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信息技术与计算机文化
本导图汇总了专升本计算机第一章内容，包括信息与信息技术、计算机技术概论、计算机中信息的表示、计算机系统、微型计算机系统。
编辑于2021-10-05 15:29:19- 计算机文化
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信息技术与计算机文化
信息与信息技术
信息与数据
1.信息是在自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性。
2.数据，是指存储在某种媒体上可以加鉴别的符号资料（这里的符号不仅指文字、字母和数字等，还包括图形、音频、图像、视频等多媒体数据。
3.信息与数据的区别与联系
①信息的符号化（计算机所能识别的符号）是数据。
②数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，而信息是对数据进行加工后得到的结果。
③信息是具体的物理形式抽象出来的逻辑意义，而数据是信息的物理表示。（信息是数据的内涵。）
4.信息不但可以借助某种符号表现，还可以借助某些事物或其他载体。
5.信息是事物运动的状态和方式，而不是事物本身。因此不能独立存在。
信息技术
1.是可以扩展人类信息功能的技术。
2.信息技术是指人们获取、存储、传递、处理、开发和利用信息资源的相关技术。
信息社会
20世纪90年代开始，世界上主要的国家开始建设高速度、大容量、多媒体的信息传输干线，称为“信息高速公路”（国家信息基础设施）
“计算机文化”的内涵
文化的定义
1.文化是人类社会的特有现象
2.文化即人类行为的社会化，是人类创造功能和创造成果的最高和最普遍的社会形式。
文化具有的基本属性
1.广泛性
2.传递性
3.教育性
4.深刻性
计算机文化
时间:20世纪80年代初
核心:所谓计算机文化，就是以计算机为核心，集网络文化、信息文化、多媒体文化于一体，并对社会生活和人类行为产生广泛、深远影响的新型文化。
内涵:具有计算机信息处理能力。
计算机技术概论
计算机的起源与发展
计算机的起源
电子计算机的奠基人
英国科学家艾兰·图灵
首次提出可计算性理论
美籍匈牙利科学家冯·诺依曼
存储程序
确立了现代计算机的基本结构—冯·诺依曼结构（首次对计算机的基本结构进行精确的描述）
第一台真正意义上的电子计算机ENIAC
采用十进制
逻辑原件:第一代电子管
于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行
计算机的发展
第一代
1946～1956年
电子计算机（真空管计算机）
逻辑元件:电子管
程序设计语言:机器语言和汇编语言
应用领域:主要用于科学计算
第二代
1956～1964年
晶体管计算机
逻辑元件:晶体管
程序设计语言:高级程序设计语言
应用领域:增至数据处理
第三代
1964～1971年
集成电路计算机
逻辑元件:中小规模集成电路
程序设计语言:高级程序设计语言
应用领域:各个领域
第四代
1971～现在
超大规模集成电路计算机（微型计算机）
逻辑元件:大规模或超大规模集成电路
程序设计语言:面向对象的高级语言
应用领域:计算机网络时代，在家庭得到普及
我国
1956年开始研制计算机
1958年研制出第一台电子管计算机
1964年研制成功晶体管计算机
1971年研制成功集成电路计算机
1983年研制成功每秒运算1亿次的“银河-I”巨型机
计算机的特点及分类
特点
运算速度快
运算部件采用的是电子器件
计算精度高
计算机的精度取决于计算机的字长
计算机的计算精度在理论上不受限制，一般计算机均能达到15位有效数字，经过技术处理可以满足任何精度要求。
可靠性很高，差错率极低。
存储容量大
计算机的存储性是计算机区别于其他计算工具的重要特征。
具有逻辑判断能力
分析命题是否成立，并可根据命题成立与否采取相应的对策。
工作自动化
计算机内部的操作运算根据人们预先编制的程序自动控制执行。
通用性强
通用性是计算机能够应用于各种领域的基础。
分类
根据处理对象划分
模拟计算机
指专用于处理连续的电压、温度、速度等模拟数据的计算机。
特点:参与运算的数值不间断的连续量表示，其运算过程是连续的。
缺点:由于受元器件质量影响，其计算精度较低，应用范围较窄。
数字计算机
指用于处理数字数据的计算机。
特点:数据处理的输入和输出都是数字量，参与运算的数值用非连续的数字量表示，具有逻辑判断功能。
混合计算机
指模拟计算机与数字计算机结合在一起的电子计算机。
特点:其输入和输出既可以是数字数据，也可以是模拟数据。
根据计算机的用途划分
通用计算机
用途:适用于解决一般问题
特点:适应性强，应用面广。
专用计算机
用途:用于解决某一特定方面的问题
特点:软件代码小、高度自动化、响应速度快
缺点:适应性较差，不适于其他方面的应用
根据计算机的规模划分
划分标准:计算机的规模用计算机的一些主要技术指标来衡量，如字长、运算速度、存储容量、输入和输出能力、价格高低等。
巨型机（超级计算机）
特点:在一定时期内运算速度最快、存储容量最大、体积最大、造价也最高的计算机，一个巨大的计算机系统。
巨型机长于数值计算
应用领域:主要应用于国民经济和国家安全的尖端科技领域。主要用来承担国家重大科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算机课题等任务。（用于军事、科研等部门，代表着一个国家计算机科学技术的发展水平。）
所有有名字的计算机都是巨型机
大型机
特点:大型计算机硬件配置高档，性能优越，可靠性好，具有较快的运算速度和较大的存储容量，但价格高昂。
应用领域:主要用于金融、证券等大中型企业数据处理或用作网络服务器。
小型机
特点:与大、中型计算机相比，小型计算机性能适中，价格相对较低，容易使用和管理。
应用领域:适用于中小企业、学校等单位的服务器（工资管理系统属于数据处理领域）
微型机（简称微机，又叫个人计算机（PC）)
微型机的分类（按其性能、结构、技术划分）
单片机
单板机
PC机（个人计算机）
便携式微机
主要性能指标
主频:即时钟频率（工作频率），是CPU的时钟频率（工作频率）,主频的单位是赫兹（HZ）
字长:指CPU一次处理二进制数据的位数（位数越多计算机速度越快精度越高）
（主频和字长影响运算速度和精确度，要提高计算精度首选字长。）
内核数:所谓多核心处理器（一块CPU基板上是集成两个或两个以上的核心处理器）
内存容量:是指内存中能存储信息的总字节数。（影响运算速度和精度数）
运算速度:单位时间执行指令的条数
常用单位
MIPS，每秒执行了10的6次方条指令
BIPS，每秒执行了10的9次方条指令
1BIPS=1000MIPS
其他性能指标
兼容性
系统可靠性:平均无故障、工作时间（MTBF）
系统维护性:平均修复时间（MTTR）
应用
科学计算:是指科学和工程中的数值计算，计算机应用最早的领域（案例:上天入地）
信息管理:也叫数据处理或事务处理，是以计算机技术为基础，对大量数据进行加工处理，形成有用的信息。广泛应用于办公自动化，最广泛，与生活相关。
过程控制
又称实时控制或自动控制（指不需要人工干预的控制）
工业相关，指用计算机及时采集监测数据，按最佳值迅速地控制对象进行自动控制或自动调节。
计算机辅助系统
定义:是指通过人机对话，使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。
分类
计算机辅助设计（CAD）
是指利用计算机帮助设计人员进行产品设计和工作设计等工作。
设计工作的计算、绘图、数据存储与处理。
计算机辅助制造（CAM）
是指利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作的过程。
广泛应用于飞机、汽车、家电等制造业，成为计算机控制的无人生产线和无人工厂的基础。
计算机辅助教育（CBE）
是指用计算机对学生的教学、训练和对教学事务进行管理，包括
计算机辅助教学（CAI）
计算机管理教学（CMI）
计算机辅助测试（CAT）
计算机集成制造系统（CIMS）
计算机辅助学习（CAL）
人工智能:计算机模拟人脑，所有涉及到专家系统的都为人工智能。
计算机网络与通信:计算机技术与通信技术的结合，实现了相互通信和资源共享。
多媒体技术应用系统:计算机技术、通信技术和音像技术相互结合的产物。
嵌入式系统:以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件能灵活变化以适应所嵌入的应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。
计算机的发展趋势
巨型化
微型化
网络化
智能化
计算机中信息的表示
数制及其转换
用进位的原则进行计数称为进位计数制，简称数制。
数码:一组用来表示某种数制的符号。如:1、2、3、A、B、C等。
基数:数制所使用的数码个数称为“基数”或“基”常用“R”表示，称为R进制。如二进制的数码是0、1，基为2。
位权:指数码在不同位置上的权值。在进位计数制中，处于不同位数的数码代表的数值不同。如十进制数111，个位数上1的权值为10的0次方，十位数上1的权值为10的1次方。
常用的进位计数制
十进制
由0～9这10个数码组成，即基数为10。
特点:逢十进一，借一当十。
一个十进制数各位的权是以10为底的幂。
二进制
由0、1两个数码组成，即基数为2。
特点:逢二进一，借一当二。
一个二进制数各位的权是以2为底的幂。
八进制
由0～7这8个数码组成，即基数为8。
特点:逢八进一，借一当八。
一个八进制数各位的权是以8为底的幂。
十六进制
由0～9、A～F这16个数码组成，即基数为16。
特点:逢十六进一，借一当十六。
一个十六进制数各位的权是以16为底的幂。
数制的表示方法
把一串数用括号括起来，再加这种数值的下标。
用进位制的字母符号B(二进制）、O(八进制）、D（十进制）、H（十六进制）来表示。
数制的转换
非十进制数转化为十进制数
对于任何一个二、八、十六进制数，可以写出它的按权展开式，再按十进制进行计算。
步骤
从零开始写上标
按权展开
求和
十进制数转化为非十进制数
十进制数转化为二进制数
十进制数的整数部分和小数部分在转换时需作不同的计算
整数部分采用除2取余法，逐次除以2，直至商为0，得出的余数倒排，即为二进制各位的数码。（商不起，商几余几）
小数部分采用乘2取整法，即逐次乘2，从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码。（当小数部分为0时，结束）
十进制数转化为八进制数
十进制数的整数部分和小数部分在转换时需作不同的计算
整数部分采用除8取余法，逐次除以8，直至商为0，得出的余数倒排，即为二进制各位的数码。（商不起，商几余几）
小数部分采用乘8取整法，即逐次乘8，从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码。（当小数部分为0时，结束）
十进制数转化为十六进制数
十进制数的整数部分和小数部分在转换时需作不同的计算
整数部分采用除16取余法，逐次除以16，直至商为0，得出的余数倒排，即为二进制各位的数码。（商不起，商几余几）
小数部分采用乘16取整法，即逐次乘16，从每次乘积的整数部分得到二进制数各位的数码。（当小数部分为0时，结束）
方法:整数部分:转几除几，倒取余。 小数部分:转几乘几，正取整。
二进制数与八进制数的相互转换
二转八:3位二进制数表示1位八进制，用421法
分组:3位一组，不足3位补0
写上标:421
组内求和:出现1的位置上标求和。
八转二:拼凑法，一位八进制用三位二进制拼凑，用421法
二进制数与十六进制数的相互转换
二转十六:4位二进制数表示1位十六进制，用8421法
分组:4位一组，不足4位补0
写上标:8421
组内求和:出现1的位置上标求和。
十六转二:拼凑法，一位十六进制用四位二进制拼凑，用8421法
二进制的运算规则
在计算机中，采用二进制数可以非常方便地实现各种算术运算和逻辑运算。
算数运算规则
加法规则
0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10
逢二进一，向高位有进位。
减法规则
0-0=0；10-1=1；1-0=1；1-1=0
高位1当2用，向高位借位
乘法规则
0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1
除法规则
0÷1=0；1÷1=1
逻辑运算规则
逻辑与运算（AND）
0∧0=0；0∧1=0；1∧0=0；1∧1=1
与0得0
逻辑或运算（OR）
0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1
或1得1
逻辑非运算（NOT）（逻辑取反运算）
非1=0；非0=1
逻辑异或运算（XOR）
0⊕0=0；0⊕1=；1⊕0=1；1⊕1=0
相同0不同1
逻辑异或运算即实现按位加的功能，只有当两个逻辑值不相同时，结果才为1。
信息的编码
计算机中的数据单位
计算机中的数据都要占用不同的二进制位
位（bit）
也称为比特，简称b,是计算机存储数据的最小单位。
一个二进制位只能表示1或0。每增加一位，所表示的数就增大一倍。
字节（Byte）
简记为B
1B=8bit
字节是存储信息的基本单位。
微型机的存储器是由存储单元构成，每个存储单元的大小就是一个字节，所以存储的容量大小也以字节数来度量。（内存储器编址的单位是字节）
ASCII码在计算机中占1个字节
一个字节为八位二进制，表示的最大的数值是255
1KB=2^10B，1MB=2^20B，1GB=2^30B，1TB=2^40B
从大到小用乘法
从小到大用除法
字（Word）
计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据称为字，计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数称为字长
字长是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越长，速度越快，精度越高（不同微处理器的字长是不同的。）
数值的表示
机器数或机器码
在计算机中，所有数据都是以二进制的形式表示
数的正负号也用“0”和“1”（通常规定一个数的最高位作为符号位，“0”表示正，“1”表示负。）
与机器数对应的用正、负符号加绝对值来表示的实际数值称为真值。例如，作为有符号数，机器数01111111的真值是+1111111,也就是+127
数值编码:源码、反码、补码，包含符号位（0为正，1为负）
特点:八位二进制组成
计算规则:正数:源码、补码、反码都相同 负数:反码=源码数值位（后7位，第一位最高位为符号位）取反，补码=等于反码+1
八位二进制源码、反码、补码的范围
源码:-127～+127
反码:-127～+127
补码:-128～+127
无符号数:0～255
文字信息的表示
计算机处理的对象必须是以二进制表示的数据
具有数值大小和正负特征的数据称为数值数据，而文字、声音、图形等数据并无数值大小和正负特征，称为非数值数据。两者在计算机内部都是以二进制形式表示和存储的。
非数值数据又称为字符或符号数据。由于计算机只能处理二进制数，这就需要用二进制的0和1按照一定的规则对各种字符进行编码。
字符编码
目前采用的字符编码主要是ASCII码（英文字符编码，美国标准信息交换代码）
ASCII码是一种西文机内码，有7位ASCII码（标准ASCII码）和8位ASCII码（扩展ASCII）两种
7位ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，，因此可表示128个不同的字符。
标准ASCII码字符，共128个
可打印
数字 0-48 1-49 ...9-57 10个
大写字母 A-65 B-66...Z-90 26个
小写字母 a-97 b-98...z-122 26个
标点符号 33个
不可打印
控制码 33个
注:大写字母+32（十进制数）=小写字母
ASCII码值大小:小写字母＞大写字母＞数字＞空格（32）
汉字编码
采用一种科学可行的办法，为每个汉字编一个唯一的代码，以便计算机辨认、接受和处理
汉字在计算机内部表示时采用的是机内码
汉字交换码:由于汉字数量极多，一般用连续的两个字节（16位）来表示一个汉字。
汉字机内码
国标码GB2312不能直接在计算机中使用，因为它没有考虑与基本的信息交换代码ASCII码冲突。
为了能区分汉字与ASCII码，在计算机内部表示汉字时，把交换码（国标码）两个字节的最高位改为1，称为机内码。
当某字节的最高位是1时，必须和下一个最高位同样为1的字节合起来代表一个汉字，而某字节的最高位是0时，就代表一个ASCII码字符。
机内码是计算机内处理汉字信息时所用的汉字代码。
在汉字信息系统内部，对汉字信息的采集、传输、存储、加工运算的各个过程都要用到机内码。
机内码是真正的计算机内部用来存储和处理汉字信息的代码。
汉字字形码
汉字字形码是用来将汉字显示到屏幕上或打印到纸上所需要的图形数据。
汉字字形码记录汉字的外形，是汉字的输出形式。
记录汉字字形的两种方法
点阵法
对应字形编码:点阵码
点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵，常用的点阵有
16×16
24×24
32×32
或更高
优缺点
优点:汉字字形点阵构成和输出简单
缺点
信息量很大，占用的存储空间也非常大，一个16×16点阵的汉字要占用32个字节，一个32×32点阵的汉字则要占用128字节。
点阵码缩放困难，且容易失真
矢量法
对应字形编码:矢量码
矢量码使用一组数学矢量来记录汉字的外形轮廓，矢量码记录的字体称为矢量字体或轮廓字体
特点:这种字体很容易放大缩小且不会出现锯齿状边缘，可以任意地放大缩小甚至变形，屏幕上看到的字形和打印输出效果完全一致，且节省存储空间。
汉字输入码
将汉字通过键盘输入到计算机中采用的代码称为汉字输入码，也称汉字外部码（外码）
分类
流水码
音码
形码
音形结合码
计算机系统
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，并按照“存储程序”的方式工作。
构成
硬件系统
控制器
运算器
存储器
输入设备
输出设备
软件系统
系统软件
应用软件
计算机工作原理
指令
指令是指示（控制）计算机执行某种操作的命令，它由一串二进制数码组成，这串二进制数码包括
操作码
执行功能的部分
操作码规定了操作的类型，即进行什么样的操作。
地址码（操作数）
执行功能的对象
地址码规定了要操作的数据（操作对象）存放在什么地址中，以及操作结果存放到哪个地址中去。
一台计算机有许多指令，作用也各不相同，所有指令的集合称为计算机指令系统。
计算机系统不同，指令系统也不同，常见指令系统
复杂指令系统（CISC）
精简指令系统（RISC）
分类
分类依据:地址码的个数
单地址指令
双地址指令
三地址指令
人们只对某一需要而为计算机编制的指令序列称为程序
“存储程序”工作原理
计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是“存储程序”工作原理。
由美籍匈牙利科学家冯·诺依曼提出，故称冯·诺依曼原理
冯·诺依曼对计算机结构做出理论性总结，三个要点
计算机的基本结构
计算机采用二进制数
工作原理:存储程序和程序控制是计算机能够自动完成运算或处理过程的基础。
基本思想:存储程序与程序控制
存储程序:是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中。
程序控制:是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中的一条条指令，加以分析并执行规定的操作。
在计算机运行过程中，有两种信息在流动
数据流，包括原始数据和指令，它们在程序运行前已经预先送至内存中，在运行程序时数据被送往运算器参与运算，指令被送往控制器。
控制信号，它是由控制器根据指令的内容发出的，指挥计算机各部件执行指令规定的各种操作或运算，并对执行流进行控制。这里的指令必须为该计算机直接理解和执行。
计算机的工作过程
计算机系统的各个部件能够有条不紊地协调进行工作，都是在控制器的控制下完成的。
工作过程
取指令
按照指令计数器中的地址从内存储器中取出指令，并送到指令存储器中。
分析指令
对指令寄存器中存放的指令进行分析，确定执行什么操作，并由地址码确定操作数的地址。
执行指令
根据分析的结果，由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。
上述步骤完成后，指令计数器加1，为执行下一条指令做好准备。
计算机硬件系统
计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。
这些部件和设备依据计算机系统结构的要求构成一个有机整体，称为计算机硬件系统。
裸机:未配置任何软件的计算机，它是计算机完成工作的物质基础。
冯·诺依曼提出的“存储程序”工作原理决定了计算机硬件系统由五个基本组成部分组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
计算机各个部件
输入设备
主要功能:把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码，通过输入接口输入到计算机的存储器中，供CPU调用和处理。
常用的输入设备有鼠标、键盘、扫描仪、数字化仪、数码摄像机、条形码阅读器等
运算器
组成:由算术逻辑运算单元（ALU）和寄存器等组成。
算术逻辑运算部件完成加、减、乘、除等四则运算以及与、或、非、和移位操作。
寄存器用来提供参与运算的操作数，并存放运算结果。
功能
是计算机中执行数据处理指令的器件。
负责对信息进行加工和运算，它的速度决定了计算机的运算速度。
运算器的功能除了对二进制编码进行算术运算、逻辑运算外，还可以进行数据的比较、移位等操作。
参加运算的数（称为操作数）由控制器指示从存储器或寄存器中取出并送到运算器中。
控制器
是整个计算机系统的控制中心，指挥计算机各部分协调工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。
控制器从内存储器中顺序取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各个部件发出相应的命令，完成指令规定的操作。
一方面向各个部件发出执行指令的命令，一方面又接收执行部件向控制器发回的有关指令执行情况的反馈信息，根据这些信息来决定下一步发出哪些操作命令。
因此，控制器是指挥和控制计算机各个部件进行工作的“神经中枢”
存储器
是计算机中用于存放程序和数据的部件，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。（内外存都能存放程序和数据）
计算机能按照人们的意图自动、高速地进行操作，是因为采用了存储程序思想。
内存储器（主存储器）
是CPU可直接访问的存储器，是计算机的工作存储器，当前正在运行的程序与数据都必须存放在内存中
内存储器和CPU一起构成了计算机的主机部分。
一般采用半导体技术制成。
内存中的每个存储单元都被赋予一个唯一的序号，该称号称为地址。
分类
只读存储器（ROM）
ROM中的数据或程序一般是在将ROM装入计算机前事先写好的。
一般情况下，计算机工作过程只能从ROM中读出事先存储的数据，而不能改写。
ROM常用于存放固定的程序和数据，并且断电后仍能长期保存。
ROM的容量较小，一般存放系统的基本输入输出系统（BIOS）等
随机存储器（RAM）
又分为静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM
随机存储器的容量与ROM相比要大的多。
CPU从RAM中既可读出信息又可写入信息，但断电后所存的信息就会丢失（在关机前应把信息先存放于外存中）
微机中的内存一般指随机存储器RAM。
高速缓存（Cache）
在性质上仍属于RAM
解决了CPU与内存的速度不匹配
随着CPU主频的不断提高，CPU对RAM的存取速度加快了，而RAM的响应速度相对较慢，造成了CPU的等待，降低了处理速度，浪费了CPU的能力。为协调二者之间的速度差，在内存和CPU之间设置了一个与CPU速度接近的、高速的、容量相对较小的存储器，把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从内存调入这个存储器，供CPU在在一段时间内使用。
介于内存和CPU之间的高速小容量存储器称为高速缓冲存储器，一般称为缓存。
外存储器（辅助存储器）
外存是主机的外部设备，存取速度较内存慢得多，用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序，一旦需要，可成批地与内存交换信息。
外存是内存储器的后备和补充，不能和CPU直接交换数据。必须先将其信息调入内存（RAM）
包括:软盘、硬盘、U盘、光盘等。
速度关系:CPU＞Cache＞内存＞外存
由具有两种稳定状态的物理器件（也称为记忆元件）存储信息。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”
存储器由成千上万个存储单元构成，每个存储单元存放一定位数（微机上为8位）的二进制数，每个存储单元都有唯一的编号，称为存储单元地址。存储单元是基本的存储单位，不同的存储单元是用不同的地址来区分的。
计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据。
计算机在运算之前，程序和数据通过输入设备送入存储器，计算机开始工作之后，存储器还要为其他部件提供信息，也要保存中间结果和最终结果，因此，存储器的存入和取出的速度是计算机系统的一个非常重要的性能指标。
输出设备
输出设备是指从计算机中输出信息的设备。
它的功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息转换成人们习惯接受的信息形式（如字符、图形、声音等），然后将其输出。
计算机软件系统
输入计算机的信息一般有两类，一类称为数据，另一类称为程序。
计算机是通过执行程序所规定的各种指令来处理各种数据的。
计算机软件基础
软件是程序、数据以及文档的总称，而程序是软件的一部分。
软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和。
计算机是按照一定的指令工作的，通常一条指令对应一种基本操作。
计算机所能实现的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。
解决某一种具体问题的指令序列称为程序；数据是程序的处理对象。
分类
系统软件
一般由软件厂商提供
系统软件是管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）、开发应用软件的软件。
系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层。
分类
操作系统（OS）
是一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序组合，是用户与计算机硬件系统之间的接口，为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。
最早出现在第二代电子计算机当中
操作系统是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，任何其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。是所有软件的核心。
主要作用
管理计算机
使用计算机
操作系统一方面管理、控制和分配计算机的软硬件资源，另一方面组织计算机的工作流程。
语言处理程序
用各种程序设计语言编写的源程序，计算机是不能执行的，必须经过翻译才能执行，这些翻译程序就是语言处理程序，包括汇编程序、翻译程序和解释程序等
基本功能是把用面向用户的高级语言或汇编语言编写的源程序翻译成机器可执行的二进制语言程序。
系统支撑和服务程序
又称为工具软件，如系统诊断程序、调试程序、排错程序、编辑程序、查杀病毒程序等
是为维护计算机系统的正常运行或支持系统开发所配置的软件系统。
数据库管理系统
数据库管理系统主要用来建立存储各种数据资料的数据库，并进行操作和维护。
应用软件
为解决计算机各类应用问题而编写的软件称为应用软件。
只为完成某一特定专业的任务，针对某行业、某用户的特定需求而专门开发的软件，如某个公司的管理系统。
程序设计语言
程序是对解决某个计算问题的方法步骤（算法）的一种描述，从计算机来说，计算机程序是用某种计算机能理解并执行的计算机语言作为描述语言，对解决问题的方法步骤的描述。
数据结构和算法是程序最主要的两个方面，通常可认为“程序=算法+数据结构”
程序设计基础
算法
有穷性
算法必须在执行有限个步骤后结束。解题过程必须是可以终止的。
确定性
算法的每一个步骤都必须明确地定义，不应该在理解时产生二义性。
可行性
每个算法都可以有效地执行，并能得到确定的结果。
数据结构
程序设计语言
程序设计语言主要经历了机器语言、汇编语言和高级语言三个阶段。
分类
低级语言
机器语言
由二进制代码0和1组成
唯一能直接被计算机执行的
速度快
机器语言的通用性和移植性较差。
由于计算机的机器指令系统与计算机的硬件密切相关，所以用机器语言编写的程序具有充分发挥硬件功能的特点，程序也容易编写得紧凑，程序运行速度快。
汇编语言
汇编语言是机器语言的“符号化（助记符）”
汇编语言比机器语言直观，容易记忆和理解，更易读、易检查、易修改
高级语言
用高级语言编写的源程序要转换成机器指令，必须经过编译和解释。
高级语言的书写方式更接近人们的思维习惯，更便于阅读和理解，出错时也容易检查和修改。
分类
解释程序
接收用某种程序设计语言编写的源程序，然后对源程序的每条语句逐句进行解释并执行，最后得出结果。
解释程序对源程序是一边解释，一遍执行，是直接执行源程序或源程序的内部形式，并不产生目标程序。
编译程序
是翻译程序，它将用高级语言所编写的源程序翻译成与之等价的用机器语言表示的目标程序，其翻译过程称为编译。
微型计算机系统
微型计算机分类
简称微机
按其性能、结构、技术特点分类
单片机
将微处理器（CPU）、一定容量的存储器以及I/O接口电路等集成在一个芯片上，就构成了单片机。
单片机是具有计算机功能的集成电路芯片。
单片机体积小、功耗低、使用方便，但存储容量较小，一般用于专用机器或控制仪表、家用电器等。
单板机
将微处理器、存储器和I/O接口电路安装在一块印刷电路板上
一般在这块板上还有简易键盘、液晶或数码管显示器，以及外存储器接口等，只要再外加上电源便可直接使用。
价格低廉且易于扩展，广泛性用于工业控制、微机教学和实验，或作为计算机控制网络的前端计算机。
PC（个人计算机）
显示器、键盘、硬磁盘、打印机、光盘驱动器、机箱、扩展插槽
便携式微机
将主机和主要的外部设备集成为一个整体，可以用电池直接供电。
微机的主要性能指标
主频
即时钟频率，是指计算机CPU在单位时间内发出的脉冲数，在很大程度上决定了计算机的运算速度。
单位赫兹（Hz）
字长
是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数（一次性），它与计算机的功能和用途有很大的关系。
计算机的字长越长，计算机处理信息的效率就越高，计算机内部所存储的数值精度就越高，计算机所能识别的指令数量就越多，功能也就越强。
字长决定了指令直接寻址的能力。
一般机器的字长都是字节的1、2、4、8倍。
内核数
随着社会对CPU处理效率要求的提高，尤其是对多任务处理速度要求的提高，Intel和AMD分别推出了多核心处理器
多核心处理器就是在一块CPU基板上集成两个或两个以上的核心处理器，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。大大提高了CPU的多任务处理性能。
内存容量
是指内存储器中能存储信息的总字节数。
内存容量越大，计算机的处理速度越快。
运算速度
是一项综合性的性能指标
单位MIPS（每秒10的6次方条指令）和BIPS（每秒10的9次方条指令）
影响机器运算速度的因素
主频越高，运算速度越快
字长越长，运算速度越快
内存容量越大，运算速度越快
存取周期越小，运算速度越快
除上述五项主要指标外，还应考虑机器的兼容性（包括数据和文件的兼容、程序兼容和设备兼容），系统的可靠性（平均无故障工作时间MTBF），系统的可维护性（平均修复时间MTTR)等，性能价格比也是一项综合性的评价计算机性能的指标。
常见微型计算机的硬件设备
微型计算机是最普及的计算机，和一般计算机硬件系统一样，也包括五大部分组成，不过更为集中和紧凑
微处理器（CPU）
主机以外的大部分硬件设备称为外围设备或外部设备，简称外设。
是将运算器、控制器和高速缓存（寄存器，次要）集成在一起的超大规模集成电路芯片，是计算机的核心部件。
技术指标
字长
主频
计算机处理数据时，CPU通过数据总线一次存取、加工和传输的数据称为字。
存储器
内存
微机常用的内存有SDRAM和DDR SDRAM两种
SDRAM（同步动态随机存储器）
带宽64bit
电压3.3V
DDR SDRAM简称DDR（双倍数据传输速率同步动态随机存储器）
优势:可以在时钟周期的上升和下降阶段传输数据，理论上具有双倍于SDRAM内存的带宽。
目前，主流计算机已经全部使用DDR4内存，内存速度的提高大大提高了计算机的运行效能。
实际的内存是由多个存储芯片组成的插件板（内存条）将其插入主板的插槽中，就与CPU构成了计算机的主机。
外存
存储容量大、可靠性较高、价格低，在断电后可以永久的保存信息。
微机中的外存按存储介质的不同可分为磁表面存储器、光存储器和半导体存储器（闪存）
人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带
磁盘
软盘
硬盘
光盘存储器和以U盘为代表的半导体存储器（闪存）已经成为移动存储的主要方式。
分类
软盘
是一种涂有磁性物质的聚酯塑料薄膜
软盘上有写保护口，当写保护口处于保护状态（即写保护口打开）时，只能读取盘中的信息，而不能写入，用于防止擦除或重写数据，也能防止病毒侵入。
硬盘
磁性介质存储
是微机上最重要的外存储器
分类
固态硬盘
采用闪存颗粒来存储
读写上有优势
机械硬盘
采用磁性碟片来存储
价格上有优势
混合硬盘
把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘
绝大多数硬盘都是固态硬盘，被永久地密封固定在硬盘驱动器中，容量从几百GB到TB不等。
闪存
一种用闪存作为存储介质的半导体集成电路制成的电子盘已经成为主流的可移动外存。
电子盘又称“U盘”，可反复存取数据，不需要另外的硬件驱动设备，使用时要插入计算机中的USB插口即可。
U盘容量较大，数据读取速度快，重量轻，存取时可靠性高。
光盘存储器
光盘存储器是利用激光技术存储信息的装置
目前用于计算机系统的光盘可分为
只读光盘（CD-ROM、DVD）
追记型光盘（CD-R、WORM）
可改写型光盘（CD-RW、MO）
光盘存储介质具有价格低、保存时间长、存储量大等特点，已经成为微机的标准配置。
微机常见总线标准
总线是计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。
微机内部信息的传送是通过总线进行的，各功能部件通过总线连在一起。这种总线式结构可减少传输线的数量，使系统构成简单，易于扩充。
微机总线分类
数据总线:用于传送CPU与内存或外设之间的数据信息，数据总线的宽度决定了字长。
地址总线
用来传送内存与外设的地址信息，地址总线决定了寻址的内存容量。
计算公式:2的n次方B（n表示地址总线的根叔或地址总线的位数）
控制总线:用来传送各种控制信息（指令）
系统总线
是CPU与其他部件之间传送控制数据和地址信息的公共通道
现在微机的总线标准主要有
PCI总线
是一种局部总线，定义了32位数据总线，可扩展位64位
PCI总线与CPU之间没有直接相连，经过桥接芯片组电路连接。
该总线的稳定性和匹配性出色，提升了CPU的工作效率。
AGP总线
是一种显示卡专用的局部总线，使图形加速硬件与CPU和系统存储器之间直接连接，无需经过PCI总线，提高了系统实际数据传输速率和随机访问内存时的性能。
USB总线
即串行总线，是一种广泛采用的接口标准。
连接外设简单快捷，支持热拔插，成本低、速度快、连接设备数量多
广泛应用于计算机、摄像机、数码相机和手机等各种数码设备上。
PCI-Express总线
是取代PCI总线的第三代I/O总线技术
采用了点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽。
主要优势是数据传输速率快
主板（有时称为母版或系统版）
是微型计算机系统中最大的一块电路板
是一块带有各种插口的大型印刷电路板，集成有电源接口、控制信号传输线路（称为控制总线）和数据传输线路（称为数据总线）以及相关控制芯片等
主板中最重要的部件之一是芯片组，芯片组是主板的灵魂，决定了主板所能够支持的功能。
I/O设备:输入输出设备
是计算机与外界进行信息交流的工具
输入设备
是将原始信息转化为计算机能接受的二进制数，以便计算机能够处理的设备。
常见的有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机、条形码阅读器等
输出设备
是将计算机内部的信息以人们易于接受的的形式传送出来的设备。
常用的有显示器、打印机、绘图仪和音响等。
显示器、音响等设备往往需要通过在主板上插各种可选的接口电路实现与总线的连接，这些外部设备与总线和微处理器连接的接口电路称为适配器。（连接的设备和功能不同也常称它们为“某某卡”，如显示卡、网卡、声卡等）
扩展槽又称总线接插器，当一块总线适配卡插入某个扩展槽中时，就与系统总线接通了。
显示系统
是微型机最基本的，也是必备的输出设备，包括
显示器
按所采用的显示器件分类，有阴极射线管（CRT）显示器、液晶显示器（LCD）和等离子显示器等
与传统的CRT显示器相比，液晶显示器具有无辐射、体积小、耗电量低、美观等优点，已经成为显示器的主流配置
显示适配器
把信息从计算机取出并显示到显示器上
决定了能看到的颜色数目和出现在屏幕上的图形效果
主要性能指标有显示分辨率、颜色质量和刷新速度等，其中最主要的是分辨率和颜色质量。
分辨率简单地说就是屏幕每行每列的像素数。
显示器的分辨率可以随便调整
打印机
是微机中常用的输出设备之一，是可选件
分类
点阵打印机，又称针式打印机
喷墨打印机
激光打印机
是一种高速度、高精度、低噪声的非击式打印机，也能实现彩色打印。
是激光扫描技术与电子照技术相结合的产物，利用了激光的定向性、能量集中性
打印效果最好
声音系统
常见的既是输入也是输出设备有触摸屏、磁盘驱动器、RW光驱、硬盘、U盘等。