国家公务员考试证监会专业课计算机基础知识.pdf

计算机基础知识计算机基础知识 华图教育华图教育 编著编著 适用范围：国考中国证监会专业科目考试（计算机类） 2 目录目录 前言. 5 第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识. 6 1.1 计算机的特点、分类及其应用计算机的特点、分类及其应用 . 6 1.1.1 1.1.1 计算机的发展计算机的发展. 6 1.1.2 1.1.2 计算机的特点计算机的特点. 7 1.1.3 1.1.3 计算机的分类计算机的分类. 8 1.1.4 1.1.4 计算机的应用计算机的应用. 8 1.2 1.2 计算机系统计算机系统 10 1.2.1 1.2.1 计算机硬件系统概述计算机硬件系统概述 . 10 1.2.2 1.2.2 计算机软件系统概述计算机软件系统概述 . 11 1.2.3 CPU 1.2.3 CPU 的结构与原理的结构与原理. 13 1.2.4 1.2.4 主板、芯片组和主板、芯片组和 BIOSBIOS 16 1.2.5 1.2.5 内存储器内存储器. 18 1.2.6 I/O 1.2.6 I/O 总线与总线与 I/O I/O 接口接口 20 1.2.7 1.2.7 常用输入设备常用输入设备. 24 1.2.8 1.2.8 常用输出设备常用输出设备. 27 1.2.9 1.2.9 外存储器外存储器. 31 第二章第二章 多媒体技术多媒体技术. 39 2.12.1 多媒体概述多媒体概述 39 2.2 2.2 多媒体计算机多媒体计算机. 41 2.3 2.3 多媒体计算机系统的组成多媒体计算机系统的组成 . 42 第第三章三章 操作系统操作系统. 46 3.1 3.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用. 46 3.1.1 3.1.1 操作系统的目标操作系统的目标. 46 3.1.2 3.1.2 操作系统的作用操作系统的作用. 47 3.2 3.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程. 49 3.2.1 3.2.1 无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统 . 49 3.2.2 3.2.2 单道批处理系统单道批处理系统. 50 3.2.3 3.2.3 多道批处理系统多道批处理系统. 50 3.2.4 3.2.4 分时系统分时系统. 51 3.2.5 3.2.5 实时系统实时系统. 51 3.3 3.3 操作系统的特性操作系统的特性. 52 3.3.1 3.3.1 并发并发. 52 3.3.2 3.3.2 共享共享. 53 3.3.3 3.3.3 虚拟虚拟. 54 3.4 Windows XP3.4 Windows XP 环境环境 . 54 3.4.1 Windows XP3.4.1 Windows XP 的特点的特点 54 3.4.2 Windows XP3.4.2 Windows XP 的组成的组成 55 3.4.3 Windows XP3.4.3 Windows XP 中应用程序的执行中应用程序的执行 56 3.4.4 Windows3.4.4 Windows 任务管理器任务管理器 56 第四章第四章 数据通信协议数据通信协议. 57 3 4.1 4.1 数据通信协议的概念数据通信协议的概念. 57 4.1.1 协议的概念及功能 . 57 4.1.2 OSI 参考模型及各层功能 57 4.2 4.2 物理层协议物理层协议 59 4.2.1 物理层接口的位置 59 4.2.2 物理层接口的基本特性 . 59 4.2.3 RS-232-C/CCITT V.24 接口 59 4.2.4 RS-449 接口 60 4.2.5 数字网络接口建议 G.703 61 4.34.3 数据链路层协议及数据链路传输控制规程数据链路层协议及数据链路传输控制规程 61 4.3.1 基本概念 61 4.3.2 数据链路层主要协议 . 62 4.3.3 数据链路传输控制规程 . 62 4.4 4.4 分组网的通信协议分组网的通信协议X X2525 建议建议 63 4.4.1 X25 建议概述 63 4.4.2 X25 建议的层次 64 4.4.3 X25 的物理层 64 4.4.5 X25 的分组层 65 4.5 PAD4.5 PAD 及相关协议及相关协议 . 66 4.5.1 PAD 基本功能 66 4.5.2 X.3 建议 66 4.5.3 X.28 建议 67 4.5.4 X. 29 建议 67 第五章第五章 数据结构数据结构. 67 5.1 数据结构的研究对象 . 67 5.1.1 数据的逻辑结构 . 67 5.1.2 数据的物理结构 68 5.1.3 数据结构的运算 . 68 5.2 结构算法 . 69 5.2.1 数据结构与数据类型 . 69 5.2.2 数据结构操作 . 69 5.2.3 抽象数据类型 . 69 5.3 常用结构 . 71 5.3.1 数组 71 5.3.2 栈 71 5.3.3 队列 71 第六章第六章 数据库系统数据库系统. 72 6.16.1 数据库系统构成数据库系统构成 . 72 6.26.2 数据库系统的特点数据库系统的特点 73 6.36.3 数据库系统的基本要求数据库系统的基本要求 73 6.46.4 数据库的数据模式数据库的数据模式 74 6.56.5 数据库系统的安全策略数据库系统的安全策略 75 6.66.6 常见数据库系统常见数据库系统 . 75 6.6.1 MySQL . 75 4 6.6.2 SQL Server . 75 6.6.3 Oracle . 76 第七章第七章 程序设计语言程序设计语言. 76 7.17.1 程序设计语言概述程序设计语言概述 76 7.1.1 简介程序设计语言 76 7.1.2 程序设计语言的成分 76 7.27.2 程序设计语言分类程序设计语言分类 77 7.2.1 第一代机器语言 77 7.2.2 第二代汇编语言 77 7.2.3 第三代高级语言 77 7.2.4 第四代非过程化语言 79 7.37.3 一些程序设计语言介绍一些程序设计语言介绍 79 5 前言前言 近年来，在国家公务员录用考试中，银监会、证监会及其相关机构以良好的发展前景吸 引了众多优秀大学毕业生及其他有志之士报考。 因此， 为强调招录考试及招录人员的专业性， 中共中央组织部、 人力资源和社会保障部、 国家公务员局决定对报考中国银监会及其派出机 构、中国证监会及其派出机构特殊专业职位的人员加试专业科目。 综观近几年的考试真题，虽然每年的考题各具特点，但总的命题趋势依然不变，即紧扣 专业知识，兼顾考生的综合素质与能力。为了使广大考生更有针对性、更有效地复习，公务 员考试图书领域的领军者华图公务员考试研究中心组织资深专家和名师精心打造这套 国家公务员考试专业科目系列教材。 机会永远只留给有准备的人，随着公务员考试制度的日趋完善，考生报考热情高涨，竞 争日趋激烈。因此，考前的复习尤为重要。本系列教材以历年真题为基础，以考试大纲为准 绳，高屋建瓴、有的放矢，牢牢把握考试的脉络变化，集系统性、及时性、实用性于一身， 能更好地指导应试者夯实基础、盘活知识，真正提升考试的综合能力。 “以教育推动社会进步” ， 华图教育一直致力于为广大考生提供最适合、 最实用的教材， 秉承“诚信为根，质量为本”的工作理念，全心全意为广大考生服务。由于时间仓促，书中 难免出现纰漏和瑕疵，敬请广大读者来电、来函予以批评和指正！最后，祝愿各位考生取得 优异的成绩！ 编者 2015 年 10 月 6 第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识 1.1 计算机的特点、分类及其应用计算机的特点、分类及其应用 1.1.1 1.1.1 计算机的发展计算机的发展 以使用的基本逻辑元件为标志，可将计算机的发展划分为以下 4 个阶段： 1.第一代：电子管计算机时代(1946 年1957 年) (1)采用电子管制作基本逻辑部件，体积大、耗电量大、寿命短、可靠性差、成本高。 (2)采用水银延迟电路或电子射线管作为存储部件，容量很小，后来外存储器使用了磁 鼓存储信息，扩充了存储容量。 (3)输入输出设备落后，还没有系统软件，只能用机器语言和汇编语言编程。 (4)主要用于科学计算。 1946 年在美国宾夕法尼亚大学诞生的第一台计算机 ENIAC 属于第一代计算机。 2.第二代：晶体管计算机时代(1958 年1964 年) (1)采用晶体管制作基本逻辑部件，与第一代计算机相比，体积较小、重量减轻、能耗 降低、制作成本下降，计算机的可靠性和运算速度得到了提高。 (2)普遍采用磁芯作为主存储器，采用磁盘/磁鼓作为外存储器，存储容量有了提高。 (3)开始有了系统软件，提出了操作系统的概念，出现了如 FORTRAN、COBOL、ALGOL 等 高级程序设计语言。 (4)应用领域扩大到数据处理、事务管理和工业控制等方面。 3.第三代：中小规模集成电路计算机时代(1965 年1969 年) (1)采用中、小规模集成电路制作各种逻辑部件。 (2)采用半导体存储器作为主存，存储容量大幅度提高，增强了系统的处理能力。 (3)系统软件有了很大发展，出现了分时操作系统，使多用户可以共享计算机软硬件资 源。 (4)采用结构化程序设计。 (5)应用领域和普及程序迅速扩大，除用于科学计算、自动控制和数据处理外，还用于 处理图形、图像及文字资料等方面。 集成电路使计算机体积更小、质量更轻、耗电更省、寿命更长、成本更低、运算速度更 7 快。 4.第四代：大规模或超大规模集成电路计算机时代(1970 年至今) (1)基本逻辑部件采用大规模或超大规模集成电路。 (2)半导体存储器因集成度不断提高，容量越来越大，外存广泛使用软硬磁盘和光盘。 (3)各种输入输出设备相继出现，软件产业高度发展。 (4)多媒体技术应用于计算机，集图像、图形、声音、文字处理于一体，广泛应用于社 会各个领域。 1.1.2 1.1.2 计算机的特点计算机的特点 1.快速的运算能力 电子计算机的工作基于电子脉冲电路原理， 由电子线路构成其各个功能部件， 其中电磁 场的传播扮演主要角色。 由于电磁场传播的速度很快， 所以现在高性能计算机每秒能进行几 百亿次的加法运算。 如果一个人在一秒钟内能完成一次运算， 那么一般的电子计算机 1 小时 的工作量，一个人得做 100 多年。 2.足够高的计算精度 理论上，电子计算机的计算精度不受限制，一般的计算机均能达到 15 位有效数字，通 过一定的技术手段，可以实现任何精度要求。 3.超强的记忆能力 计算机中有许多存储单元， 用于记忆信息。 内部记忆能力是电子计算机和其他计算工具 的一个重要区别。 由于具有内部记忆信息的能力， 在运算过程中就可以不必每次都从外部取 数据，而只需事先将数据保存到内部的存储单元中，运算时可直接从存储单元中获得数据， 从而大大提高了运算速度。 4.复杂的逻辑判断能力 人是有思维能力的。 思维能力本质上是一种逻辑判断能力， 也可以说是因果关系分析能 力。借助于逻辑运算，可以让计算机作出逻辑判断，分析命题是否成立，并可根据命题成立 与否作出相应的对策。例如，数学中著名的“四色问题”，说是不论多么复杂的地图，使相 邻区域颜色不同，最多只需 4 种颜色就够了。100 多年来不少数学家一直想去证明它或者推 翻它，却一直没有结果，成了数学中著名的难题。1976 年，两位美国数学家使用计算机进 行了非常复杂的逻辑推理，终于验证了这个著名的猜想。 5.程序控制方式 现代计算机使用存储程序控制原理工作，该原理由冯诺依曼提出。一般的机器是由人 8 控制的，人给机器一条指令，机器就能完成一个操作。计算机的操作也是受人控制的，但由 于计算机具有内部存储能力， 可以将指令事先输入到计算机存储起来， 在计算机开始工作以 后，从存储单元中依次去取指令，用来控制计算机的操作，从而使人们可以不必干预计算机 的工作，实现操作的自动化。这种工作方式称为程序控制方式，即存储程序控制。 1.1.3 1.1.3 计算机的分类计算机的分类 计算机的分类很多，一般可以从下面几个方面来划分。 (1)从计算机规模来分：可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。 (2)从信息表现形式和被处理的信息来分：可分为数字计算机(数字量、离散的)、模拟 计算机(模拟量、连续的)、数字模拟混合计算机。 (3)按照用途来分：可分为通用计算机和专用计算机。 (4)按采用操作系统来分：可分为单用户机系统、多用户机系统、网络系统和实时计算 机系统。 (5)从字长来分：可分为 4 位、8 位、16 位、32 位和 64 位计算机。 (6)按厂家分：可分为原装机和兼容机。 (7)按 CPU 分：可分为 386、486、586、P、P和 P计算机。 (8)按主机形式分：可分为台式机、便携机、笔记本式机和手掌式机。 1.1.4 1.1.4 计算机的应用计算机的应用 计算机的应用领域已渗透到社会的各行各业， 正在改变着传统的工作、 学习和生活方式， 推动着社会的发展。计算机的主要应用领域如下。 1.科学计算(或数值计算) 科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。 在现代 科学技术工作中，科学计算问题是大量并复杂的。利用计算机的高速计算、大存储容量和连 续运算的能力，可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。 2.数据处理(或信息处理) 数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一 系列活动的统称。据统计，80%以上的计算机主要用于数据处理，这类工作量大面宽，决定 了计算机应用的主导方向。 3.辅助技术(或计算机辅助设计与制造) 计算机辅助技术包括 CAD、CAM 和 CAI 等。 (1)计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD) 9 计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计， 以实现最佳设计 效果的一种技术。它已广泛地应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如， 在电子计算机的设计过程中，利用 CAD 技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动 布线等，从而大大提高了设计工作的自动化程度。又如，在建筑设计过程中，可以利用 CAD 技术进行力学计算、结构计算、绘制建筑图纸等，这样不但提高了设计速度，而且可以大大 提高设计质量。 (2)计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM) 计算机辅助制造是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。例如，在 产品的制造过程中，用计算机控制机器的运行，处理生产过程中所需的数据，控制和处理材 料的流动以及对产品进行检测等。使用 CAM 技术可以提高产品质量，降低成本，缩短生产 周期，提高生产率以及改善劳动条件。 将 CAD 和 CAM 技术集成，实现设计生产自动化，这种技术被称为计算机集成制造系统 (CIMS)。它的实现将真正做到无人化工厂(或车间)。 (3)计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，CAI) 计算机辅助教学是通过计算机系统使用课件来进行教学。 课件可以用专门的课件制作工 具或高级程序设计语言来开发制作， 它能引导学生循序渐进地学习， 使学生轻松自如地从课 件中学到所需要的知识。CAI 的主要特色是交互教育、个别指导和因人施教。 4.过程控制(或实时控制) 过程控制是利用计算机及时采集、 检测数据， 按最优值迅速地对控制对象进行自动调节 或自动控制。采用计算机进行过程控制，不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提 高控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。因此，计算机过程 控制已在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广泛的应用。 5.人工智能(或智能模拟) 人工智能(Artificial Intelligence)是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、 理解、学习、问题求解和图像识别等。现在人工智能的研究已取得不少成果，有些已开始走 向实用阶段。例如，能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力的 智能机器人等。 6.计算机网络应用 计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。 计算机网络的建立， 不仅解决了 一个单位、一个地区、一个国家中计算机与计算机之间的通信，各种软、硬件资源的共享， 10 也大大促进了国际间的文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。 1.2 1.2 计算机系统计算机系统 美籍匈牙利科学家冯诺依曼对计算机的发展作出了巨大贡献，他提出了“程序存储、 程序控制”的设计思想，同时指出计算机的构成包括如下几个方面： (1)由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统， 并规定了五大部件的基本功能。 (2)计算机内部采用二进制表示数据和指令。 (3)采用程序存储、 程序控制技术(将程序事先存入主存储器中， 计算机在工作时能在不 需要操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令并加以执行)。现代意义的计算机系统由计 算机硬件系统及软件系统两大部分构成。 计算机硬件：是计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种部件和设备的总称， 是计算机完成各项工作的物质基础，是计算机系统中的实际装置，是构成计算机的看得见、 摸得着的物理部件。总之，它是计算机的“躯壳”。 计算机软件：是指计算机所需的各种程序及有关资料。它是计算机的“灵魂”。 1.2.1 1.2.1 计算机硬件系统概述计算机硬件系统概述 计算机硬件系统由中央处理器(由运算器和控制器组成，简称 CPU)、存储器、输入设备 和输出设备组成。 1.中央处理器 运算器和控制器合在一起称为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。在微型计 算机中，运算器和控制器一般集成在一块芯片上，制成大规模集成电路。因此，CPU 常常又 被称为微处理器。 运算器也称为算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit，ALU)，用于执行所有的算术和 逻辑运算指令。计算机最主要的工作是运算，大量的数据运算任务都是在运算器中进行的。 控制器负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向整机发出取数、执行、存数等 控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时 序电路和控制电路组成。 CPU 与寄存器通过内部数据总线相互连接，并通过系统总线(数据总线、地址总线、控 制总线)同主存储器和外部设备进行数据交换。通常所说的 286、386、486、586 机，指的就 11 是它们相应的 CPU 型号分别是 80286、80386、80486、80586。 2.存储器 存储器是计算机的记忆部件， 它的功能是存储程序和数据。 存储器的分类有以下几种方 法： (1)按存储器能否直接与 CPU 交换信息来划分，可分为主存储器和辅助存储器。 (2)按存储介质的材料及器件的不同，可分为磁介质存储器、半导体存储器以及激光光 盘存储器。 (3)按存取方式的不同，存储器可分为随机存储器 RAM 和只读存储器 ROM。RAM 的特点 是存储器中每个单元的内容可随时读出和写入， 且对任一存储单元进行读写操作所需的时间 是一样的，关机后 RAM 中的信息消失。ROM 一旦存入了信息，在程序执行的过程中，只能 读出其中的信息，不能随意写入信息，关机后信息不消失。 3.输入设备 输入设备用来接收用户输入的原始数据和程序， 并将它们转换为计算机可以识别的二进 制形式存放在内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪和磁盘机等。 4.输出设备 输出设备与输入设备相反， 是将存放在内存中由计算机处理的结果转换为人们所能识别 的形式的设备，它由输出装置和输出接口电路组成。常用的输出设备有显示器、打印机、绘 图仪、磁盘机和磁带机等。 1.2.2 1.2.2 计算机软件系统概述计算机软件系统概述 计算机软件系统是程序和程序运行所需要的数据以及开发、 使用和维护这些程序所需要 的文档集合。软件内容丰富、种类繁多，根据软件用途可将其分为系统软件和应用软件两大 类。 1.系统软件 系统软件是指控制计算机的运行、 管理计算机的各种资源并为应用软件提供支持和服务 的一类软件， 是保证计算机系统正常工作必须配备的基本软件。 系统软件通常包括操作系统、 语言处理程序和各种服务性程序。 (1)操作系统 操作系统是系统软件的核心， 是现代计算机的必备软件。 它对计算机所有资源进行统一 管理，使计算机的使用变得方便简捷。操作系统具有 5 项功能：处理机管理、文件管理、作 业管理、设备管理、存储管理。 12 按功能分，操作系统可分为实时操作系统和作业处理系统两大类。 (2)语言处理程序 语言处理程序指的是支持各种计算机语言工作的处理程序，如解释程序和编译程序等。 所谓解释程序是高级语言翻译程序的一种， 它将源语言(如 BASIC)书写的源程序作为输 入， 解释一句后就提交计算机执行一句， 并不形成目标程序。 就像外语翻译中的“口译“一样， 说一句翻一句， 不产生全文的翻译文本。 这种工作方式非常适合于人通过终端设备与计算机 会话， 如在终端上打一条命令或语句， 解释程序就立即将此语句解释成一条或几条指令并提 交硬件立即执行且将执行结果反映到终端，从终端把命令打入后，就能立即得到计算结果。 这的确很方便，很适合于一些小型机的计算问题。但解释程序执行速度很慢，例如源程序中 出现循环，则解释程序也重复地解释并提交执行这一组语句，造成很大浪费。 而编译指的是把用高级程序设计语言书写的源程序， 翻译成等价的计算机汇编语言或机 器语言书写的目标程序的翻译程序。 编译程序属于采用生成性实现途径实现的翻译程序。 它 以高级程序设计语言书写的源程序作为输入， 而以汇编语言或机器语言表示的目标程序作为 输出。编译出的目标程序通常还要经历运行阶段，以便在运行程序的支持下运行，加工初始 数据，算出所需的计算结果。编译程序的实现算法较为复杂。这是因为它所翻译的语句与目 标语言的指令不是一一对应关系，而是一多对应关系；同时也因为它要处理递归调用、动态 存储分配、多种数据类型，以及语句间的紧密依赖关系。但是，由于高级程序设计语言书写 的程序具有易读、易移植和表达能力强等特点，编译程序广泛地用于翻译规模较大、复杂性 较高且需要高效运行的高级语言书写的源程序。 为使计算机能按人们的要求进行工作， 仅输入数据是不够的， 还要告诉计算机怎样处理 这些数据。 计算机能识别并执行的信息符号代码的指令集合称为计算机语言。 计算机语言可以分为 机器语言、汇编语言和高级语言 3 类。 机器语言：计算机发展初期使用的语言，它采用二进制编码，能被 CPU 直接执行， 用它编写的程序运行速度快、节省内存空间，但不易读懂、不易修改。 汇编语言： 用人们熟悉的英文助记符和十进制数代替二进制代码， 但计算机不能识别 英文助记符和十进制数， 所以计算机不能直接执行汇编语言， 必须通过汇编程序把汇编语言 翻译成机器语言，计算机才能执行。汇编语言和机器语言都属于低级语言。 高级语言： 高级语言和自然语言差不多， 计算机不能直接执行， 必须通过翻译程序(解 释程序或编译程序)翻译成机器语言才能执行。 13 (3)服务性程序 服务性程序是指协助用户进行软件开发和硬件维护的软件，如各种开发调试工具软件、 编辑程序、诊断程序等。 2.应用软件 应用软件是在系统软件基础上为解决用户的具体问题， 面向某个领域而设计的软件， 因 此，又分为通用软件和专用软件。 通用软件在某一领域内通用，包括字处理软件、报表处理软件、地理信息软件、网络软 件、游戏软件、企业管理软件、多媒体应用软件、辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)软件、信 息安全软件以及其他通用软件。按目标群体应用分类，通用软件亦可分为个人消费类、商业 应用类通用软件。而专用软件则为针对企业某一具体需求而开发的软件。 也可以按照软件的授权对软件进行分类。 不同的软件一般都有对应的软件授权， 软件的 用户必须在同意所使用软件的许可证的情况下才能够合法的使用软件。 从另一方面来讲， 特 定软件的许可条款也不能够与法律相抵触。 依据许可方式的不同，大致可将软件区分为几类： 专属软件：此类授权通常不允许用户随意的复制、研究、修改或散布该软件。违反此 类授权通常会有严重的法律责任。传统的商业软件公司会采用此类授权，例如微软 Windows 和办公软件。专属软件的源码通常被公司视为私有财产而予以严密的保护。 自由软件：此类授权正好与专属软件相反，赋予用户复制、研究、修改和散布该软件 的权利，并提供源码供用户自由使用，仅给予些许的其它限制。以 Linux、Firefox 和 OpenOffice 可作为此类软件的代表。 共享软件：通常可免费的取得并使用其试用版，但在功能或使用期间上受到限制。 开发者会鼓励用户付费以取得功能完整的商业版本。 免费软件：可免费取得和转载，但并不提供源码，也无法修改。 公共软件：原作者已放弃权利，著作权过期，或作者已经不可考究的软件。使用上无 任何限制。 常见的应用软件有文字处理软件、工程设计绘图软件、办公事务管理软件、图书情报检 索软件、医用诊断软件、辅助教学软件、辅助设计软件等。 1.2.3 CPU 1.2.3 CPU 的结构与原理的结构与原理 1.CPU 的结构 目前，所使用的计算机都是基于数学家冯诺依曼提出的“存储程序控制”的原理进行 14 工作的， 即一个问题的求解步骤(程序)连同它处理的数据都使用二进制表示， 并预先存放在 存储器中。 计算机工作时， CPU 从内存取出指令和数据， 按指令的规定对数据进行运算处理， 直到程序执行完毕为止。 冯诺依曼计算机的基本工作原理另一说法是：存储程序。程序和数据预先存放在存 储器内。程序控制。计算机工作时，CPU 依次从存储器中取出一个程序中的各条指令(取 指令)，对指令的功能进行分析(指令译码)，按指令的功能从内存取出数据(取数)，对数据 进行运算处理(运算)并保存运算结果， 直到取到并执行了停机指令为止。 至此完成程序的一 次运行。 程序是一个指令序列。 指令是可以被计算机理解并执行的基本操作命令。 指令与数据的 存储运行和运算都采用二进制编码形式。 CPU 的任务是执行系统程序或应用程序中的指令。 CPU 的组成部件包括运算器、控制器和寄存器组，有的还有快速缓存。 运算器是执行单元， 对数据进行各种算术运算和逻辑运算。 运算器也称为算术逻辑部件 (ALU)。 控制器用来取指令， 解释指令的含义(指令译码)产生控制其他部件的操作控制信号， 记 录内部状态。 控制器是 CPU 的指挥中心。它有一个指令计数器，用来存放 CPU 正在执行的指令的地 址； 还有一个指令寄存器， 它用来保存当前正在执行的指令， 通过译码器解释该指令的含义。 寄存器组临时存放参加运算的数据和得到的中间结果。 运算的数据结果状态以及部分中 间状态由寄存器组的状态寄存器临时保存。 高速缓冲存储器(Cache，简称缓存、快存)的读写速度几乎与 CPU 一样快。当计算机执 行程序时， 数据与地址管理部件预测可能需要的数据和指令， 并将这些数据和指令预先从主 存读出送到 Cache。一旦需要时，首先检查 Cache，若有就从 Cache 中读取，若无再访问主 存。 Cache 中的数据只是主存很小一部分内容的映射(副本)， 将主存储器中的信息调入 Cache 的操作，是在主板芯片组的控制下自动完成的。 命中率是指 CPU 需要的指令或数据在 Cache 中能直接找到的概率。命中率是 Cache 的 一个重要指标。一般说来，Cache 容量越大，访问 Cache 的命中率就越高，对提高系统速度 的贡献越大。 CPU 的性能主要体现为它的运算速度。度量 CPU 运算速度的传统方法是看它每秒钟能 执行多少条指令。 15 CPU 的运算速度与 CPU 的工作频率、Cache 容量、指令系统、运算器的逻辑结构有关。 CPU 主频(CPU 的内部频率)是 CPU 内部数据传输和指令执行的每一步所占用的时间的 倒数(单位：MHz、GHz)。当然，主频越高，CPU 的处理速度就越快。 CPU 总线频率(CPU 的外部频率)是 CPU 和外界交换数据的工作频率。单位一般为 MHz 或者 GHz。 Cache 容量越大，访问 Cache 的命中率就越高，CPU 的速度就越快。 寄存器、运算器的位数越多，CPU 可同时运算的二进制数就越多，运算的速度就越快。 2.指令和指令系统 程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位。 指令是一种使用二进制表示的命令， 它用来规定计算机执行什么操作以及操作对象所在 的位置。 一般情况下，指令由两个部分组成：操作码，指出计算机应执行何种操作的一个命令 词，例如，加、减、乘、除、取数、存数等。每一种操作均有各自的代码，称为操作码。 操作数：指出该指令所操作(处理)的数据或者数据所在位置。操作数地址可能是 1 个、2 个 甚至多个，可以是寄存器或内存储器单元地址，这需要由操作码决定。 机器语言程序是用指令系统中的指令编写的可执行程序。它是 CPU 唯一可以识别的程 序语言。 用机器指令编写的程序中， 每一条指令都可以直接被控制器译码产生执行指令所需 的控制信号。 一个CPU 所能执行的全部指令称为该CPU 的指令系统或指令组。 每一种不同类型的CPU 都有它自己独特的一组指令。 指令系统中有数以百计的不同指令。例如：算术运算指令、逻辑运算指令；数据传送指 令、移位指令；位(位串)操作指令；控制转移指令；输入/输出指令等。 指令的执行过程大致如下：CPU 的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器。 指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里。根据操作 数的位置(地址)取出操作数。运算器按照操作码的要求，对操作数完成规定的运算，并根 据运算结果修改或设置处理器的一些状态标志。 把运算结果保存到指定的寄存器或者内存 单元。修改指令计数器，决定下一条指令的地址。 每种类型的 CPU 都有自己的指令系统，某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他 计算机上运行，这个问题称之为计算机的“兼容性”问题。 微程序是实现程序的一种手段， 具体就是将一条机器指令编写成一段微程序。 每一个微 16 程序包含若干条微指令， 每一条微指令对应一条或多条微操作。 在有微程序的系统中， CPU 内 部有一个控制存储器，用于存放各种机器指令对应的微程序段。当 CPU 执行机器指令时， 会在控制存储器里寻找与该机器指令对应的微程序， 取出相应的微指令来控制执行各个微操 作，从而完成该程序语句的功能。微程序设计技术，指的是利用软件技术来实现硬件设计的 一门技术。 1.2.4 1.2.4 主板、芯片组和主板、芯片组和 BIOSBIOS PC 机由机箱、显示器、键盘、鼠标器、打印机等组成。机箱内包含主板、硬盘、软驱、 光驱、电源、风扇等。主板上安装有 CPU、内存、总线、芯片组、I/O 控制器等部件。 1.主板 主板又称母板，在主板上通常安装有 CPU 插座(或插槽)、CPU 调压器、芯片组、第二 级高速缓存(有些已做在 CPU 中)、存储器插座(SIMM 或 DIMM)、总线插槽、超级 I/O 芯片、 I/O 端口、BIOSROM、时钟/CMOS、电池等。主板物理尺寸有标准(如 ATX 规格)，一般情况下， 生产厂家必须遵循。 I/O 扩充卡也称 I/O 适配器，负责 CPU 和 I/O 设备电气性能的适配，以及相关设备的 控制。I/O 扩充卡种类(适配器)各种各样，常见有网卡(连接网线)、显示卡(连接显示器)、 声音卡(连接话筒、音箱)、视频卡(连接摄像头)。 扩充卡一方面通过印刷板插头插在主板的ISA 或PCI总线插槽上， 另一方面提供I/O 端 口连接外部设备。 相关设备的控制一般由专用的微处理器实现。 许多扩充卡的功能可以部分 或全部集成在主板上(例如，软盘、硬盘、串行口、并行口、声音、图形显示、网络连接等 控制电路都可以集成在主板上)。 主板上还有两个特殊的集成电路：只读存储器(ROM)和 CMOS 存储器。只读存储器(ROM) 用来存放基本输入/输出系统(BIOS)。 CMOS 存储器存放用户对计算机硬件所设置的一些参数 (称为“配置信息”)，包括当前的日期和时间等。CMOS 存储器使用电池供电，是非易失性 存储器，即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息以及时钟停走。 2.芯片组 芯片组是 PC 机各组成部分的枢纽，主板上的所有控制功能几乎都集成在芯片组内，它 既实现了 PC 机系统总线的功能，又提供了各种 I/O 接口及相关的控制。 芯片组的作用： 集中了主板上几乎所有的控制功能， 把以前复杂的控制电路和元件最 大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。提供 CPU 的系统时钟及各种与其 同步的时钟，决定主板上所能安装的内存最大容量、速度及可使用的内存条的类型。 17 芯片组在一定意义上决定了主板的级别和档次。不同类型的 CPU 使用不同的芯片组。 芯片组一般由 24 块超大规模集成电路组成。 以 Pentium 4 CPU 使用的芯片组 Chipset 850 为例，它一共有 2 片：一片是 82850 存 储控制器(Memory Controller Hub，MCH)；一片是 82801BA 增强的 I/O 控制器(ICH2)。 82850E(MCH，存储控制器)连接 CPU 总线、存储器总线、AGP 图形显示接口。82801BA(ICH2， I/O 控制器)连接 82850E、I/O 总线、USB 接口、硬盘接口、局域网接口、5.1 声道数字环绕 立体声接口、BIOS ROM 芯片。 基本输入/输出系统(Basic Input/Output System)是操作系统的最底层部分的可执行程 序代码，具有启动计算机、诊断计算机故障及控制基本输入输出操作的功能。 3.BIOS BIOS 存放在只读存储器芯片(ROM)中，一般情况下是不能被修改的，俗称为 BIOS 芯片。 BIOS 主要包含 4 部分的程序：加电自检程序(Power On Self Test，POST)，用于检测计 算机硬件故障；系统自举程序，启动计算机；CMOS 设置程序，设置系统参数；基本 外部设备驱动程序，实现键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制程 序。 (1)POST 程序 POST(加电自检)程序测试系统各部件的工作状态是否正常， 从而决定计算机的下一步操 作。 (2)系统自举程序 系统自举(装入)程序(在 BIOS 中)按照 CMOS 中预先设定的启动顺序， 搜寻软、 硬盘驱动 器或 CD-ROM 驱动器，从中读出引导程序并装入到内存，然后将控制权交给引导程序，由引 导程序继续安装操作系统。 (3)基本外围设备的驱动程序 基本外围设备的驱动程序是键盘、 显示器、 软驱和硬盘等常用外围设备的基本控制程序 (称为“驱动程序”)，也必须预先存放在 ROM 中，是 BIOS 的一个组成部分。 键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外围设备的基本控制程序(称为“驱动程序”)均预先 存放在 BIOS ROM 中。声卡、网卡、扫描仪、打印机等其他外围设备的驱动程序，可以在操 作系统初步运行成功后再从硬盘上装载。 有些外围设备控制器(例如显示卡)把驱动程序存放 在适配卡的 ROM 中， PC 机开机时， BIOS 对扩展槽进行扫描， 查找是否有自带 ROM 的适配卡。 如果找到了带 ROM 的适配卡，卡上自带 ROM 中的设备驱动程序就被执行。 18 PC 机的启动过程是：接通电源时，自动执行 BIOS 中的 POST 程序，测试各部件的工 作状态是否正常，按 CMOS 中的内容来识别硬件的配置，进行测试和初始化。(CPU、内存、 ROM、主板、CMOS、显示卡、键盘、软驱和硬盘等)若有错，系统将不能继续工作。执行自 举(装入)程序。自举程序按照 CMOS 中预先设定的启动顺序，搜寻软、硬盘或 CD-ROM，从中 读出引导程序并装入到内存，然后将控制权交给引导程序，由引导程序继续安装操作系统。 然后由操作系统控制使用计算机。 CMOS 的作用是存放用户对计算机硬件所设置的一些参数(称为“配置信息”)，包括： 系统的日期和时间，系统的口令，系统中安装的软盘、硬盘驱动器的数目、类型及参数，显 示卡的类型，Cache 的使用状况，启动系统时访问外存储器的顺序等。CMOS 中存放的这些信 息非常重要，一旦丢失就会使系统无法正常运行，甚至不能启动。 1.2.5 1.2.5 内存储器内存储器 计算机中的存储器分为内存和外存两大类。 内存(内存储器)的存取速度快而容量相对较 小， 它与 CPU 直接相连， 用来临时存放等待 CPU 运行的程序和处理的数据。 外存(外存储器) 的存取速度较慢而容量相对很大，它与 CPU 并不直接连接，用于永久性地存放着计算机中 几乎所有的信息。 计算机中各种内存储器和外存储器往往组成一个层状的塔式结构。 内存储器：主存储器(RAM 和 ROM)。 外存储器：外存储器(软盘、硬盘、光盘、Flast 存储器(闪存盘)、后备存储器(磁 带、光盘)。 内存储器由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。 半导体存储器芯片按照能否随机地 进行读写， 可分为两大类： 随机存取存储器(Random Access Memory， RAM)和只读存储器(Read Only Memory，ROM)。 (1)RAM RAM(随机存取存储器)目前多采用 MOS 型半导体集成电路芯片制成，根据其保存数据的 机理又可分为 DRAM 和 SRAM 两种。 DRAM(动态随机存取存储器)芯片的电路简单， 集成度高， 功耗低，制造成本较低，但是它的速度较慢。一般适用于内存储器的主体部分(称为主存储 器或主存，Main Memory 或者简称 MM)。SRAM(静态随机存取存储器)芯片的电路较复杂，集 成度低，功耗较大，制造成本高，价格贵，但工作速度很快，一般适合用作高速缓冲存储器 Cache。无论是 DRAM 还是 SRAM，当关机或断电时，其中的信息都将随之丢失。这是 RAM 与 ROM 的一个很大区别。 19 (2)ROM ROM(只读存储器)目前多采用 MOS 型半导体集成电路芯片制成，是一种能够永久或半永 久性地保存数据的存储器，即使掉电(或关机)后，存放在 ROM 中的数据也不会丢失，所以 也叫做非易失性存储器。 按照 ROM 的内容是否能(或怎样)改写， ROM 又可分为以下几类： MaskROM(掩膜 ROM)， 存储的数据由工厂在生产过程中一次形成，此后再也无法进行修改。PROM(Programmable ROM)，用户可使用专用装置写入一次信息，此后再也无法进行修改。EPROM(Erasable Programmable ROM)，用户可使用专用装置写入信息，也可以通过专用设备改写其中的信息。 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，可电擦写)，用户可 写入信息，也可以改写其中的信息。Flash ROM(快擦写 ROM，或闪速存储器或闪存)，这 是一种新型的非易失性存储器，但它又可以像 RAM 一样快速方便地写入信息。由于闪存芯 片的存储容量大，易修改，因此在 PC 机中用于存储 BIOS 程序。它还广泛使用在手机、数码 相机、数码摄像机、MP3、MP4、移动 U 盘等许多数码设备中。 在 PC 机中，高速缓冲存储器一般用静态随机存储器 SRAM；主存储器用动态随机存储器 DRAM；BIOS(存储器)采用掩膜 ROM 或 Flash ROM；扩展板卡的 BIOS(包括扩展板卡上的微处 理器的程序)采用掩膜 ROM 或 Flash ROM。 主存储器是由多片 DRAM 芯片组成的。它包含有大量的存储单元，每个存储单元可以存 放 1 个字节。对所有存储单元顺序编码，每个存储单元都有一个唯一的地址，CPU 按地址对 存储器进行访问。 存储容量指存储器所包含的存储单元的总数， 单位是MB(1MB= 20 2字节)或GB(1GB= 30 2字 节)。 存取时间是在存储器地址被选定后，存储器读出数据并送到 CPU(或者是把 CPU 数据写 入存储器)所需要的时间。单位是 ns(1ns= 9- 10秒)。 近几年在微机中比较流行的有 SDRAM、DDRSDRAM、RDRAM。 SDRAM 与 CPU 总线使用同一个时钟。最高数据读写速率(称为存储器的带宽)=(存储器 数据通路宽度/8)有效时钟频率。其中，数据通路宽度与系统总线的数据通路一样宽，均 为 64 位， 系统总线时钟频率为 100MHz/133MHz(PC100/PC133)。 数据传输率达到 1GB/s 左右。 DDRSDRAM(Double Data Rate SDRAM)是对标准 SDRAM 的改进，它利用存储器总线时钟 的上升沿与下降沿在同一个时钟内实现两次数据传送，因此，有效时钟频率是 SDRAM 的两 20 倍。最高数据读写速率(称为存储器的带宽)=(存储器数据通路宽度/8)有效时钟频率。其 中，数据通路宽度与系统总线的数据通路一样宽，均为 64 位。系统总线时钟频率为 100MHz/133MHz 时，DDRSDRAM 有效时钟频率为 200MHz/266MHz(称为 PC200/PC266)。数据传 输率达到 2.1GB/s 左右。 RDRAM(RambusDRAM)是高性能存储器，它是一种窄通路系统，其数据通路只有 16 位宽。 但 RDRAM 的速度却很快(可达 400MHz)，并且在同一个时钟内实现两次数据传送，目前较少 采用。 内存条按内存的封装方式和内存条插槽的规格分为单列直插式内存条模块(Single In-line Memory Modules，简称 SIMM 内存条)、双列直插式内存条模块(Double In-line Memory Modules， 简称 DIMM 内存条)、 Rambus 内存条模块(Rambus In-line Memory Modules， 简称 RIMM 内存条)。 (1)单列直插式内存条模块(简称 SIMM 内存条) 焊装有若干内存芯片的一小条长方形印刷电路板，其下边沿有一排金属触点(引脚)。 SIMM 插槽两面的触点是连接在一起的，插入 SIMM 内存条后，其两面的引脚实际上就是一 排引脚，故称为单列直插式(SIMM)。SIMM 的引脚共 72-pin(俗称 72 线)，其中数据线宽度 为 32 位(另有 4 位校验位)。由于奔腾处理器的数据线宽度为 64 位，故 72 线的 SIMM 内存 条必须成对使用， 即相同容量的 2 条作为一组安装。 72 线的 SIMM 内存条主要用于早期的奔 腾机主板中。 (2)双列直插式内存条模块(简称 DIMM 内存条) 其触点分布在内存条的两面，故称为双列直插式。焊装了 SDRAM 芯片的 SDRAM 内存条 每一面有 84 个引脚， 两面共有 168 个(也称为 16