第2章计算机硬件与软件基础 (2)

1、第2章  计算机硬件与软件基础教学提示：一个完整的计算机由硬件和软件两大部分组成。硬件是构成计算机的各种物理设备的总称，软件是为了运行、管理和维护计算机而编制的程序和各种文档的总和，两者缺一不可。教学目标：本章主要介绍计算机硬件和软件的基础知识，包括CPU、存储器、输入输出设备等，以及系统、应用软件和计算机程序设计。通过本章的学习，要求掌握计算机软、硬件的基本概念、计算机硬件组成等知识。2.1  计算机硬件基础由于使用最多的是微机(又称个人计算机，也即是PC机)，故除非特别指出，本书介绍的计算机都指微机。计算机的硬件组成可以分为以下几个部分：CPU、内存、外存和各种输入输出

2、设备。一些常用的多媒体设备已经成为计算机的基本配置。2.1.1  CPUCPU是计算机硬件系统的核心，一般由高速电子线路组成。目前的CPU都集成在一块芯片上，称为微处理器。微处理器不等于微机，它只是组成计算机的一个核心器件。由于CPU在计算机中的关键作用，人们往往将CPU的型号作为衡量和购买机器的标准，如586、P、P、P4微处理器都成为计算机的代名词。下面介绍一下与CPU性能相关的几个问题。1.    CPU的速度与主频目前，个人计算机的运算速度已超过若干年前大型机的速度。例如，Intel公司的奔腾微处理器芯片的运算速度已达上亿次每秒。CPU执行指令的

3、速度与系统时钟有着密切的关系。系统时钟是计算机的一个特殊器件，它周期性地发出脉冲式电信号，控制和同步各个器件的工作节拍。系统时钟的频率越高，整个机器的工作速度就越快。时钟频率的上限与器件的性能有关。所谓CPU的主频即CPU能够适应的时钟频率，或者说是CPU产品的标准工作频率，它等于CPU在1秒钟内能够完成的工作周期数。CPU的主频以MHz(兆赫)为单位。当然，主频越高就表明CPU运算速度越快，如P的主频已达到3060 MHz以上。我们以奔腾为例进行介绍(见表2.1)。2.    CPU的字长字长是指CPU在一次操作中能处理的最大数据单位，它体现了一条指令所能处理数

4、据的能力。例如，一个CPU的字长为16位，则每执行一条指令可以处理16位二进制数据。如果要处理更多位的数据，则需要几条指令才能完成。显然，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的结构也就越复杂。CPU的字长与寄存器长度及主数据总线的宽度都有关系。早期的微处理器都是8位和16位，32位计算机的代表就是PC 486，而目前的奔腾CPU已是64位。表2.1  各种奔腾CPU的主频奔腾级CPU的分类主频(MHz)奔腾高能奔腾Pentium60,66,75,90,120,133,166MMX Pentium166,200,233 Pentium Pro150

5、,180,200奔腾二代Pentium 233,266,300,333,350,400Celeron(赛扬)266,300Xeon(至强)400,450奔腾三代Pentium 450,500,550,1000,1130Celeron(赛扬)533,566,600,766,800,奔腾四代Pentium 41300,1400,1800,2000,30602.1.2  存储器存储器的主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。为了实现自动计算，各种信息必须预先存放在存储器中。我们首先从存储器的系统介绍。1.    存储器系统计算

6、机的存储器系统是由主存储器(内存)、高速缓冲存储器(Cache)、辅助存储器(外存)及管理这些存储器的软件组成。内存用于存放执行的程序和待处理的数据，它直接(或通过缓存)与CPU交换信息；而外存储器是长期保存程序和数据的介质。目前，内存采用随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，它是可读写的易失性存储器(断电后信息不能保存)，它允许以任意顺序访问其存储单元。而ROM(Read-Only Memory)是只读存储器的英文缩写。各种类型的只读存储器也具有随机访问的能力，只是不能写入数据。ROM一般在计算机中用来保存某些专用的程序(如BIOS基本输入输出系统)。在计算机的

7、发展过程中，内存速度的提高赶不上逻辑电路速度的提高，CPU执行指令的速度远远高于内存的读写速度。由于CPU每执行一条指令都要访问内存一次乃至几次，所以内存制约了CPU执行指令的效率。为了解决这个矛盾，在计算机中引入了高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，它存取速度比内存快，但容量不大，主要是用来存放当前内存中使用最多的程序块和数据块，并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。一般来说，程序的执行在一段时间内总是集中于程序代码的一个小范围内。如果一次性地将这段代码从内存调入缓存，缓存便可以满足CPU执行若干条指令的要求。只要程序执行不出这段代码，CPU对内存的访问就演变成对高速缓存的

8、访问。所以，缓存可以进一步加快CPU访问内存的速度，从而也就加快了指令的执行速度。在我们购买的计算机中，一般都带有高速缓存(例如带有512 KB缓存)。当然缓存愈大愈好，但价格也随之上升，且它们大都与CPU封装在一块芯片上，不能随意选择。一些低档的机器就是因为没有缓存或缓存较小而价格便宜。我们知道，任何一个程序都要调入内存才能执行。为了能够运行更大的程序，为了同时运行多道程序，就需要配置较大容量的内存，或对已有的机器扩充内存。随着存储器芯片集成度的不断提高和价格的下降，今天计算机的内存容量不但超过了前些年大型机的内存容量，而且还超过了一些小型机的外存容量。例如，当前计算机的内存配置已在百兆数量

9、级上。当然，内存的扩充终归有限，有没有可能让较小的内存运行更大的程序呢?目前广泛采用的“虚拟存储技术”可以通过软件方法，将主存和一部分外存空间构成一个整体，为用户提供一个比实际物理存储器大得多的存储器，这称之为“虚拟存储器”。虚拟存储器的原理同样是基于这样一个现实：即程序的运行在一段时间内不会涉及到它的全部指令，而仅仅是局限在一段程序代码之内。当一个程序需要执行时，只要将其调入虚拟存储器就可以了，而不必全部调入内存。程序进入虚存后，就完全由操作系统进行管理和调度。系统会根据一定的算法，将实际执行到的那段程序代码调入物理内存(称为页进)。如果内存已满，系统会将目前暂不执行的代码送回作为虚存的外存

10、区域(称为页出)，再将当前要执行的代码调入内存。这样，操作系统会通过页进、页出，保证要执行的程序段都在内存。而一次页进就可以解决若干条指令的执行。虚拟存储器技术有效地解决了物理存储器不足的问题。但是，程序执行过程中的页进、页出实际上是内外存的交换，而访问外存的时间比访问内存要慢得多。也就是说，从用户的使用角度讲，虚拟存储器如同物理存储器的作用，但比物理存储器要慢一些。虚存技术实际上是用时间(变慢)换取了空间(增大)。图2.1给出了存储系统的层次结构。外存(辅助存储器)可用来长期存放程序和数据。外存上的信息主要由操作系统进行管理，它一般只和内存进行信息交换。图2.1  存储系统的层次结

11、构常见的外存储器有磁盘、磁带和光盘等，下面分别加以介绍。2.    磁盘存储器磁盘存储器是当前各种机型的主要外存设备，它以铝合金或塑料为基体，两面涂有一层磁性胶体材料。通过电子方法可以控制磁盘表面的磁化，以达到记录信息(0和1)的目的。磁盘的读写是通过磁盘驱动器完成的。磁盘驱动器是一个电子机械设备，它的主要部件包括：一个安装磁盘片的转轴，一个旋转磁盘的驱动电机，一个或多个读写头，一个定位读写头在磁盘位置的电机，以及控制读写操作并与主机进行数据传输的控制电路。常见的磁盘驱动器有两种：硬盘驱动器和软盘驱动器。软盘驱动器设计能接收可移动式软盘，目前常用的就是容量为1.4

12、4 MB的3.5英寸软盘。软盘存取速度慢，容量也小，但可装可卸、携带方便。硬盘驱动器(包括硬盘片本身)完全密封在一个保护箱体内。硬盘以其容量大、存取速度快而成为各种机型的主要外存设备。一般的计算机可配置不同数量的硬盘，且都有扩充硬盘的余地。目前一块硬盘的容量已从过去的几十MB、几百MB，发展到目前的几个GB (1 GB=1024 MB)到几十个GB。磁盘存储器有如下几个常用术语：l          磁道：每个盘片的每一面都要划分成若干形如同心圆的磁道，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

13、，最内层是第n道。l          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。l          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是一样多。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。例如，3.5英寸软盘有80个磁道

14、，每道分18个扇区，每扇区可存512个字节，且磁盘正反面都可以存储数据。所以，软盘的容量是512 B×l8×80×21.44 MB。为了存取磁盘上的数据，系统最终要给出如下的地址格式：驱动器号盘面号柱面号扇区号3.    磁带存储器磁带的工作原理如同录音带、录像带一样。磁带存储器由磁带机和磁带两部分组成。磁带分为开盘式磁带和盒式磁带两种，前者多用于大中型机，后者多用于微型机。磁带存储容量大，装卸方便。磁带读写速度比磁盘慢得多，且是顺序读写方式，故经常用来作为磁盘上数据的后备介质，或用来存放不经常使用的数据。磁带也可作为某些专用程序的数

15、据带(存放要处理的数据，这些数据经常是用其他设备记录下来的)。4.    光盘存储器多媒体信息，尤其是图形信息，其计算量是非常庞大的。以全活动视频图像来说，如放映一部电影，要求以每秒30帧以上的速度播放“胶片”，那么意味着计算机就要以每秒9 MB的速率传输数据。其他声音、图形等信息虽然比图像信息要少，但是也很庞大。例如播放1分钟的立体声数字音乐文件，其数据量需要占用10 MB的磁盘空间。各种多媒体文件即使经过压缩也是非常庞大的，所以，一种新的大容量可装卸存储介质光盘应运   而生。CD是英文compact disc的缩写，意思是高密度盘，即光盘

16、。它是通过光学方式读取和记录信息的，写入和读出都是使用激光束来实现的。光盘是在20世纪70年代末从胶木密纹唱片发展而来的。目前一张光盘的容量在500 MB左右，光盘的存取速度要慢于硬盘。光盘存储器有3种类型：只读型、一次性写入型和可擦写型。l          只读光盘(CD-ROM)CD-ROM中的内容在光盘生产时就已经确定，盘片一旦制成，其内容不可改变，只能读取。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。目前，各种软件也都是以此种光盘为介质来提供。l 

17、0;        一次写入型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，但写入的内容不可以修改而只能读，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复制。l          可擦写型光盘这种光盘允许重复读写，故兼有磁盘的大容量和软盘的可装卸等优点，是一种新型的光盘。注意：一般机器上配置的光驱只能读取光盘(只读光驱)。而我们称之为刻录机的光盘驱动器才具有对光盘的写入功能，但只能对特定光盘进行写操作，而且一次性

18、写入和可擦写光盘是两种不同类型的盘片，后者的价格是前者的10倍。光盘上印有照片或文字的那一面事实上并没有储存数据，数据是存放在光滑明亮的另一面上。下面介绍数据是如何存放在这光滑的光盘表面上的。图2.2显示了光盘的数据存放方式。光盘的中心是导入区(Lead in)，显示了数据开始记录的位置。接下来是目录表(Table of Contents)，它记载了文档目录以及结构的信息。光盘的主体数据紧接着目录表区域，由中心向外以螺旋状方式放置。一旦数据记录完毕，光盘压制器就会在其数据圈外加上一个导出区(Leadout)数据轨，结束数据的读写动作。图2.2  光盘数据存放方式当要读取数据时，激光读

19、取头会从中心往外移动。首先在目录表Table of Contents区域中找到文档的位置，然后再以正确距离搜寻指定的文档数据。在解释光盘驱动器读取数据之前，我们先来看看光盘上某个数据单元的特写。光盘会反光的表面上涵盖了许多凹凸不平的信号点，当激光束打到圆滑凸起的部分时，激光会散开来，以至于不会传回激光读取头，这时光感测器就会记下一个OFF的记号。相反地，如果激光打到凹面的地方时，激光会反射回到激光读取头上面，光感测器便会记下一个ON信号。光盘驱动器不断地把ON、OFF信号传给解码电路，由解码电路将信号解释为计算机可识别的0、1数字信号，这就是光盘驱动器读取数据的过程。谈及光盘，都要涉及到以下几

20、个重要概念：l          数据传输率它指的是光盘驱动器每秒钟能够读取多少KB的数据量。比如，单速的光盘驱动器每秒钟只能读取150 KB的数据量，而倍速光盘驱动器每秒钟可以读取300 KB的数据量，也就是说读取同一个文档只需要单速光盘驱动器一半的时间。多媒体计算机的第一代标准只需要150 KB单速光盘驱动器，第二代的标准就需要每秒钟300 KB的倍速光盘驱动器，到了1995年6月公布的第三代多媒体计算机标准则提高到每秒600 KB的4倍速传输量的要求。就应用而言，当用户使用一些多媒体光盘的过程中应用

21、到大量的动画影像数据时，光盘驱动器的数据传输率就成了影片是否会中断、跳跃的重要影响因素。目前光盘的传输率已达50倍速。l          平均搜寻时间这是评判光盘驱动器好坏的另一个重要因素。它是指激光读取头移到指定的点并读取该点数据的时间。首先是激光读取头移动到指定的数据轨的时间(Lease Ad Positioning)；当读取头已在正确的数据轨上时，要等待驱动器把正确的单位数据转到读取头上方，这段时间间隔就叫旋转时间(Rotation Latency)；当单位数据已到位后，还要花上一段起始时间(In

22、itial Data Transfer)才能把数据从光盘上载入驱动器的内缓冲区。上面3段时间加起来才是驱动器的搜寻时间。搜寻时间对于像百科全书那样需要大量数据搜寻的应用非常重要。当需要激光读取头经常来回移动做全文检索或寻找数据库中散置的数据时，快速的搜寻时间就是达成良好使用效果的关键因素。1995年公布的MPC 标准规定光盘驱动器的平均搜寻时间不得大于0.25秒。2.1.3  输入/输出设备本节就输入、输出设备的使用，有关参数及配置等进行介绍。众所周知，目前计算机最常用的输入设备就是键盘和鼠标。下面我们就来介绍它们的使用方法。1.    键盘计算机最常用

23、的输入设备是键盘，几乎所有的命令、汉字、各种语言程序、初始数据等都是从键盘输入。对键盘的具体操作将会在第3章详细介绍。2.    鼠标Windows是按使用鼠标工作而设计的。鼠标通常是一种带有按键的手持输入设备。这种设备使用户能够通过其手的运动来操作屏幕上的对象。Windows图形环境中的基本操作就是使用鼠标来选取、移动和激活显示在屏幕上的元素。鼠标以其快捷、准确、直观的屏幕定位和选择能力而受到计算机用户的喜爱，已成为各种档次计算机的必备输入设备。Windows是针对有两个按键的鼠标而设计的，如果鼠标有3个键，则忽略中间的一个按键。初始状态下鼠标左键设置为主键，而

24、右键设置为副键(注：本书中凡是提到鼠标键都是指主键)，主键用于大多数的鼠标操作。如果在桌面上移动鼠标，屏幕上的鼠标指针(箭头或其他形状)也会随之而动，所有的鼠标操作都是表2.2所列几种基本操作的组合。表2.2  鼠标的基本操作鼠标动作名称操作方法指向(point)移动鼠标，将鼠标指针移到屏幕的一个特定位置或指定对象上(为下一个动作做准备)单击(click)(将鼠标指向目标)快速地按一下鼠标按键(选取一个对象)双击(double click)(将鼠标指向目标)快速地连续按两下鼠标按键(有启动某项功能之意，命令计算机去做一件事情)拖动(drag)(鼠标指向目标后)按下鼠标按键不放，并移动

25、鼠标(可拖动对象移到新位置，或选取一段文本等) 鼠标指针的形状取决于它所在的位置以及和其他屏幕元素的相互关系。鼠标指针形状以一种唤醒的方式提醒你目前可以做些什么。例如，鼠标指针通常是一个指向左上方的箭头，表示等待用户的操作；当把它移近窗口边缘时，会变成一个双箭头，表示现在可以拖动边界、改变窗口尺寸；在字处理的文本区域，指针就像一个英文字母I；而当一个程序正在工作、需要用户等待时，鼠标指针又会成为一个沙漏的形状。3.    显示卡我们首先被多媒体计算机所吸引的还是屏幕上彩色斑斓的影像。那么数字信息究竟是怎样被转换成彩色影像的呢？在计算机的使用过程中，人们通

26、过显示器了解计算机输入和输出的内容，而将需要显示的内容送到显示器的是显示卡(也称图形适配器)，显示卡和显示器构成了计算机的显示系统。在Windows环境下，直接需要处理的影像数据会被显示卡的驱动程序所拦截，比如画线、画圆、画方框、多边形以及颜色等基本绘图功能，可直接由显示卡的绘图加速卡进行处理，不需要耗费CPU的宝贵运算时间。其实这些基本的绘图功能就是构成Windows人机界面的主要元素。幸亏有了Windows的绘图加速卡的出现，让图形处理时间大大减少，也才使Windows的图形界面使用较为顺畅。谈及显示卡，最大的问题仍是如何正确选择显示模式。屏幕所能表现的分辨率或色彩数目主要是由显示卡来控制

27、的，你可以自己决定采用多高的分辨率。表2.3列出了几种显示模式。表2.3  显示模式色彩数目分辨率(像素×像素)16640×480256800×60065 5361024×76816 M1280×10244.    彩色CRT显示器尽管电视和计算机显示器有着惊人的相似之处，但这二者是用不同的方法产生图像的。电视是一个模拟设备，它是从连续变化的无线电波中获取信息的；而计算机的显示器虽然使用模拟电流来控制图像，但显示图像的信息都是0和1的数字数据。l     

28、     显示器的工作原理首先，让我们来谈谈计算机上呈现图形、影像的缘由。如果用放大镜靠近屏幕瞧一瞧，就会发现屏幕上布满了许多小点，这些小点称之为像素(Pixel)。屏幕画面就是由这些小点组成的。那么，屏幕是如何让这些小点具有不同的颜色和亮度呢?把显示器拆开来，就可以看到显像管中的3个主要元件电子枪、遮光罩和荧光屏。下面介绍几个重要概念：u         分辨率  CRT分辨率是指显示器所能显示的像素个数，像素越密，分辨率越高，图像越清晰。因为显示器成像是通过电子

29、束照射荧光屏上的磷质发光体颗粒发光而形成的，为了保证图像清晰，要求磷光体颗粒精细、间距小，所以分辨率取决于显像管磷光体的粒度和电子束的聚焦能力。例如某显示器的分辨率为1024×768像素，就表明该显示器在水平方向能显示1024像素，而在垂直方向能显示768个像素，全屏能显示1024×768像素。此外，一定的分辨率还需要相应配置的显示卡支持才能实现。u         扫描频率  模拟信息由显示卡送到显示器，显示器将这一信息转换为特定强度的电压，借助电压将阴性电子通过电子枪发射出来，形成

30、一道电子束，然后，电子束通过协助荧光屏聚焦的遮光罩打在荧光屏上的磷质发光体上，形成一个发亮的图点。电子束由左而右，由上至下不停地做周期性扫描，使得只有很短暂的发光时间的磷质发光体不断地重新亮起，这才能使我们感受到的是持续稳定的画面。这个过程称为屏幕刷新(Refresh)。那么，一个画面一秒钟内究竟要刷新多少次才算平稳呢?这就是所谓的垂直扫描频率(Vertical Frequency)。如果一秒钟扫描60次，我们就称该显示器的扫描频率为60 Hz。根据国际视讯标准器材规范，对于分辨率为640×480像素的画面，75 Hz的扫描频率是基本要求。而更高分辨率的画面最好要用75 Hz以上的扫

31、描频率才能保证不闪烁、不伤眼的画面效果。另一个常会听到的名词是水平扫描频率(Horizontal Frequency)，这是指显示器每秒钟可以产生的水平线数目。例如，标准的VGA的标准水平扫描频率为31.5 KHz(525lines×60)，而一般家庭用的电视，其水平扫描频率为15.75 KHz(525 lines×30)，所以近看电视画面时，会发现有严重的闪动。如今，显示器都应具备多频扫描的能力(Multi-Scanning)，以符合人们需要切换不同分辨率的需求。为了拥有稳定的画质，选用有较大扫描频率调整范围的显示器，可以具有较大的应用弹性。u  &#

32、160;      像素的色彩  磷质发光体的亮色使我们看到图形、影像。那么，它的色彩又是怎样出来的呢？仍回到显示器的内部结构中去。在彩色显示器中，电子枪是由红、绿、蓝3个枪所组成的，屏幕也相对涂上一层有红、绿、蓝三色组成的磷质像素。事实上，我们在画面上看到的一个点是由R、G、B(红、绿、蓝)3个小点所组成的。当其中某个点呈现的亮度较高时，我们就会感受到比较偏向那个颜色的混色效果。根据光的加色原理，显示器可以显示出无限多种色彩的组合可能性。举例来说，当RGB电子枪都以最强电压分别发出最强亮度的电子束时，这时，我们会从屏幕上看到纯白色的

33、像素点。l          显示器的选取显示器从前端表面上可以分为球面、柱面、平面直角和完全平面等多种类型；从扫描方式可分为隔行和逐行两种。显示器的尺寸同电视屏幕的尺寸规格一样，是用屏幕的对角线长度来表示的。常见的显示器屏幕尺寸有14英寸、15英寸、17英寸、19英寸、21英寸等。点间距为0.39 mm、0.33 mm、0.31 mm、0.28mm、0.26 mm和0.25 mm等。显示分辨率表示的是在屏幕上共有多少行扫描线，每一行扫描线中共有多少个点，例如640×480像素表示的是有480行

34、扫描线，一行有640个点。显示屏的点距是电子束每扫描两个点之间的距离。在显示图像时，点距越小，在有限的屏幕尺寸内，就可以容纳下更多的图像点，从而更精确地描述其细节，显示的图像质量也越高。以前只用于笔记本计算机的液晶显示屏技术，也开始用于台式计算机，从而产生了液晶显示器。液晶显示器有几个非常显著的特点：超薄、完全平面、无电磁辐射和功耗小等。5.    声卡1989年8月产生的声卡让计算机从此告别了寂静时代，进入多姿多彩的多媒体世界。从对声音信息的采集、编辑加工，直到声音媒体文件的播放这一整个过程都离不开声卡。l    

35、0;     声卡的构成声卡在计算机中的主要作用是声音文件的处理，此外还有音源的控制、语音处理和提供MIDI接口功能。我们先来看一看声卡的构成(见图2.3)。图2.3  声卡的构成其中：u         Line in插口是用来连接录音机或DAT等附有放大器的装置。u         Line out插口是用来连接外接放大器或内接放大器的音箱。u   &#

36、160;     Mic in插口用来接麦克风，实现声音的输入。u         如果音箱本身没有带电源，就要通过声卡内置的功放来发音，这时就需要接到Speak out的位置。u         MIDI插口用于外接MIDI键盘或游戏操纵杆。仔细浏览声卡内部，你会发现它主要靠4个零组件来处理音源，它们分别是：u       &

37、#160; CD Audio connect：接收光盘机中的模拟信号。u         Synthesizer：电子合成器，负责MIDI的合成声音信息，可及时创造声音。u         AD/DA：模数/数模转换器，负责录音及播放。u         MIXER：混音器，负责控制声音的混音效果以及个别声音来源的音量、混音，并能调整录、放音的大小。每一个声

38、卡都必须具备这4个组件，这样才能提供多媒体CD节目所需要的多元音效的环境。声音是怎样被计算机接收、处理并播放出来的呢?实际上计算机是借助DAC和ADC这两个聪明的设备来完成的。一般的声音是模拟信息，而计算机只能识别“0”、“1”这样的二进制数字信息。为了让计算机能够认识你的声音，ADC(Analogs Digital Converter，模数转换器)会把声音的模拟信号转换为计算机的数字信号，一旦你的声音进入计算机，你就可以去编辑或增加一些特殊的效果。相反地，DAC(Digitals Analog Converter，数模转换器)则把数字信号再还原成模拟信号，于是你就可以通过音箱听到从计算机里传

39、出的你自己录下的声音。l          声卡的选择声卡主要分为8位和16位两大类。多数8位声卡只有一个声音通道(即单声道)，在进行声音录制时，采样频率为22 KHz(即每秒采集22 000个点左右)，并且每个采样点用8位二进制数表示。此类采集效果较差，在回放时失真度大。16位声卡采用了双声道技术，最大采样频率为44.1 KHz，每个采样点用16位二进制数表示。它具有立体声效果，基本上能满足非专业音乐人士的需求，回放时可达到CD音质，是目前多媒体计算机首选的声音处理设备。6.  &#

40、160; 音箱通过上述介绍，我们知道了计算机是如何接收声音并进行编辑的。现在我们来看看计算机是怎样将声音的数字信息转换成确实可听到的声音，这就得请音箱登场了。音箱是将电信号转换成机械信号的振动，再形成人耳可听到的声波。由于这些音箱内有磁铁，磁性很高，最好买防磁音箱以避免干扰屏幕的显示。如果音箱有内接的放大器，你应将音箱接到声卡的Line out插口上；假设你用的是耳机或是没有内置放大器的音箱，则应将其接到Speak out接口上。7.    串行口与并行口如果计算机没有串行口与并行口，计算机所完成的许多工作成果，除了坐在显示器前面的人之外，无法为更多的人所共享。串

41、行口又称RS-232口(RS-232是电子产业协会的标准，用于规定串行口中各种连接器的用法，目前有9引脚和25引脚连接器)。其工作原理很简单，一条线发送数据，另一条线接收数据，其他几条线用来控制如何在上面两条线上收发数据。因此串行口的数据传送效率不高，一次只能传送一位数据，通常用于连接鼠标或调制解调器。并行口通常又被称为打印机口，其特点是数据传送效率较高，在并行口上可以有8条数据线同时传送数据，即一次可传送一个字节的数据量。并行口的缺点则是它的所有线路的电压可能会引起串扰(一条线上的电压泄漏到另一条线上的现象称作串扰，就像在你的电话机上听到其他人的对话一样)，这使得大多数并行连接的长度受到限制

42、(一般限制在10英寸以内)。8.    打印机打印机是计算机常用的输出设备。打印机通过接口与打印机控制器相连，CPU通过打印机控制器控制打印机的工作。目前常用的打印机有针打式点阵打印机、激光打印机和喷墨打印机。针打式点阵打印机已有很长的历史，它具有宽行打印、连续打印的优点，但打印速度慢，精度也不高，一般适合于打印报表、程序清单等。针打通过打印头中的钢针打击色带，在打印纸上以点阵形式构成字符。激光打印机是激光技术与电子照相技术相结合的产物。它类似复印机，但光源不是灯光，而是激光。激光打印机噪声低、分辨率高(一般在600 dpi以上)、打印速度快(它是页式输出设备，每

43、次印刷一页，每分钟6页以上)，所以常用于文档输出，也可以产生高质量的图像及复杂的图形。目前，激光打印机广泛用于办公系统和桌上印刷系统。喷墨打印机是将墨水直接喷到纸上实现印刷，可输出彩色图案，常用于广告和美术设计。9.    扫描仪扫描仪是常用的图像输入设备。它一般通过RS-232或USB接口与主机相连。扫描仪的工作原理是这样的：它把输入的图像划分成若干个点，变成一个点阵图形，通过对图像的扫描，对这些点依次获得它们的灰度值或色彩编码值。这样，通过光电部件，就将一幅图转换为一个数字信息的阵列，并存入计算机的文件中，然后就可以用相关的软件进行显示和处理。扫描仪是一种纸面

44、输入设备，它可以把一整幅图形、图片和文字材料等快速地输入计算机。10.   绘图仪绘图仪是一种常用的图形输出设备。通过专用的绘图软件，用户的绘图要求变为对绘图仪的操作指令。常见的绘图仪有平板型和滚筒型两种类型。平板型的绘图纸平铺在绘图板上，依靠笔架的二维运动来绘制图形。滚筒型是靠笔架的左右移动和滚筒带动绘图纸前后滚动画出图形。绘图仪常用在机械设计和建筑设计图纸的绘制中。目前一些国际标准规定，不是计算机绘制的图纸不予认可，可见计算机绘图的重要性。2.1.4  主板、总线与接口主板即Main board、Motherboard，简称M/B。主板上布满了各种电子元件、插

45、槽和接口等。它为CPU、内存和各种功能(声卡、显卡、网卡、电视卡、SCSI卡等)卡提供安装插座(槽)；为各种磁、光存储设备、打印和扫描等I/O设备以及数码相机、摄像头、调制解调器(Modem)等多媒体和通讯设备提供接口，实际上计算机通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。计算机在正常运行时对系统内存、存储设备和其他I/O设备的操控都必须通过主板来完成，因此计算机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能。总线是指计算机系统中能够为多个部件共享的公共信息通道，是计算机系统的骨架。由于总线在某一时刻只能被某一部件独占，所以存在总线争用问题。计算机的总线结构有：

46、单总线结构、双总线结构和三总线结构。在三总线结构的计算机中，计算机的系统总线按照其功能和传输信息的种类可以分为地址总线(Address BUS，AB)、数据总线(Data BUS，DB)和控制总线(Control BUS，CB)，分别负责传送地址、数据和控制信息。计算机中的总线用总线宽度和总线频率来表征总线的性能。总线宽度定义为一次能并行传输的二进制位数。例如32位总线一次能传送32位数据，64位总线一次能传送64位数据。而总线频率则用来表征总线的速度，目前常见的总线频率有66 MHz、100 MHz和133 MHz，甚至更高。总线按照连接部件的不同，可以分为以下3种：l  

47、;        内部总线  通常是指同一部件内部的连接线，例如CPU内部连接各寄存器和运算部件的总线。l          系统总线  是指连接同一台计算机中各部件的线，例如CPU、内存、输入输出设备等接口之间的互相连接的总线。系统总线按其功能又可以分为数据总线、地址总线和控制总线3类，分别用来传送数据、地址和控制信号。l        

48、;  扩展总线  扩展总线负责CPU与外部设备之间的通信。总线在发展过程中形成了许多标准，最常见的有ISA(Industry Standard Architecture，工业标准结构)总线、EISA(Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线和PCI(Peripheral Component Interconnect，外部设备互连)总线和AGP(Accelerated Graphics Port，图形加速接口)总线等。PCI总线是Intel在开发奔腾CPU的过程中连带设计的一种局部总线标准。该总线标准性能先进、成本

49、低廉、可扩充性好，特别是PCI总线结构对于微软提供的“即插即用”(Play and Plug)方案有很好的支持，现已经成为奔腾以上计算机普遍采用的外设接插总线。目前在许多微型计算机主板上，PCI总线插槽的数量往往最多。AGP总线是随着三维图形的应用而发展起来的一种总线标准。因为三维图形对计算速度提出了很高的要求，使得PCI总线的传送速度也变得紧张，为此提出了一种供图形加速卡专用的总线标准AGP总线。它在图形卡与系统内存之间提供了一条直接的访问途径。在奔腾以后的计算机上，AGP成为与PCI共存的一种总线标准。总线连接方式使机器各部件之间显得简洁，也使得部件的增减方便易行。当需要增加一些部件时，只

50、要这些部件的接口能满足总线规定的要求，就可以与总线直接相连，给微型计算机的生产和应用都带来了极大的方便，但需要说明的是，总线连接需要有专门的总线控制逻辑。计算机的外部设备多种多样，系统总线上传送的信息都是二进制码，而且外部设备与CPU的处理速度相差很大，所以需要在系统总线与I/O设备之间设置接口，来进行数据缓冲、速度匹配和信息转换等工作。2.1.5  多媒体计算机多媒体计算机可以特征性地描述为能综合处理多种媒体信息可建立各种媒体信息联系，并具有交互性的计算机系统。这些媒体信息包括数字、文字、声音、图形、图像、音频及视频等。 多媒体计算机技术集成处理多种图、文、声、视信息，给用户提供了

51、更多的参与和发挥自己创造力的环境。具有多媒体功能的计算机称为多媒体计算机，具有多媒体功能的计算机应用系统称为多媒体计算机系统。多媒体计算机技术的应用领域在不断的拓宽，包括文化、教育、电子图书、动画设计、音乐合成，以及商业、家庭应用等领域，正在给人们的工作和生活带来日益显著的变化。利用多媒体技术和通信技术在多媒体领域协同工作，还可以实现如视频会议、远程教育及远程合作等应用。多媒体计算机发展的理想目标是能够直接接受到声音、图形图像等信息，然后对它们进行识别、压缩、存储、播放等功能，还能对声音和图像进行很好的识别。2.2  计算机软件基础我们前面已经提到过，没有配备任何软件的计算机称为裸机

52、。裸机向外部世界提供的界面只是机器指令，裸机本身几乎不能完成任何功能，只有配备一定的软件，才会向用户呈现出强大的功能和友好的使用界面。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。硬件是组成计算机的物质实体，如中央处理器、存储器和总线等；而软件是指挥计算机工作的程序、与程序运行时所需的数据以及这些程序和数据的有关说明的技术资料。软件系统是计算机上可运行的全部程序的总和。通常将软件分为系统软件和应用软件两大类。2.2.1  系统软件可以把软件分成若干层，最内层是对硬件的扩充与完善，而外层则是对内层的再次扩充与完善。一般把靠近内层、为方便使用和管理计算机资源的软件称为系统软件。

53、系统软件是用于计算机管理、监控、维护的软件，并为用户提供一个友好的操作界面。系统软件有两个主要特点：一是通用性，即无论哪个应用领域的计算机用户都要用到它们；二是基础性，即应用软件要在系统软件支持下编写和运行。系统软件通常包括操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、系统实用程序等。1.    操作系统操作系统(Operating System，OS)是对计算机的全部软硬件资源进行控制和管理的大型软件系统，是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，其他软件必须在操作系统的支持下才能运行，它是软件系统的核心。操作系统主要包括进程和处理器管理、作业管理、存储管理、设备管理和文

54、件管理五大功能，其作用是管理计算机的全部硬件资源和软件资源，合理组织计算机工作流程，为用户提供高效、方便的服务界面。常见的单机操作系统有DOS、Windows 95/98等，网络操作系统有UNIX、NetWare、Windows NT/2000/XP等。2.    数据库管理系统数据处理在计算机应用中占很大比例，对于大量的数据如何存储、利用和管理，如何使多个用户共享同一数据资源，是数据处理中必须解决的问题，为此20世纪60年代末开发出了数据库系统，使数据处理成为计算机应用的一个重要领域。数据库系统主要由数据库(Date Base，DB)和数据库管理系统(Data

55、Base Management System，DBMS)组成。数据库是按一定方式组织起来的相关数据的集合。它与信息管理系统是密切相关的，是建立信息管理系统的主要软件工具。数据库已成为计算机应用的一个重要领域。目前，数据库主要用于人事管理、财务管理、档案管理、图书资料管理和仓库管理等方面的数据管理。数据管理包括数据的组织编目、定位、存储、搜索、查询、修改、排序、分类等内容。数据库技术就是针对这些数据处理而发展起来的。数据库管理系统是对数据库进行有效管理和操作的系统，是用户与数据库之间的接口，它提供了用户管理数据库的一套命令，包括数据库的建立、修改、检索、统计和排序等功能。具有联系的数据结构形式称

56、为数据模型。一般数据库管理系统是按不同的数据模型把数据组织到数据库的，常用的数据模型可分为层次型、网络型和关系型3种。其中关系型数据库管理系统应用广泛，常见的有FoxBASE、FoxPro、Oracle、Sybase和Informix等。3.    系统实用程序系统实用程序是一些工具性的服务程序，便于用户对计算机的使用和维护。主要的实用程序有语言处理程序、编辑程序、连接装配程序、打印管理程序、测试程序和诊断程序等。2.2.2  应用软件应用软件是针对某个应用领域的具体问题而开发和研制的程序。应用软件一般包括用户程序及其说明性文件资料。应用软件必须在系统软

57、件的支持下才能工作。它具有很强的实用性和专业性，正是由于应用软件的开发和使用，才使得计算机的应用日益渗透到社会的各行各业。比较常用的应用软件有：文字处理软件，如Word、WPS等；电子表格软件，如Excel和Lotus 1-2-3等；图形处理软件，如AutoCAD和3ds max等；课件制作软件，如PowerPoint和Authorware等；多媒体处理软件，如Media Player和RealPlayer等。下面以比较流行和综合的应用软件管理信息系统和计算机集成制造系统为例进行讲述。1.    管理信息系统管理信息系统MIS(Management informa

58、tion System)是对信息进行管理的软件。它是一个由人、计算机等组成的，能进行信息收集、传送、存储、加工、维护和使用的系统。管理信息系统能实测企业的各种运行情况，利用过去的数据预测未来，从企业全局出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业的行为，帮助企业实现规划目标。在我国信息管理系统应用十分广泛，很多政府部门、企事业单位都按它们各自的需要开发了自己的信息管理系统，对信息进行有效的管理，并且可以通过互联网方式供他人查询。2.    计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMS是一个新兴的、跨学科的计算机应用系统。在制造业中，当前发展的一个趋势是把网络系统、数据库

59、管理系统和CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)系统结合起来，在计算机技术、信息技术、自动控制技术、柔性技术及系统学科的基础上实现生产的决策、产品设计，直到销售的整个生产过程的自动化，把它们集成为一个完整的、效益最佳的生产系统称为计算机集成制造系统。在我国，CIMS是国家“863计划”计算自动化领域的一个主题，在CIMS的理论上和实际应用中取得了世界公认的成绩。2.3  计算机程序设计计算机是依靠硬件和软件的配合进行工作的，计算机工作过程就是指令、程序的执行过程。所以，要了解计算机基本工作原理，就需要了解指令、程序的执行过程及计算机程序设计语言。2.3.1  计算

60、机的指令系统下面我们从指令的定义和指令的执行过程进行介绍计算机的指令系统。1.    指令、指令系统、程序指令是计算机完成某一操作而发出的指示或命令。指令的格式如下。 操作码地址码 其中，操作码指出指令要做的操作，例如加、减、乘、除、取数、存数等；地址码(也称操作数)表示参加运算的数据在存储器中的位置。l          指令系统  一台计算机所有的指令集合称为该计算机的指令系统。指令系统不仅是硬件设计的依据，而且是提供给用户编制程序的基本依据

61、，也是衡量计算机性能的一个指标。不同类型的计算机，其指令系统也不同。l          程序(Program)  计算机要解决某一问题，需按解题步骤和要求，在指令系统中选出有关的指令进行顺序编排(称为编程)，当计算机上执行这一指令序列时，即可完成预定的任务。使计算机完成某个特定的一组有序的指令集合称为程序。2.    指令的执行过程计算机执行一条指令分为三步进行：第1步是取指令，将要执行的指令从内存取到控制器中；第2步是分析指令，对所取的指令通过译码器进行分析判断

62、，判断该指令要完成的操作；第3步是执行指令，根据分析结果向各部件发出操作信息，执行该指令相应的操作功能。每个指令的执行都重复这3个步骤。3.    程序的执行过程有序的指令集合构成程序，程序的执行过程就是一条条指令的执行过程。控制器每取出一条指令，下一条指令的地址就会自动地置入程序计数器当中，从而为取下一条指令做准备。控制器不断地取指令、分析指令、执行指令，直至完成任务为止，这也是为什么指令要顺序存放和计算机工作能高度自动化的原因。2.3.2  计算机程序设计语言计算机程序设计语言不断发展，其功能不断完善，面向的对象越来越向一般用户倾斜，使程序设计更加简

63、单、标准和工程化。1.    第一代语言机器语言机器语言是计算机诞生和发展初期使用的语言，表现为二进制的编码形式，是CPU可以识别的一组由0、1序列构成的指令码。这种机器语言是由硬件设备决定的，不同的计算机设备有不同的机器语言。直到如今，机器语言仍然是计算机硬件所能“理解”的惟一语言。使用机器语言编写程序是很不方便的，它要求用户熟悉计算机的所有细节。特别是随着计算机硬件结构越来越复杂，指令系统也变得越来越庞大，为了把计算机从少数专门人才手中解放出来，减轻程序设计人员在编制程序工作中的重复、繁琐的劳动，进一步拓展编程人员的范围，计算机工作者开展了对于程序设计语言的研

64、究以及语言处理程序的开发。2.    第二代语言汇编语言汇编语言开始于20世纪50年代初，它用助记符来表示每一条机器指令。由于便于识别记忆，汇编语言比机器语言前进了一步。但汇编语言程序的大部分语句还是和机器指令对应的，语句功能不强，因此编写较大的程序时仍很繁琐。而且汇编语言也是针对特定的计算机或计算机系统设计的，对硬件的依赖性仍然很强。用汇编语言编好的程序要依靠计算机的汇编程序翻译成机器语言后方可执行。3.    第三代语言高级语言、算法语言高级语言起始于20世纪50年代中期，它与人们日常熟悉的自然语言和数学语言更接近，可读性强，便于

65、用户的理解和运用，编程方便。由高级语言编写的程序代码称为源程序，可以在不同计算机上使用。高级语言必须经过编译或解释程序译成机器语言才能执行，所以计算机必须配之相应的翻译程序才能运行高级语言源代码。BASIC、Pascal、C等都属于第三代语言。l          解释类执行方式类似于我们日常生活中的同步翻译，应用程序源代码一边由相应语言的解释器“翻译”成目标代码(机器语言)，一边执行，因此效率比较低，而且不能生成独立的可执行文件，应用程序不能脱离其解释程序，但这种方式比较灵活，可以动态地调试、修改应用程

66、序。典型的解释类高级语言有QBASIC等。l          编译类编译是指预先将采用高级语言编制的源程序代码“翻译”成目标代码(机器语言)，因此可以生成目标程序(可执行文件)，脱离其语言环境独立执行，效率较高。但应用程序一旦需要修改，必须先修改源代码，再重新编译生成新的目标文件，进行链接才能执行，只有目标文件而没有源代码，修改很不方便。现在大多数的编程语言都是编译型的，例如C、C+和Delphi等。第三代语言是面向过程的，用结构化的过程语言编写程序，用户可不必了解计算机的内部逻辑，而是主要考虑解题算法

67、的逻辑和过程的描述，把解决问题的执行步骤通过语言告诉计算机。4.    第四代语言非过程化语言用户使用这种语言，不必关心问题的解法和进行过程描述。只要说明所要完成的目的、指明输入数据以及输出形式，就能得到所要的结果，而其他的工作都由系统来自动完成。第四代语言只要求人们告诉计算机做什么，而不必告诉计算机怎么做。所以，一般称第四代语言是面向对象的语言。2.4  习    题填空题(1)   计算机的存储器系统是由        &

68、#160;        、                  、                  及管理这些存储器的软件组成。(2)   CPU的主频以 &

69、#160;            为单位。(3)   计算机的总线结构有：单总线结构、                     、