公務(wù)員考試專業(yè)科目：計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)

第一章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

一、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、分類及其應(yīng)用

I、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(lái)衡量0運(yùn)算速度快是計(jì)算機(jī)的一個(gè)突出特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)的

運(yùn)算速度已由早期的每秒幾千次（如ENIAC機(jī)每秒鐘僅可完成5000次定點(diǎn)加法）發(fā)展到

現(xiàn)在的最高可達(dá)每秒幾千億次乃至萬(wàn)億次。這樣的運(yùn)算速度是何等的驚人！

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(dòng)中解放出來(lái)。過(guò)

去用人工曠II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(wèn)題，由于

計(jì)算量太大，數(shù)學(xué)家們終其畢生也無(wú)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(duì)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（如過(guò)去常用的四位數(shù)學(xué)用表、八位數(shù)學(xué)用表等），而計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的結(jié)果精度

可達(dá)到十兒位、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(chǔ)容量大

計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)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(chǔ)容

量越來(lái)越大，已高達(dá)千兆數(shù)量級(jí)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(wèn)題的前提。

5、自動(dòng)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)先存放在機(jī)內(nèi)，工作時(shí)按程序規(guī)定的操作，一步一

步地自動(dòng)完成，一般無(wú)須人工干預(yù)，因而自動(dòng)化程度高。這一特點(diǎn)是般計(jì)算工具所不具備

的。

計(jì)算機(jī)通用性的特點(diǎn)表現(xiàn)在幾乎能求解自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中一切類型的問(wèn)題，能廣泛地

應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)可分為模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)兩大類

模擬計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是：參與運(yùn)算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運(yùn)算過(guò)程是

連續(xù)的，模擬計(jì)算機(jī)由于受元器件質(zhì)量影響，其計(jì)算精度較低，應(yīng)用范圍較窄，目前已很少

生產(chǎn).

數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是：參與運(yùn)算的數(shù)值用斷續(xù)的數(shù)字量表示，其運(yùn)算過(guò)程按數(shù)

字位進(jìn)行計(jì)算，數(shù)字計(jì)算機(jī)由于具有邏輯判斷等功能，是以近似人類大腦的“思維”方式進(jìn)行

工作，所以又被稱為“電腦”。

數(shù)字計(jì)算機(jī)按用途又可分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。

專用與通用計(jì)算機(jī)在其效率、速度、配置、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、造價(jià)和適應(yīng)性等方面

是有區(qū)別的。

專用計(jì)算機(jī)針對(duì)某類問(wèn)題能顯示出最有效、最快速和最經(jīng)濟(jì)的特性，但它的適應(yīng)性

較差，不適于其它方面的應(yīng)用。我們?cè)趯?dǎo)彈和火箭上使用的計(jì)算機(jī)很大部分就是專用計(jì)算機(jī)。

這些東西就是再先進(jìn)，你也不能用它來(lái)玩游戲。

通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性很強(qiáng)，應(yīng)用面很廣，但其運(yùn)行效率、速度和經(jīng)濟(jì)性依據(jù)不同的應(yīng)

用對(duì)象會(huì)受到不同程度的影響。

通用計(jì)算機(jī)按其規(guī)模、速度和功能等又可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、

微型機(jī)及單片機(jī)。這些類型之間的基本區(qū)別通常在于其體積大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、功率消耗、

性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、指令系統(tǒng)和設(shè)備、軟件配置等的不同。

一般來(lái)說(shuō)，巨型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度很高，可達(dá)每秒執(zhí)行幾億條指令，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容

量很大，規(guī)模大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，主要用于大型科學(xué)計(jì)算。它也是衡量一國(guó)科學(xué)實(shí)力的

重要標(biāo)志之一。單片計(jì)算機(jī)則只由一片集成電路制成，其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單,

性能介于巨型機(jī)和單片機(jī)之間的就是大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。它們的性能指標(biāo)和

結(jié)構(gòu)規(guī)模則相應(yīng)的依次遞減

1.一代電子管計(jì)算機(jī)

世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC由美國(guó)Pennsylvania大學(xué)JohnMauchly教授和

JohnPresperEcker工程師用電子管建成的，于1946年交付使用，ENIAC采用

十進(jìn)制運(yùn)算。電路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，使用18000多個(gè)電子管，運(yùn)行時(shí)耗電量達(dá)150

千瓦，體積龐大，重量達(dá)30多噸，占地面積為1500平方英尺，而且需用手工

搬運(yùn)開關(guān)和撥、插電纜來(lái)編制程序，使用極不方便，但它卻比任何機(jī)械計(jì)算機(jī)快

得多，每秒可進(jìn)行5000多次加法運(yùn)算。

ENIAC的出現(xiàn)標(biāo)志著人類進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代。

2.第二代晶體管計(jì)算機(jī)

1947年在Bell實(shí)驗(yàn)室成功地用半導(dǎo)體硅片作基片，制成了第一個(gè)晶體管，

它的小體積、低耗電以及載流子高速運(yùn)行的特點(diǎn)，使真空管望塵莫及。用晶體管

取代電子管以后，計(jì)算機(jī)的性能有了很大的提高。

3.第三代集成電路計(jì)算機(jī)

集成電路制作技術(shù)就是利用光刻技術(shù)把晶體管、電阻、電容等構(gòu)成的單個(gè)電

路制作在一塊極?。ㄈ鐜讉€(gè)平方微米）的硅片上。進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了將成百上

千個(gè)這樣的門電路全部制作在一塊極小的硅片上，并引出與外部連接的引線，這

樣，一次便能制作成成百上千相同的門電路，又一次大大地縮小了計(jì)算機(jī)的體積,

大幅度下降了耗電量，極大地提高了機(jī)器的可靠性。這就是人們稱作的小規(guī)模集

成電路（SSI）和中等規(guī)模集成電路（MSI）的第三代計(jì)算機(jī)。

第三代計(jì)算機(jī)之后，人們沒有達(dá)成定義新一代計(jì)算機(jī)的一致意見，如果從硬

件技術(shù)上講，可以把用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)制成的計(jì)算機(jī)稱為第四代

計(jì)算機(jī)。

二、微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展

集成電路技術(shù)把計(jì)算機(jī)的控制單元和算邏單元集成到一個(gè)芯片上，制成了微

處理器芯片。1971年，美國(guó)Intel公司研制成世界上第一個(gè)4位微處理器芯片

4004,集成了2300個(gè)晶體管。隨后，微處理器經(jīng)歷了4位、8位、16位、32

位和64位幾個(gè)階段的發(fā)展，芯片的集成度和速度都有很大的提高。與此同時(shí)，

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的研制也正在進(jìn)行。1970年研制的第一個(gè)存儲(chǔ)芯片，只有一個(gè)磁

芯那么大，卻能保存256位二進(jìn)制信息，但每位價(jià)格高于磁芯。1974年后，隨

2

著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器價(jià)格的迅速下降，位密度的不斷提高，存儲(chǔ)芯片的容量經(jīng)歷了

1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB和64MB這幾個(gè)階段，每個(gè)新

的階段都比過(guò)去提高4倍的容量，而價(jià)格和訪問(wèn)時(shí)間都有所下降。

最值得一提的是世界上第一大微處理器的制造商Intel,其典型產(chǎn)品有：

(1)8080：世界上第一個(gè)8位通用的微處理器，1974年問(wèn)世。

(2)8088：集成度達(dá)2.9管，主頻4.77MHz,字長(zhǎng)16位(外部8位)，又稱

準(zhǔn)16位，地址20位，采用4個(gè)字節(jié)指令隊(duì)列，被IBM首臺(tái)微機(jī)(IBMPC)選用，

1979年問(wèn)世。

(3)8086：16位，2.9萬(wàn)管，地址20位，采用6個(gè)字節(jié)指令隊(duì)列，指令系

統(tǒng)與8088完全兼容，1978年問(wèn)世。

(4)80286：16位，13.4萬(wàn)管，6MHz,地址24位，可用實(shí)際內(nèi)存16KB和虛

擬內(nèi)存1GB,1982年問(wèn)世。

(5)80386：32位，27.5萬(wàn)管，12.5MHz、33MHz、50MHz,地址32位，4GB

實(shí)際內(nèi)存，64TB虛擬內(nèi)存。其性能可與幾年前推出的小型機(jī)和大型機(jī)相比，1985

年問(wèn)世。

(6)80486：32位，120萬(wàn)管，2.5MHz、33MHz、50MHz、4GB實(shí)際內(nèi)存,64TB

虛擬內(nèi)存，引用更加復(fù)雜的Cache技術(shù)和指令流水技術(shù)，速度比80386快一倍，

性能指標(biāo)高于803863?4倍，1989年問(wèn)世。

(7)Pentium(80586):64位，310萬(wàn)管,66MHz、100MHz,采用超標(biāo)量技術(shù)，

使多條指令可并行執(zhí)行，速率比80486高出6~8倍，1993年問(wèn)世。

(8)Pentiumpro(P6)：64位,550萬(wàn)管，133MHz、150MHz、200MHz，采用

動(dòng)態(tài)執(zhí)行RISC/CISC技術(shù)、分支預(yù)測(cè)、指令流分析、推理性執(zhí)行和二級(jí)Cache

等技術(shù)，1995年問(wèn)世。

(9)PentiumII:64位，550萬(wàn)管以上，233MHz、300MHz,400MHz、450MHz,

1997年問(wèn)世。

(10)Pentium111:64位,800萬(wàn)管以上，450MHz、500MHz、550MHz、600MHz,

1999年問(wèn)世。

自1979年Intel推出X86后，幾乎每三年處理器的性能就能提高4?5倍。

但是計(jì)算機(jī)中的一些其他部件其性能的提高速度達(dá)不到這個(gè)水平。因此，必須不

斷調(diào)整計(jì)算機(jī)組成和結(jié)構(gòu)，以彌補(bǔ)不同部件性能不匹配問(wèn)題。

此外，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，也使巨型機(jī)、工作站、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

都有了很大的發(fā)展。

三、軟件技術(shù)的興起和發(fā)展

計(jì)算機(jī)剛問(wèn)世時(shí)，還未建立“軟件”這一概念，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用范

圍的擴(kuò)大，逐漸形成了軟件系統(tǒng)。

在早期的計(jì)算機(jī)中，使用者必須用機(jī)器能識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言編寫程序，由于機(jī)

器不同，機(jī)器語(yǔ)言也不同，因此人們?cè)诓煌臋C(jī)器上編程，就需熟悉不同機(jī)器的

機(jī)器指令，使用極不方便，寫出的程序很難讀懂。后來(lái)出現(xiàn)了一利符號(hào)語(yǔ)言，即

匯編語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言不再用0/1代碼編寫程序，改善了程序的可讀性，但它們

仍是面向機(jī)器的，即不同的機(jī)器各自有不同的匯編語(yǔ)言。為了能將符號(hào)語(yǔ)言轉(zhuǎn)變

成機(jī)器能識(shí)別的語(yǔ)言，人們又創(chuàng)造了匯編程序。它能把匯編程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。

為了擺脫對(duì)具體機(jī)器的依賴，在匯編語(yǔ)言之后又出現(xiàn)了面向問(wèn)題的高級(jí)語(yǔ)

3

言。使用高級(jí)語(yǔ)言編程可以不了解機(jī)器的結(jié)構(gòu)，且比較接近人們習(xí)慣用的自然語(yǔ)

言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言，使程序具有很強(qiáng)的可讀性。為了使高級(jí)語(yǔ)言描述的算法在機(jī)器上

執(zhí)行，同樣需有一個(gè)翻譯系統(tǒng)，于是產(chǎn)生了編譯程序和解釋程序，它們能把高級(jí)

語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言。

可見，隨著各種語(yǔ)言的出現(xiàn)，匯編程序、編譯程序、解釋程序的產(chǎn)生，逐漸

形成了軟件系統(tǒng)。

另一方面，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，外部設(shè)備的增多，為了使計(jì)算

機(jī)資源讓更多用戶共享，又出現(xiàn)了操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)能協(xié)調(diào)管理計(jì)算機(jī)中各種

軟件、硬件及其他信息資源，并能調(diào)度用戶的作業(yè)程序，使多個(gè)用戶能有效地共

用一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

止匕外，一些服務(wù)性程序如裝配程序、調(diào)試程序、診斷程序和排錯(cuò)程序等也逐

漸形成。

除上述提到的這些系統(tǒng)軟件外，軟件發(fā)展的另一個(gè)主要內(nèi)容就是應(yīng)用軟件O

應(yīng)用軟件種類繁多，它是用戶在各自的行業(yè)中開發(fā)和使用的各種程序。

軟件發(fā)展有以下兒個(gè)特點(diǎn)：

（1）開發(fā)周期長(zhǎng)；

（2）制作成本昂貴；

（3）檢測(cè)軟件產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性；

二、信息編碼與數(shù)據(jù)表示；數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

數(shù)字化信息編碼與數(shù)據(jù)表示

1.1數(shù)字化信息編碼的概念

編碼技術(shù)的使用已相當(dāng)普遍，如電報(bào)就是使用的一種十進(jìn)制編碼。

編碼：基本符號(hào)+組合規(guī)則。

信息：數(shù)字、文字、語(yǔ)音、圖形和圖象。

信息必須數(shù)字化編碼，才能傳送、存儲(chǔ)和處理。

在計(jì)算機(jī)中，采用只有“0”和“1”兩個(gè)基本符號(hào)組成的基2碼。

在計(jì)算機(jī)中，使用二進(jìn)制數(shù)的組合來(lái)表示數(shù)字、字母和符號(hào)的方法稱為數(shù)字化信

息編碼。

1.2進(jìn)位計(jì)數(shù)制

一、數(shù)制的概念

數(shù)制也稱計(jì)數(shù)制，是指計(jì)數(shù)的方法。它是采用一組計(jì)數(shù)符號(hào)的組合來(lái)表示任

意-,個(gè)數(shù)的方法。

我們所使用的十進(jìn)制數(shù)是有位權(quán)計(jì)數(shù)法。它有兩個(gè)基本要素：

1、基數(shù)

指計(jì)數(shù)制中所使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)，因此，十進(jìn)制數(shù)的基數(shù)就是10。

2、位權(quán)

每一個(gè)數(shù)位都有一個(gè)確定的值，這個(gè)位值就稱為“權(quán)二

二、常用計(jì)數(shù)制

4

1、十進(jìn)制數(shù)

使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個(gè)數(shù)碼；

進(jìn)位規(guī)則：“逢十進(jìn)一”,基數(shù)是10；

每個(gè)數(shù)位都有一個(gè)確定的值（稱為權(quán)），權(quán)是10的整數(shù)事;

*每一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以寫成10的整數(shù)幕的展開式。

2、二進(jìn)制數(shù)

使用0、1兩個(gè)數(shù)碼；

進(jìn)位規(guī)則：“逢二進(jìn)一”，基數(shù)是2；

每個(gè)數(shù)位都有一個(gè)確定的值（稱為權(quán)），權(quán)是2的整數(shù)累;

*每一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以寫成2的整數(shù)基的展開式。

注：讀寫要點(diǎn)

讀數(shù)時(shí);不能按十進(jìn)制數(shù)的方式讀，只能按順序依次讀出各數(shù)碼的音；

寫二進(jìn)制數(shù)時(shí)，在后邊加B,十進(jìn)制后邊加D。

3、八進(jìn)制數(shù)

使用0、1、2、3、4、5、6、7、八個(gè)數(shù)碼；

進(jìn)位規(guī)則：“逢八進(jìn)一"，基數(shù)是8；

每個(gè)數(shù)位都有一個(gè)確定的值（稱為權(quán)），權(quán)是8的整數(shù)暴；

4、十六進(jìn)制數(shù)

使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)數(shù)碼;

進(jìn)位規(guī)則：“逢十六進(jìn)一”，基數(shù)是16；

每個(gè)數(shù)位都有一個(gè)確定的值（稱為權(quán)），權(quán)是16的整數(shù)幕；

*每一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以寫成16的整數(shù)界的展開式。

注：讀寫要點(diǎn)

讀數(shù)時(shí)，不能按十進(jìn)制數(shù)的方式讀，只能按順序依次讀出各數(shù)碼的音；

寫十六進(jìn)制數(shù)時(shí)，在后邊加H,十進(jìn)制后邊加D。

5、四種數(shù)制的對(duì)照關(guān)系:

十進(jìn)制（D）二進(jìn)制（B）八進(jìn)制（O）十六進(jìn)制（H）

5

0000

1111

21022

31133

410044

510155

611066

711177

81000108

91001119

10101012A

11101113B

12110014C

13110115D

14111016E

15mi17F

1.3數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換

一、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)

整數(shù)部分：除以2取余數(shù)，直到商為0,余數(shù)從右到左排列。

小數(shù)部分：乘以2取整數(shù)，整數(shù)從右到左排列。

例(100.345)D=(IIOOIOO.OIOII)B

21100?0.345

2|500x2

212500.690

2|121x2

2|____6_01.380

2|30x2

2|____L_10.760

01x2

1.520

x21

1.040

二、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

(an?-alaO-3-l???a-m)2=an2n+???+a02°+a-l24+???+a-m2~m

6

(10101)6=24+22+1=21

(101.11)B=22+1+2-1+2-2=5.75

三、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)

整數(shù)部分：從右向左進(jìn)行分組。

小數(shù)部分：從左向右進(jìn)行分組。

轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制時(shí)三位一組。

轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制時(shí)四位一組，不足補(bǔ)零。

(H01101110.110101)B=(36F.65)H

36F65

(1101101110.110101)R=(1556.65)0

155665

四、八進(jìn)制和十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制

每一個(gè)八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的三位。

每一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的四位。

(2C1D)H=(0010110000011101)B(64)H=(01100100)B

2C1D64

(7123)0=(H100101001DR(144)0=(001100100)B

7123144

1.4二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示

1、數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示

定點(diǎn)小數(shù):m+1位

符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)

|N|<1-2-m

定點(diǎn)整數(shù):n+1位

7

符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)

無(wú)符號(hào)位小數(shù)點(diǎn)

浮點(diǎn)數(shù):

階符X階嗎

N=數(shù)符義尾數(shù)X2尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度。階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍。

2、機(jī)器數(shù)的表示

機(jī)器數(shù)：個(gè)數(shù)及其符號(hào)在機(jī)器中的數(shù)值化表示。

真值：機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)。

假定一個(gè)數(shù)在機(jī)器中占用8位。

1.5二進(jìn)制編碼

一、BCD碼

用四位二進(jìn)制數(shù)表示一位十進(jìn)制數(shù)，稱為十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼，又稱BCD

碼。常用的有8421碼和余3碼。

25=（0010OIODRCD

25

二、ASCII碼

它的全稱是AmericanStandardCodeforInformationInterchange,中

文含義是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。

它將常用的數(shù)字、字母和符號(hào)用8位二進(jìn)制代碼來(lái)表示，從而讓計(jì)算機(jī)能識(shí)

別和處理這些字符。

一個(gè)ASCII碼在存儲(chǔ)器中占一個(gè)字節(jié)。

共有256個(gè)ASCII碼，其中前128個(gè)（最高位是0）稱為基本ASCII碼，

后128個(gè)（最高位是1）稱為擴(kuò)充ASCII碼。

常用字符有128個(gè)，編碼從0到127o

空格20H32

，0'?'9，30H?39H48?57

'A5?2'41H-5AH65-90

61H-7AH97~122

控制字符：0?32,127；普通字符：94個(gè)。

8

每個(gè)字符占一個(gè)字節(jié)，用7位，最高位為0

擴(kuò)充ASCII碼用于表示圖形符號(hào)。

三、漢字編碼

輸入碼、內(nèi)碼、字形碼。

（1）漢字輸入碼

國(guó)標(biāo)區(qū)位碼、全拼、雙拼、微軟拼音、五筆字形等。

（2）漢字內(nèi)碼

漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。

國(guó)標(biāo)碼（GB2312—80）及其機(jī)內(nèi)碼：

一級(jí)漢字：3755個(gè)；二級(jí)漢字：3008個(gè)。

漢字分區(qū)：每個(gè)區(qū)94個(gè)漢字。區(qū)號(hào)區(qū)中位置

每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)。

機(jī)內(nèi)碼：最高位為1。

漢字國(guó)標(biāo)碼漢字內(nèi)碼

滬2706(0001101100000110B)1001101110000110B

久3035(00011110001000118)1001111010100011B

（3）漢字字形碼

漢字字形的字模數(shù)據(jù)，以點(diǎn)陣或矢量函數(shù)表示。

點(diǎn)陣：16X16、24X24、32X32、48X48。

（4）各種代碼之間的關(guān)系

---------------?輸入碼--------?國(guó)標(biāo)碼------?內(nèi)碼-------?字形碼--------------?

四種記數(shù)制表示數(shù)的關(guān)系

9

二十進(jìn)制整數(shù)非十進(jìn)制整叁.

整數(shù)的轉(zhuǎn)換:除基數(shù)取余注、結(jié)果由下而上排列

示例:杷十迸制數(shù)too轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

1\100::以站里

2|50

2I25

2|12

2|6

2[J_

2J

7)

不進(jìn)制整數(shù)1＞非十進(jìn)制整襄二

4費(fèi)的轉(zhuǎn)換：乘基數(shù)取整法、結(jié)果由上而下排列

示例：把十進(jìn)制數(shù)0.375轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

0.375

2結(jié)果結(jié)果為：0.011

0.7500

x2

1.501

x2

T7T1小數(shù)4=0

10

011001010Oil.00101()

丁丁-F丁TF

(312.12)8

12

()\i〃〃1〃10Oil.00101

三、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成及其基本工作原

理

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成的，而我們平時(shí)只能看到計(jì)算機(jī)的硬件，軟

件是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行的程序，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是無(wú)法看到的。下面我們來(lái)了解一些計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)組成方面的知識(shí)。

硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的一些看得見、摸得著的物理設(shè)備，它是計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。

從計(jì)算機(jī)的外觀看，它是由主機(jī)、顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等幾個(gè)部分組成，如圖1-3所示。具

體是由五大功能部件組成，即運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。這五大功能

部件相互配合，協(xié)同工作。其中，運(yùn)算器和控制器集成在一片或幾片大規(guī)?；虺笠?guī)模集成

電路中，稱之為中央處理器(CPU)。硬件系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，各個(gè)部件之間通過(guò)總線相連構(gòu)

成一一個(gè)統(tǒng)一的整體。

半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，計(jì)算機(jī)已發(fā)展成為?個(gè)龐大的家族，盡管各種類型的性能、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用

等方面存在著差別，但是它們的基本組成結(jié)構(gòu)卻是相同的?，F(xiàn)在我們所使用的計(jì)算機(jī)硬件系

統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一直沿用了由美籍著名數(shù)學(xué)家馮?諾依曼提出的模型，它由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)

器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大功能部件組成。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的信息，例如：

文字、圖像、聲音等經(jīng)過(guò)編碼處理，都可以變成數(shù)據(jù)。于是，計(jì)算機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體信息

的處理。

11

PeraonnlCompnter

機(jī)---

0110U1010J

1101—

WWW.WANGQI.COM

圖象、文字、聲音等信息轉(zhuǎn)成數(shù)據(jù)的示意圖

各種各樣的信息，通過(guò)輸入設(shè)備，進(jìn)入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器，然后送到運(yùn)算器，運(yùn)算完畢把結(jié)果

送到存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，最后通過(guò)輸出設(shè)備顯示出來(lái)。整個(gè)過(guò)程由控制器進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)的整個(gè)

工作過(guò)程及基本硬件結(jié)構(gòu)如圖所示：

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本硬件組成及工作原理

總線與接口

從外型上看，微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是由主機(jī)和外設(shè)（I/O設(shè)備）兩大部分組成

的總線結(jié)構(gòu)。所謂總線，就是在模塊與模塊之間或者設(shè)備與設(shè)備之間供求傳送信息、相互通

信的一組公用信號(hào)線，是系統(tǒng)在主控器的控制下，將發(fā)送器（模塊或設(shè)備）發(fā)出的信息準(zhǔn)確

地傳送給某個(gè)接收器（模塊或設(shè)備）的信息載體或通路?？偩€的特點(diǎn)在于其公用性，如果是

兩個(gè)模塊或設(shè)備間的專用線就不稱為總線了。

為了準(zhǔn)確無(wú)誤傳送信息，總線按其信號(hào)線性質(zhì)不同一般可分三組。

地址總線（AB）：在它上面?zhèn)魉偷氖堑刂沸畔?，CPU用此信息尋找數(shù)據(jù)的存放地址。地

12

址線一般為CPU發(fā)出的單向總線。入

數(shù)據(jù)總線（DB）：此總線負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間、內(nèi)部與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)

據(jù)線一般是雙向的，既可讀，也可寫。X

控制總線（CB）：這組總線傳送控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)各部件之間按所設(shè)定的程序有條

不紊地工作。X

其中數(shù)據(jù)總線和地址總線比較簡(jiǎn)單，各種型號(hào)不同，但位數(shù)相同的CPU,其DB和AB基本

相同，功能也比較單純。

計(jì)算機(jī)的基本原理是存貯程序和程序控制

預(yù)先要把指揮計(jì)算機(jī)如何進(jìn)行操作的指令序列（稱為程序）和原始數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備輸

送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存貯器中。每一條指令中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)從哪個(gè)地址取數(shù)，進(jìn)行什么操作，

然后送到什么地址去等步驟。

計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí).，先從內(nèi)存中取出第一條指令，通過(guò)控制器的譯碼，按指令的要求，從

存貯器中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的運(yùn)算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去。

接下來(lái)，再取出第二條指令，在控制器的指揮下完成規(guī)定操作。依此進(jìn)行下去，直至遇到停

止指令。

程序與數(shù)據(jù)一樣存貯，按程序編排的順序，一步一步地取出指令，自動(dòng)地完成指令規(guī)定

的操作是計(jì)算機(jī)最基本的工作原理。這一原理最初是由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮.諾依曼于1945

年提出來(lái)的，故稱為馮.諾依曼原理。

四、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的組成，系統(tǒng)軟件和應(yīng)

用軟件的基本概念、功能和分類

所謂軟件是指為方便使用計(jì)算機(jī)和提高使用效率而組織的程序以及用于開發(fā)、使用和維護(hù)的

有關(guān)文檔。軟件系統(tǒng)可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。

1系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件由一組控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并管理其資源的程序組成，其主要功能包括：?jiǎn)?dòng)計(jì)算機(jī)，

存儲(chǔ)、加載和執(zhí)行應(yīng)用程序，對(duì)文件進(jìn)行排序、檢索，將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言等。實(shí)際

上，系統(tǒng)軟件可以看作用戶與計(jì)算機(jī)的接口，它為應(yīng)用軟件和用戶提供了控制、訪問(wèn)硬件的

手段，這些功能主要由操作系統(tǒng)完成?止匕外，編譯系統(tǒng)和各種工具軟件也屬此類，它們從另

一方面輔助用戶使用計(jì)算機(jī)。下面分別介紹它們的功能。

1）操作系統(tǒng)（OperatingSystem,OS）

操作系統(tǒng)是管理、控制和監(jiān)督計(jì)算機(jī)軟、硬件資源協(xié)調(diào)運(yùn)行的程序系統(tǒng)，由一系列具有不同

控制和管理功能的程序組成，它是直接運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的、最基本的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)

軟件的核心。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)發(fā)展中的產(chǎn)物，它的主要目的有兩個(gè)：一是方便用戶使用計(jì)

算機(jī)，是用戶和計(jì)算機(jī)的接口。比如用戶鍵入一條簡(jiǎn)單的命令就能自動(dòng)完成復(fù)雜的功能，這

就是操作系統(tǒng)幫助的結(jié)果;二是統(tǒng)一管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部資源,合理組織計(jì)算機(jī)工作流程,

以便充分、合理地發(fā)揮計(jì)算機(jī)的效率。操作系統(tǒng)通常應(yīng)包括下列五大功能模塊：

（1）處理器管理。當(dāng)多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行時(shí)，解決處理器（CPU）時(shí)間的分配問(wèn)題。

（2）作業(yè)管理。完成某個(gè)獨(dú)立任務(wù)的程序及其所需的數(shù)據(jù)組成一個(gè)作業(yè)。作業(yè)管理的任務(wù)

主要是為用戶提供個(gè)使用計(jì)算機(jī)的界面使其方便地運(yùn)行自己的作業(yè)，并對(duì)所有進(jìn)入系統(tǒng)的

作業(yè)進(jìn)行調(diào)度和控制，盡可能高效地利用整個(gè)系統(tǒng)的資源。

（3）存儲(chǔ)器管理。為各個(gè)程序及其使用的數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)空間，并保證它們互不干擾。

13

(4)設(shè)備管理。根據(jù)用戶提出使用設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行設(shè)備分配，同時(shí)還能隨時(shí)接收設(shè)備的請(qǐng)

求(稱為中斷)，如要求輸入信息。

(5)文件管理。主要負(fù)責(zé)文件的存儲(chǔ)、檢索、共享和保護(hù)，為用戶提供文件操作的方便。

操作系統(tǒng)的種類繁多，依其功能和特性分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

等；依同時(shí)管理用戶數(shù)的多少分為單用戶操作系統(tǒng)和多用戶操作系統(tǒng)；適合管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。按其發(fā)展前后過(guò)程，通常分成以下六類：

(1)單用戶操作系統(tǒng)(SingleUserOperatingSystem)

單用戶操作系統(tǒng)的主要特征是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一次只能支持運(yùn)行一個(gè)用戶程序。這類系統(tǒng)的最

大缺點(diǎn)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源不能充分利用。微型機(jī)的DOS、Windows操作系統(tǒng)屬于這一類。

(2)批處理操作系統(tǒng)(BatchProcessingOperatingSystem)

批處理操作系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代運(yùn)行于大、中型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)由于單用戶

單任務(wù)操作系統(tǒng)的CPU使用效率低，I/O設(shè)備資源未充分利用，因而產(chǎn)生了多道批處理系

統(tǒng)，它主要運(yùn)行在大中型機(jī)上。多道是指多個(gè)程序或多個(gè)作業(yè)(Multi-ProgramsorMultiJobs)

同時(shí)存在和運(yùn)行，故也稱為多任務(wù)操作系統(tǒng)。IBM的DOS/VSE就是這類系統(tǒng)。

(3)分時(shí)操作系統(tǒng)(Time-SharingOperatingSystem)

分時(shí)系統(tǒng)是一種具有如下特征的操作系統(tǒng)：在一臺(tái)計(jì)算機(jī)周圍掛上若干臺(tái)近程或遠(yuǎn)程終端，

每個(gè)用戶可以在各自的終端上以交互的方式控制作業(yè)運(yùn)行。

在分時(shí)系統(tǒng)管理下，雖然各用戶使用的是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，但卻能給用戶一種“獨(dú)占計(jì)算機(jī)”的

感覺?實(shí)際上是分時(shí)操作系統(tǒng)將CPU時(shí)間資源劃分成極小的時(shí)間片(毫秒量級(jí))，輪流分

給每個(gè)終端用戶使用，當(dāng)一個(gè)用戶的時(shí)間片用完后，CPU就轉(zhuǎn)給另一個(gè)用戶，前一個(gè)用戶

只能等待下一次輪到。由于人的思考、反應(yīng)和鍵入的速度通常比cpu的速度慢得多，所以

只要同時(shí)上機(jī)的用戶不超過(guò)一定數(shù)量，人們不會(huì)有延遲的感覺，好像每個(gè)用戶都獨(dú)占著計(jì)算

機(jī)。分時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可充分利用計(jì)算機(jī)資源；第二，由于采用交互會(huì)

話方式控制作業(yè)，用戶可以坐在終端前邊思考、邊調(diào)整、邊修改，從而大大縮短了解題周期；

第三，分時(shí)系統(tǒng)的多個(gè)用戶間可以通過(guò)文件系統(tǒng)彼此交流數(shù)據(jù)和共享各種文件，在各自的終

端上協(xié)同完成共同的任務(wù)。分時(shí)操作系統(tǒng)是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，UNIX是國(guó)際上最流行

的分時(shí)操作系統(tǒng)。此外，UNIX具有網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的功能，也是廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)操作

系統(tǒng)。

(4)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real-TimeOperatingSystem)

在某些應(yīng)用領(lǐng)域，要求計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)能進(jìn)行迅速處理。例如，在自動(dòng)駕駛儀控制下飛行的匕

機(jī)、導(dǎo)彈的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)及時(shí).、快速地進(jìn)行處理和反

應(yīng)，以便達(dá)到控制的目的，否則就會(huì)失去戰(zhàn)機(jī)。這種有響應(yīng)時(shí)間要求的快速處理過(guò)程叫做實(shí)

時(shí)處理過(guò)程，當(dāng)然，響應(yīng)的時(shí)間要求可長(zhǎng)可短，可以是秒、毫秒或微秒級(jí)的。對(duì)于這類實(shí)時(shí)

處理過(guò)程，批處理系統(tǒng)或分時(shí)系統(tǒng)均無(wú)能為力了，因此產(chǎn)生了另一類操作系統(tǒng)——實(shí)時(shí)操作

系統(tǒng)?配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)按其使用方式可分成兩類：

一類是廣泛用于鋼鐵、煉油、化工生產(chǎn)過(guò)程控制，武器制導(dǎo)等各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；

另一類是廣泛用于自動(dòng)訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)、銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)、超級(jí)市場(chǎng)銷售系統(tǒng)中的實(shí)

時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

(5)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NetworkOperatingSystem)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)通信線路將地理上分散且獨(dú)立的計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)起來(lái)的種網(wǎng)絡(luò),有了計(jì)算機(jī)

網(wǎng)絡(luò)之后，用戶可以突破地理?xiàng)l件的限制，方便地使用遠(yuǎn)處的計(jì)算機(jī)資源。提供網(wǎng)絡(luò)通信和

網(wǎng)絡(luò)資源共享功能的操作系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

(6)微機(jī)操作系統(tǒng)

微機(jī)操作系統(tǒng)隨著微機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。Microsoft公司開發(fā)的DOS

14

是一單用戶單任務(wù)系統(tǒng)，而Windows操作系統(tǒng)則是一單用戶多任務(wù)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)

展，已從Windows3.1發(fā)展至ij目前的WindowsNT、Windows2000和WindowsXP,它是

當(dāng)前微機(jī)中廣泛使用的操作系統(tǒng)之一。Linux是一個(gè)原碼公開的操作系統(tǒng)，目前已被越來(lái)越

多的用戶所采用，是Windows操作系統(tǒng)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

2）語(yǔ)言處理系統(tǒng)（翻譯程序）

如前所述，機(jī)器語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)唯一能直接識(shí)別和執(zhí)行的程序語(yǔ)言。如果要在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行高

級(jí)語(yǔ)言程序就必須配備程序語(yǔ)言翻譯程序（下簡(jiǎn)稱翻譯程序）。翻譯程序本身是一組程序，

不同的高級(jí)語(yǔ)言都有相應(yīng)的翻譯程序。

對(duì)于高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，翻譯的方法有兩種：

一種稱為“解釋”。早期的BASIC源程序的執(zhí)行都采用這種方式。它調(diào)用機(jī)器配備的BASIC"解

釋程序”，在運(yùn)行BASIC源程序時(shí)，逐條把BASIC的源程序語(yǔ)句進(jìn)行解釋和執(zhí)行，它不保

留目標(biāo)程序代碼，即不產(chǎn)生可執(zhí)行文件。這種方式速度較慢，每次運(yùn)行都要經(jīng)過(guò)“解釋”，邊

解釋邊執(zhí)行。

另一種稱為“編譯”，它調(diào)用相應(yīng)語(yǔ)言的編譯程序，把源程序變成目標(biāo)程序（以QBJ為擴(kuò)展

名），然后再用連接程序，把目標(biāo)程序與庫(kù)文件相連接形成可執(zhí)行文件。盡管編譯的過(guò)程復(fù)

雜一些，但它形成的可執(zhí)行文件（以.exe為擴(kuò)展名）可以反復(fù)執(zhí)行，速度較快。運(yùn)行程序

時(shí)只要鍵入可執(zhí)行程序的文件名，再按Enter鍵即可。

對(duì)源程序進(jìn)行解釋和編譯任務(wù)的程序，分別叫做編譯程序和解釋程序。如FORTRAN.

COBOL.PASCAL和C等高級(jí)語(yǔ)言，使用時(shí)需有相應(yīng)的編譯程序；BASIC、LISP等高級(jí)

語(yǔ)言，使用時(shí)需用相應(yīng)的解釋程序。

3）服務(wù)程序

服務(wù)程序能夠提供一些常用的服務(wù)性功能，它們?yōu)橛脩糸_發(fā)程序和使用計(jì)算機(jī)提供了方便，

像微機(jī)上經(jīng)常使用的診斷程序、調(diào)試程序、編輯程序均屬此類。

4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

在信息社會(huì)里，社會(huì)和生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的信息很多，使人工管理難以應(yīng)付，人們希望借助計(jì)算

機(jī)對(duì)信息進(jìn)行搜集、存儲(chǔ)、處理和使用。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DataBaseSystem,DBS）就是在這種

需求背景下產(chǎn)生和發(fā)展的。

數(shù)據(jù)庫(kù)是指按照一定聯(lián)系存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集合，可為多種應(yīng)用共享。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DataBase

ManagementSystem,DBMS）則是能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行加工、管理的系統(tǒng)軟件。其主要功能

是建立、消除、維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)及對(duì)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行各種操作。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）、

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）以及相應(yīng)的應(yīng)用程序組成。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不但能夠存放大量的數(shù)據(jù)，

更重要的是能迅速、自動(dòng)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、修改、統(tǒng)計(jì)、排序、合并等操作，以得到所需

的信息。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的文件柜無(wú)法做到的。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的一個(gè)分支?？梢哉f(shuō)，在今后的計(jì)算機(jī)應(yīng)用

開發(fā)中大都離不開數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，了解數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)尤其是微機(jī)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用是非常必

要的。

2應(yīng)用軟件

為解決各類實(shí)際問(wèn)題而設(shè)計(jì)的程序系統(tǒng)稱為應(yīng)用軟件。從其服務(wù)對(duì)象的角度，又可分為通用

軟件和專用軟件兩類。

1）通用軟件

這類軟件通常是為解決某一類問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，而這類問(wèn)題是很多人都要遇到和解決的。例如：

文字處理、表格處理、電子演示等。

2）專用軟件

在市場(chǎng)上可以買到通用軟件，但有些具有特殊功能和需求的軟件是無(wú)法買到的。比如某個(gè)用

15

戶希望有一個(gè)程序能自動(dòng)控制車床，同時(shí)也能將各種事務(wù)性工作集成起來(lái)統(tǒng)一管理。因?yàn)樗?/p>

對(duì)于?般用戶是太特殊了，所以只能組織人力開發(fā)。當(dāng)然開發(fā)出來(lái)的這種軟件也只能專用于

這種情況。

五、軟件基礎(chǔ)知識(shí)；程度設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本概

念

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，通常簡(jiǎn)稱為編程語(yǔ)言，是一組用來(lái)定義計(jì)算機(jī)程序的語(yǔ)法規(guī)則。

它是一種被標(biāo)準(zhǔn)化的交流技巧，用來(lái)向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令。一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言讓程序員能

夠準(zhǔn)確地定義計(jì)算機(jī)所需要使用的數(shù)據(jù)，并精確地定義在不同情況下所應(yīng)當(dāng)采取的行

動(dòng)。

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言原本是被設(shè)計(jì)成專門使用在計(jì)算機(jī)上的，但它們也可以用來(lái)定義算

法或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。正是因?yàn)槿绱?，程序員才會(huì)試圖使程序代碼更容易閱讀。

設(shè)計(jì)語(yǔ)言往往使程序員能夠比使用機(jī)器語(yǔ)言更準(zhǔn)確地表達(dá)他們所想表達(dá)的目的。

對(duì)那些從事計(jì)算機(jī)科學(xué)的人來(lái)說(shuō)，懂得程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是十分重要的，因?yàn)樵诋?dāng)今所有

的計(jì)算都需要程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言才能完成。

在過(guò)去的幾十年間，大量的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言被發(fā)明、被取代、被修改或組合在一起。

盡管人們多次試圖創(chuàng)造一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，卻沒有一次嘗試是成功的。之所以

有那么多種不同的編程語(yǔ)言存在的原因是，編寫程序的初衷其實(shí)也各不相同；新手與

老手之間技術(shù)的差距非常大，而有許多語(yǔ)言并對(duì)新手來(lái)說(shuō)太難學(xué)；還有，不同程序之

間的運(yùn)行成本(runtimecost)各不相同。

有許多用于特殊用途的語(yǔ)言，只在特殊情況下使用。例如，PHP專門用來(lái)顯示

網(wǎng)頁(yè)；Perl更適合文本處理；C語(yǔ)言被廣泛用于操作系統(tǒng)和編譯器的開發(fā)(所謂的系

統(tǒng)編程)。

高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(也稱高級(jí)語(yǔ)言)的出現(xiàn)使得計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言不再過(guò)度地

倚賴某種特定的機(jī)器或環(huán)境。這是因?yàn)楦呒?jí)語(yǔ)言在不同的平臺(tái)上會(huì)被編譯成不同的機(jī)

器語(yǔ)言，而不是直接被機(jī)器執(zhí)行。最早出現(xiàn)的編程語(yǔ)言之■FORTRAN的一個(gè)主要目

標(biāo)，就是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)獨(dú)立。

雖然大多數(shù)的語(yǔ)言可以既可被編譯(compiled)又可被解譯(interpreted),但

大多數(shù)只在一種情況下能夠良好運(yùn)行。在一些編程系統(tǒng)中，程序要經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段的編

譯，?般而言，后階段的編譯往往更接近機(jī)器語(yǔ)言。這種常用的使用技巧最早在1960

年代末用于BCPL,編譯程序先編譯一個(gè)叫做"0代碼"的轉(zhuǎn)換程序(representation),

然后再使用虛擬器轉(zhuǎn)換到可以運(yùn)行于機(jī)器匕的真實(shí)代碼。這種成功的技巧之后又用于

Pascal和P-code,以及Smalltalk和二進(jìn)制碼，雖然在很多時(shí)候，中間過(guò)渡的代碼往

往是解譯，而不是編譯的。

如果所使用的翻譯的機(jī)制是將所要翻譯的程序代碼作為一個(gè)整體翻譯，并之后運(yùn)

行內(nèi)部格式，那么這個(gè)翻譯過(guò)程就稱為編譯。因此，一個(gè)編譯器是一個(gè)將可閱讀的程

16

序文本(叫做源代碼)作為輸入的數(shù)據(jù)，然后輸出可執(zhí)行文件(objectcode)。所輸

出的可執(zhí)行文件可以是機(jī)器語(yǔ)言，由計(jì)算機(jī)的中央處理器直接運(yùn)行，或者是某種模擬

器的二進(jìn)制代碼。

發(fā)展趨勢(shì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是軟件的重要方面。它的發(fā)展趨勢(shì)是模塊化、簡(jiǎn)明

性和形式化。①模塊化。不僅語(yǔ)言具有模塊成分，程序山模塊組成，而且語(yǔ)言本身的

結(jié)構(gòu)也是模塊化的。②簡(jiǎn)明性。涉及的基本概念不多，成分簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，易學(xué)易

用。③形式化。發(fā)展合適的形式體系，以描述語(yǔ)言的語(yǔ)法、語(yǔ)義、語(yǔ)用。

第二章多媒體技術(shù)

多媒體概念

多媒體是電腦和信息界里一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，許多人注意到了多媒體的巨大的市場(chǎng)潛力和廣

闊的應(yīng)用前景，但對(duì)于多媒體的定義和界定的范圍可謂是眾說(shuō)紛紛莫衷一是。究竟何謂多媒體

呢？

所謂“多媒體”(Multimedia),可簡(jiǎn)單地理解為：一種以交互方式將文本、圖形、圖像、

音頻、視頻等多種媒體信息，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備的獲取、操作、編輯、存儲(chǔ)等綜合處理后，以單

獨(dú)或合成的形態(tài)表現(xiàn)出來(lái)的技術(shù)和方法。特別是，它將圖形、圖像和聲音結(jié)合起來(lái)表達(dá)客觀事物,

在方式上非常生動(dòng)、直觀、易被人們接受。

人們熟悉的報(bào)紙、雜志、電影、電視、廣播等，都是以它們各自的媒體進(jìn)行信息傳播。有些

是以文字作媒體，有些是以聲音作媒體，有些是以圖像作媒體，有些是以圖、文、聲、像作媒體。

以電視為例，雖然它也是以圖、文、聲、像作媒體，但它與多媒體系統(tǒng)存在明顯的區(qū)別：第一,

電視觀賞的全過(guò)程均是被動(dòng)的，而多媒體系統(tǒng)為用戶提供了交互特性，極大地調(diào)動(dòng)了人的積極性

17

和主動(dòng)性。第二，人們過(guò)去熟悉的圖、文、聲、像等媒體兒乎都是以模擬量進(jìn)行存儲(chǔ)和傳播的，

而多媒體是以數(shù)字量的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和傳播的。

多媒體具有多樣化、交互性和集成性三個(gè)關(guān)鍵特性。多樣化指的是信息媒體的多樣化；交互

性是指提供人們多種交互控制能力；集成性指不同媒體信息、不同視聽設(shè)備及軟、硬件的有機(jī)結(jié)

合。多媒體以其豐富多彩的媒體表現(xiàn)形式、高超的交互能力、高度的集成性、靈活多變的適應(yīng)性

得到了廣泛的應(yīng)用，并形成了新的行業(yè)。20世紀(jì)90年代是多媒體發(fā)展和普及的年代，是我國(guó)科

技躍身國(guó)際高科技的機(jī)會(huì)。

多媒體技術(shù)

要進(jìn)一步推動(dòng)多媒體技術(shù)的應(yīng)用，加快多媒體產(chǎn)品的實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化和商品化的步伐，首先

就要研究多媒體的關(guān)鍵技術(shù)，其中主要包括數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮、媒體同步、多媒體網(wǎng)絡(luò)、超媒體

等關(guān)鍵技術(shù)。這里簡(jiǎn)單介紹一下視頻和音頻數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮技術(shù)。

多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求具有綜合處理聲、圖、文信息的能力。高質(zhì)量的多媒體系統(tǒng)要求面向

三維圖形、立體聲音、真彩色高保真全屏幕運(yùn)動(dòng)畫面。為了達(dá)到滿意的效果，要求實(shí)時(shí)地處理大

量數(shù)字化視頻、音頻信息，這對(duì)計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)的處理、存儲(chǔ)、傳輸能力是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

如一幅640X480中等分辨率的彩色圖像(24b/像素)數(shù)據(jù)量約為7.37Mb/幀，如果是運(yùn)動(dòng)圖像,

要以每秒30幀或25幀的速度播放時(shí)，則視頻信號(hào)傳輸速率為220Mb/s?如果存放在600MB的光

盤中，只能播放20s,對(duì)于音頻信號(hào)，以激光唱片CD-DA聲音數(shù)據(jù)為例，如果采樣頻率為44.IKHz,

采樣點(diǎn)量化為16bit雙通道立體聲，1.44MB的軟磁盤只能存放8s的數(shù)據(jù)。綜上所述，視頻和音

頻信號(hào)數(shù)據(jù)量大，同時(shí)傳輸速度要求高?？紤]到目前微機(jī)無(wú)法滿足以上的要求，因此，對(duì)多媒

體信息必須進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓縮和解壓縮。

從1948年Oliver提出PCM(脈沖編碼調(diào)制)編碼理論以來(lái)，己有50年的歷史，這個(gè)過(guò)程

中編碼技術(shù)日趨成熟。

n前主要有三大編碼及壓縮標(biāo)準(zhǔn)：

(1)JPEG(JonitPhotographiCExpetsGroup)標(biāo)準(zhǔn)

JPEG制定于1986年，是第一個(gè)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)靜止圖像。該標(biāo)準(zhǔn)制定了有損

和無(wú)損兩種壓縮編碼方案。廣泛應(yīng)用于多媒體CD-ROM、彩色圖像傳真、圖文檔案管理等方

面。JPEG對(duì)單色和彩色圖像的壓縮比通常分別為10:1和15:1。

JPEG沒有規(guī)定具體的快速算法，需要我們自己去開發(fā)。JPEG算法的實(shí)施，可以采用硬件、

軟件或者軟、硬件結(jié)合的方法。

18

BMP(44kb)JPEG(4KB)

(2)MPEG(MovingPictureExpertsGroup)

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，它包括三個(gè)部分：MPEG-Video、MPEG-Audio及

MPEG-System。MPEG是針對(duì)CD-ROM式有線電視(Cable-TV)傳播的全動(dòng)態(tài)影像，它嚴(yán)格規(guī)定了

分辨率、數(shù)據(jù)傳輸速率和格式,MPEG的平均壓縮比為50:1。MPEGT的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了達(dá)到CD-ROM

的傳輸速率(150KBps)和盒式錄像機(jī)的圖像質(zhì)量。MPEG-2的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在一條線路上傳輸更多

的有線電視信號(hào)，它采用更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，以求達(dá)到更好的圖像質(zhì)量。MPEG-System是處

理音頻和視頻的復(fù)合和同步。MPEGT的適用范圍很廣泛，如多媒體CD-ROM、硬盤、可讀寫光盤、

局域網(wǎng)和其他通信通道。

(3)H.261

這是CCITT所屬專家組傾向于為可視電話(Videophone)和電視會(huì)議(Videoconfrence)而

制定的標(biāo)準(zhǔn)，是關(guān)于視像和聲音的雙向傳輸標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)又稱為PX64標(biāo)準(zhǔn)。PX64表示PX64

kbpS,P是一個(gè)可變的參數(shù)，其中P的值為1-30。P=1或P=2,適用于可視電話，PN6適合

于電視會(huì)議?？梢?，該標(biāo)準(zhǔn)是以64kbps的整數(shù)倍作為傳輸速率的。

經(jīng)過(guò)近50年的努力，已經(jīng)產(chǎn)生了各種各樣針對(duì)不同用途的壓縮算法、壓縮手段和實(shí)現(xiàn)這些

算法的大規(guī)模集成電路或計(jì)算機(jī)軟件。但研究仍未停止，人們還在繼續(xù)搜索更加有效的壓縮算法

及其用硬件或者軟件實(shí)現(xiàn)的方法。近年來(lái)提出的分形壓縮算法、采用小波的壓縮算法等，都被看

作是極有前景的壓縮技術(shù)。目前，又推出了H.263和MPEG-4等標(biāo)準(zhǔn)。

19

多媒體計(jì)算機(jī)

1990年Microsoft等公司籌建了多媒體PC市場(chǎng)協(xié)會(huì)(MultimediaPCMarketingCouncil),

且在1991年10月8發(fā)表了第一代多媒體MPC的規(guī)格，在1993年5月又接著發(fā)表了MPC2.0的技

術(shù)規(guī)格等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，MPC的標(biāo)準(zhǔn)也在提高，比如1996年發(fā)表了MPC4.0的技

術(shù)規(guī)格，見表1.5.1。而就現(xiàn)在來(lái)說(shuō)，普通MPC的配置己經(jīng)完全超過(guò)了這一標(biāo)準(zhǔn)，并且還將迅

速發(fā)展。MPC規(guī)定了多媒體PC機(jī)系統(tǒng)的最低要求，凡符合或超過(guò)這種規(guī)范的系統(tǒng)以及能在該系

統(tǒng)上運(yùn)行的軟、硬件可以用“MpC”去標(biāo)識(shí)。

表1.5.1MPC技術(shù)規(guī)格

MPC1.0MPC2.0MPC3.0MPC4.0

CPU80386SX/1680486SX/25Pentium75Pentium133

內(nèi)存容量2MB4MB8MB16MB

硬盤容量80MB160MB850MB1.6GB

CD-ROM速度IX2X4XlOx

聲卡8位16位16位16位

圖像256色65535色16位真彩32位真彩

分辨率640X480640X480800X6001280X1024

軟驅(qū)1.44MB1.44MB1.44MB1.44MB

操作系統(tǒng)Windows3.xWindows3.xWindows95Windows95

今后計(jì)算機(jī)的新特性是：支持DVD、用于外圍設(shè)備的設(shè)備有DeviceBay、支持通用串行總線

USB、內(nèi)存規(guī)范為64MB?128MB、具有TV功能、全立體聲、多監(jiān)視器、集成化網(wǎng)絡(luò)接口卡等。

20

多媒體計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備

多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最基本的硬件是聲頻卡（AudioCard）、CD-ROM光盤機(jī)（CD-ROM）、視頻

卡（VideoCard）。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上加上聲頻卡和CD-ROM就成為普遍意義上的多媒體計(jì)算機(jī),

可見，多媒體技術(shù)中的首要技術(shù)就是CD-ROM和聲頻卡。

1.聲頻卡

聲頻卡的種類很多，目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上至少有上百種不同型號(hào)、不同性能和不同特點(diǎn)的聲頻

卡。

1）聲頻卡的關(guān)鍵指標(biāo)

?采樣頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的采樣次數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，語(yǔ)音信號(hào)的采樣頻率是語(yǔ)音所必需的頻率

寬度的2倍以上。人耳可聽到的頻率為20Hz?22kHz的聲音，所以對(duì)聲頻卡來(lái)講，其采樣頻率為

最高頻率22kHz的2倍以I-.,即采樣頻率應(yīng)在44kHz以上。較高的采樣頻率能獲得較好的聲音還

原，如采樣頻率較低的話，聲音的還原將會(huì)產(chǎn)生失真。目前的聲頻卡的采樣頻率一般采用44.1

kHz、48kHz或更高。當(dāng)然高于44.1kHz更好一些。