机使用范围分类

按计算机使用范围分类有通用计算机和专用计算机两种。

• 通用计算机

通用计算机是指可以用于解决不同类型问题而设计的计算机。通用计算机既可以进行科学计算，又可用于数据处理和工业控制等。它是一种用途广泛、结构复杂的计算机。

• 专用计算机

专用计算机是为某种特定目的而设计的计算机。例如，用于数控机床、轧钢控制、银行存款等的计算机。专用计算机针对性强、效率高，结构比通用计算机简单。

按计算机的规模和处理能力分类

计算机的规模和处理能力主要是指其体积、字长、运算速度、存储容量、外部设备、输入输出能力等主要技术指标，按此分类方法，一般可分为巨型机、大型机、中型机、微型机、工作站等。

小结

分类依据	分类	特点
处理数据方式	电子数字	速度快、精度高、能记忆、会逻辑判断，一般说的计算机都是数字的
	电子模拟	使用模拟量计算
	混合模拟	兼有数字和模拟的特点
使用范围	通用	科学计算、数据处理和工业控制
	专用	数控机床、存款机、轧钢机等
处理能力	巨型、大型、中型、小型、微型、工作站

（3）计算机的主要特点

计算机具有强大的计算机能力和逻辑判断能力，并且能够快速、准确地解决各种复杂的、大数据量的数学和逻辑问题。计算机的主要特点如下所示。

自动控制能力

计算机具有自动控制能力。计算机是由程序来控制其操作过程的。只要根据应用的需要，事先编制好程序并输入计算机，计算机就能自动、连续地工作，完成预定的处理任务。计算机中可以存储大量的程序和数据。存储程序是计算机工作的一个重要原则，这是计算机能自动控制处理的基础。

高速运算能力

计算机具有高速运算的能力。现代计算机运算速度最高可达每秒千万亿次，即使是个人计算机，运算速度也可以达到每秒几千万到几亿次，远远高于人的计算速度。

很强的记忆能力

计算机具有很强的记忆能力。计算机拥有容量很大的存储装置，它不仅可以存储指挥计算机工作的程序，还可以存储所处理的原始数据信息、处理中间结果与最后结果。计算机所能保存、处理、分析和重新组合的信息包括大量的文字、图形、图像、声音等形式，以满足各种应用对这些信息的需求。

很高的计算精度

计算机具有很高的计算精度。由于计算机采用二进制数字进行计算，因此可以用增加表示数字的设备和运用计算技巧等手段，使数值计算精度越来越高，可根据需要获得千分之一到几百万分之一、甚至更高的精确度。

逻辑判断能力

计算机具有逻辑判断能力。计算机能够进行逻辑运算，并根据逻辑运算的结果选择相应的处理，即具有逻辑判断能力。当然，计算机的逻辑判断能力是在软件编制时就预定好的，软件编制时没有考虑到的问题，计算机还是无能为力的。

通用性强

计算机能够在各行各业得到广泛的应用，具有很强的通用性，原因之一就是它的可编程性。计算机可以将任何复杂的信息处理任务分解成一系列的基本运算和逻辑运算，反映在计算的指令操作中。按照各种功能要求的先后次序把他们组织成各种不同的程序，存入存储器中。在计算机的工作过程中，这种存储的指令序列指挥和控制计算机进行自动、快速的信息处理，并且十分灵活、方便、易于变更，这就使计算机具有极大的通用性。同一台计算机，只要安装不同的软件或连接到不同的设备上，就可以完成不同的任务。

（4）计算机的主要用途

由于计算机所具有的特点，使其应用十分广泛，从人工智能、工业控制，到个人文秘、家庭小管家等。概括起来，可以分为以下几个方面：

科学计算（数值计算）

科学计算或数值计算是计算机最早应用的领域。计算机根据公式或数据模型进行计算，可完成很大数据量的计算工作，精确度高，速度快，结果可靠。

数据处理（信息处理）

计算机能对各种各样的数据进行处理，如收集、传输、分类、查询、统计、分析和存储等。在已进入信息社会的今天，数据或信息处理在计算机应用中所占的比重越来越大。已成为最为广泛的应用领域。主要内容有办公自动化、事务处理、企业管理、信息资料检索等。

自动控制

自动控制是指在工业生产或其他过程中，自动地对控制对象进行控制和调节的工作方式，如自动化生产线、航天器导航、建筑物的安全系统监管等的自动控制。使用计算机进行控制可以在工业生产中降低能耗，提高生产效率和产品质量；在火箭、卫星的发射、运行和回收中，在强辐射、极高极低温度或高污染环境中执行单靠人力无法完成的操作等。

计算机辅助系统

计算机辅助系统是以计算机为工具，配备专用软件以帮助人们更好地完成工作、学习等任务，达到提高工作学习的效率和质量的目的。主要内容有计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing, CAM）、计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）、计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System, CIMS）、计算机辅助教学（Computer Aided Instruction, CAI）等。

人工智能

人工智能是利用计算机来模仿人的高级思维活动，如只能机器人、专家系统等。这是计算机应用中最诱人、也是难度最大且目前研究最为活跃的领域之一。

计算机网络

计算机网络技术是随着计算机技术和通信技术的发展而日趋完善并走向成熟的。计算机网络有着广泛的应用领域，主要功能有数据通信、资源共享、实现分布式的信息处理、提高系统的可靠性和可用性等。这一应用领域的发展已经使整个世界进入了信息时代，改变了和继续改变着人类社会的面貌和生活方式。

多媒体计算机系统

多媒体计算机系统即利用计算机的数字化技术和人机交互技术，将文字、声音、图形、图像、音频、视频和动画等集成处理，提供多种信息表现形式。这一技术被广泛应用于电子出版、教学和休闲娱乐等方面。

（5）信息的基本概念

信息是由客观事物得到的、使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、图形、图像、语音等所包括的内容。

数据是客观事物属性的表示，可以是数值数据和各种非数值数据。对计算机而言，数据是信息的载体，有数值、文字、语言、图形和图像等多种形式。即数据是指能够为计算机处理的数字化信息。

在计算机领域，信息经过转化而成为计算机能够处理的数据，同时也是经过计算机处理后作为问题解答而输出的数据。

未经处理的数据只是基本素材，仅当对其进行适当的加工处理，产生出有助于实现特定目标的信息对人们才有意义。可见信息实际上是指经过处理后的数据。例如，“除去物价上涨因素，本市今年生活指数较去年同期提高了8个百分点”。这是一条信息，是经大量原始数据资料的分析后得出的结论，而其表现形式是数据，但已不是单纯的数字了。同时可知，信息是不能独立存在的，必须依附于某种载体之上。

信息无处不在，具有可传递性、共享性和可处理性等特征。

1.2 计算机系统的组成

（1）计算机系统的基本组成

计算机系统由硬件系统和软件系统两个部分组成。硬件系统是指计算机系统的物理装置，即由电子线路、元器件和机械部件等构成的具体装置，是看得见、摸得着的“硬”实体；软件系统是指计算机系统中运行的程序、以及这些程序所使用的数据以及相应的文档的集合。计算机系统的基本组成如图1-1所示。

图1-1 计算机系统的基本组成

通常人们将运算器和控制器称为中央处理器（Central Processing Unit, CPU），将中央处理器和内存储器合称为主机，将输入设备、输出设备和外存储器等合称为外部设备（简称外设）。

（2）硬件系统

冯·诺伊曼结构计算机及特点

1946年美籍匈牙利人冯·诺伊曼提出了“存储程序”原理，奠定了计算机的基本结构和工作原理的技术基础。存储程序原理的主要思想是：将程序和数据存放到计算机内部的存储器中，计算机在程序的控制下一步一步进行数据处理，直到得出最终结果。按此原理设计的计算机称为存储程序计算机，或称为冯·诺伊曼结构计算机。今天我们所使用的计算机，不论机型大小，都属于冯·诺伊曼结构计算机。

冯·诺伊曼结构计算机由五大部分构成，如图2-1。

图2-1 冯·诺伊曼结构计算机

冯·诺伊曼结构的主要特点是：

• 存储程序控制要求计算机完成的功能，必须要事先编制好相应的程序，并输入到存储器中，计算机的工作过程即运行程序的过程；
• 程序由指令构成，程序和数据都用二进制数表示；
• 指令由操作码和地址码构成；
• 机器CPU为中心。

运算器

运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的主要部件，是计算机的主体。在控制器的控制下，运算器接收待运算的数据，完成程序指令指定的基于二进制数的算数运算或逻辑运算。

控制器

控制器是计算机的指挥控制中心。控制器从存储器中逐条取出指令、分析指令，然后根据指令要求完成相应操作，产生一系列控制命令，使计算机各部分自动、连续并协调动作，成为一个有机的整体，实现数据和程序的输入、运算并输出结果。

存储器

存储器是用来保存程序、数据、运算的中间结果及最后结果的记忆装置。计算机的存储系统分为内部存储器（简称内存或主存）和外部存储器（简称外存或辅存）。内存中存放将要执行的指令和运算数据，容量小，但存取速度快。外存容量大、成本低、存取速度慢，用于存放需要长期保存的程序和数据。当存放在外存中的程序和数据需要处理时，必须先将他们读到内存中，才能进行处理。

输入设备

输入设备是用来完成输入功能的部件，即向计算机送入程序、数据以及各种信息的设备。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器和触摸屏等。

输出设备

输出设备是用来将计算机工作的中间结果及最后的处理结果从内存中送出来的设备。常用的输出设备有显示器、打印机、图仪和磁盘驱动器等。

（3）计算机中数据存储的概念

计算机中的所有数据都是用二进制表示的。这样做的主要原因是所需的物理元件简单、电路设计容易、运算简单、工作可靠且逻辑性强。计算机的存储器由千千万万个小单元组成，每个小单元存放一位二进制数（0或1）。数据存储使用下列单位：

• 位（b）二进制数的最小单位。
• 字节（B）以8位二进制数组成1个字节。
• 字（word）由若干个字节组成1个字。通常我们把计算机一次所能处理数据的最大位数成为该机器的字长。显然，字长越长，一次所能处理数据的有效位数就越多，计算精度就越高。因此，字长是计算机性能的一个重要标志。
• 存储容量，存储容量是衡量计算机存储能力的重要指标，是用字节（B）来计算和表示的。除B外，还常用KB、MB、GB、TB作为存储容量的单位。其换算关系如下：

1B=8b

1KB=1024B

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB

（4）软件系统

指令

指令是计算机执行某中操作的命令，由操作码和地址组成。其中操作码规定操作的性质，即什么样的操作，地址码表示操作数和操作结果的存放地址。一台计算机可能会有多种多样的指令，这些指令的集合通常称为指令系统。

程序

为解决某一问题而设计的一系列有序的指令或语句的集合。

程序设计语言

人使用计算机，就需要和计算机交换信息。为解决人和计算机对话的语言问题，就产生了计算机语言。计算机语言是随着计算机技术的发展，根据解决实际问题的需要逐步形成的。

• 机器语言

机器语言即二进制语言，是直接用二进制代码指令表示的计算机语言，是计算机唯一能直接识别、直接执行的计算机语言。因为不同计算机的指令系统不同，所以机器语言程序在不同指令系统的计算机之间没有通用性。

• 汇编语言

汇编语言是用一些助记符表示指令功能的计算机语言，用它编写的程序称为汇编语言程序。需要用汇编程序将这类源程序汇编（即“翻译”）成机器语言程序（亦称目标程序），计算机才能执行。汇编语言的一条语句和机器语言的一条语句基本上是一一对应的，但后者更便于记忆。

• 高级语言

高级语言与具体的计算机指令系统无关，其表达方式更接近人们对求解过程或问题的描述方式。这是面向程序的、易于掌握和编写的程序设计语言。使用高级语言编写的程序称为“源程序”，通常使用编译程序将其编译（即“翻译”）成目标程序，再与有关的“库程序”连接成可执行程序，才能在计算机上运行。一条高级程序设计语言的语句常常包含了一系列指令。

高级语言具有可移植性、通用性强、兼容性好、便于读写等特点，易于掌握和使用。

软件的定义

软件是能够指挥计算机工作的程序和程序运行时所需要的数据，以及有关这些程序和数据的开发、使用、维护所需要的所有文档、文字说明和图表资料等集合。

裸机的概念：不装备任何软件的计算机称为硬件计算机或裸机。在计算机系统中，硬件是软件赖以运行的物质基础，软件则是发挥计算机功能的关键因素。在一个性能优良的计算机硬件系统之上，配置完善和丰富的软件，可以扩展硬件的功能，提供机器的效率，同时可以使其用户不必过多地了解计算机内部结构和原理即可方便灵活地使用计算机。

软件的分类

计算机软件分为系统软件和应用软件两大类。

• 系统软件

系统软件是计算机系统的基本软件，也是计算机系统必备的软件。主要功能是管理、监控和维护计算机资源，以及用以开发应用软件。它包括4个方面的软件：操作系统、各类语言及其处理程序、系统支持和服务程序、数据库管理系统。

操作系统（Operating System， OS）是计算机软件系统的核心，是用户与计算机之间的桥梁和接口，也是最贴近硬件的系统软件。操作系统的主要作用是管理计算机中的所有硬件资源和软件资源，控制计算机中程序的执行，提高系统效率，为用户提供功能完备且操作灵活方便的应用环境。用户通过操作系统来操作计算机。

• 应用软件

应用软件是为解决计算机各类应用问题而编制的软件系统，它具有很强的实用性。应用软年是由系统软件开发的，可分为两种：

用户程序，用户为了解决自己特定的具体问题而开发的软件，在系统软件和应用软件包的支持下开发，如工资管理软件、工程项目预算软件等。

应用软件包，为实现某类专门功能或专门计算机，经过精心设计的独立软件系统，是一套满足同类应用的许多用户需要的软件，例如办公自动化软件包、财税系统软件包等。

计算机硬件与软件的关系：计算机软件随硬件技术的迅速发展而发展，软件的不断发展与完善，又促进了硬件的新发展。实际上计算机中某些硬件的功能是可以由软件来实现的，而某些软件的功能也可以由硬件来实现。

1.3 信息编码

（1）数值在计算机中的表示形式

用户输入计算机的是常用的十进制数，计算机通过进制间的转换将其转换成二进制数进行数据存储与计算。因此，使用二进制数是由计算机中所使用的逻辑器件所决定的。这种逻辑器件是具有两种状态的电子元器件，其好处是：运算简单、实现方便、成本低。

计算机采用二进制数进行运算后，再将二进制数转换成人们熟悉的十进制数输出。为了方便，有时还会用到八进制和十六进制的计数方法。

十进制数

日常生活中人们普遍采用十进制数，十进制数的特点是：

• 有10个数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。
• “逢十进一”。

例如：(169)10 = 1 × 10^2 + 6 × 10^1 + 9 × 10^0

 

二进制数

计算机内部采用二进制数进行运算、存储和控制。二进制数的特点是：

• 有2个数码：0和1。
• “逢二进一”。

例如：(1010)2 = 1 × 2^3 + 0 × 2^2 + 1 × 2^1 + 0 × 2^0

计算机采用二进制主要有下列原因：

• 二进制只有0、1两种状态，技术上容易实现；
• 二进制数运算规则简单；
• 二进制数的0和1可分别表示逻辑代数的“假”和“真”，适合于计算机进行逻辑运算；
• 二进制数与十进制数之间的转换容易实现。

八进制数

八进制数的特点是：

• 有0，1，2，3，4，5，6，7八个数码。
• “逢八进一”。

例如：(133)8 = 1 × 8^2 + 3 × 8^1 + 3 × 8^0

十六进制数

十六进制数的特点是：

• 有16个数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，F。
• “逢十六进一”。

例如：(2A3)16 = 2 × 16^2 + 10 × 16^1 + 3 × 16^0

计算机中采用二进制数，书写时位数较长，容易出错。所以常用八进制、十六进制来书写。通常最后一个字母用来标识进制。例如36D、10101B、76O、5AH分别标识十进制、二进制、八进制、十六进制。表1-1为常用整数各进制间的对应关系。

表1-1 十进制数、二进制数和十六进制数对照表

十进制	二进制	十六进制	十进制	二进制	十六进制
0	0000	0	8	1000	8
1	0001	1	9	1001	9
2	0010	2	10	1010	A
3	0011	3	11	1011	B
4	0100	4	12	1100	C
5	0101	5	13	1101	D
6	0110	6	14	1110	E
7	0111	7	15	1111	F

 

进制转换

• 二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数

方法：按展开式展开，求和。

例如：(1101)2 = 1 × 2^3 + 1 × 2^2 + 0 × 2^1 + 1 × 2^0 = 8 + 4 + 1 = (13)10

• 十进制整数转换为二进制整数

方法：用2连续去除十进制数，直至商等于零为止；逆序排列余数则为该十进制整数相应的二进制整数各位的系数值。

例如：(13)10 = (1101)2

同理，当十进制整数向八进制整数或十六进制整数转换时，只需要用8或16连续去除待转换的十进制整数即可。

二进制整数与十六进制整数之间的转换。方法：2 —>16，从最低位开始向高位进行，每4位二进制数用1位十六进制数表示。

高位不足4位时用0补齐。

16—>2，将每1位十六进制数用相应的4位二进制数表示。

例如：(1101110)2 = (01101110) = (6E)16

与此相似，二进制整数向八进制整数转换时，每3位二进制数用1位八进制数表示；八进制整数向二进制整数转换时，将1位八进制数用相应的3位二进制数表示。

（2）字符编码

编码是指对输入到计算机中的某种非数值型数据用二进制数表示的转换规则。不同的机器、不同类型的数据其编码方式是不同的。由于这些编码涉及世界范围内有关信息表示、交换、存储的基本问题，因此指定了有关国家标准或国际标准。

字符编码

字符是计算机中使用最多的非数值型数据，是人机交互的重要媒介。大多数计算机采用ASCII码作为字符编码。ASCII码即“美国标准信息交换代码”。ASCII码采用7位二进制编码，可以表示128个字符，包括：10个阿拉伯数字0~9、52个大小写英文字母、32个标点符号和运算符以及34个控制符。其中0~9的ASCII码为48~57、A~Z为65~90、a~z为97~122。

为了方便，在计算机存储单元中一个ASCII码值占一个字节（8b）。

汉字编码

汉字编码是指汉字在计算机中的表示形式。我国国家标准采用连续的两个字节表示，且规定每个字节的最高位为1，以与ASCII码最高位置为0加以区分。

1.4 微型计算机的硬件组成

（1）CPU、内存、接口和总线的概念

微型计算机的结构

微型计算机包括多种系列、档次和型号等。这些计算机的共同特点是体积小，适合放在办公桌上使用，而且每个时刻只能一人使用，因此又称为个人计算机（PC）。

主板

主板是固定在微型计算机主机箱箱体上的一块电路板。主板上装有大量的有源电子元件。其中主要组价有CMOS、基本输入输出系统（BIOS）、高速缓冲存储器（cache）、内存插槽、CPU插槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽（提供ISA、PCI等扩展槽）、串行接口（COM1、COM2）、并行接口（打印机接口LPT1）、USB接口等。因此，主板是计算机各种部件相互连接的纽带和桥梁。

中央处理器

中央处理器（CPU）是计算机的核心，包括运算器、控制器和寄存器等。计算机的运转是在CPU的指挥控制下实现的，所有的算数运算和逻辑运算都是由它完成的。因此，CPU是决定计算机速度、处理能力和产品档次的关键部件。

内存储器

存储器分为内存储器和外存储器，通常分别简称为内存和外存。

内存是计算机的主要工作存储器，是计算机用于直接存取程序和数据的地方。计算机在执行程序前必须将程序和数据装入内存中，这种装入信息的操作称为“写入”；所执行的指令及处理的数据，也必须从内存取出，这种取出信息的操作称为“读出”。存储器读出信息后，原内容保持不变；向存储器写入信息，则原内容被新内容所替代。

由于内存是由半导体器件构成的，没有机械装置，所以内存的读写速度远远高于外存，但容量也相对小，主要用来存放计算机正在使用的程序和数据。内存又分如下两种：

• 只读存储器ROM

只读存储器（Read Only Memory，ROM）存储的内容由厂家一次性写入，并永久保存下来，用户只能从ROM读出原有内容，不能再向其写入新内容，因此称为只读存储器。它一般用来存储固定的系统软件和字库等内容，其中的信息不会因断电而消失。

• 随机存取存储器RAM

随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）可以进行任意的读或写操作。它主要用来存放操作系统、各种应用软件、输入数据、输出数据、中间计算结果以及与外存交换的信息等。由于RAM用半导体器件组成，一旦断电，其中信息就会丢失，不能永久保存。

内存容量是反映计算机性能的一个很重要的指标，一般个人电脑标配内存容量从2G—8G不等。

接口

接口作为计算机主机与外部设备之间的桥梁，实现计算机与外部设备之间交换信息的重要工作。其作用有以下几点：

• 匹配主机与外设之间的数据形式。一般来说，数据在不同介质上存储的形式不一定完全相同，接口可担负起他们之间的协调任务。
• 匹配主机与外设之间的工作速度。主机与外设之间、不同外设之间，其工作速度相差极为悬殊。为了提高系统效率，接口在他们之间起到了平衡作用。
• 在主机与外设之间传递信息。为使主机与外设的控制作用尽善尽美，主机的控制信息或外设的某些状态信息，需要互相交流，接口便在其间协助完成这种交流。

接口类型决定数据传输方式，主要有并行接口和串行接口两种。其中，并行接口主要用于连接高速外设（如打印机等），传输信息是按字节方式进行，多采用Centronics连接标准；串行接口多用于连接低速外设（如modem等），传输信息是按比特顺序进行，采用最广泛的是EIA RS-232C连接标准。

系统总线

总线（bus）是计算机系统各部件之间相互连接、传送信息的公共通道，由一组物理导线组成。在总线中，一次传输信息的位数称为总线的宽度。按照传送的信息类型可以分为数据总线、地址总线和控制总线。

• 数据总线（Data Bus， DB）为双向总线，用于实现在CPU、存储器、I/O接口之间的数据传送；数据总线的宽度等于计算机的字长。
• 地址总线（Address Bus，AB）为单向总线，用于传送CPU所要访问的存储单元或I/O端口的地址信息。地址总线的位数决定了系统所能直接访问的存储器空间的容量。
• 控制总线（Control Bus，CB）为双向总线，用于控制总线上的操作和数据传送的方向；实现微处理器与外部逻辑部件之间的同步操作。

微型计算机中，总线按照位置分为芯片总线（局部总线）、系统总线（又称板总线）和外总线（又称通信总线）。微处理器内部的总线，即局部总线。系统总线是用来连接各种插件板，以扩展系统功能的总线。在大多数微机中，显示适配器、声卡、网卡等都是以插件板的形式插入系统总线扩展槽的。外总线是用来连接外部设备的总线，如SCSI、IDE、USB等。

在微型计算机中常用的系统总线有IBM PC总线、ISA总线、EISA总线及PCI总线等。

PCI总线是一种高性能的系统总线，构成了CPU与外部设备之间的高速通道。它支持多个外部设备，与CPU时钟无关，并用严格的规定来保证高度的可靠性和兼容性。其主要特点有：高性能、兼容性好、高效益、与处理器CPU无关、预留发展空间和自动配置等。

目前在个人计算机中，基本上都是PCI总线，并保持一定数量的ISA总线插槽。

（2）微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念

微处理器

微处理器是微型计算机的核心部分，是由一片或几片大规模集成电路组成的，具有运算器和控制器功能的中央处理器（CPU）。

微型计算机

微型计算机是以微型处理器为核心，配上由大规模集成电路制成的存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机，简称微型计算机。

微型计算机系统

微型计算机系统是以微型计算机为中心，配以相应的外部设备、电源和辅助电路，以及指挥微型计算机工作的系统软件构成的微型计算机系统。

（3）常用的外部设备

外存储器

外部存储器包括CD、DVD、蓝光碟、U盘、移动硬盘等。外存的信息存储量大，但由于大多数外存读写时有机械运动，所以存取速度要比内存慢得多。由于外存具有相对大得存储容量，因此它可以存放大量信息。它不但存有计算机开机后立即要调入的操作系统，而且还存有用户的应用软件、数据等。

由于外存大都由非电子器件构成（例如磁介质、光介质），所以外存中的信息从原理上讲可以长期保留。外存中存放的程序或数据必须调入内存后，才能被执行和处理。按照接入方式不同可分为两类，一是采用光驱接入，常见设备是CD、DVD、蓝光碟；而是采用USB接入的存储设备，有U盘、移动硬盘。

CD最先出现于1980年，截至2007年，CD已成为个人电脑业界最为广泛采用的储存媒体之一。DVD及“数字通用光盘”，是CD/LD/VCD的后继产品，较它们具有更高的性能和更高的存储密度。

蓝光光碟（Blue-ray Disc，简称BD）是DVD之后的下一代光盘格式之一，用以存储高品质的影音以及高容量的数据存储。一个单层的蓝光光碟容量为25或是27GB，足够录制一个长达4小时的高解析影片。

U盘有体积小、存储量大、读取速度快、便携等特点，U盘作为新一代的存储设备由于无需外接电源、支持即插即用和热插拔等方便性已经被广泛使用。截至2012年，主流U盘容量发展为8~16G，相当于2~4张DVD光盘的容量。U盘的最大容量已经达到1T，相当于240余张DVD光盘的容量。

移动硬盘的尺寸分为1.8寸、2.5寸和3.5寸三种，目前最常见的移动硬盘容量从500GB到2TB，最大容量可达12TB。

键盘

键盘是用户用来键入命令、程序、数据的主要输入设备。常用的标准键盘按键个数有101键、103键和105键等。按键开关类型分为机械式、薄膜式、电容式和导电橡胶式4种。微机上配置的键盘多数是电容式键盘或薄膜式键盘。

鼠标

鼠标是快速输入设备，可以取代传统键盘的光标移动键，对于现代的图形用户界面软件（例如Windows2000、Windows XP、Windows 7）更是不可缺少，能方便、准确、快速地操作。一般鼠标有左、右两个键，一些鼠标有左、中、右三个键，大部分操作使用左键，根据不同软件要求有时使用右键、中建。目前使用鼠标有机械式和光电式两种。机械式灵敏度较低，但价格便宜；光电式灵敏度高，价格也贵。近几年还出现了无线鼠标，它与主机之间通过红外线或“蓝牙”等技术进行通信。

扫描仪

扫描仪是一种用来输入纸介质上的图片和文字资料的输入装置，有彩色和黑白两种，一般是作为一个独立的装置与计算机连接。目前市场供应的扫描仪，面积为A4纸张大小，分辨率可达28800dpi（点/英寸）。

显示器

显示器是用户用来显示输入的命令、程序、数据以及计算机运算的结果或系统给出的提示信息等的输出设备。显示器按显示颜色分为彩色显示器和单色显示器两种，目前绝大部分计算机都采用彩色显示器。在微型机中，阴极射线显示器件（CRT）的显示器大多数用于台式机；便携式微型机和笔记本微型机则使用液晶显示器LCD。但液晶显示器正逐步取代CRT显示器。显示器上字符和图形是由一个个像素组成的。像素是显示屏上可控制的最小光点，整个屏幕上总的像素点称为分辨率，其数值为整个屏幕上光栅的列数与行数的乘积。这个乘积越大，分辨率就越高，图像越清晰。现在常用的分辨率是640×480、800×600、1024×768、1440×900、1280×1024等。

对应不同分辨率的显示器，有相应的控制电路，即显示适配器（俗称显卡）。显示器必须配置正确的显示适配器才能构成完整的显示系统。适配器最早的标准有：CGA标准（320×200，彩色）、EGA标准（640×350，彩色）和VGA标准。VGA适用于高分辨率的彩色显示器，其图形分辨率在640×480以上，能显示256种颜色。其显示图形的效果相当理想。在VGA之后，又不断出现SVGA、TVGA等，分辨率提高到800×600、1024×768等，而且有些具有16.7兆种颜色，称为“真彩色”。

显示适配器的RAM容量也是一个不可忽视的指标。如果希望显示器具有较强的图形输出功能，必须选用RAM容量较大的适配器。

打印机

打印机是计算机重要的输出设备，通常由一根打印电缆与计算机上的并行口相连接。新推出的打印机也开始采用USB接口。打印机能将结果印刷到纸上，从而长久保存。

按打印方式分类，打印机可分为击打式和非击打式两类。击打式打印机利用机械冲击力，通过打击色带在纸上印上字符或图形。非击打式打印机则用电、磁、光、热、喷墨等物理、化学方法来印刷字符和图形。打印质量用打印机分辨率来度量，单位是“点数/英寸”，即dpi（dot per inch）。非打击式打印机的打印质量通常比打击式的高，例如激光打印机分辨率通常是300dpi以上，而点阵打印机的分辨率不足100dpi。

• 针式打印机

针式打印机为击打式打印机，由走纸装置、控制和存储电路、打印头、色带等组成。其打印头是关键部件，由若干根钢针组成，有9针、16针及24针等。打印时CPU送出信号使打印头的一部分钢针打击色带，使色带接触打印纸，在纸上打印出若干点，而另一部分钢针不动；通过这些打印点拼接成字符。

针式打印机比较灵活、使用方便、质量较高，但噪声比较大，且速度慢。在需要打印正、副本单据的银行、税务机关等是必不可少的。

• 喷墨打印机

这种打印机不用色带，而把墨水储存于可更换的盒子之中，通过毛细管作用将墨水直接喷到纸上。喷墨打印机的打印质量高，分辨率高，打印噪声很低，价格便宜。

• 激光打印机

激光打印机由激光发生器和机芯组成核心部件。激光头能产生极细的光束，经由计算机处理及字符发生器送出的字形信息，通过一套光学系统形成两束光，在机芯的感光鼓上形成静电潜像，鼓面上的磁刷根据鼓上的静电分布情况将墨粉黏附在便面并逐渐显影，然后印在纸上。激光打印机输出速度快、打印质量高、无噪声，目前使用较为广泛。

绘图仪

绘图仪是计算机的图形输出设备，分为平台式和滚筒式两种。它是利用画笔在纸上画线，所以适用于绘制工程图，在气象、地质测绘、产品设计中式重要的输出设备。新型的绘图仪也采用无笔绘制方式，其原理与喷墨、激光打印机印字方法相类似。

（4）微型计算机的主要性能指标及配置

衡量一台微型计算机性能优劣的技术指标主要有以下几点。

运算速度

运算速度是衡量CPU工作速度的指标，一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示。当今巨型计算机的运算速度可达每秒千万亿次，微型计算机的运算速度也达到每秒千万次或更高。计算机的运算速度与主频、字长有关，还与内存、硬盘等的工作速度有关。

主频

主频即计算机的时钟频率，是指CPU单位时间（秒）内发出的脉冲数，一般用GHz为单位。主频在很大程度上决定了主机的工作速度。时钟频率越高，其运算速度就越快。

字长

字长是CPU一次可以处理的二进制位数，字长主要影响计算机的计算精度、处理数据的范围和速度。字长有8位、16位、32位和64位等。字长越长，表示一次读写和处理数据的范围越大，处理数据的速度越快，计算精度越高。

内存容量

内存容量是衡量计算机记忆能力的指标。容量大，能存入的字节数就多，能直接接纳和存储的程序就长，计算机的解题能力和规模就大。

外部设备的配置及扩展能力

外部设备的配置及扩展能力主要指计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。一台计算机允许配接的外部设备受系统接口和相关软件的制约。例如，微型计算机系统中，配置外设时要考虑显示器的分辨率、打印机的型号和外存容量等。

除了上述性能指标，还应考虑软件的配置、可靠性和兼容性等问题，以期对一台微型计算机系统做出全面、综合的评价。

微型就按及的配置日新月异，这里给出一组例子：

主机	外设
Intel 酷睿 i5	硬盘 500GB
内存 RAM 4GB	光驱 DVD-ROM
	显示器 23英寸 液晶
	显示卡 1024M 显存
	打印机 激光打印机