計算機應(yīng)用基礎(chǔ)知識5

計

算

機

應(yīng)

用

基

礎(chǔ)

教

案李頌壽

?2?-2.計算機信息技術(shù)教案

第1章計算機應(yīng)用基礎(chǔ)知識

1.1計算機的發(fā)展概述

世界上第一臺電子計算機于1946年2月在美國賓夕法尼亞大學誕生，取名為ENIAC

(讀作"埃尼克”)，即ElectronicNumericalInternalAndCalculator的縮寫。電子計算機的

產(chǎn)生和迅速發(fā)展是當代科學技術(shù)最偉大的成就之一。自1946年美國研制的第一臺電子計算

機ENIAC以來，在半個世紀的時間里，計算機的發(fā)展取得了令人矚目的成就。

計算機從誕生到現(xiàn)在，已走過了60年的發(fā)展歷程，在這期間，計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷

發(fā)生變化。人們根據(jù)計算機所采用的物理器件，將計算機的發(fā)展劃分為幾個階段，下面就

來具體介紹。

1.1.1計算機發(fā)展簡史

電子計算機的發(fā)展階段通常以構(gòu)成計算機的電子器件來劃分，至今已經(jīng)歷了四代，目

前正在向第五代過渡。每一個發(fā)展階段在技術(shù)上都是一次新的突破，在性能上都是一次質(zhì)

的飛躍。

1.第一代(1946?1957年),電子管計算機

它是一臺電子數(shù)字積分計算機，取名為ENIAC?這臺計算機是個龐然大物，共用了

18000多個電子管、1500個繼電器，重達30噸，占地170平方米，每小時耗電140千瓦,

計算速度為每秒5000次加法運算。盡管它的功能遠不如今天的計算機，但ENIAC作為計

算機大家族的鼻祖，開辟了人類科學技術(shù)領(lǐng)域的先河，使信息處理技術(shù)進入了一個嶄新的

時代。其主要特征如下：

(I)電子管元件，體積龐大、耗電量高、可靠性差、維護困難。

(2)運算速度慢，一般為每秒鐘1千次到1萬次。

(3)使用機器語言，沒有系統(tǒng)軟件。

(4)采用磁鼓、小磁芯作為存儲器，存儲空間有限。

(5)輸入/輸出設(shè)備簡單，采用穿孔紙帶或卡片。

(6)主要用于科學計算。

2.第二代(1958?1964年)，晶體管計算機

晶體管的發(fā)明給計算機技術(shù)帶來了革命性的變化。第二代計算機采用的主要元件是晶

體管，稱為晶體管計算機。計算機軟件有了較大發(fā)展，采用了監(jiān)控程序，這是操作系統(tǒng)的

雛形。第二代計算機有如下特征：

(1)采用晶體管元件作為計算機的器件，體積大大縮小，可靠性增強，壽命延長。

(2)運算速度加快，達到每秒兒萬次到兒十萬次。

(3)提出了操作系統(tǒng)的概念，開始出現(xiàn)了匯編語言，產(chǎn)生了如FORTRAN和COBOL

等高級程序設(shè)計語言和批處理系統(tǒng)。

(4)普遍采用磁芯作為內(nèi)存儲器，磁盤、磁帶作為外存儲器，容量大大提高。

(5)計算機應(yīng)用領(lǐng)域擴大，從軍事研究、科學計算擴大到數(shù)據(jù)處理和實時過程控制等

領(lǐng)域，并開始進入商業(yè)市場。

3.第三代(1965?1969年)，中小規(guī)模集成電路計算機

20世紀60年代中期，隨著半導體工藝的發(fā)展，已制造出了集成電路元件。集成電路

可在幾平方毫米的單晶硅片上集成十幾個甚至上百個電子元件。計算機開始采用中小規(guī)模

的集成電路元件，這一代計算機比晶體管計算機體積更小，耗電更少，功能更強，壽命更

長，綜合性能也得到了進一步提高。具有如下主要特征：

(1)采用中小規(guī)模集成電路元件，體積進一步縮小，壽命更長。

(2)內(nèi)存儲器使用半導體存儲器，性能優(yōu)越，運算速度加快，每秒可達幾百萬次。

(3)外圍設(shè)備開始出現(xiàn)多樣化。

(4)高級語言進一步發(fā)展。操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使計算機功能更強，提出了結(jié)構(gòu)化程序

的設(shè)計思想。

(5)計算機應(yīng)用范圍擴大到企業(yè)管理和輔助設(shè)計等領(lǐng)域。

4.第四代(1971年至今)，大規(guī)模集成電路計算機

隨著20世紀70年代初集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了大規(guī)模集成電路元件，

使計算機進入了一個新的時代，即大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機時代。這一時期的計

算機的體積、重量、功耗進一步減少，運算速度、存儲容量、可靠性有了大幅度的提高。

其主要特征如下：

(1)采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路邏輯元件，體積與第三代相比進一步縮小，可靠

性更高，壽命更長。

(2)運算速度加快，每秒可達幾千萬次到幾十億次。

(3)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件獲得了巨大的發(fā)展，軟件配置豐富，程序設(shè)計部分自動化。

(4)計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、分布式處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，微型計算機大

量進入家庭，產(chǎn)品更新速度加快。

(5)計算機在辦公自動化、數(shù)據(jù)庫管理、圖像處理、語言識別和專家系統(tǒng)等各個領(lǐng)域

得到應(yīng)用，電子商務(wù)已開始進入到了家庭，計算機的發(fā)展進入到了一個新的歷史時期。

1.1.2計算機的特點

1.自動地運行程序

計算機能在程序控制下自動連續(xù)地高速運算。由于采用存儲程序控制的方式，因此一

旦輸入編制好的程序，啟動計算機后，就能自動地執(zhí)行下去直至完成任務(wù)。這是計算機最

?4?-4-計算機信息技術(shù)教案

突出的特點。

2.運算速度快

計算機能以極快的速度進行計算。現(xiàn)在普通的微型計算機每秒可執(zhí)行兒十萬條指令，

而巨型機則達到每秒幾十億次甚至幾百億次。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機的運算速度

還在提高。例如天氣預報，由于需要分析大量的氣象資料數(shù)據(jù)，單靠手工完成計算是不可

能的，而用巨型計算機只需十幾分鐘就可以完成。

3.運算精度高

電子計算機具有以往計算機無法比擬的計算精度，目前已達到小數(shù)點后上億位的精度。

4.具有記憶和邏輯判斷能力

人是有思維能力的。而思維能力本質(zhì)上是一種邏輯判斷能力。計算機借助于邏輯運算,

可以進行邏輯判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果自動地確定下一步該做什么。計算機的存儲系統(tǒng)由內(nèi)

存和外存組成，具有存儲和“記憶”大量信息的能力，現(xiàn)代計算機的內(nèi)存容量已達到上百

兆甚至幾千兆，而外存也有驚人的容量。如今的計算機不僅具有運算能力，還具有邏輯判

斷能力，可以使用其進行諸如資料分類、情報檢索等具有邏輯加工性質(zhì)的工作。

5.可靠性高

隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子計算機連續(xù)無故障運行時間可達到幾

十萬小時以上，具有極高的可靠性。例如，安裝在宇宙飛船上的計算機可以連續(xù)幾年時間

可靠地運行。計算機應(yīng)用在管理中也具有很高的可靠性，而人卻很容易因疲勞而出錯。另

外，計算機對于不同的問題，只是執(zhí)行的程序不同，因而具有很強的穩(wěn)定性和通用性。用

同一臺計算機能解決各種問題，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。

微型計算機除了具有上述特點外，還具有體積小、重量輕、耗電少、維護方便、可靠

性高、易操作、功能強、使用靈活、價格便宜等特點。計算機還能代替人做許多復雜繁重

的工作。

1.1.3計算機的應(yīng)用

進入20世紀90年代以來，計算機技術(shù)作為科技的先導技術(shù)之一得到了飛躍發(fā)展，超

級并行計算機技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)等相互滲透，改變了人們

使用計算機的方式，從而使計算機幾乎滲透到人類生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，對工業(yè)和農(nóng)業(yè)

都有極其重要的影響。計算機的應(yīng)用范圍歸納起來主要有以下6個方面。

1.科學計算

亦稱數(shù)值計算，是指用計算機完成科學研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學問題。計算機

作為一種計算工具，科學計算是它最早的應(yīng)用領(lǐng)域，也是計算機最重要的應(yīng)用之一。在科

學技術(shù)和工程設(shè)計中存在著大量的各類數(shù)字計算，如求解幾百乃至上千階的線性方程組、

大型矩陣運算等。這些問題廣泛出現(xiàn)在導彈實驗、衛(wèi)星發(fā)射、災情預測等領(lǐng)域，其特點是

數(shù)據(jù)量大、計算工作復雜。在數(shù)學、物理、化學、天文等眾多學科的科學研究中，經(jīng)常遇

到許多數(shù)學問題，這些問題用傳統(tǒng)的計算工具是難以完成的，有時人工計算需要兒個月、

幾年，而且不能保證計算準確，使用計算機則只需要幾天、幾小時甚至幾分鐘就可以精確

地解決。所以，計算機是發(fā)展現(xiàn)代尖端科學技術(shù)必不可少的重要工具。

2.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理又稱信息處理，它是指信息的收集、分類、整理、加工、存儲等一系列活動

的總稱。所謂信息是指可被人類感受的聲音、圖像、文字、符號、語言等。數(shù)據(jù)處理還可

以在計算機上一加工那些非科技工程方面的計算，管理和操縱任何形式的數(shù)據(jù)資料。其特點

是要處理的原始數(shù)據(jù)量大，而運算比較簡單，有大量的邏輯與判斷運算。

據(jù)統(tǒng)計，目前在計算機應(yīng)用中，數(shù)據(jù)處理所占的比重最大。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如

人口統(tǒng)計、辦公自動化、企業(yè)管理、郵政業(yè)務(wù)、機票訂購、情報檢索、圖書管理、醫(yī)療診

斷等。

3.計算機輔助設(shè)計

(I)計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign,CAD)是指使用計算機的計算、邏輯

判斷等功能，幫助人們進行產(chǎn)品和工程設(shè)計。它能使設(shè)計過程自動化，設(shè)計合理化、科學

化、標準化，大大縮短設(shè)計周期，以增強產(chǎn)品在市場上的競爭力。CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于

建筑工程設(shè)計、服裝設(shè)計、機械制造設(shè)計、船舶設(shè)計等行業(yè)。使用CAD技術(shù)可以提高設(shè)計

質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計自動化水平。

(2)計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)是指利用計算機通過各

種數(shù)值控制生產(chǎn)設(shè)備，完成產(chǎn)品的加工、裝配、檢測、包裝等生產(chǎn)過程的技術(shù)。將CAD進

一步集成形成了計算機集成制造系統(tǒng)CIMS,從而實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)自動化。利用CAM可提高

產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和降低勞動強度。

(3)計算機輔助教學(ComputerAidedInstruction,CA1)是指將教學內(nèi)容、教學方法

以及學生的學習情況等存儲在計算機中，幫助學生輕松地學習所需要的知識。它在現(xiàn)代教

育技術(shù)中起著相當重要的作用。

除了上述計算機輔助技術(shù)外，還有其他的輔助功能，如計算機輔助出版、計算機輔助

管理、輔助繪制和輔助排版等。

4.過程控制

亦稱實時控制，是用計算機及時采集數(shù)據(jù)，按最佳值迅速對控制對象進行自動控制或

采用自動調(diào)節(jié)。利用計算機進行過程控制，不僅大大提高了控制的自動化水平，而且大大

提高了控制的及時性和準確性。

過程控制的特點是及時收集并檢測數(shù)據(jù)，按最佳值調(diào)節(jié)控制對象。在電力、機械制造、

化工、冶金、交通等部門采用過程控制，可以提高勞動生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、自動化水平

和控制精確度，減少生產(chǎn)成本，減輕勞動強度。在軍事上，可使用計算機實時控制導彈根

據(jù)目標的移動情況修正飛行姿態(tài)，以準確擊中目標。

5.人工智能

人工智能(ArtificialIntelligence,AI)是用計算機模擬人類的智能活動，如判斷、理

解、學習、圖像識別、問題求解等。它涉及到計算機科學、信息論、仿生學、神經(jīng)學和心

?6,-6-計算機信息技術(shù)教案

理學等諸多學科。在人工智能中，最具代表性、應(yīng)用最成功的兩個領(lǐng)域是專家系統(tǒng)和機

器人。

計算機專家系統(tǒng)是一個具有大量專門知識的計算機程序系統(tǒng)。它總結(jié)了某個領(lǐng)域的專

家知識構(gòu)建了知識庫。根據(jù)這些知識，系統(tǒng)可以對輸入的原始數(shù)據(jù)進行推理，做出判斷和

決策，以回答用戶的咨詢，這是人工智能的一個成功的例子。

機器人是人工智能技術(shù)的另一個重要應(yīng)用。目前，世界上有許多機器人工作在各種惡

劣環(huán)境，如高溫、高輻射、劇毒等。機器人的應(yīng)用前景非常廣闊?，F(xiàn)在有很多國家正在研

制機器人。

6.計算機網(wǎng)絡(luò)

把計算機的超級處理能力與通信技術(shù)結(jié)合起來就形成了計算機網(wǎng)絡(luò)。人們熟悉的全球

信息查詢、郵件傳送、電子商務(wù)等都是依靠計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。計算機網(wǎng)絡(luò)已進入到了

千家萬戶，給人們的生活帶來了極大的方便。

1.1.4電子計算機的分類

一般情況下，電子計算機有多種分類方法，但在通常情況下采用3種分類標準。

1.按處理的對象分類

電子計算機按處理的對象分可分為電子模擬計算機、電子數(shù)字計算機和混合計算機。

電子模擬計算機所處理的電信號在時間上是連續(xù)的(稱為模擬量)，采用的是模擬技術(shù)。

電子數(shù)字計算機所處理的電信號在時間上是離散的(稱為數(shù)字量)，采用的是數(shù)字技術(shù)。

計算機將信息數(shù)字化之后具有易保存、易表示、易計算、方便硬件實現(xiàn)等優(yōu)點，所以數(shù)字

計算機已成為信息處理的主流。通常所說的計算機都是指電子數(shù)字計算機。

混合計算機是將數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相結(jié)合的計算機。

2.按性能規(guī)模分類

按性能規(guī)模可分為巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機和工作站。

(1)巨型機

研究巨型機是現(xiàn)代科學技術(shù)，尤其是國防尖端技術(shù)發(fā)展的需要。巨型機的特點是運算

速度快、存儲容量大。目前世界上只有少數(shù)兒個國家能生產(chǎn)巨型機。我國自主研發(fā)的銀河

I型億次機和銀河II型十億次機都是巨型機。主要用于核武器、空間技術(shù)、大范圍天氣預

報、石油勘探等領(lǐng)域。

(2)大型機

大型機的特點表現(xiàn)在通用性強、具有很強的綜合處理能力、性能覆蓋面廣等，主要應(yīng)

用在公司、銀行、政府部門、社會管理機構(gòu)和制造廠家等，通常人們稱大型機為企業(yè)計算

機。大型機在未來將被賦予更多的使命，如大型事務(wù)處理、企業(yè)內(nèi)部的信息管理與安全保

護、科學計算等。

(3)中型機

中型機是介于大型機利小型機之間的一種機型。

(4)小型機

小型機規(guī)模小，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計周期短，便于及時采用先進工藝。這類機器由于可靠

性高，對運行環(huán)境要求低，易于操作且便于維護。小型機符合部門性的要求，為中小型企

事業(yè)單位所常用。具有規(guī)模較小、成本低、維護方便等優(yōu)點。

(5)微型計算機

微型機又稱個人計算機(PersonalComputer,PC),它是日常生活中使用最多、最普遍

的計算機，具有價格低廉、性能強、體積小、功耗低等特點。現(xiàn)在微型計算機已進入到了

千家萬戶，成為人們工作、生活的重要工具。

(6)工作站

工作站是一種高檔微機系統(tǒng)。它具有較高的運算速度，具有大小型機的多任務(wù)、多用

戶功能，且兼具微型機的操作便利和良好的人機界面。它可以連接到多種輸入/輸出設(shè)備。

它具有易于聯(lián)網(wǎng)、處理功能強等特點。其應(yīng)用領(lǐng)域也已從最初的計算機輔助設(shè)計擴展到商

業(yè)、金融、辦公領(lǐng)域，并充當網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的角色。

3.按功能和用途分類

按功能和用途可分為通用計算機和專用計算機。

通用計算機具有功能強、兼容性強、應(yīng)用面廣、操作方便等優(yōu)點，通常使用的計算機

都是通用計算機。

專用計算機一般功能單一，操作復雜，用于完成特定的工作任務(wù)。

1.2計算機系統(tǒng)的組成

1.2.1計算機系統(tǒng)概述

現(xiàn)在，計算機已發(fā)展成為一個龐大的家族，其中的每個成員，盡管在規(guī)模、性能、結(jié)

構(gòu)和應(yīng)用等方面存在著很大的差別，但是它們的基本結(jié)構(gòu)是相同的。計算機系統(tǒng)包括硬件

系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)由中央處理器、內(nèi)存儲器、外存儲器和輸入/輸出設(shè)備

組成。

軟件系統(tǒng)分為兩大類，即計算機系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

計算機通過執(zhí)行程序而運行，計算機工作時.，軟、硬件協(xié)同工作，兩者缺一不可。計

算機系統(tǒng)的組成框架如圖1-1所示。

1.硬件系統(tǒng)概述

硬件系統(tǒng)是構(gòu)成計算機的物理裝置，是指在計算機中看得見、摸得著的有形實體。在

計算機的發(fā)展史上做出杰出貢獻的著名應(yīng)用數(shù)學家馮?諾依曼(VonNeumann)與其他專家

于1945年為改進EN1AC,提出了一個全新的存儲程序的通用電子計算機方案。這個方案

規(guī)定了新機器由5個部分組成：運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出。并描述了

這5個部分的職能和相互關(guān)系。這個方案與ENIAC相比，有兩個重大改進：一是采用二進

?8?-8-計算機信息技術(shù)教案

制；二是提出了“存儲程序”的設(shè)計思想，即用記憶數(shù)據(jù)的同一裝置存儲執(zhí)行運算的命令,

使程序的執(zhí)行可自動地從?條指令進入到下一條指令。這個概念被譽為計算機史上的一個

里程碑。計算機的存儲程序和程序控制原理被稱為馮?諾依曼原理，按照上述原理設(shè)計制

造的計算機稱為馮?諾依曼機。

存儲器

外存儲器

內(nèi)存儲器

A為數(shù)據(jù)流——A為控制流

圖1-1計算機的組成框架

概括起來，馮?諾依曼結(jié)構(gòu)有3條重要的設(shè)計思想：

（1）計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部分組成，每個

部分有一定的功能。

（2）以二進制的形式表示數(shù)據(jù)和指令。二進制是計算機的基本語言.

（3）程序預先存入存儲器中，使計算機在工作中能自動地從存儲器中取出程序指令并

加以執(zhí)行。

硬件是計算機運行的物質(zhì)基礎(chǔ)，計算機的性能如運算速度、存儲容量、計算和可靠性

等，很大程度上取決于硬件的配置。

僅有硬件而沒有任何軟件支持的計算機稱為裸機。在裸機上只能運行機器語言程序，

使用很不方便，效率也低。所以早期只有少數(shù)專業(yè)人員才能使用計算機。

2.計算機的基本工作原理

1）計算機的指令系統(tǒng)

指令是能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼，它規(guī)定了計算機能完成的某一種操作。

一條指令通常由如下兩個部分組成：

操作碼操作數(shù)

（1）操作碼：它是指明該指令要完成的操作，如存數(shù)、取數(shù)等。操作碼的位數(shù)決定了

一個機器指令的條數(shù)。當使用定長度操作碼格式時，若操作碼位數(shù)為n,則指令條數(shù)可有

?10?-10-計算機信息技術(shù)教案

2"條。

（2）操作數(shù)：它指操作對象的內(nèi)容或者所在的單元格地址。操作數(shù)在大多數(shù)情況下是

地址碼，地址碼有0?3位。從地址代碼得到的僅是數(shù)據(jù)所在的地址，可以是源操作數(shù)的存

放地址，也可以是操作結(jié)果的存放地址。

2）計算機的工作原理

計算機的工作過程實際上是快速地執(zhí)行指令的過程。當計算機在工作時，有兩種信息

在流動，一種是數(shù)據(jù)流，另一種是控制流。

數(shù)據(jù)流是指原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、結(jié)果數(shù)據(jù)、源程序等?？刂屏魇怯煽刂破鲗χ噶钸M

行分析、解釋后向各部件發(fā)出的控制命令，用于指揮各部件協(xié)調(diào)地工作。

下面，以指令的執(zhí)行過程來認識計算機的基本工作原理。計算機的指令執(zhí)行過程分為

如下幾個步驟：

（1）取指令。從內(nèi)存儲器中取出指令送到指令寄存器。

（2）分析指令。對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對操作碼進行譯碼，

將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電信號，并由地址碼確定操作數(shù)的地址。

（3）執(zhí)行指令。它是由操作控制線路發(fā)出的完成該操作所需要的一系列控制信息，以

完成該指令所需要的操作。

（4）為執(zhí)行下一條指令作準備。形成下一條指令的地址，指令計數(shù)器指向存放下一條

指令的地址，最后控制單元將執(zhí)行結(jié)果寫入內(nèi)存。

上述完成一條指令的執(zhí)行過程叫做一個“機器周期”。指令的執(zhí)行過程如圖1-2

所示。

計算機在運行時，CPU從內(nèi)存讀取一條指令到CPU內(nèi)執(zhí)行，指令執(zhí)行完，再從內(nèi)存讀

取下一條指令到CPU執(zhí)行。CPU不斷地取指令，分析指令，執(zhí)行指令，再取下一條指令,

這就是程序的執(zhí)行過程。

總之，計算機的工作就是執(zhí)行程序，即自動連續(xù)地執(zhí)行一系列指令，而程序開發(fā)人員

的工作就是編制程序，使計算機不斷地工作。

圖1-2指令的執(zhí)行過程

3.軟件系統(tǒng)概述

軟件系統(tǒng)是指使用計算機所運行的全部程序的總稱。軟件是計算機的靈魂，是發(fā)揮計

算機功能的關(guān)鍵。有了軟件，人們可以不必過多地去了解機器本身的結(jié)構(gòu)與原理，可以方

便靈活地使用計算機，從而使計算機有效地為人類工作、服務(wù)。

隨著計算機應(yīng)用的不斷發(fā)展，計算機軟件在不斷積累和完善的過程中，形成了極為寶

貴的軟件資源。它在用戶和計算機之間架起了橋梁，給用戶的操作帶來極大的方便。

在計算機的應(yīng)用過程中，軟件開發(fā)是個艱苦的腦力勞動過程，軟件生產(chǎn)的自動化水平

還很低。所以，許多國家投入大量人力從事軟件開發(fā)工作。正是有了內(nèi)容豐富、種類繁多

的軟件，使用戶面對的不僅是一部實實在在的計算機，而且還包含許多軟件的抽象的邏輯

計算機（稱之為虛擬機），這樣，人們可以采用更加靈活、方便、有效的手段使用計算機。

從這個意義上說，軟件是用戶與計算機的接口。

在計算機系統(tǒng)中，硬件和軟件之間并沒有一條明確的分界線。一般來說，任何一個由

軟件完成的操作也可以直接由硬件來實現(xiàn)，而任何一個由硬件執(zhí)行的指令也能夠用軟件來

完成。硬件和軟件有一定的等價性，例如，如圖像的解壓，以前低檔微機是用硬件解壓，

現(xiàn)在高檔微機則用軟件來實現(xiàn)。

軟件和硬件之間的界線是經(jīng)常變化的。要從價格、速度、可靠性等多種因素綜合考慮,

來確定哪些功能用硬件實現(xiàn)合適，哪些功能由軟件實現(xiàn)合適。

1.2.2硬件系統(tǒng)的組成

計算機的硬件由主機和外設(shè)組成，主機由CPU、內(nèi)存儲器、主板（總線系統(tǒng)）構(gòu)成，

外部設(shè)備由輸入設(shè)備（如鍵盤、鼠標等）、外存儲器（如光盤、硬盤、U盤等）、輸出設(shè)備

?12?-12-計算機信息技術(shù)教案

（如顯示器、打印機等）組成。計算機硬件結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

〈CPU

，主機，內(nèi)存儲器

、主板

硬件<

「輸入設(shè)備

I外部設(shè)備<外存儲器

I輸出設(shè)備

圖1-3計算機硬件的組成

微機與傳統(tǒng)的計算機沒有本質(zhì)的區(qū)別，它也是由運算機、控制器、存儲器、輸入和輸

出設(shè)備等部件組成。不同之處是微機把運算器和控制器集成在一片芯片上，稱之為CPU。

下面以微機為例說明計算機各部分的作用。

1.CPU

CPU是計算機的核心部件，它完成計算機的運算和控制功能。運算器又稱算術(shù)邏輯部

件（ArithmeticalLogicUnit,ALU）,主要功能是完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算和邏輯

判斷等操作?？刂破鳎–ontrolUnit,CU）是整個計算機的指揮中心，根據(jù)事先給定的命令,

發(fā)出各種控制信號，指揮計算機各部分工作。它的工作過程是負責從內(nèi)存儲器中取出指令

并對指令進行分析與判斷，并根據(jù)指令發(fā)出控制信號，使計算機的有關(guān)設(shè)備有條不紊地協(xié)

調(diào)工作，在程序的作用下，保證計算機能自動、連續(xù)地工作。CPU外形如圖14所示。

2.存儲器

存儲器（Memory）是計算機存儲信息的“倉庫”。所謂“信息”是指計算機系統(tǒng)所要

處理的數(shù)據(jù)和程序。程序是一組指令的集合。存儲器是有記憶能力的部件，用來存儲程序

和數(shù)據(jù)，存儲器可分為兩大類：內(nèi)存儲器和外存儲器。內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存，也叫隨機存儲

器（RAM）,這種存儲器允許按任意指定地址的存儲單元進行隨機地讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。由

于數(shù)據(jù)是通過電信號寫入存儲器的，因此在計算機斷電后，RAM中的信息就會隨之丟失。

內(nèi)存條外形如圖1-5所示，它的特點是存取速度快，可與CPU處理速度相匹配，但價格較

貴，能存儲的信息量較少。外存儲器（簡稱外存）又稱輔助存儲器，主要用于保存暫時不

用但又需長期保留的程序或數(shù)據(jù)。如軟盤、硬盤、光盤等都叫外存儲器。存放在外存中的

程序必須調(diào)入內(nèi)存才能運行，外存的存取速度相對來說較慢，但外存價格比較便宜，可保

存的信息量大。常用的外存有磁盤、磁帶、光盤等。

圖1-4CPU外形圖圖1-5內(nèi)存條外形圖

CPU和內(nèi)存儲器構(gòu)成計算機主機。外存儲器通過專門的輸入/輸出接口與主機相連。外

存與其他的輸入輸出設(shè)備統(tǒng)稱外部設(shè)備。如硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、打印機、鍵盤都屬

外部設(shè)備。

現(xiàn)代計算機中內(nèi)存普遍采取半導體器件，按其工作方式不同，可分為動態(tài)隨機存取器

（DRAM）、靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）、只讀存儲器（ROM）。對存儲器存入信息的操作稱

為寫入（Write）,從存儲器取出信息的操作稱為讀出（Read）。執(zhí)行讀出操作后，原來存放

的信息并不改變，只有執(zhí)行了寫入操作，寫入的信息才會取代原先存入的內(nèi)容。所以RAM

中存放的信息可隨機地讀出或?qū)懭?，通常用來存入用戶輸入的程序利?shù)據(jù)等。計算機斷電

后，RAM中的內(nèi)容隨之丟失。DRAM和SRAM兩者都叫隨機存儲器，斷電后信息會丟失,

不同的是，DRAM存儲的信息要不斷刷新，而SRAM存儲的信息不需要刷新。ROM中的

信息只可讀出而不能寫入，通常用來存放一些固定不變的程序。計算機斷電后，ROM中的

內(nèi)容保持不變，當計算機重新接通電源后，ROM中的內(nèi)容仍可被讀出。

為了便于對存儲器內(nèi)存放的信息進行管理，整個內(nèi)存被劃分成許多存儲單元，每個存

儲單元都有一個編號，此編號稱為地址（Address）。通常計算機按字節(jié)編址。地址與存儲

單元為一對一的關(guān)系，是存儲單元的惟一標志。存儲單元的地址、存儲單元和存儲單元的

內(nèi)容是3個不同的概念。地址相當于旅館的房間編號，存儲單元相當于旅館的房間，存儲

單元的內(nèi)容相當于房間中的旅客。在存儲器中，CPU對存儲器的讀寫操作都是通過地址來

進行的。

外存儲器目前使用得最多的是磁表面存儲器和光存儲器兩大類。磁表面存儲器是將磁

性材料沉積在盤片基體上形成記錄介質(zhì)，并在磁頭與記錄介質(zhì)的相對運動中存取信息。現(xiàn)

代計算機系統(tǒng)中使用的磁表面儀器有磁盤和磁帶兩種。硬盤結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。

用于計算機系統(tǒng)的光存儲器主要是光盤（OpticalDisk）,現(xiàn)在通常稱為CD（Compact

Disk）。光盤用光學方式讀寫信息，存儲的信息量比磁盤存儲器存儲的信息量大得多，因此

受到廣大用戶的青睞。所有外存的存儲介質(zhì)（盤片或磁帶）都必須通過機電裝置才能存取

信息，這些機電裝置稱之為“驅(qū)動器”，如常用的軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器和光盤驅(qū)動器等。

目前外存儲器的容量不斷增大，從MB級到GB級，還有海量存儲器等。

?14?-14-計算機信息技術(shù)教案

頭

讀機

磁

寫

每

構(gòu)

個

盤

—

都

面

有

一

個

讀

頭

磁

寫

，

在

讀

頭

寫

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機

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盤

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盤

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方

移

向

回

來

所

寫

動

讀

，

的

上

有

磁

道

信

息>

3.輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是將外界的各種信息（如程序、數(shù)據(jù)、命令等）送入到計算機內(nèi)部的設(shè)備。

常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀、條形碼讀入器等。

4.輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是將計算機處理后的信息以人們能夠識別的形式（如文字、圖形、數(shù)值、聲

音等）進行顯示和輸出的設(shè)備。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。

由于輸入/輸出設(shè)備大多是機電裝置，有機械傳動或物理移位等動作過程，相對而言，

輸入/輸出設(shè)備是計算機系統(tǒng)中運轉(zhuǎn)速度最慢的部件。

1.2.3軟件系統(tǒng)的組成

計算機軟件由程序和有關(guān)的文檔組成。程序由一系列的指令按一定的結(jié)構(gòu)組成。文檔

是軟件開發(fā)過程中建立的技術(shù)資料。程序是軟件的主體，?般保存在存儲介質(zhì)中，如軟盤、

硬盤或光盤中，以便在計算機上使用?，F(xiàn)在人們使用的計算機都配備了各式各樣的軟件，

軟件的功能越強，使用起來越方便。軟件可分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用

軟件，軟件系統(tǒng)組成如圖1-7所示。

1.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是管理、監(jiān)控和維護計算機資源的軟件，是用來擴大計算機的功能，提高計

算機的工作效率，方便用戶使用計算機的軟件。系統(tǒng)軟件是計算機正常運轉(zhuǎn)所不可缺少的,

是硬件與軟件的接口。一般情況下系統(tǒng)軟件分為4類：操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫

管理系統(tǒng)和服務(wù)程序。

單用戶操作系統(tǒng)

多用戶操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

機器語言

系統(tǒng)軟件語言處理程序匯編語言

高級語言

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

編輯程序

軟件系統(tǒng)連接裝配程序

服務(wù)程序測試程序

診斷程序

調(diào)試程序

用戶程序

應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件包

圖1-7軟件系統(tǒng)的組成

1)操作系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)是由指揮與管理計算機系統(tǒng)運行的程序模板和

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成的一種大型軟件系統(tǒng)，其功能是管理計算機的硬件資源和軟件資源，為用戶

提供高效、周到的服務(wù)。操作系統(tǒng)與硬件關(guān)系密切，是加在“裸機”上的第一層軟件，其

他絕大多數(shù)軟件都是在操作系統(tǒng)的控制下運行的，人們也是在操作系統(tǒng)的支持下使用計算

機的。操作系統(tǒng)是硬件與軟件的接口。

常用的操作系統(tǒng)有UNIX/Xenix、MS-DOS.WindowsXP.Linux和OS/2。下面簡單介

紹這些操作系統(tǒng)的發(fā)展過程和功能特點。

(1)DOS操作系統(tǒng)

DOS最初是為IBMPC開發(fā)的操作系統(tǒng)，因此它對硬件平臺的要求很低。即使對于

DOS6.22這樣的高版本，在640KB內(nèi)存、60MB硬盤、80286微處理器的環(huán)境下，也能正

常運行。DOS操作系統(tǒng)是單用戶、單任務(wù)、字符界面和16位的操作系統(tǒng)。因此，它對于

內(nèi)存的管理僅局限于640KB的范圍內(nèi)。DOS有3種不同的品牌，它們是Microsoft公司的

MS-DOS>IBM公司的PC-DOS和Novell公司的DR-DOS。這3種DOS都是兼容的，但

也有一些區(qū)別。

(2)Windows操作系統(tǒng)

Windows是Microsoft公司在1985年11月發(fā)布的第一代窗口式多任務(wù)系統(tǒng)，它使PC

機開始進入了所謂的圖形用戶界面時代。在1995年，Microsoft公司推出了Windows95操

作系統(tǒng):在1998年,Microsoft公司又推出了Windows95的改進版Windows98?Windows98

的,個最大特點就是把Microsoft公司的Internet瀏覽器技術(shù)集成到了Windows98里面，使

得訪問Internet資源就像訪問本地硬盤一樣方便，從而更好地滿足了人們越來越多的訪問

Internet資源的需求。Windows95、Windows98操作系統(tǒng)是一種單用戶、多任務(wù)、32位的

操作系統(tǒng)。

?16?-16-計算機信息技術(shù)教案

在2000年到來之際，Microsoft公司又推出了Windows2000版本。它不僅吸取了

Windows98和WindowsNT的許多精華之處，而且是Windows98和WindowsNT的更新?lián)Q

代產(chǎn)品。此后，Windows將不會再有單用戶和網(wǎng)絡(luò)版之分，使用戶能夠在相同操作系統(tǒng)中，

使用相同的、友好的操作系統(tǒng)界面處理不同的事務(wù)。Windows2000是一個多用戶、多任務(wù)

操作系統(tǒng)。

現(xiàn)在，Microsoft公司又推出了WindowsXP。WindowsXP采用了Windows2000的源

代碼作為基礎(chǔ)，使其有可靠的穩(wěn)定性，繼續(xù)保持其安全性、可靠性的優(yōu)點。對于網(wǎng)絡(luò)時代,

WindowsXP更受人歡迎。

(3)UNIX系統(tǒng)

UNIX系統(tǒng)是1969年問世的，最初是在中小型計算機上運用。最早移植到80286微機

上的UNIX系統(tǒng)，稱為Xenixo現(xiàn)在Xenix已發(fā)展成十分成熟的系統(tǒng)，最新版本的Xenix

是SCOUNIX和SCOCDT。UNIX系統(tǒng)的特點是短小精干、系統(tǒng)開銷小、運行速度快。目

前主要的版本是UNIX3.2V4.2以及ODT3.0。UNIX系統(tǒng)是一個受人青睞的系統(tǒng)。

UNIX系統(tǒng)是一個多用戶系統(tǒng)，一般要求配有8MB以上的內(nèi)存和較大容量的硬盤，對

于高檔微機也適用。

(4)OS/2系統(tǒng)

OS/2系統(tǒng)正是PS/2系列機開發(fā)的一個新型多任務(wù)操作系統(tǒng)。OS/2克服了640KB主存

的限制，具有多任務(wù)功能。1987年IBM公司在激烈的市場競爭中推出了PS/2(Personal

System/2)個人計算機。PS/2系列計算機大幅度突破了現(xiàn)行PC機的體系，采用了與其他總

線互不兼容的微通道總線MCA,并且IBM自行設(shè)計了該系統(tǒng)的大部分零部件，以防止其

他公司的仿制。

OS/2的特點是采用圖形界面，它本身是一個32位系統(tǒng)，不僅可以處理32位OS/2系

統(tǒng)的應(yīng)用軟件，也可以運行16位DOS和Windows軟件。OS/2系統(tǒng)通常要求在4MB內(nèi)存

和100MB硬盤或更高的硬件環(huán)境下運行。如果硬件更高檔，則系統(tǒng)運行就更加穩(wěn)定。

2)語言處理系統(tǒng)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機經(jīng)歷了由低級向高級發(fā)展的歷程，不同風格的計算機

語言不斷出現(xiàn)，逐步形成了計算機語言體系。用計算機解決問題時，人們必須首先將解決

該問題的方法和步驟按一定序列和規(guī)則用計算機語言描述出來，形成計算機程序，然后輸

入計算機，計算機就可按人們事先設(shè)定的步驟自動地執(zhí)行。

語言處理系統(tǒng)包括機器語言、匯編語言和高級語言。這些語言處理程序除個別常駐在

ROM中可獨立運行外，都必須在操作系統(tǒng)支持下運行。

(1)機器語言

計算機中的數(shù)據(jù)都是用二進制表示的，機器指令也是用一串由“0”和“1”不同組合

的二進制代碼表示的。機器語言是直接用機器指令作為語句與計算機交換信息的語言。

不同的機器，指令的編碼不同，含有的指令條數(shù)也不同。因此，機器指令是面向機器

的。指令的格式利含義是設(shè)計者規(guī)定的，一旦規(guī)定好之后，硬件邏輯電路就嚴格根據(jù)這些

規(guī)定設(shè)計和制造，所以制造出的機器也只能識別這種二進制信息。

用機器語言編寫的程序，計算機能識別，可直接運行，但程序容易出錯。

(2)匯編語言

匯編語言是由一組與機器語言指令一一對應(yīng)的符號指令和簡單語法組成的。匯編語言

是一-種符號語言，它將難以記憶和辨認的二進制指令碼用有意義的英文單詞(或縮寫)作

為輔助記符，使之比機器語言編程前進了一大步。例如“ADDA,B”表示將A與B相加

后存入B中，它能與機器語言指令01001001直接對應(yīng)。但匯編語言與機器語言的一一對

應(yīng)，仍需緊密依賴硬件，程序的可移植性差。

用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言源程序。經(jīng)匯編程序翻譯后得到的機器語言程序

稱為目標程序。由于計算機只能識別二進制編碼的機器語言，因此無法直接執(zhí)行用匯編語

言縮寫的程序。匯編語言程序要由一種“翻譯”程序來將它翻譯為機器語言程序，這種翻

譯程序稱為編譯程序。匯編程序是系統(tǒng)軟件的一部分。

(3)高級語言

高級語言比較接近日常用語，對機器依賴性低，是適用于各種機器的計算機語言。用

機器語言或匯編語言編程，因與計算機硬件直接相關(guān)，編程困難旦通用性差。因此人們需

創(chuàng)造出與具體的計算機指令無關(guān)，其表達方式更接近于被描述的問題、更易被人們掌握和

書寫的語言，這就是高級語言。

用高級語言編寫的程序稱為高級語言源程序，經(jīng)語言處理程序翻譯后得到的機器語言

程序稱為目標程序。高級語言程序必須翻譯成機器語言程序才能執(zhí)行，計算機無法直接執(zhí)

行用高級語言編寫的程序。高級語言程序的翻譯方式有兩種：一種是編譯方式，另一種是

解釋方式。相應(yīng)的語言處理系統(tǒng)分別稱為編譯程序和解釋程序。

在解釋方式下，不生成目標程序，而是對源程序按語句執(zhí)行的動態(tài)順序進行逐句分析,

邊翻譯邊執(zhí)行，直至程序結(jié)束。在編譯方式下，源程序的執(zhí)行分成兩個階段：編譯階段和

運行階段。通常，經(jīng)過編譯后生成的目標代碼尚不能直接在操作系統(tǒng)下運行，還需經(jīng)過連

接階段為程序分配內(nèi)存后才能生成真正可運行的執(zhí)行程序。

高級語言不再面向機器而是面向解決問題的過程以及面向現(xiàn)實世界的對象。大多數(shù)高

級語言采用編譯方式處理，因為編譯方式執(zhí)行速度快，而且一旦編譯完成后，目標程序可

以脫離編譯程序獨立存在反復使用。面向過程的高級語言種類很多，比較流行的高級語言

有Basic、Pascal和C語言等。某些適合于初學者的程序，如Basic語言及許多數(shù)據(jù)庫語言

則采用解釋方式。

1980年左右開始提出的“面向?qū)ο?Object-Oriented)"概念是相對于“面向過程”的

?次革命。專家們預測，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想將成為今后程序設(shè)計語言發(fā)展的主流。

如C++、Java、VisualBasic>VisualC等都是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言?！懊嫦?qū)ο蟆辈粌H

作為一種語言，而且作為一種方法貫穿于軟件設(shè)計的各個階段。

3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫是將具有相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)以?定的組織方式存儲起來，形成相關(guān)系列數(shù)據(jù)的集

合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就是在具體計算機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的系統(tǒng)軟件。隨著計算機在信息

管理領(lǐng)域中日益廣泛深入的應(yīng)用，產(chǎn)生和發(fā)展了數(shù)據(jù)庫技術(shù)，隨之出現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)庫管理

?18?-18-計算機信息技術(shù)教案

系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem,DBMS)□

DBMS是計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的系統(tǒng)軟件，它是用戶和數(shù)據(jù)庫之間的接口，是幫助

用戶建立、管理、維護和使用數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理的一個軟件系統(tǒng)。

目前已有不少商品化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件，例如DBase、VisualFoxPro等都是在不

同的系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

4)服務(wù)程序

現(xiàn)代計算機系統(tǒng)提供多種服務(wù)程序，它們是面向用戶的軟件，可供用戶共享，方便用

戶使用計算機和管理人員維護管理計算機。

常用的服務(wù)程序有編輯程序、連接裝配程序、測試程序、診斷程序、調(diào)試程序等。

(1)編輯程序(Editor)：該程序能使用戶通過簡單的操作就可以建立、修改程序或其

他文件，并提供方便的編輯環(huán)境。

(2)連接裝配程序(Linker)：用該程序可以把兒個分別編譯的目標程序連接成?個

目標程序，并且要與系統(tǒng)提供的庫程序相連接，才得到一個可執(zhí)行程序。

⑶測試程序(CheckingProgram)：該程序能檢查出程序中的某些錯誤，方便用戶對

錯誤的排除。

(4)診斷程序(DiagnosticProgram)：該程序能方便用戶對計算機維護，檢測計算機

硬件故障并對故障定位。

(5)調(diào)試程序(Debug)：該程序能幫助用戶在程序執(zhí)行的狀態(tài)下檢查源程序的錯誤，

并提供在程序中設(shè)置斷點、單步跟蹤等手段。

2.應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是為了解決計算機各類問題而編寫的程序。它分為應(yīng)用軟件包與用戶程序。

它是在硬件和系統(tǒng)軟件的支持下，面向具體問題和具體用戶的軟件。隨著計算機應(yīng)用的日

益廣泛深入，各種應(yīng)用軟件的數(shù)量不斷增加，質(zhì)量日趨完善，使用更加方便靈活，通用性

越來越強。有些軟件已逐步標準化、模塊化，形成了解決某類典型問題的較通用的軟件，

這些軟件稱為應(yīng)用軟件包(Package)o它們通常是由專業(yè)軟件人員精心設(shè)計的，為廣大用

戶提供方便、易學、易用的應(yīng)用程序，幫助用戶完成各種各樣的工作。目前常用的軟件包

有字處理軟件、表處理軟件、會計電算化軟件、繪圖軟件、運籌學軟件包等。

(1)用戶程序

用戶程序是用戶為了解決特定的具體問題而開發(fā)的軟件。充分利用計算機系統(tǒng)的種種

現(xiàn)成的軟件，在系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件包的支持下可以更加方便、有效地研制用戶專用程序。

如各種票務(wù)管理系統(tǒng)、事管理系統(tǒng)和財務(wù)管理系統(tǒng)等。這都屬于用戶程序。

(2)應(yīng)用軟件包

應(yīng)用軟件包是為實現(xiàn)某種特殊功能，而精心設(shè)計、開發(fā)的結(jié)構(gòu)嚴密的獨立系統(tǒng)，是一

套滿足同類應(yīng)用的許多用戶所需要的軟件。如Microsoft公司生產(chǎn)的Office2003應(yīng)用軟件

包,包含Word2003(字處理)、Excel2003(電子表格)、PowerPoint2003(幻燈片)等，

是實現(xiàn)辦公自動化的很好的應(yīng)用軟件包。

系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間并不存在明顯的界限。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的

應(yīng)用軟件中有了許多共同的東西，把這些共同的部分抽取出來，形成一個通用軟件，它就

逐漸成為系統(tǒng)軟件了。

1.3微機的接口

1.3.1微機接口概述

接口是CPU與I/O設(shè)備的橋梁，它在CPU與I/O設(shè)備之間起著信息轉(zhuǎn)換和匹配的作用。

也就是說，接口電路是處理CPU與外部設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換的緩沖器，接口電路通過總線與

CPU相連。由于CPU同外部設(shè)備的工作方式、工作速度、信號類型等都不相同，必須通過

接口電路的變換作用，使兩者匹配起來。

1.接口的作用

接口就是微處理器與外部設(shè)備的連接部件(電路)，它是CPU與外部設(shè)備進行信息交

換的中轉(zhuǎn)站。例如，原始數(shù)據(jù)或源程序要通過接口從輸入設(shè)備進入微機，而運算結(jié)果要通

過接口向輸出設(shè)備送出去，控制命令也是通過接口發(fā)出去的，這些來往的信息都是通過接

口進行交換與傳遞。用戶從鍵盤輸入的信息只有通過計算機的處理才能在顯示器、打印機

中顯示或打印。只有通過接口電路，軟磁盤和硬盤才可以極大地擴充計算機的存儲空間。

接口電路的作用，就是計算機以外的信息轉(zhuǎn)換成與計算機匹配的信息，使計算機能夠

有效地傳遞和處理。

由于計算機的應(yīng)用越來越廣泛，要求與計算機接口的外圍設(shè)備越來越多，信息的類型

也越來越復雜。微機接口本身已不是一些邏輯電路的簡單組合，而是采用硬件與軟件相結(jié)

合的方法，因而接口技術(shù)是硬件和軟件的綜合技術(shù)。

2.總線

總線是連接計算機CPU、主存儲器、輔助存儲器、各種輸入/輸出設(shè)備的一組物理信號

線及其相關(guān)的控制電路，它是計算機中傳輸各部件信息的公共通道。

微型計算機系統(tǒng)大都采用總線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的特點是采用一組公共的信號線作為微

機各部件之間的通信線。

各類外部設(shè)備和存儲器，都是通過各自的接口電路連接到微機系統(tǒng)總線上的。因此，

用戶可以根據(jù)自己的需要，選用不同類型的外部設(shè)備配置相應(yīng)的接口電路，把它們連接到

系統(tǒng)總線上，從而構(gòu)成不同用途、不同規(guī)模的系統(tǒng)。

微機系統(tǒng)的總線大致可分為如下幾種。

(1)地址總線(AddressBus)

地址總線(AB)是微機用來傳送地址的信號線。地址總線的數(shù)目決定了直接尋址的范

圍，例如16根地址線，可以構(gòu)成2*=65536個地址，可直接尋址64KB地址空間，24根地

址線可直尋址16MB地址空間。

(2)數(shù)據(jù)總線(DataBus)

?20?-20-計算機信息技術(shù)教案

數(shù)據(jù)總線(DB)是微機用來傳送數(shù)據(jù)和代碼的總線，一般為雙向信號線，可以進行兩

個方向的數(shù)據(jù)傳送。

數(shù)據(jù)總線可以從CPU送到內(nèi)存或其他部件，也可以從內(nèi)存或其他部件送到CPU。通常,

數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與微機的字長相等。例如，32位的CPU芯片，其數(shù)據(jù)總線也是32位。

(3)控制總線(ControlBus)

控制總線(CB)用來傳送控制器發(fā)出的各種控制信號。其中包括用來實現(xiàn)命令、狀態(tài)

傳送、中斷請求、直接對存儲器存取的控制，以及提供系統(tǒng)使用的時鐘和復位信號等。

當前微型計算機系統(tǒng)普遍采用總線結(jié)構(gòu)的連接方式，各部分都以同一形式排在總線上,

結(jié)構(gòu)簡單，易于擴充。微型計算機的總線結(jié)構(gòu)如圖1-8所示。

輸入設(shè)備輸出設(shè)n備

CPU內(nèi)存儲器輸入接口輸出接口

1nn

圖1-8微型計算機的總線結(jié)構(gòu)

1.3.2標準接口

微機中一般提供的接口有標準接口和擴展槽接口。標準接口操作系統(tǒng)一般都認識，插

上有關(guān)的外部設(shè)備，馬上可以使用，真正做到“即插即用”。在微機中標準接口一般有：鍵

盤與顯示器接口，并行接口，兩個串行COM1、COM2端口，TS/2接口和USB接口等。

1.鍵盤與顯示器接口

在微型計算機系統(tǒng)中，鍵盤和顯示器是必不可少的輸入/輸出設(shè)備。微機主板上提供鍵

盤與顯示器的標準接口。

2.并行接口

由于現(xiàn)在常用的微機系統(tǒng)均以并行方式處理數(shù)據(jù)，所以并行接口也是最常用的接口電

路。將一個字符的n個數(shù)位用n條線同時傳輸?shù)臋C制稱為并行通信。例如一次同時傳送8

位、16位或32位，實現(xiàn)并行通信的接口就是并行接口。在實際應(yīng)用中，凡在CPU與外設(shè)

之間需要兩位以上信息傳送時，就要采用并行口。例如，打印機接口、A/D(AnalogToDigit).

D/A(DigitToAnalog)轉(zhuǎn)換器接口、開關(guān)量接口、控制設(shè)備接口等都是并行接口。

并行接口具有傳輸速度快、效率高等優(yōu)點，適合于數(shù)據(jù)傳輸率要求較高而傳輸距離較

近的場合。

3.串行接口

許多I/O設(shè)備與CPU交換信息，或計算機與計算機之間交換信息，是通過一對導線或

通信通道來傳送信息的。這時.，每一次只傳送一位信息，每一位都占據(jù)一個規(guī)定長度的時

間間隔，這時數(shù)據(jù)一位一位按順序傳送的通信方式稱為串行通信，實現(xiàn)串行通信的接口就

是串行接口。

與并行通信相比，串行通信具有傳輸線少、成本低的特點，特別適合于遠距離傳送，

其缺點是速度慢，若并行傳送n位數(shù)據(jù)需要時間t,則串行傳送需要的時間至少為nt。

串行通信之所以被廣泛采用，其中一個主要原因是可以使用現(xiàn)有的電話網(wǎng)進行信息傳

送，即主要增加調(diào)制解調(diào)器，遠程通信就可以在電話線上進行。這不但降低了通信成本，

而且免除了架設(shè)線路維護的繁雜工作。

微機主板上提供了C0M1和COM2兩個現(xiàn)成的串行口。早期的鼠標、終端就是連接在

這種串行口上，而目前流行的PS/2鼠標是連接在主板的PS/2接口上。

4.USB接口

通用串行總線（USB）是一種新型接口標準。隨著計算機應(yīng)用的發(fā)展，外設(shè)越來越多，

使得計算機本身所帶的接口不夠使用。USB可以簡單地解決這一問題，計算機只需通過一

個USB接口，即可串接多種外設(shè)（如數(shù)碼相機、掃描儀等）。用戶現(xiàn)在經(jīng)常使用的優(yōu)盤（或

稱閃盤）就是連接在USB接口上的。

1.3.3擴展槽接口

微機中一般提供的接口有標準接口和擴展槽接口。擴展槽接口操作系統(tǒng)一般不認識，

需要安裝對應(yīng)外設(shè)的驅(qū)動程序。若是同一種外部設(shè)備，在不同的操作系統(tǒng)中有時需要安裝

不同的驅(qū)動程序，該外設(shè)才能正常工作。在微機中擴展槽接口一般有：顯示卡、聲卡、網(wǎng)

卡、Modem卡、視頻卡、多功能卡等。

在主板上一般有多個擴充插槽，用于插入各種接口板（也稱適配器）。適配器是為了驅(qū)

動某種外設(shè)而設(shè)計的控制電路。通常，適配器插在主板的擴展槽內(nèi)，通過總線與CPU相連。

適配器一般做成電路板的形式，所以又稱“插卡”、“擴展卡”或“適配卡”。

?顯示卡適配器（顯示卡）：顯示卡是用于與顯示器的連接，如VGA卡、SVGA

卡、AGP卡等，還有GetForce2和GetForce2GTS顯示卡。

?存儲器擴充卡：存儲器擴充卡是用于擴充微機的存儲容量。

?串行通信適配器：它是用于與計算機通信有關(guān)的設(shè)備的連接，如繪圖儀等。

?多功能卡：為了簡化系統(tǒng)接口，多功能卡是將多種功能的電路做在一塊電路板上

的復合插卡。多功能卡的品種很多，現(xiàn)在PC機上流行的多功能卡可以將軟盤適

配器電路，硬盤適配器電路，并行打印口，串行通信口COM1、COM2,以及游

戲口這五大電路集成為一個接口，稱為“超級多功能卡”。

?其他卡：例如聲卡、Modem卡、網(wǎng)卡、視頻卡等。

1.3.4計算機外設(shè)簡介

1.鍵盤

鍵盤是計算機最常用的輸入設(shè)備之一。其作用是向計算機輸入命令、數(shù)據(jù)和程序。它

由一組按陣列方式排列在一起的按鍵開關(guān)組成，按下一個鍵，相當于接通一個開關(guān)電路，

把該鍵的位置碼通過接口電路送入計算機。

?22?-22-計算機信息技術(shù)教案

鍵盤根據(jù)按鍵的觸點結(jié)構(gòu)分為機械觸點式鍵盤、電容式鍵盤和薄膜式鍵盤幾種。鍵盤

由導電橡膠和電路板的觸點組成。

機械鍵盤的工作原理是：按鍵按下時，導電橡膠與觸點接觸，開關(guān)接通；當松開按鍵

時.，導電橡膠與觸點分開，開關(guān)斷開