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1.1.1 计算机发展史 世界上第一台电子计算机ENIAC于1946年2月诞生在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院。但学术界公认，电子计算机的理论和模型是由英国数学家图灵(Alan Mathison Turing，19121954)在1936年发表的一篇名为论可计算数及其在判定问题中的应用的论文中奠定了基础。因此，当美国计算机协会ACM在1966年纪念电子计算机诞生20周年，即图灵的论文发表30周年之际，决定设立计算机界的第一个奖项“图灵奖”以纪念这位计算机科学理论的奠基人。“图灵奖”也被称为“计算机界的诺贝尔奖”。2000年，ACM第一次将“图灵奖”授予华裔学者姚期智，以鼓励他在计算机理论、算法设计与分析、密码学等方面所作的贡献。 距ENIAC的诞生，至今已经 有60年了。这60年里，计算机以惊人的速度发展。根据计算机所使用的电子元器件不同，计算机的发展经 历了四个时代。 第一代：电子管计算机（19461957年） 在第二次世界大战中，美国政府寻求计算机以开发潜在的战略价值。这促进了计算机的研究与发展。1944年Howard H.Aikien（19001973）研制出全电子计算机，为美国海军绘制弹道图。这台简称Mark的机器有半个足球场大，内含500英里的电线，使用电磁信号来移动机械部件，速度很慢（35秒进行一次计算）并且实用性很差，只用于专门领域。 1946年2月14日，标志现代计算机诞生的ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）在费城公之于世。ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑，它通过不同部分之间的重新接线编程，拥有并行计算能力。ENIAC使用了18000个电子管，70000个电阻器，有5百万个焊接点，耗电160千瓦，其运算速度比Mark快1000倍，ENIAC是第一台普通用途计算机。 与此同时，美国数学家冯 诺依曼提出了现代计算机的基本原理：存储程序控制原理。1949年冯 诺依曼和莫尔根据存储程序控制原理造出的新计算机EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator，爱达赛克）在英国剑桥大学投入运行。EDSAC是世界上第一台存储程序计算机，是所有现代计算机的原型和范本。 第二代：晶体管计算机（19581964年） 1956年，晶体管在计算机中使用，晶体管和磁芯存储器推动了第二代计算机的产生。第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。在这一时期出现了高级语言COBOL和FORTRAN，以单词、语句和数学公式代替了含混的二进制机器码，使计算机编程更容易。新的职业（程序员、分析员和计算机系统专家）和整个软件产业由此诞生。 第三代：中小规模集成电路计算机（19651970年） 虽然晶体管比电子管是一个明显的进步，但晶体管还是产生大量的热量，会损害计算机内部的敏感部分。1958年德州仪器的工程师Jack Kilby发明了集成电路IC，将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。科学家使更多的元件集成到单一的半导体芯片上。于是，计算机变的更小，功耗更低，速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。 第四代：大规模、超大规模集成电路计算机（1971至今） 出现集成电路后，扩大规模成为唯一的发展方向。大规模集成电路LSI，可以在一个芯片上容纳几百个元件。到20世纪80年代，超大规模集成电路VLSI在芯片上容纳了几十万个元件，后来的ULSI将数字扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。 1981年，IBM推出个人计算机PC用于家庭、办公室和学校。80年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌，微机的拥有量不断增加，计算机继续缩小体积，从桌上到膝上到掌上。与IBM PC竞争的APPLE Macintosh系统于1984年推出，Macintosh提供了友好的图形界面，用户可以用鼠标方便地操作。 从20世纪80年代开始，日、美等国家开展了新一代“智能计算机”的系统研究，并称为“第五代计算机”，但目前尚未有突破性发展。 计算机发展阶段如表1-1所示。 1计算机的特点 （1）运算速度快 运算速度是指计算机每秒能执行多少条指令。常用单位是MIPS，即每秒执行多少个百万条指令。例如，主频为2GHz的Pentium 4微机的运算速度为每秒40亿次，即4 000MIPS. （2）计算精度高 例如，Pentium 4微机内部数据位数为32位（二进制），可精确到15位有效数字（十进制）。圆周率的计算，有人曾利用计算机算到小数点后200万位。 （3）记忆能力强 计算机的存储器（内存储器和外存储器）类似于人的大脑，能够记忆大量的信息。它能把数据、程序存入，进行数据处理和计算，并把结果保存起来。 （4）逻辑判断能力强 逻辑判断是计算机的一个基本能力，在程序执行过程中，计算机能够进行各种基本的逻辑判断，并根据判断结果来决定下一步执行哪条指令。这种能力，保证了计算机信息处理的高度自动化。 2计算机的分类 按工作原理可划分为模拟式电子计算机、数字式电子计算机和模拟数字混合计算机。 模拟式电子计算机问世较早，内部所使用的电信号模拟自然界的实际信号。模拟电子计算机处理问题的精度差；所有的处理过程均需模拟电路来实现，电路结构复杂，抗外界干扰能力极差。 数字式电子计算机是当今世界电子计算机行业中的主流，其内部处理的是一种称为符号信号或数字信号的电信号。它的主要特点是“离散”，在相邻的两个符号之间不可能有第三种符号存在。由于这种处理信号的差异，使得它的组成结构和性能优于模拟式电子计算机。 按功能可划分为专用计算机和通用计算机。 专用计算机主要在某些专业范围内应用。我们在导弹和火箭上使用的计算机很大部分就是专用计算机。 通用计算机主要应用于商业、工业、政府机构和家庭个人。 按规模可划分为巨型机、大型机、小型机和微型机。 巨型机也称为超级计算机，是目前速度最快、处理能力最强的计算机，主要用于战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报等领域。我国于20世纪80年代末、90年代中先后推出了自行研制的银河-、银河-、银河-等巨型机。2004年6月公布的世界超级计算机排名中，居首位的是日本NEC公司的“地球模拟器”，其运算速度达每秒35.8万亿次，中国曙光计算机公司研制的“曙光4000A”排名第10，其运算速度为每秒10万亿次。 大型机具有很强的数据处理能力，一般应用于大中型企事业单位的中央主机。例如，IBM公司生产的IBM 4300、3090及9000系列都属于这种类型。 小型机的功能略逊于大型机，但它结构简单、成本较低、维护方便，适用于中、小企业用户。例如，美国DEC公司的VAX系列机型，IBM公司的AS/400系列都属于小型机。 微型机又称为个人计算机（Personal Computer），简称PC。价格便宜、功能齐全，广泛应用于个人用户，是目前最普及的机型。 按工作模式可划分为服务器和工作站 工作站是一种介于微型机和小型机之间的高档微型计算机系统，通常配有高分辨率的大屏幕显示器和大容量存储器，具有较强的数据处理能力和高性能的图形功能。自1980年美国Apollo公司推出世界上第一个工作站DN-100以来，工作站迅速发展，成为专长处理某类特殊事物的一种独立的计算机类型。 服务器是一种在网络环境中为多个用户提供服务的共享设备。根据其提供的服务，可以分为文件服务器、通信服务器和打印服务器等。 1计算机的应用领域 （1）科学计算 科学计算是计算机最早的应用领域。同人工计算相比，计算机不仅速度快，而且精度高，特别是对于大量的重复计算，计算机不会感到疲劳和厌烦。 （2）信息处理 信息处理即数据处理，是指对各种原始数据进行采集、整理、转换、加工、存储、传播以供检索、再生和利用。目前，计算机信息处理已经广泛应用于办公自动化、企业计算机辅助管理、文字处理、情报检索、电影电视动画设计、会计电算化、医疗诊断等各行各业。据统计，世界上的计算机80以上主要用于信息处理。 （3）计算机辅助设计与计算机辅助制造（CAD/CAM） 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）与计算机辅助制造（Computer Adid Manufacture，CAM）主要用于机械、电子、宇航、建筑等产品的总体设计、造型设计、结构设计、数控加工等环节。应用CAD/CAM技术，可以缩短产品开发周期、提高设计质量、增加产品种类。 （4）计算机辅助教学与计算机管理教学（CAI/CMI） 利用计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，CAI）系统使得学生能在轻松的教学环境中学到知识，减轻教师的教学负担。计算机管理教学（Computer Managed Instruction，CMI）利用计算机实现各种教学管理，如教务管理、制定教学计划、课程安排等。 （5）自动控制 用计算机控制机床，加工速度比普通机床快10倍以上。现代军用飞机控制，可用计算机在很短的时间内计算出敌机的各种飞机技术参数，采取相应的攻击方案。 （6）多媒体应用 多媒体计算机的出现提高了计算机的应用水平，扩大了计算机技术的应用领域，设定计算机除了能够处理文字信息外，还能处理声音、视频、图像等多媒体信息。 （7）电子商务 狭义上讲，电子商务是指网上进行交易活动，包括通过Internet买卖产品和提供服务。 2计算机的发展趋势 （1）巨型化 巨型机的研制水平，可以衡量整个国家科技能力。我国在1985年成功制造了运算速度为10亿次的“银河-”,如图1-2所示。1997年6月2日研制出了运算速度为130亿次的“银河-”。 （2） 微型化 随着微电子技术和超大规模集成电路的发展，计算机的体积趋向微型化。从20世纪80年代开始微机得到了普及。现在，又出现了笔记本式计算机、掌上电脑（如图1-3所示）、手表电脑等。 （3）网络化 现代信息社会的发展趋势就是实现资源共享，即利用计算机和通信技术，将各个地区的计算机互联起来，形成一个规模巨大，功能强大的计算机网络，使信息能得到快速、高效的传递。 （4）多媒体化 现代计算机不仅用来进行计算，还能处理声音、图像、文字、视频和音频信号。如图1-4所示。 （5）智能化 智能化是让计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。如图1-5为汽车驾驶的模拟器。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成(如图1-6)。硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础。软件系统是为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和相关文档的总称。通常把不安装任何软件的计算机称为裸机。普通用户所面对的一般都不是裸机，而是在裸机上配置若干软件之后构成的计算机系统。计算机系统的各种功能都是由硬件和软件共同完成的。 1946年冯.诺依曼简化了计算机的结构，提出“存储程序”的思想，大大提高了计算机的速度。后人把按照这种思想和结构设计的计算机称为冯 诺依曼计算机。“存储程序”思想可以简要地概括为以下三点： 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件。 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。 将编好的程序和数据送入内存储器，然后计算机自动地逐条取出指令和数据进行分析、处理和执行。 按照冯 诺依曼机结构，计算机的硬件系统如图1-7所示。 通常，我们把运算器和控制器集成在一起，形成中央处理器（Central Processing Unit，简称为CPU）。在硬件维修人员眼里，硬件系统又可以分为主机和外部设备两大部分。主机主要包括主板、CPU、内存、硬盘和显卡等设备，外部设备包括鼠标、键盘、显示器、打印机和扫描仪等I/O设备，如图1-8所示。运算器 0091运算器 运算器的主要功能是对二进制数据进行运算，包括算术运算（加、减、乘和除等）和逻辑运算（与、或、非、异或和比较）两类，因而运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）。控制器 0102控制器 控制器是计算机的指挥中心，负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，负责向其他各部件发出控制信号；保证各部件协调一致地工作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成。 硬件系统的核心是中央处理器。它主要由控制器和运算器等组成，并采用大规模集成电路工艺制成的芯片（又称微处理器芯片）。存储器 0113存储器 存储器的主要功能是存放程序和数据，是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息，包括原始的输入数据、经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中。而且，指挥计算机运行的各种程序也存放在存储器中。按存储器的作用可将其分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。 存储器中能够存放的最大数据信息量称为存储器的容量。存储器容量的基本单位是字节（Byte，B）。存储器中存储的一般是二进制数据，二进制数只有0和1两个代码，因而，计算机技术中常把一位二进制数称为一位（1 bit），1个字节包含8位，即1B=8bit。为了便于表示大容量存储器，实际当中还常用KB、MB、GB、TB为单位，其关系为： 1KB1024B， 1MB1024KB， 1GB1024MB， 1TB1024GB 把信息从存储器中取出，而又不破坏存储器内容的过程称为读操作；把信息存入存储器的过程称为写操作，写操作可以破坏存储器中所有内容。（1）主存储器 主存储器简称主存，又叫内存，是计算机系统的信息交流中心。绝大多数的计算机内存是由半导体材料构成的。从使用功能上分，有随机存储器（又称读写存储器）和只读存储器。 随机存储器（Random Access Memory，简称RAM） RAM的主要特点是既可以从中读出数据又可以写入数据；读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容；断电后，存储内容立即消失，即易失性。 RAM按其结构可分为动态（Dynamic RAM）和静态（Static RAM）两大类。DRAM的特点是集成度高，主要用于大容量内存储器；SRAM的特点是存取速度快，主要用于高速缓冲存储器。 只读存储器（Read Only Memory，简称ROM） 只读存储器的特点是只能读出所有内容，不能由用户再写入新内容。ROM的数据是厂家在生产芯片时，以特殊的方式固化的，用户一般不能修改。ROM中一般存放系统管理程序，即使断电ROM中的数据也不会丢失。（2）辅助存储器 辅助存储器设置在主机的外部，又叫外部存储器（简称外存），是内存的扩充。外存一般具有存储容量大，可以长期保存暂时不用的程序和数据，信息存储性价比较高等特点。通常，外存只与内存交换数据，而且存取速度也较慢。常用的外存有硬盘、软盘、光盘、U盘等（详细内容见1.3节）。 内存的特点是直接与CPU交换信息，存取速度快，但是容量小、价格贵；外存的特点是容量大、价格低，但是存取速度较慢，不能直接与CPU交换信息。内存用于存放立即要用的程序和数据；外存用于存放暂时不用的程序和数据。内存和外存之间常常频繁地交换信息。需要指出的是外存属于I/O设备，而且它只能与内存交换信息，才能被CPU处理。K13012!CDATA4输入设备输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据，它是重要的人机接口，负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的二进制代码，并放入内存中。常见的输入设备有以下几种。 （1）键盘（Keyboard） 键盘是最常见的输入设备。标准键盘上的按键可以分为3个区域：字符键区、功能键区和数字键区（数字小键盘），如图1-9所示。输出设备 0135输出设备 输出设备可以将计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式。常见的输出设备有以下几种。（1）显示器（Monitor） 显示器是微型计算机不可缺少的输出设备，用户通过它可以很方便地查看送入计算机的程序、数据和图形等信息及经过计算机处理后的中间和最后结果。显示器是人机对话的主要工具。 按照显示器工作原理可以将显示器分为三类：阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）等。 显示器的分辨率一般用整个屏幕上光栅的列数与行数的乘积来表示。这个乘积越大，分辨率就越高。现在常用的分辨率有640480、800600、1024768和12801024像素等。 显示器必须配置正确的显示器适配卡（俗称显卡）才能构成完整的显示系统。显卡较早的标准有CGA（Color Graphics Adapter）标准（320200像素，彩色）和EGA（Enhanced Graphics Adapter）标准（640350像素，彩色）。目前常用的是VGA（Video Graphics Array）标准。VGA适用于高分辨率的彩色显示器，其图形分辨率在640480像素以上，能显示256种颜色，但其显示图形的效果一般。在 VGA之后，又不断出现了SVGA和TVGA卡等，分辨率提高到了800600像素和1024768像素。目前比较常用的分辨率为1024768像素。（2）打印机（Printer） 打印机是计算机系统最基本的输出形式，可以把文字或图形在纸上输出，供用户阅读和长期保存。打印机按工作原理可分为击打式打印机和非击打式打印机两类。现在使用的打印机多数都是非击打式的喷墨打印机和激光打印机。虽然属于击打式的针式打印机已经越来越少了，但它特别适合打印票据，所以财务人员还经常使用它。 按照冯.诺依曼“存储程序”的思想，为了能使计算机完成特定任务，用户必须首先根据该任务要求编写相应的程序，然后通过输入设备向控制器发出输入信息的请求，在得到控制器许可的情况下，输入设备把程序和数据送到存储器中并保存起来。随后，计算机系统就会在控制器的控制协调下，自动地运行程序，并把程序运行结果存入存储器。最后，在控制器的控制下输出设备把存储器中的运行结果输出，显示为用户容易识别的形式。 当我们需要计算机完成某项任务的时候，首先要将任务分解为若干个基本操作的集合，计算机所要执行的基本操作命令就是指令。指令是对计算机进行程序控制的最小单元，是一种采用二进制表示的命令语言。一个CPU能够执行的全部指令的集合就称为该CPU的指令系统。 每条指令都要求计算机完成一定的操作，它告诉计算机进行什么操作、从什么地方取址、结果送到什么地方去等信息。计算机的指令系统一般包括数据传送命令、算术运算指令、逻辑 运算指令、转移指令、输入输出指令和处理机控制指令等。一条指令通常由两个部分组成，即操作码和操作数，如图1-10所示。操作码用来规定指令进行什么操作，而操作数用来说明该操作处理的数据或数据所存储的单元地址。 整个计算机工作过程的实质就是指令的执行过程。因为控制器对各个部件的控制都是通过指令实现的。指令的执行过程可以分为四步。 取指令。从存储器某个地址中取出要执行的指令送到控制器内部的指令寄存器暂存。 分析指令。把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作。 执行指令。根据指令译码器向各个部件发出相应的控制信号，完成指令规定的操作。 为执行下一条指令做好准备，即形成下一条指令地址。 计算机不断重复这个过程，知道组成程序的所有指令全部执行完毕，就完成了程序的运行，实现了相应的功能。 相对于计算机硬件而言，软件是计算机的无形部分，是计算机的灵魂。比如一个人，首先要有基本的骨骼架构（相当于计算机的硬件），还要有神经原系统、原环系统、消化系统等（相当于计算机的软件）才能成为一个完整人。软件可以对硬件进行管理、控制和维护。根据软件的用途可将其分为系统软件和应用软件。计算机的系统层次如图1-11所示。 1系统软件 系统软件能够调度、监控和维护计算机资源，扩充计算机功能，提高计算机效率。系统软件是用户和裸机的接口，主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统等，其核心是操作系统。 （1）操作系统 操作系统（Operating System）是最基本最重要的系统软件，用来管理和控制计算机系统中硬件和软件资源的大型程序，是其他软件运行的基础。操作系统负责对计算机系统的全部软、硬件和数据资源进行统一控制、调度和管理。其主要作用就是提高系统的资源利用率、提供友好的用户界面，从而使用户能够灵活、方便地使用计算机。目前比较流行的操作系统有Windows、Unix、Linux等（详细内容见2.1节）。 （2）语言处理程序 人与人交流需要语言，人与计算机之间交流同样需要语言。人与计算机之间交流信息使用的语言叫做程序设计语言。按照对及其硬件的依赖程度通常把程序设计语言分为三类：机器语言、汇编语言和高级语言。 机器语言（Machine Language）是一种用二进制代码“1”和“0”组成的一组代码指令，是唯一可以被计算机硬件识别和执行的面向机器语言。机器语言的优点是占用内存小、执行速度快。但机器语言编写程序工作量大、程序阅读性差、调试困难。 汇编语言（Assemble Language）是使用一些能反映指令功能的助记符来代替机器指令的符号语言。汇编语言的指令与机器语言的指令基本上是一一对应的。这些助记符一般是人们容易记忆和理解的英文缩写，如加法指令ADD，减法指令SUB，移动指令MOV等。汇编语言在编写、阅读和调试方面有很大进步，而且运行速度快。但是汇编语言仍然是一种面向机器的语言，编程复杂，可移植性差。 高级语言（High Level Language）是一种独立于机器的算法语言。高级语言的表达方式接近于人们日常使用的自然语言和数学表达式，并且有一定的语法规则。高级语言编写的程序运行要慢一些，但是编程简单易学、可移植性好、可读性强、调试容易等。常见的高级语言有Basic、FORTRAN、C、Delphi、Java等。 除机器语言以外，采用其他程序设计语言编写的程序，计算机都不能直接运行，这种程序称为源程序，必须将源程序 译成等价的机器语言程序，即目标程序，才能被计算机识别和执行。承担把源程序 译成目标程序工作的是语言处理程序。 将汇编语言程序 译成目标程序的语言处理程序叫汇编程序。将高级语言程序 译成目标程序有两种方式：解释方式和编译方式，对应的语言处理程序也就是解释程序和编译程序。 解释程序：则对高级语言程序逐句解释执行。这种方法的特点是程序设计的灵活性大，但程序的运行效率较低。BASIC语言就采用这种编译方法。 编译程序：把高级语言所写的程序作为一个整体进行处理，编译后与子程序库链接，形成一个完整的可执行程序。这种方法的缺点是编译和链接较费时，但可执行程序运行速度很快。FORTRAN和C语言等都采用这种编译的方法。 （3）数据库管理系统 数据库管理系统主要面向解决数据处理的非数值计算问题，对计算机中存放的大量数据进行组织、管理、查询。目前，常用的数据库管理系统有SQL Server、Oracle、Mysql和Visual FoxPro等。 2应用软件 应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料。如微软的Office系列，就是针对办公应用的软件。 计算机软件已发展成为一个巨大的产业，软件的应用范围也函盖了社会生活的方方面面，因此很多问题都有相应的软件来解决。以下是一些主要应用领域的软件。 办公应用：Microsoft Office、WPS和Open Office等。 平面设计：Photoshop、Illustrator、Freehand和CorelDRAW等。 视频编辑与后期制作：Adobe Premiere、After Effects和Ulead的会声会影等。 网站开发：FrontPage和Dreamweaver等。 辅助设计：AutoCAD、Rhino和Pro/E等。 三维制作：3ds max和Maya等。 多媒体开发：Authorware、Director和Flash等。 程序设计：Visual Studio .Net、Boland C+和Delphi等。 综上所述，计算机系统是由硬件系统和软件系统组成。硬件是计算机系统的躯体，软件是计算机的灵魂。硬件的性能决定了软件的运行速度，软件决定了可进行的工作性质。硬件和软件是相辅相成的，只有将两者有效地结合起来，才能使计算机系统发挥应有的功能。 衡量一台微型计算机的主要性能指标包括以下几个方面。 1运算速度 计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数。其单位为每秒百万条指令（简称 MIPS）或者每秒百万条浮点指令（简称 MFPOPS）。它们都是用基准程序来测试的。影响运算速度的主要因素有以下几个。 CPU的主频：指计算机的时钟频率。它在很大程度上决定了计算机的运算速度。例如，Intel公司的CPU主频最高已达3.2GHz以上，AMD公司的可达2.8GHz以上。 为了全面理解CPU的频率，我们需要了解和掌握3个概念：CPU的主频、外频和倍频。CPU的主频就是指CPU的工作时钟频率，其单位是MHz ，现在的Intel和AMD的CPU 都普遍超越了GHz的大关，所以现在的CPU主频都以GHz为单位（基本的换算关系是1MHz=1000Hz，1GHz=1000MHz）。如我们经常听说的Pentium 4 E3.0GHz，其中3.0GHz就是CPU的主频。一般说来，主频越高的CPU在单位时间里完成的指令数也越多，相应的处理器速度也越快。外频是CPU的外部工作频率，也就是系统总线的工作频率。现在CPU最高外频为200MHz。倍频是CPU外频和主频相差的倍数，通常三者的关系为：CPU 主频=外频倍频。 字长：指计算机一次能直接处理的二进制数据的位数。字长的位数越多，计算机的运算能力就越强，精度越高。PC机的字长已由8088的准16位（运算用16位，I/O用8位）发展到现在的32位和64位。 指令系统：不同类型的计算机，其指令系统一般也不同。指令系统越丰富，计算机数据信息的运算和处理能力就越强。 2存储器的指标 存取速度：内存完成一次读（取）或写（存）操作所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间。而连续两次读（或写）所需的最短时间称为存储周期。对于半导体存储器来说，存取周期约为几十到几百纳秒（ns）。 存储容量：内存的容量越大，存储的程序和数据就越多，能运行的软件功能越丰富，处理能力越强。微机的内存储器已由286机配置的1MB，发展到现在P4（奔腾4）配置512MB，甚至1GB以上。 3I/O的速度 主机I/O的速度，取决于I/O总线的设计。这对于慢速设备（例如键盘、打印机）关系不大，但对于高速设备则效果十分明显。例如当前的硬盘，它的外部传输率已达到20MB/s或40MB/s以上。 常见的辅助存储器有软盘、硬盘、光盘、U盘等。 软盘驱动器现在我们已经很少使用了，但在必要的时候，我们可以用它启动计算机，还能用它来传递和备份一些比较小的文件。在介绍软驱之前，我们先认识一下软盘。 1认识软盘 我们现在看到的软盘都是3.5英寸的，如图1-12所示，通常简称3寸盘。3寸软盘都有一个比较硬的塑料外壳，它的作用是保护里边的盘片。盘片上涂有一层磁性材料（如氧化铁），它是记录数据的介质。在外壳和盘片之间有一层软的保护垫，防止外壳对盘片造成不必要的损伤。 软盘提供了一种简单的写保护方法，3寸盘是靠一个方块来实现的，拨上去，打开方孔就是写保护了，反之就是关闭写保护，这时可以往文件里面写入数据。写保护是个非常有用的功能，可防止误写操作，也避免病毒对软盘的侵害。在使用时，最好将一些重要的软盘如程序安装盘和数据备份盘置成写保护状态。 2软盘的存储结构 软盘在使用之前必须要先格式化，格式化后，磁盘被分成若干个磁道，每个磁道又被分为若干个扇区，每个扇区可存储512个字节。磁道是一组同心圆，一个磁道大约有零点几毫米的宽度，数据就存储在这些磁道上。 一个1.44MB的软盘，有80个磁道，每个磁道有18个扇区，且两面都可以存储数据。我们能这样计算它的容量：801825121440KB1.44MB。 3认识软盘驱动器 软盘驱动器可以对软盘进行读写操作，现在我们使用的都是3寸软驱，可以读写1.44MB的3寸软盘。软驱由控制电路板、马达、磁头定位器和磁头组成，如图1-14所示。 磁头其实是很小的，上下各有一个，我们看到的是它的滑轨。它工作时马达带动软盘的盘片转动，转速大概为每分钟300转。磁头定位器是一个很小的步进马达，它负责把磁头移动到正确的磁道，由磁头完成读写操作。 硬盘与其他外存储介质相比，速度快且容量大，因此成为计算机中最重要的存储设备。 硬盘的结构和软盘差不多，是由磁道（Track）、扇区（Sector）、柱面（Cylinder）和磁头（Head）组成的。拿一个盘片来讲，它和软盘类似，上面被分成若干个同心圆磁道，每个磁道被分成若干个扇区，每扇区通常是512字节。硬盘的磁道数一般介于3003000之间，每磁道的扇区通常有63个，而早期的硬盘只有17个。与软盘不同的是，硬盘由很多个磁片叠在一起组成的，柱面指的就是多个磁片上具有相同编号的磁道，它的数目和磁道数目是相同的。 硬盘容量 = 柱面数扇区数每扇区字节数磁头数 软盘只需要一次格式化，硬盘却需要低级格式化和高级格式化两次格式化。硬盘的低级格式化在每个磁片上划分出一个个同心圆的磁道，是物理格式化。现在的硬盘在出厂前都已完成了这项工作。我们平时在给微机安装软件时，用“format c:”命令对硬盘所做的格式化指的是高级格式化。 低级格式化会彻底清除硬盘里的内容，因此应谨慎使用，但它也可以清除硬盘上所有的病毒；低级格式化需要特殊的软件，有些主板的BIOS里就有这种程序。 全球生产硬盘的厂家较大的有Seagate（希捷）、Quantum（昆腾）、Maxtor（迈拓）、Western Digital（西部数据）、IBM等。目前的硬盘产品内部盘片有1.8、2.5和3.5英寸硬盘，前两种常用于笔记本及部分袖珍精密仪器中，而现在台式机中常用3.5英寸的盘片。一般我们使用的硬盘容量在80GB到160GB左右。如图1-15所示是一块80GB的希捷硬盘。1USB简介 USB是Universal Serial Bus的英文缩写，即“通用串行总线”，也称通用串联接口。随着计算机硬件技术的飞速发展，外围设备日益增多，除了人们早已熟悉的键盘、鼠标、调制解调器、打印机和扫描仪之外，数码相机、MP3和移动硬盘等新型设备也接踵而至，但是计算机的接口有限，如何使外设与计算机之间的数据交换变得更方便快捷就成了亟待解决的问题，USB就是基于此产生的。USB的规格是由Intel、NEC、Compaq、DEC、IBM以及Microsoft等几家公司联合制定的。它是一个使计算机外接设备连接标准化和单一化的接口。一个USB接口可以支持多种计算机外部设备，而且它支持热插拔，即使在开机的情况下也可以安全地连接或断开USB设备。 2移动存储器 常见的计算机存储设备都是机内存储设备，如内存和硬盘等。随着信息技术在人类社会生活各个方面的逐渐普及，不少个人和集体都采用数字化手段来管理数据信息，灵活便捷的信息交换就成了现代社会发展的迫切需求。移动存储设备在这种社会需求中应运而生。目前人们比较熟悉的移动存储器主要有移动硬盘和闪盘（也叫U盘）（如图1-16所示），移动硬盘通过相关设备将IDE转换成USB或Firewire接口连接到计算机，从而完成读写数据的操作。闪盘是近两年来发展比较迅速的小型便携式存储器。它具有体积小、使用方便和安全可靠等优点，正被越来越多的用户所青睐。随着存储技术的不断成熟，制造成本的不断降低，移动存储器有可能取代人们使用多年的软盘而成为计算机的一种标准配置。 微机配件配置采购完成后，就可以进行硬件安装了。硬件安装必须按照正确的方法。 1注意事项 防止人体所带的静电对电子器件造成损伤。在安装前，先消除身上的静电，一般可用手触摸自来水管等接地设备，如果有条件，可以佩戴防静电环。 断电操作，注意安全。 准备好螺丝刀、尖嘴钳、镊子、室内电源插头等工具。 各电子部件要轻拿轻放，避免碰撞，尤其是硬盘。安装主板一定要稳固，防止主板变形。用力适当，不要划伤电路板。 确保安装正确后，再加电调试检测。 2硬件安装过程 （1）机箱的安装 首先从包装箱中取出机箱一级内部的零配件（螺钉、挡板），将机箱两侧的挡板去掉，机箱面板朝向自己，平放在桌子上。打开零件包，挑出其中的 柱，将主板在机箱内部比较一下位置，将 柱螺丝钉旋入与主板上的螺丝钉所对应的机箱螺钉孔内。 （2）CPU的安装 用拇指和食指按住SOCKET478插座的零插拔力杆，如图1-20所示。稍往下用力压后往外抬起杆，把CPU按照缺针角的方向对准插座方向轻轻放入，如图1-21所示，然后再把零插拔力杆往下压。 将白色导热硅脂（也有可能是灰色的导热硅胶），均匀地涂抹在CPU的突出部位。在CPU散热风扇跟CPU接触的部位也涂抹一点，不要太多。然后就可以安装在插座上了。需要注意的是，如果用户安装FC-PGA封装的CPU（比如Celeron、Pentium 3、Athlon XP）一定要小心，如图1-22所示，因为它的散热部分很脆弱，一不小心就有可能被CPU风扇压碎，所以一定要轻拿轻放，最后记得把散热风扇的电源接口插在主板上。 现在主板上一般都有好几个风扇供电插座，CPU风扇最好插在第一个电源接口上，否则有些主板可能误以为用户的CPU风扇没有通电，主板自动保护电路起作用，导致开机不亮。 （3）安装内存 用户可以按照内存条上的缺口跟内存条插槽（DIMM）缺口一致的方向插上，确保方向没有错的情况下，均匀用力压下（如图1-23所示），此时应该听到“啪，啪”的两声，表示固定内存条的扣正常地扣紧了。 在用最新的INTEL850芯片的主板时，因为主板采用的是RAMBUS内存系统，要求必须同时插两根RAMBUS内存才能正常启动电脑，如果用户只有一根RAMBUS内存条，还要把随主板附带的内存终止器插上。 （4）主板的安装 现在新出的绝大部分主板都能自动识别 CPU ，一般不再需要设置跳线，当内存与 CPU 安装完成后就可以直接安装主板。主板上留有很多个螺钉孔，大多数机箱上都安装了固定柱，而且位置都是正确的，要选择合适的孔与主板匹配。放主板时要小心，注意尽量不要碰坏了部件，将主板上的键盘口、鼠标口、串并口等和机箱背面挡片的孔对齐，使所有螺钉对准主板的固定孔，依次把每个螺钉拧紧即安装好主板。 （5）显卡的安装 安装时，首先将机箱上与AGP插槽对应的挡板去掉，然后将显示卡垂直对准主板上的AGP插槽，稍用力向下压显卡，然后拧上螺丝，如图1-24所示。 （6）声卡的安装 将PCI的声卡安装在主板的PCI插槽上，然后拧上螺丝。为避免与其他硬件（如网卡）出现不兼容的问题，所以最好插在紧挨着AGP插槽的1、2号PCI槽上，如图1-25所示。 （7）驱动器的安装 驱动器的安装主要是指安装硬盘和光驱。先从机箱面板上拆下一个5.25英寸槽口的档板，用来安装光驱。 把光驱安装在5.25英寸固定架上，如图1-26所示，保持光驱的前面和机箱面板齐平，在光驱的每一侧用两个螺丝初步固定，先不要拧紧，这样可以对光驱的位置进行细致的调整，然后再把螺丝拧紧。 下面安装软驱。软驱一般为3.5英寸，并且一般在机箱面板上都留有有出盘口和一个按钮，所以通常软驱的位置是固定的。安装方法与光驱相似。在安装软驱时最好在软驱中放一张软盘，便于调整软驱的位置，直到调整到最佳位置时再上紧螺钉。 最后安装硬盘。我们这里用的是3.5英寸的普通硬盘，将其装在3.5英寸固定架上，如图1-27所示。将硬盘插到固定架中，注意方向，保证硬盘正面朝上，接口部分背对面板。再用粗螺纹的螺丝固定。 最后将固定架装回到机箱，如图1-28所示，用螺丝固定好，这样光驱、软驱和硬盘就安装好了。 （8）数据线和电源线的连接 接下来要把硬盘的数据线和电源连接上。我们在接设备时标识System的一头接在主板的IDE上，如图1-29所示。 如图1-30所示，把有标识Master的一头接在主启动硬盘上，标识Slave的一头可以接在第二块硬盘上。需要注意的是，此时这块硬盘就要按着硬盘上标明的方法改变跳线而变成副盘，这样计算机才能识别两块硬盘，否则只能找到一块或者两块都找不到。 在安装硬盘数据线的时候，记得一定要小心插拔数据线，应该是用拇指和食指分别拿住一端数据线接口的两头，然后轻轻平行地放在硬盘接口上，如图1-31所示，感觉硬盘接口上每根针都插进了数据线，就两端一齐平均用力把数据线插入。 然后把光驱的数据线接在光驱的40针接口上，注意接口顺序，数据线上标识红线的一侧紧靠光驱电源的部分，别插反了，如图1-32所示。 数据线的另一头插在主板的第二个IDE接口上，标识红色的一侧紧挨着主板IDE接口的1、2方位，如图1-33所示。 （9）键盘和鼠标的连接 把键盘接口接在主板的键盘接口上，现在的主板都符合PC99规范，有明显的彩色标志，比如键盘接口是紫色，PS/2鼠标接口是绿色，跟键盘接口、PS/2鼠标接口的颜色是一致的，如图1-34所示，这样在连接键盘和鼠标时候就不会插错了。另外要注意一点就是，插入时要用力适当，免得键盘、PS/2鼠标接口针弯曲。 （10）显示器的连接 取出显示器的电源线，将插头一端连接到电源上，另一端接到显示器背后的电源插孔中。注意显示器电源线有两种，一种是直接连接普通电源插座的三针插头，另一种是连接机箱电源插座的三孔插头。显示器背后电源孔的旁边有一根显示器信号线，用来与显示卡的信号输出口相连。数据线与显示卡连接的一端是一个3排15针的D型插头，将它插到机箱后面显示卡的15孔D型插座上即可。注意插入时不要太用力，防止把插针弯折。 （11）主机电源的连接 在连接主机电源之前，再检查一遍各种设备的连接是否正确，尤其是电源线的连接。确认无误后，将主机电源线插接在机箱后的插孔内，另一端插在电源插座上。 （12）开机测试 打开微机电源开关，确认机器中的设备开始运转，其中 CPU 风扇、机箱风扇、电源风扇会发出“嗡嗡”的声音，并且可以听到硬盘电机加电的声音，光驱也开始预检。当听到小扬声器“嘟”的一声，显示器出现系统提示信息，表明可以正确启动。此时检查一下电源灯和硬盘灯是否正常，如果一切正常表明硬件安装任务圆满完成。 此时的计算机就是所谓的“裸机”，要使计算机能够完成各种各样的功能，还必须进行软件安装。 近几年，微型计算机的硬件结构采用了开放式体系，我们可以根据需要灵活地进行配置组装，逐渐使DIY（Do It Yourself）成为一种流行趋势。本节将简要介绍微机配件的选购和微机软硬件的安装方法。 通常一台微型计算机的基本配置包括了主板、CPU、内存、显示器和显卡、硬盘、CD-ROM、软驱、键盘和主机箱等。如表1-4是一台微型计算机的配置单。 我们在选购微型计算机时要综合考虑性能和可承受的价格，一般选购计算机的基本原则有以下四个要素。 1适用 购买微机的用户因使用目的不同而对微机的要求则千差万别。通常大多数厂商也会因此对其产品进行分类，以满足不同用户的需要。 2够用 就CPU而言，对于家用微机，目前市场上主要流行的是Celeron4、Pentium4和AMD系列的处理器，如果你的微机不需要处理大容量的图形文件、大型3D游戏，那么Celeron和Duron处理器则是具有很高的性价比。那些对微机有很高要求的用户则应该考虑选用Pentium4和Athlon XP等高端产品。 3耐用 “耐用”一方面指微机的“健康与安全性”，另一方面也强调微机的可扩展性和更新换代。目前，微机的升级能力也算是评价微机耐用程度的一项指标。 4好用 一般来说，这种易用性主要表现在对微机操作的易用性、解决问题的易用性等方面。 微机配件配置采购完成后，就可以进行硬件安装了。硬件安装必须按照正确的方法。 1注意事项 防止人体所带的静电对电子器件造成损伤。在安装前，先消除身上的静电，一般可用手触摸自来水管等接地设备，如果有条件，可以佩戴防静电环。 断电操作，注意安全。 准备好螺丝刀、尖嘴钳、镊子、室内电源插头等工具。 各电子部件要轻拿轻放，避免碰撞，尤其是硬盘。安装主板一定要稳固，防止主板变形。用力适当，不要划伤电路板。 确保安装正确后，再加电调试检测。 2硬件安装过程 （1）机箱的安装 首先从包装箱中取出机箱一级内部的零配件（螺钉、挡板），将机箱两侧的挡板去掉，机箱面板朝向自己，平放在桌子上。打开零件包，挑出其中的 柱，将主板在机箱内部比较一下位置，将 柱螺丝钉旋入与主板上的螺丝钉所对应的机箱螺钉孔内。 （2）CPU的安装 用拇指和食指按住SOCKET478插座的零插拔力杆，如图1-20所示。稍往下用力压后往外抬起杆，把CPU按照缺针角的方向对准插座方向轻轻放入，如图1-21所示，然后再把零插拔力杆往下压。 将白色导热硅脂（也有可能是灰色的导热硅胶），均匀地涂抹在CPU的突出部位。在CPU散热风扇跟CPU接触的部位也涂抹一点，不要太多。然后就可以安装在插座上了。需要注意的是，如果用户安装FC-PGA封装的CPU（比如Celeron、Pentium 3、Athlon XP）一定要小心，如图1-22所示，因为它的散热部分很脆弱，一不小心就有可能被CPU风扇压碎，所以一定要轻拿轻放，最后记得把散热风扇的电源接口插在主板上。 现在主板上一般都有好几个风扇供电插座，CPU风扇最好插在第一个电源接口上，否则有些主板可能误以为用户的CPU风扇没有通电，主板自动保护电路起作用，导致开机不亮。 （3）安装内存 用户可以按照内存条上的缺口跟内存条插槽（DIMM）缺口一致的方向插上，确保方向没有错的情况下，均匀用力压下（如图1-23所示），此时应该听到“啪，啪”的两声，表示固定内存条的扣正常地扣紧了。 在用最新的INTEL850芯片的主板时，因为主板采用的是RAMBUS内存系统，要求必须同时插两根RAMBUS内存才能正常启动电脑，如果用户只有一根RAMBUS内存条，还要把随主板附带的内存终止器插上。 （4）主板的安装 现在新出的绝大部分主板都能自动识别 CPU ，一