有效解決電腦運(yùn)行緩慢或者停止響應(yīng)，本期視頻和內(nèi)容絕對不容錯(cuò)過，將為大家介紹幾個(gè)關(guān)鍵步驟前往嘗試解決系統(tǒng)性能問題，從而提升電腦運(yùn)行速度，完善操作體驗(yàn)。
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//貼心小提示
在開始一系列診斷操作之前，建議先移除所有外設(shè)。這將有助于排除是系統(tǒng)本身還是外接設(shè)備所導(dǎo)致的性能問題，外接設(shè)備如打印機(jī)或者拓展底座等。
1
定期重啟電腦
重啟電腦可以幫助清除系統(tǒng)內(nèi)存（RAM），并徹底關(guān)閉已啟動的任何錯(cuò)誤進(jìn)程和服務(wù)。如果電腦一直處于使用狀態(tài)，那么建議至少每周重啟一次。
2
使用Dell SupportAssist掃描優(yōu)化系統(tǒng)
在搜索框中，輸入并打開SupportAssist，點(diǎn)擊立即開始進(jìn)行優(yōu)化檢測。
3
運(yùn)行硬件檢測
采用ePSA進(jìn)行硬件掃描，具體操作過程可以參考相關(guān)推文?：ePSA診斷程序介紹。若ePSA無法確定原因，便可按以下方式嘗試運(yùn)行線上診斷：打開戴爾技術(shù)支持頁面，輸入對應(yīng)服務(wù)標(biāo)簽；或點(diǎn)擊檢測PC，接著點(diǎn)擊診斷，再點(diǎn)擊完整測試，并根據(jù)提示完成后續(xù)操作。
4
使用病毒查殺軟件，為設(shè)備運(yùn)行深度掃描
Win系統(tǒng)的電腦，一般都內(nèi)置Windows Defender，大多數(shù)戴爾電腦也預(yù)裝了基本邁克菲防病毒軟件，可適當(dāng)使用病毒軟件進(jìn)行電腦整體掃描檢查。
//貼心小提示
在計(jì)算機(jī)上安裝多個(gè)防病毒軟件并不能為系統(tǒng)提供更好防護(hù)，可能還會進(jìn)一步降低設(shè)備性能，故適當(dāng)安裝合適靠譜的防病毒軟件即可。
5
重置還原，重裝系統(tǒng)
若以上方法依舊無法解決問題，那么可嘗試重置還原?：Win10系統(tǒng)還原功能，或者重裝系統(tǒng)?：如何在系統(tǒng)中，重裝系統(tǒng)？具體操作過程可以參考以上給出的相關(guān)文章教程。
即刻掌握以上幾個(gè)提升系統(tǒng)運(yùn)行速度的寶藏知識，助力電腦順暢操作，讓工作效率瞬間提升。
人類在認(rèn)識自然、改造自然的過程中，曾經(jīng)創(chuàng)造過各種各樣的計(jì)算工具。中國古代早在 春秋戰(zhàn)國時(shí)已使用竹子制作的算籌進(jìn)行計(jì)數(shù)。唐代時(shí)出現(xiàn)早期的算盤，宋代時(shí)已有算盤口訣 的記載。17 世紀(jì)后，隨著西方產(chǎn)業(yè)革命的到來，推動了計(jì)算工具的進(jìn)一步發(fā)展，在歐洲出 現(xiàn)了能實(shí)現(xiàn)加減乘除運(yùn)算的機(jī)械式計(jì)算機(jī)。1944 年美國物理學(xué)家艾肯教授領(lǐng)導(dǎo)完成了第一 臺機(jī)電式通用計(jì)算機(jī) MARK1，其主要元件采用繼電器，是一臺可編程序的自動計(jì)算機(jī)。 世界上的第一臺通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)是美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院的莫奇利和埃克 特領(lǐng)導(dǎo)的科研小組建造的，取名為 E N I A C ,即電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī);
該計(jì)算機(jī) 由 18000 多個(gè)電子管、1500 多個(gè)繼電器等組成，占地 170 平方米，重量達(dá) 30 噸，耗電 140 千瓦，投資超過 48 萬美元。該機(jī)器字長 10 位，采用十進(jìn)制，計(jì)算速度為 5000 次／秒，每 次至多只能存儲 20 個(gè)字長為 10 位的十進(jìn)制數(shù)。計(jì)算程序是通過插件式“外接”線路實(shí)現(xiàn)的， 尚未采用“程序存儲”的方式。為了在機(jī)器上進(jìn)行幾分鐘的數(shù)字計(jì)算，準(zhǔn)備工作往往要用幾 小時(shí)甚至 1~2 天的時(shí)間，使用很不方便。
ENIAC 計(jì)算機(jī)于 1945 年底宣告竣工，1946 年 2 月 15 日正式舉行揭幕典禮，它標(biāo)志著人類計(jì)算工具的歷史性變革。其重要意義在于它奠定 了計(jì)算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)時(shí)代，引發(fā)了一場由工業(yè)化社會發(fā)展到信息化社會的新 技術(shù)革命浪潮，揭開了人類歷史發(fā)展的新紀(jì)元。計(jì)算機(jī)問世以后，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的飛速發(fā) 展，已由早期單純的計(jì)算工具發(fā)展成為在信息社會中舉足輕重、不可缺少的具有強(qiáng)大信息處 理功能的現(xiàn)代化電子設(shè)備。
（1） 第一代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 4 6～1 9 5 8 年)
早期的計(jì)算機(jī)采用電子管作為基本邏輯元件，體積大、耗電多、價(jià)格貴，運(yùn)行速度低， 存儲容量小，可靠性差。編寫程序的語言是機(jī)器語言或匯編語言，幾乎沒有什么軟件配置。 盡管如此，這一代計(jì)算機(jī)卻奠定了計(jì)算機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，如：二進(jìn)制、自動計(jì)算和程序設(shè)計(jì)等， 并對以后計(jì)算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 這個(gè)時(shí)期計(jì)算機(jī)的商品化主要由美國國際商業(yè)機(jī)器公司( IBM)實(shí)現(xiàn)，以 IBM 系列機(jī)為 代表，其代表機(jī)型有 IBM650、IBM709 等。 這一時(shí)期計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要是科學(xué)計(jì)算，主要用于軍事和科研部門。
（2） 第二代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 5 8～1 9 6 4 年)
第二代計(jì)算機(jī)使用晶體管作為邏輯元件。晶體管與電子管相比，具有體積小、壽命長、 開關(guān)速度快、省電等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了晶體管，第二代計(jì)算機(jī)的體積大大減小，運(yùn)算速度及 可靠性等性能大為提高。
第二代計(jì)算機(jī)所用的編程語言成為以后計(jì)算機(jī)語言的基礎(chǔ)，高級語言 FORTRAN、 COBOL、ALGOL 等相繼問世，因而使程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性大大降低，方便了計(jì)算機(jī)的使用。 代表機(jī)型有 IBM-7094 機(jī)、CDC7600 機(jī)。 這一時(shí)期計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已由科學(xué)計(jì)算拓展到數(shù)據(jù)處理、過程控制等領(lǐng)域。
（3） 第三代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 6 4 ~ 1 9 7 4 年)
第三代計(jì)算機(jī)采用半導(dǎo)體中小規(guī)模集成電路作為邏輯元件。由于集成電路體積更小，耗 電更省，壽命更長，可靠性更高，這使得第三代計(jì)算機(jī)的總體性能較之第二代計(jì)算機(jī)有了大 幅度的躍升。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有了很大改進(jìn)，在商品計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)上出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、 系列化的局面。同時(shí)，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，尤其是操作系統(tǒng)的逐步成熟是第三代 計(jì)算機(jī)的顯著特點(diǎn)。軟件出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化模塊化程序設(shè)計(jì)方法。這一時(shí)期最有影響的是 IBM 公司研制的 IBM-360 計(jì)算機(jī)系列。此外，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
（4） 第四代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 7 4 年以后)
采用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件是第四代計(jì)算機(jī)的主要特征。這個(gè)時(shí)期是計(jì)算機(jī)發(fā)展 最快、技術(shù)成果最多、應(yīng)用空前普及的時(shí)期。在軟件方面，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式操作 系統(tǒng)等，網(wǎng)絡(luò)軟件大量涌現(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入普及時(shí)代。應(yīng)用軟件的開發(fā)已逐步成為一個(gè)龐 大的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)。
第四代計(jì)算機(jī)中最有影響的機(jī)種莫過于微型計(jì)算機(jī)，它誕生于70年代中期， 80 年代得到了迅速推廣，這是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上最重要的事件。
自進(jìn)入第四代計(jì)算機(jī)以來，計(jì)算機(jī)的硬件與軟件技術(shù)都獲得了驚人的發(fā)展。計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 向微型化、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件的功能日趨完善，規(guī)模 越來越大、應(yīng)用軟件的開發(fā)日趨簡便。多媒體技術(shù)的興起引起計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的革命，人們 利用聲音、符號、圖形、圖像即可開發(fā)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，信息表達(dá)工具 (電話、電視、終端)、信息處理工具(計(jì)算機(jī))和信息傳輸工具(有線通訊、無線通訊及衛(wèi)星通 訊)已趨于一體化，為人類方便地處理信息開辟了更廣闊的前景。 現(xiàn)在，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)和社會生活的各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通 信技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，尤其是互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使得世界各地的人們可以相 互交流，縮短了彼此之間的距離。同時(shí)，隨著遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療和電子商務(wù)的發(fā)展，使我 們的生活方式和生活環(huán)境發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)也已成為國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)展最快、最具有 活力的部門之一，計(jì)算機(jī)及其技術(shù)對人類社會的進(jìn)步和文明正在起著越來越顯著的積極作用。
習(xí)目標(biāo)：
1．掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成；
2．理解計(jì)算機(jī)的工作原理，計(jì)算機(jī)中信息的表示；
3．了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展及其特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)中信息的表示和數(shù)制的基本概念、以計(jì)算機(jī)為
基礎(chǔ)的信息技術(shù)應(yīng)用。
人類文明的發(fā)展猶如一條長河，在漫長的進(jìn)程中，先后經(jīng)歷了舊石器和新石器為代表的
狩獵和采集文明階段，以青銅器和鐵器為代表的農(nóng)業(yè)文明階段，以及以蒸汽機(jī)和電力、內(nèi)燃機(jī)
機(jī)、電訊為代表的工業(yè)文明階段，目前我們正處于以計(jì)算機(jī)為核心的信息文明時(shí)代。
計(jì)算機(jī)技術(shù)作為信息社會最主要的支柱之一，其應(yīng)用已滲透到科學(xué)技術(shù)、國民經(jīng)濟(jì)、社會
會生活等各個(gè)領(lǐng)域，改變了人們傳統(tǒng)的工作和生活方式，成為人們生活中不可缺少的重要組成
成部分。各行各業(yè)的人都在運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決各自的問題，可以說今天的計(jì)算機(jī)已經(jīng)是無處不在
在，無所不能，信息技術(shù)的未來前途無量。本章將介紹有關(guān)信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識
識。
第一節(jié) 信息與信息技術(shù)概述
信息時(shí)代是一個(gè)充滿活力、富于創(chuàng)造和創(chuàng)新的時(shí)代，是一個(gè)科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的時(shí)代。
在信息時(shí)代里，信息成為重要的戰(zhàn)略資源，信息產(chǎn)業(yè)則成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，信息網(wǎng)絡(luò)成為了社會
這是重要基礎(chǔ)設(shè)施。可以說，以信息技術(shù)為核心的科技發(fā)展對世界的影響是深刻的，已經(jīng)滲透
到社會生活的方方面面。信息化正在全面提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，提高企業(yè)核心競爭力和人民
提升生活質(zhì)量的重要方式。
一、信息
1．信息的概念
當(dāng)我們看到一縷霞光從窗前透過，那是清晨的信息；冰河解凍、流水淙淙，那是春天的
信息；大雁南飛，告知人們寒冷即將來到……
我們還可以通過讀書、看報(bào)、電視、網(wǎng)絡(luò)得到各方面的信息，諸如：科技信息、人才招
聘信息、經(jīng)濟(jì)信息、生活信息、學(xué)習(xí)工作中查找的資料、衛(wèi)星拍攝的照片和傳回的數(shù)據(jù)、醫(yī)
院體檢的心電圖、B 超等數(shù)據(jù)。在我們的生活和工作中，信息無處不在。
而對信息的表達(dá)在古人詩歌中也常常出現(xiàn)，用于表示音信、消息。例如：唐代詩人杜牧
在《寄遠(yuǎn)》詩中就這樣寫道：“塞外音書無信息，道旁車馬起塵埃”；宋代詩人李清照在詩
中寫道：“不乞隋珠與和璧，只乞鄉(xiāng)關(guān)新信息”。今天，“信息”這個(gè)詞匯可以說是世界上
使用頻率最高的詞匯之一。那么究竟什么是信息，信息有什么作用和特征呢？
（1）信息的定義
人類把信息作為一門學(xué)科來研究，是從二十世紀(jì)中葉開始的。對信息的認(rèn)識有一個(gè)逐步
深入的過程，而這個(gè)過程仍在繼續(xù)進(jìn)行中。不同領(lǐng)域的專家從不同的角度和不同的層次，對
信息的概念提出了各自的想法。如“信息是用以消除不確定的東西”、“信息是具有新知識和新內(nèi)容的消息”、“信息就是消息、情報(bào)”、“信息是事物的表現(xiàn)形式”、“信息是客觀
事物的各種表現(xiàn)和反應(yīng)”等。1948 年，創(chuàng)立信息論的美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)提出：“信息是能夠
用來消除不確定性的東西。”
從本質(zhì)上看，信息是對物質(zhì)運(yùn)動的狀態(tài)和方式的描述，它的基本功能是消除認(rèn)識上的障礙
確定性。
（
2）與信息相關(guān)的概念
一般來說，信息既是對各種事物運(yùn)動的狀態(tài)和方式的描述，又是事物之間相互作用和聯(lián)
系的表征。人通過接受信息來認(rèn)識事物，從這個(gè)意義上來說，信息是一種知識，是接受者原
來不了解的知識。信息是知識的原始素材，知識是經(jīng)過加工和優(yōu)化的信息。
信息和數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)課程中常用的術(shù)語。數(shù)據(jù)用來描述客觀存在，以文字、符號、圖形、
圖像或聲音的形式體現(xiàn)。數(shù)據(jù)是信息的素材，當(dāng)數(shù)據(jù)被賦予意義、具有可利用性時(shí)，就成為
信息。而對不同的使用目的和不同的使用對象，可以從同一原始數(shù)據(jù)中加工提取不同的信息。
信息同物質(zhì)、能源一樣重要，是信息社會中人類生存和社會發(fā)展的三大基本資源之一。
可以說信息不僅維系著社會的生存和發(fā)展，而且在不斷地推動著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
2．信息的特性
所謂信息的特性，是指信息區(qū)別于其他事物的本質(zhì)屬性。信息的特性包括兩個(gè)方面：信
息的物質(zhì)特性和信息的應(yīng)用特性。信息的物質(zhì)特性主要有無大小、無重量、可復(fù)制。而信息
應(yīng)用特性主要有普遍性、依附性、傳遞性、共享性、可處理性和價(jià)值相對性等。
（1）普遍性
從本質(zhì)上說，信息描述的是物質(zhì)運(yùn)動的狀態(tài)和方式。宇宙中物質(zhì)是普遍存在的，有物質(zhì)
就有信息，所以信息是普遍存在的。
（
2）依附性
信息是描述物質(zhì)運(yùn)動的狀態(tài)和方式的，本身不是物質(zhì)，所以不能獨(dú)立存在，必須借助于物質(zhì)
一定的載體。如“味道很香”是信息，但它借助的是空氣這個(gè)載體。同一信息還可以有不同
的載體。如“今天的天氣情況”這個(gè)信息，可以從廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)紙等不同的載體上，
通過聲音、視頻、文字等形式獲得。
（
3）傳遞性和共享性
信息在空間上的傳遞為通信；在時(shí)間上的傳遞則以存儲來實(shí)現(xiàn)，而且存儲的信息可以再
利用。信息可以通過普通電話傳遞；信息存在軟盤中，可以隨時(shí)并且多次使用。
信息源發(fā)出信息后，可以由多個(gè)信息接收，且信息本身不減少。如“電子郵件”，一個(gè)
信息通過電子郵件形式可以發(fā)給一個(gè)以上的接收者，使得不同的人可以在同一時(shí)間或不同地方
間共同使用手機(jī)收到的信息。
（
4）可處理性
信息的作用和功能是通過它的可處理性來體現(xiàn)的。信息可以壓縮、提取、存儲、傳遞，
可以有序化，可以轉(zhuǎn)換存在形式，可以經(jīng)過加工、提煉、去偽存真成為新的信息。如商品的
市場供求，要通過使用者反饋的信息不斷調(diào)整商品的供應(yīng)，才能符合市場的實(shí)際需要。為了
快速、準(zhǔn)確地處理信息，并將信息加以利用，處理信息的技術(shù)和方法也越來越受到人們的重
視。如數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息壓縮技術(shù)、信息管理系統(tǒng)等。
（
5）價(jià)值相對性
信息可以作為商品進(jìn)行交易，是有價(jià)值體現(xiàn)的，但信息的價(jià)值取決于使用者的需求，以
及對信息準(zhǔn)確性的判斷和利用能力。信息在處理中，留下有用的信息，去掉無用的信息，重
新組合，可以增加信息的價(jià)值。如過時(shí)的信息價(jià)值就會減少很多，而及時(shí)的、正確的信息，
會帶來經(jīng)濟(jì)效益，體現(xiàn)出信息的價(jià)值，所以信息的時(shí)效性也很重要。二、信息技術(shù)
就像人類渴望飛翔而發(fā)明了飛機(jī)一樣，為解決大量的、人力所不能及的計(jì)算，人類借助
自己的智慧創(chuàng)造機(jī)器來幫助進(jìn)行計(jì)算，于是出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，逐
步形成了以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)。
一般來說，信息采集、加工、存儲、傳輸和利用過程中的每一種技術(shù)都是信息技術(shù)。信
息技術(shù)不僅包括現(xiàn)代信息技術(shù)，還包括在現(xiàn)代文明之前的原始時(shí)代和古代社會中與之時(shí)代相
對應(yīng)的信息技術(shù)。
1．現(xiàn)代信息技術(shù)
從信息技術(shù)的物理構(gòu)成上講，信息技術(shù)是指以微電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為主
干，結(jié)合傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)據(jù)的存儲壓縮技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)
和數(shù)字音頻視頻技術(shù)等的綜合性技術(shù)。簡單地說，信息技術(shù)就是用信息科學(xué)的原理和方法，
來有效地使用信息資源的技術(shù)體系。
從對信息的操作層面上講，信息技術(shù)是指與獲取、加工、存儲、傳輸、表示和應(yīng)用有關(guān)
的對信息進(jìn)行操作處理的技術(shù)。而這些操作技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要借助具體的物理技術(shù)，也就是有
關(guān)支撐信息技術(shù)操作的物理層面的技術(shù)。信息技術(shù)擴(kuò)展了人的信息器官功能。十九世紀(jì)以來
陸續(xù)出現(xiàn)了電報(bào)、電話、無線電通信、雷達(dá)、電視、遙控、衛(wèi)星通信、光導(dǎo)通信、計(jì)算機(jī)、
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，其中計(jì)算機(jī)是人類思維器官功能的擴(kuò)展和延伸，其他則是人類感覺器
官和傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)的擴(kuò)展和延伸。
2．現(xiàn)代信息技術(shù)的內(nèi)容
一般來說，現(xiàn)代信息技術(shù)包含 3 個(gè)層次的內(nèi)容：信息基礎(chǔ)技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)和信息
應(yīng)用技術(shù)。
（
1）信息基礎(chǔ)技術(shù)
信息基礎(chǔ)技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，包括新材料、新能源、新器件的開發(fā)和制造技術(shù)。近
幾十年來，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛、對信息技術(shù)以及整個(gè)高科技領(lǐng)域的發(fā)展影響最大的是微
電子技術(shù)和光電子技術(shù)。
（
2）信息系統(tǒng)技術(shù)
信息系統(tǒng)技術(shù)是指有關(guān)信息的獲取、傳輸、處理、控制的設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)。目前，人
們把通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)合稱為 3C(Communication、Computer 和 Control)技
術(shù)。3C 技術(shù)是信息技術(shù)的主體。
（
3）信息應(yīng)用技術(shù)
信息應(yīng)用技術(shù)是針對各種實(shí)用目的，如信息管理、信息控制、信息決策而發(fā)展起來的具
體的技術(shù)群，如工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化、人工智能和通信技術(shù)等。它們是信
息技術(shù)開發(fā)的根本目的。
3．信息技術(shù)的應(yīng)用和前景
以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)正向各個(gè)領(lǐng)域滲透，其應(yīng)用遍及教育、科研、農(nóng)業(yè)、
商業(yè)、金融、醫(yī)學(xué)、交通運(yùn)輸、軍事等各行各業(yè)，信息技術(shù)可以用來進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處
理、自動控制、輔助教學(xué)、機(jī)器人、多媒體、通訊、網(wǎng)絡(luò)等。我們的學(xué)習(xí)、工作、日常生活、
娛樂也都依賴著信息技術(shù)為我們提供的便利。如可視電話、電視會議、遠(yuǎn)程教學(xué)等。
信息技術(shù)的應(yīng)用正在影響著人類的生存方式，我們所處的是一個(gè)信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)高度
普及，不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供各種服務(wù)，人類生活時(shí)刻與計(jì)算機(jī)發(fā)生著聯(lián)系，這一切都標(biāo)志著，我們的社會是一個(gè)信息化的社會。
同時(shí)，信息資源的開發(fā)、利用和控制也是經(jīng)濟(jì)和科技競爭的焦點(diǎn)，是國家的地位和經(jīng)濟(jì)
實(shí)力的核心，由此可以說，我們進(jìn)入了知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代。知識經(jīng)濟(jì)是以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為核心，
建立在知識和信息的生產(chǎn)、儲存、消費(fèi)之上的經(jīng)濟(jì)。
縱觀人類科技發(fā)展的歷程，還沒有一項(xiàng)技術(shù)能像現(xiàn)代信息技術(shù)那樣對人類社會產(chǎn)生如此
巨大的影響。展望未來，在社會生產(chǎn)力發(fā)展、人類認(rèn)識和實(shí)踐活動的推動下，信息技術(shù)將得
到更深、更廣、更快的發(fā)展，其發(fā)展趨勢可以概括為數(shù)字化、多媒體化、高速度、網(wǎng)絡(luò)化、
寬帶、智能化等。
第二節(jié) 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
從科學(xué)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)實(shí)踐，從社會到家庭，計(jì)算機(jī)無處不在，其應(yīng)用之廣泛，影響之深遠(yuǎn)，
發(fā)展之快速是人類社會少見的，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化
水平的重要標(biāo)志。
一、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展
計(jì)算機(jī)作為人類腦力的延伸工具，從廣義上講，可追溯到計(jì)算工具的研制發(fā)明，計(jì)算技
術(shù)的發(fā)展是和人類社會的技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)的。
1. 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡史
人類在認(rèn)識自然、改造自然的過程中，曾經(jīng)創(chuàng)造過各種各樣的計(jì)算工具。中國古代早在
春秋戰(zhàn)國時(shí)已使用竹子制作的算籌進(jìn)行計(jì)數(shù)。唐代時(shí)出現(xiàn)早期的算盤，宋代時(shí)已有算盤口訣
的記載。17 世紀(jì)后，隨著西方產(chǎn)業(yè)革命的到來，推動了計(jì)算工具的進(jìn)一步發(fā)展，在歐洲出
現(xiàn)了能實(shí)現(xiàn)加減乘除運(yùn)算的機(jī)械式計(jì)算機(jī)。1944 年美國物理學(xué)家艾肯教授領(lǐng)導(dǎo)完成了第一
臺機(jī)電式通用計(jì)算機(jī) MARK1，其主要元件采用繼電器，是一臺可編程序的自動計(jì)算機(jī)。
世界上的第一臺通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)是美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院的莫奇利和埃克
特領(lǐng)導(dǎo)的科研小組建造的，取名為 E N I A C (即電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)，見圖 1.1)。該計(jì)算機(jī)
由 18000 多個(gè)電子管、1500 多個(gè)繼電器等組成，占地 170 平方米，重量達(dá) 30 噸，耗電 140
千瓦，投資超過 48 萬美元。該機(jī)器字長 10 位，采用十進(jìn)制，計(jì)算速度為 5000 次／秒，每
次至多只能存儲 20 個(gè)字長為 10 位的十進(jìn)制數(shù)。計(jì)算程序是通過插件式“外接”線路實(shí)現(xiàn)的，
尚未采用“程序存儲”的方式。為了在機(jī)器上進(jìn)行幾分鐘的數(shù)字計(jì)算，準(zhǔn)備工作往往要用幾
小時(shí)甚至 1~2 天的時(shí)間，使用很不方便。ENIAC 計(jì)算機(jī)于 1945 年底宣告竣工，1946 年 2
月 15 日正式舉行揭幕典禮，它標(biāo)志著人類計(jì)算工具的歷史性變革。其重要意義在于它奠定
了計(jì)算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)時(shí)代，引發(fā)了一場由工業(yè)化社會發(fā)展到信息化社會的新
技術(shù)革命浪潮，揭開了人類歷史發(fā)展的新紀(jì)元。計(jì)算機(jī)問世以后，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的飛速發(fā)
展，已由早期單純的計(jì)算工具發(fā)展成為在信息社會中舉足輕重、不可缺少的具有強(qiáng)大信息處
理功能的現(xiàn)代化電子設(shè)備。 圖 1.1 ENIAC 電子計(jì)算機(jī)
從 1946 年 ENIAC 誕生到現(xiàn)在 60 年的時(shí)間里，在推動計(jì)算機(jī)發(fā)展的眾多因素中，電子
元器件的發(fā)展起著決定性的作用（見表 1.1）；其次，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的
發(fā)展也起了重要的作用。計(jì)算機(jī)發(fā)展的分代史，通常是以計(jì)算機(jī)所采用的邏輯元件作為劃分
的標(biāo)準(zhǔn)的。迄今為止，計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷四代，正向新一代計(jì)算機(jī)過渡。
表 1.1 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段
年代
器件
第一代
1946-1958
第二代
1958-1964
第三代
1964-1974
第四代
1974-至今
電子器件
電子管
晶體管
中、小規(guī)模集成電路
大規(guī)模和超大
規(guī)模集成電路
主存儲器
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓、
半導(dǎo)體存儲器
半導(dǎo)體存儲器
外部輔助
存儲器
磁帶、磁鼓
磁帶、磁鼓
磁帶、磁鼓、磁盤
磁帶、磁盤、光盤
處理方式
機(jī)器語言
匯編語言
監(jiān)控程序
連續(xù)處理作業(yè)
高級語言編譯
多道程序
實(shí)時(shí)處理
實(shí)時(shí)、分時(shí)處理
網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)
運(yùn)算速度
5 千~3 萬次/秒
幾十萬~百萬次/秒
百萬~幾百萬次/秒
幾百萬~千億次/秒
（
1） 第一代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 4 6～1 9 5 8 年)
早期的計(jì)算機(jī)采用電子管作為基本邏輯元件，體積大、耗電多、價(jià)格貴，運(yùn)行速度低，
存儲容量小，可靠性差。編寫程序的語言是機(jī)器語言或匯編語言，幾乎沒有什么軟件配置。
盡管如此，這一代計(jì)算機(jī)卻奠定了計(jì)算機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)，如：二進(jìn)制、自動計(jì)算和程序設(shè)計(jì)等，
并對以后計(jì)算機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
這個(gè)時(shí)期計(jì)算機(jī)的商品化主要由美國國際商業(yè)機(jī)器公司( IBM)實(shí)現(xiàn)，以 IBM 系列機(jī)為
代表，其代表機(jī)型有 IBM650、IBM709 等。
這一時(shí)期計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要是科學(xué)計(jì)算，主要用于軍事和科研部門。
（
2） 第二代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 5 8～1 9 6 4 年)
第二代計(jì)算機(jī)使用晶體管作為邏輯元件。晶體管與電子管相比，具有體積小、壽命長、
開關(guān)速度快、省電等優(yōu)點(diǎn)。由于采用了晶體管，第二代計(jì)算機(jī)的體積大大減小，運(yùn)算速度及
可靠性等性能大為提高。第二代計(jì)算機(jī)所用的編程語言成為以后計(jì)算機(jī)語言的基礎(chǔ)，高級語言 FORTRAN、
COBOL、ALGOL 等相繼問世，因而使程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性大大降低，方便了計(jì)算機(jī)的使用。
代表機(jī)型有 IBM-7094 機(jī)、CDC7600 機(jī)。
這一時(shí)期計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已由科學(xué)計(jì)算拓展到數(shù)據(jù)處理、過程控制等領(lǐng)域。
（
3） 第三代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 6 4 ~ 1 9 7 4 年)
第三代計(jì)算機(jī)采用半導(dǎo)體中小規(guī)模集成電路作為邏輯元件。由于集成電路體積更小，耗
電更省，壽命更長，可靠性更高，這使得第三代計(jì)算機(jī)的總體性能較之第二代計(jì)算機(jī)有了大
幅度的躍升。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有了很大改進(jìn)，在商品計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)上出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、
系列化的局面。同時(shí)，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，尤其是操作系統(tǒng)的逐步成熟是第三代
計(jì)算機(jī)的顯著特點(diǎn)。軟件出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化模塊化程序設(shè)計(jì)方法。這一時(shí)期最有影響的是 IBM
公司研制的 IBM-360 計(jì)算機(jī)系列。此外，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
（
4） 第四代電子計(jì)算機(jī)( 1 9 7 4 年以后)
采用大規(guī)模集成電路作為邏輯元件是第四代計(jì)算機(jī)的主要特征。這個(gè)時(shí)期是計(jì)算機(jī)發(fā)展
最快、技術(shù)成果最多、應(yīng)用空前普及的時(shí)期。在軟件方面，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式操作
系統(tǒng)等，網(wǎng)絡(luò)軟件大量涌現(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入普及時(shí)代。應(yīng)用軟件的開發(fā)已逐步成為一個(gè)龐
大的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)。
第四代計(jì)算機(jī)中最有影響的機(jī)種莫過于微型計(jì)算機(jī)，它誕生于70年代中期，
80 年代得到了迅速推廣，這是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上最重要的事件。
自進(jìn)入第四代計(jì)算機(jī)以來，計(jì)算機(jī)的硬件與軟件技術(shù)都獲得了驚人的發(fā)展。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
向微型化、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件的功能日趨完善，規(guī)模
越來越大、應(yīng)用軟件的開發(fā)日趨簡便。多媒體技術(shù)的興起引起計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的革命，人們
利用聲音、符號、圖形、圖像即可開發(fā)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，信息表達(dá)工具
(電話、電視、終端)、信息處理工具(計(jì)算機(jī))和信息傳輸工具(有線通訊、無線通訊及衛(wèi)星通
訊)已趨于一體化，為人類方便地處理信息開辟了更廣闊的前景。
現(xiàn)在，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)和社會生活的各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)技術(shù)與通
信技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，尤其是互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使得世界各地的人們可以相
互交流，縮短了彼此之間的距離。同時(shí)，隨著遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療和電子商務(wù)的發(fā)展，使我
們的生活方式和生活環(huán)境發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)也已成為國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)展最快、最具有
活力的部門之一，計(jì)算機(jī)及其技術(shù)對人類社會的進(jìn)步和文明正在起著越來越顯著的積極作用。
2. 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及分類
（
1）計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，已成為第三次工業(yè)革命中最激動人心的成就，電子計(jì)算機(jī)之所以發(fā)展如
此迅速，有如此廣泛的應(yīng)用，主要是由于有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。
①運(yùn)算速度快
運(yùn)算速度是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度通常用每秒鐘執(zhí)行定點(diǎn)加法
的次數(shù)或平均每秒鐘執(zhí)行指令的條數(shù)來衡量。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已由早期的每秒幾千次發(fā)展
到現(xiàn)在的可達(dá)每秒萬億次。
計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的能力極大地提高了工作效率，把人們從浩繁的腦力勞動中解放出來。
過去用人工曠日持久才能完成的計(jì)算，而計(jì)算機(jī)在“瞬間”即可完成。曾有許多數(shù)學(xué)問題，
由于計(jì)算量太大，數(shù)學(xué)家們終其一生也無法完成，使用計(jì)算機(jī)則可輕易地解決。
②計(jì)算精度高
在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中，對計(jì)算的結(jié)果精度有很高的要求。一般的計(jì)算工具只能達(dá)到幾位有效數(shù)字，而計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)處理的結(jié)果精度可達(dá)到十幾位、幾十位有效數(shù)字，根據(jù)需要
甚至可達(dá)到任意的精度。
③存儲容量大
計(jì)算機(jī)的存儲器可以存儲大量數(shù)據(jù)，這使計(jì)算機(jī)具有了“記憶”功能。目前計(jì)算機(jī)的存
儲容量越來越大，已高達(dá)千兆數(shù)量級的容量。計(jì)算機(jī)具有“記憶”功能，是與傳統(tǒng)計(jì)算工具
的一個(gè)重要區(qū)別。
④具有邏輯判斷功能
計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器除了能夠完成基本的算術(shù)運(yùn)算外，還具有進(jìn)行比較、判斷等邏輯運(yùn)算的
功能。這種能力是計(jì)算機(jī)處理邏輯推理問題的前提。
計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、邏輯判斷能力和記憶存儲能力的結(jié)合，使得可以模仿人的某些智能
活動。因此，計(jì)算機(jī)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是計(jì)算的工具，而成為人類腦力延伸的重要助手。有時(shí)把
計(jì)算機(jī)稱作“電腦”，就是這個(gè)原因。
⑤基于內(nèi)置的程序控制，自動化程度高，通用性強(qiáng)
由于計(jì)算機(jī)的工作方式是將程序和數(shù)據(jù)預(yù)先存放在機(jī)器內(nèi)，工作時(shí)按程序規(guī)定的操作，
一步一步地自動完成，一般無須人工干預(yù)，因而自動化程度高。這一特點(diǎn)是一般計(jì)算工具所
不具備的。
上述的幾個(gè)特點(diǎn)，賦予了計(jì)算機(jī)高速、自動、持續(xù)的運(yùn)算能力，使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域
不斷開拓，滲透到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)也成為處理信息的有力工具，成為信息社會
發(fā)展的重要推動力量。
(2) 計(jì)算機(jī)的分類
電子計(jì)算機(jī)發(fā)展到今天，可謂品種繁多，門類齊全，功能各異。通常人們從三個(gè)不同的
角度對電子計(jì)算機(jī)分類。
①按工作原理分類
計(jì)算機(jī)處理的信息，在機(jī)器內(nèi)可用離散量或連續(xù)量兩種不同的形式表示。離散量也稱為
斷續(xù)量，即用二進(jìn)制數(shù)字表示的量(如用斷續(xù)的電脈沖來表示數(shù)字 0 或 1 )。連續(xù)量則是用連
續(xù)變化的物理量(如電壓的振幅等)表示被運(yùn)算量的大小。
可用一個(gè)通俗的比喻來大致說明離散量和連續(xù)量的含義。在傳統(tǒng)的計(jì)算工具中，算盤運(yùn)
算時(shí)，是用一個(gè)個(gè)分離的算盤珠來代表被運(yùn)算的數(shù)值，算盤珠可看成是離散量；而計(jì)算尺運(yùn)
算時(shí)，是通過拉動尺片，用計(jì)算尺上連續(xù)變化的長度來代表數(shù)值的大小，這即是連續(xù)量。
根據(jù)計(jì)算機(jī)內(nèi)信息表示形式和處理方式的不同，可將計(jì)算機(jī)分為以下兩大類：
A. 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)(采用數(shù)字技術(shù)，處理離散量)
B. 電子模擬計(jì)算機(jī)(采用模擬技術(shù)，處理連續(xù)量)
目前，使用得最多的是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，而電子模擬計(jì)算機(jī)用得很少。由于當(dāng)今使用的
計(jì)算機(jī)絕大多數(shù)都是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，故將其簡稱為電子計(jì)算機(jī)。
②按應(yīng)用分類
根據(jù)計(jì)算機(jī)的用途和適用領(lǐng)域，可分為：
A. 通用計(jì)算機(jī)：通用計(jì)算機(jī)的用途廣泛，功能齊全，可適用于各個(gè)領(lǐng)域。
B. 專用計(jì)算機(jī)：專用計(jì)算機(jī)是為某一特定用途設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。
其中，通用計(jì)算機(jī)數(shù)量最大，應(yīng)用最廣。
③按規(guī)模分類
根據(jù)計(jì)算機(jī)的規(guī)模(主要指硬件性能指標(biāo)及軟件配置)大小，可分為：
A. 巨型機(jī)：也叫超級計(jì)算機(jī)，是指由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器（機(jī)）組成的、能計(jì)
算普通 PC 機(jī)和服務(wù)器不能完成的大型復(fù)雜課題的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代的超級計(jì)算機(jī)用于核
物理研究、航天航空飛行器設(shè)計(jì)、國民經(jīng)濟(jì)的預(yù)測和決策、中長期天氣預(yù)報(bào)等方面，是強(qiáng)有力的模擬和計(jì)算工具。它是一個(gè)國家科研實(shí)力的體現(xiàn)，對國家安全，經(jīng)濟(jì)和社
會發(fā)展具有舉足輕重的意義。中國第一臺實(shí)測性能超千萬億次的超級計(jì)算機(jī)曙光“星
云”于 2011 年 11 月在國家超級計(jì)算深圳中心全面開通運(yùn)行。截止到 2014 年 6 月 23
日（www.top500.org ），世界上運(yùn)算速度最快的超級計(jì)算機(jī)是由中國國防科學(xué)技術(shù)大
學(xué)研制的天河二號計(jì)算機(jī)，它在一項(xiàng)名為“線性系統(tǒng)軟件包”(Linpack)的標(biāo)準(zhǔn)測試中實(shí)
現(xiàn)了持續(xù)計(jì)算速度每秒 3.386 億億次(33.86 Pflop/s)浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居榜首，成
為全球最快超級計(jì)算機(jī)。第二名是美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National
Laboratory)的“泰坦”(Titan)，每秒 1.759 萬萬億次的運(yùn)算速度。
B. 大型機(jī)：直到 20 世紀(jì) 60 年代后期，大型機(jī)是唯一的計(jì)算機(jī)類型。價(jià)格在 5 千美元
到 500 萬美元間。隨著 60 年代后期小型機(jī)出現(xiàn)，依照其尺寸變化出現(xiàn)了中型機(jī)和小型機(jī)（價(jià)
格在 5 千到 20 萬美元之間）等類型。
C. 工作站：20 世紀(jì) 80 年代出現(xiàn)，具有強(qiáng)大的圖形處理能力，主要用于復(fù)雜的科學(xué)、
數(shù)學(xué)和工程上的計(jì)算以及 CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)。
D. 微型機(jī)：也叫個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC），PC 可分為臺式計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)和 IPAD。
E. 微控制器：也叫嵌入式計(jì)算機(jī)，是一種專用的微處理器，可以安裝在智能儀器儀表
中，在家用電子設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)，智能手機(jī)等上面都有這類嵌入式計(jì)算機(jī)。
flops 是每秒浮點(diǎn)操作（Floating-point Operations of Per Second）的縮寫，flops
用于度量計(jì)算機(jī)的性能。
目前巨型計(jì)算機(jī)是最為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，但是科學(xué)家正在研制未來新一代的計(jì)算機(jī)，新的
計(jì)算機(jī)依賴納米技術(shù)，通過使用分子規(guī)模的納米結(jié)構(gòu)來創(chuàng)建保存數(shù)據(jù)或執(zhí)行任務(wù)，生物學(xué)上
的納米計(jì)算機(jī)由 DNA 制成，能植入人類的一個(gè)細(xì)胞。該生物計(jì)算機(jī)將使用 DNA 作為軟件，生
物酶作為硬件，具有分子大小的電路。
④服務(wù)器
服務(wù)器是用于描述一種特殊用途的計(jì)算機(jī)。是指在網(wǎng)絡(luò)中，用于運(yùn)行管理軟件以控制對
網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)資源（磁盤驅(qū)動器、打印機(jī)等）進(jìn)行訪問的計(jì)算機(jī)，并能夠?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)
（客戶端）提供資源使其猶如工作站那樣地進(jìn)行操作。通常分為文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器
和應(yīng)用程序服務(wù)器。相對于普通 PC 來說，服務(wù)器在穩(wěn)定性、安全性、性能等方面都要求更
高，因此 CPU、芯片組、內(nèi)存、磁盤系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等硬件和普通 PC 有所不同。
前已述及，當(dāng)今計(jì)算機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出多極化的趨勢，而微型化和巨型化則是其中的兩個(gè)
重要方向。多極化是指巨、大、中、小、微各機(jī)種均在發(fā)展，它們在計(jì)算機(jī)家族中都占有一
席之地，擁有各自的應(yīng)用領(lǐng)域。其中，微型機(jī)發(fā)展最快，數(shù)量最多，應(yīng)用最普及。
以上是計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)分類法，事實(shí)上，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各機(jī)種之間的界限
已不是很分明。例如，大型機(jī)與中型機(jī)的界限比較模糊，而當(dāng)今使用的某些超級微型機(jī)的功
能已超過了當(dāng)年的中、小型機(jī)，甚至可以與大型機(jī)匹敵。
二、計(jì)算機(jī)在信息社會中的應(yīng)用
計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，全面促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。在信息社會中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用極其廣泛，
已遍及經(jīng)濟(jì)、政治、軍事及社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，正在改變著人們傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)和生活
方式，推動著社會的發(fā)展。目前,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用可概括為以下幾個(gè)方面。
1． 科學(xué)與工程計(jì)算
通常是指用于完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計(jì)算，是計(jì)算機(jī)最早的應(yīng)用
方面。歷史上每一種科學(xué)工具的創(chuàng)新與進(jìn)步都推動了有關(guān)科學(xué)的發(fā)展，而其進(jìn)展的程度總是與工具性能的提高成正比。例如望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、加速器等儀器，都延伸和強(qiáng)化了人的觀察
能力，進(jìn)而帶動了相關(guān)科學(xué)的進(jìn)步。同樣，計(jì)算機(jī)也是人類能力的延伸，它強(qiáng)化了人的思維
智能，增進(jìn)了人的計(jì)算、仿真能力，因此對所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域都有很大的推動作用。
第一臺電子計(jì)算機(jī)研制的目的就是用于軍事計(jì)算，計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期也主要用于科學(xué)計(jì)
算。雖然計(jì)算機(jī)后來在其他方面的應(yīng)用不斷加強(qiáng)，但仍然一直是科學(xué)研究和科學(xué)計(jì)算的最佳
工具。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種領(lǐng)域中的計(jì)算模型日趨復(fù)雜，人工計(jì)算已無法解決這些復(fù)
雜的計(jì)算問題。例如在天文學(xué)、量子化學(xué)、空氣動力學(xué)、核物理學(xué)等領(lǐng)域中，都需要依靠計(jì)
算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算。科學(xué)計(jì)算的特點(diǎn)是計(jì)算工作量大、數(shù)值變化范圍大。因此，科學(xué)計(jì)算
要求計(jì)算機(jī)速度快、精度高、存儲容量大。
2．?dāng)?shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)據(jù)資料的收集、存儲、加工、分類、排序、檢索和發(fā)布等一系列工作，
處理的數(shù)據(jù)有文字、圖形、聲音、圖像等各種數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)處理的領(lǐng)域包括辦公自動化、
企業(yè)管理、情報(bào)檢索、報(bào)刊編排處理等，特點(diǎn)是要處理的原始數(shù)據(jù)量大，而算術(shù)運(yùn)算較簡單，
有大量的邏輯運(yùn)算與判斷，結(jié)果要求以表格或文件形式存儲、輸出。數(shù)據(jù)處理是現(xiàn)代化管理
的基礎(chǔ)。它不僅應(yīng)用于處理日常的事務(wù)，且能支持科學(xué)的管理與決策。以一個(gè)企業(yè)為例，從
市場預(yù)測、經(jīng)營決策、生產(chǎn)管理到財(cái)務(wù)管理，無不與數(shù)據(jù)處理有關(guān)。數(shù)據(jù)處理是計(jì)算機(jī)應(yīng)用
最廣泛的領(lǐng)域。
3．過程控制
計(jì)算機(jī)可以用于科學(xué)技術(shù)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域的過程控制，用計(jì)算機(jī)采集檢
測數(shù)據(jù)，按最佳值對控制對象進(jìn)行自動控制或自動調(diào)節(jié)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制，不僅提
高了控制的自動化水平，而且大大提高了控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，從而改善勞動條件，提高
質(zhì)量，節(jié)約能源，降低成本。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，需有專門的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換設(shè)備和模擬—
數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備(稱為 D／A 轉(zhuǎn)換和 A／D 轉(zhuǎn)換)。由于過程控制一般都是實(shí)時(shí)控制，要求計(jì)算
機(jī)可靠性高、響應(yīng)及時(shí)。目前在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中廣泛采用集散系統(tǒng)，即把控制功能分散給若
干臺計(jì)算機(jī)擔(dān)任，而操作管理則集中在一臺或多臺高性能計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。計(jì)算機(jī)過程控制已
在冶金、石油、化工、紡織、水電、機(jī)械、航天等部門得到廣泛的應(yīng)用。
微機(jī)在工業(yè)控制方面的應(yīng)用大大促進(jìn)了自動化技術(shù)的提高。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以
節(jié)省勞動力，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)效率，并且還可以節(jié)省生產(chǎn)原料，減少能源消耗，
降低生產(chǎn)成本。
利用計(jì)算機(jī)對工業(yè)生產(chǎn)過程中的某些信號自動進(jìn)行檢測，并把檢測到的數(shù)據(jù)存入到計(jì)算
機(jī)，再根據(jù)需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這樣的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)。但一般來說,實(shí)際
的工業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)連續(xù)的過程，往往既需要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測，又需要用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控
制。例如，在化工、電力、冶金等生產(chǎn)過程中，用計(jì)算機(jī)自動采集各種參數(shù)，監(jiān)測并及時(shí)控
制生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)；在導(dǎo)彈、衛(wèi)星的發(fā)射中，用計(jì)算機(jī)隨時(shí)精確地控制飛行軌道與姿態(tài);
在熱處理加工中，用計(jì)算機(jī)隨時(shí)檢測與控制爐窯的溫度；在對人有害的工作場所，用計(jì)算機(jī)
來監(jiān)控機(jī)器人自動工作等等。特別是微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入儀器儀表后所構(gòu)成的智能化儀器儀表，
將工業(yè)自動化推向了一個(gè)更高的水平。
4．計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造
(Computer Aided Manufacturing，CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測試(Computer Aided Test，CAT)、計(jì)
算機(jī)集成制造(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)等系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算、邏輯判斷等功能，幫助人們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程技術(shù)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中可通過人機(jī)交互更改設(shè)計(jì)和布局，反復(fù)迭代設(shè)計(jì)直至滿意為止。它能使
設(shè)計(jì)過程逐步趨向自動化，大大縮短設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品在市場上的競爭力，同時(shí)也可節(jié)省
人力和物力，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
計(jì)算機(jī)輔助制造就是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過程。例如在產(chǎn)品的
制造過程中，用計(jì)算機(jī)控制機(jī)器的運(yùn)行，處理生產(chǎn)過程中所需的數(shù)據(jù)，控制和處理材料的流
動以及對產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)等。使用 CAM 技術(shù)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本、縮短生產(chǎn)周期、
降低勞動強(qiáng)度。除了 CAD／CAM 之外，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)還有計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(Computer
Aided Process Planning，CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助工程(Computer Aided Engineering，CAE)等。
計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為中心的現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)管理與產(chǎn)品開
發(fā)制造的新一代制造系統(tǒng)，是集工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)經(jīng)營管理為一體的高度計(jì)算
機(jī)化、自動化和智能化的現(xiàn)代化生產(chǎn)大系統(tǒng)，是制造業(yè)的未來。它將企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營的各個(gè)
環(huán)書，從市場分析、經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、加工制造到管理、銷售、服務(wù)等視為一個(gè)整體，
即以充分的信息共享，促進(jìn)制造系統(tǒng)和企業(yè)組織的優(yōu)化運(yùn)行，其目的在于提高企業(yè)的競爭能
力及生存能力。CIMS 通過將管理、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)營等各個(gè)環(huán)節(jié)的信息集成后進(jìn)行優(yōu)化分
析，從而確保企業(yè)的信息流、資金流、物流能夠高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，最終使企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體最
優(yōu)效益。
5．基于計(jì)算機(jī)的多媒體技術(shù)
多媒體技術(shù)是用計(jì)算機(jī)把數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像和動畫等多種媒體信息有機(jī)整
合起來，使它們建立起邏輯聯(lián)系，并能進(jìn)行加工處理(包括對這些媒體的錄入、壓縮和解壓
縮、存儲、顯示和傳輸?shù)?的技術(shù)。人們熟悉的報(bào)紙、電影、電視等，都是以它們各自的媒
體進(jìn)行信息傳播的。有些是以文字為媒體，有些是以圖像為媒體，有些是以圖、文、聲、像
為媒體。多媒體技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，將現(xiàn)代聲像技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，以追求更
自然、更豐富的用戶界面，因而其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。它不僅覆蓋計(jì)算機(jī)的絕大部分應(yīng)用領(lǐng)
域，同時(shí)還拓展了新的應(yīng)用領(lǐng)域，如可視電話、視頻會議系統(tǒng)等。實(shí)際上，多媒體系統(tǒng)的應(yīng)
用以極強(qiáng)的滲透力進(jìn)入了人類工作和生活的各個(gè)領(lǐng)域，正改變著人類的生活和工作方式，成
功地塑造了一個(gè)絢麗多彩的劃時(shí)代的多媒體世界。
6．計(jì)算機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
計(jì)算機(jī)通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將
處在不同地域的計(jì)算機(jī)用通信線路連接起來，配以相應(yīng)的軟件，達(dá)到資源共享的目的。例如，
基于因特網(wǎng)的電子商務(wù)、電子政務(wù)、網(wǎng)絡(luò)電話等。前面我們介紹的很多信息技術(shù)應(yīng)用都和網(wǎng)
絡(luò)技術(shù)密不可分。
7．人工智能
人工智能是研究解釋和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律的學(xué)科，其主要任務(wù)是建立智
能信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)可以展現(xiàn)某些近似于人類智能行為的計(jì)算系統(tǒng)。雖然計(jì)算機(jī)的能
力在許多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類，如計(jì)算速度，但是真正要達(dá)到人的智能還是非常遙遠(yuǎn)的事情。
但是目前一些智能系統(tǒng)已經(jīng)能夠替代人的部分腦力勞動，獲得了實(shí)際的應(yīng)用，尤其是在機(jī)器
人、專家系統(tǒng)、模式識別等方面。人工智能的研究領(lǐng)域包括知識工程、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、
自然語言處理、智能機(jī)器人和神經(jīng)計(jì)算等多個(gè)方面。第三節(jié) 計(jì)算機(jī)工作原理與系統(tǒng)組成
一、計(jì)算機(jī)模型與工作原理
在人類的發(fā)明創(chuàng)造活動中，理論與實(shí)踐的關(guān)系有兩種模式。一種是實(shí)踐先行，理論跟上，
即先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，開發(fā)出產(chǎn)品，而后逐步建立起相關(guān)的理論體系。例如人類擺脫地球引力的束
縛、實(shí)現(xiàn)在空中飛翔的理想，就是如此。經(jīng)過無數(shù)次的失敗，萊特兄弟(Wilbur Wright 和 Orville
Wright)終于在 100 多年前發(fā)明了能上藍(lán)天的飛機(jī)。在這之后，空氣動力學(xué)等相關(guān)學(xué)科才建
立和完善起來，并促使飛機(jī)性能不斷改進(jìn)，終于在 1927 年 5 月 21 日由林德伯格（Charles
Lindbergh,1902—1974）獨(dú)自駕機(jī)實(shí)現(xiàn)了首次穿越大西洋的不間斷飛行，為民用航空開辟了
道路。另一種模式與此相反，先有人進(jìn)行理論探討，提出科學(xué)假設(shè)，在理論指導(dǎo)下，才開發(fā)
出相關(guān)的產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)的問世就是這一模式的范例。我們前面說過，世界上第一臺電子計(jì)算
機(jī)是 1946 年誕生的，而計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)則在 10 年以前就由艾倫·圖靈（Alan Turing，1912
—1954）奠定了。
1. 圖靈機(jī)
圖靈是英國數(shù)學(xué)家，1934 年他在一篇論文中提出了計(jì)算機(jī)的抽象模型，被公認(rèn)為是現(xiàn)
代計(jì)算機(jī)的原型，現(xiàn)在被大家稱為“圖靈機(jī)”（Turing Machine）。圖靈機(jī)由哪些部件構(gòu)成，
它是怎樣工作的呢？
圖靈機(jī)由一條雙向都可無限延長的被分為一個(gè)個(gè)小方格的磁帶、一個(gè)有限狀態(tài)控制器和
一個(gè)讀寫磁頭組成，如圖 1.2 所示。圖靈機(jī)一步步地進(jìn)行工作，機(jī)器工作情況取決于三個(gè)條
件，即：
．機(jī)器的內(nèi)部狀態(tài)
．讀寫磁頭掃描在磁帶的哪個(gè)方格上
．該方格上有什么信息
讀寫磁頭 磁帶
…. D A T A B D ….
圖 1.2 圖靈機(jī)
機(jī)器執(zhí)行一步工作的過程如下：讀寫磁頭在所掃描的方格上寫上符號，原有符號自然消
除；磁頭向右或向左移動一個(gè)方格，機(jī)器由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一個(gè)狀態(tài)，進(jìn)入下一步工作。如
此周而復(fù)始，除非遇到命令機(jī)器停止工作的狀態(tài)。例如，圖 1.5 中的機(jī)器在某一步上處于狀
態(tài) q3 ，將所掃描方格中的 A 改寫為 E，左移一個(gè)方格，進(jìn)入狀態(tài) q2，磁頭將要掃描的方格
內(nèi)的字母為 T。機(jī)器下一步的工作由 q2和信息 T 唯一確定。
圖靈機(jī)的這種由狀態(tài)、符號確定的工作過程叫圖靈機(jī)的程序，可以方便地用下列五元
組所確定的一個(gè)陣表來定義：
<q, b, a, m, q’>
其中 q、q’是有限狀態(tài)控制器中的狀態(tài)，q 為當(dāng)前狀態(tài)，q’為下一狀態(tài)；b、a 表示方格
中的符號，b 是當(dāng)前方格原有符號(before)，a 是修改后的符號(after)；m 指示磁頭移動方向，
若左移為 L(Left)，若右移為 R(Right)，不動用 N 表示(No-motion)。這樣，上述圖靈機(jī)的一
有限狀態(tài)控制器
q1 q2 q3 q4 q5步動作就可用下列五元組確切地描述：
< q3 ，A，E，L，q2>
如果用 Q={ q1 , q2 , q3 ,…,qm}表示有限狀態(tài)集，用∑＝{a1，a2，a3，…，an}表示磁帶
方格上的符號集，用 R、L、H 分別表示右移一格、左移一格或停機(jī)，那么圖靈機(jī)（程序）
也可以用下述映射進(jìn)行定義：
Q ×∑→∑×{R, L ,H}×Q
大家看，圖靈抽象出來的圖靈機(jī)做為今天的極為復(fù)雜的計(jì)算機(jī)的理論模型，其構(gòu)成卻是
如此簡單和清晰！而這正是圖靈機(jī)的意義所在。表面看來，圖靈機(jī)的計(jì)算功能似乎很弱，實(shí)
際上，只要提供足夠的時(shí)間(也就是允許足夠多的步數(shù))和足夠的空間(也就是磁帶足夠長)，
則圖靈機(jī)的能力極強(qiáng)，足以代替目前的任何計(jì)算機(jī)。圖靈自己就信心十足地指出，凡是可計(jì)
算的函數(shù)都可以用他的圖靈機(jī)來計(jì)算，這被稱為圖靈論題。美國著名的數(shù)學(xué)家和邏輯學(xué)家、
因發(fā)明λ演算而聞名的阿倫索·邱奇(Alonzo Church，1903—1995)也認(rèn)為：任何計(jì)算，如果
存在一有效過程，它就能被圖靈機(jī)所實(shí)現(xiàn)，這一著名命題被稱為邱奇論題。有時(shí)兩者合稱圖
靈—邱奇論題。
2. 馮·諾依曼機(jī)及其工作原理
我們前面討論了圖靈機(jī)和圖靈機(jī)上的程序，說明了它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論模型，在計(jì)算
機(jī)科學(xué)中占有極為重要的地位。但是我們一般稱當(dāng)前計(jì)算機(jī)是“馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)”，或
“馮·諾依曼型體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)”，它們是按“馮·諾依曼原理”工作的，這又是怎么回
事呢？
原來，圖靈機(jī)是圖靈在討論一個(gè)數(shù)學(xué)問題的一篇文章中“順便”提出來的，是經(jīng)過高度
抽象的計(jì)算機(jī)理論模型，只回答了為了由機(jī)械完成計(jì)算，需要些什么基本部件以及這些部件
如何協(xié)同工作這兩個(gè)最基本的問題。它并不回答實(shí)際計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)作中的細(xì)節(jié)與具體問題。
例如，就機(jī)器組成而言，在圖靈的計(jì)算模型中，磁帶既作為存儲器，同時(shí)又兼作輸入設(shè)備和
輸出設(shè)備，這對于實(shí)際機(jī)器來說顯然是不方便的；就機(jī)器的運(yùn)作方式而言，數(shù)據(jù)和程序之間
應(yīng)該有什么關(guān)系？在圖靈的計(jì)算模型中也沒有明確的規(guī)定。諸如這樣一些重大問題是后來由
馮·諾依曼（John Von Neumann,1903－1957）提出方案加以解決的。
馮·諾依曼是出生在匈牙利的美國數(shù)學(xué)家，第二次世界大戰(zhàn)中擔(dān)任美國陸軍阿伯丁實(shí)驗(yàn)
場的科學(xué)顧問。一個(gè)偶然的機(jī)會使他知道賓州大學(xué)莫爾學(xué)院正在研制計(jì)算機(jī)，引起他極大興
趣和重視。1945 年３月他來到莫爾學(xué)院，其時(shí) ENIAC 已接近完成，正在調(diào)試。他詳細(xì)了解
了ENIAC的設(shè)計(jì)與工作方式，并同主要開發(fā)人員進(jìn)行了兩天深入的討論，研究如何對ENIAC
進(jìn)行改進(jìn)，尤其是如何解決 ENIAC 的解題程序需要通過人工接插線方式輸入這一重大問題。
在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過深思熟慮，馮·諾依曼在當(dāng)年 6 月擬定與發(fā)表了 EDVAC 計(jì)算機(jī)（Electronic
Discrete Variable Automatic Computer）方案，為存儲程序（這是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征）式
計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)。
馮·諾依曼方案的基本內(nèi)容如下：
（1）用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令；
（
2）將程序（指令序列）和數(shù)據(jù)預(yù)先存放在主存儲器中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠自
動高速地從存儲器中取出指令和數(shù)據(jù)，并加以執(zhí)行，這是“存儲程序控制”的
基本特點(diǎn)；
（
3）確立了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 5 大基本部件：存儲器、控制器、運(yùn)算器、輸入設(shè)備和輸
出設(shè)備，同時(shí)也規(guī)定了 5 大部件的基本功能。見圖 1.3 所示。圖 1.3 馮·諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)圖
馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的兩大特征是“程序存儲”和“采用二進(jìn)制”。具體地說，在上述
計(jì)算機(jī)中，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動計(jì)算，必須先根據(jù)題目的要求，編制出求解該問題的計(jì)算程序，
并通過輸入設(shè)備將該程序存入計(jì)算機(jī)的存儲器中，稱之“程序存儲”；在計(jì)算機(jī)中計(jì)算程序
及數(shù)據(jù)是用二進(jìn)制代碼表示的，計(jì)算機(jī)只能存儲并識別二進(jìn)制代碼表示的計(jì)算程序和數(shù)據(jù)，
稱之為“采用二進(jìn)制”。
因此，我們大體上可以這樣來理解：所謂“圖靈機(jī)”是計(jì)算機(jī)的“粗框圖”，是計(jì)算機(jī)
的概念模型，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)；而“馮·諾依曼機(jī)”是計(jì)算機(jī)的“細(xì)框圖”，
是計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。兩者在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展史上
都具有重要的意義。
還應(yīng)該說明的是，戰(zhàn)后，圖靈在英國國家物理實(shí)驗(yàn)室親自設(shè)計(jì)與領(lǐng)導(dǎo)建造電子計(jì)算機(jī)
ACE(Automatic Computing Engine)的過程中，也獨(dú)立地構(gòu)思與采用了存儲程序的思想，使程
序也如同數(shù)據(jù)那樣，放在存儲器中；也如同數(shù)據(jù)那樣，可由計(jì)算機(jī)加工、處理。但由于 ACE
的影響遠(yuǎn)比 EDVAC 小，圖靈本人也沒有把 ACE 項(xiàng)目進(jìn)行到底，因此雖然馮·諾依曼本人
從來沒有說過存儲程序的概念是他發(fā)明的，卻多次說過圖靈是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)始人，
但學(xué)術(shù)界通常把計(jì)算機(jī)發(fā)展史上這一歷史性貢獻(xiàn)歸功于馮·諾依曼。
二、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)兩大部分組成的，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)
組成一個(gè)完整的系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中缺一不可的兩個(gè)方面。其中，硬件是軟件的基礎(chǔ)，軟
件是硬件功能的完善和擴(kuò)充，它們相互依存，相互滲透，相互促進(jìn)。兩者的有機(jī)結(jié)合，使計(jì)
算機(jī)具有了強(qiáng)大的生命力。因此我們說計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的統(tǒng)一整體。
1. 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)實(shí)際是由各種物理部件組成的，直觀上看，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)就是一大堆
物理設(shè)備，是看得見、摸得著的那些東西，硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)。我們將組成計(jì)算
機(jī)系統(tǒng)的所有電子和機(jī)械裝置稱為硬件。計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)的全部硬設(shè)備和功能
部件。如輸入/輸出部件，信息的存儲部件，工作控制部件及加工數(shù)據(jù)的運(yùn)算部件等。一臺
計(jì)算機(jī)從硬件系統(tǒng)看主要由四大部分組成：存儲器、中央處理器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，如
圖 1.4 所示，圖中實(shí)線表示數(shù)據(jù)線，虛線表示控制線。
中央處理器
輸入設(shè)備
存儲器
輸出設(shè)備圖 1.4 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
（
1）存儲器
存儲器是計(jì)算機(jī)的記憶裝置。它的功能是存放信息(數(shù)據(jù)和程序)。其中，將信息存入存
儲器稱為“寫”存儲器，從存儲器中取出信息稱為“讀”存儲器。存儲器通常是按地址來進(jìn)
行存取數(shù)據(jù)和程序的，它由許多存儲單元組成，為了區(qū)分不同的存儲單元，把存儲單元按一
定的順序編號，這個(gè)編號稱為地址。要進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作，應(yīng)先指出存儲單元的地址，然
后由存儲器按指定的地址“選擇”相應(yīng)的存儲單元，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。這種情形和人們
在大樓里找人，要按照他的住址(房間號)尋找他的過程類似。
通常，對存儲器的要求是存儲容量大、存取速度快、可靠性高。目前，半導(dǎo)體(大規(guī)模
集成電路)存儲器與其他存儲器相比，具有速度快、體積小、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但
價(jià)格較高。存儲器分為兩級：內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存，又稱主存）和外存儲器（簡稱外存，又
稱輔存）。主存儲器中存放當(dāng)前要用的數(shù)據(jù)和程序，而暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)和程序以文件的形式
存放在外存儲器中。外存儲器具有容量大、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但速度較慢。
（
2）中央處理器
中央處理器簡稱 CPU，CPU 是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中最重要的部件之一，它的性能高低直
接決定了計(jì)算機(jī)主要性能的優(yōu)劣，它是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心，計(jì)算機(jī)發(fā)生的所有動作都是受
CPU 控制的。
CPU 主要包括運(yùn)算器、控制器和寄存器三個(gè)部分。
運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯部件 ALU，主要是執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算(如加、減、乘、除)、邏輯運(yùn)算
(如與、或、非運(yùn)算)以及其它操作(如取數(shù)、存數(shù)、移位等)的部件，它的任務(wù)是對信息進(jìn)行
加工處理。在運(yùn)算過程中，運(yùn)算器不斷從存儲器中獲取數(shù)據(jù)，并把所求得的結(jié)果送回存儲器。
對運(yùn)算器的基本要求是速度快、運(yùn)算精度高和工作可靠。
控制器是計(jì)算機(jī)的指揮控制部件，其作用是使計(jì)算機(jī)能夠自動地執(zhí)行程序。它的主要功
能是根據(jù)程序中每條指令發(fā)出相應(yīng)的控制和定時(shí)信號，控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件工作，
以完成指令所規(guī)定的操作。因此控制器是計(jì)算機(jī)的指揮控制中心。
CPU 內(nèi)部的寄存器用來存放運(yùn)算時(shí)所需要的數(shù)據(jù)。
（
3）輸入設(shè)備
輸入設(shè)備用于計(jì)算機(jī)的各種信息輸入，是計(jì)算機(jī)信息的入口。要讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行指定的任
務(wù)，就必須向計(jì)算機(jī)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息，不同的輸入設(shè)備將不同的信息表現(xiàn)形式轉(zhuǎn)換成
計(jì)算機(jī)中惟一的信息表示形式(二進(jìn)制編碼)進(jìn)入計(jì)算機(jī)。
計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備種類很多，如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、觸摸屏、數(shù)碼相機(jī)、攝像
頭、語音錄入裝置等，最常用的輸入設(shè)備是鍵盤和鼠標(biāo)。
（
4）輸出設(shè)備
輸出設(shè)備的功能是把運(yùn)算處理結(jié)果按照人們所要求的形式輸出，它是計(jì)算機(jī)信息的出口。
輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制編碼信息轉(zhuǎn)換成人們需要的信息形式(如圖形、聲音等)表現(xiàn)出
來，使人們得以利用。
計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備種類也很多，如顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音響裝置等，最常用的輸
出設(shè)備是顯示器和打印機(jī)。
磁盤既是輸入設(shè)備，又是輸出設(shè)備。輸入/輸出設(shè)備，又稱為 I/O 設(shè)備。（
5）總線
計(jì)算機(jī)中的四大組成部件需要通過總線聯(lián)結(jié)在一起才能構(gòu)成一個(gè)完整的硬件系統(tǒng)，總線
是連接 CPU、存儲器和外部設(shè)備的公共信息通道，通常由 3 部分組成：數(shù)據(jù)總線、地址總
線和控制總線。總線既可以單向傳送數(shù)據(jù)，也可以雙向傳送數(shù)據(jù)，并能在多個(gè)設(shè)備之間選擇
出惟一的源地址和目的地址。不能把總線只看作是多股導(dǎo)線，因?yàn)樗€包括相應(yīng)的控制和驅(qū)
動電路。
2. 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)
僅有硬件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)是無法工作的，必須為它編制出由一條條指令組成的程序，它才
能正常工作。實(shí)際在用戶面前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是經(jīng)過若干層軟件包裝的計(jì)算機(jī)，其功能的大小
與所配備的軟件的豐富程度有關(guān)。正是軟件使計(jì)算機(jī)成為無比強(qiáng)大的知識處理工具。
我們把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有程序及相關(guān)的文檔稱為軟件。計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)就是為了運(yùn)
行、管理、維護(hù)和使用計(jì)算機(jī)而編寫的各種程序(包括文檔)的總和。軟件是計(jì)算機(jī)的靈魂。
如果沒有計(jì)算機(jī)的軟件去指揮、協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)工作，計(jì)算機(jī)將是一堆廢鐵。
程序是為實(shí)現(xiàn)一定功能，用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言所編制的語句的有序集合。文檔是描述
程序設(shè)計(jì)的過程及程序的使用方法的有關(guān)資料。在軟件的這兩種成分中，程序是可由計(jì)算機(jī)
執(zhí)行的部分，文檔是不能執(zhí)行的部分，在軟件的整個(gè)生命期內(nèi)，這兩種成分缺一不可。
軟件系統(tǒng)按其功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分，如圖 1.5 所示。
（1）系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件是為有效利用計(jì)算機(jī)的資源、充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的工作潛力、保證正常運(yùn)行、盡
可能方便用戶使用計(jì)算機(jī)而編制的軟件。常見的系統(tǒng)軟件主要有操作系統(tǒng)、各種語言處理程
序、連接裝配程序、系統(tǒng)實(shí)用程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件等。沒有這些軟件，
計(jì)算機(jī)將難以發(fā)揮其功能，甚至無法工作。
系統(tǒng)軟件具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是通用性。即無論哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)用戶都要用到它們；
二是基礎(chǔ)性，即應(yīng)用軟件要在系統(tǒng)軟件的支持下編寫和運(yùn)行。
對于計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員來講，熟悉系統(tǒng)軟件的目的是為了更有效地開發(fā)應(yīng)用軟件和編制應(yīng)
用程序。
（
2）應(yīng)用軟件
應(yīng)用軟件是專業(yè)人員為各種目的而開發(fā)的程序，通常使用高級語言或使用生成工具來生
成。常見的應(yīng)用軟件有辦公自動化軟件，管理信息系統(tǒng)、大型科學(xué)計(jì)算軟件包等。隨著計(jì)算
機(jī)的推廣與普及，應(yīng)用軟件逐步地走向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并按功能組合成各種軟件包以方便
用戶。應(yīng)用軟件必須在系統(tǒng)軟件的支持下工作。
應(yīng)用軟件可分為兩大類：一類是不分業(yè)務(wù)、行業(yè)的公共應(yīng)用軟件，另一類是按業(yè)務(wù)、行
業(yè)分類的。
總之，系統(tǒng)軟件是為機(jī)器和用戶提供一般服務(wù)的，它使計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)功能，更高效率，
使用起來更加方便。它由計(jì)算機(jī)廠家提供，基本上是與硬件相配套的，是處于計(jì)算機(jī)硬件與
用戶之間的軟件。應(yīng)用軟件是為不同行業(yè)的用戶解決實(shí)際問題服務(wù)的。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)不能沒有
系統(tǒng)軟件，否則，用戶無法有效地使用計(jì)算機(jī)；現(xiàn)代計(jì)算機(jī)也不能沒有應(yīng)用軟件，否則它不
能解決實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中的任何問題。系統(tǒng)軟件能讓應(yīng)用軟件與計(jì)算機(jī)配合，并同時(shí)幫助計(jì)算
機(jī)管理內(nèi)部與外部的資源。人們主要與應(yīng)用軟件進(jìn)行交互，應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件進(jìn)行交互，
系統(tǒng)軟件則主要用于控制管理硬件。
系統(tǒng)軟件有 3 個(gè)最基本的部分。
操作系統(tǒng)：在任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)都是系統(tǒng)軟件最核心主要的部分。
設(shè)備驅(qū)動程序：設(shè)備驅(qū)動程序幫助計(jì)算機(jī)控制外部設(shè)備。實(shí)用程序：實(shí)用程序通常用來支持、提高或擴(kuò)展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中已有的程序。
此外，系統(tǒng)軟件中還包括語言翻譯工具。
操作系統(tǒng)
語言處理程序
系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)庫管理程序
軟件編程支持程序
……
軟件系統(tǒng)
數(shù)值處理軟件
信息管理軟件
應(yīng)用軟件 過程控制軟件
CAD/CAM/CAI 軟件
圖形圖像處理軟件
智能模擬軟件
各種行業(yè)應(yīng)用軟件
圖 1.5 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)
設(shè)備驅(qū)動程序是一種特殊的軟件程序，用于運(yùn)行外部設(shè)備。大多數(shù)的操作系統(tǒng)會識別常
用的外部設(shè)備，并自動選擇安裝合適的設(shè)備驅(qū)動程序，這樣在操作系統(tǒng)的管理下這些外部設(shè)
備正常工作。如果用戶的操作系統(tǒng)沒有識別出新的硬件，系統(tǒng)會顯示信息，提示用戶需要從
硬件自帶的 CD 或磁盤上安裝驅(qū)動程序。
實(shí)用程序也叫服務(wù)程序，是用來控制與分配計(jì)算機(jī)資源的。實(shí)用程序提高了系統(tǒng)軟件已
有的功能或添加了其他一些系統(tǒng)軟件程序不支持的服務(wù)。例如，我們常用的數(shù)據(jù)備份、磁盤
掃描檢查、文件壓縮、恢復(fù)丟失數(shù)據(jù)、系統(tǒng)安全管理軟件等都屬于這類服務(wù)程序。有時(shí)一些
實(shí)用程序也會被集成到操作系統(tǒng)中。
3．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟硬件關(guān)系
綜上所述，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是硬件和軟件有機(jī)結(jié)合的整體，它們之間的關(guān)系體現(xiàn)在以下三個(gè)
方面：
（1）
互相依存 計(jì)算機(jī)硬件與軟件的產(chǎn)生與發(fā)展是相輔相成、互相促進(jìn)的，二者密不
可分。硬件是軟件的基礎(chǔ)和依托，軟件是發(fā)揮硬件功能的關(guān)鍵，是計(jì)算機(jī)的靈魂。在實(shí)際應(yīng)
用中無論缺少哪一部分，計(jì)算機(jī)都無法使用。
計(jì)算機(jī)中還有許多功能需要通過硬件、軟件配合來實(shí)現(xiàn)，如中斷保護(hù)，實(shí)現(xiàn)中斷屏蔽保
留現(xiàn)場，要有硬件，中斷的分析處理又要由軟件來完成。操作系統(tǒng)中的許多功能也都需要硬
件支持。
（
2）無嚴(yán)格功能界面
計(jì)算機(jī)的硬件與軟件雖然各有分工，但它們之間的功能界面是浮動的。隨著技術(shù)的發(fā)展，
功能既可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件來完成。例如，乘法、除法既可以用硬件線路去做，也可
以用程序來實(shí)現(xiàn)。硬件和軟件的功能分配，隨時(shí)間不同、機(jī)型不同而異。通過二者的合理分配可以降低成本，改進(jìn)性能和提高可靠性。
（
3）相互促進(jìn) 無論從實(shí)際應(yīng)用還是從計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展看，計(jì)算機(jī)的硬件與軟件之
間都是相互依賴、相互影響、相互促進(jìn)的。硬件技術(shù)的發(fā)展會對軟件提出新的要求，促進(jìn)軟
件的發(fā)展；反之，軟件的發(fā)展又對硬件提出新的課題。
第四節(jié) 計(jì)算機(jī)中信息的存儲
一、進(jìn)位計(jì)數(shù)制
1．?dāng)?shù)制的概念
數(shù)制是用一組固定的數(shù)字符號和統(tǒng)一約定的計(jì)數(shù)規(guī)則表示數(shù)目的方法。按照進(jìn)位方式計(jì)
數(shù)的數(shù)制叫進(jìn)位計(jì)數(shù)制。任何進(jìn)制都有它生存的原因。人類的屈指計(jì)數(shù)沿襲至今，也就使得
日常生活中大都習(xí)慣采用十進(jìn)制（10 個(gè)數(shù)字符號，計(jì)數(shù)規(guī)則是逢 10 進(jìn) 1）。但是有些時(shí)候
也使用非十進(jìn)制的計(jì)數(shù)方法。例如：計(jì)時(shí)采用六十進(jìn)制，60 秒為 1 分，60 分為 1 小時(shí)；再
比如，24 小時(shí)為 1 天，是二十四進(jìn)制。
要理解數(shù)制，必須先理解兩個(gè)概念：基數(shù)和位權(quán)，下面以十進(jìn)制為例來說明。
基數(shù)指用該進(jìn)制表示數(shù)時(shí)所用到的數(shù)字符號的個(gè)數(shù)。十進(jìn)制數(shù)用 0、1、2、3、4、5、6、
7、8、9 共十個(gè)數(shù)字來表示大小不同的數(shù)，因而基數(shù)為 10。
每一個(gè)十進(jìn)制數(shù)中的數(shù)字符號的所在位置叫數(shù)位，不同數(shù)位有不同的"位權(quán)"。位權(quán)是一
個(gè)以基數(shù)為底的指數(shù)，即 Ri，R 代表基數(shù)，i 是數(shù)位的序號。一般規(guī)定整數(shù)部分個(gè)位為 0，
十位為 1，……，依次增 1；小數(shù)部分小數(shù)點(diǎn)右面的第一位為－1，第二位為－2，……，依
次減 1。任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開的多項(xiàng)式之和。
例如：十進(jìn)制數(shù) 1234.56，基數(shù)為 10，各數(shù)位對應(yīng)的位權(quán)如下；
位權(quán)
103
102
101 100
10－1 10－2
數(shù)位的序號 3
2
1
0
－1
－2
1
2
3
4
.
5
6
1234.56＝1×103＋2×102＋3×101＋4×100＋5×10－1 ＋6×10－2
2．常見的幾種數(shù)制
十進(jìn)制：基數(shù)為 10，10 個(gè)記數(shù)符號，0、1、2、……9。 每一個(gè)數(shù)碼符號根據(jù)它在這個(gè)
數(shù)中所在的位置(數(shù)位)，按“逢十進(jìn)一”來決定其實(shí)際數(shù)值。
二進(jìn)制：基數(shù)為 2，2 個(gè)記數(shù)符號，0 和 1。每個(gè)數(shù)碼符號根據(jù)它在這個(gè)數(shù)中的數(shù)位，按
“逢二進(jìn)一”來決定其實(shí)際數(shù)值。
八進(jìn)制：基數(shù)為 8，8 個(gè)記數(shù)符號，0、1、2、……7。每個(gè)數(shù)碼符號根據(jù)它在這個(gè)數(shù)中
的數(shù)位，按“逢八進(jìn)一”來決定其實(shí)際的數(shù)值。
十六進(jìn)制：基數(shù)為 16，16 個(gè)記數(shù)符號，0-9，A，B，C，D，E，F(xiàn)。其中 A～F 對應(yīng)十
進(jìn)制的 10～15。每個(gè)數(shù)碼符號根據(jù)它在這個(gè)數(shù)中的數(shù)位，按“逢十六進(jìn)一”決定其實(shí)際的
數(shù)值。
二、 二進(jìn)制和計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)表示
1．二進(jìn)制的特點(diǎn)
二進(jìn)制并不符合人們的習(xí)慣，但是計(jì)算機(jī)內(nèi)部仍采用二進(jìn)制表示信息，其主要原因有以
下四點(diǎn)：
(1)表示數(shù)據(jù)的物理器件簡單計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成，邏輯電路通常只有兩個(gè)狀態(tài)。例如，開關(guān)的接通與斷開，晶
體管的飽和與截止，電壓電平的高與低等。這兩種狀態(tài)正好用來表示二進(jìn)制數(shù)的兩個(gè)數(shù)碼 0
和 1。
(2)工作可靠
兩個(gè)狀態(tài)代表的兩個(gè)數(shù)碼在數(shù)字傳輸和處理中不容易出錯(cuò)，因而電路更加可靠。
(3)簡化運(yùn)算
二進(jìn)制運(yùn)算法則簡單。例如，求積運(yùn)算法則只有 3 個(gè)。而十進(jìn)制的運(yùn)算法則(九九表)對
人來說雖習(xí)以為常，但是讓機(jī)器去實(shí)現(xiàn)就是另一回事了。
(4)邏輯性強(qiáng)
計(jì)算機(jī)的工作是建立在邏輯運(yùn)算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù)。有兩個(gè)數(shù)
碼，正好代表邏輯代數(shù)中的“真”與“假”。
2．?dāng)?shù)據(jù)的單位
計(jì)算機(jī)中采用的是具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的觸發(fā)器，因此用二進(jìn)制來表示信息，所以計(jì)算機(jī)
中數(shù)據(jù)存儲的最小單位是一個(gè)二進(jìn)制位，通常叫作比特（bit）。在實(shí)際應(yīng)用中常把八個(gè)連
續(xù)的二進(jìn)制位作為信息存儲和處理的單位，稱為字節(jié)（byte），用 B 表示。由于計(jì)算機(jī)存儲
和處理的信息量很大，因此，人們也常用千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、千兆字節(jié)（GB）
和兆兆字節(jié)（TB）作為度量單位，它們的換算關(guān)系是：
1B=8bit
1KB=1024B=210 B 1KB=1024 字節(jié)，“K”的意思是“千”
1MB=1024KB=210KB=220 B=1024×1024B 1MB=1024KB 字節(jié)，“M”讀“兆”。
1GB=1024MB=210MB=230 B=1024×1024KB 1GB=1024MB 字節(jié)，“G”讀“吉”。
1TB=1024GB=210GB=240 B=1024×1024MB 1TB=1024GB 字節(jié)，“T”讀“太”。
要注意比特位與字節(jié)的區(qū)別：比特是計(jì)算機(jī)中最小數(shù)據(jù)單位，字節(jié)是計(jì)算機(jī)中基本信息
單位。
3．不同形式數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示
(1)數(shù)值數(shù)據(jù)的表示
數(shù)值數(shù)據(jù)有大小和正負(fù)之分。無論多大的數(shù)，正數(shù)還是負(fù)數(shù)，在計(jì)算機(jī)中只能用 0 和 l
來表示。顯然，一個(gè) bit 所能表示范圍是有限的，最大只能表示 1，要想表示更大的數(shù)，就
得把多個(gè) bit 作為一個(gè)整體按照進(jìn)位規(guī)則來描述一個(gè)數(shù)。例如，用兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)整數(shù)，
用四個(gè)字節(jié)表示一個(gè)實(shí)數(shù)等。至于數(shù)的正負(fù)號，通常在二進(jìn)制數(shù)的最前面規(guī)定一個(gè)符號位，
若是 l 就代表是正數(shù)，若是 0 就代表負(fù)數(shù)。
(2)字符數(shù)據(jù)的表示
人們使用計(jì)算機(jī)的基本手段是通過鍵盤與計(jì)算機(jī)交互，從鍵盤上敲入的各種命令和數(shù)據(jù)
都是以字符形式體現(xiàn)的。然而，計(jì)算機(jī)只能存儲二進(jìn)制數(shù)，這就需要對字符數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，
并由機(jī)器自動轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式存入計(jì)算機(jī)。下面介紹幾種在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中經(jīng)常使用的編碼。
ASCII 碼：ASCII 碼是英文 American Standard Code for lnformation Interchange 的縮寫，
意為“美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼”。該編碼已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納，作為國際通用的信息交
換標(biāo)準(zhǔn)代碼。ASCII 碼用七位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，由于 27=128，所以共有 128 種不同組
合，可以表示 128 個(gè)不同的字符。其中包括：數(shù)碼 0～9，英文大小寫字母，運(yùn)算符號、標(biāo)
點(diǎn)符號和控制符號等。
國家標(biāo)準(zhǔn)漢字編碼：國家標(biāo)準(zhǔn)漢字編碼簡稱“國標(biāo)碼”，規(guī)定一個(gè)漢字用兩個(gè)字節(jié)表示。
漢字輸入碼：漢字輸入方法很多，如區(qū)位，拼音，五筆字型等。不同輸入法有自己的編
碼方案，方案統(tǒng)稱為輸入碼。輸入碼進(jìn)入機(jī)器后必須轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)碼進(jìn)行存貯和處理。漢字字形碼：漢字字形碼是一種用點(diǎn)陣表示漢字字形的編碼，是漢字的輸出形式。它把
漢字按字形排列成點(diǎn)陣，常用的點(diǎn)陣有 16x16、24x24、32x32 或更高。一個(gè) 16x16 點(diǎn)陣的漢
字字形要占用 32 個(gè)字節(jié)，24x24 點(diǎn)陣要占用 72 個(gè)字節(jié)……。可見漢字點(diǎn)陣的信息量是非常
大的。所有不同的漢字字體、字號的字形構(gòu)成漢字庫，一般存儲在硬盤上，當(dāng)要顯示輸出時(shí)
才調(diào)入內(nèi)存，檢索到要輸出的字形送到顯示器輸出。
(3)圖像的表示
一幅圖像可認(rèn)為是由一個(gè)個(gè)像點(diǎn)構(gòu)成的，每個(gè)像點(diǎn)必須用若干二進(jìn)制位表示現(xiàn)實(shí)世 界
五彩繽紛的顏色。將圖像分解為一系列像點(diǎn)、每個(gè)點(diǎn)用若干 bit 表示時(shí)，這幅圖像就數(shù)字化
了，我們把這樣的圖像表示形式叫位圖。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量特別巨大，假定畫面上有 150000
個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用 24 個(gè) bit 來表示，則這幅畫面就要占用 450000 個(gè)字節(jié)。如果希望在顯示器
上播放視頻 25 幀畫面，相當(dāng)于 1125000 個(gè)字節(jié)的信息量。因此，進(jìn)行圖像處理對計(jì)算機(jī)要
求是很高的。
除了可以用象素點(diǎn)的位圖形式表示圖像外，還可以用矢量圖表示圖形。
(4)聲音的表示
聲音是一種連續(xù)變化的模擬量，我們可以通過“模／數(shù)”轉(zhuǎn)換器對聲音信號按固定的時(shí)
間進(jìn)行采樣，把它變成數(shù)字量，一旦轉(zhuǎn)變成數(shù)字形式，便可把聲音存儲在計(jì)算機(jī)中并進(jìn)行處
理了。
本章內(nèi)容要點(diǎn)
1． 信息是事物運(yùn)動的狀態(tài)和方式，它的基本功能是消除認(rèn)識上的不確定性。信息的
基本特性主要有普遍性、依附性、傳遞性、共享性、可處理性和價(jià)值相對性等。信息技術(shù)是
指與獲取、加工、存儲、傳輸、表示和應(yīng)用信息技術(shù)有關(guān)的技術(shù)。現(xiàn)代信息技術(shù)包含 3 個(gè)層
次的內(nèi)容：信息基礎(chǔ)技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)和信息應(yīng)用技術(shù)。
2．
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論模型是圖靈機(jī)，而馮·諾依曼機(jī)則奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的兩大特征是“程序存儲”和“采用二進(jìn)制”。
3．
電子計(jì)算機(jī)具有 5 個(gè)特點(diǎn)，按照使用的元器件劃分發(fā)展經(jīng)歷了四代。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由
硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，軟件和硬件有機(jī)結(jié)合，互為依存。
4．計(jì)算機(jī)中的信息是采用編碼形式存儲的，二進(jìn)制和二進(jìn)制碼是當(dāng)前計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息
表示的基礎(chǔ)。
習(xí)題
一、選擇題
1. 信息的作用和功能是通過它的（ ）性來體現(xiàn)的。
A. 普遍性 B. 可處理性 C. 共享性 D. 依附性
2．電子數(shù)字計(jì)算機(jī) ENIAC 研制成功的時(shí)間是（ ） 年。
A. 1936 B. 1946 C. 1956 D. 1970
3. 計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段通常是按計(jì)算機(jī)所采用的 ( ) 來劃分的。
A. 內(nèi)存容量 B. 邏輯元件 C. 程序設(shè)計(jì)語言 D. 操作系統(tǒng)4．從第一代電子計(jì)算機(jī)到第四代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)都是相同的，都是由運(yùn)算器、控制器、
存儲器以及輸入/輸出設(shè)備組成的，稱為 ( ) 體系結(jié)構(gòu)。
A. 圖靈 B. 比爾·蓋茨 C. 馮·諾依曼 D. 諾依斯
5．一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該包括 ( ) 。
A. 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 B. 計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備
C. 硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng) D. 系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件
6．計(jì)算機(jī)應(yīng)用廣泛，而其應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是 ( ) 。
A. 科學(xué)與工程計(jì)算 B. 數(shù)據(jù)處理與辦公自動化
C. 輔助設(shè)計(jì)與輔助制造 D. 信息采集與過程控制
7．計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中最核心的部件是 ( ) 。
A. 主存儲器 B. CPU C. 磁盤 D. 輸入/輸出設(shè)備
8．計(jì)算機(jī)的主存儲器一般由 ( ) 組成。
A. ROM 和 RAM B. RAM 和磁盤 C. RAM 和 CPU D. ROM
9. 計(jì)算機(jī)的主存儲器比輔存儲器 （ ） 。
A．存儲容量大 B. 價(jià)格便宜 C. 存儲可靠性高 D. 讀寫速度快
10. 我們通常說的（ ）碼是指美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼
A．位圖 B. ASCII C. BCD D. 字形碼
二、簡答題
1． 信息的應(yīng)用特性包括哪些方面？
2． 簡述現(xiàn)代信息技術(shù)的三個(gè)層次內(nèi)容？
3． 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由哪兩部分組成，它們之間的關(guān)系如何？
4． 簡述存儲程序控制的基本原理？
三、分析與思考
1.上網(wǎng)收集有關(guān)計(jì)算機(jī)歷史資料，整理一份關(guān)于個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史資料。制作一個(gè)
小報(bào)告，講解在這段歷史中個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程以及其中的主要人物的貢獻(xiàn)，思考為什么
這些人能有所成就，他們都有一些什么特質(zhì)？
2.上網(wǎng)了解電子計(jì)算機(jī)對現(xiàn)代生活的影響，分析帶來的利弊，討論如何用好信息技術(shù)。
3. “軟件”術(shù)語是 John Tukey 創(chuàng)造的，那么 John Tukey 是誰？他是否還創(chuàng)造了其他重
要的計(jì)算機(jī)術(shù)語？使用這個(gè)名字進(jìn)行關(guān)鍵字搜索有關(guān)中英文資料，寫一個(gè)他的生平與成就短
文。