计算机三级pc技术

第一章

一、计算机的发展、应用与组成

（一）计算机的发展与应用1.计算机的发展历程

多年来，人们习惯于以计算机主机所使用的主要元器件为着眼点，把计算机的发展划分

成为四代：

第一代（约1946〜1957年）是电子管计算机的时代。其特征是采用电子管作为运算和逻

辑元件，数据表示主要是定点数，用机器语言和汇编语言编写程序，主要用于科学和工程计

算。

第二代（约1958〜1964年）是晶体管计算机的时代。其特征是用晶体管代替电子管作为

运算和逻辑元件，软件方面出现了FORTRAN、ALGOL和COBOL等高级程序设计语言，

除了科学计算之外，计算机被广泛应用于数据处理领域，同时还开始用于过程控制。

第三代（约1965〜1970年）是中、小规模集成电路计算机时代。其特征是用集成电路代

替了分立元件，用半导体存储器取代了磁心存储器，软件方面，操作系统日益成熟，多道程

序、并行处理、多处理机、虚拟存储系统以及面向用户的应用软件的发展，大大提高了计算

机的性能。这一时期计算机在科学计算、数据处理、过程控制等领域都得到了更加广泛的应

用。

第四代（约1971年开始）是大规模集成电路和超大规模集成电路计算机时代。其特征是

以大规模集成电路LSI（LargeScaleIntegration）和超大规模集成电路VLSI（VeryLargeScale

Inte-gration）作为计算机的主要功能部件;软件方面发展了数据库系统、分布式操作系统、网

络软件等;特别是80年代个人计算机的出现，以及90年代计算机网络的迅猛发展，使计算

机应用领域进一步向纵深发展。

学术界和工业界已不再沿用“第X代计算机'’的说法。人们正在研究开发的新一代计算

机系统，主要着眼于机器的智能化，它以知识处理为基础，具有智能接口，它可以模拟或部

分替代人的智能活动，并具有自然的人机通信能力。

2.计算机的发展趋势

(1)计算机的处理速度不断提高

(2)计算机体积不断缩小

(3)计算机的价格将持续下降

(4)计算机的信息处理功能走向多媒体化

(5)计算机与通信相结合，计算机应用进入“网络计算时代”

网络计算的应用模式对计算机、网络、乃至整个信息社会，将产生巨大的深远的影响。

3.计算机的应用

按照传统的说法，计算机的应用可以归纳为下述几个主要方面：

(1)科学计算

(2)数据处理

(3)自动控制

(4)计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)

(5)智能模拟

近几年来，随着计算机性能/价格比的迅速提高，光纤通信技术的飞速发展，计算机网

络的逐步成熟，数据库应用的不断普及，许多发达国家竞相建设各种形式的信息基础设施，

有效地开发利用信息资源，加快推进社会的信息化进程。我国是发展中国家，工业化、信息

化水平还不高，我们要面对挑战，不失时机地推进信息化进程，用信息化促进现代化，提高

综合国力，参与世界竞争。

(二)计算机的组成与分类

1.计算机的组成

计算机硬件指有形的物理设备，是计算机系统中所有实际物理装置的总称，可以是电子

的、电磁的、机电的或光学的元件/装置或者由它们所组成的计算机部件。例如，计算机的

处理器芯片、存储器芯片、底板(母板)、各类扩充板卡、机箱、键盘、鼠标器、显示器、打

印机、软盘、硬盘等都是计算机的硬件。

计算机软件指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档，其中程序是让计算机硬件完成

特定功能的指令序列，数据是程序处理的对象。软件是计算机系统中不可缺少的组成部分。

(1)中央处理器(CPU)

处理器主要由运算器和控制器两部分组成。运算器用来对数据进行各种

算术运算和逻辑运算，它也称为执行单元。控制器是指挥中心，它能解释指令的含义，

控制运算器及其他部件的工作，记录内部状态等。另外，为了暂存运算的中间结果，处理器

中还包含几十个甚至上百个“寄存器”，用来临时存放正在处理的数据。

大规模集成电路的出现，使得处理器的所有组成部分都能集成在一块半导体芯片上，这

样的处理器称为“微处理器例如Intel公司的Pentium(奔腾)处理器。

一台计算机中可能包含多个微处理器，它们各有不同的任务。其中承担系统软件和应用

软件运行任务的处理器称为中央处理器(CentralProcessingUnit,CPU),它是任何一台计算

机必备的核心部件。

常用的PC机，其CPU仅由•个处理器组成，为了提高计算机的速度，CPU也可以由

2个、4个、8个甚至几百个、几千个处理器组成，这种具有多个处理器同时执行程序的计

算机系统称为多处理器系统。依靠多个处理器并行地运行程序是实现超高速计算的一个重要

方向，称为“并行处理

（2）主存储器和辅助存储器

计算机中的存储器分为两大类:主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是存

取速度快而容量相对较小（因容量太大，成本将十分昂贵）的一类存储器，辅存则是存取速度

较慢但容量很大的一类存储器。

主存储器也称为内存储器（简称内存），它直接与CPU相连接，是计算机中的工作存储

器，当前正在运行的程序与数据都必须存放在主存内。CPU工作时，所执行的指令及操作

数都是从主存中取出的，处理的结果也存放在主存中。

辅助存储器也称为外存储器（简称外存），其存储容量很大，存放着计算机系统中几乎所

有的信息。计算机执行程序和加工处理数据时，辅存中的信息需要先传送入主存后才能被

CPU使用。

（3）输入输出设备

输入/输出设备简称I/O（Input/Output）设备，这些设备是计算机与外界（人或其他设备，包

括另一台计算机）联系和沟通的桥梁，用户通过输入/输出设备与计算机系统互相通信。输入

是把信息送入计算机的过程。输入设备是指用户能向计算机输入信息的设备。

输出是从计算机送出信息的过程。输HI设备一般是指能从计算机中输出可直接识别的信

息的设备。

由于有机械传动或物理移位等动作过程，相对而言，输入/输出设备是计算机系统中运

转速度最慢的部件。

（4）总线

这是所说的总线指的是“系统总线''（也称为“底板总线”），它是CPU、存储器与各类I/O

设备控制器之间相互交换信息的一组公用的信号线。系统总线上有3类信号:数据信号、地

址信号和控制信号，负责传输这些信号的线路分别称为数据线、地址线和控制线，协调与管

理计算机各部件通过总线传输信息还需要••个总线控制器。

2.计算机的分类

计算机的分类有两种。一种是按其内部逻辑结构进行分类，如单处理机与多处理机(并

行机)、16位机、32位机或64位计算机等。另一种是按计算机的性能和作用进行分类。1989

年11月IEEE提出一个分类报告，它根据计算机在信息处理系统中的地位与作用，考虑到

计算机分类的演变过程和可能的发展趋执，把计算机分成6大类。

⑴巨型计算机(Supercomputer)

(2)小巨型机(MiniSupercomputer)

(3)主机(Mainframe)

(4)超级小型计算机(SuperMinicomputer)

(5)工作站(Workstation)

(6)个人计算机(PersonalComputer)

由于计算机联网使用II益广泛,许多计算机应用系统设计成为基于计算机网络的客户机

/服务器模式(Client/server)。在这种系统中，巨型机、小巨型机、主机均可作为系统的服务

器使用，超级小型机及高档工作站则可用作部门级服务器，个人计算机和低档工作站则用作

客户机，它们直接面向用户，通过联网共享后台服务器的数据资源和计算机资源。鉴于客户

机/服务器系统的盛行，一些计算机厂家专门设计生产了称为“服务器''的类计算机产品，

它们的存储容量大、网络通信能力强、可靠性好，运行网络操作系统，性能/价格比高。其

中有一类是由高档PC机提升而成的，称为PC服务器，很适合中小部门的计算机应用系统

使用。

3.微处理器和PC机

微处理器(乂加叩《«^$。1')简称gP或MP,通常是指以单片大规模集成电路制成的具有

运算和控制功能的处理器。如果把处理器、存储器、输入/输出接口电路等都集成在单块芯

片上，则称之为单片计算机，也叫单片机，它们多半应用于嵌入方式的场合(如智能仪表、

智能玩具)。1992年Intel公司研制成Pentium微处理器是PC机世界中最重要的事件。Pentium

微处理器与80486完全兼容，它采用0.8nm的BiCMOS工艺，在一个芯片上集成了310万

个晶体管，封装在273个引脚的PGA包装内。Pentium微处理器的地址总线为36位，同时

也支持64位物理地址空间，数据总线64位，内部有两个定点流水线和一个浮点流水线运算

器，采用两个相互独立的可以同时访问的指令和数据超高速缓存，时钟频率可以是120MHz、

133MHz、150MHz、166MHz、200MHz,运算速度已超过100MIPS。

近10年来，微处理器和PC机又有了新的发展，例如Intel公司先后推出了Pentium

MMX(多能奔腾)、PentiumPro(高能奔腾)和PentiumII、PentiumIILPentiumIV微处理器,

以这些芯片为CPU的PC机，时钟频率更高，处理速度更快，不但能高速处理数值和字符

信息，而且更加适合于三维图形显示、语言识别及视频信号压缩等多媒体信息处理方面的应

用，使PC机的性能又提高到了一个新的水准。

4.PC机的性能参数

测量一台PC机的性能是极为复杂的任务，它与PC机的硬件、软件及处理对象都有密

切的关系。从硬件的角度来说，PC机的主要性能参数包括：

(l)CPU字长

(2)CPU速度

(3)主存容量与速度

(4)Cache存储器性能

(5)硬盘存储器性能

(6)系统总线的传输速率

(7)系统的可靠性

(三)PC机软件

1.软件的功能与分类

PC机软件与一般计算机软件没有本质的区别，它的功能主要有4个方面:

（1）对计算机硬件资源进行控制与管理，提高计算机资源的使用效率，协调计算机各组

成部分的工作（操作系统）。

（2）向用户提供尽可能方便、灵活的计算机操作使用界面（操作系统）。

（3）为专'业人员提供开发计算机应用软件的工具和环境（软件工具与环境）。

（4）为用户完成特定应用的信息处理任务（应用软件）。

软件的分类有多种。粗略地分，可以把软件区分为两个大类:系统软件与应用软件。

2.系统软件

系统软件中最重要的是操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、实用程序与工具软

件等。

3.通用应用软件

流行的通用应用软件大致可分为:文、表、图、网、统计等几大类。下表列出了有代表

性的通用应用软件，有代表性的通用应用软件分类名称

文字处理WPS,Word.Wordperfect,Amipro,PageMaker电子表格Excel,Lotusl23,...

绘图软件Paintbrush,AutoCAD,Photoshop.CorelDraw,…网络通信OutlookExpress,

InternetExplorer,FTP,…简报软件PowerPoint,ShowPartner,…统计软件SPSS.SAS.

BMDP,...

二、二进制及数值信息的表示和运算

（一）二进制

1.什么是二进制

二进制的基数是“2”，它只使用两个不同的数字符号，即。和1,而且二进制数是“逢二

进一

2.二进制数的运算

对二进制数有两种不同类型的运算处理:算术运算和逻辑运算。

3.不同进位制数之间的转换

十进制整数转换成二进制整数可以采取“除以2取余法”。

十进制小数转换成二进制小数，可以采取“乘以2取整法”，把给定的十进制小数不断乘

以2,取乘积的整数部分作为二进制小数的最高位，然后把乘积小数部分再乘以2,取乘积

的整数部分，得到二进制小数的第二位，重复上述过程，就可以得到希望的位数，有时得到

的是近似值。八进制数转换成二进制数的方法很简单，只要把每一个八进制数字改写成等值

的3位二进制数即可，且保持高、低位的次序不变。八进制数字与二进制数的对应关系如下:

(0)8=000(1)8=001(2)8=010(3)8=011

(4)8=100(5)8=101(6)8=110(7)8=111

十六进制数转换成二进制数的方法与八进制数转换成二进制数的方法类似,只要把每•

个十六进制数字改写成等值的4位二进制数即可，且保持高、低位的次序不变。十六进制数

字与二进制数的对应关系如下：

(0)16=0000(1)16=0001(2)16=0010(3)16=0011

(4)16=0100(5)16=0101(6)16=0110(7)16=0111

(8)16=1000(9)16=1001(A)16=1010(B)16=1011

(C)16=I100(D)16=l101(E)16=ll10(F)16=llll

二进制数转换成八进制数,整数部分从低位向高位方向每3位用一个等值的八进制数来

替换，最后不足3位时在高位补0凑满3位;小数部分从高位向低位方向每3位用一个等值

的十六进制数来替换，最后不足3位时在低位补0凑满3位。

二进制数转换成十六进制数,整数部分从低位向高位方向每4位用•个等值的十六进制

数来替换，最后不足4位时在高位补0凑满4位;小数部分从高位向低位方向每4位用一个

等值的卜六进制数来替换，最后不足4位时在低位补0凑满4位。

二进制数与八进制数、十六进制数有很简单、直观的对应关系。二进制数太长，书写、

阅读、记忆均不方便;八进制、卜六进制却像十进制数一样简练，易写易记。必须注意，计

算机中只使用二进制一种计数制，并不使用其他计数制，但为了开发程序、调试程序、阅读

机器内部代码时的方便，人们经常使用八进制或十六进制来等价地表示二进制，所以大家也

必须熟练地掌握八进制和卜六进制。

4.二进制信息的计量单位

二进制的每一位(即“0”或"1”)是组成二进制信息的最小单位，称为1个“比特”(bit),或称

“位元”，简称“位”，一般用小写的字母“b”表示。比特是计算机中处理、存储、传输信息的

最小单位。

另一种稍大些的二进制信息的计量单位是“字节”(Byte),也称“位组”，一般用大写字母

“B”表示。一个字节等于8个比特。

在信息处理系统中，使用各种不同的存储器来存储二进制信息时，使用的度量单位是比

字节或字大得多，经常使用的单位有：

“千字节"(KB),1KB=210字节=1024B

“兆字节”(MB),1MB=220字节=1024KB

“吉字节，，(GB),1GB=230字节=1024MB(千兆字节)“太字节”(TB),1TB=24O字节

=1024GB(兆兆字节)

在网络中传输二进制信息时，由于是一位一位串行传输的，传输速率的度量单位与上述

单位有所不同，且使用的是十进制。经常使用的速度单位有：

“比特/秒”(b/s),有时也称“bps”。如2400bps(2400b/s),9600bps(9600b/s)等。

“千比特/秒”(kb/s),lkb/s=103比特/秒=1000b/s

“兆比特/秒”(Mb/s),lMb/s=106比特/秒=1000kb/s

“吉比特/秒”(Gb/s),lGb/s=109比特/秒=1000Mb/s

“太比特/秒”(Tb/s),lTb/s=1012比特/秒=1000Gb/s

在计算机内部对二进制信息进行运算和处理时，使用的单位除了位(比特)和字节之外，

还经常使用"字''作为单位。以80x86或Pentium微处理器为例，处理器可直接进行操作处理

的数据单位有5种:位(dit)、字节(Byte)、字(Word)、双字(DoubleWord)和四字(QuadWord)。

(二)数值信息在计算机内的表示

1.整数(定点数)的表示

整数不使用小数点，所以它也叫做“定点数”。计算机中的整数分为两类:不带符号的整

数(UnsignedInteger),带符号的整数(SignedInteger)«

不带符号的整数常用于表示地址等正整数，它们可以是8位、16位甚至32位08个二

进位表示的正整数其取值范是0—255(28-1),16个二进位表示的正整数其取值范是0〜

65535(216-1),32个二进位表示的正整数其取值范是0〜232-k

带符号的整数必须使用一个二进位作为其符号位，一般总是最高位(最左面的一位)，“0”

表示“+”(正数)，力”表示(负数)，其余各位则用来表示数值的大小。

为了内部运算处理方便，负整数在计算机内不止利表示方法。上面的表示法称为“原

码”,另外的两种方法分别叫做“反码”和"补码

负数使用反码表示时，符号位仍为“1”,但绝对值部分却正好与原码相反("0”变为"1”,“1”

变为“0”)。

负数使用补码表示时，符号位也是力”，但绝对值部分却是反码的个位加T”后所得到的

结果。注意:正整数无论采用原码、反码还是补码及示，其编码都是相同的，并无区别。

还有一种整数也经常在计算机内使用，称为“二进制编码的十进制''整数（BinaryCoded

Decimal,简称BCD整数），它使用4个二进位表示1个十进制数字，符号的表示仍与上相

同。

2.实数（浮点数）的表示

实数也叫浮点数，因为它的小数点位置不固定。

一个实数总可以表达成一个纯小数和一个乘嘉之积。

任意一个实数，在计算机内部都可以用“指数”（这是整数）和“尾数”（这是纯小数）来表示,

这种用指数和尾数表示实数的方法叫做“浮点表示法所以，在计算机中实数也叫做“浮点

数”，而整数则叫做“定点数

由于指数可以选用不同的编码（原码、补码等），尾数的格式和小数点位置也可以有不同

规定，因此，浮点数的表示方法不是惟一的。不同计算机可以有不同的规定，这就引起了相

互间数据格式的不兼容性。为此，美国电气与电子工程师协会（IEEE）制订了有关浮点数表示

的工业标准IEEE754,已被当代所有各类处理器采用。

浮点数的长度可以是32位、64位甚至更长，位数越多，可表示的数值的范围越大，精

度也越高。

（三）整数的性质和运算

1.整数补码表示的数学意义

无符号二进制整数的原码，其编码与数值之间的关系如E

设KnKn-1...KIK0是一个无符号二进制整数，S是它相应的十进制数值，则

S=Knx2n+Kn-1x2n-l+...+K1x21+K0x20

其中的Kj（j=n,n-1,...1,0）只能为。或1,Kn是最高位，KO是最低位（个位）。

KnKn-1...KIKO用来表示带符号整数时，Kn是符号位，Kn-1...KIK0则为数值位。

若KnKn-1...KIKO表示的是原码编码的整数，则十进制数值S与编码的关系是：

S=KJI-1x2n-l+...+Klx21+K0x20(当Kn=0)

S=-(Kn-lx2n-1+…+K1x21+K0x20)

(当Kn=l)

但是，如果Knn-1…KIKO表示的是补码编码的整数时，不论符号位Kn如何，卜进

制数值S与编码的关系可以统一地表示成为：

S=Knx(-2n)+Kn-lx2n-l+...+K1、21+K0x20采用补码表示的n位二进制带符号整数

的有效范围是：-2n-l<S<2n-l-1

计算机在整数运算过程中，若结果超出此允许范围，则称为发生“溢出”。

2.整数的算术、逻辑运算

(1)不同长度整数之间的转换

一般而言，短整数可以转换成长整数表示，而反过来却不行。短整数转换成长整数表示

的方法是:把符号位向左扩充至所需要的长度为止。

(2)整数的变号操作

所谓“变号操作”是指将该整数变成绝对值相同但符号相反的另一个整数。变号操作又叫

“取负”运算，它的处理方法是:将该整数的每一个二进位变反，然后在最末位(个位)力口1,其

结果即为所求值。

(3)整数的移位操作

移位操作有多种，按照移位方向来分，移位操作可分成左移、右移两大类;按照操作性

质则又可区分为算术移位、逻辑移位和循环移位等不同类型。它们有些只对整数进行，有些

则可以对任何二进制数进行。

(4)逻辑运算

逻辑运算(又叫布尔运算)总是按位进行处理的，即对应位之间进行规定的逻辑运算，不

考虑位与位之间的进位。常用的基本逻辑运算有4种:“非”运算(NOT)、"或''运算(OR)、“与”

运算(AND)、“按位加”运算(XOR),它们都非常简单。

(5)整数加法

两个带符号整数相加的运算方法很简单，只需从低位到高位把所有位(包括符号位)相

加，逢2进1,最高位产生的进位忽略不计。

(6)整数减法

两个带符号整数相减的运算方法也很简单，只需先把减数变号，然后再与被减数相加即

可。

(7)整数乘法

两个无符号整数的乘法很简单，它与日常用纸和笔进行乘法几乎没有什么不同。

(8)整数除法

对于补码表示的两个带符号整数，其除法运行比乘法还要复杂一些。下面是算法的简单

描述(假设被除数和除数都是n位)：

①把除数(补码)放入寄存器M,把被除数从n位扩展成2n位长的补码后放入寄存器A

和Q,高位部分放入A(全0或全1),低位部分放入Q。②把寄存器A和Q向左移1位。

③如果A和M同号，执行A=A-M,否则执行A=A+M。

④执行上一步操作的前后，若A的符号保持不变，或者A和Q(高位部分)的结果都是0,

则操作成功，令Q0=l；否则操作不成功，恢复A原来的内容，并令Q0=0。⑤重复上述步

骤②〜④共n次，结束。

除法结束后，寄存器A中存放的是余数，寄存器Q中是得到的商。若被除数与除数异

号，则商为负数，所以应再对Q取补。不论何种情况，被除数、除数、商和余数总满足下

面的公式:被除数=商乂除数+余数

（四）实数的性质和运算

1.实数（浮点数）的性质

下表所示是Pentium微处理器中32位浮点数和64位浮点数的一些性质。

32位浮点数64位浮点数

符号阶码尾数数值

符号阶码

尾数数值

+00全0全000全0全00

-11全0全001全0全00

+80全1全0+oo0全1全0+oo

-oo1全1全O-ool全1全0-<»

规格化的

非0正实数0（XEvf0ve

（l.f）

规格化的

非0负实数10<E<e<-21-2e-127(l.f)>

非规格化的

非0正实数00单)2-126(O.f)00及02-1022

(O.f)

非规格化的非0负实数10f^0-2-126(O.f)1Of¥O-2-1022

(l.f)

2.实数(浮点数)的四则运算

浮点数的加、减运算要比定点数(整数)复杂得多。下面只做简要介绍。

设浮点数A=Asx2Ea,B=Bsx2Eb则

和数C=(Asx2Ea-Eb+Bs)x2Eb,差D=(As、2Ea-Eb-Bs»2Eb(若EaWEb)

或者：

和数C=(AsxBsx2Eb-Eb)x2Ea，差D=(As-Bs*2Eb-Ea62Ea(若Ea>Eb)一般说来，

浮点数的加、减运算有如下几个步骤：

(1)检测A和B中有无0,若A=0,则C=B,若B=0,则C=A。运算结束。

(2)计算两数阶码之差，,若d>0,则将尾数Bs向右移d位，若d<0,则

将尾数As向右移-d位，若d=0,则As和Bs均不移位。这个过程叫做“对阶

(3)两尾数相加或相减。

(4)把结果进行规格化。对于Pentium微处理器来说，若结果尾数绝对值小于1,则尾数

不断左移且阶码不断减1,直至尾数绝对值大于或等于1；若结果尾数绝对值大于或等于2,

则尾数右移1位且阶码加1。

注意:两浮点数加/减忖，在结果规格化的过程中，可能会发生“上溢”或“下溢浮点数

的乘/除法比加/减法稍简单•些，其公式为:

乘积=(AsxBs)x2Ea+Eb商=(As/Bs)'2Ea+Eb处理过程如下:

⑴检测A和B中有无0,若AS=0,则乘积（商尸0,运算结束;若BS=0,乘法时乘积=0,

除法时商为8,运算结束

（2）计算两数阶码之和（或差）。（3）两尾数相乘或相除。

（4）把结果进行规格化。即，若结果尾数绝对值小于1,则尾数不断左移且阶码不断减

1；若结果尾数绝对值大于或等于2,则尾数右移且阶码加L

注意:两浮点数乘/除时，在阶码相加（减）的过程中，或者在结果规格化的过程中，可能

会发生“上溢”或“下溢”。

浮点数运算过程中，为了保证浮点数运算的精度，当尾数右移时，对移出的位还需进行

“舍入”处理。

三、字符和文本的表示

（一）西文字符的编码

西文是由拉丁字母、数字、标点符号及一些特殊符号所组成的，它们统称为“字

符”（Character）。所有字符的集合叫做“字符集”。字符集中每一个字符各有一个代码（即字符

的二进制表示），它们互相区别，构成了该字符集的代码表，简称码表。

目前计算机中使用得最广泛的西文字符集及其编码是ASCII码，即美国标准信息交换

码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）«它已被国际标准化组织（ISO）批准为

国际标准，称为ISO-646标准，它适用于所有拉丁文字字母，已在全世界通用。我国相应的

国家标准是GB1988（称为《信息处理交换用的七位编码字符集》标准）。

（二）汉字的编码

1.GB2312-80汉字编码

1981年我国颁布了《信息交换用汉字编码字符集•基本集》(GB2312-80)。该标准选出

6763个常用汉字和682个非汉字字符，为每个字符规定了标准代码，以供这7445个字符在

不同计算机系统之间进行信息交换使用。这个标准所收集的字符及其编码称为国际码，又叫

做国际交换码。

2.BIG5汉字编码

BIG5汉字编码是我国台湾地区计算机系统中使用的汉字编码字符。它包含了420个图

形符号和13070个汉字(不使用简化汉字)。

3.汉字的输入/输出

(1)汉字的输入

汉字输入编码方法大体分成4类。①数字编码，这是一类用一串数字来表示汉字的编码

方法，例如电报码、区位码等，它们难以记忆，不易推广。②字音编码，这是一种基于汉语

拼音的编码方法，简单易学，适合于非专业人员。缺点是同音字引起的重码多，需增加选择

操作。③字形编码，这是将汉字的字形分解归类而给出的编码方法，重码少、输入速度快，

但编码规则不易掌握，五笔字形法和表形码就是这类编码。④形音编码，它吸取了字音编码

和字形编码的优点，使编码规则简化、重码减少，但掌握起来也不容易。

汉字输入编码与汉字内码、汉字交换码完全是不同范畴的概念，不能把它们混淆起来。

⑵汉字的输出

每一个汉字的字形都必须预先存放在计算机内，一套汉字(例如GB2312国标汉字字符

集)的所有字符的形状描述信息集合在一起称为字形信息库，简称字库(font)。不同的字体(如

宋体、仿宋、楷体、黑体等)对应着不同的字库。在输出每••个汉字的时假，计算机都要先

到字库中去找到它的字形描述信息，然后把字形信息送去输出。

在计算机内汉字的字形主要有两种描述的方法:点阵字形和轮廓字形。

Windows中使用的TrueType字库采用的就是典型的轮廓字形表示方法。点阵字形和轮

廓字形这两种类型的字库目前都广泛使用。

(三)通用编码字符集(UCS)与Unicode

1.通用编码字符集(UCS)

ISO/IEC10646,即“通用编码字符集”(UniversalCodedCharacterSet,即UCS),及等同

采用该国际标准的中国国家标准GB13000的设计目标，就是实现所有字符在同一字符集中

等长编码、同等使用的真正多文种信息处理。UCS规定了全世界现代书面语言文字所使用

的所有字符的标准编码。

Z.Unicode

通用编码字符集是一个由各种大小字符集组成的编码体系。能容纳足够多的各种字符

集，四字节的编码(UCS-4)可以安排13亿个字符。

但是，四字节的字符编码太浪费存储空间了，它也给处理和传输带来了很大不便。因此,

在UCS编码空间中把00组的00平面称为基本多文种平面(BasicMultilingualPlane,BMP),

并规定，当组编码、平面编码均为00H时可以省略，因此安排在基本多文种平面上的字符

只需要使用两个字节来表示，这就形成了一个双字节编码的字符集，它是UCS的子集，记

做UCS-2,又称做Unicode(统•码，或联合码)。

3.中日韩统一汉字编码字符集(CJK编码)

UCS(Unicode)中的表意文字部分采用的是中日韩统一汉字编码(称为CJK编码)。所谓汉

字的统一编码是指，不论国家和地区，不论汉字的字义有无区别，只要字形相同，该汉字就

只有一个代码。

4.GB18030-2000编码

GB18030-2000编码标准在原来的GB2312-1980编码标准和GBK编码标准的基础上进

行了扩充，增加了四字节部分的编码。它可以完全映射国际标准ISO10646(UCS)的基本平面

和所有辅助平面，共有160多万个码位。

(四)文本

1.简单文本（纯文本）

最简单的文本除了可显示/打印的ASCII字符（汉字）及“回车”、“换行”、“制表”等用于格

式控制的有限几个ASCH字符之外，几乎不包含任何其他信息。这种文本常常称为纯文本

或ASH文本，文件的后缀名是.txt。

2.丰富格式文本

为了使文本能以整齐、醒目、美观、大方的形式展现给用户阅读，人们需要对纯文本进

行必要的加工，这个过程称为文本的格式化，或者称为排版。经过上述处理后的文本一般称

为“丰富格式文本”（RichTextFormat）。山于属性标志和控制命令并不统一，因此不同的文本

处理软件得到的丰富格式文本互不兼容。为了便于不同的丰富格式文本能在不同的软件和系

统中互相交换使用，特地提出了一种中间格式，称为RTF格式，所有在PC机上流行的文

字处理软件，都可以输入和输出RTF文件，从而达到了文件交换的目的。

超文本（Hypertext）采用一种网状结构（非线性结构）来组织信息•采用这种网状结构，各

信息块很容易按照其内容的关系加以组织。它山若干文本块（或其他信息）组成，这些文本块

可以是计算机的一个文件或文件的一部分，它们称为“节点每个节点都有若干指向其他节

点或从其他节点指向该节点的指针，这些指针称为“链每个链连接着两个节点，它是有向

的，从•个节点（称之为源节点）指向另一个节点（称之为目的节点。链的数量与节点的内容有

关，有些节点与其他节点有许多关联，因此它就有许多链;有些节点没有启程链，只能作为

目的节点。

节点中的数据不仅可以是文字，而且可以是图形、图像、声音、动画或动态视频，这就

把超文本的节点推广到了多媒体的形式，这种基于多媒体信息节点的超文木，有时称为“超

媒体”（Hy-permedia）。

四、声音信息的表示

（一）数字声音基础1.波形声音的数字化

声音是一种物理信号，计算机要对它进行处理，其前提是必须用二进制数字的编码形式

来表示声音。最常用的声音信号数字化方法是取样-量化法，它分成如下3个步骤:

(1)取样(Sampling)

⑵量化

(3)编码(Encoding)

2.PC机中的声音

PC机中的数字声音有两种不同的表示方法。一种称为“波形声音”，通过对实际声音的

波形信号进行数字化(取样和量化)而获得，它可表示任何种类的声音。另一种是“合成声音”,

它使用符号(参数)对声音进行描述，然后通过合成(Synthesize)的方法生成声音，合成语音(用

声母、韵母或清音、浊音、基音频率等参数描述的语音)等。

PC机中使用最广泛的波形声音文件采用wav作为扩展名，称为波形文件格式(Wave

File-Forma0.wav文件格式能支持多种取样频率和样本精度，并支持压缩的声音数据。

(二)波形声音

1.数字语音的压缩编码

数字语音的数据压缩方法很多，从原理上可以分成3类：

(1)波形编码

(2)参数编码或模型编码

(3)混合编码

2.全频带声音的压缩编码

(l)MPEG-lAudio(ISO/IECl1172-3)

MPEG-1声音压缩编码是国际上第一个高保真声音数据压缩的国际标准，它规定了高质

量数字声音的编码方法、存储表示和解码方法，得到了极其广泛的应用。它虽然是MPEG-1

标准的一个组成部分，但完全可以独立应用。

(2)MPEG-2Audio(ISO/IEC13818-3)

MPEG-2Audio与MPEG-1Audio标准都使用相同类型的编/解码器，层1、层2和层3

的结构也相同。

(3)MPEG-2AAC(ISO/IEC13818-7)

MPEG-2AAC(AdvancedAudioCoding)是MPEG-2标准中•种新的先进的声音编码标

准。AAC支持的取样频率可从8kHz到96kHz,AAC编码器的输入可以是单声道的、立体

声的和多声道的声音。

(4)MPEG-4Audio(ISO/IEC14496-3)

MPEG-4Audio的编码对象既可以是自然音频信号(波形声音)，也可以是合成的音频信

号。

(三)合成声音1.合成音乐与MIDI

MlDI(MusicaIInstrumentDigitalInterface)是乐器数字接口的缩写，它起源于数字式电子

乐器，因为各种产品必须使用统一接口才能进行连接，因些必须规定一种数字乐器相互间的

接口标准，特别是数字乐器与计算机的接口标准，这就是MIDI。

2.合成语音

语音合成目前主要指从文本到语音的合成(Text-to-Speech,简称TTS),也称为文语转换。

五、图像、图形与视频信息的表示

(一)图像1.图像的获取与表示

图像获取的过程实质上是信号扫描和数字化的过程，它的处理步骤大体可分3步：

(1)取样;(2)分色;(3)量化。

2.图像的压缩编码

一幅图像的数据量可按下面的公式进行计算(以字节为单位)：

图像数据量=图像宽度X图像高度X图像深度/8

图像压缩方法很多，不同方法有不同的适用场合和范围。评价一种压缩编码方法的优劣

主要有下列几点：

(1)压缩倍数

(2)重建图像的质量

(3)算法复杂度(成本)

(4)时间延迟

ISO和IEO两个国际机构联合组成了一个专家组(JointPhotographicExpertsGroup,简称

JPEG),负责制定静止较像数据压缩编码的国际标准，称为JPEG标准(1SO/IEC10918)。

3.图像文件格式

(1)JPEG文件交换格式(JPEGFileInterchangeFormat)

经JPEG算法压缩后的图像数据，按一定的语法规则组织成JPEG文件交换格式，以便

存储或传输，需要时再通过解码器重建原来的图像。

(2)BMP文件格式

BMP(Bitmap-File)图像文件是Windows操作系统采用的图像文件格式，在Windows环

境下运行的所有图像处理软件几乎都支持BMP图像文件格式。它是一种与设备无关的位图

格式(Device-IndependentBitmap,DIB),目的是为了让Windows能够在任何类型的显示设备

上输出所存储的图像。BMP位图文件默认的文件扩展名是.bmp。

(3)GIF文件格式

GlF(GraphicsInterchangeFormat)是CompuServe公司开发的图像文件交换格式，它以数

据块(Block)为单位来存储图像的相关信息。-个GIF文件由表示图像的数据块、数据子块

以及显示图像的控制信息块组成，称为GIF数据流(DataStream)。数据流中的所有控制信息

块和数据块都必须在文件头(Header)和文件结束块(Trailer)之间。

(4)TIFF文件格式

TIFF文件是一种极其灵活易变的格式，能支持多种压缩方法，如RLC编码、LZW编

码、CCITT格式的数据等。它定义了4类不同的文件格式:TIFF-B适用于二值图像、TIFF-G

适用于黑白灰度图像、TIFF-P适用于带调色板的彩色图像以及TIFF-R适用于RGB的彩色

图像。TIFF-文件由4部分组成:文件头、文件目录、目录表项和点阵图像数据。像GIF文件

一样，TIFF文件也支持多个图像，即在•个文件中包括多个图像，也称为子文件(Subfile),

图像文件目录的最后一项如果是0000,表示文件结束，否则就指向下一个文件。

(5)PNG格式

PNG(PortableNetworkGraphicFormat)是一种图像文件的存储格式，读成"ping"。它是

20世纪90年代中期由W3C开发的，目的是想替代GIF和TIFF文件格式。

(二)图形1.计算机合成图像的绘制

在计算机内建立了景物的模型之后，从景物的模型生成用户可见的具有高度真实感的该

景物的图像，此即所谓的图像绘制(Rendering),也称为图像合成(ImageSynthesis)«

计算机合成图像的技术受到两个方面的挑战。首先是在许多应用中，要求实现对真实感

图像能做到实时动态绘制，即计算机能根据用户给定的观察点实时生成真实感图像，即所谓

“交互实时”。另一个挑战是景物模型的复杂程度不断提高，模型的面片数经常达到几卜万或

几百万个。显然，为了满足实时显示的要求，一方面要提高计算机和图形显示卡的性能，另

一方面要研究开发新的真实感图像实时动态绘制算法。

2.计算机合成图像的应用

使用计算机合成图像(计算机图形学)是发明摄影技术和电影与电视技术之后最重要的

一种生成图像的方法。使用计算机合成图像的主要优点有:计算机不但能生成实际存在的具

体景物的图像，还能生成假想或抽象景物的图像，如科幻片中的怪兽、飞行器，工程师构思

中的新产品形状与结构等;计算机不仅能生成静止图像，还能生成各种运动、变化的动态图

像。在生成图像的进程中，人们可以与计算机交互地进行各种控制和修改。正因为这些原因，

计算机图形学有着广泛的应用领域。

(1)计算机辅助设计和辅助制造(CAD/CAM)

(2)利用计算机生成各种地形图、交通图、天气图、海洋图、石油开采图等。

(3)作战指挥和军事训练。

(4)计算机动画和计算机艺术。

(三)视频信息的表示

PC计算机中所说的视频信息(Video),指的是内容连续变化的运动图像。

视频信息为了能进入计算机进行处理，它首先必须"数字化数字化的过程比声音复杂

一些，它是以一幅幅彩构画面为单位进行的。

六、计算机网络基础

(一)计算机网络的功能和分类

1.什么是计算机网络

计算机网络是利用通信设备、通信线路和网络软件，把地理上分散的多台具有独立工作

能力的计算机(及其他智能设备)以相互共享资源(硬件、软件和数据等)为目的连接起来的一

个系统。

2.计算机网络的功能

计算机网络具有下列基本功能:

(1)数据通信

(2)资源共享

(3)实现分布式的信息处理

(4)提高计算机系统的可靠性和可用性

3.计算机网络的分类

(1)从网络的交换功能进行分类网络的设计者常常从网络所使用的交换技术将网络分

类为:①电路交换网;②报文交换网;③分组交换网;④ATM等。

(2)从网络的拓扑结构进行分类根据网络中计算机之间互连的拓扑形式把计算机网络

分为:①星型网;②环形网;③总线网;④网状网等。

(3)从网络的作用范围进行分类

①广域网WAN(WideAreaNetwork)的作用范围通常为几十到几千公里。广域网有时也

称为远程网。

②局域网LAN(LocalAreaNetwork),一般用PC机通过高速通信线路相连(速率通常在

10Mb/s以上)，但在地理上则局限在较小的范围((如几公里左右)，一般是一幢楼房或一个单

位内部。③城域网或市域网MAN(MetropolitanAreaNetwork),其作用范围在广域网和局域

网之间，例如作用范围是一个城市。城域网的传送速率也相当高，其作用距离约为5〜50km。

4.广域网及其通信子网

广域网简称WAN,是一种跨越很大地域范围的计算机网络，通常覆盖一个省、一个国

家甚至全球。广域网物理上由两部分组成:运行用户程序的主机和进行数据通信的子网，前

者称为资源子网(ResourceSubnet),后者称为通信子网(CommunicationSubnet),所有的主机

(端系统)通过通信子网进行连接和通信。

一般而言，广域网的通信子网常常以电信部门提供的公共数据通信网络为基础。我国已

经和正在建设的公共分组交换数据网(CHINPAC)、数字数据网(CHINPAC)、帧中继(Frame

Relay)网、综合业务数字网(ISDN)等，为构筑各种类型的广域网创造了很好的条件。

(二)数据通信基础L数据通信的基本概念

所谓数据通信是指传统的通信技术通过使用计算机来实现信息的传输、交换、存储和处

理。

2.物理信道与传输介质

物理信道的类型很多，由于它们的属性各不相同，故而分别用在不同的网络中。物理信

道的类型可以从不同的角度进行分类：

(1)按传输介质的类型可把信道分为有线信道和无线信道；

(2)按传输信号的形式可把信道分成模拟信道和数字信道;(3)按使用方式又分成专用信

道和公用信道。

3.传输和复用技术

(1)基带传输和频带传输

所谓基带(BaseBand)是指电信号固有的基本频带。而基带传输是指将数字设备发出的数

字信号，原封不动地送入信道去传输。

所谓频带传输是指把数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频

信号解调成原来的数字信号。

(2)多路复用技术

实现多路复用功能的设备称为多路复用器，它能实现由多路到一路(集中)和由一路到多

路(分配)的功能，故也称为多路转换器。最基本的多路复用方法是频分多路复用和时分多路

复用，即各终端以事先规定好的固定频带或固定时间间隔的方式来共享公用传输线。还有一

种比较新的多路复用技术称为码分多址复用(CDMA),在CDMA中，各发送端用各不相干

的相互(准)正交的地址码去调制其所发送的信号，在接收端利用码开型的(准)正交性，通过

地址识别从混合信号中选出相应的信号。这种复用技术抗干扰能力强、保密性好、灵活机动,

已越来多地受到人们的重视。

4.交换技术

目前在计算机网络中使用的交换技术有：

(1)电路交换；

(2)报文交换；

(3)分组交换；

(4)帧中继交换；

(5)信元交换异步转移模式(ATM)。

(三)网络体系结构与TCP/IP协议

1.网络体系结构

计算机网络的分层及其所使用协议的集合，就是所谓的网络体系结构。

2.TCP/IP

TCP(TransmissionControlProtocol,传输控制协议)和IP(IntemetProtocol,网际协议)源

于美国国防部高等研究规划局(ARPA,现在的DARPA)的ARPANET网，现在已成为因特

网的通信协议。目前TCP/IP协议泛指以TCP/IP为基础的•个协议集。

(四)因特网及其应用1.因特网(Internet)的功能

因特网的原意是“网络的网络“，它起源于美国国防部ARPANET计划，后来与美国国家

科学基金会的科学教育网合并。20世纪90年代，政府机构和公司的计算机也纷纷入网，并

迅速扩大到全球约100多个国家和地区。它能提供的服务主要有：

(1)电子邮件

(2)专题讨论

(3)信息检索

(4)布告栏服务

(5)远程登录

(6)WWW(WorldWideWeb)服务

2.因特网的地址与域名系统

为了实现因特网中的计算机相互通信，必须为每一台入网的计算机(也称为主机，Host)

分配一个惟一的地址(简称IP地址)，该地址必须表明计算机所在的网络号(Net-id)以及它在

该网络中的主机号(Host-id)。IP地址分为5类(A、B、C、D、E),每一个IP地址由3个部

分构成IP地址=类型号+网络号(Net-id)+主机号(Host-id)

IP地址使用4个字节(32个二进位)表示。为了便于记忆，通常用4个十进制数来表示

一个IP地址，每个十进制数对应IP地址中的一个字节，十进制数之间采用小数点分隔。

因特网IP地址的5种类型是：

(1>A类地址A类地址用于拥有大量主机£16777214)的网络，只有少数几个网络可获

得A类地址。A类IP地址的特征是其二进制表示的最高位为“0”。

(2>B类地址规模适中(W65534台主机)的网络使用B类地址，B类IP地址的特征是其

二进制表示的最高两位为“10”。

(3)C类二址C类地址用于主机数量不超过254台的网络，其1P地址的特征是其二进

制表示的最高3位为“110”。

(4>D类地址用做多播(multicast)地址，其特征是其二进制表示的最高4位为“1110”。

(5>E类地址用做备用地址，其特征是其二进制表示的最高5位为“11110”。

3.如何接入因特网

(1)局域网接入因特网

申请本单位需要的IP地址，然后将本单位的网络通过路由器并经电信部门提供的公共

网络(X.25、ISDN、DDN、帧中继或ATM)或者自行建设的专线接入所属部门的互联网络(如

学校的校园网接入CERNET),或中国公用计算机互联网(CHINANET)。

(2)个人用户接入因特网

个人用户(家用电脑)要接入因特网，可向当地的因特网服务中心(如电信局)申请一个因

特网用户账号，便可利用现有的电话线，使计算机通过调制解调器(MODEM)连到单位的信

息中心或电信局的因特网服务中心，获得因特网的各种服务。为了提高接入的传输速率，目

前有多种“宽带”接入方案，例如ISDN、ADSL、CableMODEM,甚至直接使用光纤接入

(FTTH)o

(五)计算机局域网

局域网的主要特点是：

(1)•为一个单位所拥有，地理范围有限(0.1〜25km)。

(2)•使用专用的通信线路，数据传输速率高(0.1〜IGb/s)。

(3)•通信延迟时间较低，可靠性较好(10-8〜10-11)。

(4)•能按广播方式或组播方式(一个站向多个站发送信息)进行通信。

第二章

一、微处理器的原理与组成

(一)微处理器的基本结构

随着超大规模集成电路的发展，微处理器的功能越来越高。从80386到Pentium,到现

在的64位的微处理器，其内部结构越来越复杂。其主要功能部件有总线接口部件、高速缓

存(Cache)部件、取指译码部件、指令缓冲池部件、调度执行部件、结果回退部件、寄存器

组部件等。

(二)微处理器的工作原理1.指令的执行

微处理器在执行一条指令时，主要将它分解成以下几个步骤去完成。(1)取指令;(2)指令

译码;(3)取操作数;(4)执行运算;⑸回送结果。

2.微处理器的定时

由于微处理器的操作是周期性的，即取指令，指令译码，取操作数……再取指令……周

而复始地进行。而这一系列操作步骤需要精确定时，按照精确时序进行，因此微处理器需要

一个时序电路。时序电路受控于晶体振荡电路所生成的标准振荡脉冲信号，一旦机器加电，

时序电路发出的时钟信号便连续不断地产生。

(三)微处理器的特点与分类

1.微处理器的特点

(1)体积小，功耗低；

(2)可靠性高，使用环境要求低；

(3)系统设计灵活，使用方便。

2.微处理器分类

(1)按微处理器位数分类有:位片、4位、8位、12位、16位、32位、64位等微处理器。

(2)按微处理器的应用领域分类有:通用高性能微处理器、嵌入式微处理器、数字信号处

理器和微控制器。

二、ALU结构

运算器主要是由寄存器和算术逻辑线路构成的。寄存器主要用来存放数据，其长度取决

于运算数据的位数，它每位触发器的状态与所表示数据对应位的数值是一一对应的。假设约

定，触发器右端输出高电位为“1”,其输出低电位为“0”。若个数据第i位为“1”,则寄存器

第i位触发器右端输出为高电位，或者说，状态为力”。因此，参加运算的数据或运算结果

都可保存在寄存器中。

算术逻辑线路主要是完成各种运算功能。它是根据各种运算规则而设计的组合逻辑线

路，一般没有寄存的功能，它的核心部分是加法器。因为加、减、乘、除等算法都归结为加

法与移位操作，所以加法器的设计是算术逻辑线路设计的关键。

三、指令系统

（一）指令和指令系统

指令主要由两个部分组成：

操作码用来指出计算机应执行何种操作的一个二进制代码。例如:加法、减法、

乘法、除法、取数、存数等各种基本操作，它们均有各自相应的操作码。

操作数地址指出该指令所操作（处理）的对象（称为操作数）所在的存储单元的地

址。计算机中操作数可以相当灵活地指定，它可以直接包含在指令中，可以在CPU的某个

寄存器中，一般情况是在存储器的某个（些）存储单元中。指定操作数所在位置的方法称为寻

址方式。不同的计算机具有各自不同的指令，对某种特定的计算机而言，其所有指令的集合,

称为该计算机的指令系统。

（二）指令的特征和功能

一般而言，指令系统应该具备下述特性：

（1）指令的完备性。是指一个指令系统应满足给定的算法，可编出程序并实现之。

（2）指令的有效性。指令系统中所包含的指令必须是有效的，从而可用相当少的指令编

出实现某种算法的程序。

（3）指令的简明性。它指一个指令系统能简化指令处理机的操作，又能简化编程。

（4）指令的效率。它指系统中指令的执行时间。

另外，尚要求指令系统应