计算机应用基础1717

第1章计算机基础知识

1.1计算机概述1.2计算机系统的组成与工作原理 1.3微型计算机的使用 1.4数制与信息编码 1.5计算机安全与病毒防治 1.1.1计算机的产生

1．计算机的概念

计算机(Computer)是一种不需要人为干预，能按照事先存储的程序自动、连续、快速、高效、精确地完成信息存储、数值计算、数据处理和过程控制等多种功能的现代化智能电子设备。由于它的工作方式与人的思维过程十分类似，因此人们俗称其为“电脑”。1.1计算机概述

2．计算机的诞生

世界上第一台电子数字积分计算机“埃尼阿克”(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，ENIAC)于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生，如图1.1所示。它是由该大学莫尔电机工程学院的埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯等四位科学家和工程师组成的“莫尔小组”研制成功的。图1.1ENIAC计算机研制电子计算机的想法产生于第二次世界大战期间。早在1943年，正值第二次世界大战进入激烈的决战时期，美国在新武器研制中的弹道问题涉及许多复杂的计算，需要迅速、准确地得以解决，单靠手工计算已远远无法满足要求，为了自动计算的需要，决定研制一台电子计算机，3年后，ENIAC正式交付使用。尽管这仅是一台电子管计算机，使用了18800只电子管，1500只继电器，70000只电阻，10000只电容，耗电150kW/h，体积85m3，占地170m2，重36t，计算速度为5000次/秒，但这在当时已是划时代的高速计算机了。

与以前的计算工具相比，ENIAC计算速度快、精度高，美国陆军用它计算炮弹的弹道已比人工计算效率提高了8400倍；用它计算炮弹着弹位置所需要的时间，比炮弹离开炮口到达目标所需要的时间还要短。因此，它一度被誉为“比炮弹还要快的计算机”

ENIAC可谓是“庞然大物”，因为它还没有软件，每算一道题，要人工把各个部件用线连起来。为了在机器上进行几分钟的数字计算，其准备工作要用几小时甚至1～2天的时间，使用很不方便。而且，每次至多只能存储20个字长为10位的十进制数，运算时故障频出。与现代计算机相比，它的速度很慢，容量小，且全部指令还没有存放在存储器中，操作复杂，稳定性差……尽管如此，它终究开创了计算机的新纪元，是20世纪人类最重大的发明之一，是科学技术发展的重大创新，是人类现代科学技术发展史上的重要里程碑。它的诞生标志着人类文明已进入了一个新的历史阶段。

3．计算机的由来

在ENIAC诞生之前，人类一直都在寻找一种快速、有效的计算工具，为探索用机器实现自动计算甚至模拟部分人脑的功能已进行了几百年甚至几千年的努力。人类从远古时期“掐指一算”的“指”到战国时期“运筹帷幄”的“筹”，从古希腊的柏拉图(公元前427—347)时代开始研究思维的模拟实现到公元600多年中国人的算盘、17世纪欧洲人的计算尺(1620年)、维也特(1540—1630)提出的运用符号、刻卜勒1623年发明的8位计算器、莱布尼兹(1646—1716)发明的二进制，经历了漫长的历史过程。随着机械工业的出现，英国数学家查尔斯·巴贝奇(CharlesBabbage，1792—1871)为了解决当时数学用表的计算问题，首先提出了通用数字计算机的设计思想，并早在1822年和1834年先后设计出了使用齿轮、连杆之类的机械装置可以实现的差分机和分析机。虽受当时技术水平的限制，直到巴贝奇逝世，这种设想也未能变为现实，但是分析机具有了输入设备、处理器、存储器、控制器及输出设备等五个装置。基础理论的研究与先进思想的出现也推动了计算机的发展。1854年，英国数学家乔治·布尔(GeorgeBoole，1924—1898)提出了符号逻辑的思想，数十年后形成了计算机科学软件的理论基础。丘奇于1930年在数理逻辑中引进了λ演算。英国数学家阿兰·图灵(AcanTuring，1912—1954)于1936年提出了人们称之为“图灵机”的理想计算机理论。图灵机由一条带子、一个读写头和一个控制装置组成。图灵机并非制造机器的方案，而是解决了数理逻辑的一个基础理论问题，并证明了通用数字计算机是可能制造出来的。

1950年图灵发表了《计算机能思考吗？》的论文，并设计了著名的图灵测试，提出了“机器思维”这个概念，为计算机科学开创了一个新的研究领域。从20世纪60年代开始，美国计算机协会设立了一年一度的“图灵奖”，表彰在计算机科研领域获得重大成就的人，以此来纪念这位伟大的科学家。

ENIAC诞生之后，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼(VonNeumann)针对ENIAC在存储程序方面存在的致命弱点，于1946年6月提出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含三个要点：

(1)采用二进制数形式的0、1代码串表示数据和指令。

(2)将指令和数据按执行顺序存放在存储器中。

(3)由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机。

其工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”相结合，即程序和数据都放在内存中，在程序的控制下自动完成操作。这就是通常所说的“顺序存储程序”的概念。

冯·诺依曼提出的结构体系奠定了现代计算机的结构理论，被称为计算机发展史上的里程碑，他被誉为“计算机之父”。人们把按照这一原理设计的计算机称为“冯·诺依曼计算机”，这种结构一直延续至今。组成计算机硬件的电子元器件大多都具有两种稳定的状态：电压的高和低，晶体管的导通和截止，电容的充电和放电等。两种状态分明，工作可靠，抗干扰能力强，可以很方便地用来表示二进制数0、1。不仅如此，二进制数还具有运算简单，便于逻辑量“真”和“假”的表示和运算等特点。因此，在计算机中数据信息(泛指由计算机进行处理的对象，如数字、字母、符号、文字、图形、图像和声音等)是以二进制数0、1的表示形式进行存储和运算的。通过输入设备输入到计算机中的任何形式的数据信息，都必须转换成二进制数的表示形式，才能被计算机硬件所识别，并进行计算和加工处理。同样，从计算机输出的数据，要进行逆向转换才能成为人们可以识别的数据信息。1.1.2计算机的常用术语

1．位(bit)

位是度量数据的最小单位，表示一位二进制信息，由0和1来表示。计算机中最直接、最基本的操作就是对二进制位的操作。

2．字节(Byte)

通常将8位二进制数编为一组，称为一个字节(Byte)，即1Byte=8bit。字节是信息存储中最常用的基本单位。计算机的存储器是以其存储信息的字节多少来表示其存储容量的，计算单位是B(字节)、KB(千字节)、MB(兆字节)、GB(吉字节)、TB(太字节)等，它们之间有如下换算关系：

1KB=210B=1024B，1MB=220B=1024KB

1GB=230B=1024MB，1TB=240B=1024GB

3．字(Word)

字是计算机进行算术运算或数据处理的一组二进制数，用来表示数据或信息长度，又称为计算机字。一个字由一个字节或若干字节(通常取字节的整数倍)组成，每个字中所含的位数是由机器类型所决定的。通常，运算器是以字节为单位进行运算的，而控制器是以字为单位进行接收和传递的。

4．字长(WordLength)

字长是计算机每个字所含二进制数的位数。一般情况下，字长越长，运算速度就越快，计算精度也越高，处理能力就越强。不同等级的计算机的字长是不同的，计算机中常用的字长从最初的4位、8位、16位、32位到现在的64位。

5．运算速度

计算机的运算速度是指机器每秒所能执行的机器指令条数，也叫做计算机的平均运算速度。在计算机中，工作是在时序电路的控制下一步步进行的，因此每一步发出的一个脉冲称为一个节拍或一个时钟周期，而每秒的节拍数叫做机器的主频。主频越大，每个节拍所需的时间就越少，运算速度也越快。1.1.3计算机的发展

1．计算机的发展阶段

自ENIAC问世以来，由于计算机应用需求的刺激，计算机结构理论和应用技术不断创新，尤其是20世纪中叶以来，电子工业特别是半导体技术快速发展，新型电子元器件不断涌现，性能迅速提高，使计算机技术获得了突飞猛进的发展。随着计算机所用逻辑元件的变化，计算机的发展历经四代，并向着第五代计算机发展。

1)第一代计算机——电子管计算机(1946—1957年)

第一代计算机使用电子管作为逻辑元器件，体积大，运算速度慢，可靠性差，耗电量大，维护较难且价格昂贵，寿命较短。它采用水银延迟电路或电子射线管作为存储部件，容量很小，后来使用磁鼓存储信息，扩充了容量。内存容量只有几千字节，每秒可做几千次或几万次运算，输入/输出方式也很落后。

第一代计算机没有系统软件，使用机器语言和汇编语言编程，主要用于科学研究、军事等少数尖端领域，只能被极少数人使用。但它为计算机的发展奠定了基础。

2)第二代计算机——晶体管计算机(1958—1964年)

第二代计算机有了很大发展，使用晶体管作为逻辑元器件，体积小，运算速度快，重量轻，功能强，可靠性高，耗能降低，元器件寿命长，同时成本也有所下降。它普遍采用磁芯作为主存储器，采用磁盘/磁鼓作为外存储器，每秒可做几十万或几百万次运算，内存容量扩大到几万字节。

第二代计算机使用系统软件，可以连续处理作业，提出了操作系统的概念，使用汇编语言和高级语言编程，如FORTRAN、COBOL、ALGOL60等，使计算机的工作效率大大提高。它可以应用于科学研究、军事等尖端领域以外的数据处理、工业控制等方面。

3)第三代计算机——集成电路计算机(1965—1970年)

第三代计算机使用中小规模的集成电路作为逻辑元器件，在几平方毫米的单晶硅片上集成了几十个甚至几百个电子元器件，体积和耗电量大大降低，运算速度和内存容量大大提高，性能和可靠性进一步提高，价格也大幅度降低，寿命更长。它采用半导体作为内存，取代了原来的磁芯存储器，提高了存储容量，增强了系统的处理能力。外部存储器采用磁带、磁鼓、磁盘，每秒可做几百万次运算，其内存容量达到几兆或几百兆字节。在第三代计算机阶段，系统软件有了长足发展，出现了分时操作系统，多个用户可以共享计算机软硬件资源；提出了结构化、模块化的程序设计思想；出现了结构化的程序设计语言PASCAL和对话式高级语言BASIC。它主要用于科学计算、数据处理、过程控制等方面。

4)第四代计算机——大规模和超大规模集成电路计算机(1971年至今)

第四代计算机使用大规模集成电路和超大规模集成电路作为逻辑元器件，在几平方毫米的单晶硅片上集成了几千个、几万个甚至几十万个电子元器件，体积进一步缩小，重量极度减小，成本大大降低，功能和可靠性进一步提高，计算机的使用得到普及。作为内存的半导体存储器，其集成度越来越高，容量越来越大。外存储器除广泛使用磁盘外，还出现了光盘、U盘等。每秒可做几亿或几十亿次运算，其内存容量达到几百或几千兆字节。从第四代计算机起，巨型机和工作站都以崭新的形象出现，尤其是微型计算机的出现和迅猛发展，极大地促进了计算机技术的飞速发展。分布式操作系统、软件工程、专家系统、ADA语言、Java语言等各种实用软件不断地开发出来，极大地方便了用户。多媒体技术的崛起，使计算机集图像、图形、声音、文字处理于一体。计算机技术与通信技术相结合，通过计算机网络把世界紧密地联系在一起。

2．计算机的发展趋势

1)智能化

所谓智能化，就是使计算机具有人工智能，使计算机能够识别图像、证明定理、探索、联想、启发思维、理解人类语言以及会话等。近年来，超大规模集成电路与人工智能技术的发展，给研制新型计算机提供了技术和物质条件。目前正在研究的智能计算机具有类似人的感觉和思维能力，能替代人的一些脑力和体力劳动，能“看”、“听”、“想”、“说”、“做”。

2)网络化

计算机网络技术已成为目前发展计算机的重要任务。所谓网络化，就是按约定的协议，将若干台计算机资源汇集，使它们彼此通过传输介质互连起来，以便充分利用计算机资源，扩大计算机的使用范围，实现信息资源的共享。

3)巨型化

为适应尖端技术和科学计算，特别是国防科研计算的需要，国际上和我国早已着手研制速度更快、容量更大、功能更强的巨型计算机。在方向上侧重于进一步强化计算机所具有的数值计算功能，在内容上侧重于研制新型的高速器件，在应用上侧重于强化计算机在尖端高新科技研究中的作用。

4)微型化

目前，微型机发展十分迅速，以高档微处理器构成的微机系统的功能相当强大，已超过了传统的小型计算机。由于微型机具有高集成度、高速度、大容量、高可靠性、低价格和更加小巧等特点，在性能价格比上具有明显优势，因而，微型机的迅猛发展已经成为当今科技发展的趋势。

在计算机发展中，不久的将来会是半导体技术、光学技术、超导和电子仿生技术与计算机技术相结合，出现速度更快、功能更强、更接近于人脑的光子计算机和生物计算机。

3．我国计算机发展情况

我国从1956年开始电子计算机的科学研究工作，对大型计算机的研究一直处于世界前列。

1957年，我国第一台模拟式电子计算机在哈尔滨工业大学研制成功。

1960年，我国第一台自行设计的通用电子计算机107机诞生。

1964年，我国成功研制出大型通用电子计算机119机。

1983年，我国国防科技大学成功研制出每秒运行1亿次的“银河”巨型计算机。

1992年，我国成功研制出每秒运行10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机。

1997年，我国成功研制出每秒运行130亿次的“银河Ⅲ”巨型计算机。

1999年，成功研制出银河四代巨型机。

2000年，我国自行成功研制出高性能计算机“神威I”，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。我国成为继美国、日本之后世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家。

2004年6月，中科院计算技术研究所、曙光信息产业有限公司和上海超级计算中心三方共同成功研制出每秒运行11万亿次的曙光4000A商用高性能超级计算机，使我国成为继美、日之后第三个跨越了10万亿次计算机研发、应用的国家。曙光4000A在全球超级计算机500强排名中名列第十。

2008年8月，我国中科院计算技术研究所、曙光信息产业有限公司自主成功研制出每秒运行超百万亿次运算速度的超级计算机——“曙光5000”，它标志着中国成为继美国之后第二个能自主研制超百万亿次商用高性能计算机的国家，也标志着我国生产、应用、维护高性能计算机的能力达到世界先进水平。1.1.4计算机的分类

1．按计算机的规模与性能划分

按计算机规模大小与性能高低，计算机可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机与工作站六大类。这种划分综合了计算机的运算速度、字长、存储容量、输入与输出能力、价格等指标。当然，伴随着计算机性能的日新月异，其划分标准也在不断改变中。巨型机又称为超级计算机，在计算机中性能最高、功能最强，其运算速度超过几十万亿次每秒，字长为64位甚至更长，内存储器容量达到TB数量级。微型机又称为微机，以使用微处理器、结构紧凑为特征，是计算机中价格最低、应用最广、发展最快、装机量最多的一种。当今微机字长可达64位，内存容量已达GB数量级，已经达到或超过往日的小型机水平，目前使用最多的就是微机。

工作站是一种高档微型机，是一种具备强大的数据运算与图形、图像处理能力的高性能计算机。它适用于工程设计、图形处理、科学研究、模拟仿真等专业领域。

2．按计算机的用途划分

按计算机的用途，计算机可分为专用计算机与通用计算机。专用计算机是针对某一特定应用领域，为解决某些特定问题而设计的。其结构比较简单，成本低，可靠性好，但功能单一。通用计算机是针对多种应用领域或者面向多种算法而研制的，系统结构较为复杂，有较丰富的通用系统软件，其通用性强，功能全，能适应多种用户的需求，成本则较专用计算机高。目前生产的计算机多数是通用计算机。

3．按信息的表示和处理方式划分

按信息的表示和处理方式，计算机可分为数字电子计算机、模拟电子计算机及数字模拟混合电子计算机。

在数字电子计算机中，信息用离散的二进制形式代码串表示。其特点是解题精度高，便于信息存储，通用性强。

在模拟电子计算机中，信息用连续变化的模拟量表示，其运算部件主要由运算放大器及一些有源或无源的网络组成。其运算速度很快，但精度不高，通用性不强，每当数学模型和运算方法变化时，就需要重新设计和编排电路。

混合计算机吸取上述两种计算机之长，既有数字量又有模拟量，既能高速运算，又便于存储，但设计困难，造价昂贵。

后两种计算机目前很少生产，通常所说的电子计算机就是指数字电子计算机。1.1.5计算机的特点

1．运算速度快

计算机的运算速度以每秒的运算次数(确切地说为每秒执行指令的平均条数)来表示。随着半导体技术和计算机技术的发展，计算机的运算速度已经从最初的几千次每秒发展到几十万次每秒、几百万次每秒，几十亿次每秒、几百亿次每秒，并在不断提高，是传统的计算工具所不能比拟的。计算机的高速运算不但可以提高工作效率，而且可以解决需要大量计算的问题，如气象预报、卫星发射等。

2．精确度高

计算机中数的精确度是由计算机的数据(二进制形式)位数(称为机器字长)表示的。机器字长越长，其允许的有效数字位数就会越多，则精确度就越高。

3．具有记忆(存储)能力

计算机有记忆(存储)大量信息的存储部件，它可以将原始数据和程序、中间结果、运算指令等信息存储起来，以备调用。

4．具有逻辑判断功能

计算机不仅能快速准确地进行计算，还具有逻辑运算能力，能在程序运行过程中随时进行各种逻辑判断，并根据判断的结果自动决定下一步应执行的命令，从而进行推理、控制，以至联想、自学等。

5．高度自动化与灵活性

计算机使用由程序控制机器运行的工作方式，只要人们预先编制好程序，将程序输入计算机系统，并运行程序，计算机就能实现自动化操作，依次取出指令，逐条执行，完成各种规定的操作，不需要人工干预。执行的程序不同，计算机所完成的工作也随之改变，从而可以在各种不同的应用领域中完成各种不同的任务。1.1.6计算机的应用

计算机在政治、经济、军事、金融、交通、农林业、地质勘探、气象预报、邮电通信、文化、教育、科学研究和社会生活等人类社会的各个领域都得到了极其广泛的应用。可以说，计算机应用之广泛、发展之迅速，是人们始料未及的。计算机已成为信息社会人人不可缺少的工作、学习、娱乐和家庭生活的重要工具，其影响涉及社会生活的各个方面。

1．科学计算

科学计算也称数值计算，是利用计算机解决科学研究和工程设计等方面的数学计算问题。科学计算的特点是计算量大，要求精度高，结果可靠。利用计算机高速性、大存储容量、连续运算的能力，可以处理人无法实现的各种科学计算问题。例如，宇宙飞船、人造卫星、导弹等的飞行轨迹计算，大型水利枢纽、桥梁、建筑的结构分析计算与仿真，天气预报的数据分析计算，石油勘探、地震信号的分析，人造蛋白质、人工胰岛素合成等生物化学的过程分析与实现方法的探寻等。

2．实时控制

用计算机控制各种自动装置、自动仪表、生产过程等称为过程控制或实时控制。用计算机实施过程或系统的控制，对提高产品质量和生产效率、改善劳动条件、节约能源与原材料、提高经济效益有重大作用。例如，交通运输方面的行车调度，农业方面人工气候箱的温、湿度控制，工业生产自动化方面的巡回检测、自动调控、自动记录、监视报警、自动启停等，家用电器中的某些自动功能等，都是计算机在过程控制方面的应用。计算机控制也是现代武器系统实现搜索、定位、瞄准、射击、机动所必不可少的技术。再如，人造卫星和导弹的发射中必须使用计算机实时控制系统和技术。

3．信息处理

信息处理泛指对非科学计算方面的信息进行采集、归纳、分类、统计、加工、存储、传递，并进行综合分析和预测等以管理为主的所有应用。例如，企业管理、档案管理、人事管理、财务管理、统计分析、商品销售管理、图书情报检索、银行电子化、机关办公文件处理等。信息处理的特点是原始数据量大，算术运算较简单，有大量的逻辑运算与判断，结果要求以表格或文件的形式存储或输出等。

4．辅助过程

辅助过程是指使用计算机进行辅助设计、辅助制造和辅助教学等。

计算机辅助设计CAD(ComputerAidedDesign)技术是设计人员借助计算机对飞机、车船、建筑、机械、集成电路、服装等进行辅助设计(如提供模型、计算、绘图等)的一项专门技术。CAD对提高设计质量、加快设计速度、节省人力与时间、提高设计工作的自动化程度有十分重大的意义。

计算机辅助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)是使用计算机进行生产设备与操作的控制，以代替人的部分操作，数控机床、柔性制造系统等都是计算机辅助制造的例子。CAM对提高产品质量、降低成本、缩短生产周期有很大作用。

计算机辅助教学CAI(ComputerAssistedInstruction)是指将计算机应用于教学和训练的一种新兴教育技术。CAI可以有效提高教学质量和效率，节省训练经费。此外，计算机辅助系统还有计算机辅助工程CAE(ComputerAidedEngineering)、计算机辅助测试CAT(ComputerAidedTest)、计算机辅助质量管理CAQ(ComputerAidedQuality)、计算机辅助工艺规划CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)、计算机辅助教育CBE(ComputerBasedEducation)等。

5．人工智能

人工智能AI(ArtificialIntelligence)是研究如何用计算机构造智能系统(包括智能机器)，以便模拟、延伸、扩展某些与人类智能活动有关的复杂功能的一门科学。例如，研究并模拟人的感知(视觉、听觉、嗅觉、触觉)、学习、推理，甚至模拟人的联想、感悟、发现和决策等思维过程。人工智能的研究与应用的领域有模式识别、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、知识工程、机器翻译、数据智能检索、自然语言理解、语音合成和语音识别、智能机器人等。其中智能机器人的研究和应用是人工智能研究成果的集中体现，对于科学研究和生产技术的发展有重要意义。

6．逻辑加工处理

逻辑加工处理是指用计算机对一逻辑性质的问题进行加工处理。最突出的例子是机器自动翻译，即由计算机把一种语言文字翻译成另一种语言文字。从1950年开始，好几个国家先后在计算机上进行机器自动翻译的研究试验。我国在1959年成功地进行了俄汉机器自动翻译试验。目前，国际上各主要文种的机器自动翻译已基本研究成功。

7．多媒体

多媒体又称为超媒体，是以计算机技术为核心，以交互方式将文本、图形、图像、音频、视频等多种媒体信息，经过计算机设备的获取、操作、编辑、存储等综合处理后，将这些媒体信息以单独或合成的形态表现出来的技术和方法。特别是，它利用现代声像技术和通信技术，将图形、图像和声音结合起来表达客观事物，以追求更自然、更丰富的接口界面，在方式上非常生动、直观，易被人们接受，因而其应用领域十分广泛。多媒体技术不仅覆盖了计算机的绝大部分应用领域，同时还拓宽了新的应用领域，如可视电话、视频会议系统等。实际上，多媒体系统的应用以极强的渗透力进入了人类工作和生活的各个领域，正改变着人类的生活和工作方式，成功地创造了一个绚丽多彩的多媒体世界。

8．计算机网络

计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，具有很强的生命力，近些年发展特别迅速。在Internet的推动下，各企事业单位和政府部门相继建立了自己的计算机网络系统，在国内外众多的网站上可以方便地获取和传递信息，查阅文献，做到资源共享。例如，利用远程教学和网上图书馆，教师和学生不出校门就可以方便、迅速地进行教学活动和查阅所需要的科研论文、参考文献等，大大提高了工作和学习的效率。

9．电子商务

电子商务是指利用计算机和网络进行的商务活动。具体地说，电子商务是指综合利用企业内部网、LAN(局域网)和Internet进行商品与服务交易、金融汇兑、网络广告或提供娱乐节目等一系列商业活动。交易的双方可以是企业之间，也可以是企业与消费者之间。它是一种比传统商务更好的商务方式，旨在通过网络完成核心业务，改善售后服务，缩短周转周期，从有限的资源中获得更大的收益，从而达到销售商品的目的。

10．办公自动化

办公自动化是指利用计算机系统来处理日常例行的各种工作，通过完善的文字、表格处理功能以及较强的图形、图像处理和网络通信能力，进行各种文档的起草、编排、存储、查询、统计、分析、输出等工作。从普通公文和信件的处理，到文献摘录、书刊、报纸的排版，以及论文、著作的撰写、演示等，办公自动化技术得到了非常广泛的应用。1.2.1计算机系统概述

一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成的，如图1.2所示。

1.2计算机系统的组成与工作原理计算机硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大功能部件组成的，也就是指组成计算机系统的各种能够看得见、摸得着的有形物理设备，如主板、CPU、硬盘、内存、显示卡、声卡、软盘驱动器、显示器、鼠标、键盘、调制解调器等。通常，人们把运算器、控制器和内存储器统称为计算机的主机，而把外存储器、各种输入和输出设备统称为计算机外部设备。图1.2计算机系统的组成计算机软件是指为运行、管理和维护计算机所开发的各种程序。软件是用户与计算机硬件系统之间的桥梁，它体现了人要计算机做什么、怎样做。只有硬件加软件才能构成完整的计算机，二者缺一不可。计算机依靠硬件和软件的协同工作来完成某一给定任务，硬件是计算机的“驱体”，而软件则是计算机的“灵魂”。把只有硬件而没有软件系统的计算机称为裸机，裸机只能识别0、1机器代码，对一般用户来说是没有用的。软件系统按其功能可分为系统软件和应用软件两大部分。1.2.2计算机的硬件系统

1．运算器(ArithmeticUnit)

运算器是计算机中对数据信息进行加工、运算的部件，它的速度决定了计算机的运算速度。运算器的功能是对二进制编码进行算术运算(加、减、乘、除)和逻辑运算(与、或、非、比较、移位)。

2．控制器(ControlUnit)

控制器的功能是控制计算机各部分按照程序指令的要求协调工作，自动地执行程序。它的工作是按程序计数器的要求，从内存中取出一条指令并进行分析，根据指令的内容要求，向有关部件发出控制命令，并让其按指令要求完成操作。

通常情况下把运算器和控制器合在一起，做在一块半导体集成电路中，称为中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)，又称微处理器，它是计算机系统的“大脑”。

3．存储器(Memory)

存储器是计算机中用于记忆的部件，它的功能是存放程序和数据。使用时，可以从存储器中取出信息(读取操作),也可以把信息写入存储器(存写操作)。计算机存储器一般分为内部存储器与外部存储器两种。

1)内部存储器

内部存储器简称内存，又称为主存储器(主存)，主要存放当前要执行的程序及相关数据。CPU可以直接对内存数据进行存、取操作。内存目前均采用半导体存储器，其存储实体是芯片的一些电子线路，因此其存、取速度很快，但其造价高(以存储单元计算)，容量较小。内存是计算机中数据交换的中心，CPU在存、取外部存储器时，都必须通过内存。内存又可分为只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)和随机存储器(RandomAccessMemory，RAM)两类。ROM是指只能读不能写的存储器，保存的是计算机厂家在生产时用专门设备写入并经固化处理的信息，用户只能读出数据而无法修改。即使断电，ROM中的信息也不会丢失。RAM也称读写存储器，CPU对其既可读出数据又可写入数据，但是，一旦关机断电，RAM中的信息将全部丢失。人们通常说的“主存”或“内存”均指RAM，RAM存储器的容量就是计算机的内存容量。

CPU与内存一起被称为计算机的主机。

2)外部存储器

外部存储器简称外存，又称为辅助存储器，可用来存放需要保存的程序和数据信息。通常，外存除只与内存成批地进行数据交换外，不按单个数据进行存取，也不能与计算机的其他部件直接交换信息。外存具有存储容量大，速度慢，价格低，能永久保存信息等特点。

常用的外存有硬盘、光盘(CD)、闪存(U盘)、移动硬盘、软盘和磁带等(不过，在微机上几乎不用磁带)。外存在断电时可保持信息不丢失，且信息保存时间长(如磁盘中的信息可以保持几年甚至几十年)，容量一般都较大。

4．输入设备(InputDevice)

输入设备是指向计算机输入数据信息的设备。它的任务是向计算机提供原始的信息，如文字、数字、声音、图像、程序、指令等，并将其转换成计算机能识别和接收的信息形式送入存储器中，以便加工、处理。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、数字化仪、麦克风、数码相机、数码摄像机、条形码阅读器、光笔、手写笔、游戏手柄、光电阅读仪等。

5．输出设备(OutputDevice)

输出设备用来输出经过计算机运算或处理后所得的结果，并将结果以字符、数据、图形等人们能够识别的信息形式进行输出。常见的输出设备有显示器、打印机、投影仪、绘图仪、扬声器等。

输入/输出设备(I/O设备)和外部存储器统称为外部设备(PeripheralEquipment)。1.2.3计算机的软件系统

1．系统软件

系统软件是指那些为了方便计算机硬件资源的使用和管理，为软件开发提供良好环境的软件。系统软件包括操作系统、语言处理软件(程序设计语言及语言处理程序)、数据库管理系统和工具软件等。

1)操作系统

操作系统是通用计算机必备软件，是计算机系统的核心软件。它用来控制和管理系统中的硬件资源和软件资源，并且提供用户支持的程序以及与之有关的各种文档。操作系统的种类很多，如DOS、Windows、Linux、UNIX等。

2)程序设计语言

程序设计语言是人与计算机进行交流的一种工具，它通常分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。

(1)机器语言：是用二进制代码0、1表示的能够被计算机识别和执行的语言。人们通过有序的计算机指令来指挥计算机工作。指令是一种规定计算机执行某种特定操作的命令，通常一条指令对应一种基本操作，每台计算机的指令系统就是该机器的机器语言。各种不同的机型有不同的指令系统，因此可以说机器语言是因机器而异的。用机器语言编写的程序占用内存少，执行速度快，但它的直观性差，不好理解、记忆，不通用。

(2)汇编语言：是用助记符来代替二进制的指令，它比机器语言直观，而且容易记忆。但计算机不能直接识别和执行汇编语言的指令，需要通过“翻译”(即汇编)将汇编语言编写的程序转换为机器语言后，计算机才能执行。汇编语言的指令语句与机器指令一一对应，因机而异，不能通用。

机器语言和汇编语言通常被称为低级语言。

(3)高级语言：是一种脱离计算机、面向过程、符合人们思维习惯并易为人们所理解和学习的语言，如BASIC、C、FORTRAN、PASCAL、FoxPro语言等。用高级语言编写程序，简单、省时、易懂。目前使用的大部分应用程序都是用高级语言编写的。用这种语言编写的程序不能被计算机直接读懂，需要用编译程序(相当于笔译)或解释程序(相当于口译)将它们翻译成机器语言后，才能让机器执行。

近年发展起来的可视化编程比上述语言编程又前进了一步，程序设计者不必再一句句地编写程序，而是在“可视化编程”环境下选择要做的事情，程序就可以自动生成。

3)语言处理程序

语言处理程序是为用户设计的编程服务软件，其作用是将用汇编语言或高级语言编写的程序(称为源程序)翻译成计算机能识别的目标程序。语言处理程序包括汇编程序、解释程序和翻译程序。

(1)汇编程序：是把用汇编语言编写的汇编语言源程序翻译成机器可执行的由机器语言表示的目标程序的翻译程序，其翻译过程叫汇编。

(2)解释程序：指接受用某种程序设计语言(比如BASIC语言)编写的源程序，然后对源程序中的每一个语句进行解释并执行，最后得出结果。也就是说，解释程序对源程序一边翻译，一边执行。解释程序比较简单，占用内存较少，对源程序错误的修改较方便，可移植性也好，但执行速度慢。

(3)编译程序：是将用高级语言编写的源程序翻译成与之等价的用机器语言表示的目标程序的翻译程序，其翻译过程称为编译。编译程序执行速度快，但其比较复杂，开发和维护费用较大。

4)数据库管理系统

数据库管理系统提供对大量的数据进行有组织、动态、高效的管理手段，为信息管理应用系统的开发提供强有力的支持。数据库系统是一个复杂的系统，通常所说的数据库系统并不单指数据库和数据库管理系统本身，而是将它们与计算机系统作为一个总体而构成的系统看做数据库系统。数据库系统通常由硬件、操作系统、数据库管理系统(DataBaseManagementSystem，DBMS)、数据库及应用程序等组成。数据库是按一定的方式组织起来的数据的集合，它具有数据冗余度小、可共享等特点。数据库管理系统的作用就是管理数据库，它具有以下功能：建立数据库，编辑、修改、增删数据库内容等对数据的维护功能；对数据的检索、排序、统计等使用数据库的功能；友好的交互式输入/输出能力；使用方便、高效的数据库编程语言；允许多用户同时访问数据库；提供数据独立性、完整性、安全性的保障。

不同的数据库管理系统以不同的方式将数据组织到数据库中，组织数据的方式称为数据模型。数据模型有四种类型：以二维表格形式组织数据的关系型，采用树型结构组织数据的层次型，采用网状结构组织数据的网络型，关系对象型。

目前常用的数据库管理系统有Access、FoxPro、SQLServer、Oracle、Sybase等。

有时也将数据库管理系统看做是应用软件。

系统软件还包括为了方便软件开发、系统维护而提供的各种工具软件，这里不再详述。

2．应用软件

应用软件是指计算机用户在各自的业务领域中开发使用解决各种实际问题的应用程序。应用软件可以分为三大类：通用应用软件、用于专门行业的应用软件和定制的软件。

通用应用软件支持最基本的应用，广泛地应用于几乎所有的专业领域，如办公软件包、浏览器、数据库管理系统及人事、财务、设备、计划管理系统等。通用应用软件也可以分为两大类：第一类是为小型企业设计的，它们都以完整的形式出售；第二类是为中等规模以上的企业设计的，通常由许多模块组成，每一个模块完成特定的工作，可以单独购买。有许多应用软件专门用于某一个专业领域，如牙科诊所、法律事务所、房地产事务所等。大型企业都有较高的特殊需求，而现成的应用软件往往不能满足这些需求，于是，这些企业需要研制和开发能满足他们特殊需求的定制软件。为了提高开发定制软件的速度，有些公司(如Oracle、SAP等)提供了一类专门供大型企业开发软件使用的软件。这类软件提供一个框架或构架，软件人员在框架的基础上进行开发，其开发时间短，得到的最终软件一般比较稳定，且用户界面也比较友好。常见的应用软件有：

(1)办公软件包。办公软件包包括文字处理、桌面排版、电子表格处理、商务图表、演示软件等。为了方便用户维护大量的数据，办公软件包还提供了小型的数据库管理系统，如MicrosoftOffice的Access等。MicrosoftOffice是常见的办公软件包。

(2)浏览器。浏览器提供访问Internet的统一的界面，用来浏览信息等。最常用的两个浏览器是MicrosoftInternetExplorer和NetscapeNavigator。

(3)实时控制软件。把用于实时控制的软件一般统称为SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，监察控制和数据采集)软件。目前，在微机上常用的SCADA软件有FIX、InTouch、Lookout等，它们对计算机的速度要求不高，但对可靠性要求却很高。其输入信息往往是电压、温度、压力、流量等模拟量，先将模拟量转换成数字量，由计算机进行处理或计算后，以此为依据，再根据预定的控制方案对过程进行控制。

(4)图形图像处理软件。常用的图形图像处理软件有PhotoShop、CorelDraw、3DSMAX、Freehand等。1.2.4计算机的工作原理

按照“存储程序、程序控制”的计算机基本工作原理，计算机的工作过程可以简单概括为输入、处理、输出和存储4个工作过程，如图1.3所示。在程序的指挥下，计算机根据需要进行工作。输入是指接受由输入设备(键盘或鼠标等)提供的信息；处理是指对信息进行加工处理的过程，并按一定方式进行转换；输出是指将处理结果在输出设备上(显示器或打印机等)显示或打印；存储是指将原始数据或处理结果在计算机的存储器(硬盘或U盘等)上进行保存以便再次使用。图1.3计算机工作过程示意图当计算机进入工作状态时，在计算机内部同时存在两股信息流(信息流和数据流)在流动。由输入设备输入的所有信息(包括源程序、原始数据、各种指令等)存放在存储器内。在信息的处理过程中，分离出来的各种指令以数据的形式由存储器出发同时去控制器，由控制器经译码后变为各种控制信号，形成控制流，它从控制器出发同时去控制输入设备的启动与停止，控制运算器按规定一步步地从存储器提取数据进行各种算术或逻辑运算和处理，控制存储器的读或写，控制输出设备等。另一方面，数据在进入存储器的处理过程中，由于控制器中的各种控制信号的作用，形成数据流，它们从存储器读入运算器进行运算，运算的中间结果返回并暂存入存储器中，直到最后由输出设备输出运算结果。1.3.1微型计算机概述

微型计算机(MicroComputer)简称微型机或微机，又称为个人计算机(PersonalComputer，PC)，它是相对于传统意义上的大、中、小型机而言的。这是计算机领域中发展最快的一类计算机，它被广泛地应用在各个方面。当今的PC小巧玲珑，成为企业、机关、军队、学校和家庭的常用工具，它能帮助人们完成许多工作。

1.3微型计算机的使用

1981年8月，美国IBM公司推出了第一台个人计算机IBM–PC。随着PC中所使用的CPU的不断升级，微机也经历了286、386、486、586(奔腾)、PⅡ、PⅢ、P4和双核等发展过程。一般人们用CPU的档次来大体表示微机的规格，例如，使用了Core2CPU的微型计算机便称为Core2机型。

目前，我国微机CPU技术已经达到“PentiumⅢ”水平，较有名的微机品牌有“联想”、“长城”、“方正”等。

常见微机的实际物理结构即组成微机的各个硬件设备，主要包括主机、显示器、键盘、鼠标、音响、打印机等，如图1.4所示。图1.4常见的微型计算机硬件设备1.3.2微机主机的内部构成

微机一般是根据开放式体系结构设计的，系统的组成部件大都遵循一定的标准，可以根据需要自由选择、灵活配置。无论是什么商标和型号的微机，其主要组成部件和基本配置都相似。从微机的制造商、型号和所配置的机箱样式、CPU型号、内存、主板、显示卡、硬盘、光驱、声卡、网卡、鼠标、键盘等主要部件(如图1.5所示)，就可以了解微机的性能情况。图1.5微机主机的内部构成

1．内存

1)ROM

微机主板上的ROM中固化有BIOS(BasicInput-OutputSystem，基本输入/输出系统)程序，它保存着系统设置信息、自检和系统自举程序，并反馈诸如设备类型、系统环境等信息，是面向硬件的底层软件。现在的主板还在BIOS芯片中加了如电源管理、CPU参数调整、系统监控、PnP(即插即用)、病毒防护等功能。

近年来，微机上常采用称为电可擦写ROM(EPROM或EEPROM)的存储元件，在微机正常工作状态或关机状态下，其功能与普通的ROM相同。运行专门的程序，可以通过微机内专设的电子线路，使其进入像RAM一样的工作状态，改写其中的内容，退出这种状态后，新的内容可被长期保存。电可擦写ROM的采用，可以使计算机在不更换硬件的条件下升级BIOS，支持新的需要，但同时也为计算机病毒提供了一个新的破坏对象。任何一个程序都要调入内存才能执行。为了能够在已有的机器内存条件下运行更大的程序，可采用“虚拟存储技术”通过软件将内存和一部分硬盘空间构成一个整体，充当内存使用的方法，称之为“虚拟存储器”。虚拟存储器技术能有效解决物理内存不足的问题，但使用时要比物理内存慢，虚拟存储器技术实际上是用时间换取了空间。

2)RAM

目前微机上广泛采用动态随机存储器(DRAM)作为主存。DRAM集成度高，功耗低，成本低。DRAM中的SDRAM是奔腾计算机系统普遍使用的内存形式，其刷新周期与系统时钟保持同步，使RAM和CPU以相同的速度同步工作，取消等待周期，减少了数据存取时间。DDR(DoubleDataRate)SDRAM为双倍速率的SDRAM，其速度是SDRAM的两倍，目前主流内存是速度更快的DDR2。RDRAM(RanbusDRAM，存储器总线式动态随机存储器)被广泛应用于多媒体领域。微机上使用的动态随机存储器被制作成内存条的形式出现。内存条的外形如图1.6所示，它被插在系统主板的内存插槽上。

图1.6内存条外形图

3)CMOS存储器

除了ROM之外，在计算机中还有一个称之为CMOS的“小内存”，它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量及内存容量等。若将这些信息保存在ROM中，就不能被修改，也就不能将硬盘升级，或修改日期等信息。因此，微机使用CMOS存储器保存这些引导数据，它保存的时间要比RAM长，但又不像ROM那样不能修改。

2．CPU

CPU是整个计算机的核心，计算机的运算处理功能主要由它来完成；同时它还控制计算机的其他零部件，从而使计算机的各部件协调工作。可以说，中央处理器的性能决定着整个计算机系统的性能。CPU的外形如图1.7所示。图1.7CPU的正面和反面

CPU的性能主要是由字长、位宽、主频等决定的。

CPU的字长是指CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数，它体现了一条指令所能处理数据的能力。字长越长，CPU可同时处理的数据位数就越多，功能就越强，但CPU的结构也越复杂。

CPU的位宽是指CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据位。

CPU的主频也叫工作频率，是CPU内核电路的实际运行频率，所以也叫做CPU内频，它等于CPU在一秒内能够完成的工作周期数。CPU的主频以MHz(兆赫)、GHz(吉赫)为单位，主频越高，表明CPU的运算速度越快。从第一台IBM-PC使用美国Intel公司生产的8080CPU后，CPU的技术水平飞速提高，Intel公司先后推出了80286、80386、80486、Pentium、PentiumPro、PentiumⅡ、PentiumⅢ、P4、Core(酷睿)、Core2等系列产品。除此之外，还有IBM、Apple、Motorola、AMD、Cyrix等公司生产的微处理器产品。CPU的工作速度越来越快，从每秒完成几十万次基本运算发展到上亿次，内部结构也越来越复杂。计算机在工作时，CPU频繁地和内存交换信息。目前CPU的速度越来越快，其执行指令的速度远远高于内存的读写速度，当CPU从RAM中读取数据时，就不得不进入等待状态，放慢它的运行速度，因此极大地影响了计算机的整体性能。为有效解决这一速度冲突问题，提高整体性能，在微机上采用了Cache(高速缓存存储器)技术方案。Cache是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，是CPU和RAM之间的桥梁。Cache一般采用静态随机存取存储器(SRAM)构成，它的访问速度是DRAM的10倍。

Cache的工作原理为：通常程序在内存中是按顺序执行的，当CPU要访问内存中的数据时，先在Cache中查找，若Cache中有CPU所需的数据(称为命中)，则CPU直接从Cache中读取，如果没有，就从内存中读取数据，并把与该数据相关的一部分内容复制到Cache，为下一次访问做好准备。只要算法得当，在Cache中的命中率一般很高，平均可达80%左右，从而提高了工作效率。

Cache按其功能通常分为两类：CPU内部的Cache和CPU外部的Cache。CPU内部的Cache也称为一级Cache，简称L1(Level1)，它是CPU内核的一部分，负责在CPU内部的寄存器与外部Cache之间的缓存；CPU外部的Cache相对CPU是独立的部件，它主要用于弥补CPU内部Cache的容量过小，负责整个CPU与内存之间的缓存。早期的外部Cache都被安排在主板上，称为板载Cache，简称为L2(Level2)，以主板上总线的速度进行工作。为解决L2与CPU速度之间的瓶颈，自PⅢ开始，将L2与CPU内核封装在同一块芯片中，但不属于CPU，这种设计的Cache叫做片载，也被称为全速Cache，其工作频率与CPU内核相同。而主板继续使用速度更高、容量更大的Cache就成了三级Cache。

3．主板

主板是微机系统中最大的一块印刷电路板，又称母板或底板，由印刷电路、CPU插座、控制芯片、CMOS只读存储器、Cache存储器、各种扩展插槽、键盘插座、各种连接插座和各种开关及跳线组成，如图1.8所示。主板是微机系统中最重要的部件，其性能的好坏在很大程度上决定了CPU及其他板卡性能的发挥，从而影响计算机运行的速度与稳定性。目前市场上的主板主要有Intel、华硕、微星、技嘉等品牌。不插CPU、内存条、控制卡的主板称为裸板。图1.8主板及其部分配件为简化主板结构，控制与管理整个计算机的硬件以及数据传递，将复杂的电路元件集成为性能可靠的“北桥芯片”和“南桥芯片”，并统称为“芯片组”。位于CPU旁边的是北桥芯片，负责CPU和内存的数据传输，提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽等的支持。北桥芯片起着主导性的作用，也称为主桥(HostBridge)。南桥芯片一般离CPU插槽较远，负责外设(键盘、鼠标)和内存数据传输，提供对KBC(键盘控制器)、RTC(实时时钟控制器)、USB(通用串行总线)等的支持。

4．总线

总线是微机中系统部件之间传送信息的通道，是微机中各种信号连线的总称。微机中的总线按连接对象分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线位于CPU芯片内部，用于连接CPU的各个组成部件；系统总线是指主板上连接微机中各大部件的总线；外部总线是微机和外部设备之间的总线，微机通过外部总线与其他设备进行信息与数据交换。

总线的传输方式是并行的，所以也称并行总线。总线按功能分为数据总线(DataBus,DB)、控制总线(ControlBus,CB)和地址总线(AddressBus,AB)。数据总线用于传送数据信息(DB为双向)；控制总线用于传送各种控制信号，包括CPU到存储器或外设接口的控制信号和外设到CPU的各种信号等；地址总线用于传送CPU发出的地址信息，以便选择需要访问的存储单元或输入/输出接口电路。

5．扩展插槽

微机采用开放式体系结构，在系统主板上装有多个扩展槽，用来插入部件或连接外部设备。扩展槽与主板上的总线相连，任何插入扩展槽的电路板(例如显示卡、声卡)就可通过总线与CPU连接，从而实现系统的扩充和与外设的连接。目前主板上的扩展插槽有ISA插槽、PCI插槽和AGP插槽。

1)ISA插槽

ISA插槽是基于ISA总线(IndustrialStandardArchitecture，工业标准结构总线)的扩展插槽，为主板下端最长的插槽，一般为黑色。ISA插槽为16位插槽，可插接显卡、声卡、网卡以及所谓的多功能接口卡等扩展插卡。ISA插槽是早期的插槽，占用CPU资源太高，数据传输较慢，现基本被淘汰。

2)PCI插槽

PCI插槽(PedpherdComponentInterconnect，连接外围设备端口)是基于PCI局部总线的扩展插槽，一般为乳白色，位于主板上AGP插槽的下方、ISA插槽的上方。其位宽为32位或64位，可插接显卡、声卡、网卡、内置Modem、内置ADSLModem、USB2.0卡、IEEE1394卡、IDE接口卡、RAID卡、电视卡、视频采集卡以及其他种类繁多的扩展卡。PCI插槽是目前微机主板上的主要常用扩展插槽，通过插接不同的扩展卡可以获得目前微机所能实现的几乎所有的功能，是名副其实的“万用”扩展插槽。

3)AGP插槽

AGP插槽(AcceleratedGraphicsPort，图形加速端口)是在PCI总线基础上发展起来的、由英特尔开发的提高视频性能的插槽，专门用于图形显示卡，让视频处理器与系统主内存直接相连，进行点对点传输，避免经过PCI总线而造成的系统瓶颈。AGP插槽通常为棕色，与PCI、ISA插槽不处于同一水平位置，而是向内一些，槽结构与PCI、ISA也完全不同。目前，AGP插槽已经不能满足显卡传输数据的速度，已逐渐被淘汰，取代它的是PCIExpress插槽。

6．外部设备接口

外部设备接口是计算机与外设连接的端口。在计算机上常见的外部设备接口如图1.9所示。图1.9常见外部设备接口

1)串行接口

微机的串行接口插座分为9针和25针两种，目前最普遍的用途是连接鼠标和调制解调器。串行接口常被赋予专门的设备名COM1、COM2……串行接口常被称为异步通信适配器接口(RS-232-C)，最大通信距离为15m。

2)并行接口

微机的并行接口插座上有25个导电的小孔，由于并行接口常用于连接打印机，因此该接口常被称为打印口或并行打印机适配器。并行接口被赋予专门的设备名LPT，为区别同一台计算机上的多个并行端口，依次称为LPT1、LPT2……

3)USB接口

USB(UniversalSerialBus，通用串行总线)接口是一种新型的输入输出总线接口，USB它为外设提供电源，能同时连接127个外设，可同时支持高速和低速设备的访问。目前可以通过USB接口连接的输入/输出设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、数码照相机、显示器、打印机、绘图仪和调制解调器等。

4)IEEE1394接口

IEEE1394是一种外部高速串行总线接口标准，支持热插拔，支持同步和异步两种数据传输模式。该接口技术由苹果公司率先创立，称之为Firewire，所以很多人也将它称为火线。近年来随着成本的下降，1394卡正迅速普及。1394接口具有把一个输入信息源传来的数据向多个输出机器广播的功能，可以把微机及其外部设备(如硬盘、打印机、扫描仪)、各种家电(如数码照相机、DVD播放机、视频电话等)连接在一起，特别适合于家庭视听AV(AUDIO-VISUAL)的连接，具有良好的视听AV设备重播声音和图像数据质量的效果。

5)硬盘接口

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，其作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行的快慢和系统性能的好坏。从整体的角度上，硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种。在IDE和SCSI的大类别下，又可以分出多种具体的接口类型，且各自拥有不同的技术规范，具备不同的传输速度，比如ATA100和SATA，Ultra160SCSI和Ultra320SCSI都代表着一种具体的硬盘接口，各自的速度差异也较大。

(1)IDE(IntegratedDeviceElectronics，集成设备电子部件)：是把控制器集成到硬盘驱动器内，在硬盘适配器卡中不再有控制器，消除了驱动器和控制器间的数据丢失问题，数据传输可靠，硬盘安装方便。IDE接口硬盘多用于家用产品中，部分也用于服务器。

(2)SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口)：是一个多任务接口，具有总线仲裁功能，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI总线上的适配器和控制器可以并行工作，在同一个SCSI控制器控制下的多台外设也可以并行工作。SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。

(3)光纤通道(FibreChannel)：和SCSI接口一样，光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，而是专为网络系统设计的，只用在高端服务器上，随着存储系统对速度的需求，其逐渐被应用到硬盘系统中。光纤通道的主要特性有热插拔性，高速带宽，远程连接，连接设备数量大等。

(4)SATA(SerialATA，串行ATA)：是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比，其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点，正处于市场普及阶段，在家用市场中有着广阔的前景。

7．电源

微机电源是安装在机箱里的一个金属壳体内的独立部件，通过主板为系统的各种部件和键盘提供工作所需的电源。时至今日，微机电源仍是根据IBM公司的个人电脑标准制造的，已从AT电源发展到ATX电源。

8．机箱

机箱一般由金属体和塑料面板构成，主机的系统部件均安装在机箱内。机箱有卧式和立式两种，目前使用最多的是立式机箱。机箱面板上一般配有各种工作状态指示灯和控制开关，光盘驱动器和USB等接口通常安装在前面以便操作，机箱后面一般是电源及输入输出设备等的接口。1.3.3微机的常用外设

1．常用外存储器

1)软盘

软盘是一种磁介质形式的较大容量的存储器，它是通过被封装在保护套内的一种涂有磁性物质的柔性圆形聚脂薄膜磁盘片的盘面上划分出的磁道和扇区储存信息的。软盘是微机中最早使用的数据存储器之一。其价格便宜、可脱机保存、携带方便，但由于软盘的容量和速度已不能适应现在的需求，随着各种大容量移动存储设备的普及，软盘已很少使用。微机中使用的软盘和软盘驱动器(软驱)经历了从5.25英寸到3.5英寸，由单面到双面，由低密到高密的发展过程。目前在微机上还能见到的软盘一般是3.5英寸的双面高密度软盘，简称为3.5寸盘，容量为1.44MB，如图1.10所示。

软盘是靠软驱上的磁头来对磁盘片进行读写操作的。软驱是一个电子机械设备，使用软盘时，先将软盘插入软驱中，然后进行读写操作即可。软盘上有一个写保护孔，将小滑动块移开露出小孔，就是对软盘进行写保护。图1.103.5寸磁盘的外形及内部结构示意图

2)硬盘

硬盘(HardDisk)又叫固定盘，由若干硬盘片及硬盘驱动器组成，完全密封在一个保护箱体内，一般被固定在计算机机箱内。硬盘片由涂有磁性材料的铝合金构成。硬盘是微机主要存放信息(系统软件、应用软件、用户数据等)的地方，是微机最重要的外部存储器，如图1.11所示。图1.11硬盘及其内部结构硬盘具有固定密封、体积小、容量大、读写速度快、可靠性高、使用方便等特点，是各种机型的主要外存设备。一般的微机可配置不同数量的硬盘，且都有扩充硬盘的余地。现在的硬盘向大容量、高速度发展，著名品牌有IBM、Seagate(希捷)、WD(西数)、Maxtor(迈拓)等。硬盘的存储格式与软盘类似，但硬盘的容量要大得多，存取速度也快得多。硬盘在第一次使用时，必须进行分区和格式化。硬盘的指标主要体现在容量和转速上。磁盘转速越快，存取速度就越快，但对磁盘读写性能要求也就越高。磁盘的容量已从过去的几十兆字节、几百兆字节，发展到目前的几十吉字节到几百吉字节，将来会达到几十太字节，甚至更大。转速已发展到7200r/min(IDE接口)、10000r/min(SCSI接口)等。

磁盘存储器有如下几个基本概念：

磁道：每个盘片的每一面都要划分成若干条形如同心圆的磁道，这些磁道就是磁头读写数据的路径。磁盘的最外层是第0道，最内层是第n道。扇区：为了存取数据的方便，每个磁道又分为许多称之为扇区的小区段。每个磁道(不管是里圈还是外圈)上的扇区数是一样的，每个磁道记录的数据也一样多。所以内圈磁道上的记录密度要大于外圈磁道上的记录密度。

柱面：一个硬盘由几个盘片组成，每个盘片又有两个盘面，每个盘面都有相同数目的磁道。所有盘面上相同半径的磁道组合在一起，叫做一个柱面。

磁盘容量：是磁盘能够存储信息的大小。例如，若一个磁盘片有80条磁道，每道划分为18个扇区，每个扇区可存储512B的数据，且磁盘正反面都可以存储数据，则其容量为512B×18×80×2=1.44MB。

3)移动硬盘

移动硬盘是硬盘的一种，是计算机之间交换大容量数据的中间存储器，具有高速、大容量、轻巧便捷、安全可靠等特点。它既具有软盘的便携性，又具有硬盘的特性，而且多采用硅氧盘片，使其存储量更大和可靠性更好。移动硬盘通常有两种规格：2.5英寸和3.5英寸，分别对应笔记本电脑和台式电脑的硬盘。2.5英寸硬盘的体积和重量较小，更便于携带。移动硬盘的外观如图1.12所示。

移动硬盘早期有过IDE接口的，但需要打开机箱连接，使用不方便。现多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口。其中，USB接口现有USB1.1、USB2.0等规格。

图1.12USB接口的移动硬盘

4)光盘存储器

光盘(CompactDisk，CD)是利用激光进行读写信息的圆盘。光盘存储器系统是由光盘片、光盘驱动器(光驱)和光盘控制适配器组成的，如图1.13所示。它具有容量大、速度快、兼容性强、可靠性高、保存时间长、用途广、盘片成本低等特点，是微机数据交换的主要存储介质。随着计算机技术的不断发展，多媒体计算机已经大量应用于各个领域，光盘驱动器已经成为微机的基本配置。一般的光盘驱动器只能读光盘，只有刻录机才具有对光盘的写功能。常见的光盘存储器和类型有CD-ROM、CD-R、CD-RW和DVD-ROM等。图1.13光盘及光盘驱动器

(1)CD-ROM(CompactDisk-ROM，只读光盘)：只有一面有数据，其内容在光盘生产时就已经确定，盘片一旦制成，只能读取，不可改变。在计算机领域，CD-ROM主要用于视频盘和数字化唱盘，以及各种多媒体出版物等。

(2)CD-R(CD-Recordable，刻录光盘)：这种光盘买来时为空白盘，可以分一次或几次对它写入数据，写操作采用追加方式，已写入的内容不可修改而只能读取。CD-R光盘一般可用于资料的永久性保存，也可用于自制多媒体光盘或光盘拷贝。

(3)CD-RW(CD-ReWritable，可擦写光盘)：是一种新型的可以反复读写的光盘，既具有硬盘的大容量，又具有软盘的可装卸等优点。

(4)DVD-ROM(DigitalVersatileDisk-ROM，数字化多功能盘)：DVD-ROM单面单层的容量为4.7GB；单面双层的容量为7.5GB；双面双层的容量可达到17GB。DVD-ROM一倍速率是1.3MB/s。

在计算机上用于衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率为150KB/s。如果在一个24倍速的光驱上读取数据，则数据传输速率可达到24×150KB/s=3.6MB/s。

5)U盘与闪存

U盘又称为优盘，也称闪盘，是采用USB接口和闪存技术存储数据信息的无需驱动器的微型高容量的移动存储设备，如图1.14所示。

U盘容量大，无需外接电源，使用简便，即插即用，带写保护功能，存取速度快，约为软盘速度的几十倍至几百倍；可靠性好，目前U盘可擦写达100万次，数据可保存10年；抗震性能极强，防潮防磁，耐高低温，安全可靠性很好；体积非常小，仅大拇指般大小，重量极轻，约为20克，特别适合随身携带；无需物理驱动器就能独立工作，带有USB接口的计算机都可以使用，主要用于存储较大的数据文件和在电脑之间方便