第一章信息技術(shù)導(dǎo)論（第3版）信息技術(shù)概論普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材01信息與信息技術(shù)概述信息廣義地說，信息(Information)是一切人類的生存活動和自然存在所傳達(dá)出來的信號和消息。同物質(zhì)和能源一樣，它是人類生存和社會發(fā)展的三大基本資源之一。信息是客觀世界中的事物在人腦中的反映?，F(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)充滿信息的世界，信息的內(nèi)容千差萬別，有的是看得見、摸得著的有形的客觀事物，如物體的形狀、顏色等信息；有的則是看不見、摸不著的抽象的事物和概念，如商品的價(jià)格、氣味、各種理論等信息。01信息與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表現(xiàn)形式，是一些未經(jīng)組織的事實(shí)的集合，如人們看到的形象和聽到的事實(shí)。數(shù)據(jù)可以在物理介質(zhì)上記錄或傳輸，并經(jīng)外圍設(shè)備被計(jì)算機(jī)接收、處理進(jìn)而得到結(jié)果。02信息與數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系信息和數(shù)據(jù)是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互依存又相互區(qū)別的概念。數(shù)據(jù)是信息的載體。如數(shù)值、文字、聲音、圖形、圖像和視頻等數(shù)據(jù)都可以表達(dá)信息，因此信息是從數(shù)據(jù)中加工、提煉出來的，是抽象出來的邏輯意義，用于幫助人們正確決策的有用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是它的具體表現(xiàn)。根據(jù)不同的目的，可以從原始數(shù)據(jù)中得到不同的信息。雖然信息都是從數(shù)據(jù)中提取的，但并非所有數(shù)據(jù)都能產(chǎn)生信息。03信息與數(shù)據(jù)信息處理與信息系統(tǒng)信息處理就是對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、識別、分類、加工、整理、存儲等。長期以來，人類主要使用大腦對信息進(jìn)行手工處理，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使信息處理實(shí)現(xiàn)了自動化，使數(shù)據(jù)處理的速度更快、效率更高。信息系統(tǒng)是指與信息的收集、存儲、傳遞、加工和利用等有關(guān)的系統(tǒng)。信息系統(tǒng)一般包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)等。04信息與數(shù)據(jù)信息技術(shù)01信息技術(shù)信息技術(shù)信息技術(shù)(InformationTechnology,IT)是指對信息獲取、處理、傳輸、控制及綜合應(yīng)用的技術(shù)。在計(jì)算機(jī)、通信、微電子等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的信息技術(shù)被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)，現(xiàn)在所說的信息技術(shù)多指現(xiàn)代信息技術(shù)。沒有計(jì)算機(jī)，就不會有現(xiàn)代信息處理技術(shù)的形成和發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的核心。通信技術(shù)是信息技術(shù)的先導(dǎo)，是快速、準(zhǔn)確傳遞和交流信息的重要手段，是人類信息傳遞系統(tǒng)功能的延伸和擴(kuò)展，包括信息檢測、信息變換、信息處理、信息傳遞及信息控制等技術(shù)。信息技術(shù)02信息技術(shù)的發(fā)展(1)語言的使用語言的使用是人類歷史上的第一次信息技術(shù)革命，它使人類信息交流的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，交流能力和效率進(jìn)一步提高，使人類社會生產(chǎn)力得到了跳躍式的發(fā)展。在遠(yuǎn)古時(shí)期，人類僅能用眼、耳、鼻、舌等感覺器官獲取信息，用眼神、聲音、表情和動作傳遞和交流信息，用大腦存儲、加工信息，在長期的生產(chǎn)生活實(shí)踐過程中逐步產(chǎn)生和形成了用于信息交流的語言。信息技術(shù)02信息技術(shù)的發(fā)展(2)文字的使用人類歷史上的第二次信息技術(shù)革命是文字的使用。純語言的信息交流方式在時(shí)間和空間上都存在著很大的局限性，人類不再滿足于僅使用語言進(jìn)行信息的交流與傳遞，逐步創(chuàng)造了各種文字符號表達(dá)信息。信息的符號化(文字)使信息的交流和傳遞突破了時(shí)空的限制，使信息的傳遞和保存發(fā)生了革命性的變化，從而可以將信息傳遞得更遠(yuǎn)，保存的時(shí)間更長。信息技術(shù)02信息技術(shù)的發(fā)展(3)印刷術(shù)的發(fā)明活字印刷術(shù)是人類信息技術(shù)的第三次革命。公元1040年，中國的畢昇發(fā)明了活字印刷術(shù)?；钭钟∷⑿g(shù)的應(yīng)用，使文字、圖形等信息交流更方便、傳遞范圍更廣。通過圖書、報(bào)刊等印刷品的流通，信息共享范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。信息技術(shù)02信息技術(shù)的發(fā)展(4)電報(bào)、電話、廣播、電視的發(fā)明電話、電報(bào)、廣播、電視的發(fā)明是信息技術(shù)的第四次革命。繼“電”的發(fā)明之后，美國人莫爾斯(Morse)在1837年發(fā)明了電報(bào)，英國人貝爾(Bell)在1876年發(fā)明了電話，意大利人馬可尼(Marconi)在1896年發(fā)明了無線電發(fā)報(bào)機(jī)，英國人貝爾德(Baird)在1924年發(fā)明了最原始的電視機(jī)。這些發(fā)明奠定了通信、廣播、電視產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。人們通過電磁信號來表示、發(fā)送和接收文字、聲音、圖像等信息，使得信息的傳遞速度得到了極大的提高。電視、電話的普及與應(yīng)用，使人們突破距離的限制進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交流，從而讓相互傳遞信息變得更加方便、快捷。信息技術(shù)02信息技術(shù)的發(fā)展（5）計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)的發(fā)明預(yù)示了第五次信息技術(shù)革命的到來。計(jì)算機(jī)的普及，通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，尤其是Internet的興起，使得信息的傳遞、存儲、加工處理等完全實(shí)現(xiàn)了自動化。人類社會進(jìn)入了嶄新的信息化社會，現(xiàn)代信息技術(shù)已成為社會最重要的組成部分。信息技術(shù)03發(fā)展信息技術(shù)的意義發(fā)展信息技術(shù)的意義信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對現(xiàn)代社會的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化以及信息化進(jìn)程產(chǎn)生了巨大的推動作用，對人類生產(chǎn)和生活的各方面產(chǎn)生了極大的影響。信息技術(shù)的發(fā)展對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大的影響，孕育并產(chǎn)生了一個(gè)有著無限發(fā)展?jié)摿Φ男畔a(chǎn)業(yè)，信息技術(shù)的重大突破使信息產(chǎn)業(yè)成為世界上最大的產(chǎn)業(yè)。信息產(chǎn)業(yè)是以信息產(chǎn)生、加工和應(yīng)用為核心的產(chǎn)業(yè)，不僅為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)注入了新的活力，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)自動化和服務(wù)高效化，還改變著整個(gè)社會的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引發(fā)了新的產(chǎn)業(yè)革命。信息產(chǎn)業(yè)的興起必將影響到人們就業(yè)結(jié)構(gòu)的變化。信息技術(shù)03發(fā)展信息技術(shù)的意義發(fā)展信息技術(shù)的意義信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大大加快了社會信息化建設(shè)的步伐，使全球信息共享成為現(xiàn)實(shí)。信息技術(shù)為人們提供了全新的、更加有效的信息獲取、傳遞、處理和控制的手段與工具，增強(qiáng)了人類信息活動的能力，極大地?cái)U(kuò)展了人類信息活動的范圍和空間。信息技術(shù)對人們的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了巨大的影響，它正在改變著人們的工作和生活方式。家庭信息化和工作家庭化給人類的生活和工作帶來了許多便利，使人們的生活方式從工業(yè)社會中的極端社會化生活逐步演變?yōu)樾畔⑸鐣芯哂袕?qiáng)烈個(gè)性色彩的個(gè)性化生活，使人們獲得更多的生活樂趣。信息技術(shù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)01可信計(jì)算1可信計(jì)算（TrustedComputing）是一種新的信息系統(tǒng)安全技術(shù)，它把人類社會成功的管理經(jīng)驗(yàn)用于計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)空間，以確保計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)空間的安全可信。什么是可信目前尚未形成統(tǒng)一的定義。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）與國際電子技術(shù)委員會（IEC）在其發(fā)布的目錄服務(wù)系列標(biāo)準(zhǔn)中基于行為預(yù)期性定義了可信性，即如果第二個(gè)實(shí)體完全按照第一個(gè)實(shí)體的預(yù)期行動時(shí)，則第一個(gè)實(shí)體認(rèn)為第二個(gè)實(shí)體是可信的?？尚庞?jì)算組織（TrustedComputingGro叩，TCG）認(rèn)為，可信計(jì)算的總體目標(biāo)是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性，確保實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性、數(shù)據(jù)的安全存儲和平臺可信性的遠(yuǎn)程證明等目標(biāo)?？尚庞?jì)算包括可信硬件、可信軟件、可信網(wǎng)絡(luò)和可信計(jì)算應(yīng)用等方面。信息技術(shù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)02云計(jì)算2云計(jì)算（CloudComputing）還沒有一個(gè)公認(rèn)的定義，一般釆用如下定義：“云計(jì)算是一種由規(guī)模經(jīng)濟(jì)驅(qū)動的大規(guī)模分布式計(jì)算模式，通過這種計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)抽象的、虛擬的、可動態(tài)擴(kuò)展、可管理的計(jì)算、存儲、平臺和服務(wù)等資源池，由互聯(lián)網(wǎng)按需提供給外部用戶”。信息技術(shù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)02云計(jì)算2云計(jì)算具有如下特征。(1)大規(guī)模。云計(jì)算是一種分布式計(jì)算模式，是由規(guī)模經(jīng)濟(jì)驅(qū)動的計(jì)算模式。(2)虛擬化。通過虛擬化技術(shù)，云計(jì)算把各層次的功能封裝為抽象實(shí)體，為用戶提供各層次的云服務(wù)。(3)可靠性。云計(jì)算的發(fā)展依賴于云服務(wù)市場，云服務(wù)的發(fā)展依賴于云服務(wù)的可靠性，因此，云計(jì)算必須釆取措施來確保服務(wù)的高可靠性，可靠性是云計(jì)算必不可少的特性。(4)可擴(kuò)展性?！霸啤钡囊?guī)?？梢詣討B(tài)擴(kuò)展，以滿足用戶和應(yīng)用規(guī)模不斷增長的需要。(5)動態(tài)配置。云服務(wù)可以按需定制，按需供應(yīng)。(6)經(jīng)濟(jì)性。云計(jì)算依靠規(guī)模經(jīng)濟(jì)，規(guī)模經(jīng)濟(jì)帶來的是低成本優(yōu)勢。經(jīng)濟(jì)性是云計(jì)算的一個(gè)重要特征。信息技術(shù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)03物聯(lián)網(wǎng)3物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對象實(shí)現(xiàn)互連互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別(RadioFrequencyIdentification,RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合而形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)。信息傳感設(shè)備通過實(shí)時(shí)釆集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等需要的信息，實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、踉蹤、監(jiān)控和管理。信息技術(shù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)03物聯(lián)網(wǎng)3物聯(lián)網(wǎng)具有以下特征。(1)物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的多種類型的傳感器，每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。(2)物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞出去。(3)除了提供傳感器的連接，物聯(lián)網(wǎng)也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。信息技術(shù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)04綠色計(jì)算4綠色計(jì)算(GreenComputing)還沒有一個(gè)公認(rèn)的定義。綠色計(jì)算是指以環(huán)保的理念設(shè)計(jì)、使用計(jì)算機(jī)及其相關(guān)資源的行為。一般認(rèn)為，綠色計(jì)算機(jī)就是符合環(huán)保概念的計(jì)算機(jī)主機(jī)和相關(guān)產(chǎn)品(含顯示器、打印機(jī)等外設(shè))，具有省電、低噪聲、低污染、低輻射、材料可回收及符合人體工程學(xué)特性的產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)，除了需要獲得高性能，也要考慮電力消耗、空間占用、熱耗散等因素，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的要求。信息技術(shù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)05信息物理融合系統(tǒng)5信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem,CPS)是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)。信息物理融合系統(tǒng)的概念最早由美國國家基金委員會在2006年提出，其核心是通過3C(Computation,Communication,Control)即計(jì)算、通信與控制技術(shù)的有機(jī)融合和深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)。信息物理融合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更加可靠、高效和實(shí)時(shí)協(xié)同，具有重要而廣泛的應(yīng)用前景。信息社會01信息社會的特征(1)社會生產(chǎn)方式隨著信息社會的發(fā)展，新的生產(chǎn)方式逐漸形成。自動化生產(chǎn)方式代替了傳統(tǒng)的機(jī)械化生產(chǎn)方式，進(jìn)而將人們從繁重的體力勞動中解放出來；從剛性生產(chǎn)方式到柔性生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，使企業(yè)可以根據(jù)市場變化及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模和品種；大規(guī)模集中型生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)模適度的分散型生產(chǎn)方式。(2)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)信息社會必將形成新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)在信息社會將占據(jù)越來越小的比重，信息產(chǎn)業(yè)將迅速發(fā)展并成為全社會的支柱產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)值將在國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中占絕對優(yōu)勢。信息社會01信息社會的特征(3)就業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化必將導(dǎo)致就業(yè)結(jié)構(gòu)的變化。正如由農(nóng)業(yè)社會到工業(yè)社會的演變，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)民向從事工業(yè)生產(chǎn)的工人轉(zhuǎn)移，在信息社會，將有大量的各類勞動者轉(zhuǎn)向信息產(chǎn)業(yè)，從事信息產(chǎn)業(yè)的人數(shù)將占從業(yè)人數(shù)的大多數(shù)。(4)交易方式信息社會交易方式出現(xiàn)了新的變化。信息技術(shù)促進(jìn)市場迅速發(fā)展，促使真正意義上的全球化市場的形成。信息技術(shù)提供了新的交易手段，電子商務(wù)將成為基本的交易形態(tài)，擴(kuò)大了市場的交易空間。信息社會01信息社會的特征(5)城市化工業(yè)化社會加快了城市化進(jìn)程，城市為人們居住的主要聚集地，在完成了工業(yè)化的發(fā)達(dá)國家中，城市人口己超過80%0隨著工業(yè)社會向信息社會的演進(jìn)，中心大城市的發(fā)展速度減緩，中、小規(guī)模城市的發(fā)展速度加快，各種規(guī)模和等級的城市通過發(fā)達(dá)的交通網(wǎng)和通信網(wǎng)，形成功能上相互補(bǔ)充、地域上相互滲透的城市群，使其在整個(gè)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中都發(fā)揮重要的作用。(6)生活方式在高度信息化的社會，電話網(wǎng)、電視網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將形成一個(gè)智能化網(wǎng)絡(luò)，遍及社會的各個(gè)角落，電話、電視和計(jì)算機(jī)等數(shù)字化終端將無處不在。信息社會02信息技術(shù)對當(dāng)今社會的影響信息技術(shù)被公認(rèn)為21世紀(jì)的高新技術(shù)之一，已成為世界各國實(shí)現(xiàn)政治、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展目標(biāo)的最重要技術(shù)。信息技術(shù)已對人類社會生活的各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響，推動了社會生產(chǎn)力的變革，提高了人類社會開發(fā)利用信息資源的能力。信息技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了貿(mào)易電子化、政府信息化、教育信息化和生活便捷化，這是信息技術(shù)發(fā)展的主流。信息技術(shù)的高度快速發(fā)展在給人類帶來巨大的利益和物質(zhì)財(cái)富的同時(shí)，也對社會產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。信息社會02信息技術(shù)對當(dāng)今社會的影響（1）信息過度增長，將導(dǎo)致信息爆炸，使人們處于一種信息超載的狀態(tài)。（2）社會信息流中混雜著虛假錯(cuò)誤、荒誕離奇、淫穢迷信和暴力兇殺等信息，這些信息使傳統(tǒng)的道德準(zhǔn)則和價(jià)值觀念受到強(qiáng)烈沖擊。（3）工業(yè)社會的財(cái)富是資本，而信息社會的財(cái)富就是信息，獲取和處理信息的能力造成了新的貧富差距。（4）由于管理方面的疏漏和技術(shù)方面的缺陷，信息系統(tǒng)變得更易受到破壞，信息安全問題時(shí)有發(fā)生，已成為世界各國一大社會憂患。02信息處理裝置的發(fā)展機(jī)械式計(jì)算裝置01機(jī)械式計(jì)算裝置為了適應(yīng)人類社會生產(chǎn)發(fā)展的需要，人類發(fā)明了各種計(jì)算工具，以適應(yīng)社會生產(chǎn)力的發(fā)展。中國唐末發(fā)明的算盤是人類歷史上最早的一種計(jì)算工具。直到現(xiàn)在，算盤在我國還在使用。法國科學(xué)家帕斯卡(B.Pascal)于1642年發(fā)明了齒輪式加、減計(jì)算器。在當(dāng)時(shí)，這個(gè)計(jì)算器很有影響。德國著名數(shù)學(xué)家萊布尼茲(W.Leibniz)對這種計(jì)算器非常感興趣，在帕斯卡研究的基礎(chǔ)上提出了進(jìn)行乘、除法計(jì)算的設(shè)計(jì)思想，并用梯形軸作為主要部件，設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)算器。它是一個(gè)能夠進(jìn)行四則運(yùn)算的機(jī)械式計(jì)算器。齒輪式加、減計(jì)算器和機(jī)械式計(jì)算器都沒有自動計(jì)算的功能。機(jī)械式計(jì)算裝置01機(jī)械式計(jì)算裝置20世紀(jì)，電工技術(shù)的發(fā)展使得一些科學(xué)家和工程師意識到可以用電氣元件來制造計(jì)算機(jī)。德國工程師楚澤(K.Zuse)于1938年設(shè)計(jì)了一臺純機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)Z1,后來他用電磁繼電器對其進(jìn)行改進(jìn)，并于1941年研制成功一臺機(jī)電式計(jì)算機(jī)Z3,這是一臺全部釆用繼電器的通用程序控制的計(jì)算機(jī)。事實(shí)上，美國哈佛大學(xué)的艾肯(H.Aiken)于1936年就提出了用機(jī)電方法來實(shí)現(xiàn)巴貝齊分析機(jī)的想法，并在1944年制造出了MARKI計(jì)算機(jī)。圖靈機(jī)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程中，世界上許多科學(xué)家都做出了很大的貢獻(xiàn)。其中，英國數(shù)學(xué)家艾蘭?圖靈(A.Turing)是最杰出的代表之一，他提出的抽象計(jì)算模型，用來精確定義可計(jì)算函數(shù)，后來被稱為圖靈機(jī)(TuringMachine)的模型。圖靈的基本思想是用機(jī)器來模擬人用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程。他將人的計(jì)算過程看成下列兩種簡單的動作：①在紙上寫上或擦除某個(gè)符號；②把注意力從紙的一個(gè)位置移動到另一個(gè)位置，而每次的下一步動作走向依賴于人當(dāng)前所關(guān)注的紙上某個(gè)位置的符號及人當(dāng)前的思維狀態(tài)。為了模擬人的這種運(yùn)算過程，圖靈構(gòu)造出一臺假想的機(jī)器，稱為“圖靈機(jī)”。圖靈機(jī)圖靈機(jī)圖靈機(jī)由一個(gè)狀態(tài)寄存器、一條可無限延伸的紙帶和一個(gè)在紙帶上左右移動的讀寫頭組成，如圖1.1所示。紙帶被劃分為一個(gè)接一個(gè)的方格，每個(gè)格子中可包含一個(gè)來自有限字母表的符號，字母表中有一個(gè)特殊的符號表示空白，紙帶上的方格從左到右依次被編號為0、1、2、…，紙帶的右端可以無限伸展。讀寫頭可以在紙帶上左右移動，既能讀出當(dāng)前所指的方格中的符號，也能改變當(dāng)前格子中的符號。狀態(tài)寄存器用來保存圖靈機(jī)當(dāng)前所處的狀態(tài)。圖靈機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展史01第一臺電子計(jì)算機(jī)的誕生第一臺電子計(jì)算機(jī)的誕生1946年初，在美國賓夕法尼亞大學(xué)，由物理學(xué)家莫克利等人研制的世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）正式投入使用。ENIAC計(jì)算機(jī)是一臺公認(rèn)的“大型”計(jì)算機(jī)。它的體積為90m3,重30t（噸），占地約120m2,耗電約150kW,使用了約18800只電子管、70000多個(gè)電阻、1000多個(gè)電容器、6000多個(gè)開關(guān)。它的加法運(yùn)算速度為5000n/s,能在30s內(nèi)計(jì)算出從發(fā)射到擊中目標(biāo)飛行1分鐘的彈道軌跡，計(jì)算速率比人工計(jì)算提高了8400多倍，比當(dāng)時(shí)最快的機(jī)電式計(jì)算機(jī)要快1000倍。這臺計(jì)算機(jī)完全是為了軍用而研制的?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展史01第一臺電子計(jì)算機(jī)的誕生第一臺電子計(jì)算機(jī)的誕生ENIAC雖然極大地提高了運(yùn)算速度，但它需要在解題前根據(jù)計(jì)算的問題連接外部線路，而這項(xiàng)工作在當(dāng)時(shí)只能由少數(shù)計(jì)算機(jī)專家才能完成，而且當(dāng)需要求解另一個(gè)問題時(shí)，必須重新進(jìn)行連線，使用極不方便。與此同時(shí)，對計(jì)算機(jī)做出巨大貢獻(xiàn)的美籍匈牙利著名數(shù)學(xué)家馮?諾依曼（JohnVbnNeumann）發(fā)表了《電子計(jì)算機(jī)裝置邏輯初探》的論文，第一次提出了存儲程序的理論，即程序和數(shù)據(jù)都事先存入計(jì)算機(jī)中，運(yùn)行時(shí)自動取出指令并執(zhí)行指令，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算的完全自動化。根據(jù)這一思想，他設(shè)計(jì)出了世界上第一臺“存儲程序式”計(jì)算機(jī)EDVAC（TheElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer,電子離散變量自動計(jì)算機(jī)）,并于1952年正式投入運(yùn)行?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展史02計(jì)算機(jī)的四個(gè)發(fā)展階段計(jì)算機(jī)的四個(gè)發(fā)展階段第一代計(jì)算機(jī)（1946—1957年）：采用電子管作為邏輯元件，其主存儲器采用磁鼓、磁芯，外存儲器釆用磁帶、紙帶、卡片等；存儲容量只有幾千字節(jié)，運(yùn)算速度為每秒幾千次；主要使用機(jī)器語言編程，用于數(shù)值計(jì)算。這一代計(jì)算機(jī)的體積大，價(jià)格高，可靠性差，維修困難。第二代計(jì)算機(jī)（1958—1964年）：釆用晶體管作邏輯元件，其主存儲器使用磁芯，外存儲器使用磁帶和磁盤；開始使用高級程序設(shè)計(jì)語言；應(yīng)用領(lǐng)域也由數(shù)值計(jì)算擴(kuò)展到數(shù)據(jù)處理、事務(wù)處理和過程控制等方面。相對第一代計(jì)算機(jī)，這一代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度更高，體積變小，功能更強(qiáng)。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展史02計(jì)算機(jī)的四個(gè)發(fā)展階段計(jì)算機(jī)的四個(gè)發(fā)展階段第三代計(jì)算機(jī)（1965—1970年）：邏輯器件釆用了中、小規(guī)模集成電路，其主存儲器開始逐漸釆用半導(dǎo)體器件，存儲容量達(dá)幾兆字節(jié)，運(yùn)算速率可達(dá)每秒幾十萬至幾百萬次；體積更小，成本更低，性能進(jìn)一步提高；在軟件方面，操作系統(tǒng)開始使用，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大。第四代計(jì)算機(jī)（1971年至今年）：邏輯元件采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，集成度大幅度提高，運(yùn)算速率可達(dá)每秒幾百萬次至幾百萬億次，具有高集成度、高速度、高性能、大容量和低成本等優(yōu)點(diǎn)；在軟件方面，系統(tǒng)軟件功能完善，應(yīng)用軟件十分豐富，軟件業(yè)已成為重要的產(chǎn)業(yè)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)等都得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢01計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢（1）巨型化巨型化是指發(fā)展高速、大存儲容量和功能更強(qiáng)大的巨型機(jī)，以滿足尖端科學(xué)的需要。并行處理技術(shù)是研制巨型計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，巨型機(jī)能夠體現(xiàn)一個(gè)國家計(jì)算機(jī)科學(xué)水平的高低，也能反映一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)實(shí)力。（2）微型化發(fā)展小、巧、輕、價(jià)格低、功能強(qiáng)的微型計(jì)算機(jī)，以滿足更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，微機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，新產(chǎn)品不斷問世，芯片集成度和性能不斷大幅度提高，價(jià)格越來越低。計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢01計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢（3）網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)技術(shù)中最重要的一個(gè)分支，是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施。目前，世界各國都在規(guī)劃和實(shí)施自己的國家基礎(chǔ)設(shè)施（NationalInformationInfrastructure,Nil）,即國家的信息網(wǎng)絡(luò)。Nil將學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、圖書館、實(shí)驗(yàn)室等部門的各種資源連接在一起，供全體公民共享，使任何人在任意時(shí)間、地點(diǎn)能夠?qū)⑽淖?、圖像、音頻和視頻等信息傳遞給在任何地點(diǎn)的任何人。（4）智能化智能化是指用計(jì)算機(jī)模擬人的感覺和思維過程，使計(jì)算機(jī)具備人的某些智能，能夠進(jìn)行一定的學(xué)習(xí)和推理（如聽、說、識別文字、圖形和物體等）。計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢01計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢（5）多媒體化多媒體化是指計(jì)算機(jī)能夠更有效地處理文字、圖形、動畫、音頻、視頻等形式的信息，從而使人們更自然、有效地使用信息。長期以來，計(jì)算機(jī)只能提供以字符為主的信息，難以滿足人們的需要；多媒體技術(shù)的發(fā)展使計(jì)算機(jī)具備了綜合處理文字、聲音、圖形和圖像的能力，而在現(xiàn)實(shí)生活中人們也更樂于接受圖、文、聲并茂的信息。因此，多媒體化將成為未來計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，硅技術(shù)越來越接近其物理極限。為此，人們正在研究開發(fā)新型計(jì)算機(jī)，以使計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型計(jì)算機(jī)包括量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等。03計(jì)算思維計(jì)算思維的基本概念01計(jì)算思維的基本概念2006年，美國卡內(nèi)基?梅隆大學(xué)的JeannetteM.Wing(周以真)教授首次提出了計(jì)算思維(ComputationalThinking)的概念。她認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。計(jì)算思維的基本概念01計(jì)算思維的基本概念計(jì)算思維具有以下特征：①計(jì)算思維是概念化的抽象思維而不只是程序設(shè)計(jì)。②計(jì)算思維是基本的而不是死記硬背的技能。③計(jì)算思維是人的而不是計(jì)算機(jī)的思維方式。④計(jì)算思維是數(shù)學(xué)和工程思維的互補(bǔ)與融合。⑤計(jì)算思維是思想而不是人造品。⑥計(jì)算思維面向所有的人和所有地方。⑦計(jì)算思維關(guān)注依舊亟待理解和解決的智力上極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題。計(jì)算思維的基本概念01計(jì)算思維的基本概念計(jì)算思維不僅是計(jì)算機(jī)專業(yè)工作者必須具備的技能，如同人們應(yīng)具備基本的讀、寫和計(jì)算技能一樣，每個(gè)現(xiàn)代人都應(yīng)該具備。計(jì)算思維最根本的內(nèi)容是抽象(Abstraction)和自動化(Automation)o與數(shù)學(xué)和物理科學(xué)相比，計(jì)算思維中的抽象顯得更豐富，也更復(fù)雜。計(jì)算思維中的抽象超越物理的時(shí)空觀，并完全用符號來表示。計(jì)算思維的基本概念01計(jì)算思維的基本概念雖然計(jì)算思維是近年提出的理念，但計(jì)算思維其實(shí)早在各學(xué)科領(lǐng)域甚至各行各業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，而且隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，這種作用將會不斷增強(qiáng)。探討計(jì)算思維的目的是使人們在學(xué)習(xí)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)過程中有意識地培養(yǎng)計(jì)算思維，更有效地利用計(jì)算機(jī)分析和解決現(xiàn)實(shí)問題。(1)抽象(Abstraction)抽象是指抽取事物的共同的本質(zhì)性特征，即忽略一個(gè)主題中與當(dāng)前問題無關(guān)的因素，以便更充分地考慮與當(dāng)前問題相關(guān)的因素。抽象是簡化復(fù)雜問題的有效途徑，如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是運(yùn)用抽象思維解決復(fù)雜問題的典型代表。計(jì)算思維的典型方法(2)分解(Decomposition)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，將大規(guī)模的復(fù)雜問題分解成若干個(gè)規(guī)模較小的、更簡單并容易解決的問題加以解決，是一種常用的思維方式。問題分解首先需要明確描述問題，并對問題的解決方法做出決策，把問題分解成相對獨(dú)立的子問題，再以相同的方式處理每個(gè)子問題，并得到每個(gè)子問題的解，直到最終獲得整個(gè)問題的解。計(jì)算思維釆用了抽象和分解處理復(fù)雜的任務(wù)或者設(shè)計(jì)龐大的系統(tǒng)。通過選擇合適的方式陳述問題，或者對一個(gè)問題的相關(guān)方面進(jìn)行建模，從而簡明扼要刻畫復(fù)雜系統(tǒng)，能夠在不必理會每個(gè)細(xì)節(jié)的情況下安全地使用、調(diào)整和影響一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)的信息。計(jì)算思維的典型方法(3)并行(Parallel)并行是指無論從微觀還是宏觀，事件在系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生，是一種重要的計(jì)算思維方法。并行計(jì)算(ParallelComputing)一般指許多指令得以同時(shí)執(zhí)行的模式。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用并行技術(shù)提高系統(tǒng)的效率，如指令流水線技術(shù)和多核處理器技術(shù)，前者屬于時(shí)間并行，后者屬于空間并行。這兩種技術(shù)體現(xiàn)了運(yùn)用并行方法解決問題的不同思路。如果各并行活動獨(dú)立進(jìn)行(即以完全平行的方式進(jìn)行)，問題就相對簡單，只需要建立單獨(dú)的程序來處理每項(xiàng)活動即可；如果并行活動之間有交互影響，就需要加以協(xié)調(diào)，因此設(shè)計(jì)并行系統(tǒng)較困難。計(jì)算思維的典型方法計(jì)算思維的典型方法(4)緩存(Cache)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，緩存將未來可能用到的數(shù)據(jù)存放在高速存儲器中，使將來能夠快速得到這些數(shù)據(jù)，從而提高系統(tǒng)的效率。在計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)等軟件的設(shè)計(jì)中，預(yù)取(Prefetching)和緩存技術(shù)都被用來提高系統(tǒng)的效率。預(yù)取和緩存技術(shù)基于程序的局部性原理，即程序總是趨向于使用最近使用過的數(shù)據(jù)和指令，其訪問行為不是隨機(jī)的，而是相對集中的。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)充分利用局部性原理，通過預(yù)存數(shù)據(jù)和動態(tài)調(diào)整策略，提高系統(tǒng)在緩存中命中數(shù)據(jù)的概率，從而以較多的低速大容量存儲器、配合較少的高速緩存，以得到與高速存儲器差別不大的存取效率，并在存儲容量、速度和成本上獲得較好的平衡。計(jì)算思維的典型方法(5)排序與索引(Sort&Index)排序是信息處理中經(jīng)常進(jìn)行的一種操作，將一組元素從“無序”序列調(diào)整為“有序”序列。高效的排序算法是提高信息處理效率的基礎(chǔ)保障。索引是指對具有共性的一組對象進(jìn)行編目，從而根據(jù)數(shù)據(jù)的某一屬性能夠快速訪問數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫中，使用索引可以快速訪問數(shù)據(jù)庫表中的特定信息。排序和索引技術(shù)并非計(jì)算機(jī)科學(xué)獨(dú)有，在圖書和出版行業(yè)早就利用排序和索引進(jìn)行文獻(xiàn)的管理。例如，每本圖書的目錄就是該書的一個(gè)索引。索引也是Web搜索引擎的核心技術(shù)之一。計(jì)算機(jī)問題求解過程(1)分析問題分析問題是使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行問題求解的第一步。分析問題的目的就是明確擬解決的問題，并寫岀求解問題的規(guī)格說明。因此，準(zhǔn)確、完整地理解和描述問題是解決問題的關(guān)鍵。一個(gè)問題通常會涉及需求、對象和操作三方面的信息，所以問題的規(guī)格說明通常包括要求用戶輸入、輸出的數(shù)據(jù)及形式、問題求解的數(shù)學(xué)模型或?qū)?shù)據(jù)處理的需求、程序的運(yùn)行環(huán)境等。數(shù)學(xué)模型是用數(shù)學(xué)語言(符號、表達(dá)式與圖像)描述的現(xiàn)實(shí)問題，是現(xiàn)實(shí)問題的公式化表示。用計(jì)算機(jī)解決問題必須有合適的數(shù)學(xué)模型，對實(shí)際問題加以提煉和抽象，并建立數(shù)學(xué)模型的過程稱為數(shù)學(xué)建模。在軟件的開發(fā)過程中，需求分析完成后，形成軟件的需求規(guī)格說明書，程序員要根據(jù)需求規(guī)格說明進(jìn)行開發(fā)軟件。計(jì)算機(jī)問題求解過程(2)算法設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)是把問題的數(shù)學(xué)模型或處理過程轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的解題步驟。算法設(shè)計(jì)的好壞直接影響著程序的質(zhì)量。對于大型軟件的開發(fā)，算法設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜又重要的階段，通常分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。概要設(shè)計(jì)階段主要是根據(jù)需求規(guī)格說明建立軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，規(guī)定設(shè)計(jì)約束，制定組裝測試計(jì)劃等。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段主要是逐步細(xì)化概要設(shè)計(jì)所生成的各模塊，并詳細(xì)描述程序模塊內(nèi)部的細(xì)節(jié)，如工作流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等，詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)能方便地轉(zhuǎn)換成程序。計(jì)算機(jī)問題求解過程(2)算法設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)是把問題的數(shù)學(xué)模型或處理過程轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的解題步驟。算法設(shè)計(jì)的好壞直接影響著程序的質(zhì)量。對于大型軟件的開發(fā)，算法設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜又重要的階段，通常分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。概要設(shè)計(jì)階段主要是根據(jù)需求規(guī)格說明建立軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，規(guī)定設(shè)計(jì)約束，制定組裝測試計(jì)劃等。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段主要是逐步細(xì)化概要設(shè)計(jì)所生成的各模塊，并詳細(xì)描述程序模塊內(nèi)部的細(xì)節(jié)，如工作流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等，詳細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)能方便地轉(zhuǎn)換成程序。計(jì)算機(jī)問題求解過程(3)程序編碼程序編碼的主要任務(wù)是用某種程序設(shè)計(jì)語言，將前一步設(shè)計(jì)的算法轉(zhuǎn)換為能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序。在軟件開發(fā)過程中，編碼需要按照需求規(guī)格說明進(jìn)行。程序編碼涉及一系列的工作，包括：①準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)，制作算法流程圖，測試、調(diào)試及驗(yàn)證程序等；②檢查每個(gè)執(zhí)行步驟;③保存工作的準(zhǔn)確記錄。程序設(shè)計(jì)者要養(yǎng)成保存歷史文檔的習(xí)慣，如應(yīng)保存問題的描述與分析文檔、原始圖、數(shù)據(jù)描述與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法源程序和調(diào)試運(yùn)行的過程記錄等。計(jì)算機(jī)問題求解過程(4)測試一般來說，編寫程序很難做到一次成功，還需要通過測試和調(diào)試等步驟獲得可正確運(yùn)行的程序。測試和調(diào)試的主要目的在于發(fā)現(xiàn)(通過測試)和糾正(通過調(diào)試)程序中的錯(cuò)誤。調(diào)試可分為程序調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試兩階段。在程序編碼階段對程序調(diào)試完畢，要進(jìn)行系統(tǒng)的整體測試,以便檢測所有的功能是否都正確實(shí)現(xiàn)，程序的可靠性如何。軟件測試分為兩種：白盒測試和黑盒測試。黑盒測試是對功能的測試，只關(guān)心輸入和輸出的正確，而不關(guān)注內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)。白盒測試是測試程序的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，也稱為結(jié)構(gòu)測試。算法與程序的概念01算法算法是對特定問題求解步驟的一種描述，是指令的有限序列，其中每一條指令表示一個(gè)或多個(gè)操作。算法應(yīng)當(dāng)滿足以下特性。?輸入：零個(gè)或多個(gè)由外界提供的輸入量。?輸出：至少產(chǎn)生一個(gè)輸出量。?確定性：每個(gè)指令都有確切的語義，無歧義。?有限性：在執(zhí)行有限步驟后結(jié)束，且每一步都可在有窮時(shí)間內(nèi)完成。?可行性：通過執(zhí)行有限次運(yùn)算可以實(shí)現(xiàn)算法中描述的操作。算法的描述有多種方法，一般用自然語言、流程圖和偽代碼進(jìn)行描述。自然語言描述是指用人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫恼Z言(本國語言)描述算法，優(yōu)點(diǎn)是容易理解。流程圖描述是算法的一種圖形化表示方法，也稱為程序框圖。它描述的算法形象、簡潔、直觀。算法與程序的概念01算法偽代碼描述是介于自然語言和計(jì)算機(jī)程序語言之間的一種算法描述方法，是專業(yè)軟件開發(fā)人員常用的方法。一個(gè)“好”的算法應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)。①正確性：算法應(yīng)當(dāng)滿足具體問題的需求。②可讀性：算法便于閱讀、理解和交流。③健壯性：當(dāng)輸入數(shù)據(jù)非法時(shí)，算法應(yīng)能適當(dāng)?shù)刈龀龇磻?yīng)或進(jìn)行處理，而不會產(chǎn)生莫明其妙的輸出結(jié)果。④執(zhí)行效率高與存儲需求少：效率指的是算法的執(zhí)行時(shí)間。對于同一個(gè)問題如果有多個(gè)算法可以解決，執(zhí)行時(shí)間短的算法效率高。存儲需求是指算法執(zhí)行過程中所需的存儲空間。算法與程序的概念02程序程序是為實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)或解決特定問題，用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言編寫的指令序列集合。通過運(yùn)行相應(yīng)問題算法的程序?qū)崿F(xiàn)使問題得以解決。算法是程序?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)，程序是某一算法的具體實(shí)現(xiàn)。一個(gè)程序應(yīng)包括對數(shù)據(jù)的描述和對運(yùn)算的操作兩方面的內(nèi)容。著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家沃思(NikiklausWirth)就此提出一個(gè)公式：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序。04信息的數(shù)字化數(shù)字化編碼的概念01數(shù)字化編碼的概念所謂編碼，就是采用少量的基本符號，按照一定的組合原則，表示大量、多樣、復(fù)雜的信息?；痉柕姆N類和這些符號的組合規(guī)則是一切信息編碼的兩大要素。例如，用26個(gè)英文字母表示英文詞匯，用10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)碼表示數(shù)字等，就是典型的編碼例子。計(jì)算機(jī)廣泛釆用的是只用“0”和“1”兩個(gè)基本符號組成的二進(jìn)制碼。二進(jìn)制01二進(jìn)制數(shù)的表示方法數(shù)制，即進(jìn)位計(jì)數(shù)制，是指用統(tǒng)一的符號規(guī)則來表示數(shù)值的方法。數(shù)制有多種形式，我們最熟悉的是十進(jìn)制數(shù)，而計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中更多的是使用二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等數(shù)制。數(shù)制中的三個(gè)術(shù)語如下。①數(shù)碼：用不同的數(shù)字符號來表示一種數(shù)制的數(shù)值，這些數(shù)字符號稱為“數(shù)碼”。②基：數(shù)制所允許使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)稱為“基”。③權(quán)：某數(shù)制中每一位所對應(yīng)的單位值稱為“權(quán)（權(quán)值）”。權(quán)=基i，i為數(shù)碼所在位的編號，從小數(shù)點(diǎn)向左依次為0、I、2、3、…，自小數(shù)點(diǎn)向右依次為-1、-2、-3、…。十進(jìn)制數(shù)有十個(gè)基本數(shù)碼0?9,進(jìn)位原則是逢10進(jìn)1,基數(shù)為10。依照這個(gè)規(guī)律，二進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼為0和1,進(jìn)位原則是逢2進(jìn)1,基數(shù)為2。二進(jìn)制01二進(jìn)制數(shù)的表示方法十進(jìn)制與二進(jìn)制的表示方法如表1.1所示。二進(jìn)制2.計(jì)算機(jī)為什么要使用二進(jìn)制數(shù)（1）實(shí)現(xiàn)容易二進(jìn)制數(shù)只有兩個(gè)數(shù)碼：0和1。很多電子器件的物理狀態(tài)有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)容易。例如，晶體管的導(dǎo)通和截止、脈沖的有和無等，都可以用二進(jìn)制的1和0表示。（2）運(yùn)算規(guī)則簡單而減法和除法是加法和乘法的逆運(yùn)算。根據(jù)上述規(guī)則，很容易實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的四則運(yùn)算。二進(jìn)制2.計(jì)算機(jī)為什么要使用二進(jìn)制數(shù)（3）能方便使用邏輯代數(shù)二進(jìn)制數(shù)的0和1與邏輯代數(shù)的“假”和“真”相對應(yīng)，可使算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算共用一個(gè)運(yùn)算器，易于進(jìn)行邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算與算術(shù)運(yùn)算的主要區(qū)別在于：邏輯運(yùn)算是按位進(jìn)行的，沒有進(jìn)位和借位。（4）記憶和傳輸可靠電子元件對應(yīng)的兩種狀態(tài)（導(dǎo)通與截止）是一種質(zhì)的區(qū)別，而不是量的區(qū)別，識別起來較容易。用0和1表示電子元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)，工作可靠、抗干擾強(qiáng)、便于存儲，不易出錯(cuò)。1.非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：按權(quán)展開求和。（1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)（2）八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)（3）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：整數(shù)部分釆用除基數(shù)取余法，小數(shù)部分釆用乘基數(shù)取整法。數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的基數(shù)有著整慕關(guān)系，每3位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位八進(jìn)制數(shù)，每4位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)，所以可以分別對應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)中的常用編碼1.數(shù)字編碼人們習(xí)慣使用的是十進(jìn)制，而計(jì)算機(jī)內(nèi)部釆用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算，為了使數(shù)據(jù)在輸入和輸出時(shí)更直觀，可以用4位二進(jìn)制數(shù)的形式直接表示1位十進(jìn)制數(shù)，這種表示方法稱為二-十進(jìn)制編碼或稱為BCD(BinaryCodedDecimal)編碼。這種編碼表示的數(shù)，計(jì)算機(jī)也能直接運(yùn)算。因4位二進(jìn)制編碼自左向右每位對應(yīng)的權(quán)為8、4、2、1,所以這種編碼也稱為8421BCD碼。表1.2列出了十進(jìn)制數(shù)0?15對應(yīng)的8421BCD碼。計(jì)算機(jī)中的常用編碼2.字符編碼(1)ASCIIASCII是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會制定的一種包括數(shù)字、字母、通用符號、控制符號在內(nèi)的字符編碼集,全稱為AmericanStandardCodeforInformationInterchange(美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼)。ASCII是一種7位二進(jìn)制編碼，能表示128(27)種國際上最通用的西文字符，是目前計(jì)算機(jī)中特別是微型計(jì)算機(jī)中使用最普遍的字符編碼集。ASCII字符集如表L3所示，其中包括4類最常用的字符。①數(shù)字0?9。這里的0?9為10個(gè)數(shù)字字符，從表中可以査岀，它們對應(yīng)的ASCII碼值為0110000B-0111001B,習(xí)慣上用十六進(jìn)制數(shù)表示為30H?39H。數(shù)字符號"0"~"9"的ASCII碼減去30H,即可得到對應(yīng)數(shù)字字符的數(shù)值。計(jì)算機(jī)中的常用編碼2.字符編碼②字母，包括26個(gè)大、小寫的英文字母。字母的ASCII值為41H?5AH,字母的ASCII值為61H?7AH。可以看出，對應(yīng)的大、小寫字母的ASCII值相差20H,即小寫字母的ASCII值減去20H,即可得到對應(yīng)的大寫字母的ASCII值。計(jì)算機(jī)中的常用編碼③通用字符，如“+”、"-”、";”、“，”、“/”和“？"等，共32個(gè)。④控制符號，包括空格SP(20H)、回車CR(ODH)、換行LF(OAH)等，共34個(gè)。ASCII是一種7位編碼，存放時(shí)必須占全1字節(jié)，即占用8位，可表示為b7b6b5b4b3b2bib0,其中，b7一般恒置為0,其余7位便是ASCII值。(2)EBCDIC碼EBCDIC碼即擴(kuò)展二-十進(jìn)制交換碼(ExtendedBinary-CodedDecimalInterchangeCode)。這種字符編碼主要用在IBM公司的計(jì)算機(jī)中，釆用8位二進(jìn)制表示，有256個(gè)編碼狀態(tài)，但實(shí)際運(yùn)用時(shí)只選用其中一部分。(3)Unicode碼EBCDIC碼和ASCII表示的字符，對于使用英語和西歐地區(qū)語言的人來說已經(jīng)夠用了，但對于表示中國等亞洲國家所用的表意文字則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，于是出現(xiàn)了Unicode碼。Unicode碼是一種16位編碼，能夠表示65000個(gè)字符或符號。計(jì)算機(jī)中的常用編碼3.漢字編碼（1）國標(biāo)碼為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)處理中文信息的需要，國家標(biāo)準(zhǔn)總局制定了“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換漢字編碼”，代號為GB2312-1980,稱為國標(biāo)碼。該編碼集規(guī)定了計(jì)算機(jī)使用的漢字和圖形符號總數(shù)為7445個(gè)，其中漢字總數(shù)6763個(gè)，按照常用漢字的使用頻度分為一級漢字3755個(gè)，二級漢字3008個(gè)，圖形符號682個(gè)。（2）機(jī)內(nèi)碼在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，漢字作為字符（不涉及字形）進(jìn)行存儲、加工等處理時(shí)所用的編碼稱為漢字機(jī)內(nèi)碼，簡稱機(jī)內(nèi)碼或內(nèi)碼。因?yàn)闈h字的區(qū)碼和位碼都在1?94內(nèi)，所以計(jì)算機(jī)中沒有直接釆用區(qū)位碼作機(jī)內(nèi)碼，否則就會與ASCII碼發(fā)生沖突。計(jì)算機(jī)中的常用編碼3.漢字編碼（3）漢字字形碼漢字與西文相比，具有數(shù)量多、字形及筆畫復(fù)雜等特點(diǎn)，因此對漢字的描述比較復(fù)雜，一般把一個(gè)漢字看成一個(gè)特定的圖形，用點(diǎn)陣進(jìn)行描述，還有矢量和曲線逼近等描述方式。漢字字形碼即漢字字形的編碼，亦稱字模。漢字點(diǎn)陣描述方法為，將一個(gè)漢字放入一個(gè)橫豎都經(jīng)過等分的正方塊中，如圖1.2所示，每個(gè)點(diǎn)用1位二進(jìn)制數(shù)表示，有筆畫的為1,無筆畫的為0。8個(gè)點(diǎn)組成1字節(jié)。字節(jié)的取向分為橫向和豎向兩種，前者一般用于顯示，后者一般用于打印。計(jì)算機(jī)中的常用編碼3.漢字編碼矢量字形技術(shù)是用一種稱為形（shape）的圖形實(shí)體定義字符技術(shù)，定義中使用直線和圓弧作為漢字的基本筆畫。矢量字形的優(yōu)點(diǎn)是存儲信息量少，缺點(diǎn)是字形不夠優(yōu)美。釆用輪廓字形可以兼有字形信息量少而字形又美觀的雙重優(yōu)點(diǎn)。輪廓字形采用直線或者二次曲線的集合描述一個(gè)字符的輪廓線。輪廓線構(gòu)成一個(gè)或若干封閉的平面區(qū)域。采用適當(dāng)?shù)膮^(qū)域填充算法，可以從字符的輪廓線定義產(chǎn)生出字符位圖點(diǎn)陣。區(qū)域填充算法可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。這種方法可以準(zhǔn)確地把字符信息描述下來，保證了還原字符的質(zhì)量，并對字形數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量的壓縮。計(jì)算機(jī)中的常用編碼（4）漢字輸入碼像輸入西文字符一樣，漢字輸入也依靠鍵盤來實(shí)現(xiàn)。不過，計(jì)算機(jī)鍵盤不具備直接輸入漢字的功能，只能依靠另行設(shè)計(jì)的漢字輸入碼實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)行的漢字輸入方案眾多，常用的有拼音輸入法、五筆字型輸入法等。雖然每種方案對同一漢字的輸入編碼并不相同，但經(jīng)轉(zhuǎn)換后存入計(jì)算機(jī)內(nèi)的機(jī)內(nèi)碼均相同。常用的拼音輸入法有搜狗拼音輸入法、智能ABC輸入法、全拼拼音輸入法、微軟拼音輸入法、智能狂拼輸入法等。搜狗拼音輸入法是基于搜索引擎技術(shù)的、當(dāng)前網(wǎng)上最流行、用戶好評率最高、功能最強(qiáng)大的拼音輸入法，智能ABC輸入法以輸入“詞組”見長，全拼拼音輸入法以輸入“字”為主，微軟拼音輸入法和智能狂拼輸入法以輸入“句子”和大段文章為其優(yōu)勢。拼音輸入法易學(xué)，適用于初學(xué)者。3.漢字編碼計(jì)算機(jī)中的常用編碼除此之外，在漢字信息處理中還有漢字字形輸入碼，它以漢字的形狀確定編碼，編碼規(guī)則較復(fù)雜。漢字的數(shù)量雖然多，但都是由基本筆畫組成的，全部漢字的筆畫和部件(字根)是有限的。因此，把漢字的筆畫或部件用字母或數(shù)字進(jìn)行編碼，按筆畫書寫順序依次輸入，就能表示一個(gè)漢字。字形碼的最大特點(diǎn)是能廣泛地為國內(nèi)外不同地區(qū)使用不同漢語方言的人們服務(wù)。漢字的形是固定的，因此不認(rèn)識的字可以拆分。五筆字型輸入法是最有影響的字形碼。字形碼的碼長較短，輸入速度快，但需要時(shí)間去學(xué)習(xí)和記憶，適用于專業(yè)錄入人員。3.漢字編碼感謝觀看信息技術(shù)導(dǎo)論（第3版）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第二章信息技術(shù)導(dǎo)論（第3版）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材01計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)01計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)自誕生之日起計(jì)算機(jī)就具備了其他計(jì)算工具無法比擬的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成為信息社會的科技核心。①運(yùn)算速度快，計(jì)算精度高。運(yùn)算速度快是計(jì)算機(jī)最顯著的特點(diǎn)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度最高可達(dá)每秒千萬億次，個(gè)人計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度也達(dá)到了每秒幾千萬到幾億次。計(jì)算精度可由千分之幾到百萬分之幾，任何其他計(jì)算工具都望塵莫及。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)01計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)特點(diǎn)②具有邏輯判斷和記憶能力。計(jì)算機(jī)既可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，也可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算，可以進(jìn)行判斷和比較，進(jìn)行邏輯推理和證明，并能根據(jù)判斷的結(jié)果自動執(zhí)行下一條指令，以供用戶隨時(shí)調(diào)用。這是以往其他任何計(jì)算工具不具有的。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的存儲裝置可以存儲大量的數(shù)據(jù)，使它成為信息存儲的有力工具。③高度自動化。計(jì)算機(jī)采用程序控制工作方式，將預(yù)先編好的程序事先存入計(jì)算機(jī)中，在需要的時(shí)候發(fā)出一條執(zhí)行該程序的指令，計(jì)算機(jī)可按程序連續(xù)、自動執(zhí)行，不需人工干預(yù)。計(jì)算機(jī)的分類（1）巨型機(jī)。巨型機(jī)是指由成百數(shù)千甚至更多的處理器(機(jī))組成的、能計(jì)算由普通計(jì)算機(jī)和服務(wù)器不能完成的大型復(fù)雜任務(wù)的計(jì)算機(jī)。由于擁有海量的存儲能力和超高的運(yùn)算速度，因此主要用于空間技術(shù)、原子能研究、氣象、國防等尖端領(lǐng)域。巨型計(jì)算機(jī)（或者超級計(jì)算機(jī)）一向被視為國家競爭力的象征，世界上運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)的寶座近年來一直被美國、中國和日本這三個(gè)國家交替占據(jù)。01計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用神威?太湖之光超級計(jì)算機(jī)（如圖2.1所示）是由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制、安裝在國家超級計(jì)算無錫中心的超級計(jì)算機(jī)。神威?太湖之光超級計(jì)算機(jī)安裝了40960個(gè)中國自主研發(fā)的“申威26010”眾核處理器，該眾核處理器釆用64位自主申威指令系統(tǒng)，峰值性能為12.5億億次/秒，持續(xù)性能為9.3億億次/秒。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用（2）微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)，也稱為個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）,由微處理器、內(nèi)存儲器、輸入輸出（I/O）接口電路及其他相應(yīng)的輔助電路構(gòu)成，具有小巧靈活、通用性強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。按照微處理器的字長，先后經(jīng)歷了4位、8位、16位、32位和64位等發(fā)展階段。根據(jù)使用需求與組成形式，微型計(jì)算機(jī)可分為臺式機(jī)和筆記本兩種類型，如圖2.2所示。（3）工作站。工作站（Workstation）是一種高檔的微型計(jì)算機(jī)，以個(gè)人計(jì)算機(jī)和分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算為基礎(chǔ)，具有大、中、小型機(jī)的多任務(wù)、多用戶能力，又兼有微型機(jī)的操作便利和良好的人機(jī)界面（如圖2.3所示），主要面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算與圖形交互處理能力。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用（4）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是一種釆用總線結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測與控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總稱，簡稱工控機(jī)，包括計(jì)算機(jī)和過程輸入、輸出通道兩部分。工控機(jī)的主要類別有IPC（IndustrialPersonalComputer,總線工業(yè)計(jì)算機(jī)）、PLC（ProgrammableLogicConti-oller,可編程控制系統(tǒng)）、DCS（DistributedControlSystems,分散型控制系統(tǒng)）、FCS（FieldbusControlSystem,現(xiàn)場總線系統(tǒng)）、CNC（NumericalControlSystem,數(shù)控系統(tǒng)）。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用（5）嵌入式計(jì)算機(jī)（EmbeddedComputer）。嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）是一種完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其核心是由一個(gè)或幾個(gè)預(yù)先編程的以用來執(zhí)行少數(shù)幾項(xiàng)任務(wù)的微處理器或者單片機(jī)組成，如圖2.4所示。嵌入式系統(tǒng)上的軟件通常是暫時(shí)不變的，所以經(jīng)常被稱為“固件”，是一種以應(yīng)用為中心的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4部分組成。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已滲透到社會的各領(lǐng)域，正在日益改變著傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)和生活方式，推動著社會的發(fā)展。①科學(xué)計(jì)算?？茖W(xué)計(jì)算是計(jì)算機(jī)最早的應(yīng)用領(lǐng)域。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)工作中，科學(xué)計(jì)算的任務(wù)是大量而復(fù)雜的。利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度高、存儲容量大和連續(xù)運(yùn)算的能力，可以解決人工無法完成的各種科學(xué)計(jì)算問題，如工程設(shè)計(jì)、地震預(yù)測、氣象預(yù)報(bào)、火箭發(fā)射等龐大而復(fù)雜的計(jì)算量。02計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用②信息管理。信息管理是以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)輔助管理者提高決策水平并改善運(yùn)營策略的計(jì)算機(jī)技術(shù)。信息處理是現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)，其處理過程包括數(shù)據(jù)的釆集、存儲、加工、分類、排序、檢索和發(fā)布等一系列工作。信息管理已廣泛應(yīng)用于辦公自動化、情報(bào)檢索、企事業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理與決策等各行各業(yè)。③過程控制。過程控制是利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速地對控制對象進(jìn)行自動調(diào)節(jié)或自動控制也稱實(shí)時(shí)控制。釆用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制，可以大大提高控制的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，提高產(chǎn)量及合格率。因此，計(jì)算機(jī)過程控制已在機(jī)械、冶金、石油、化工、電力等部門得到廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用④計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是指計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用，主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等內(nèi)容。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign,CAD)是使用計(jì)算機(jī)來幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的一門技術(shù)。使用CAD技術(shù)可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)的自動化水平。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、紡織、服裝、化工、建筑等行業(yè)，成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用中最活躍的分支之一。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用⑤計(jì)算機(jī)翻譯。計(jì)算機(jī)翻譯技術(shù)消除了不同文字和語言間的隔閡，堪稱高科技造福人類之舉，但其譯文質(zhì)量離理想目標(biāo)仍相差甚遠(yuǎn)。計(jì)算機(jī)翻譯技術(shù)被列為21世紀(jì)世界十大科技難題。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)翻譯技術(shù)也擁有巨大的應(yīng)用需求。⑥人工智能。人工智能(Artificiallntelligence,AI)是指計(jì)算機(jī)模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。人工智能研究和應(yīng)用正處于發(fā)展階段，在醫(yī)療診斷、定理證明、智能檢索、機(jī)器人等方面已取得了顯著的成效。⑦網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展形成了一個(gè)支撐社會發(fā)展、改善生活品質(zhì)的全新系統(tǒng)。目前，基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用包括電子商務(wù)、遠(yuǎn)程會議、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)游戲、信息檢索等。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用03計(jì)算模式的發(fā)展歷程計(jì)算模式的發(fā)展歷程①單主機(jī)模式。PC問世以前，由于計(jì)算資源非常寶貴，其應(yīng)用場合非常有限。那時(shí)，大型機(jī)被當(dāng)做主機(jī)，許多終端用戶共享主機(jī)的CPU資源和數(shù)據(jù)存儲資源，數(shù)據(jù)輸入/輸岀要通過穿孔卡和簡單終端，人們使用計(jì)算機(jī)極不方便。②客戶一服務(wù)器模式。20世紀(jì)80年代初，PC進(jìn)入快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時(shí)代。但是單臺PC只提供了有限的數(shù)據(jù)處理和存儲能力，在許多大型應(yīng)用中，PC不能勝任，因而促使了局域網(wǎng)的產(chǎn)生，從而PC成為網(wǎng)絡(luò)中的一員，并以一個(gè)全新的角色出現(xiàn)，這構(gòu)成了分布式客戶一服務(wù)器（Client/Server,C/S）模式。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用03計(jì)算模式的發(fā)展歷程計(jì)算模式的發(fā)展歷程③瀏覽器/服務(wù)器模式。20世紀(jì)90年代中后期，WWW（WorldWideWeb）技術(shù)及信息服務(wù)成為Internet的主流技術(shù)，Internet被世人所接受，用戶數(shù)量急劇增長。WWW釆用分布式C/S模式，這里的服務(wù)器可以是Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器或E-mai1服務(wù)器?？蛻舳艘话闶且粋€(gè)瀏覽器程序。這種模式稱為瀏覽器-服務(wù)器（Browser/Server,B/S）模式。B/S模式最主要的優(yōu)點(diǎn)是客戶端軟件的易用性，有利于產(chǎn)品的推廣使用，這正是傳統(tǒng)C/S計(jì)算模式所不具備的重要特性。B/S模式已普遍用于Internet和Intranet。計(jì)算機(jī)的分類與應(yīng)用03計(jì)算模式的發(fā)展歷程計(jì)算模式的發(fā)展歷程B/S模式的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段（1997年以前）是靜態(tài)Web技術(shù)階段，用戶通過瀏覽器中的URL訪問Web服務(wù)器上的資源。第二階段（1997—1998年）為動態(tài)Web訪問技術(shù)階段。在動態(tài)Web、HTML及Java的支持下，瀏覽器通過Web服務(wù)器連接數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)Browser.Web、DBMS三者緊密連接，用戶可以方便地訪問數(shù)據(jù)庫資源。現(xiàn)在，B/S正處于第三個(gè)階段，可實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，如電子商務(wù)、協(xié)同工作和事務(wù)處理等更加高級的功能。02計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，如圖2.6所示。硬件包括組成計(jì)算機(jī)的電子、機(jī)械、磁或光的元器件或裝置，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件以硬件為基礎(chǔ)，是在硬件系統(tǒng)上運(yùn)行的各類程序、數(shù)據(jù)及有關(guān)資料的總稱，是實(shí)現(xiàn)不同需求的應(yīng)用。如果說硬件是計(jì)算機(jī)的軀體，那么軟件可以稱為計(jì)算機(jī)的血液和靈魂。然而，計(jì)算機(jī)并非是硬件和軟件的簡單搭配，它們還要根據(jù)一定的原理協(xié)同工作，確保整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的兼容和穩(wěn)定，從而發(fā)揮系統(tǒng)的最佳性能。概述01運(yùn)算器運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（Arithmetic-LogicUnit,ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2.7所示，其核心是算術(shù)邏輯單元。概述02控制器控制器主要由指令寄存器（InstructionRegister,IR）＞指令譯碼器（Instructiondecoder,ID）、程序計(jì)數(shù)器（ProgramCounter,PC）、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器等部件組成。其主要功能是從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置；對指令進(jìn)行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號；啟動規(guī)定的動作，指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入、輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。（3）存儲器存儲器主要用來存放各類程序和數(shù)據(jù)信息，分為內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存或主存儲器）和外存儲器（簡稱外存或輔助存儲器）。內(nèi)存儲器主要采用半導(dǎo)體集成電路制成，用于暫時(shí)存放系統(tǒng)中運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，其存取速率相對較快，但存儲容量較小。外存一般釆用磁性介質(zhì)或光學(xué)材料制成，用于長期保存各種數(shù)據(jù)，特點(diǎn)是存儲容量大，但存儲速度較慢。計(jì)算機(jī)上的常用外部存儲器主要有硬盤、光盤和U盤等，如圖2.8所示。概述（3）存儲器關(guān)于存儲器，常用到以下一些術(shù)語。1）位。二進(jìn)制數(shù)所表示的數(shù)據(jù)的最小單位，就是二進(jìn)制的1位數(shù)，簡稱位（bit）。2）字節(jié)。8bit稱為1字節(jié)（Byte,簡寫為B）,是計(jì)算機(jī)中的最小存儲單元。3）字長。若干字節(jié)組成一個(gè)字（Word）,其位數(shù)稱為字長。字長是計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)的數(shù)據(jù)位數(shù)，直接影響到計(jì)算機(jī)的功能、用途及應(yīng)用領(lǐng)域。常見的字長有8位、16位、32位、64位等。4）字節(jié)、字的位編號。概述（3）存儲器5）關(guān)于存儲單位。計(jì)算機(jī)的存儲器（包括內(nèi)存與外存）容量及文件的大小通常以多少字節(jié)（B）為單位表示。6）內(nèi)存地址。內(nèi)存地址是計(jì)算機(jī)存儲單元的編號。計(jì)算機(jī)的整個(gè)內(nèi)存被劃分成若干存儲單元以存放數(shù)據(jù)或程序代碼，每個(gè)存儲單元可存放8位二進(jìn)制數(shù)。為了能有效地存取該單元內(nèi)存儲的內(nèi)容，每個(gè)單元必須有唯一的編號來標(biāo)志，這個(gè)編號稱為內(nèi)存地址。概述概述(4)輸入設(shè)備輸入設(shè)備是變換輸入形式的部件，將通過各種輸入設(shè)備輸入的信息形式變換成計(jì)算機(jī)能接收并識別的信息形式。目前常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫輸入板、游戲桿、語音輸入裝置等。概述(5)輸出設(shè)備輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果信息，轉(zhuǎn)換成人們能夠識別和使用的數(shù)字、文字、圖形、聲音、電壓等信息形式。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音響設(shè)備和投影儀等。需要說明的是，有些設(shè)備既可以作為輸入設(shè)備，又可以作為輸出設(shè)備，如硬盤、觸摸屏等。計(jì)算機(jī)的基本工作原理01指令和指令系統(tǒng)(1)指令和指令系統(tǒng)指令(Instruction)是一組計(jì)算機(jī)能識別并執(zhí)行的各種基本操作命令。一條指令通常由兩部分組成：前一部分是操作碼，后一部分是操作數(shù)。操作碼指明該指令要完成的操作，如加、減、乘、除等；操作數(shù)是指參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在的地址。指令系統(tǒng)(InstructionSystem)是一臺計(jì)算機(jī)的所有指令的集合，反映了計(jì)算機(jī)的基本功能。不同的計(jì)算機(jī)，其指令系統(tǒng)也不盡相同。程序是為解決某一問題而選用的一組有序指令的集合，程序具有目的性、分步性、有限性、有序性、分支性等特性。計(jì)算機(jī)的基本工作原理02計(jì)算機(jī)的基本工作原理(2)計(jì)算機(jī)的基本工作原理計(jì)算機(jī)的基本工作原理是存儲程序和進(jìn)行程序控制。預(yù)先把操作的指令序列(程序)和原始數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲器中。每條指令明確規(guī)定計(jì)算機(jī)從哪個(gè)地址取數(shù)，進(jìn)行什么操作，然后送到什么地方等。計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)，先從內(nèi)存儲器中取出第1條指令，通過控制器的譯碼器接受指令的要求，再從內(nèi)存儲器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的運(yùn)算和邏輯操作等，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存儲器中去。接下來，取出第2條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作，依此進(jìn)行下去，直到遇到停止指令。其原理如圖2.9所示。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，以支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行，不需用戶干預(yù)的各種程序的集合。其主要功能包括：調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立的硬件，使得它們可以協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)軟件使計(jì)算機(jī)使用者不需了解底層每個(gè)硬件是如何工作的，并將計(jì)算機(jī)看成一個(gè)整體。系統(tǒng)軟件主要包括：操作系統(tǒng)（如Windows、UNIX、Linux等）、各種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言以及相應(yīng)的編譯程序、解釋程序、連接程序、系統(tǒng)服務(wù)性程序（如機(jī)器的調(diào)試、診斷、故障檢查程序等），以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信軟件等。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件（1）操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件中最基礎(chǔ)的部分，是用戶與硬件之間的接口，其作用是讓用戶能夠更為方便地使用計(jì)算機(jī)，從而提高計(jì)算機(jī)的利用率。計(jì)算機(jī)中的所有其他軟件都必須運(yùn)行在操作系統(tǒng)所構(gòu)建的軟件平臺之上。操作系統(tǒng)具備處理器管理、文件管理、存儲管理、作業(yè)管理和設(shè)備管理等5大功能。1）處理器管理：主要解決處理器的使用和分配問題。提高處理器的利用率，采用多道程序技術(shù)，使處理器的資源得到最充分地利用。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件2）文件管理：為用戶提供一種簡單、方便、統(tǒng)一的存儲和管理信息的方法。3）存儲管理：由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理存儲器，釆取合理的分配策略，提高存儲器的利用率。存儲管理特指對主存儲器進(jìn)行的管理。4）作業(yè)管理：作業(yè)是交給計(jì)算機(jī)運(yùn)行的用戶程序，是一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算任務(wù)或事務(wù)處理。作業(yè)管理就是對作業(yè)進(jìn)入、作業(yè)后備、作業(yè)執(zhí)行和作業(yè)完成四個(gè)階段進(jìn)行宏觀控制，并為其每一個(gè)階段提供必要的服務(wù)。5）設(shè)備管理：為了有效地利用設(shè)備資源，同時(shí)為用戶程序使用設(shè)備提供最大的方便，操作系統(tǒng)對系統(tǒng)中所有的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件根據(jù)用途不同、設(shè)計(jì)目標(biāo)、主要功能和使用環(huán)境，操作系統(tǒng)可分為5類：分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。（1）分時(shí)操作系統(tǒng)：將系統(tǒng)處理機(jī)時(shí)間與內(nèi)存空間按一定的時(shí)間間隔，輪流切換給各終端用戶的程序使用。（2）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：指使計(jì)算機(jī)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請求，并在規(guī)定的嚴(yán)格時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，控制所有實(shí)時(shí)設(shè)備和實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地工作的操作系統(tǒng)。（3）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NetworkofSystem,NOS)：基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件，包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、安全、資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件（4）分布式操作系統(tǒng)：為分布計(jì)算系統(tǒng)配置的操作系統(tǒng)，大量的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)被連接在一起，可以獲得極高的運(yùn)算能力及廣泛的數(shù)據(jù)共享。分布式操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理分布式處理系統(tǒng)資源和控制分布式程序運(yùn)行，與集中式操作系統(tǒng)的區(qū)別在于資源管理、進(jìn)程通信和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面。（5）嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOperatingSystem,EOS)是指用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件下面介紹幾種常見的操作系統(tǒng)。DOS(DiskOperatingSystem,磁盤操作系統(tǒng)，原始的操作系統(tǒng))。Windows系統(tǒng)(最普遍最常用的操作系統(tǒng))。MacOS操作系統(tǒng)(界面最漂亮的操作系統(tǒng))。UNIX系統(tǒng)(迷人的小企鵝)。Linux是當(dāng)今計(jì)算機(jī)界一個(gè)耀眼的名字，是目前全球最大的一個(gè)開源免費(fèi)軟件，是一個(gè)功能可與UNIX和Windows相媲美的操作系統(tǒng)，具有完備的網(wǎng)絡(luò)功能，與UNIX非常相似。Android操作系統(tǒng)。Android一詞的本義指"機(jī)器人”，也是Google于2007年11月宣布的基于Linux平臺的開源手機(jī)操作系統(tǒng)的名稱。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件(2)計(jì)算機(jī)語言人和計(jì)算機(jī)之間的通信要通過某種特定的語言，這種特定的語言稱為計(jì)算機(jī)語言，也稱為程序設(shè)計(jì)語言(ProgrammingDesignLanguage),是程序設(shè)計(jì)的工具，是人與計(jì)算機(jī)交流信息的語言。1）機(jī)器語言。機(jī)器語言是一種用二進(jìn)制代碼表示機(jī)器指令的語言，是一種面向機(jī)器的語言，是計(jì)算機(jī)硬件唯一可以識別和直接執(zhí)行的語言。2）匯編語言。匯編語言是指用反映指令功能的助記符來代替難懂、難記的機(jī)器指令的語言。3）高級語言。在20世紀(jì)50年代中期，隨著世界上第一個(gè)高級語言的出現(xiàn)，新的編程語言不斷涌現(xiàn)，各具特色，各有優(yōu)勢。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件（3）解釋、編譯和連接程序用高級語言編寫的程序，計(jì)算機(jī)不能直接執(zhí)行，必須經(jīng)過翻譯，將高級語言寫的程序（稱為“源程序”）翻譯成機(jī)器語言程序（稱為“目標(biāo)程序”），然后連接，計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。這種翻譯過程一般有兩種方式：解釋方式和編譯方式。解釋方式是用專門的解釋程序?qū)⒏呒壵Z言編寫的源程序逐句地翻譯成機(jī)器語言表示的目標(biāo)程序，譯出一句執(zhí)行一句，即邊解釋邊執(zhí)行，并不生成新的文件。完成此功能的程序叫解釋程序。解釋方式靈活、便于查找錯(cuò)誤、占用內(nèi)存少，但效率低、花費(fèi)時(shí)間長、速度慢。編譯方式是將高級語言編寫的源程序全部翻譯成機(jī)器語言表示的目標(biāo)程序，然后再執(zhí)行的方式，完成此功能的程序叫編譯程序。一般來說，編譯方式執(zhí)行速度快，但占用內(nèi)存多。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件把目標(biāo)程序及所需的功能庫等轉(zhuǎn)換成一個(gè)可執(zhí)行的程序，完成此功能的程序叫連接程序。從源程序的輸入，經(jīng)過匯編、連接到可執(zhí)行程序的過程如圖2.11所示。計(jì)算機(jī)軟件01系統(tǒng)軟件（4）系統(tǒng)服務(wù)程序系統(tǒng)服務(wù)（SystemServices）是指執(zhí)行指定系統(tǒng)功能的程序、例程或進(jìn)程，以便支持其他程序，尤其是低層（接近硬件）程序。（5）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)隨著社會的飛速發(fā)展，大量的數(shù)據(jù)需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，這類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，計(jì)算不復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)的存儲、查詢、修改、排序、統(tǒng)計(jì)等。數(shù)據(jù)庫（DataBase）是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織、存儲和管理數(shù)據(jù)的倉庫。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是主要針對大量數(shù)據(jù)的處理，至今仍在不斷發(fā)展中。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由硬件、軟件(操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)等)、數(shù)據(jù)庫和用戶構(gòu)成的完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。2.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是為滿足不同領(lǐng)域、不同問題的應(yīng)用需求而提供的應(yīng)用程序及有關(guān)資料的總稱。它可以拓寬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，放大硬件的功能。計(jì)算機(jī)之所以能以迅猛的速度滲透到人們的日常生活和工作中，最根本的原因在于計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行各種各樣解決各類問題的應(yīng)用軟件?？梢哉f，應(yīng)用軟件質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍和實(shí)際功能。目前，按照應(yīng)用軟件用途的不同，大致可以將其分為以下幾種。①圖形圖像處理軟件：針對各種形式的圖形、圖像進(jìn)行各種處理包括圖像修補(bǔ)、變形等，如Photoshop、FireworksIllustrator等。計(jì)算機(jī)軟件2.應(yīng)用軟件②電子表格軟件：進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)表格處理，繪制各種數(shù)據(jù)圖表，如Excel等。③文字處理軟件：進(jìn)行文字格式設(shè)定、編輯，如Word等。④電子排版軟件：完成復(fù)雜的文字和圖形的版式編排工作，如PageMaker、InDesign等。⑤三維動畫軟件：目前很多動畫片都是利用三維動畫軟件完成的，如3dsMAX、Maya等。⑥計(jì)算機(jī)輔助制作軟件：完成建筑、模型的效果生成圖，如AutoCAD、天正CAD等。⑦計(jì)算機(jī)安全類軟件：監(jiān)測、監(jiān)控計(jì)算機(jī)，并防范或消除病毒、惡意程序等破壞性軟件,如360安全衛(wèi)士、瑞星殺毒、Windows清理助手等。計(jì)算機(jī)軟件03微機(jī)硬件組成1.主板主板的品牌和型號五花八門，但外形和基本構(gòu)成基本類似，可以分別從CPU接口的類型和主板結(jié)構(gòu)的類型兩個(gè)角度進(jìn)行分類。①按CPU接口的類型分類。當(dāng)今市場上主要的CPU生產(chǎn)廠家為Intel和AMD。它們生產(chǎn)的CPU釆用了不同的接口。Intel的CPU釆用觸電式，有LGA775（又稱Socket775屬于早期接口）、LGA1155.LGA1156.LGA1366（如圖2.12所示）和LGA2011等接口類型。AMD的CPU釆用針腳式接口，有SocketAM2>AM2940、SocketAM3和改進(jìn)后的SocketAM3+（如圖2.13所示）等封裝形式。主板1.主板主板1.主板②按主板結(jié)構(gòu)分類。主板是計(jì)算機(jī)中各種設(shè)備的連接載體，主板本身也有芯片組、I/O控件芯片、擴(kuò)展插槽、擴(kuò)展接口和電源插座等部件，因此主板廠商共同制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來協(xié)調(diào)各部件的關(guān)系，對主板上各元器件的布局、排列方式、尺寸大小、形狀及所使用的電源規(guī)格等做出了規(guī)定。按主板廠家制定的標(biāo)準(zhǔn)，主板可以分為AT主板、Baby-AT主板、ATX主板、MicroATX主板、LPX主板、NLX主板、FlexATX主板、EATX主板、WATX主板、BTX主板等。其中，ATX是目前市場上最常見的主板結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展槽較多，如圖2.14所示，BTX則是英特爾制定的主板結(jié)構(gòu)。主板1.主板主板隨著芯片組技術(shù)的不斷發(fā)展，主板上的新技術(shù)也層出不窮，如USB3.0、SATA3.0技術(shù)、DDR3內(nèi)存技術(shù)、顯卡切換技術(shù)、帶寬大擴(kuò)容PCI-E3.0等一系列新技術(shù)。主板2.中央處理器中央處理器（CentralProcessingUnit,CPU）是計(jì)算機(jī)的核心部件，是一個(gè)體積不大而集成度非常高、功能強(qiáng)大的芯片，主要包括控制器、運(yùn)算器存儲單元和內(nèi)部總線等部分。CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件被統(tǒng)稱為微處理器（MicroProcessorUnit,MPU）。計(jì)算機(jī)的所有操作都受CPU控制，所以它的品質(zhì)直接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。主板2.中央處理器（1）CPU的類型目前，主流的CPU有Intel公司的酷睿公系列的IntelCorei7-960（如圖2.15（a）所示）、酷睿i5系列、酷睿i3系列以及AMD公司的APU系列的A8-3850（如圖2.15（b）所示）、PhenomII系列、閃龍系列、速龍II系列、“推土機(jī)”系列。主板2.中央處理器（2）CPU的主要性能指標(biāo)CPU的性能指標(biāo)直接決定了由它構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。CPU的性能主要體現(xiàn)在運(yùn)行程序的速度上。影響運(yùn)行速度的性能指標(biāo)包括CPU的工作頻率、Cache容量和指令系統(tǒng)等參數(shù)。1）主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz）,用來表示CPU運(yùn)算、處理數(shù)據(jù)的速度。通常，主頻越高，CPU處理數(shù)據(jù)的速度就越快。2）緩存（Cache）是CPU與主存之間的“數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站”。主板2.中央處理器3）多核處理器和多線程處理器。多核是指單芯片多處理器（ChipMultiProcessors,CMP）。多核處理器是指在一枚處理器中集成兩個(gè)或多個(gè)完整的計(jì)算引擎（內(nèi)核）。多核處理器在處理多線程任務(wù)時(shí)，多核心會被充分利用，分工處理，使多核處理器在特定的時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行更多任務(wù)。如AMDFX8150是一顆八核的CPU。4）64位技術(shù)是指CPU的通用寄存器的數(shù)據(jù)寬度為64位，也就是說，處理器一次可以運(yùn)行64位數(shù)據(jù)。64位技術(shù)主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：可以進(jìn)行更大范圍的整數(shù)運(yùn)算，可以支持更大的內(nèi)存。要實(shí)現(xiàn)真正意義上的64位計(jì)算，僅有64位的處理器是不行的，還必須有64位的操作系統(tǒng)及64位的應(yīng)用軟件才行，三者缺一不可，否則無法實(shí)現(xiàn)真正的64位計(jì)算。主板2.中央處理器⑤指令集和擴(kuò)展指令集。CPU依靠指令計(jì)算和控制系統(tǒng)。指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。CPU擴(kuò)展指令集是指CPU增加的多媒體或者3D處理指令，這些擴(kuò)展指令可以提高CPU處理多媒體和3D圖形的能力，著名的有MMX（多媒體擴(kuò)展指令）、SSE（因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流單指令擴(kuò)展）和3DNow!("3DNoWaiting!”的縮寫，AMD的一套SIMD多媒體指令集)。主板03內(nèi)(主)存儲器(1)內(nèi)存的分類根據(jù)其存儲信息的特點(diǎn)，內(nèi)存儲器可分為只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)和隨機(jī)存儲器(RandomAccessMemory)兩大類。ROM是只讀存儲器，出廠時(shí)其內(nèi)容由廠家用掩模技術(shù)寫好，只可讀岀，不能寫入。存放在ROM中的信息，即使在沒有電源的情況下，也能保持。常用的只讀存儲器有以下幾類。1）可編程只讀存儲器(ProgrammableRead-OnlyMemory,PROM)0PROM存儲器出廠時(shí)各個(gè)存儲單元全為1或全為0。用戶使用時(shí)，使用特殊電子設(shè)備將所需要的數(shù)據(jù)或程序?qū)懭氪鎯ζ?。但僅僅只能編寫一次，第一次寫入的信息被永久性地保存。主板03內(nèi)(主)存儲器2）可擦可編程只讀存儲器(ErasableProgrammableReadOnlyMemory,EP