1.1 計算機係統的組成
計算機係統是由硬件係統和軟件係統兩(liang) 大部分組成。
計算機硬件是構成計算機係統各功能部件的集合。是由電子、機械和光電元件組成的各種計算機部件和設備的總稱，是計算機完成各項工作的物質基礎。計算機硬件是看得見、摸得著的，實實在在存在的物理實體(ti) 。
計算機軟件是指與(yu) 計算機係統操作有關(guan) 的各種程序以及任何與(yu) 之相關(guan) 的文檔和數據的集合。其中程序是用程序設計語言描述的適合計算機執行的語句指令序列。
沒有安裝任何軟件的計算機通常稱為(wei) “裸機”，裸機是無法工作的。如果計算機硬件脫離了計算機軟件，那麽(me) 它就成為(wei) 了一台無用的機器。如果計算機軟件脫離了計算機的硬件就失去了它運行的物質基礎；所以說二者相互依存，缺一不可，共同構成一個(ge) 完整的計算機係統。
計算機係統的基本組成如圖1-6 所示。
這裏寫(xie) 圖片描述

1.2 計算機硬件係統的基本組成及工作原理
⑴ 計算機硬件由五個(ge) 基本部分組成：運算器、控製器、存儲(chu) 器、輸入設備和輸出設備。
⑵ 計算機內(nei) 部采用二進製來表示程序和數據。
⑶ 采用“存儲(chu) 程序”的方式，將程序和數據放入同一個(ge) 存儲(chu) 器中（內(nei) 存儲(chu) 器），計算機能夠自動高速地從(cong) 存儲(chu) 器中取出指令加以執行。
可以說計算機硬件的五大部件中每一個(ge) 部件都有相對獨立的功能，分別完成各自不同的工作。如圖1-7所示，五大部件實際上是在控製器的控製下協調統一地工作。首先，把表示計算步驟的程序和計算中需要的原始數據，在控製器輸入命令的控製下，通過輸入設備送入計算機的存儲(chu) 器存儲(chu) 。其次當計算開始時，在取指令作用下把程序指令逐條送入控製器。控製器對指令進行譯碼，並根據指令的操作要求向存儲(chu) 器和運算器發出存儲(chu) 、取數命令和運算命令，經過運算器計算並把結果存放在存儲(chu) 器內(nei) 。在控製器的取數和輸出命令作用下，通過輸出設備輸出計算結果。
 

1．運算器（ALU）
運算器也稱為(wei) 算術邏輯單元ALU（Arithmetic Logic Unit）。它的功能是完成算術運算和邏輯運算。算術運算是指加、減、乘、除及它們(men) 的複合運算。而邏輯運算是指“與(yu) ”、“或”、“非”等邏輯比較和邏輯判斷等操作。在計算機中，任何複雜運算都轉化為(wei) 基本的算術與(yu) 邏輯運算，然後在運算器中完成。
2．控製器（CU）
控製器CU（Controller Unit）是計算機的指揮係統，控製器一般由指令寄存器、指令譯碼器、時序電路和控製電路組成。它的基本功能是從(cong) 內(nei) 存取指令和執行指令。指令是指示計算機如何工作的一步操作，由操作碼（操作方法）及操作數（操作對象）兩(liang) 部分組成。控製器通過地址訪問存儲(chu) 器、逐條取出選中單元指令，分析指令，並根據指令產(chan) 生的控製信號作用於(yu) 其它各部件來完成指令要求的工作。上述工作周而複始，保證了計算機能自動連續地工作。
通常將運算器和控製器統稱為(wei) 中央處理器，即CPU（Central Processing Unit）,它是整個(ge) 計算機的核心部件，是計算機的“大腦”。它控製了計算機的運算、處理、輸入和輸出等工作。
集成電路技術是製造微型機、小型機、大型機和巨型機的CPU的基本技術。它的發展使計算機的速度和能力有了極大的改進。在1965年，芯片巨人英特爾公司的創始人戈登 · 摩爾，給出了著名的摩爾定律：芯片上的晶體(ti) 管數量每隔18~24個(ge) 月就會(hui) 翻一番。讓所有人感到驚奇的是，這個(ge) 定律非常精確的預測了芯片的30年發展。1958年第一代集成電路僅(jin) 僅(jin) 包含兩(liang) 個(ge) 晶體(ti) 管，而1997年，奔騰II處理器則包含了750萬(wan) 個(ge) 晶體(ti) 管，2000年的Pentium 4 已達到了0.13微米技術，集成了4200萬(wan) 個(ge) 晶體(ti) 管 。CPU集成的晶體(ti) 管數量越大，就意味著更強的芯片計算能力。
３．存儲(chu) 器（Memory）
存儲(chu) 器是計算機的記憶裝置，它的主要功能是存放程序和數據。程序是計算機操作的依據，數據是計算機操作的對象。
⑴ 信息存儲(chu) 單位
程序和數據在計算機中以二進製的形式存放於(yu) 存儲(chu) 器中。存儲(chu) 容量的大小以字節為(wei) 單位來度量。經常使用KB（千字節）、MB（兆字節）、GB（千兆字節）和TB來表示。它們(men) 之間的關(guan) 係是：1KB=1024B=210B，1MB=1024KB=220B，1GB=1024MB=230B，1TB=1024G=240B，在某些計算中為(wei) 了計算簡便經常把210（1024）默認為(wei) 是1000。
位（bit）：是計算機存儲(chu) 數據的最小單位。機器字中一個(ge) 單獨的符號“0”或“1”被稱為(wei) 一個(ge) 二進製位，它可存放一位二進製數。
字節（Byte，簡稱B）：字節是計算機存儲(chu) 容量的度量單位，也是數據處理的基本單位，8個(ge) 二進製位構成一個(ge) 字節。一個(ge) 字節的存儲(chu) 空間稱為(wei) 一個(ge) 存儲(chu) 單元。
字（Word）：計算機處理數據時，一次存取、加工和傳(chuan) 遞的數據長度稱為(wei) 字。一個(ge) 字通常由若幹個(ge) 字節組成。
字長（Word Long）：中央處理器可以同時處理的數據的長度為(wei) 字長。字長決(jue) 定CPU的寄存器和總線的數據寬度。現代計算機的字長有8位、16位、32位、64位。
⑵ 存儲(chu) 器的分類
根據存儲(chu) 器與(yu) CPU聯係的密切程度可分為(wei) 內(nei) 存儲(chu) 器（主存儲(chu) 器）和外存儲(chu) 器（輔助存儲(chu) 器）兩(liang) 大類。內(nei) 存在計算機主機內(nei) ，它直接與(yu) 運算器、控製器交換信息，容量雖小，但存取速度快，一般隻存放那些正在運行的程序和待處理的數據。為(wei) 了擴大內(nei) 存儲(chu) 器的容量，引入了外存儲(chu) 器，外存作為(wei) 內(nei) 存儲(chu) 器的延伸和後援，間接和CPU聯係，用來存放一些係統必須使用，但又不急於(yu) 使用的程序和數據，程序必須調入內(nei) 存方可執行。外存存取速度慢，但存儲(chu) 容量大，可以長時間地保存大量信息。CPU與(yu) 內(nei) 、外存之間的關(guan) 係如圖1-8所示。 
 
現代計算機係統中廣泛應用半導體(ti) 存儲(chu) 器，從(cong) 使用功能角度看，半導體(ti) 存儲(chu) 器可以分成兩(liang) 大類：斷電後數據會(hui) 丟(diu) 失的易失性（Volatile）存儲(chu) 器和斷電後數據不會(hui) 丟(diu) 失的非易失性（Non-volatile）存儲(chu) 器。微型計算機中的RAM屬於(yu) 可隨機讀寫(xie) 的易失性存儲(chu) 器，而ROM屬於(yu) 非易失性（Non-volatile）存儲(chu) 器
⑶ 存儲(chu) 器工作原理
為(wei) 了更好地存放程序和數據，存儲(chu) 器通常被分為(wei) 許多等長的存儲(chu) 單元，每個(ge) 單元可以存放一個(ge) 適當單位的信息。全部存儲(chu) 單元按一定順序編號，這個(ge) 編號被稱為(wei) 存儲(chu) 單元的地址，簡稱地址。存儲(chu) 單元與(yu) 地址的關(guan) 係是一一對應的。應注意存儲(chu) 單元的地址和它裏麵存放的內(nei) 容完全是兩(liang) 回事。
對存儲(chu) 器的操作通常稱為(wei) 訪問存儲(chu) 器，訪問存儲(chu) 器的方法有兩(liang) 種，一種是選定地址後向存儲(chu) 單元存入數據，被稱為(wei) “寫(xie) ”；另一種是從(cong) 選定的存儲(chu) 單元中取出數據，被稱為(wei) “讀”。可見，不論是讀還是寫(xie) ，都必須先給出存儲(chu) 單元的地址。來自地址總線的存儲(chu) 器地址由地址譯碼器譯碼（轉換）後，找到相應的存儲(chu) 單元，由讀／寫(xie) 控製電路根據相應的讀、寫(xie) 命令來確定對存儲(chu) 器的訪問方式，完成讀寫(xie) 操作。數據總線則用於(yu) 傳(chuan) 送寫(xie) 入內(nei) 存或從(cong) 內(nei) 存取出的信息。主存儲(chu) 器的結構框圖如圖1-8所示
 

4. 輸入設備
輸入設備是從(cong) 計算機外部向計算機內(nei) 部傳(chuan) 送信息的裝置。其功能是將數據、程序及其他信息，從(cong) 人們(men) 熟悉的形式轉換為(wei) 計算機能夠識別和處理的形式輸入到計算機內(nei) 部。
常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、光筆、掃描儀(yi) 、數字化儀(yi) 、條形碼閱讀器等。
5. 輸出設備
輸出設備是將計算機的處理結果傳(chuan) 送到計算機外部供計算機用戶使用的裝置。其功能是將計算機內(nei) 部二進製形式的數據信息轉換成人們(men) 所需要的或其他設備能接受和識別的信息形式。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀(yi) 等。
通常我們(men) 將輸入設備和輸出設備統稱為(wei) I/O設備（Input/Output）。它們(men) 都屬於(yu) 計算機的外部設備。
1.1.3 計算機軟件係統
一個(ge) 完整的計算機係統是由硬件和軟件兩(liang) 部分組成的。硬件是組成計算機的物理實體(ti) 。但僅(jin) 有硬件計算機還不能工作，要使計算機解決(jue) 各種問題，必須有軟件的支持，軟件是介於(yu) 用戶和硬件係統之間的界麵。
“軟件”一詞 20世紀60年代初傳(chuan) 入我國。國際標準化組織（ISO）將軟件定義(yi) 為(wei) ：電子計算機程序及運用數據處理係統所必需的手續、規則和文件的總稱。對此定義(yi) ，一種公認的解釋是：軟件由程序和文檔兩(liang) 部分組成。程序由計算機最基本的指令組成，是計算機可以識別和執行的操作步驟；文檔是指用自然語言或者形式化語言所編寫(xie) 的用來描述程序的內(nei) 容、組成、功能規格、開發情況、測試結構和使用方法的文字資料和圖表。程序是具有目的性和可執行性的，文檔則是對程序的解釋和說明。
程序是軟件的主體(ti) 。軟件按其功能劃分，可分為(wei) 係統軟件和應用軟件兩(liang) 大類型。
1. 1.係統軟件（System Software）
係統軟件一般是指控製和協調計算機及外部設備,支持應用軟件開發和運行的係統，是無需用戶幹預的各種程序的集合，主要功能是調度，監控和維護計算機係統；負責管理計算機係統中各種獨立的硬件，使得它們(men) 可以協調工作。係統軟件使得計算機使用者和其他軟件將計算機當作一個(ge) 整體(ti) 而不需要顧及到底層每個(ge) 硬件是如何工作的。
常見的係統軟件主要指操作係統，當然也包括語言處理程序（匯編和編譯程序等）、服務性程序（支撐軟件）和數據庫管理係統等。
⑴ 操作係統OS（Operating System） 
 
操作係統是係統軟件的核心。為(wei) 了使計算機係統的所有資源（包括硬件和軟件）協調一致、有條不紊地工作，就必須用一個(ge) 軟件來進行統一管理和統一調度，這種軟件稱為(wei) 操作係統。它的功能就是管理計算機係統的全部硬件資源、軟件資源及數據資源，從(cong) 圖1-10可以看出，操作係統是最基本的係統軟件，其他的所有軟件都是建立在操作係統的基礎之上的。操作係統是用戶與(yu) 計算機硬件之間的接口，沒有操作係統作為(wei) 中介，用戶對計算機的操作和使用將變得非常難且低效。操作係統能夠合理地組織計算機整個(ge) 工作流程，最大限度地提高資源利用率。操作係統在為(wei) 用戶提供一個(ge) 方便、友善、使用靈活的服務界麵的同時，也提供了其他軟件開發，運行的平台。它具備五個(ge) 方麵的功能，即CPU管理，作業(ye) 管理，存儲(chu) 器管理，設備管理及文件管理。操作係統是每一台計算機必不可少的軟件，現在具有一定規模的現代計算機甚至具備幾個(ge) 不同的操作係統。操作係統的性能在很大程度上決(jue) 定了計算機係統工作的優(you) 劣。微型計算機常用的操作係統有DOS（Disk Operating System）、Unix、Xenix、Linux、Windows98/2000、NetWare、WindowsNT、WindowsXP等。
⑵ 語言處理程序
在介紹語言處理程序之前，很有必要先介紹一下計算機程序設計語言的發展。
軟件是指計算機係統中的各種程序，而程序是用計算機語言來描述的指令序列。計算機語言是人與(yu) 計算機交流的一種工具，這種交流被稱為(wei) 計算機程序設計。程序設計語言按其發展演變過程可分為(wei) 三種：機器語言、匯編語言和高級語言，前二者統稱為(wei) 低級語言。
機器語言（Machine Language）是直接由機器指令（二進製）構成的，因此由它編寫(xie) 的計算機程序不需要翻譯就可直接被計算機係統識別並運行。這種由二進製代碼指令編寫(xie) 的程序最大的優(you) 點是執行速度快、效率高，同時也存在著嚴(yan) 重的缺點：機器語言很難掌握，編程繁瑣、可讀性差、易出錯，並且依賴於(yu) 具體(ti) 的機器，通用性差。
匯編語言（Assemble Language）采用一定的助記符號表示機器語言中的指令和數據，是符號化了的機器語言，也稱作“符號語言”。匯編語言程序指令的操作碼和操作數全都用符號表示，大大方便了記憶，但用助記符號表示的匯編語言，它與(yu) 機器語言歸根到底是一一對應的關(guan) 係，都依賴於(yu) 具體(ti) 的計算機，因此都是低級語言。同樣具備機器語言的缺點，如：缺乏通用性、繁瑣、易出錯等），隻是程度上不同罷了。用這種語言編寫(xie) 的程序（匯編程序）不能在計算機上直接運行，必須首先被一種稱之為(wei) 匯編程序的係統程序“翻譯”成機器語言程序，才能由計算機執行。任何一種計算機都配有隻適用於(yu) 自己的匯編程序（Assembler）。
高級語言又稱為(wei) 算法語言，它與(yu) 機器無關(guan) ，是近似於(yu) 人類自然語言或數學公式的計算機語言。高級語言克服了低級語言的諸多缺點，它易學易用、可讀性好、表達能力強（語句用較為(wei) 接近自然語言的英文字來表示）、通用性好（用高級語言編寫(xie) 的程序能使用在不同的計算機係統上）。但是，對於(yu) 高級語言編寫(xie) 的程序仍不能被計算機直接識別和執行，它也必須經過某種轉換才能執行。
高級語言種類很多，功能很強，常用的高級語言有：其中麵向過程的有Basic、用於(yu) 科學計算的Fortran、支持結構化程序設計的Pascal、用於(yu) 商務處理的COBOL和支持現代軟件開發的C語言 ；現在又出現了麵向對象的VB（Visual Basic）、VC++(Visual C++)、Delphi、Java等語言使得計算機語言解決(jue) 實際問題的能力得到了很大的提高。
Ø Ø Fortran 語言在1954年提出，1956年實現的。適用於(yu) 科學和工程計算，它已經具有相當完善的工程設計計算程序庫和工程應用軟件。
Ø Ø Pascal 語言是結構化程序設計語言，適用於(yu) 教學、科學計算、數據處理和係統軟件開發等，目前逐漸被C語言所取代。
Ø Ø C語言是美國Bell實驗室開發成功的，是一種具有很高靈活性的高級語言。它語言程序簡潔，功能強，適用於(yu) 係統軟件、數據計算、數據處理等，成為(wei) 目前使用得最多的程序設計語言之一。
Ø Ø Visual Basic是在Basic語言的基礎上發展起來的麵向對象的程序設計語言的，它既保留了Basic語言簡單易學的特點，同時又具有很強的可視化界麵設計功能，能夠迅速地開發Windows應用程序，是重要的多媒體(ti) 編程工具語言。
Ø Ø C++是一種麵向對象的語言。麵向對象的技術在係統程序設計、數據庫及多媒體(ti) 應用等諸多領域得到廣泛應用。專(zhuan) 家們(men) 預測，麵向對象的程序設計思想將會(hui) 主導今後程序設計語言的發展。
Ø Ø Java是一種新型的跨平台分布式和程序設計語言。Java以它簡單、安全、可移植、麵向對象、多線程處理和具有動態等特性引起世界範圍的廣泛關(guan) 注。Java語言是基於(yu) C++的，其最大的特色在於(yu) “一次編寫(xie) ，處處運行”。Java已逐漸成為(wei) 網絡化軟件的核心語言。
語言處理程序的功能是將除機器語言以外，利用其他計算機語言編寫(xie) 的程序，轉換成機器所能直接識別並執行的機器語言程序的程序。可以分為(wei) 三種類型，即匯編程序、編譯程序和解釋程序。通常將匯編語言及各種高級語言編寫(xie) 的計算機程序稱為(wei) 源程序（Source Program），而把由源程序經過翻譯（匯編或者編譯）而生成的機器指令程序稱為(wei) 目標程序 (Object Program)。語言處理程序中的匯編程序與(yu) 編譯程序具有一個(ge) 共同的特點，即必須生成的目標程序，然後通過執行目標程序得到最終結果。而解釋程序是對源程序進行解釋（逐句翻譯），翻譯一句執行一句，邊解釋邊執行，從(cong) 而得到最終結果。解釋程序不產(chan) 生將被執行的目標程序，而是借助解釋程序直接執行源程序本身。 
 
應該注意的是，除機器語言外，每一種計算機語言都應具備一種與(yu) 之對應的語言處理程序。
⑶ 服務性程序（支撐軟件）是指為(wei) 了幫助用戶使用與(yu) 維護計算機，提供服務性手段，支持其他軟件開發而編製的一類程序。此類程序內(nei) 容廣泛，主要有以下幾種：
Ø Ø 工具軟件：工具軟件主要是幫助用戶使用計算機和開發軟件的軟件工具，如美國Central Point Software公司推出的PC tools。
Ø Ø 編輯程序：編輯程序能夠為(wei) 用戶提供一個(ge) 良好的書(shu) 寫(xie) 環境。如EDLIN、EDIT、寫(xie) 字板等。
Ø Ø 調試程序：調試程序用來檢查計算機程序有哪些錯誤，以及錯誤位置，以便於(yu) 修正，如DEBUG。
Ø Ø 診斷程序：診斷程序主要用於(yu) 對計算機係統硬件的檢測和維護。能對CPU、內(nei) 存、軟硬驅動器、顯示器、鍵盤及I/O接口的性能和故障進行檢測。
⑷ 數據庫管理係統。
數據庫技術是計算機技術中發展最快、用途廣泛一個(ge) 分支，可以說，在今後的各項計算機應用開發中都離不開數據庫技術。數據庫管理係統是對計算機中所存放的大量數據進行組織、管理、查詢有效提供一定處理功能的大型係統軟件。主要分為(wei) 兩(liang) 類，一類是基於(yu) 微型計算機的小型數據庫管理係統，如FoxBase和Foxpro；另一類是大型數據庫管理係統。
2. 2.應用軟件
應用軟件是指在計算機各個(ge) 應用領域中，為(wei) 解決(jue) 各類實際問題而編製的程序，它用來幫助人們(men) 完成在特定領域中的各種工作。應用軟件主要包括：為(wei) 解決(jue) 各類實際問題而編製的程序，它用來幫肋人們(men) 完成在特定領域中的各種工作。應用軟件主要包括：
⑴ 文字處理程序：文字處理程序用來進行文字錄入、編輯、排版、打印輸出的程序，如Microsoft Word、Wps2000等。
⑵ 表格處理軟件：電子表格處理程序用來對電子表格進行計算機、加工、打印輸出的程序，如Lotus、Excel等。
⑶ 輔助設計軟件：軟件開發程序是為(wei) 用戶進行各種應用程序的設計而提供的程序或軟件包。常用的有AutoCAD、Photoshop、3D Studio MAX等。另外，上述的各種語言及語言處理程序也為(wei) 用戶提供了應用程序設計的工具，也可視為(wei) 軟件開發程序。
⑷ 實時控製軟件：在現代化工廠裏，計算機普遍用於(yu) 生產(chan) 過程的自動控製，稱為(wei) “實時控製”。例如，在化工廠中，用計算機控製配料、溫度、閥門的開閉；在煉鋼車間，用計算機控製加料、爐溫、冶煉時間等；在發電廠，用計算機控製發電機組等。這類控製對計算機的可靠性要求很高，否則會(hui) 生產(chan) 出不合格產(chan) 品，或造成重大事故。目前，PC機上較流行的軟件有FIX、InTouch、Lookout等。
⑸ 用戶應用程序；用戶應用程序是指用戶根據某一具體(ti) 任務，使用上述各種語言、軟件開發程序而設計的程序。如人事檔案管理程序、計算機輔助教學軟件、各種遊戲程序等。