搜索
1信息技术基础知识第一节计算机系统概述所谓计算机，是一种能接收、存储和处理数据，并能在存储指令程序控制下产生输出结果的快速、精确的符号加工系统，这一系统是在存储指令程序控制下工作的。计算机系统由硬件和软件构成。硬件是计算机系统中的实际装置，是系统的基础和核心(称为硬核)，一般由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备等组成，它以机器语言提供给程序员使用。软件指的是操作系统、文本编辑程序、调试程序、汇编程序、编译程序、数据库管理系统、文字处理系统、视窗(Windows)软件、网络软件以及其它各种应用程序等，其中较低层次的程序（如操作系统、汇编程序）与硬件密切有关，而用户在使用高级语言或第四代语言编写程序时，基本上已与硬件的实现无关，但是硬件的结构和性能对程序处理的速度影响极大。计算机软件和硬件在逻辑功能上是等效的，即某些操作可以用软件，也可以用硬件实现，因此软、硬件之间没有固定不变的分界面，而是受实际应用的需要以及系统性能价格比所支配。从使用人员来看，机器的速度、可靠性、可维护性是主要的硬件技术指标。具有相同功能的计算机系统，其软、硬件之间的功能分配可以有很大差异。回顾计算机的发展历史可以看出，在早期，由于硬件昂贵，所以计算机的硬件比较简单，尽量让软件完成更多的工作。但是随着组成计算机的基本元器件的发展，其价格不断下降，性能不断提高，因而硬件成本不断下降。与此同时，随着应用的不断发展，软件成本在计算机系统中所占的比例不断上升，这就造成了软、硬件之间的分界面的推移，即将某些由软件完成的工作交给硬件去完成，同时还提高了计算机实际运行速度。第二节计算机硬件一、计算机的硬件组成组成计算机的基本部件有中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出（I/O）设备。图2-1是计算机硬件的基本组成。输入设备中央处理器输出设备后备存储器2图2-1计算机硬件的基本组成二、输入/输出设备输入/输出设备一般由两部分组成，一部分是设备本身，另一部分是设备接口，用来控制并实现设备与主机之间的信息传送。有时也将输入/输出设备和辅助储存器称为外围设备，这是因为这些设备不属于CPU，但又位于CPU附近。（一）输入设备输入设备用来输入原始数据和处理这些数据的程序。输入的信息有数字、字母和控制符等，人们常用8位二进制码来表示1个数字（0-9）、1个字母（A、B、C、..X、Y、Z）或1个控制符。当前通用的是ASCII码，它用7位二进制码来表示1个字符，最高的1位可用于奇偶校验或作为其它用处。在计算机中，一般把8位二进制码称为1个字节。在我国使用的计算机，一般都要求有汉字处理能力，在机内一般用2个字节来表示1个汉字。计算机系统使用多种输入设备：1、联机输入设备这是直接进行人-机通信的输入设备。例如，与计算机的工作站直接连接或在线连接的键盘。用户通过敲击键盘将信息输入到计算机。键盘上有一些特殊的功能键，根据所操作软件的不同，这些功能键有着不同的作用，如存盘、帮助等。键盘上的SHIFT、CONTROL和ALT键可以和其他键一起使用。在图形化用户界面中，越来越多地用到鼠标。鼠标有一个小球，还有两到三个按钮。当鼠标在桌面上移动时，小球跟着滚动，这些滚动信息传递到计算机中，同时，在屏幕上出现相应的指针。通过单击或者双击按钮，用户进行输入。跟踪球和鼠标的工作原理基本相同，只是通过手来操作球。常常用于便携式电脑。2、脱机输入设备这是读取以磁化方式记录在专门涂敷的塑料带或软盘上的数据的输入设备。软盘和磁带是计算机中用来存放数据和程序的存储介质，但有时也可用于脱机输入。首先利用专用设备将信息录入盘或带后，再将盘或带装入计算机。3、特殊输入设备近年来，为了简化输入方式，又出现了一些特殊的输入设备。（1）光标记阅读机光标记阅读机用来阅读卡片或者页面上的图形符号，根据图形符号所在的位置来确定它的取值。例如，在英文考试中，我们经常通过在不同的位置涂圈或者划线来表示不同的选项。（2）光标记识别光标记识别技术用来识别打印字符或者认真的手写字符。通过光线来把握字符的轮廓，然后和已经保存的字符库进行比较，从而识别出字符来。（3）磁墨水字符识别用含有氧化铁的墨水将高度规格化的字符打印在文档上，然后将这些文档通过磁场，再进行识别。这种技术大多用于银行系统。（4）条形码3在超市购物时会接触到条形码阅读机。在每一件商品上，都会有黑、白的细线组成的通用产品代码，通过条形码阅读机将这些条形码信息转化为磁性介质上的信息，可以交由计算机进行处理。（5）扫描仪使用扫描仪可以将文本或者图像输入计算机。对扫描进来的文件可以进行编辑和修改。（6）触摸屏一些医院或者商场会利用触摸屏进行导医或者导购。用户通过触摸屏幕，可以选择屏幕上的菜单项。它的操作类似于鼠标。（7）自动语音识别自动语音识别使得人们可以直接和计算机对话。自动语音识别系统，不仅要捕获词汇，还要辨别意群以组成句子。一个自动语音识别系统包括输入装置（话筒）、识别单词的软件、词汇数据库（在这个数据库中保存着与人所说的词语相匹配的单词）。（二）输出设备输出设备从CPU中取出机器代码形式的结果，然后将其转换成人们可读的形式或另一处理周期的机器输入。输出设备输出的可以是数据、文字、表格、图形、图象或语言。最常用的输出设备是显示器和打印机。1、显示器显示器往往用于临时性的输出。处理的中间结果或操作提示可显示在屏幕上。为了监视人工输入信息的正确性，在用键盘输入信息时，也可将输入的信息显示在屏幕上，如有错误，可及时纠正。2、打印机打印机一般分为字符打印机和激光打印机。计算机运行的最终结果往往需要打印在纸上，如为图形，可使用绘图仪画在纸上。3、脱机输出设备软盘和磁带有时也可用于脱机输出，即先在计算机中将信息写入磁介质中，然后取出磁介质，脱机保存。三、存储器存储器用来存放程序和数据，是计算机中各种信息的存储和交流中心。存储器可与CPU、输入/输出设备交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用。对存储器的基本要求是能够按指定地址读出/写入信息。存储器由许多存储单元组成，所有单元按顺序依次编号，每个单元的编号称为此单元的地址，每个单元的地址是各不相同的，例如某存储器有1024个单元，则它的地址编码从0到1023。如果一个存储单元存放一个字节，称之为按字节编址。但一次读出/写入过程往往是读出/写入一个字，字长因机器而异，例如有的机器以32位二进制码(即4个字节)作为一个字，而有的机器以64位二进制码作为一个字。存储器中包含的所有存储单元之总和称为存储容量，读出/写入一个字的时间称为读写时间（或存取时间），两次读出/写入操作之间的时间间隔称为读写周期（或存取周期）。4存储器又有主存储器和辅助存储器之分，在计算机上运行的当前程序和数据存放在主存储器中，主存储器一般为半导体存储器，辅助存储器一般指的是磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器。四、中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）是计算机系统的核心。CPU由三部分组成：主存储器部分、算术-逻辑部分和控制部分。运算器是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算，所以在其内部有一个算术和逻辑运算部件ALU。在计算机中，一些复杂的运算往往被分解成一系列算术运算和逻辑运算。控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，即实现程序的自动执行。在控制器控制之下，从输入设备输入程序和数据，并自动存放在存储器中，然后执行在存储器中的程序，最后将结果打印输出。程序是由一系列指令组成的，执行程序的过程实际上是按一定顺序执行一串指令的过程。控制器产生一系列控制信号，控制从存储器中取出指令，分析指令功能，完成指令规定的操作，并确定下一条指令的地址，不断重复，直到程序执行完毕。五、计算机的类型（一）通用和专用计算机专用计算机是完成某一专门任务的计算机，其指令程序是固化或永久存储在该机器上的。虽然它缺乏通用性，但它执行其单一任务时很快，效率很高。比如用于监视家庭设施、控制燃料、点火以及汽车中的仪表系统等。通用计算机是一种可存储不同的程序、应用范围无可估量的计算机。通用计算机的通用性只是受人们创造力的限制。大多数情况下所使用的计算机是通用计算机。（二）微型、小型、大型计算机和超级计算机规模最小的叫做微型计算机或小型计算机。微型计算机或个人计算机是最小的通用系统。小型计算机也是小型通用系统。尽管某些新的微型计算机的性能已超过某些旧的小型机，但一般来讲小型机比微型计算机功能更强，价格更贵。随着规模的增大，就形成了大型计算机，它比一般的小型机有更快的处理速度和更大的存储容量。最后是超级计算机，它用于处理更复杂的科学问题，这种计算机规模最大、速度最快。六、计算机的发展（一）第一代计算机(1946-1959)第一代计算机的主要特点是采用电子管作为基本器件。第一代计算机中的二5进制运算、随机存取和存储程序的概念，在当今的计算机中仍是普遍使用的。（二）第二代计算机(1959-1964)第二代计算机采用晶体管作为主要器件。使用晶体管可做成功能更强、更可靠、更价廉的计算机，它与真空管计算机相比占地面积小，功耗小。需要指出的是，在第一代、第二代和第三代的部分时间内，计算机硬件是非常昂贵的。由于竞争激烈，带来了硬件上的重大革新，结果使得计算机效能猛增而价格却在降低。这个趋势是由第二代计算机的出现而形成的，现在仍在继续这种趋势。（三）第三代计算机(1964-1971)第三代计算机中用集成电路完成了第二代计算机中的晶体管所完成的任务。第三代计算机基本上解决了第二代计算机中的兼容性问题。然而第三代计算机与第二代有本质上的差别，其变化是完全的、彻底的，而不是在此基础上的改良，这给成千上万计算机用户带来惊人的变化。第三代计算机工作得很快，它具备同时运行多个程序(多道程序)的能力。例如，任何时刻，一台计算机既可打印工资单，同时又可接收订单，也可测试程序。（四）第四代计算机目前大多数计算机销售商将他们的计算机归作第四代计算机，少数则称是属于第五代。有些人主张把推出大规模集成电路（单位空间上有更多的电路）的1971年作为第四代计算机的起点。微处理器是对第四代计算机的问世的最重要的贡献之一。一个硅片便可包容的微处理器是一种微型化电子电路产品。第三节计算机软件一、操作系统操作系统是计算机系统中最重要的软件。没有操作系统，计算机就无法工作。操作系统是从管理程序发展而来的，它提供了实际机器所没有的、但在汇编语言和高级语言的使用和实现过程中所需的某些基本操作和数据结构。操作系统一般具有如下功能：作业管理；资源管理；I/0操作控制；错误恢复和存储器管理。操作系统主要朝着两个主要的目标发展：第一，为程序的开发和执行提供一个方便的环境；第二，操作系统试图通过对计算任务的调度以确保计算系统的良好性能。二、程序设计语言程序设计语言由所有允许人机通信的符号、字符以及使用规则组成。（一）机器语言计算机的机器语言由二进制数字串组成，并且是唯一能被CPU直接“理解”的语言。任何机器语言指令至少由两部分组成。第一部分是命令或操作，它告诉计算机将完成什么功能，每一台计算机都有一个操作码来完成其功能。指令的第6二部分是操作数，它告诉计算机在哪里找到或存储数据以及将要操纵的其它指令，它们是计算机将要操纵的对象，一条指令的操作数的数目因计算机不同而异。（二）汇编语言为了减轻程序员的负担，50年代初期开发了助记符操作码和符号地址。为了完善程序准备过程，首先要做的工作之一是用字母符号(即助记符)去替代数字化的机器语言操作码。现在，每一个计算机都有一套助记符代码，当然实际的符号因机器类型、型号而异。计算机仍使用机器语言处理数据，但汇编语言软件首先把特定操作码符号翻译成对应的机器语言。在汇编语言中由程序员书写的指令程序被称作源程序，当该源程序由汇编程序转换为机器码后，则被称为目标程序。汇编语言较之机器语言具有许多优点，它能节省时间，减少细节，较少出错，而且产生的错误也易于发现。汇编语言书写的程序较之机器语言程序更易修改，但也存在一些局限，汇编语言的编码(编程)仍然十分耗时。汇编语言的一个最大的缺陷在于它是面向机器的，即它们是为