第2章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2012

1、第2章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成目前計(jì)算機(jī)的基本體系結(jié)構(gòu)和基本作用機(jī)制仍然沿襲著馮諾伊曼的最初構(gòu)思和設(shè)計(jì)，我們把這種計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為馮氏機(jī)(Von Neumann Computer)：（1）把計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的指令和要處理的數(shù)據(jù)都采用二進(jìn)制表示 （2）把要執(zhí)行的指令和要處理的數(shù)據(jù)按照順序編成程序存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部讓它自動(dòng)執(zhí)行。存儲(chǔ)程序控制原理是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基本基礎(chǔ)。按照馮諾伊曼的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)原理，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總的來說包括硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)兩部分，簡(jiǎn)稱為硬件和軟件。2.1.2 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)從表面上是由哪些看得見，摸得著的東西，如

2、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、機(jī)箱等。從理論上來看，計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五個(gè)基本部分組成。通常把沒有軟件的計(jì)算機(jī)稱為“裸機(jī)”。 計(jì)算機(jī)的硬件組成示意圖如圖所示。運(yùn)算器輸入命令存數(shù)程 序控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器原始數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)果存取命令輸出命令取數(shù)指 令計(jì)算機(jī)硬件組成原理從圖中我們可以看出計(jì)算機(jī)五個(gè)組成部分的工作過程：數(shù)據(jù)和程序在控制器的指揮下，由輸入設(shè)備送入存儲(chǔ)器；運(yùn)算器運(yùn)算時(shí)，從存儲(chǔ)器取數(shù)據(jù)，運(yùn)算完畢再將結(jié)果存入存儲(chǔ)器或者傳送到輸出設(shè)備輸出；從存儲(chǔ)器中取出的指令由控制器根據(jù)指令的要求發(fā)出控制信號(hào)控制其他部件協(xié)調(diào)工作。計(jì)算機(jī)各部件之間是用總線（BUS）連接?？偩€是傳送

3、數(shù)據(jù)，指令及控制信息的公共傳輸通道。總線由三部分組成：地址總線（AB總線），數(shù)據(jù)總線（DB總線），控制總線(CB總線)。運(yùn)算器（ALU）是對(duì)信息進(jìn)行加工和處理（主要是算術(shù)和邏輯運(yùn)算）的部件。運(yùn)算器是由能進(jìn)行簡(jiǎn)單算術(shù)運(yùn)算（如加、減等）和邏輯運(yùn)算（如與、或、非運(yùn)算等）的運(yùn)算部件及若干用來暫時(shí)寄存少量數(shù)據(jù)的寄存器、累加器等組成?？刂破鳎–ontroller）是計(jì)算機(jī)的神經(jīng)中樞和指揮中心。它要根據(jù)用戶通過程序所下達(dá)的加工處理任務(wù)，按時(shí)間的先后順序，負(fù)責(zé)向其他各部件發(fā)出控制信號(hào)，并保證各部件協(xié)調(diào)一致地工作。它主要由指令寄存器、譯碼器、程序計(jì)數(shù)器、操作控制器等組成?？刂破鲝拇鎯?chǔ)器取出指令，進(jìn)行譯碼，分析指

4、令，再根據(jù)指令功能發(fā)出控制命令，控制各部件去執(zhí)行指令中規(guī)定的任務(wù)。需要指出的是，運(yùn)算器和控制器是集成在一塊物理芯片上，一般稱為中央處理單元（Central Processing Unit），簡(jiǎn)稱CPU。CPU是計(jì)算機(jī)的核心部件。存儲(chǔ)器(Memory)是計(jì)算機(jī)中具有記憶功能的部件，它的職能是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，并能根據(jù)指令來完成數(shù)據(jù)的存取。經(jīng)計(jì)算機(jī)初步加工后的中間信息和最后處理的結(jié)果信息都記憶或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。除這些信息外，還存放著如何對(duì)輸入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工處理的一系列指令所構(gòu)成的程序。根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)不同，存儲(chǔ)器可分為內(nèi)存儲(chǔ)器(Main Memory)和外存儲(chǔ)器(Auxiliary Memor

5、y)兩大類。內(nèi)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱內(nèi)存，也稱主存儲(chǔ)器。內(nèi)存一般容量較小，但存取速度快。內(nèi)存又包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(ROM)和高速緩存(Cache)。凡要執(zhí)行的程序和參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)都必須先調(diào)入內(nèi)存（RAM和Cache）。外存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱外存，也稱輔助存儲(chǔ)器。外存容量大，但存取速度較慢，常用的外存有磁盤、磁帶、光盤等。它用來存放暫時(shí)不用的而又需長期保存的數(shù)據(jù)，需要時(shí)可調(diào)入內(nèi)存使用。計(jì)算機(jī)的輸入（input）可以包括鍵入、提交和傳送給計(jì)算機(jī)的任何數(shù)據(jù)。輸入者可以是人，環(huán)境或另一臺(tái)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可輸入的數(shù)據(jù)類型包括文檔中的字、符號(hào)，用于計(jì)算的數(shù)字、圖像，來自于自動(dòng)調(diào)溫器的溫度，由麥克風(fēng)輸入的聲音信號(hào)

6、和計(jì)算機(jī)的指令等等。由于信息的載體不同，所需信息的轉(zhuǎn)換并輸入給計(jì)算機(jī)的設(shè)備也不同，可供使用的輸入設(shè)備很多，如鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、磁盤機(jī)等。輸出（output）指的是計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的結(jié)果。計(jì)算機(jī)的輸出包括報(bào)表、文檔、音樂、圖表和圖像等。輸出設(shè)備用于顯示、打印和傳輸處理的結(jié)果，對(duì)于不同的信息由計(jì)算機(jī)輸出的設(shè)備也不盡相同，常見的輸出設(shè)備有很多，如顯示器、打印機(jī)、音箱、繪圖儀等。習(xí)題1、計(jì)算機(jī)硬件的五大基本構(gòu)件包括：運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和_ BA）顯示器 B）控制器 C）磁盤驅(qū)動(dòng)器 D）鼠標(biāo)器2、計(jì)算機(jī)最主要的工作特點(diǎn)是_。A A)存儲(chǔ)程序與自動(dòng)控制 B)高速度與高精度 C)可靠性與可用性

7、D)有記憶能力3.存儲(chǔ)器通常分為_和_。外存內(nèi)存4.一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由_硬件_和_軟件_兩部分組成。5、_運(yùn)算器_和_控制器_集成在一塊芯片上，稱為微處理器（CPU）。6.所謂“裸機(jī)”是指【C】。 A)單片機(jī)B)單板機(jī) C)不裝備任何軟件的計(jì)算機(jī)D)只裝備操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)7、一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括（B ）。A、主機(jī)與外設(shè) B、硬件與軟件 C、主機(jī)鍵盤與顯示器 D、硬件系統(tǒng)8、構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體稱為（B ）。A、計(jì)算機(jī)系統(tǒng) B、計(jì)算機(jī)硬件 C、計(jì)算機(jī)軟件 D、計(jì)算機(jī)程序9、計(jì)算機(jī)是一種 由存儲(chǔ)程序自動(dòng)控制 的自動(dòng)電子設(shè)備。10基于馮諾依曼思想而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器

8、、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等5部分組成。11CPU的中文含義是( 中央處理單位 ) A主機(jī) B. 中央處理器 C. 運(yùn)算器 D. 控制器12、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)采用的是馮諾依曼結(jié)構(gòu)，即由 C 組成。A顯示器和主機(jī) B顯示器、主機(jī)、鍵盤和鼠標(biāo)C運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸出設(shè)備和輸入設(shè)備 D顯示器和CPU13、從硬件體系結(jié)構(gòu)來看，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)采用的經(jīng)典的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)是_馮諾依曼結(jié)構(gòu)_。14、請(qǐng)圖示計(jì)算機(jī)硬件的體系結(jié)構(gòu)。2.1.3 計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)的靈魂。沒有安裝軟件的計(jì)算機(jī)稱為“裸機(jī)”，無法完成任何工作。硬件為軟件提供運(yùn)行平臺(tái)。軟件和硬件相互關(guān)聯(lián)，兩者之間可以相互轉(zhuǎn)化，互為補(bǔ)充。計(jì)算機(jī)的軟件分成

9、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是向用戶提供的一系列程序和文檔資料的統(tǒng)稱。它面向計(jì)算機(jī)的硬件，與計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、邏輯功能有密切關(guān)系。它的主要功能是對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度、管理、監(jiān)視及服務(wù)等。系統(tǒng)軟件分為操作系統(tǒng)、語言處理程序、系統(tǒng)管理與服務(wù)軟件等。（1）操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源，以盡量合理有效的方法組織多個(gè)用戶共享多種資源的程序集合。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本的系統(tǒng)軟件，是用戶和計(jì)算機(jī)硬件之間的接口。操作系統(tǒng)的主要功能有：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理和用戶接口管理。操作系統(tǒng)的主要特征為：并發(fā)性、共享性、不確定性、虛擬性。常用的操作系統(tǒng)有：MS-D

10、OS、 Windows 95、 Windows98 、 Windows2000、UNIX、Linux等。（2）語言處理程序 程序就是一系列的操作步驟，計(jì)算機(jī)程序就是由人事先規(guī)定的計(jì)算機(jī)完成某項(xiàng)工作的操作步驟。每一步驟的具體內(nèi)容由計(jì)算機(jī)能夠理解的指令來描述，這些指令告訴計(jì)算機(jī)“做什么”和“怎樣做”。 編寫計(jì)算機(jī)程序所使用的語言稱為程序設(shè)計(jì)語言。 機(jī)器語言計(jì)算機(jī)最早的語言處理程序是機(jī)器語言，它是計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別的語言，而且速度快。機(jī)器語言是用二進(jìn)制代碼來編寫計(jì)算機(jī)程序，因此又稱二進(jìn)制語言。例如用機(jī)器語言來表示“8+4”這個(gè)算式，是一串二進(jìn)制碼“00001000 00000100 00000100”

11、。機(jī)器語言書寫困難、記憶復(fù)雜，一般很難掌握。匯編語言由于機(jī)器語言的缺陷，人們開始用助記符編寫程序，用一些符號(hào)代替機(jī)器指令所產(chǎn)生的語言稱為匯編語言。但是用匯編語言編寫的源程序不能被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別，必須使用某種特殊的軟件將用匯編語言寫的源程序翻譯和連接成能被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別的二進(jìn)制代碼。其示意圖如圖所示。匯編源程序目標(biāo)程序翻譯程序連接程序可執(zhí)行程序匯編源程序翻譯連接過程 匯編語言雖然采用了助記符來編寫程序，比機(jī)器語言簡(jiǎn)單，但是匯編語言仍屬于低級(jí)語言，它與計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)有關(guān)，在編寫程序前要花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間和精力去熟悉機(jī)器的結(jié)構(gòu)。因此工作量大、繁瑣，而且程序可移植性差。高級(jí)語言 為了克服機(jī)器語言和匯編

12、語言的缺陷，使普通人都能使用計(jì)算機(jī)語言來編寫程序，人們開始研究一種既接近自然語言又簡(jiǎn)單易懂的語言。經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)踐，產(chǎn)生了我們今天的高級(jí)語言。如Pascal、Basic、Visual Basic、 C、C+、Visual C+、Java等。與匯編語言一樣，計(jì)算機(jī)也不能識(shí)別用高級(jí)語言編寫的源程序，它也必須用某種特殊的軟件將用高級(jí)語言寫的源程序翻譯和連接成能被計(jì)算機(jī)高級(jí)語言源程序解釋程序可執(zhí)行程序高級(jí)語言解釋過程直接識(shí)別的二進(jìn)制代碼。高級(jí)語言的翻譯程序有兩種工作方式：解釋方式和編譯方式。解釋方式的翻譯工作由“解釋程序”來完成，它對(duì)源程序的語句解釋一條，執(zhí)行一條，不產(chǎn)生目標(biāo)程序。其示意圖如圖所示。這

13、種方式程序執(zhí)行速度，而且可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和修改源程序在解釋過程中出現(xiàn)的問題，非常適初學(xué)者使用。常用的解釋語言有BASIC，PHP等。 編譯方式的翻譯工作由“編譯程序”來完成，它是先將整個(gè)源程序都轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，生成目標(biāo)程序，然后把目標(biāo)程序連接成可執(zhí)行的程序。其示意圖如圖1-11所示高級(jí)語言源程序目標(biāo)程序編譯程序連接程序可執(zhí)行程序高級(jí)語言編譯過程使用編譯語言程序?qū)⒄麄€(gè)源程序編譯連接可執(zhí)行的文件，這種方式效率高、可靠性高、可以移植性好。不過當(dāng)源程序修改后，必需重新編譯。常用的編譯型語言有C，F(xiàn)ORTRAN，PASCAL 等。（3）系統(tǒng)管理與服務(wù)軟件系統(tǒng)管理與服務(wù)軟件包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、實(shí)用工具服務(wù)軟

14、件等。數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理軟件一起組成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。實(shí)用工具服務(wù)軟件是由診斷軟件、調(diào)試開發(fā)工具、文件管理專用工具、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序等組成。2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是用戶為了解決各自的應(yīng)用領(lǐng)域里的具體任務(wù)而編寫的各種應(yīng)用程序和有關(guān)文檔資料的統(tǒng)稱。這類軟件能解決特定問題。應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件的關(guān)系是：系統(tǒng)軟件為應(yīng)用軟件提供基礎(chǔ)和平臺(tái)，沒有系統(tǒng)軟件應(yīng)軟件是無源之本，反過來應(yīng)用軟件又為系統(tǒng)服務(wù)。常用的應(yīng)用軟件有以下幾類：（1）字處理軟件 （2）電子制表軟件（3）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 （4）圖形軟件（5）教育軟件 （6）電子游戲軟件用戶應(yīng)用軟件實(shí)用系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)硬件圖1-12 系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件關(guān)系習(xí)題：1、Offi

15、ce軟件是_A_ 。A應(yīng)用軟件 B系統(tǒng)軟件 C計(jì)算軟件 D繪圖軟件2、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)包括（A）。 A）系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 B）編譯系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng) C）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫 D）程序、相應(yīng)的數(shù)據(jù)和文檔3、下列四種軟件中屬于應(yīng)用軟件的是_A_。A、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)B、DOSC、Windows98D、Windows20004、計(jì)算機(jī)能夠直接執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語言是_B_。 A）匯編語言 B）機(jī)器語言C）高級(jí)語言 D自然語言5. 系統(tǒng)軟件中的核心軟件是【A 】。 A) 操作系統(tǒng) B) 語言處理程序 C) 工具軟件 D) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 6. 操作系統(tǒng)的作用是【A 】。 A) 軟硬件的接口 B) 行編碼轉(zhuǎn)換 C

16、) 把源程序翻譯成機(jī)器語言程序 D) 控制和管理系統(tǒng)資源的使用 7.用BASIC語言編寫的程序要通過_解釋程序_翻譯成機(jī)器語言程序后才能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行。8. 把高級(jí)語言編寫的源程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言的目標(biāo)程序的軟件稱為【D】。 A) 匯編程序 B) 源程序 C) 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) D) 編譯程序 9. 下面屬于高級(jí)語言的是【 C 】。 A) 匯編、C、PASCAL B) 匯編、FORTRAN、C C) BASIC、PASCAL、C D) BASIC、FORTRAN、機(jī)器語言 10. 系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、_語言處理程序_、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、一些實(shí)用程序。11. 高級(jí)語言程序要成為計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的程序，必須

17、通過的兩個(gè)步驟【 A 】。 A) 編譯、連接 B) 編輯、調(diào)試 C) 生成文件、排錯(cuò) D) 翻譯、調(diào)入內(nèi)存12、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，最貼近硬件的系統(tǒng)軟件是_D_A）語言處理程序B）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)C）服務(wù)性程序 D）操作系統(tǒng)2.1.4 計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)是在硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相互合作下才能工作。計(jì)算機(jī)要完成某項(xiàng)任務(wù)，是通過在存儲(chǔ)器中取出程序并執(zhí)行程序來實(shí)現(xiàn)的，而程序?qū)嵸|(zhì)上是由一個(gè)一個(gè)的指令序列組成。因此，計(jì)算機(jī)的工作過程就是取指令，執(zhí)行指令的不斷循環(huán)的過程。1. 計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)指令是能被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，每個(gè)一個(gè)指令規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行一個(gè)基本操作。在微機(jī)的指令系統(tǒng)中，一條指令由兩部分組

18、成，第1個(gè)字節(jié)是操作碼：規(guī)定計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的基本操作，如加、減、乘、除、傳送、移位、比較等。第2個(gè)字節(jié)是操作數(shù)：用來指定操作的對(duì)象，其內(nèi)容可以是操作數(shù)本身，也可以是操作數(shù)的地址。操作碼 操作數(shù)一種計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的一組不同指令的集合，稱為該種計(jì)算機(jī)的指令集合或指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序就是執(zhí)行一串指令序列，通過指令序列完成一個(gè)完整的工作任務(wù)。不同類型的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的指令數(shù)不一定相同。但所有的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)應(yīng)具有這些功能指令類型：(1)數(shù)據(jù)傳送指令。(2)算術(shù)、邏輯運(yùn)算指令。(3) 程序控制指令(4)輸入、輸出指令(5)狀態(tài)管理指令。（6）其它指令等。2. 計(jì)算機(jī)的工作過程計(jì)算機(jī)在任何一個(gè)時(shí)刻中能進(jìn)

19、行一種操作。為了完成某種工作任務(wù)，需要把任務(wù)分解成若干個(gè)基本操作，確定完成工作任務(wù)的基本操作的先后順序，然后用計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的指令來編排完成工作任務(wù)的操作順序。計(jì)算機(jī)按照事先設(shè)計(jì)好的操作步驟，每一步操作都是由特定的指令完成，一步一步的地進(jìn)行，從而完成一個(gè)完整的工作任務(wù)。歸納起來，計(jì)算機(jī)指令的執(zhí)行過程分為四個(gè)階段：(1) 取指令。(2) 分析指令。(3) 執(zhí)行指令。(4) 一條指令執(zhí)行完成，程序執(zhí)行的指針指到下一條指令，然后取第二條指令。是一個(gè)循環(huán)的過程。其示意如圖1-13所示。取指令分析指令執(zhí)行指令取下一指令計(jì)算機(jī)工作過程習(xí)題1、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)的基本工作原理。(見紅色字)2.1.5 微型計(jì)算機(jī)硬件

20、系統(tǒng)微機(jī)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，通常是由內(nèi)部設(shè)備和外部設(shè)備組成。這些設(shè)備主要包括下列部件：1主板主板是是一切部件的基礎(chǔ)，它將CPU、內(nèi)存及外部設(shè)備連成一體的橋梁，是一塊四層或六層的電路板。主板上提供了各種設(shè)備的接口或插槽，主要包括： CPU插槽、PCI 插、槽、PCIe插槽、串口插槽、內(nèi)存插槽、聲卡芯片、網(wǎng)卡芯片、南橋芯片、北橋芯片、I/O接口、電源接口、BIOS芯片和CMOS電池等。 由南橋芯片和北橋芯片組成的芯片組，決定了主板的性能和主板所支持的其它設(shè)備的類型。南橋芯片管理IDE、PCI總線與硬件監(jiān)控等低速設(shè)備，北橋芯片管理CPU、AGP總線、PCIe以及內(nèi)存間的數(shù)據(jù)交流等高速設(shè)備。目

21、前，中低檔主板的芯片組主要是采用Intell的ICH5 芯片組和ICH6芯片組, 中高檔主板的芯片組主要是采用Intell的ICH7 芯片組和ICH8芯片組。當(dāng)然也有些主板采用VIA和SIS芯片組。2CPUCPU（中央處理單元）是微機(jī)的核心部件，它是決定微機(jī)性能的關(guān)鍵部件。20世紀(jì)70年代微型機(jī)的CPU問世，微型計(jì)算機(jī)的核心部件微處理器從 Intel 4004，80286，80386，80486發(fā)展到 Pentium II/Ill和 Pentium 4，數(shù)位從 4位、8位、16位、32位發(fā)展到 64位，主頻從幾MHZ到今天的數(shù) GHZ以上（1GHZ1000MHZ），CPU芯片里集成的晶體管數(shù)由

22、 2萬個(gè)躍升到1000萬個(gè)以上。CPU的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)展直接推動(dòng)了微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，也是微機(jī)各個(gè)發(fā)展階段的主要標(biāo)志。從原理上看，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分控制單元、邏輯單元、存儲(chǔ)單元三部分。從組成器件上看, CPU的內(nèi)部是由成千上萬個(gè)晶體管組成，晶體管實(shí)質(zhì)上就是一雙位開關(guān)：即“開”和“關(guān)”。 圖1-15所示的是幾種常見的CPU。CPU的主要性能指標(biāo)包括時(shí)主頻、字長、高速緩存容量、指令集合和動(dòng)態(tài)處理技術(shù)、制造工藝、封裝方式和工作電壓等。主頻是指CPU的工作時(shí)鐘頻率，是CPU內(nèi)核電路的實(shí)際運(yùn)行頻率。一般說主頻越高，一個(gè)時(shí)鐘周期里面完成的指令數(shù)也越多，速度也越快。主頻的單位為兆赫茲（MHz）和吉赫茲（GHz

23、）。我們通常所說的2.8GHz，3.0GHz就是指CPU的主頻。 字長（word size）指的是微處理器能夠同時(shí)處理的位的個(gè)數(shù)。字長的大小取決于ALU中寄存器的容量和連接著這些寄存器的電路性能。例如，8位字長的微處理器有8位的寄存器，每次能處理8位的數(shù)據(jù)，因此被稱為“8位處理器”。有更大字長的處理器能夠在每個(gè)處理器周期內(nèi)處理更大的數(shù)據(jù)，因此字長越長計(jì)算機(jī)性能越好。目前的個(gè)人計(jì)算機(jī)通常都帶有32位或64位的處理器。高速緩存（cache）有時(shí)也稱為“RAM緩存”或“緩沖存儲(chǔ)器”。它是一種具有很高速度的特殊內(nèi)部存儲(chǔ)器，與安裝在主板上其他位置的內(nèi)存相比，它能夠使微處理器更快的獲得數(shù)據(jù)。一些計(jì)算機(jī)廣告

24、中對(duì)緩存的類型和容量進(jìn)行了詳細(xì)說明。緩存分為兩個(gè)等級(jí)：早期的一級(jí)緩存（Level 1 cache, L1）被安裝在處理器芯片內(nèi)部，而二級(jí)緩存（Level 2 cache, L2）則存在于另一個(gè)芯片中，需要處理器花長一點(diǎn)時(shí)間才能獲得數(shù)據(jù)。現(xiàn)在的一、二級(jí)都安裝在處理器芯片內(nèi)部，緩存的容量通常用KB來描述。理論上講，緩存容量越大處理速度就越快。然而，在目前的計(jì)算機(jī)中，緩存的容量通常與某種處理器的型號(hào)密切相關(guān)。對(duì)于用戶來說，是否知道緩存容量并不重要，因?yàn)榫彺媸遣荒鼙慌渲玫?。例如，不更換微處理器，你就不可能給你的計(jì)算機(jī)添加更大的一級(jí)緩存。3存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行程序的部件。按照用途的不同分為

25、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器，主存儲(chǔ)器也稱為內(nèi)存，輔助存儲(chǔ)器也稱為外存。內(nèi)存安裝在主板上，可以與CPU直交換信息。外存也必須與主板連接，但不能和CPU直接交換信息。（1）內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器是由RAM（Random Access Memory）和ROM（Rdad-Only Memory）組成。RAMRAM也稱為可讀寫存儲(chǔ)器或隨機(jī)存儲(chǔ)器，它是一塊能夠暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序指令和操作系統(tǒng)的固定區(qū)域。在個(gè)人計(jì)算機(jī)中，RAM通常由幾塊芯片或幾個(gè)小電路板組成，一般都插在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單元中的主板上。 RAM特點(diǎn)是容量小，存儲(chǔ)速度快，斷電后數(shù)據(jù)會(huì)消失。RAM把數(shù)據(jù)保存在電路中，而硬盤存儲(chǔ)器把數(shù)據(jù)保存到磁性介質(zhì)上；RAM是

26、暫時(shí)性存儲(chǔ)器，如果計(jì)算機(jī)被關(guān)機(jī)，或是電源斷電的話，所有存儲(chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)都會(huì)立刻并永遠(yuǎn)地消失，而硬盤保存數(shù)據(jù)更長久一些。此外，RAM在存儲(chǔ)容量通常比硬盤的要小。 RAM的容量通常以MB或是GB為單位。目前的個(gè)人計(jì)算機(jī)通常都帶有128MB至2GB的RAM。計(jì)算機(jī)所需RAM的容量取決于所用的軟件。按照慣例，軟件的外包裝上都標(biāo)有所需RAM的容量。如果需要更大的RAM，可以購買并安裝更多的內(nèi)存，但是不能超過計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商規(guī)定的上限。不同的RAM在速度、生產(chǎn)技術(shù)和構(gòu)造上都有很大差異。許多計(jì)算機(jī)廣告都提供了關(guān)于RAM的這三方面的信息，但是消費(fèi)者們必須費(fèi)力讀懂其中的首字母縮拼詞或技術(shù)術(shù)語，才能弄清楚意思，如

27、“1GB 8 ns RDRAM（max.2GB）”。 RAM的速度常常以納秒來表示。一納秒（nanosecond, ns）是一秒的十億分之一。就RAM的速度而言，較小的數(shù)字更好一些，因?yàn)樗馕吨鳵AM電路能夠更快地更新其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。例如，8 ns的RA10 ns的RAM速度更快。 現(xiàn)在來說明一臺(tái)計(jì)算機(jī)廣告中“1GB 8 ns RDRAM（max.2GB）”的意思：該計(jì)算機(jī)的RAM容量為1GB，它以8ns的速度運(yùn)行，它使用RDRAM（比SDRAM快一些，但價(jià)格更高），這臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠安裝的RAM的最大容量為2GB。ROMROM也稱只讀存儲(chǔ)器，是一種用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)的開機(jī)例行程序的內(nèi)存電路。它被安裝

28、在一塊插在主板上的獨(dú)立的集成電路中通常具有很大的、毛蟲狀DIP封裝。ROM存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是長久的、不易丟失的。ROM電路存儲(chǔ)著“被固化了的”指令。這些指令是電路的永久的組成部分，即使在計(jì)算機(jī)斷電時(shí)，它們也保存在原位而不會(huì)丟失。ROM里的這些指令是長久性的，改變指令的惟一方法就是把ROM芯片換掉。計(jì)算機(jī)里有了RAM，為什么還需要ROM？當(dāng)打開計(jì)算機(jī)時(shí)，微處理器有了供電就開始準(zhǔn)備執(zhí)行指令。但是，在電源被切斷時(shí)RAM是空的，其中不能保存任何用于讓微處理器執(zhí)行的指令。此時(shí)，ROM就起作用了，ROM中存儲(chǔ)著一套稱為基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS）的指令集合。這些指令告訴計(jì)算機(jī)如何讀寫硬盤，如何在硬盤上找到操作

29、系統(tǒng)并把它裝載到RAM中，一旦操作系統(tǒng)被裝入，計(jì)算機(jī)就能輸入，就能顯示輸出、運(yùn)行軟件和存取數(shù)據(jù)了。（2）外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器主要有：硬盤、可移動(dòng)硬盤、軟盤、光盤、磁帶等。硬盤硬盤是存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的主要設(shè)備。硬盤的存儲(chǔ)速度相對(duì)內(nèi)存要慢，但是外存器中，是存儲(chǔ)速度較快的設(shè)備。硬盤的主要特點(diǎn)是存儲(chǔ)速快，容量大。目前的硬盤容量在60GB200GB。 硬盤的類型按盤徑尺寸分有：5.25、3.5、2.5、1.8英寸四種；按接口類型分：硬盤有IDE、SATA（串口）、SCSI三種 。目前市場(chǎng)上主流的微機(jī)硬盤是3.5英寸的IDE、SATA硬盤。數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在硬盤的盤片上，盤片是由柱面、扇區(qū)和磁道構(gòu)成。磁道：每個(gè)盤片的每

30、一面都要?jiǎng)澐殖扇舾尚稳缤膱A的磁道，這些磁道就是磁頭讀寫數(shù)據(jù)的路徑。磁盤的最外層是第0道，最內(nèi)層是第n道。柱面：一個(gè)硬盤由幾個(gè)盤片組成，每個(gè)盤片又有兩個(gè)盤面，每個(gè)盤面都有相同數(shù)目的磁道。所有盤面上相同半徑的磁道組合在一起，叫做一個(gè)柱面。扇區(qū)：為了存取數(shù)據(jù)的方便，每個(gè)磁道又分為許多稱之為扇區(qū)的小區(qū)段。每個(gè)磁道（不管是里圈還是外圈）上的扇區(qū)數(shù)是一樣的，每個(gè)磁道記錄的數(shù)據(jù)也是一樣多。所以內(nèi)圈磁道上的記錄密度要大于外圈磁道上的記錄密度。例如，3.5英寸軟盤有80個(gè)磁道，每道分18個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)可存512個(gè)字節(jié)，且磁盤正反面都可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以，軟盤的容量是512B18802=1.44MB。為了存取磁盤

31、上的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)最終要給出如下的地址格式：驅(qū)動(dòng)器號(hào).盤面號(hào).柱面號(hào).扇區(qū)號(hào)。影響硬盤的主要性能參數(shù)有：轉(zhuǎn)速、緩存、平均尋道時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸率、連續(xù)無故障時(shí)間(MTBF)、硬盤表面溫度等。一般硬盤轉(zhuǎn)速越快、緩存越大性能就越好，目前的硬盤的轉(zhuǎn)速一般在5400轉(zhuǎn)/秒-10000轉(zhuǎn)/秒；緩存在512KB10MB。U盤和可移動(dòng)硬盤U盤和可移動(dòng)硬盤是一種便攜式的大容量存儲(chǔ)設(shè)備。光盤存儲(chǔ)器光盤有三種類型，即：只讀型、一次性寫入型和可擦寫型。只讀光盤（CD-ROM）：CD-ROM上的內(nèi)容在光盤生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)確定，盤片一旦制成，其內(nèi)容不可改變，只能讀取。這種光盤的容量一盤為650MB700MB。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，CD-R

32、OM主要用于視頻盤和數(shù)字化唱盤以及各種多媒體出版物。目前，各種軟件也都是以此種光盤為介質(zhì)來提供。一次寫入型光盤(CD-R)：這種光盤買來時(shí)為空白盤，可以分一次或幾次對(duì)它寫入數(shù)據(jù)，但寫入的內(nèi)容不可以修改而只能讀，一般可用于資料的永久性保存，也可用于自制多媒體光盤或光盤拷貝。容量一盤為650MB700MB可擦寫光盤（CD-RW）：這種光盤可以反得讀寫。它的容量在幾百M(fèi)B至幾GB。4顯示卡顯示卡是連接主板與顯示器的部件，其輸出口包含15個(gè)插孔，與顯示器的D形插頭針相連。顯卡的主要性能參數(shù)有：顯存容量、分辨率、顏色數(shù)、刷新頻率、總線速度、顯示芯片等。一般來說，顯卡的顯存容量越大，分辨率越高，顏色數(shù)越多

33、顯卡性能越好。目前顯卡采用的顯示芯片主要有Nvidia公司的TNT2、GF2、GF4，S3公司的Savage 系列，Matrox公司的MGA 系列等。5聲卡、網(wǎng)卡聲卡是多媒體計(jì)算機(jī)的必不可少的部件。聲卡不僅可以用來播放音樂，還可以將自已的創(chuàng)作編輯錄制成數(shù)字音頻。網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)連網(wǎng)的必備設(shè)備。目前大多數(shù)廠商把聲卡與網(wǎng)卡集成在主板。6輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理后，是通過輸設(shè)備將結(jié)果輸出顯示、打印出來的。主要包括顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。顯示器顯示器按其工作原理可分為許多類型，較常見的有有：CRT(陰極射線)、LCD(液晶)、PDP(等離子) 、VFD（真空熒光），其中最常用的是CRT和LCD顯示器。影

34、響顯示器性能參數(shù)主要有：分辨率、帶寬、刷新頻率、掃描方式、點(diǎn)距、輻射等。帶寬是指顯示器特定電子裝置能處理的頻率范圍，頻率越高，圖像越清晰；刷新頻率是指顯示器對(duì)整個(gè)畫面重復(fù)的次數(shù)，刷新頻率越高，閃爍就越小。常見刷新頻率有65MHZ、70、85MHZ、100MHZ等，為消除顯示器的閃爍感和使人的眼睛不易疲勞，顯示器的刷新頻率要在70MHZ以上。打印機(jī)打印機(jī)是計(jì)算機(jī)最常見的輸出設(shè)備，能夠把計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的文本或圖形圖像輸出到紙上。目前打印機(jī)在類型主要有針式打印機(jī)、激光打印機(jī)和噴黑打印機(jī)等。繪圖儀繪圖儀是一種精密的圖形輸出設(shè)備。常用的繪圖儀有平板型和滾筒型兩種類型。繪圖儀主要用于CAD工程制圖或其專業(yè)形圖

35、設(shè)計(jì)軟件的圖紙輸出。7輸入設(shè)備輸入設(shè)備是將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的部件。輸入設(shè)備有很多，常用的有鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、光電手寫筆、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)和攝像頭等。 鍵盤目前用于計(jì)算機(jī)的鍵盤有多種規(guī)格，這里只介紹通用鍵盤的布局，請(qǐng)讀者對(duì)照自己的鍵盤閱讀下面的內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的布局如所示。標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的布局示意圖在鍵盤上分成幾個(gè)區(qū)：左區(qū)稱之為大鍵盤，是標(biāo)準(zhǔn)的打字機(jī)鍵盤、數(shù)字鍵、專用符號(hào)鍵（如！，,#,$）,以及一些特殊的功能鍵(如Shift，Enter等)。有些字鍵上標(biāo)有兩個(gè)字符，稱為雙字符鍵。大鍵盤的最上一排是F1F12這12個(gè)功能鍵，它們的作用在不同的軟件系統(tǒng)中有不同的定義。使用功能鍵的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，節(jié)省鍵

36、盤輸入時(shí)間。右區(qū)是一個(gè)17鍵的小鍵盤（英文中稱為DEYPAD），它的結(jié)構(gòu)與計(jì)算器的鍵盤類似。在大、小鍵盤中間部分（中區(qū)）分上中下3個(gè)鍵位組，上面一組包括3個(gè)功能鍵，中間為6個(gè)編輯鍵，下面一組是光標(biāo)控制鍵，控制光標(biāo)在屏幕上的移動(dòng)。下面對(duì)鍵盤上的一些常用鍵和常用操作方式作一說明。Enter 回車鍵，表示輸入的命令行或信息行的結(jié)束。Backspace刪除光標(biāo)前（左）的一個(gè)字符，光標(biāo)左移一格，故又稱退格鍵。在進(jìn)行鍵盤輸入時(shí)，如果輸入有誤，可按退格鍵刪除若干字符，并從某處重新輸入。Space Bar空格鍵，按一次輸入一個(gè)空格，光標(biāo)右移一格。Esc在DOS狀態(tài)下可取消剛剛輸入的行，在應(yīng)用程序中常用來取消某

37、個(gè)操作、退出某種狀態(tài)（如退到上一級(jí)菜單）或進(jìn)入某種狀態(tài)等。Tab 制表定位鍵，用來定位移動(dòng)光標(biāo)。每按一次Tab鍵，光標(biāo)就跳到下一個(gè)位置。系統(tǒng)隱含定的位置是1，8，15在很多編輯軟件里，用戶可以根據(jù)需要定義自己的Tab位置。Print Screen打印屏幕鍵，將屏幕上顯示的內(nèi)容保存到剪貼板上；然后通過剪貼板可以將屏幕畫面插入到文檔中。如果只按該鍵，則將整屏拷貝到剪貼板上，如果按下Alt鍵時(shí)再按該鍵，則只將當(dāng)前活動(dòng)窗口畫面拷貝到剪貼板。編輯鍵在大、小鍵盤之間。這些鍵在編輯工作中（包括行編輯和屏幕編輯）被頻繁使用。它們的基本含義如下：Insert插入/改寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換鍵。在插入狀態(tài)下，輸入 的字符插在光

38、標(biāo)之前，光標(biāo)后的字符后移讓位。在改寫狀態(tài)下，輸入的字符將覆蓋原有字符。Delete 刪除鍵，刪除光標(biāo)所在的字符或光標(biāo)后（右）的一個(gè)字符。刪除字符后光標(biāo)位置不動(dòng)。Home將光標(biāo)回到起始位置，如行首。End將光標(biāo)放到末尾位置，如行尾。Page Up往前翻一頁（一屏）。Page Down往后翻一頁（一屏）。翻頁鍵一般用于全屏幕編輯。Shift 實(shí)現(xiàn)雙字符鍵的輸入。有些鍵代表兩個(gè)字符，如數(shù)字“1”鍵上刻有“1”和“！”，如果只按該鍵，則輸入“1”；若在按住Shift鍵的同時(shí)再按“1”鍵，輸入的就是“！”。Shift鍵與字母鍵配合使用，可實(shí)現(xiàn)字母的大小寫輸入。如按下字母鍵是小寫字母時(shí)，按下Shift鍵再

39、按字母鍵就是大寫；而當(dāng)按下字母鍵為大寫字母時(shí)（大寫鎖定），Shift+字母鍵即為小寫字母輸入。Shift 鍵在某些軟件中還有其他含義。一些鍵我們稱為控制鍵，如：Crtl 與其他鍵聯(lián)用，完成各種控制功能。Alt 與其他鍵聯(lián)用，完成各種選擇功能和其他控制功能。在許多軟件的操作環(huán)境中，這兩個(gè)鍵與其他鍵的組合被用來實(shí)現(xiàn)多種軟件功能。它們的操作方法同Shift鍵。例如Ctrl+S，即在按住Ctrl鍵時(shí)按字母S鍵（常用S表示），常用來暫停滾屏。又如Ctrl+Home將光標(biāo)移到文件頭，Ctrl+End將光標(biāo)移到文件尾。還有一些鍵我們稱為狀態(tài)鎖定鍵，如Caps Lock大寫鎖定鍵。當(dāng)按該鍵后，鍵盤右上方的Ca

40、ps Lock指示燈亮，表明當(dāng)前鍵盤處于大寫鎖定狀態(tài)，此后再按字母鍵均為大寫字母。在此狀態(tài)下按一次Caps Lock鍵，就又回到非鎖定狀態(tài)，單按字母鍵都是小寫。Num Lock 數(shù)字鎖定鍵（在小鍵盤上）。按下此鍵后，鍵盤右上方的Num Lock 指示燈亮，表示小鍵盤上的數(shù)字鍵起數(shù)字輸入作用，否則這些鍵起功能鍵作用（如移動(dòng)光標(biāo)等）。 鼠標(biāo)鼠標(biāo)按結(jié)構(gòu)原理可分成光學(xué)的和機(jī)械的兩大類。通常是移動(dòng)鼠標(biāo)使屏幕上的光標(biāo)移到某一指定位置，然后按一個(gè)按鈕或兩個(gè)按鈕，有時(shí)按住一個(gè)按鈕，待執(zhí)行一些操作后再釋放該按鈕。各按鈕的功能取決軟件中的設(shè)置，不同的應(yīng)用軟件，各按鈕的作用是不同的。鼠標(biāo)指針光標(biāo)的形狀以一個(gè)醒目的方

41、式提醒你目前可以做什么。例如，鼠標(biāo)指針光標(biāo)是一個(gè)指向左上方的箭頭，表示等待用戶的操作；當(dāng)把它移近窗口邊緣時(shí)，它就會(huì)變成一個(gè)雙箭頭，表示此時(shí)可以拖動(dòng)邊界以改變窗口的大?。欢?dāng)一個(gè)程序正在工作，需要用戶稍等時(shí)，鼠標(biāo)指針光標(biāo)就會(huì)變成一個(gè)沙漏的形狀。習(xí)題1、“32位微型計(jì)算機(jī)”中的32指的是_D_A） 微機(jī)型號(hào) B） 內(nèi)存容量 C） 運(yùn)算速度 D） 機(jī)器字長2、一張CD-ROM盤片可存放字節(jié)數(shù)是_B_。 A）640KB B）640MB C）1024KB D）512KB3、對(duì)3.5英寸軟盤，移動(dòng)滑塊露出寫保護(hù)孔_B_A)只能長期保存信息，不能存取信息 B)能安全的存取信息C)只能讀取信息，不能寫入信息

42、D)只能寫入信息，不能讀取信息4、字長16位的計(jì)算機(jī)，它表示_A_A.數(shù)以16位二進(jìn)制數(shù)表示 B.數(shù)以16進(jìn)制來表示C.可處理16位字符串 D.數(shù)以兩個(gè)8進(jìn)制表示5、鍵盤一般分為四個(gè)區(qū)域，其中shift為換檔鍵，它屬于(A)A主鍵盤區(qū) B.小鍵盤區(qū) C. 功能鍵區(qū) D. 編輯鍵區(qū)6. 計(jì)算機(jī)常用的外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備有哪些？(見紅色字)7. 在下列存儲(chǔ)器中，訪問速度最快的是【C 】。 A) 硬盤 B) 軟盤 C) 內(nèi)存 D) 磁帶8.個(gè)人計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)有字長、_主頻_、_高速緩存_、_內(nèi)存_、外部設(shè)備和軟件配置。9. 在下列各種設(shè)備中，讀取數(shù)據(jù)快慢的順序?yàn)椤?B 】。 A) RA

43、M、Cache、硬盤、軟盤 B) Cache、RAM、硬盤、軟盤 C) Cache、硬盤、RAM、軟盤 D) RAM、硬盤、軟盤、Cache 10內(nèi)存儲(chǔ)器通常分為_ROM_、_RAM_和高速緩沖存儲(chǔ)器類。11當(dāng)連續(xù)輸入大寫字母或小寫字母時(shí)，可以用（C）字母鎖定鍵進(jìn)行切換。 、ab、Esc 、NumLock 、Caps Lock 12若用戶正在計(jì)算機(jī)上編輯某個(gè)文件，這時(shí)突然停電，則全部丟失的是( C )。 、和中的信息、中的信息 、中的信息、硬盤中的文件13刪除當(dāng)前輸入的錯(cuò)誤字符，可直接按下(D)A、Enter鍵B、ESC鍵C、Shift鍵D、BackSpace鍵2.2 算法2.2.1 基本概念

44、1算法算法是對(duì)特定問題求解步驟的一種描述，它是指令（規(guī)則）的有限序列，其中每一條指令表示一個(gè)或多個(gè)操作。簡(jiǎn)單地說，算法就是解決問題的操作步驟?！纠?】 已知圓的半徑為R（R是一個(gè)可變的量），求圓的面積和周長。（1）輸入半徑R。（2）計(jì)算面積并存入S中，即S=3.14R2（3）計(jì)算周長并存入L中，即L=23.14R（4）輸出S和L的值以上求圓的面積和周長的步驟就是一個(gè)算法。2算法的特征一個(gè)算法必須滿足以下五個(gè)重要的特征。（1）有窮性。對(duì)于任意一組合法的輸入值，算法的操作每個(gè)操作步驟都能在有限的時(shí)間內(nèi)完成。這包括合理的執(zhí)行時(shí)間的含義，如果一個(gè)算法執(zhí)行耗費(fèi)的時(shí)間太長，即使最終得出了結(jié)果，也是沒有意義

45、的。（2）確定性。算法中的每一步都必須是有明確的定義，不允許有歧義性和多義性。確定性使算法的執(zhí)行者或者閱讀者能夠明確其含義及如何執(zhí)行，并且在任何條件下，算法都只有一條執(zhí)行路徑。（3）輸入。個(gè)算法應(yīng)該有0個(gè)或多個(gè)輸入，以刻畫運(yùn)算對(duì)象的初始情況。所謂0個(gè)輸入是指有的算法表面上可以沒有輸入，實(shí)際上已被嵌入算法之中。（4）輸出。一個(gè)算法應(yīng)該有一個(gè)或多個(gè)輸出，以反映對(duì)輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果。沒有輸出的算法是毫無意義的；（5）可行性。一個(gè)算法必須遵循特定條件下的解題規(guī)則，算法描述的每一個(gè)操作都應(yīng)該是特定的解題規(guī)則中允許使用的、可執(zhí)行的，并可以通過執(zhí)行有限次來實(shí)現(xiàn)。3算法的設(shè)計(jì)要求當(dāng)我們用算法來解決某問題時(shí)，

46、算法設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)是正確性、可讀性、健壯性和高效低耗。一個(gè)好的算法應(yīng)該具有以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。（1）正確性（Correctness）。算法應(yīng)該滿足具體問題的需求。其中“正確”的含義大體上可以分為四個(gè)層次： 所設(shè)計(jì)的程序沒有語法錯(cuò)誤。 所設(shè)計(jì)的程序?qū)τ趲捉M輸入數(shù)據(jù)能夠得出滿足要求的結(jié)果。 所設(shè)計(jì)的程序?qū)τ诰倪x擇的典型、苛刻而帶有刁難性的幾組輸入數(shù)據(jù)能夠得到滿足要求的結(jié)果。 程序?qū)τ谝磺泻戏ǖ妮斎霐?shù)據(jù)都能產(chǎn)生滿足要求的結(jié)果。（2）可讀性（Readability）。一個(gè)好的算法首先應(yīng)該便于人的理解和相互交流，其次才是機(jī)器可執(zhí)行?？勺x性好的算法有助于人對(duì)算法的理解，可讀性差的算法容易隱藏錯(cuò)誤而且難于調(diào)試

47、和修改。（3）健壯性（Robustness）。當(dāng)輸入的非法數(shù)據(jù)時(shí)，算法應(yīng)該恰當(dāng)?shù)刈龀龇从郴蜻M(jìn)行相應(yīng)處理，而不是產(chǎn)生莫名奇妙的輸出結(jié)果。而且處理出錯(cuò)的方法不應(yīng)該是中斷程序的執(zhí)行，而應(yīng)該返回一個(gè)表示錯(cuò)誤或錯(cuò)誤性質(zhì)的值，以便在更高的抽象層次上進(jìn)行處理。（4）高效率和低存儲(chǔ)量。通常，效率是指算法的執(zhí)行時(shí)間。對(duì)于一個(gè)具體問題的解決通?？梢杂性S多算法，對(duì)于執(zhí)行時(shí)間短的算法其效率就高。所謂的存儲(chǔ)量需求，是指算法在執(zhí)行過程中所需要的最大存儲(chǔ)空間。效率和存儲(chǔ)量需求都與問題本身的規(guī)模有關(guān)，其中效率以時(shí)間復(fù)雜度來衡量，存儲(chǔ)量需求以空間復(fù)雜度來衡量，下面將具體介紹算法的復(fù)雜度。4算法的復(fù)雜度同一個(gè)問題可用不同的算法來

48、解決，而一個(gè)算法質(zhì)量的優(yōu)劣將影響到算法乃至程序的效率。算法分析的目的在于選擇合適的算法和改進(jìn)算法。一個(gè)算法的評(píng)價(jià)主要從時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度來考慮。1）時(shí)間復(fù)雜度算法的時(shí)間復(fù)雜度（Time Complexity）是指算法所需要的計(jì)算工作量，用算法所執(zhí)行的基本運(yùn)算次數(shù)來度量。算法所執(zhí)行的基本運(yùn)算次數(shù)是問題規(guī)模n的函數(shù)，例如1+2，這是規(guī)模比較小的問題，但1+2+3+100，這就規(guī)模比較大問題。時(shí)間復(fù)雜度一般不進(jìn)行精確計(jì)算，只要大致計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)量級(jí)O（n）即可。值得注意的是，算法的時(shí)間復(fù)雜度不是指算法的執(zhí)行時(shí)間，因?yàn)閳?zhí)行的具體時(shí)間受到所使用的計(jì)算機(jī)、程序設(shè)計(jì)語言以及實(shí)現(xiàn)過程中的許多細(xì)節(jié)的影響。常

49、見的時(shí)間復(fù)雜度有：常數(shù)階O（1），對(duì)數(shù)階O（log2n），線性階O（n），線性對(duì)數(shù)階O（nlog2n），平方階O（n2），立方階O（n3），指數(shù)階O（2n）。隨著問題規(guī)模n的不斷增大，上述時(shí)間復(fù)雜度不斷增大，算法的執(zhí)行效率就越低。2）空間復(fù)雜度算法的空間復(fù)雜度（Space Complexity）是指執(zhí)行這個(gè)算法所需要的內(nèi)存空間。算法執(zhí)行期間所需的存儲(chǔ)空間主要包括三部分：輸入數(shù)據(jù)所占的存儲(chǔ)空間、程序本身所占的空間和算法執(zhí)行過程中時(shí)所需的存儲(chǔ)空間。任何一個(gè)問題能否用計(jì)算機(jī)解決，一個(gè)關(guān)鍵的步驟就是看能否設(shè)計(jì)出它的算法，有了合適的算法，再使用合適的程序設(shè)計(jì)語言就能方便地編寫出程序。2.2.2 算法的表示使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題，首先應(yīng)該對(duì)問題進(jìn)行分析研究，弄清楚問題處理的對(duì)象以及對(duì)象之間的關(guān)系，然后針對(duì)問題設(shè)計(jì)出算法。設(shè)計(jì)算法就是要把解決問題的步驟用清晰的形式表示出來，通?？梢杂米匀徽Z言、流程圖、程序設(shè)計(jì)語言等來描述一個(gè)算法