第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論

1、第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論11 概論11 1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)史計(jì)算機(jī)已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展。在這個(gè)過程中，最重要的代表人物是英國(guó)科學(xué)家艾蘭圖靈和美籍匈牙利科學(xué)家馮諾依曼。艾蘭圖靈對(duì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的主要貢獻(xiàn)是建立了圖靈機(jī)的理論模型，發(fā)展了可計(jì)算性理論和提出了定義機(jī)器智能的圖靈(AI)測(cè)試。1936年，圖靈發(fā)表了名為論可計(jì)算的數(shù)及其在密碼問題的應(yīng)用的論文。該文首次提出邏輯機(jī)（logic Machine）的通用模型。人們把該模型稱為圖靈機(jī)（縮寫 TM）。實(shí)踐證明：TM不能解決的計(jì)算問題，實(shí)際計(jì)算機(jī)也不可能解決；只有TM能夠解決的計(jì)算問題，實(shí)際計(jì)算機(jī)才有可能解決。但對(duì)還有些問題，TM可以計(jì)算而實(shí)際計(jì)算機(jī)

2、還不能實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展了可計(jì)算性理論圖靈機(jī)的計(jì)算能力概括了數(shù)字計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。TM能識(shí)別的語(yǔ)言屬于遞歸可枚舉集合，它能計(jì)算的問題稱為部分遞歸函數(shù)的整數(shù)函數(shù)。圖靈機(jī)對(duì)數(shù)字計(jì)算機(jī)的一般結(jié)構(gòu)、可實(shí)現(xiàn)性和局限性產(chǎn)生了意義深遠(yuǎn)的影響。直到今天，人們還在研究各種形式的圖靈機(jī)。1950年10月，圖靈發(fā)表了另一篇名為計(jì)算機(jī)器與智能的論文。指出：如果一臺(tái)機(jī)器對(duì)于質(zhì)問的響應(yīng)與人類做出的響應(yīng)完全無(wú)法區(qū)別，則這臺(tái)機(jī)器就具有智能。人們把這一論斷稱為圖靈測(cè)試，它奠定了人工智能的理論基礎(chǔ)。艾蘭圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)，但其生前并未得到社會(huì)的重視。在他死后，為紀(jì)念艾蘭圖靈的理論成就，美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）專

3、門設(shè)立了圖靈獎(jiǎng)。從1966年至今已有幾十位各國(guó)一流的計(jì)算機(jī)科學(xué)家獲得此項(xiàng)殊榮。圖靈獎(jiǎng)也就成為計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)界的最高成就獎(jiǎng)。馮諾依曼是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家。第二次世界大戰(zhàn)以前，主要以算子理論、量子理論、集論以及博弈論等方面的研究聞名。戰(zhàn)后從事研制第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)工作，并把計(jì)算機(jī)應(yīng)用于核武器設(shè)計(jì)和天氣預(yù)報(bào)等方面。1944年8月到1945年6月，當(dāng)時(shí)在洛斯阿拉莫斯國(guó)家試驗(yàn)室從事核武器研究工作的馮諾依曼，成為人類第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)“ENIAC”小組的顧問，首先提出在電子計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)程序的概念，并在設(shè)計(jì)第一臺(tái)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)EDVAC上起到了關(guān)鍵作用。EDVAC是電子離散變量計(jì)算機(jī)的縮寫。它使用水銀延遲線

4、主存儲(chǔ)器，用磁鼓作輔存儲(chǔ)器。由運(yùn)算器、邏輯控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出五部分組成。為充分發(fā)揮電子元件的高性能，指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制形式存入計(jì)算機(jī)的記憶裝置，讓計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地執(zhí)行程序。馮諾依曼提出的存儲(chǔ)程序思想和計(jì)算機(jī)硬件的基本結(jié)構(gòu)，確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。幾十年來(lái)，計(jì)算機(jī)發(fā)生了極大的變化。但從硬件體系結(jié)構(gòu)看，目前所有的通用數(shù)字計(jì)算機(jī)基本采用的都是計(jì)算機(jī)經(jīng)典結(jié)構(gòu)馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：使用單一處理部件來(lái)完成計(jì)算、存儲(chǔ)及通信工作。線性組織的定長(zhǎng)存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)空間的單元是直接尋址的。使用機(jī)器語(yǔ)言，其指令是完成基本操作的簡(jiǎn)單操作。對(duì)計(jì)算進(jìn)行集中的順序控制。綜上可知，計(jì)算機(jī)是孕育于英國(guó)

5、，誕生于美國(guó)，成長(zhǎng)于全世界。根據(jù)計(jì)算機(jī)所采用物理器件的發(fā)展，一般把計(jì)算機(jī)的發(fā)展分成四個(gè)階段（或稱四代），如P2表1-1所示。112 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使人類從繁重的機(jī)械腦力勞動(dòng)中解放出來(lái)，使人類能集中更多的精力從事高級(jí)的創(chuàng)造與發(fā)明。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已廣泛深入到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，并對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。現(xiàn)將計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域大體歸納概括為以下六個(gè)方面：1 科學(xué)計(jì)算又稱數(shù)值計(jì)算。指用于完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計(jì)算。這是計(jì)算機(jī)發(fā)明之初，且目前仍是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)十分重要的領(lǐng)域。這類問題的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量不大，而計(jì)算量和數(shù)值變化范圍很大。例如，衛(wèi)星

6、軌道計(jì)算、導(dǎo)彈發(fā)射參數(shù)計(jì)算、天氣預(yù)報(bào)、建筑結(jié)構(gòu)受力分析等?？茖W(xué)計(jì)算主要應(yīng)用在三個(gè)方面：人工難以完成的復(fù)雜的科學(xué)運(yùn)算。對(duì)計(jì)算速度有要求的一些科學(xué)計(jì)算。用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（數(shù)值模擬）。利用計(jì)算機(jī)的快速、精確的特點(diǎn)，可以提高科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，縮短研制時(shí)間，降低研制成本。2 信息處理又稱數(shù)據(jù)處理或非數(shù)值計(jì)算，指用計(jì)算機(jī)管理各種形式的數(shù)據(jù)資料，按不同的要求進(jìn)行歸納、整理、分析和統(tǒng)計(jì)，向使用者提供信息存儲(chǔ)、檢索等服務(wù)。這是目前計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。其特點(diǎn)是處理的數(shù)據(jù)量大，但計(jì)算方法較簡(jiǎn)單，處理結(jié)果往往以表格或文件形式存儲(chǔ)或通過輸出設(shè)備輸出。如今，數(shù)據(jù)處理廣泛應(yīng)用于辦公自動(dòng)化、文字處理、企業(yè)管理

7、、事務(wù)管理、情報(bào)管理等。面對(duì)浩如煙海的各種各樣的信息，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，大大提高工作效率與工作質(zhì)量。使人們從大量的事務(wù)性工作中解放出來(lái)。3 自動(dòng)控制也稱過程控制或?qū)崟r(shí)控制，指用計(jì)算機(jī)及時(shí)采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后，按最佳值迅速對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)加上敏感檢測(cè)元件（傳感器）及控制機(jī)構(gòu)，可構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)及時(shí)檢測(cè)傳感器的參數(shù)，迅速將參數(shù)提供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速處理，然后根據(jù)處理結(jié)果對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的操作，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。實(shí)時(shí)是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、控制時(shí)間與被控制過程的真實(shí)時(shí)間相適應(yīng)，實(shí)時(shí)性是以計(jì)算機(jī)速度為基礎(chǔ)的。將實(shí)時(shí)控制運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量等方面都有

8、明顯效果。目前，自動(dòng)控制已在冶金、化工、紡織、機(jī)械、航天和軍事現(xiàn)代化等方面得到廣泛的應(yīng)用。4 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)這是近年來(lái)迅速發(fā)展的一個(gè)新應(yīng)用領(lǐng)域，目前常見的輔助系統(tǒng)包括： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）指借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。即借助于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，對(duì)飛機(jī)、船舶、建筑物、機(jī)械設(shè)備、服裝和大規(guī)模集成電路等進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）指利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的技術(shù)。通常CAM的發(fā)展是依賴CAD的發(fā)展而發(fā)展，因此在許多系統(tǒng)中，兩者總是結(jié)合還一起，稱為CAD/CAM系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，生產(chǎn)的全面自動(dòng)化已是當(dāng)今發(fā)展的必然趨勢(shì)，在CAD/CAM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，更高級(jí)的計(jì)算機(jī)集成

9、制作系統(tǒng)（CIMS），將人、機(jī)器、材料、資金和信息五類活動(dòng)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)、制造和管理過程自動(dòng)化的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助教育（CBE）包括：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)管理教學(xué)（CMI）。近年來(lái)由于多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了CBE的發(fā)展，網(wǎng)上教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)已廣泛地展開。5 人工智能(AI)又稱智能模擬，指使計(jì)算機(jī)應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行推理、學(xué)習(xí)及其他認(rèn)識(shí)和思維的活動(dòng)，來(lái)模擬人類的某些智力活動(dòng)，從而代替人的大腦的一些功能。人工智能探索和模擬人的感覺和思維的過程，是在控制論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、仿生學(xué)和心理學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興邊緣學(xué)科，是計(jì)算機(jī)理論科學(xué)的一個(gè)領(lǐng)域。主要

10、研究感覺與思維模型的建立，圖像、聲音和物體的識(shí)別。人工智能的研究方法是以知識(shí)工程為基礎(chǔ)，即使用計(jì)算機(jī)收集、獲取有用的知識(shí)、組織知識(shí)，建立高質(zhì)量的知識(shí)庫(kù)，使用知識(shí)并利用邏輯推理解決問題。專家系統(tǒng)是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的一種，它是一種基于知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠模擬專門領(lǐng)域中的專家求解問題，對(duì)所面臨的復(fù)雜問題，做出專家水平的鑒定。它已用于化學(xué)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域。6 網(wǎng)絡(luò)通信計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)人類由工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)的過渡。依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)信息交換、前端處理、語(yǔ)音和影像輸入/輸出等。特別是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨國(guó)界的信息資源傳輸和共享，提高

11、了信息的利用率。計(jì)算機(jī)在Internet上的應(yīng)用更是雨后春筍般地快速發(fā)展。通過互聯(lián)網(wǎng)將各種形態(tài)的信息（如文字?jǐn)?shù)據(jù)、聲音、圖像等）在全世界交互傳輸（即信息高速公路）。通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)商務(wù)活動(dòng)（即電子商務(wù)）等?？傊?，隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用將會(huì)得到更進(jìn)一步的拓展和深入。隨著網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展、人工智能的開發(fā)和完善，計(jì)算機(jī)將真正成為人們得心應(yīng)手的工具。113 計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1 運(yùn)算速度指計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算或信息處理的快慢程度，用計(jì)算機(jī)每秒執(zhí)行簡(jiǎn)單指令的次數(shù)來(lái)表示。指令的執(zhí)行是在計(jì)算機(jī)時(shí)鐘節(jié)拍的控制下進(jìn)行，所以時(shí)鐘頻率越高，運(yùn)算速度越快。2 字長(zhǎng)指計(jì)算機(jī)一次并行處理的位數(shù)，它取決

12、于微機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器或寄存器。通常，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，用來(lái)表示數(shù)的有效位就越多，數(shù)的精度就越高。為了能使用戶按需要選取字長(zhǎng)，有些機(jī)器可以進(jìn)行半字長(zhǎng)、雙倍字長(zhǎng)或多倍字長(zhǎng)的運(yùn)算。3 存儲(chǔ)容量?jī)?nèi)存容量的大小，決定了可運(yùn)行程序的大小和程序的運(yùn)行效率。外存容量的大小則決定整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、文件的能力。4 輸入/輸出數(shù)據(jù)的傳送率是主機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的速率，用“字符/分”表示。5 系統(tǒng)可靠性與可維護(hù)性計(jì)算機(jī)連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行的平均間隔時(shí)間，稱為系統(tǒng)可靠性，用小時(shí)表示。系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)則系統(tǒng)可靠性越高。計(jì)算機(jī)發(fā)生故障的平均修復(fù)時(shí)間，稱為系統(tǒng)可維護(hù)性。6 軟件配置主要看所配置的操作系統(tǒng)是否先進(jìn)，必要的軟件（如

13、各種常用的高級(jí)語(yǔ)言）是否配齊，應(yīng)用軟件是否豐富。7 可聯(lián)網(wǎng)性是否允許連網(wǎng)以及聯(lián)網(wǎng)的方便程度，也是微機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。12 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理121 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件是指用電子器件和機(jī)電裝置組成的計(jì)算機(jī)實(shí)體。軟件一般是指面向某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域或解決某一類特定問題以及實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自身管理的各種程序的總稱，前者稱為應(yīng)用程序，后者稱為系統(tǒng)軟件。1 計(jì)算機(jī)硬件輸入設(shè)備運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備馮諾依曼型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)由：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。它們之間的邏輯關(guān)系如下圖所示。圖中，實(shí)線為控制線，虛線為反饋線，雙線為數(shù)據(jù)線。各部件的功能為

14、：運(yùn)算器：又稱算術(shù)邏輯運(yùn)算單元。負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算包括加、減、乘、除的操作，邏輯運(yùn)算包括移位、與、或、異或、非等操作。控制器：是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心，其主要功能是：根據(jù)操作指令控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)一致、自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行工作。它一方面向各部件發(fā)出執(zhí)行任務(wù)的命令，另一方面又接受各部件的反饋信息，并把這些信息作為下一步發(fā)出命令的條件?？刂破骱瓦\(yùn)算器合稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱CPU。是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的核心和關(guān)鍵。它的性能的好壞對(duì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)整體性能的好壞起著至關(guān)重要的作用。存儲(chǔ)器：計(jì)算機(jī)的記憶部件。它的主要功能是：在控制器的控制下，保存計(jì)算機(jī)工作程序和在執(zhí)行程序過程中所需要的原始數(shù)據(jù)及計(jì)算

15、機(jī)在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的位置不同，存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器兩大類。主存儲(chǔ)器又稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放當(dāng)前運(yùn)行的程序及所需數(shù)據(jù)，其容量相對(duì)較小，但存取速度快。輔助存儲(chǔ)器又稱為外存儲(chǔ)器，用來(lái)存放當(dāng)前不直接參加運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。其容量相對(duì)較大，但存取速度慢。外存通常采用軟磁盤、硬磁盤以及光盤、磁帶等。輸入設(shè)備：將用戶信息，如程序、數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能夠識(shí)別的信號(hào)，輸入到計(jì)算機(jī)中。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)等。輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)運(yùn)行結(jié)果信息轉(zhuǎn)換成人能接受的形式輸出，供用戶察看。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)等。輸入設(shè)備、輸出設(shè)備統(tǒng)稱為外部設(shè)備，簡(jiǎn)稱“外

16、設(shè)”。一般地，外設(shè)還包括外存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)各部件之間是通過總線連接的，所謂總線就是一束同類信號(hào)線。根據(jù)總線所傳遞的信息性質(zhì)不同，總線可分為地址總線（AB）負(fù)責(zé)傳遞有關(guān)內(nèi)存或接口的地址信息；數(shù)據(jù)總線（DB）負(fù)責(zé)傳遞數(shù)據(jù)信息；和控制總線（CB）負(fù)責(zé)傳遞各種控制信息。馮諾依曼結(jié)構(gòu)為計(jì)算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，但是“集中的順序控制”又成為計(jì)算機(jī)性能進(jìn)一步提高的瓶頸。因此，計(jì)算機(jī)科學(xué)家一直在探索各種各樣的非馮諾依曼結(jié)構(gòu)。如數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)，其工作原理與傳統(tǒng)的馮諾依曼計(jì)算機(jī)不同。馮諾依曼計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)是在程序計(jì)數(shù)器的集中控制下順序執(zhí)行指令，因此是以控制流方式工作的。而數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)流方式工

17、作的：只要一條或一組指令所要求的操作數(shù)全部準(zhǔn)備就緒，就可立即激發(fā)相應(yīng)指令或指令組的執(zhí)行。而執(zhí)行結(jié)果將送往等待這一數(shù)據(jù)的下一條或下一組指令。如果其中一些指令因此而得到所需用到的數(shù)據(jù)，又可被立即激發(fā)執(zhí)行。因此，在這種機(jī)器上不需要程序計(jì)數(shù)器。指令的執(zhí)行基本上是無(wú)序的，完全受數(shù)據(jù)流的驅(qū)動(dòng)，與指令在程序中出現(xiàn)的先后順序無(wú)關(guān)。2 計(jì)算機(jī)軟件軟件是指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件工作的程序的集合。它包括機(jī)器運(yùn)行時(shí)所需要的各種程序和有關(guān)資料（如設(shè)計(jì)說明、使用說明、維護(hù)說明等）。脫離軟件的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是不能做任何有意義工作的。因此，一臺(tái)性能優(yōu)良的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)能否發(fā)揮其應(yīng)有的功能，取決于為之所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件是否完善，開發(fā)或

18、配備的應(yīng)用軟件是否豐富。因此，在使用、開發(fā)計(jì)算機(jī)時(shí)，不僅要了解其硬件系統(tǒng)的構(gòu)成，還必須熟悉與之相應(yīng)的各種軟件。綜上所述，計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其基本組成如下： 綜上所述，計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一個(gè)實(shí)際的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具體的硬件和軟件的配置要根據(jù)其規(guī)模、應(yīng)用場(chǎng)合和對(duì)計(jì)算機(jī)功能的要求等來(lái)綜合決定。122 計(jì)算機(jī)硬件與軟件的關(guān)系計(jì)算機(jī)硬件與軟件的關(guān)系主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1 互相依存計(jì)算機(jī)硬件與軟件的產(chǎn)生與發(fā)展本身就是相輔相成、互選促進(jìn)的。硬件是軟件的基礎(chǔ)和依托，軟件是發(fā)揮硬件功能的關(guān)鍵，是計(jì)算機(jī)的靈魂。缺少哪一部分，計(jì)算機(jī)都無(wú)法運(yùn)行。另外，許多硬件所能達(dá)到的功能常常

19、需要通過軟件的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。如操作系統(tǒng)的許多功能的實(shí)現(xiàn)，都需要硬件支持。2 無(wú)嚴(yán)格界面在許多情況下軟、硬件之間的界面是浮動(dòng)的。即計(jì)算機(jī)某些功能既可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些過去只能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在也可以用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，且速度和可靠性都大為提高。而原來(lái)一些硬件實(shí)現(xiàn)的操作也可以改由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，稱為硬件軟化。這可以有效地降低硬件成本。3 相互促進(jìn)計(jì)算機(jī)硬件與軟件之間是相互依賴、相互影響、相互促進(jìn)的關(guān)系。硬件技術(shù)的發(fā)展對(duì)軟件提出新的要求，促進(jìn)軟件的發(fā)展；反之，軟件的發(fā)展又對(duì)硬件提出新的課題。123 計(jì)算機(jī)的工作原理50多年來(lái)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。但從本質(zhì)上講，

20、其工作原理都是存儲(chǔ)程序原理是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。1 程序和指令用計(jì)算機(jī)解決一個(gè)具體任務(wù)，必須根據(jù)該任務(wù)編寫一個(gè)程序，并將其裝入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過運(yùn)行該程序獲得結(jié)果。例如要解一道復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，就必須把該問題的求解過程分解為若干步驟，然后依次其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的基本操作命令的序列，其中每一條計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的基本操作命令稱為機(jī)器指令人們對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)出的工作命令。這個(gè)指令序列就稱為程序?qū)崿F(xiàn)既定任務(wù)的指令序列。計(jì)算機(jī)按程序安排的順序執(zhí)行每條指令，就能完成解題任務(wù)。機(jī)器指令必須滿足兩個(gè)條件：機(jī)器指令要用計(jì)算機(jī)能夠理解的數(shù)字編碼形式表示。機(jī)器指令規(guī)定的操作必須是計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的，即每條機(jī)器指令要和實(shí)現(xiàn)此指

21、令操作的電子線路相對(duì)應(yīng)。否則，這些指令就無(wú)法在機(jī)器中實(shí)現(xiàn)。一般地，每條指令必須指明其操作性質(zhì)（如加、減、乘、除、比較大小等）和參加操作的有關(guān)信息（如數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)存放的地址等）。通常一條指令包含操作碼、工作方式及操作對(duì)象三部分內(nèi)容，其格式如下：操作碼工作方式碼操作對(duì)象操作碼指定該指令所執(zhí)行的操作；工作方式碼表示對(duì)操作對(duì)象的尋址方式；操作對(duì)象給出操作數(shù)的有關(guān)信息。機(jī)器指令由計(jì)算機(jī)硬件執(zhí)行，機(jī)器指令的集合稱為指令系統(tǒng)（或稱為機(jī)器語(yǔ)言）決定了計(jì)算機(jī)的功能，也影響著計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)。不同機(jī)器的指令系統(tǒng)所具有的指令種類和數(shù)目不同。無(wú)論指令系統(tǒng)差異多么大，但從功能角度分類，指令可分為：數(shù)據(jù)傳送類、算術(shù)和邏輯運(yùn)算類

22、、程序控制類（也稱轉(zhuǎn)移類）、外部設(shè)備類、各種控制管理機(jī)器類的指令。指令的不同組合方式構(gòu)成了完全不同任務(wù)的程序。2 存儲(chǔ)程序工作原理計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)工作，它必須能自動(dòng)按程序中規(guī)定的順序取出要執(zhí)行的指令，然后執(zhí)行指令規(guī)定的操作。因此，計(jì)算機(jī)要解決兩個(gè)問題:應(yīng)能知道什么時(shí)候到什么地點(diǎn)去取哪條指令。執(zhí)行一條指令后，能自動(dòng)去取要執(zhí)行的下一條指令。為解決這兩個(gè)問題，計(jì)算機(jī)中設(shè)置了一個(gè)擔(dān)任指揮功能的部件程序計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)算機(jī)工作時(shí)，控制器只要告訴它第一條指令存放的地方，它就能按照一定的順序依次取出每條指令，分析識(shí)別后，執(zhí)行該指令規(guī)定的操作。然后再取下一條，分析執(zhí)行，直到完成全部指令任務(wù)為止。由上可知，計(jì)算

23、機(jī)的基本工作原理可概括如下：計(jì)算機(jī)的自動(dòng)執(zhí)行（或自動(dòng)處理）過程是執(zhí)行一段預(yù)先編制好的程序的過程。程序是指令的有序集合。因此，執(zhí)行程序的過程實(shí)際上是逐條執(zhí)行指令的過程。指令的逐條執(zhí)行是由計(jì)算機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)的，可歸結(jié)為取指令、分析指令、執(zhí)行指令所規(guī)定的操作，并為取下一條指令準(zhǔn)備好指令地址。如此重復(fù)操作，直至執(zhí)行完程序中的全部指令，便可獲得最終結(jié)果。需要指出的事，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已提供強(qiáng)有力的高級(jí)語(yǔ)言翻譯程序，計(jì)算機(jī)的用戶已無(wú)須再用指令的二進(jìn)制代碼編寫程序，程序在存儲(chǔ)器中的存放位置由計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)自動(dòng)安排。124 多媒體技術(shù)簡(jiǎn)介1 多媒體的概念媒體是指承載或傳遞信息的載體。多媒體技術(shù)是集聲音、視頻、圖像

24、、動(dòng)畫等多種信息媒體（集計(jì)算機(jī)技術(shù)、聲像技術(shù)和通信技術(shù)）于一體的信息處理技術(shù)。它可以接受外部圖像、聲音、錄像及各種其他媒體信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)加工處理后，以圖片、文字、聲音、動(dòng)畫等多種方式輸出，實(shí)現(xiàn)輸入輸出方式的多元化，改變了計(jì)算機(jī)只能輸入輸出文字、數(shù)據(jù)的局限，使計(jì)算機(jī)能說會(huì)唱。以前的個(gè)人電腦只能處理文字和數(shù)字，即單媒體。現(xiàn)在，個(gè)人電腦不僅能處理文字和數(shù)字，而且還能處理圖像、文本、音頻、視頻等多種媒體，這就是多媒體。多媒體是將計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、錄音機(jī)和游戲機(jī)的技術(shù)融為一體，形成電腦與用戶之間可以相互交流的操作環(huán)境。人機(jī)相互交流是多媒體最大的特點(diǎn)。電視、電影使人只能在一旁欣賞，而在多媒體上，你

25、可以從圖形到顏色都予以修改，你可以參與其中，改變劇情，叫演員按照你的意思演出。2 多媒體技術(shù)的發(fā)展多媒體技術(shù)有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一是它的綜合性，它將計(jì)算機(jī)、聲像、通信技術(shù)合為一體，是計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、錄音機(jī)、音響、游戲機(jī)、傳真機(jī)性能的大綜合。二是人機(jī)交互性。多媒體技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要有：硬件上，在PC母板上或芯片內(nèi)增加多媒體和通信功能。Intel公司推出NSP，它基于奔騰處理器實(shí)現(xiàn)音頻、視頻和通信處理功能。Motorola公司將陣列處理器和POWERPC處理器放在一個(gè)芯片上。技術(shù)上，研究視頻、音頻壓縮和解壓縮算法，開發(fā)芯片和板極產(chǎn)品。C-Cube公司推出符合MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的CLM-4500和

26、CLM-4600。IBM推出符合MPEG-2的編碼和解碼芯片等。人機(jī)界面上，開發(fā)多種環(huán)境下的操作系統(tǒng)及多媒體創(chuàng)作平臺(tái)。AT&T公司推出Multimedia Designer圖像處理程序。Avid科技公司推出基于Windows95視頻生成產(chǎn)品。Media Forge推出Windows95創(chuàng)作工具等。由此可見，用于多媒體系統(tǒng)管理的只有Windows一枝獨(dú)秀。因此，多媒體軟件的研究與開發(fā)可以大有作為，尤其是面向應(yīng)用的工具軟件和直接由最終用戶使用的應(yīng)用軟件。研究多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，多媒體通信技術(shù)，交互電視技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及智能多媒體技術(shù)等。這些技術(shù)都是近年來(lái)十分活躍的技術(shù)領(lǐng)域，是多媒體技術(shù)研究

27、的重要方向。而多媒體通信是一個(gè)綜合性的技術(shù)，它集成了數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)，涉及多媒體、計(jì)算機(jī)及通信等技術(shù)領(lǐng)域，并且給這些領(lǐng)域帶來(lái)很大的影響。3 常用的多媒體技術(shù)多媒體研究的關(guān)鍵技術(shù)有如下幾種：數(shù)據(jù)壓縮。在多媒體系統(tǒng)中，涉及的數(shù)據(jù)量是巨大和驚人的。以一幅中等分辨率的彩色圖像為例，每秒約需27.6MB空間，即使是650MB的標(biāo)準(zhǔn)光盤也只能裝入20多秒鐘，而大多數(shù)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)的速率都在每秒幾兆位。因此，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地壓縮是多媒體中的關(guān)鍵技術(shù)之一。之所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像、聲音的壓縮，是由于這些原始圖像和聲音存在著很大的冗余度，包括空間冗余、時(shí)間冗余、結(jié)構(gòu)冗余與視覺冗余等。常用的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)分

28、兩大類：一類是無(wú)損壓縮，另一類是有損壓縮?，F(xiàn)在已形成了一些壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。如JPEG適用于靜態(tài)圖像，MPEG適用于動(dòng)態(tài)圖像，G722已成為電視會(huì)議和電話的聲音編碼標(biāo)準(zhǔn)以及多媒體系統(tǒng)地MPC標(biāo)準(zhǔn)等。壓縮和解壓縮的速度是壓縮系統(tǒng)的兩項(xiàng)單獨(dú)的性能指標(biāo)，從目前開發(fā)的壓縮技術(shù)看，一般來(lái)說壓縮的計(jì)算量比解壓縮的計(jì)算量大。壓縮速度不僅與采用的方法有關(guān)，而且也與快速算法的計(jì)算量有關(guān)。如果能在壓縮方法和快速算法上取得突破性進(jìn)展，無(wú)疑將對(duì)多媒體的開發(fā)和應(yīng)用產(chǎn)生很大的影響。多媒體信息的特性與建模。多媒體信息的特性研究主要是進(jìn)行媒體的種類、性質(zhì)及其相互關(guān)系，媒體之間的轉(zhuǎn)換意義、方法及手段，媒體處理的特點(diǎn)等方面的研究。

29、在此基礎(chǔ)上進(jìn)而研究多媒體數(shù)據(jù)建模的方法，信息空間如何構(gòu)成，時(shí)間特性如何表示，面向?qū)ο蟮姆椒ㄔ鯓邮褂茫诿襟w之間如何確定相互的關(guān)系，對(duì)信息的內(nèi)容如何表示等。雖然各種圖像、聲音等專門技術(shù)的研究歷史已有幾十年，但大多數(shù)都是從單一媒體角度考慮的，從多媒體統(tǒng)一角度研究，才有可能獲得進(jìn)一步進(jìn)展。多媒體信息的組織與管理。信息及數(shù)據(jù)管理是信息系統(tǒng)的核心之一，多媒體數(shù)據(jù)量巨大，種類繁多，每種媒體之間差別十分明顯但又具有種種信息上的關(guān)聯(lián)，這些都給數(shù)據(jù)與信息管理帶來(lái)了新的問題。如何管理、組織這些數(shù)據(jù)，如何從各種媒體數(shù)據(jù)中找出所需信息，如何表現(xiàn)這些媒體信息，這些都是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)理論與方法尚沒有很好解決的問題。因此，人

30、們正在探索有效的管理方法（如對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充，建構(gòu)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)，超媒體信息管理等方法）。多媒體信息的表現(xiàn)與交互。在多媒體環(huán)境下，多種媒體并存，各種媒體在空間如何進(jìn)行組織，在時(shí)間上如何安排，媒體之間的相互作用如何描述和解釋，都是在表達(dá)信息時(shí)必須考慮的問題，其交互的作用和影響在表現(xiàn)中是一個(gè)不可缺少的成分。媒體之間的同步、時(shí)空的合成也是研究的重點(diǎn)。多媒體通信與分布處理。對(duì)于數(shù)字化的大量數(shù)據(jù)傳輸，一般網(wǎng)絡(luò)難以滿足其要求，寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）及ATM（異步傳送模式）是一個(gè)重要的研究和開發(fā)成果。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其網(wǎng)絡(luò)上的分布化協(xié)作性操作，使之廣泛實(shí)現(xiàn)信息共享。如何設(shè)計(jì)出有效協(xié)議、合理的體

31、系結(jié)構(gòu)，如何充分地發(fā)揮分布式協(xié)作性作用，如何使得各系統(tǒng)與用戶之間更易于交換信息、共享信息和同時(shí)處理信息，都是研究的重要方向。多媒體軟硬件平臺(tái)。軟硬件平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)多媒體系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，過去的每一項(xiàng)重要技術(shù)突破都直接影響到多媒體的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)程。在硬件方面，DVI和CD-I作為最早的兩個(gè)典型的視頻多媒體接口具有里程碑意義，如今各種聲音、視頻適配器已獲得廣泛應(yīng)用，多媒體工作站實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的畫面和音響已經(jīng)達(dá)到令人賞心悅目的順平。其他外設(shè)如圖像掃描儀、彩色拷貝機(jī)等已經(jīng)十分成熟，目前集成一體化的設(shè)備是研究的方向。軟件與硬件相比研究的差距很大，目前只有Windows是多媒體的標(biāo)準(zhǔn)軟件環(huán)境，軟件的開發(fā)潛力甚大，應(yīng)

32、開發(fā)出更多更好的系統(tǒng)軟件和工具、創(chuàng)作軟件和工具、編輯軟件和工具以及終端用戶應(yīng)用軟件和多媒體節(jié)目。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)十分活躍的技術(shù)領(lǐng)域，使多媒體發(fā)展得更高境界。所謂虛擬現(xiàn)實(shí)就是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的視覺、聽覺、觸覺及嗅覺等的感覺世界。用戶可以用人的自然技能對(duì)這個(gè)生成的虛擬實(shí)體進(jìn)行交互考察。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種高度集成的技術(shù)，是計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能及心理學(xué)等飛速發(fā)展的結(jié)晶。主要依賴于三維實(shí)施圖形顯示、三維定位跟蹤、觸覺及嗅覺傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、高速計(jì)算與并行計(jì)算技術(shù)以及人的行為學(xué)研究等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)展。美國(guó)著名計(jì)算機(jī)圖形專家J.Foley曾指出：

33、虛擬現(xiàn)實(shí)或許是人機(jī)接口作為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)堡壘中最有意義的領(lǐng)域。多媒體技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化是國(guó)際上重點(diǎn)研究的課題，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于多媒體技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用、推廣、經(jīng)營(yíng)銷售都有很大意義并產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。標(biāo)準(zhǔn)不是絕對(duì)的，在實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的過程中往往需要加以不斷修改和完善，如果我們有相當(dāng)強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力，采用的技術(shù)又得到社會(huì)承認(rèn)時(shí)，就應(yīng)積極爭(zhēng)取成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。多媒體開發(fā)應(yīng)用中涉及的標(biāo)準(zhǔn)很多，其大致分為三類：多媒體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)和CD-ROM標(biāo)準(zhǔn)。有些標(biāo)準(zhǔn)已成熟，有些正在制定中，各國(guó)許多大公司、廠商紛紛聯(lián)合，致力于這方面的研究。數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。多媒體通信主要受制于網(wǎng)絡(luò)。在多媒體通信中，由于多媒體信息的特

34、點(diǎn)，要求網(wǎng)絡(luò)有足夠的帶寬來(lái)傳輸多種媒體，同時(shí)要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時(shí)足夠小，使聲音和圖像等與時(shí)間有關(guān)的媒體信息能實(shí)時(shí)處理。目前，可以用來(lái)進(jìn)行多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)有基于包交換的局域網(wǎng)和基于電路交換的利用電話網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)，以及新興的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。對(duì)于基于包交換方式的局域網(wǎng)，其高速網(wǎng)絡(luò)和多媒體通信協(xié)議的發(fā)展，已經(jīng)能滿足大部分多媒體通信服務(wù)的要求。然而，新的多媒體的應(yīng)用服務(wù)，將要求網(wǎng)絡(luò)有更快的速度（每秒幾百兆甚至幾千兆的速度）和更強(qiáng)功能的通信協(xié)議。如無(wú)錯(cuò)傳輸?shù)?。由于局域網(wǎng)的延時(shí)一般較長(zhǎng)，且有錯(cuò)傳的可能，因此采用緩沖手段克服部分延時(shí)的影響，才能滿足多媒體通信的要求。對(duì)于利用電話網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)，它采用了

35、點(diǎn)落交換的方式，信道是獨(dú)占的，這有利于連續(xù)媒體的傳輸。但由于電話網(wǎng)信道帶寬較窄，因此無(wú)法傳輸大數(shù)據(jù)量的媒體。由于上述兩種網(wǎng)絡(luò)都有缺點(diǎn)，因此人們逐漸把目標(biāo)轉(zhuǎn)向了一種新型的網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。ISDN是目前比較理想的用于傳輸多媒體信息的網(wǎng)絡(luò)。帶寬綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）,它將采用同步光纖網(wǎng)SONET作為傳輸介質(zhì)，以異步傳送模式（ATM）作為傳輸和交換技術(shù)。它是以分組傳送模式為基礎(chǔ)并融合了電路傳送模式高速化的郵電發(fā)展而成的，它將數(shù)據(jù)、語(yǔ)音及圖像等所有數(shù)字信息分解成長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)塊（48b），并在數(shù)據(jù)塊前加上控制信息（5b）構(gòu)成信元（53b），在網(wǎng)上只要獲得空信元隨時(shí)可以插入信息發(fā)送

36、出去。這種方式兼有電路交換延時(shí)小、分組交換速率高及速率可變的特點(diǎn)。B-ISDN的傳輸速率最高將達(dá)到4Gb/s，在其上可傳高保真的立體聲、普通和高清晰度的視頻，是多媒體通信的理想環(huán)境。多媒體數(shù)據(jù)終端實(shí)現(xiàn)中的問題。ISDN網(wǎng)上的數(shù)據(jù)終端和圖像終端是多媒體數(shù)據(jù)中斷，它們都要求符合國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)（CCITT）的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)終端是用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的。它有多種實(shí)現(xiàn)方法，可以通過各種各樣的適配器將各種非ISDN（K系列和V系列終端）接入ISDN網(wǎng)絡(luò)，也可以將多媒體通信卡插入微型計(jì)算機(jī)或工作站，在配上軟件，使之成為多媒體通信終端，實(shí)現(xiàn)多媒體通信功能。圖像終端是用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種圖像業(yè)務(wù)的。通過計(jì)算機(jī)生成的各種

37、圖像及各種制式的電視圖像都要由圖像終端來(lái)顯示。圖像終端因其圖像特征、通信形式和傳輸速率不同而不同。1990年2月，CCITT在H.261標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了ISDN圖像編碼和解碼方案，從而使各廠商生產(chǎn)的圖像終端能夠互通。多媒體信息的同步在多媒體通信中，多個(gè)媒體是有機(jī)組合的，一個(gè)重要的方面是要保持單個(gè)媒體的穩(wěn)定和各種媒體之間時(shí)空上的同步。例如，圖像和聲音要同步，聲音和文字要同步等。進(jìn)入21世紀(jì)以視頻為核心的多媒體通信得到了廣泛的應(yīng)用，主要有：可視電話。可視電話在通話雙方的連接通路上提供同步的圖像和聲音。當(dāng)今可視電話的研究正朝著兩個(gè)方向不斷深入，一個(gè)方向是利用現(xiàn)有的公共電話網(wǎng)進(jìn)行黑白或彩色靜止圖像傳送，研

38、究重點(diǎn)放在可視電話本身的圖像處理和調(diào)制方法上，以求傳輸?shù)膱D像分辨率高、速度快、體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)。另一個(gè)方向是利用ISDN進(jìn)行活動(dòng)圖像傳送，研究重點(diǎn)放在圖像的壓縮編碼技術(shù)上。多媒體會(huì)議（視頻會(huì)議）。視頻會(huì)議為分散在不同地區(qū)的多個(gè)用戶提供了一個(gè)很好的討論環(huán)境。它能夠通過信息網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)用戶的現(xiàn)場(chǎng)情況通過音頻、視頻等媒體傳送到其他用戶，以達(dá)到交換信息和共同討論的目的。視頻會(huì)議從兩條路線發(fā)展而來(lái)。一條是源于電視和電話，先后出現(xiàn)了電話會(huì)議、視頻會(huì)議以及會(huì)議是視頻會(huì)議等。這些系統(tǒng)中傳輸?shù)拇蟛糠质悄M信號(hào)，使用網(wǎng)絡(luò)也不是ISDN，它強(qiáng)調(diào)的是實(shí)時(shí)的語(yǔ)音信息和視頻信息的交換，缺乏人機(jī)交互和對(duì)會(huì)議的管理功能。

39、在整個(gè)會(huì)議中，它的作用只是傳輸現(xiàn)場(chǎng)情況，而沒有對(duì)會(huì)議討論進(jìn)行記錄、存檔等功能。視頻會(huì)議的另一條發(fā)展路線是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的。隨著多媒體通信的出現(xiàn)和發(fā)展，產(chǎn)生了一種新型的會(huì)議系統(tǒng)桌面視頻會(huì)議系統(tǒng)，它是視頻會(huì)議系統(tǒng)發(fā)展的方向。由于這個(gè)路線的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，因此其交互能力和會(huì)議管理能力很強(qiáng)。它結(jié)合了多媒體信息的強(qiáng)大表現(xiàn)力和計(jì)算機(jī)交互、管理能力。在會(huì)議發(fā)起時(shí)，計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)用戶間的聯(lián)絡(luò)，在會(huì)議進(jìn)行中，計(jì)算機(jī)可自動(dòng)處理用戶的加入和退出，用戶還可以通過數(shù)據(jù)庫(kù)查找會(huì)議中要用到的材料，建立會(huì)議的目錄，記錄會(huì)議的進(jìn)展以便歸檔保存，供以后查詢，從而極大地方便了與會(huì)者。按客戶要求播放節(jié)目。按需播放是實(shí)時(shí)地把正在播

40、放的不同節(jié)目傳送到各個(gè)客戶家里。它提供給用戶定義自己每次要看的影像片子以及選擇片子的機(jī)會(huì)。此類服務(wù)可由有線電視提供商及電話公司來(lái)提供。13 計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)知識(shí)131 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)1 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言從問世到現(xiàn)在已有近半個(gè)世紀(jì)的歷史。它經(jīng)歷了由機(jī)器語(yǔ)言發(fā)展到符號(hào)化的機(jī)器語(yǔ)言用助記符表示的匯編語(yǔ)言，它們都是面向機(jī)器的語(yǔ)言。后來(lái)又發(fā)展到結(jié)構(gòu)化和模塊化的語(yǔ)言面向過程的語(yǔ)言，進(jìn)而又發(fā)展到面向?qū)ο笳Z(yǔ)言。這些變化反映了語(yǔ)言由低級(jí)向高級(jí)，由過程性向非過程性的發(fā)展。語(yǔ)言的應(yīng)用范圍也從單處理機(jī)發(fā)展到異構(gòu)的、物理上分布式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。從單純的科學(xué)計(jì)算發(fā)展到包括信息處理、事務(wù)處理等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。語(yǔ)言

41、在軟件開發(fā)過程中的作用也從單純的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言發(fā)展到可用于軟件開發(fā)過程中的各個(gè)階段、各個(gè)方面。因此可以說，當(dāng)今世界上計(jì)算機(jī)無(wú)處不在，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也無(wú)處不在。2 計(jì)算機(jī)的解題過程及流程圖設(shè)計(jì)算法 計(jì)算機(jī)發(fā)展到今天有如此強(qiáng)大的功能，除了集成芯片制造工藝及芯片內(nèi)體系結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)外，主要靠軟件的進(jìn)步。而軟件的核心是算法，算法中蘊(yùn)含的設(shè)計(jì)思想是靈魂。無(wú)論是制造芯片的EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件，多媒體信息的壓縮技術(shù)MPEG，還是“深藍(lán)”電腦贏了卡斯帕羅夫，亦或是多國(guó)部隊(duì)在海灣“沙漠風(fēng)暴”中所進(jìn)行的一場(chǎng)勝者流血最少的戰(zhàn)爭(zhēng)，算法都起到了關(guān)鍵作用。算法即對(duì)解題方案進(jìn)行準(zhǔn)確而完整的描述。即將解題過程的每個(gè)

42、細(xì)節(jié)準(zhǔn)確地加以定義，確定采取的方法和步驟。算法具有以下四個(gè)特征：可行性。算法執(zhí)行的結(jié)果能達(dá)到預(yù)期的目的。確定性。指算法中的每一個(gè)步驟都必須是有明確定義的，不允許有模棱兩可的解釋，也不允許有多義性。有窮性。是指算法必須能在有限的時(shí)間內(nèi)做完，即能在執(zhí)行有限步驟之后終止。擁有足夠的信息。一個(gè)算法執(zhí)行的結(jié)果總是與輸入的初始數(shù)據(jù)有關(guān)，當(dāng)輸入不夠或輸入錯(cuò)誤時(shí)，算法本身就無(wú)法執(zhí)行或執(zhí)行錯(cuò)誤。綜上可知，一個(gè)可解的算法，必須在有限存儲(chǔ)空間內(nèi)運(yùn)行有限的時(shí)間而得到正確結(jié)果。評(píng)價(jià)一個(gè)算法是否優(yōu)劣，主要看：算法是否正確。計(jì)算的復(fù)雜性。衡量復(fù)雜性的標(biāo)準(zhǔn)一是計(jì)算所需的步驟或指令條數(shù)，即運(yùn)行的時(shí)間，稱時(shí)間復(fù)雜度。二是計(jì)算所需

43、的存儲(chǔ)單元數(shù)量，即占用的存儲(chǔ)空間，稱空間復(fù)雜度?？此惴ㄊ欠窈?jiǎn)單和是否易讀。一個(gè)好的編程人員，應(yīng)該有強(qiáng)烈的算法意識(shí)、細(xì)膩而又科學(xué)的算法思維、敏捷而又扎實(shí)的程序設(shè)計(jì)思想。所編寫的算法所具有的特性和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都最大限度地體現(xiàn)在軟件的開發(fā)和運(yùn)行當(dāng)中。軟件開發(fā)并不只是編寫程序，軟件的核心是解決算法問題。編程不過是軟件最后的實(shí)現(xiàn)形式。算法的表示工具流程圖。早在20世紀(jì)40年代，人們就已經(jīng)在編程前使用流程圖來(lái)做算法設(shè)計(jì)。流程圖分兩類：一類是高層宏流程圖，往往在編程后補(bǔ)畫；另一類是細(xì)微流程圖，需要在編程前詳細(xì)描述。傳統(tǒng)流程圖是由幾何圖形和有向線段組成。常用方框表示處理，用菱形框表示判斷，用有向線段表示執(zhí)行順序。

44、圖1-2是算法的三種基本控制結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)流程圖。ABAB條件A條件順序結(jié)構(gòu) 選擇結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu)用計(jì)算機(jī)解決一個(gè)實(shí)際問題，一般分為四個(gè)階段：分析問題、確定算法、編制程序、上機(jī)調(diào)試。因此，任何問題都首先需要通過算法設(shè)計(jì)進(jìn)行描述，然后用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)，才能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在程序設(shè)計(jì)中的作用 數(shù)據(jù)是信息的載體，是所有輸入到計(jì)算機(jī)并由計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行處理的符號(hào)的總稱。計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)已不限于純粹的數(shù)值，更多的是符號(hào)、表格、圖形和圖像。由于信息的類型不一樣，信息載體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不一樣。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是研究數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和運(yùn)算的一般方法的一門學(xué)問。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指同一數(shù)據(jù)元素類中各數(shù)據(jù)元素之間存在的結(jié)構(gòu)

45、關(guān)系，包括它們之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)關(guān)系和運(yùn)算關(guān)系。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是從邏輯上觀察數(shù)據(jù)并以此來(lái)描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的實(shí)現(xiàn)。邏輯結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)無(wú)關(guān)，是獨(dú)立與計(jì)算機(jī)的，而存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是依附于計(jì)算機(jī)的。數(shù)據(jù)的運(yùn)算是在數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)上定義的操作方法。1976年，沃思提出了“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序”的論斷，闡明算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在程序設(shè)計(jì)中的重要作用。從該論斷可進(jìn)一步看出程序設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)。程序設(shè)計(jì)實(shí)際上就是構(gòu)思和設(shè)計(jì)解題的思路和步驟算法所研究的內(nèi)容，對(duì)給定的包括各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理。對(duì)各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的組織、存儲(chǔ)和運(yùn)算是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容。在程序設(shè)計(jì)

46、中選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以起到簡(jiǎn)化程序的算法，節(jié)約存儲(chǔ)空間和提高效率的作用。3 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)研究的是翻譯程序的構(gòu)造原理和技術(shù)。翻譯程序又可分為編譯型和解釋型兩大類。編譯型語(yǔ)言有C、C+、Fortran、Pascal和Ada等，用此類語(yǔ)言編寫的源程序在執(zhí)行前需經(jīng)編譯程序翻譯成目標(biāo)機(jī)器語(yǔ)言。解釋型語(yǔ)言有BASIC、LISP、ML、Prolog和Smalltalk等，用此類語(yǔ)言編寫的源程序在執(zhí)行前需先用匯編程序轉(zhuǎn)變?yōu)橐子趫?zhí)行的中間代碼，然后再用解釋程序把中間代碼轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)機(jī)器代碼。Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的編譯系統(tǒng)經(jīng)歷了三代的改進(jìn)，由第一代的傳統(tǒng)編譯發(fā)展到第二代的及時(shí)編譯，再到第三代的動(dòng)態(tài)編譯，即將

47、及時(shí)編譯與解釋相結(jié)合。選擇什么語(yǔ)言主要取決于待解決問題的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，商業(yè)方面主要語(yǔ)言由COBOL、Spreadsheet；科學(xué)計(jì)算主要語(yǔ)言由Fortran、C、C+、Pascal等；人工智能主要語(yǔ)言由LISP、Prolog；出版業(yè)主要語(yǔ)言有Postscript、Word、Processing等。132 軟件開發(fā)環(huán)境與開發(fā)平臺(tái)搞好軟件的開發(fā)，除了要有好的算法以及對(duì)給定的各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理外，還要有良好的軟件開發(fā)環(huán)境，包括對(duì)開發(fā)者友好的用戶界面和功能強(qiáng)大的為開發(fā)者提供各種開發(fā)工具的操作平臺(tái)泛指計(jì)算機(jī)用戶軟件運(yùn)行的硬、軟件環(huán)境。1 用戶界面在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，用戶與計(jì)算機(jī)是通過人機(jī)界面把信

48、息傳遞給對(duì)方，即所謂人機(jī)交互。所謂界面友好，從廣義上說，是指計(jì)算機(jī)的顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等輸入/輸出設(shè)備以及計(jì)算機(jī)上裝載的系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件是否對(duì)用戶友好即說這些硬、軟件的外觀上是否美觀，感覺上是否愉快，使用上是否方便簡(jiǎn)單，性能上是否可靠穩(wěn)定。從狹義上說，人們把軟件在顯示屏幕上體現(xiàn)的用戶界面是否靈活方便、簡(jiǎn)捷實(shí)用、賞心悅目，叫做界面友好。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和用戶對(duì)計(jì)算機(jī)要求的提高，用戶界面也在不斷發(fā)展。20世紀(jì)80年代以前，用戶界面主要是基于字符的界面字符用戶界面CUI。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，圖形用戶界面GUI得到廣泛推廣，特別是隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了圖文并茂、聲形兼?zhèn)涞囊暣坝脩艚缑妗Ｓ?/p>

49、戶既可以使用傳統(tǒng)的字符、菜單命令、聯(lián)機(jī)幫助，也可以使用多窗口的圖形、圖像、聲音等媒體與計(jì)算機(jī)交互，使計(jì)算機(jī)的操作和應(yīng)用更加豐富。Internet時(shí)代的到來(lái)，使用戶界面又將發(fā)生變化，圖形用戶界面GUI將可能發(fā)展到瀏覽器用戶界面BUI。2 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)OS是控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶的程序的集合。任何類型的的計(jì)算機(jī)都必須有以操作系統(tǒng)為主的系統(tǒng)軟件。即操作系統(tǒng)是軟件開發(fā)者進(jìn)行軟件開發(fā)的一個(gè)平臺(tái)。當(dāng)前國(guó)際上的主流操作系統(tǒng)有三大類：一是微軟的操作系統(tǒng)（主要是Windows 9x、Windows NT/2000/XP）系列；二是一些IT產(chǎn)業(yè)為自己硬件產(chǎn)品提供的

50、配套專用操作系統(tǒng)，如DEC公司的YMS，IBM公司的OS/2，Apple公司的MacOS等；三是對(duì)外開放的操作系統(tǒng)，如UNIX、Linux等。 盡管微軟的Windows系列仍主導(dǎo)OS市場(chǎng)，保持長(zhǎng)盛不衰，操作系統(tǒng)的功能，特別是他們的網(wǎng)絡(luò)功能日益強(qiáng)大，但仍存在著與網(wǎng)絡(luò)為中心的環(huán)境不相適應(yīng)、OS內(nèi)部通信、硬件和軟件都搶著控制CPU的時(shí)間和資源的分配等問題。這些問題都在不同程度上導(dǎo)致系統(tǒng)的異常和出現(xiàn)錯(cuò)誤。21世紀(jì)的網(wǎng)絡(luò)用戶需要一個(gè)更加智能、快捷和多任務(wù)的操作系統(tǒng)，使它能穩(wěn)定可靠地傳輸異步、非預(yù)定制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。133 軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展有了好的算法、好的軟件開發(fā)環(huán)境，還必須有好的軟件開發(fā)技術(shù)，才能開發(fā)

51、出好的軟件。軟件開發(fā)技術(shù)隨程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展，由模塊化、結(jié)構(gòu)化向面向?qū)ο蟀l(fā)展。軟件開發(fā)技術(shù)可分為流行于學(xué)術(shù)界的形式化方法和流行于工業(yè)界的非形式化方法即傳統(tǒng)的稱為瀑布模型的軟件開發(fā)技術(shù)。1 傳統(tǒng)的瀑布模型方法瀑布模型基本上反映了軟件個(gè)體手工開發(fā)時(shí)所習(xí)慣用的開發(fā)過程和開發(fā)方法。這種方法把軟件的開發(fā)階段劃分為四個(gè)主要步驟，即分析、設(shè)計(jì)、編碼和測(cè)試，各個(gè)步驟自上而下緊密相連，如同一瀉而下的“瀑布”。該階段的四個(gè)步驟相繼完成“做什么”、“怎么做”、“這么做”、和“做得怎樣”四個(gè)任務(wù)。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了一些新的如快速原型模型、操作模型、軟件演進(jìn)模型等。2 廣泛使用的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法軟件設(shè)計(jì)中，長(zhǎng)期

52、中使用著兩種最基本的設(shè)計(jì)策略：一種是模塊化設(shè)計(jì)，另一種是由頂向下設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代軟件開發(fā)中的主要設(shè)計(jì)策略。在這兩種設(shè)計(jì)策略的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法。其中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法（又稱SD法）是比較成熟和廣泛使用的一種。SD方法是一種面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)在于確定軟件的結(jié)構(gòu)，主要是用來(lái)指導(dǎo)瀑布模型中軟件“概要設(shè)計(jì)”的。因此，它的目的主要是滿足系統(tǒng)要求的最佳軟件結(jié)構(gòu)。C語(yǔ)言是結(jié)構(gòu)化和模塊化的語(yǔ)言。它是面向過程的，即用C語(yǔ)言編寫的程序遵循面向過程的問題求解的方法。即把一個(gè)復(fù)雜的問題劃分成幾個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的子問題，如果子問題還比較復(fù)雜，再繼續(xù)劃分，最后將劃分后的每個(gè)問題用過程或函數(shù)（模塊）來(lái)實(shí)

53、現(xiàn)。其中心思想是用計(jì)算機(jī)能夠理解的邏輯來(lái)描述和表達(dá)待解決的問題及其具體的解決過程。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法是面向過程求解的核心組成。其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)利用計(jì)算機(jī)的離散邏輯來(lái)量化表達(dá)需要解決的問題，而算法則研究如何快捷、高效地組織解決問題的具體過程。在處理較小規(guī)模的問題時(shí)，面向過程的問題求解可以精確、完備地描述具體的求解過程。但當(dāng)問題比較復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的程序規(guī)模比較大時(shí)，面向過程的程序設(shè)計(jì)方法（比如用C語(yǔ)言編寫的程序）就不足以把一個(gè)包含了多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過程的復(fù)雜系統(tǒng)表述清楚。這就要求C程序的設(shè)計(jì)者必須細(xì)致地設(shè)計(jì)程序中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，準(zhǔn)確地考慮到程序運(yùn)行時(shí)每一時(shí)刻發(fā)生的事情，如各個(gè)變量的值是如何變化的，什么時(shí)候應(yīng)進(jìn)行哪

54、些輸入，在屏幕上應(yīng)該輸出什么等。這對(duì)程序員的要求是比較高的。如果面對(duì)的是一個(gè)復(fù)雜問題，程序員往往感到力不從心。3 先進(jìn)的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法軟件開發(fā)中一直受兩大難題所困擾：一個(gè)是如何跨越程序復(fù)雜性障礙。另一個(gè)是如何在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中自然地表示出客觀世界，即對(duì)象模型。非面向?qū)ο蟮倪^程語(yǔ)言（如C、PASCAL等），其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是問題解的核心。一個(gè)軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是圍繞一個(gè)或幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為核心而組成的。這就使軟件的開發(fā)很難逾越程序復(fù)雜性的障礙和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中如何自然地表示客觀世界（即對(duì)象模型）的困擾?！八惴?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序設(shè)計(jì)”的原則在軟件開發(fā)的過程中產(chǎn)生了積極和深遠(yuǎn)的影響。但隨著軟件系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大、復(fù)雜

55、性越來(lái)越增長(zhǎng)，人們不得不對(duì)“關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”重新評(píng)價(jià)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是應(yīng)用范圍受到局限，而且可視性差。因?yàn)樵诜敲嫦驅(qū)ο蟮能浖到y(tǒng)中，許多重要的過程和函數(shù)（子程序）的實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格地取決于關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)有所改變，將影響到整個(gè)軟件系統(tǒng)，致使許多過程和函數(shù)必須重新編寫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。為解決上述的軟件設(shè)計(jì)危機(jī)，20世紀(jì)80年代提出了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)（簡(jiǎn)稱OOP）。在這種形勢(shì)下，C+等面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)運(yùn)而生。即用這類語(yǔ)言編寫的程序遵循面向?qū)ο蟮膯栴}求解的方法。面向?qū)ο髥栴}求解關(guān)心的不僅僅是孤立的單個(gè)過程，而是孕育所有這些過程的母體系統(tǒng)。它能夠使計(jì)算

56、機(jī)邏輯來(lái)模擬描述系統(tǒng)本身，包括系統(tǒng)的組成，系統(tǒng)的各種可能狀態(tài)，以及系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的各種過程與過程引起的系統(tǒng)狀態(tài)切換。面向?qū)ο蠹夹g(shù)代表了一種全新的程序設(shè)計(jì)思想和觀察、表達(dá)、處理問題的方法，與傳統(tǒng)的面向過程的開發(fā)方法不同，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)和問題求解力求符合人們?nèi)粘Ｗ匀坏乃季S習(xí)慣，降低、分解問題的難度和復(fù)雜性，提高整個(gè)求解過程的可控制性、可監(jiān)測(cè)性和可維護(hù)性，從而達(dá)到以較小代價(jià)和較高效率獲得較滿意效果的目的?？陀^世界中任何一個(gè)事物都可以看成一個(gè)對(duì)象?；蛘哒f，客觀世界是由千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)對(duì)象組成的，它們之間通過一定的渠道相互聯(lián)系。例如，學(xué)校是一個(gè)對(duì)象，一個(gè)班級(jí)也是一個(gè)對(duì)象。實(shí)際生活中，人們往往在一個(gè)對(duì)象中進(jìn)

57、行活動(dòng)，或者說對(duì)象是進(jìn)行活動(dòng)的基本單位。例如在一個(gè)班級(jí)中上課、開會(huì)、文娛活動(dòng)等。作為對(duì)象應(yīng)該至少有兩個(gè)要素“一是從事活動(dòng)的主體，例如班級(jí)中的若干名學(xué)生；二是活動(dòng)的內(nèi)容，如上課、開會(huì)等。要使班級(jí)中的學(xué)生進(jìn)行活動(dòng)，或者是事先安排好一個(gè)活動(dòng)計(jì)劃（例如課程表），或者由外界臨時(shí)通知（如參加全校大會(huì)）。從計(jì)算機(jī)角度看，一個(gè)對(duì)象應(yīng)包括兩個(gè)要素：一是數(shù)據(jù)，相當(dāng)于班級(jí)中的學(xué)生；二是需要進(jìn)行的操作，相當(dāng)于學(xué)生進(jìn)行的活動(dòng)。對(duì)象就是一個(gè)包含數(shù)據(jù)以及與這些數(shù)據(jù)有關(guān)的操作的集合。傳統(tǒng)的面向過程的程序設(shè)計(jì)是圍繞功能進(jìn)行的。用函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能，所有數(shù)據(jù)都是公用的，一個(gè)函數(shù)可以使用任意一組數(shù)據(jù)，而一組數(shù)據(jù)又能被多個(gè)函數(shù)所使用。程序設(shè)計(jì)者必須考慮每一個(gè)細(xì)節(jié)。當(dāng)程序規(guī)模較大，數(shù)據(jù)很多，操作種類繁多時(shí)，程序設(shè)計(jì)者往往感到難以應(yīng)付。就如工廠的廠長(zhǎng)直接指揮每一個(gè)工人的工作一樣，非常勞累，而且往往會(huì)遺漏和搞錯(cuò)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)采用新思路。它面對(duì)的是一個(gè)個(gè)對(duì)象，所有數(shù)據(jù)分別屬于不同的對(duì)象。實(shí)際上，每一組數(shù)據(jù)都有特定用途，是某種操作的對(duì)象。把相關(guān)數(shù)據(jù)和操作放在一起，形成一個(gè)整體，與外界相對(duì)分隔。正如同一班級(jí)的同學(xué)生活在一起，與外界相對(duì)獨(dú)立一樣。這符合客觀世界本來(lái)面目。假設(shè)工廠把材料、機(jī)器和工人分配給車間，廠長(zhǎng)只要向車間下生產(chǎn)指令，車間就會(huì)運(yùn)作起來(lái)