第4章計算機組成4.1計算機系統的組成4.2計算機的硬件組成4.3計算機軟件習題

4.1計算機系統的組成

計算機系統由硬件和軟件兩部分組成。

硬件系統是計算機的物理實體，通常指計算機以及所有與之連接的輸入、輸出和存儲設備，如圖4-1所示。圖4-1計算機系統及外圍設備圖4-1中那些可以附加到計算機系統中，用以增強計算機功能的設備稱為外圍設備，如打印機、掃描儀、攝像頭等。常見的外圍設備還包括圖形畫板、操縱桿、數碼相機等。

軟件系統是指計算機的邏輯實體，是控制計算機接收輸入、存儲數據、處理數據并產生輸出的程序的總和。硬件是軟件工作的基礎，離開硬件，軟件無法工作；軟件又是硬件功能的擴充和完善，有了軟件的支持，硬件功能才能得到充分的發揮。兩者相互滲透、相互促進。可以說硬件是基礎，軟件是靈魂。只有將硬件和軟件結合成統一的整體，才能稱其為一個完整的計算機系統。

硬件系統和軟件系統的有機結合與相互配合，構成了計算機系統的整體，如圖4-2所示。圖4-2計算機系統的組成

4.2計算機的硬件組成

雖然各種計算機在性能、用途和規模上有所不同，但按照馮·諾依曼的“存儲程序和二進制”理論，計算機應當具有輸入、存儲、輸出和處理(運算、判斷及控制)等功能，其基本結構都遵循馮·諾依曼型體系結構，即計算機硬件部分由輸入、存儲、運算、控制和輸出5個部分組成，如圖4-3所示。原始數據及程序通過輸入設備送入存儲器，在運算處理過程中，數據從存儲器讀入運算器進行運算，運算的結果存入存儲器，必要時再經輸出設備輸出。指令也以數據形式存于存儲器中，運算時指令由存儲器送入控制器，由控制器控制各部件的工作。圖4-3中的→為控制(信息)流，→為數據(信息)流。

在計算機的體系結構中，微處理器是核心。圖4-3計算機的基本硬件結構圖4.2.1微處理器

微處理器有時簡稱處理器或CPU，是計算機系統的核心，也是最昂貴的計算機部件(參見圖4-4)。這個芯片包含了各種電路和元件，被安裝在計算機的主板上。

微處理器包括運算器和控制器，主要功能是按照程序給出的指令序列分析、執行指令，完成對數據的加工處理。計算機所發生的全部動作都受處理器的控制。處理器品質的高低直接決定了計算機系統的檔次。圖4-4處理器

1．運算器

運算器主要完成各種算術運算和邏輯運算，是計算機實現數據加工和處理的核心部件。

計算機可以對大量數據進行各種復雜的運算，但運算器所完成的操作只是最基本的二進制算術運算和邏輯運算。算術運算包括加、減、乘、除等四則運算，邏輯運算則包括與、或、非以及各種移位操作。運算器以極快的速度綜合各種各樣的運算方式，使得計算機能夠在極短的時間內執行特別復雜和數據量極大的任務，其速度是非常讓人驚嘆的。

運算器主要由一個算術邏輯單元(ArithmeticandLogicalUnit，ALU)、若干個寄存器以及一些控制電路組成，如圖4-5所示。圖4-5簡化的運算器結構圖寄存器組用來存放操作數。在進行運算時，操作數傳送到ALU，在ALU中完成規定的運算后，結果傳送到指定的存儲單元或某個通用寄存器中。

2．控制器

控制器是整個計算機的控制樞紐，用于有條不紊地控制計算機各部件協調地工作。控制器的結構簡圖如圖4-6所示。圖4-6簡化的控制器結構圖控制器由程序計數器(PC)、指令寄存器(IR)、指令譯碼器(ID)、時序產生器和操作控制器組成。IR存放當前要執行的指令代碼。ID對代碼進行分析，識別指令的性質。PC保存下一次要執行的指令代碼。操作控制器和時序產生器則根據指令譯碼器的結果，產生指令執行過程中所需要的全部控制信號。因此控制器的主要功能是：

(1)從內存中取出一條指令，并指出下一條指令在內存中的位置。

(2)對指令進行譯碼，并產生該指令執行過程中的全部控制信號，以便啟動規定的動作。

(3)指揮并控制處理器、內存和輸入/輸出設備之間數據流動的方向。

運算器和控制器共同構成了計算機的微處理器。

3．影響微處理器性能的主要因素

微處理器是計算機的心臟，其品質的高低直接決定了計算機系統的檔次。很多因素都會影響處理器的性能，如時鐘頻率、字長、高速緩存容量、指令集和處理技術等。

(1)處理速度。CPU的處理速度也被稱做時鐘頻率，是指處理器執行指令的速度。大多數計算機用兆赫茲和吉赫茲來度量CPU的速率。兆赫茲(MHz，Megahertz)相當于1秒內1百萬個周期，吉赫茲(GHz，Giegahertz)相當于1秒內10億個周期。周期是處理器最小的時間單位。需要說明的是，時鐘頻率并不等于處理器在1秒內執行的指令數目。在很多計算機中，一些指令只有一個周期，但是也有些指令需要多個周期才能完成。有些微處理器甚至在單一的時鐘周期內執行幾個指令。

2000年3月，AMD公司正式推出了主頻達到1?GHz的“Athlon”處理器，從而掀開了吉赫茲處理器大戰。隨后Intel公司推出了PentiumⅣ處理器，其時鐘頻率達3.6?GHz，該處理器采用全新的Netburst架構，并且另外增加了144條全新指令，用于提高對視頻、音頻等多媒體信息及3D圖形的處理能力。

(2)字長。我們知道，字長就是運算器所能并行處理的二進制數的位數。字長較長的處理器在每個處理周期內可以處理更多的數據。字長越長，所能處理的數的范圍就越大，運算精度越高，處理速度也就越快，但價格也越高。

目前普遍使用的Intel和AMD處理器的微機大多支持32位字長，也有支持64位的。

(3)高速緩沖存儲器。高速緩沖存儲器有時也稱為高速緩存(Cache)，是一個專用的、位于CPU和內存之間的高速存儲器，它的容量比內存小但交換速度快。

緩存的工作原理是：當CPU要讀取一個數據時，首先從緩存中查找，如果找到就立即送給CPU處理；如果沒有找到，就用相對慢的速度從內存讀取并送給CPU處理，同時把這個數據所在的數據塊調入緩存中，這就使得以后對整塊數據的讀取都從緩存中進行，不必再調用內存。一級高速緩存(Level1Cache，L1)一般固化在處理器內部，容量與結構對CPU的性能影響較大。不過高速緩存均由靜態RAM組成，結構較復雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。二級高速緩存(Level2Cache，L2)位于單獨的芯片上，因此它需要更多的時間將數據傳送到處理器中。高速緩存器的容量通常以千字節來度量。

緩存大小也是CPU的重要指標之一，而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大。CPU內緩存的運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于系統內存和硬盤。

(4)指令集。所謂指令集，就是CPU中用來計算和控制計算機系統的一套指令的集合。每一種新型的CPU在設計時就規定了一系列與其他硬件電路相配合的指令集。而指令集的先進與否，也關系到CPU的性能發揮，它也是CPU性能體現的一個重要標志。當芯片設計者為處理器設計各種指令集時，他們往往會增加一些需要幾個時鐘周期才能執行的較復雜的指令。擁有這樣指令集的處理器使用了復雜指令集計算機(ComplexInstructionSetComputer，CISC)技術。而擁有數量有限且較簡單指令集的處理器使用了精簡指令集計算機(ReducedInstructionSetComputer，RISC)技術。RISC指令集是高性能CPU的發展方向。與傳統的CISC相比而言，RISC的指令格式統一，種類較少，尋址方式也比復雜指令集少，當然處理速度也提高很多。當今大多數Mac機(Apple公司生產的一款PC)的微處理器均采用RISC技術，而大多數PC機的微處理器采用CISC技術。4.2.2存儲器

存儲器(Memory)是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。根據存儲器是設在主機內部還是外部，可將其分為內存儲器和外存儲器。圖4-7內存儲器和硬盤存儲器

1．存儲器的構成

構成存儲器的存儲介質目前主要是半導體器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一個雙穩態半導體電路或一個CMOS晶體管或磁性材料的存儲元，它可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元，然后再由許多存儲單元組成一個存儲器。一個存儲器包含許多存儲單元，每個存儲單元可存放一個字節。每個存儲單元的位置都有一個編號，即地址，一般用十六進制表示。一個存儲器中所有存儲單元可存放數據的總和稱為它的存儲容量。假設一個存儲器的地址碼由20位二進制數(即5位十六進制數)組成，則可表示220，即1?M個存儲單元地址。每個存儲單元存放一個字節，則該存儲器的存儲容量為1024?KB。

2．內存儲器

內存儲器簡稱內存，位于微機主板上，用來存放當前計算機運行所需要的程序和數據。內存容量的大小是衡量計算機性能的主要指標之一。內存儲器的結構如圖4-8所示。圖4-8內存儲器的結構簡圖地址寄存器用來保存存儲器進行數據讀/寫時所應操作的存儲單元的地址。地址譯碼器則根據地址寄存器中的單元地址來定位對應的存儲單元，以便對該單元進行讀/寫操作。而讀/寫控制電路則發出命令，控制存儲器完成數據的讀出或寫入。

內存包括隨機存儲器(RandomAccessMemory，RAM)和只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)。

(1)隨機存儲器(RAM)。隨機存儲器主要用來暫時保存程序和數據，其特點是：信息可以隨時寫入或讀出，計算機一旦斷電，其中的信息立即丟失。因此RAM是計算機處理數據的臨時存儲區，要想使數據長期保存，必須將數據存放在外存儲器中。根據電路原理，RAM分為靜態RAM(SRAM)和動態RAM(DRAM)。計算機內存板一般采用DRAM，而高速緩存則采用SRAM，以實現內存的高速存取，適應高速CPU的需要。現在的個人計算機通常都有128?MB～2?GB的RAM。計算機所需要的RAM取決于所使用的軟件，通常軟件需要的RAM容量在軟件包裝外都有說明。為了滿足基本性能要求，運行Windows軟件最少需要256?MB的RAM，而要使游戲、圖形和視頻應用程序順利運行，往往需要512?MB的RAM。

(2)只讀存儲器(ROM)。只讀存儲器是一種存放計算機啟動程序的存儲器。ROM位于單個集成電路中，并插在主板上。與RAM的暫時、易失存不同，ROM的存儲是永久性的，不會因斷電而丟失信息。ROM上存儲的信息可以隨機讀出，但不可以高速地隨機寫入。ROM中固化了一個基本輸入/輸出系統，稱為BIOS，主要作用是完成對系統的加電自檢、系統中各功能模塊的初始化，以及引導操作系統。

ROM包括可編程只讀存儲器和可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)。

3．外存儲器

外存儲器簡稱外存，是計算機存儲器的重要組成部分，用以長期存儲程序和數據。外存儲器存取時要通過內存，而不與CPU直接打交道。與內存相比，外存的特點是存儲容量大，存取速度較慢，信息可長期保存，斷電后不丟失信息，價格便宜。目前常用的外存主要有磁存儲器(如軟盤、硬盤、磁帶等)、光存儲器(如光盤CD、數字視頻光盤DVD)和閃存設備(如U盤、記憶棒、閃存卡等)，參看圖4-9。外存和內存一樣，存儲容量也是以字節為基本單位的。圖4-9軟盤、光盤和閃存

1)磁存儲器

軟盤、硬盤和磁帶存儲技術屬于磁存儲，即靠磁化磁盤或磁帶表面的微粒來存儲數據。微粒保留磁化方向直到這個方向被改變，因此使用磁盤和磁帶可以相當持久地保存數據，但它們也是可更改的存儲介質，通過改變磁盤表面部分微粒的磁化方向便可輕易地更改和刪除存儲的數據。讀/寫頭就是磁盤驅動器中通過使存儲磁盤表面的微粒受磁來寫數據或讀取數據的機械裝置。硬盤是目前計算機最主要的存儲設備。硬盤驅動器是硬盤與主機系統間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機內存之間傳輸數據。不同的硬盤驅動器決定著硬盤與計算機之間的連接速度，在整個系統中，硬盤驅動的優劣直接影響著程序運行的快慢和系統性能的好壞。為了防止污垢接觸盤片而造成磁頭碰撞，硬盤是被封裝在盒中的。由于震動也會造成磁頭碰撞，因此在搬動和運輸時仍需小心。

需要注意的是，存儲在磁存儲器上的數據會因磁場、灰塵、泥土、熱和存儲設備存在的機械問題而改變。例如，放一塊磁鐵在軟盤上必然會使數據丟失。

2)光存儲器

CD(CompactDisc，CD)和DVD(DigitalVideoDisc，DVD)都是光存儲器。光存儲技術是一種通過光學的方法讀/寫數據的技術。光盤上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再轉化為0、1的數字信號就成了光存儲。光存儲設備利用低強度的激光來讀取存儲在光盤上的數據。光盤的表面涂有一層透明的塑料保護膜，使得光盤持久耐用且比存儲在磁介質上更不容易受外界環境的影響。圖4-10光盤和光盤驅動器光盤驅動器(如圖4-10所示)采用幾種不同的技術在CD和DVD盤上記錄數據。可記錄技術(Recordable)通過用激光改變夾在透明保護膜下的染色層的顏色來記錄數據，在染色層中的改變是永久的，所以數據一旦記錄就不能再改變。可擦寫技術(Rewritable)使用“相位改變”技術來改變光盤表面的晶狀體結構，從而記錄數據。晶狀體的結構可以從亮變暗再從暗變亮，而且可以反復多次，這就使光盤能像硬盤一樣重復記錄和修改數據。

所有的CD比傳統的軟盤的存儲容量都大，達到650?MB，而DVD的存儲容量更是達到了4.7～17?GB。

3)閃存

閃存(FlashMemory)是一種長壽命的非易失性(在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息)存儲器，數據刪除不是以單個的字節為單位而是以固定的區塊為單位，區塊大小一般為256?KB～20?MB。這種存儲技術在存儲信息的過程中沒有機械運動，這使得它的運行非常穩定，從而提高了它的抗震性能，使它成為所有存儲設備里最不怕震動的設備。由于它不存在類似軟盤、硬盤、光盤等的高速旋轉的盤片，因此它的體積往往可以做得很小。而現在的MP3播放器可以做得很小的原因就是因為采用了這種存儲技術。目前的閃存主要有閃存盤、閃存卡、記憶棒等。閃存盤通常也稱為優盤(U盤)，通過USB端口與計算機相連，它小巧便于攜帶，存儲容量大，價格便宜。一般的U盤容量有64?MB、128?MB、256?MB、512?MB、1?GB、2?GB、4?GB等。

閃存卡(FlashCard)一般應用在數碼相機、掌上電腦、MP3等小型數碼產品中，作為存儲介質使用。由于它樣子小巧，有如一張卡片，所以稱之為閃存卡。它通過一種稱為讀卡器的設備與計算機連接，將數據傳入計算機或從計算機導出，如圖4-11所示。根據不同的生產廠商和不同的應用，閃存卡有SmartMedia(SM卡)、CompactFlash(CF卡)、SecureDigital(SD卡)、MemoryStick(記憶棒)等。這些閃存卡雖然外觀、規格不同，但是技術原理都是相同的。圖4-11閃存卡和讀卡器4.2.3輸入和輸出設備

計算機的輸入/輸出設備簡稱I/O設備(Input/Outputdevices)，是計算機與外部世界進行信息交換的中介。人們通過I/O設備與計算機進行交流。

1．輸入設備

輸入設備用于將數據輸入到計算機中，即將人們習慣于閱讀和書寫的字母、數字、自然語言符號及圖像、語音和視頻信息轉換成計算機能夠處理的二進制數字0和1。大部分計算機都使用標準鍵盤和鼠標來輸入指令或數據，還可通過附加的輸入設備來掃描圖像、文本和條形碼，通過多媒體輸入設備來輸入語音或視頻。

1)鍵盤和鼠標

在計算機系統中，最常用的輸入設備就是鍵盤和鼠標。

多數的計算機鍵盤(Keyboard)是基于打字機的QWERTY(在大多數打字機鍵盤左上端的前6個字母鍵)布局設計的。除了基本的輸入鍵區外，臺式計算機和筆記本電腦的鍵盤還含有用來有效移動基于屏幕的插入點的編輯鍵區和執行特定任務的功能鍵區。多數的臺式計算機鍵盤還有數字鍵區。一些掌上電腦用戶可以使用輕便的可折疊鍵盤。各種各樣的鍵盤如圖4-12所示。圖4-12各種各樣的鍵盤鍵盤由一組按陣列方式裝配在一起的按鍵開關組成，鍵盤內還有一個單片微處理器，負責控制整個鍵盤的工作。鍵按下后，就相當于接通了相應的開關電路，根據其位置將該字符轉換成對應的二進制碼，并傳送給主機和顯示器。

鍵盤用于輸入字符、數字和標點符號都很方便，但卻不適合圖形操作。隨著計算機軟件的發展，圖形處理的任務越來越多，尤其現在出現的一些大型軟件，幾乎全部采用各種形式的“菜單”或“圖標”操作，操作時只要在屏幕特定的位置選定光標，該操作即可執行。鼠標(Mouse)就是這樣一種定點設備(參見圖4-13)，它可以方便、準確地移動光標進行定位，是一般窗口軟件和繪圖軟件的首選輸入設備。鼠標最基本的操作有三種：移動、點擊和拖曳。圖4-13光電鼠標和無線鼠標鼠標分為“有線鼠標”和“無線鼠標”。常見的有線鼠標有兩種：機械式和光電式；無線鼠標也有兩種：紅外線型和無線電波型。目前常用的鼠標是光電式鼠標。

機械式鼠標的下面有一個可以滾動的小球。當鼠標在桌面上移動時，小球和桌面摩擦，發生轉動。屏幕上的光標隨著鼠標的移動而移動，光標和鼠標器的移動方向是一致的，而且與移動的距離成比例。這種鼠標價格便宜，但易沾灰塵，影響移動速度，且故障率高，應經常清洗。光電式鼠標的下面是兩個平行放置的小光源(燈泡)，它只能在特定的反射板上移動。光源發出的光經反射后，再由鼠標器接收，并轉換為移動信號送入計算機，使屏幕光標隨著移動。其余原理和機械式鼠標相同。

紅外線型無線鼠標對鼠標與主機之間的距離有嚴格要求。無線電波型無線鼠標較為靈活，但價格貴。

除了鼠標，在筆記本電腦上還常常選用跟蹤球、指針棒、觸摸板、操縱桿等定點設備作為鼠標的替代物，如圖4-14所示。圖4-14可選用的定點設備跟蹤球(Trackball)是用以操縱顯示屏上光標移動的設備，類似于顛倒過來的機械鼠標，滾動球被裝在上面。要移動屏幕上的光標，只需用手指轉動小球。跟蹤球包含用手自由推動的球和兩個對應于x方向及y方向的軸角編碼器。球轉動時送出相應的x方向與y方向的編碼，控制屏幕上的光標隨球的移動方向移動。

觸摸板(TouchPad)是每一款筆記本電腦都必備的輸入設備，它由一塊能夠感應手指運行軌跡的壓感板和兩個按鈕組成，兩個按鈕相當于標準鼠標的左右鍵。觸摸板的優點是沒有機械磨損，控制精度也不錯，操作起來很方便，初學者很容易上手。缺點是使用者的手指潮濕或者臟污的話，控制起來就不那么順手了。指針棒(TrackPoint)的樣子很像橡皮頭，是一個在陶瓷制的指點桿上覆以有粗糙感的橡膠頂蓋的簡單的東西，它被鑲嵌在鍵盤的中間。用指尖輕推指點桿，其底部的陶瓷板就會產生細微的彎曲，安裝在陶瓷板上的4個彎曲傳感器馬上就會感知力度的方向和大小，并且能夠根據其強度和持續的時間準確地實現操作。如果僅僅是輕輕地施加一點力量，指針就會只移動幾個點的單位。繼續推動，指針就會加速平滑地移動。如果瞬間加以較大的力量，指針就會迅速移動到目標處。這種巧妙的設計，使指針的移動真正契合了用戶的操作意圖。IBMThinkPad筆記本電腦的所有型號一律采用的是指針棒。操縱桿看起來像微縮版的汽車變速桿，它包含一個不可移動的基底，一個與基底基本垂直的操縱桿和一個微處理器電路。基底上含有操縱桿傾斜角位移檢測裝置或力檢測裝置，用來檢測操縱桿的傾斜角位移或作用于操縱桿上的力。操縱桿上含有兩個或兩個以上的計算機鼠標功能按鍵。使用者通過手握操縱桿來控制計算機光標的移動，可以在玩計算機游戲時使用。

2)掃描儀

掃描儀是除鍵盤和鼠標之外被廣泛應用于計算機的一種圖形、圖像輸入設備，如圖4-15所示。可以利用掃描儀迅速地將圖形、圖像(包括文字)輸入到計算機中，因此它已成為圖像處理、圖文通信、出版系統等領域重要的輸入設備。

掃描儀對原稿進行光學掃描，然后將光學圖像傳送到光電轉換器中變為模擬電信號，又將模擬電信號變換成為二進制數字電信號，最后通過計算機接口送至計算機中。圖4-15平板掃描儀、條碼掃描儀、手持掃描儀

3)手寫板

手寫板也稱做電腦筆，它由筆與基板兩部分組成，用筆與基板的相互作用來完成寫字、畫畫和控制的功能。手寫板可分為兩大類：手觸式與電磁感應式。手觸板是利用筆觸及到基板時(如圖4-16)，基板上的電容及電阻發生的變化來起作用的。因此，所謂“筆”，可以是任何會改變電阻或電容的物件，例如手指或塑料棒。計算機根據筆的位置，便能使光標做相應的移動，或做其他的動作。由于筆必須接觸到基板才能作用，因此用起來比較不自然，反而有點像鼠標。另外手觸板的分辨度比較低，筆的位置很難精確判斷。再就是手觸板性能比較不穩定，使用一段時間后，也容易變得不好用。但是，手觸板要求的技術水平不是很高，所以還是有一定的應用。圖4-16手寫板而電磁感應式的電磁感應筆會放出電磁波，由基板感應到后，計算出筆的位置，報告給計算機。然后，計算機再做出移動光標或其他相應的動作。由于電磁波能隔著空氣傳導，因此筆即使不接觸到基板，基板也能感應得到。這樣筆只要在基板上一定高度之內，就仍然可以作用。但是電磁感應筆所需要的技術水平比較高。

4)其他輸入設備

計算機還可通過麥克風、數碼相機、數碼攝像機等外接設備將音頻、圖像及視頻信息輸入到計算機中(參見圖4-17)。圖4-17麥克風、數碼相機和數碼攝像機麥克風是一種語音輸入設備，與計算機聲卡連接，可將聲音信息輸入計算機。

數碼相機是近年發展起來的一種新型照相機。它將圖像存儲在數字相機的存儲器中，可以將圖像輸入到計算機中進行處理。數碼相機的性能指標主要是分辨率，分辨率越高，所能處理的圖像也越清晰。

數碼攝像機的存儲介質不再是錄像帶，它所攝取的影音信息可以直接輸入計算機進行處理。

2．輸出設備

輸出設備將計算機處理的結果還原成人們能夠理解的形式。輸出設備通常將結果顯示在屏幕上或打印到紙上。

1)顯示設備

顯示器是計算機基本的輸出設備。目前用于輸出的顯示設備有CRT、LCD和等離子三種。圖4-18幾種計算機顯示設備

CRT顯示器也叫陰極射線顯示器(CathodeRayTube)，它采用與標準電視類似的大型玻璃電子管。電子管內的槍狀機械裝置射出電子束到屏幕上，激活單個的顏色點形成圖像。CRT顯示器是便宜而可靠的計算機顯示器，其優點是價格低，但體積和耗電量比較大。

LCD顯示器也叫做液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay)或平板顯示器，它通過電流來改變液晶面板上的薄膜型晶體管內晶體的結構，使它顯像。LCD顯示器廣泛應用在筆記本電腦上。它的優點是顯示清晰，輻射低，體積和耗電都很小，但價格比較高。等離子顯示器依靠高電壓來激活顯像單元中的特殊氣體，使它產生紫外線來激發磷光物質發光。“等離子”得名于用氖氣填充的氣體并使它們發光。等離子顯示器與LCD相似，顯示清晰，緊湊輕便，但價格也比CRT顯示器貴許多。連接主機與顯示器的接口卡稱為顯示器適配卡，又稱顯卡，其作用是將主機的輸出信息轉換成字符、圖形和顏色等信息，傳送到顯示器上顯示。由CPU送來的數據會通過AGP或PCI-E總線，進入顯卡的圖形芯片(GraphicProcessingUnit，GPU)里進行處理。處理完后，相關數據會被運送到顯示內存(也稱顯存)里暫時儲存。然后數字圖像數據會被送入隨機存儲數字/模擬轉換器(RandomAccessMemoryDigitalAnalogConverter，RAMDAC)，轉換成計算機顯示需要的模擬數據。最后RAMDAC再將轉換完的類比數據送到顯示器成為我們所看到的圖像。顯示器圖像的質量取決于屏幕尺寸、點間距、分辨率、顏色數、刷新率等。屏幕尺寸是指熒光屏對角線的長度，單位為英寸，一般顯示器屏幕的尺寸為13英寸到21英寸。點間距是度量圖像清晰度的一種方式，越小的點間距意味著圖像越清晰，現在顯示器的點間距一般為0.26～0.23?mm。分辨率是指顯示器的屏幕上橫向和縱向可顯示的光點數，是顯示器重要的技術指標。早期的標準是VGA(VideoGraphicsArray，視頻圖形陣列)，分辨率為640×480，隨后的SVGA(Super，超級VGA)、XGA(eXtendedGraphicsArray，擴展圖形陣列)、SXGA(SuperXGA，超級XGA)和UXGA(UltraXGA，急速XGA)提供了更大的分辨率，如UXGA的分辨率為1600×1200。顏色數是顯卡在當前分辨率下能在屏幕上顯示的色彩數量，一般以多少色或多少bit色表示。刷新率是指屏幕更新的速度。一般來說，CRT顯示器每秒刷新60次(60?MHz)或75次(75?Hz)。刷新率越快，顯示器閃動就越少。

2)打印機

打印機是個人計算機最流行的輸出設備之一。目前最常用的打印機一般使用噴墨或激光技術。專門的打印技術還包括點陣式和熱轉印。

廣泛使用的擊打式打印機(也叫針式打印機)是點陣式的，這類打印機上的關鍵部件是一個可沿水平方向運動的打印頭，在打印頭上有一組可按控制命令動作的鋼針。通過電磁鐵帶動這組鋼針撞擊色帶，將一組組的點陣打印在紙上，組成輸出的文字和圖像。今天的針式打印機主要用在后臺，它運營成本低且可靠，但打印質量不高，例如我們常見的針式票據打印機(參見圖4-19)。圖4-19各種打印機噴墨打印機是通過噴墨管和噴墨頭將墨水噴射到打印紙上輸出信息的。噴墨打印機的打印噪音和印字效果都優于針式打印機，還具有價格較低的優點，是目前較為流行的打印機。噴墨技術也用于照片打印，能打印出由數碼相機和掃描儀產生的高質量圖像。

激光打印機是一種采用激光和電子照相技術在打印紙上輸出信息的非擊打式頁式打印機。它具有打印無噪音、速度快、分辨率高等特點，其打印出的字符和圖形的質量高于噴墨打印機和點陣打印機，但價格較貴。4.2.4計算機的購買及性能升級

當計算機已成為你生活中必不可少的一部分時，你可能就要考慮：怎樣買到最合適的計算機？能否改進現有計算機的性能呢？

1．購買計算機

我能為這臺計算機支付多少費用？我將怎樣使用計算機？不同的顧客有不同的需求，所以購買計算機的第一步是進行預算，并明確計算機的用途，如家庭娛樂、辦公、媒體處理等，而基于不同用途的計算機在具體配置上也大不相同。因此在購買之前，建議購買者應根據自己的實際情況歸納一個包括用途和預算在內的購買方案。明確這些因素后，接下來你往往會開始看各種計算機的廣告。典型的計算機廣告一般包含描述計算機部件和容量的一個長長的列表，如圖4-20所示。

廣告大多數會首先說明處理器的型號和速度，接著就會說明計算機中的存儲器及配置的存儲設備，如軟盤驅動器、硬盤驅動器、CD或DVD驅動器等，以及一些輸入/輸出設備。精明的計算機廠商想讓消費者認為處理器的速度越快越好，存儲器的容量越大越好，并希望消費者為自己的計算機配置各式各樣的存儲設備和輸入/輸出設備。那么購買者面對這些讓人眼花繚亂的廣告，如何進行選擇呢？學習了前面幾節的知識后，相信大多數讀者都會對計算機的硬件組成、各種硬件的性能和特點有了基本的了解，這時就可以根據自己的預算做出選擇。圖4-20DELL某型號計算機的部分廣告說明

1)考慮諸多因素比較微處理器的性能

微處理器是計算機的核心部件，在產品說明中處于重要的地位。通常計算機廣告都會醒目地指出使用的處理器型號和它的速度。微處理器執行每一個任務的速度都是以時鐘頻率來度量的。在其他因素相同的情況下，使用3.6?MHzCPU的計算機肯定要比使用1.5?MHz

CPU的計算機快得多。

但需要注意的是，除時鐘頻率以外，還有許多因素都可以影響微處理器的性能，如字長、高速緩存容量、指令集等，因此購買者需要考慮諸多因素并進行選擇。由于64位字長的處理器在每個時鐘周期內比32位字長的處理器可以處理更多的數據，因此購買者可以選擇較長字長的處理器以提高計算機性能。

從理論上講，容量大的高速緩存處理速度相應較快。但目前計算機的高速緩存容量一般與處理器特定的品牌和型號有關，它對消費者來說并沒有多大意義，因為在出廠時就已經固定了。例如，如果不相應地更換CPU，你就不能隨便在計算機上增加更多的一級高速緩存。指令集的強弱也是CPU的重要指標，是提高微處理器效率的有效工具之一。對于CPU來說，在基本功能方面，基本的指令集都差不多，但是許多廠家為了提升某一方面性能，又開發了擴展指令集。擴展指令集定義了新的數據和指令，能夠大大提高某方面的數據處理能力。例如，MMX指令集(MultiMediaExtensions，多媒體擴展指令集)是Intel公司于1996年推出的一項多媒體指令增強技術，SSE指令集(StreamingSIMDExtensions，單指令多數據流擴展)是Intel在Pentium?Ⅲ?處理器中率先推出的，SSE2指令集(StreamingSIMDExtensions2)是Intel公司在SSE指令集的基礎上發展起來的，SSE3指令集(StreamingSIMDExtensions3)是Intel公司在SSE2指令集的基礎上發展起來的，3DNow！是AMD公司開發的SIMD指令集，可以增強浮點和多媒體運算的速度。雖然擴展指令集可以增強游戲、圖形軟件和視頻編輯的速度，但是在使用這些指令時必須有相關軟件的支持。各個微處理器的生產商都會對自己的產品進行一系列的技術測試，以評估微處理器的總速率，這些測試的結果稱為基準。購買者在考慮諸多因素并比較以決定選擇哪種微處理器時，可以在相關的Web上查看測試結果，并同其他微處理器測試的結果進行比較。現在大多數計算機采用的微處理器是由Intel、AMD或者Motorola公司制造的。當今世界上最大的芯片制造商仍是Intel公司。Intel公司自它在1993年推出早期的奔騰(Pentium)系列后，一直在不斷地升級奔騰系列處理器。

1997年推出了PentiumⅡ，1999年推出了Pentium?Ⅲ，2000年推出了Pentium?Ⅳ，2001年推出了安騰(Itanium)，2002年推出了安騰Ⅱ。賽揚(Celeron)系列是Intel公司的低端處理器產品，因為它的價位很低，所以這款CPU沒有L2緩存。雖然賽揚系列的性能不如奔騰系列，但也可以很好地完成軟件的運行，因此也很受消費者的歡迎。AMD公司的Athlon和Opteron微處理器是Intel公司的奔騰和安騰系列的競爭產品。AMD公司的處理器雖比Intel公司相應型號的處理器便宜，但它在某些性能上卻略占優勢。而Motorola系列芯片主要用于AppleMacintosh計算機。那么最終選擇哪一種微處理器呢？這取決于你的預算和計算機的用途。市場上與計算機配套的微處理器基本能滿足教育、商業和娛樂的需求。但如果你在3D動畫、圖像處理、視頻編輯上有更高的要求，就可考慮Intel公司和AMD公司提供的最快的處理器。

2)?RAM的容量

RAM的容量是計算機廣告中的另一個主要指標。一般來講，RAM容量越大，就能提供更強的性能，可同時處理多個打開的文件，能一次同時運行更多打開的應用程序。

現在的個人計算機通常都有128?MB～2?GB的RAM。計算機所需要的RAM的容量依賴于所使用的操作系統和應用程序。近年來，RAM的價格不斷下跌，它并不是影響計算機價格的重要因素。為了有效運行Windows系統，計算機至少需要256?MB的RAM。但是在買回計算機后，你還可以擴充內存容量，直到達到計算機能支持的最大值。游戲、圖形和視頻應用軟件往往需要512?MB的RAM。我們在計算機主板上所配置的內存通常稱做物理內存。如果在計算機中運行的程序很大很多時，就會出現內存不夠用的情況，這時計算機會臨時使用硬盤的一部分來存儲部分程序和數據文件，以緩解內存的緊張。所使用的這部分硬盤空間被稱做虛擬內存。通過有選擇地交換RAM中的數據和虛擬內存中的數據，計算機幾乎可以使用無限的內存空間。但是過多使用虛擬內存會降低計算機系統的性能，因為從硬盤驅動器等機械設備中讀取數據要比從RAM中讀取數據慢，因此購買者可以在預算以內盡可能地增加RAM。需要說明的是，RAM除了容量外，還有一個指標就是速度。RAM的速度通常以納秒(nonsecond，ns)或MHz來表示。納秒值愈小，RAM的速度就愈快，它意味著RAM的線路可以更快地反應以更新它存放的數據。如果RAM的速度用MHz來表示，則MHz愈大，速度愈快。內存生產商們正在不斷努力生產更高速的內存。

當今大多數個人計算機都使用同步動態RAM(SynchronousDynamicRAM，SDRAM)或總線式動態RAM(RambusDynamicRAM,RDRAM)。雙倍速率SDRAM(DoubleDateRateSDRAM，DDRSDRAM)由于采用雙數據速率，提高了SDRAM的速度。SDRAM速度快且相對便宜。RDRAM比SDRAM貴，經常用在高性能的工作站上。大多數的計算機廣告都明確顯示了RAM的容量、速度和類型，如圖4-20列出了DELL某型號計算機的部分配置。從內存欄的說明“1GB(2×512)667?MHz雙通道DDR2SDRAM”中，我們可知該型號計算機的RAM的容量是1?GB，這對于一般用戶進行文字處理、上網和游戲而言，已經足夠了，它以667?MHz的速度運行(相當快)，用的是雙通道DDR2SDRAM。

3)添加存儲設備

購買者還需要為自己的計算機添加一些外部存儲設備，以方便數據的存儲。每種存儲設備都有自己的優點和缺點，購買者可以從功能性、耐用性、速度和容量等方面進行比較和選擇。

硬盤是計算機系統的主要存儲設備，它容量大(40～160?GB)，從文件中讀取數據的速度快，價格經濟實惠。硬盤存儲量是軟盤存儲量的數百萬倍，但硬盤驅動的價格僅為軟盤驅動價格的3倍。在計算機廣告中通常用相關術語首字母的縮寫詞來描述硬盤驅動器技術，如SATA(SerialATA)、SCSI(SmallComputerSystemInterface)、IDE(IntegratedDriveElectronics)等。盡管計算機廣告詳細說明了硬盤驅動控制器的類型，但消費者卻沒有太多的選擇。在計算機廣告中，還會有硬盤轉速的說明。轉速(RotationalSpeed)是硬盤內電機主軸的旋轉速度，也就是硬盤盤片在一分鐘內所能完成的最大轉數。轉速的快慢是標志硬盤檔次的重要參數之一，它是決定硬盤內部傳輸率的關鍵因素之一，在很大程度上直接影響到硬盤的速度。硬盤的轉速越快，尋找文件的速度也就越快，相對的硬盤的傳輸速度也就越快。硬盤轉速以每分鐘多少轉來表示，單位表示為RPM(RevolutionsPerMinute)，即轉每分鐘。

RPM值越大，內部傳輸率就越快，訪問時間就越短，硬盤的整體性能也就越好。家用的普通硬盤的轉速一般有5400?RPM、7200?RPM幾種。服務器用戶對硬盤性能要求最高，服務器中使用的SCSI硬盤轉速基本都采用10?000?RPM，甚至還有15?000?RPM的，性能要超出家用產品很多。如圖4-20所示的廣告中，硬盤容量為120?GB，RPM值為5400。

目前的計算機大多配有各種光驅動器，如CD驅動器或DVD驅動器。它們的基本技術相似，但存儲容量不同。光驅動器用幾種不同的技術在CD和DVD盤上記錄數據。計算機廣告中對所配置的光驅動器也會有相應的說明，如CD-R表示“可記錄CD技術”，“DVD-RW”表示存儲數據使用的是可擦寫技術。而光驅動器速度通常用多少倍數(×)來表示，數字越大，則說明驅動器讀/寫速度越快。目前市場主流內置式CD-RW產品最大能達到的是52倍速的刻錄速度，還有部分40倍速、48倍速的產品。DVD-RW產品能達到的最高刻錄速度為16倍速。若采用2～4倍速的刻錄速度，每秒數據傳輸量為2.76～5.52?MB，則刻錄一張4.7?GB的DVD盤片需要大約15～27分鐘的時間；而采用8倍速刻錄則只需要7到8分鐘，只比刻錄一張CD-R的速度慢一點。如圖4-20中的廣告說明中所配置的光驅是8倍速的一體化DVD光盤驅動器，其數據存儲采取的是可擦寫技術。

需要說明的是，DVD和CD的速度是用不同等級來衡量的。1×DVD驅動器的速度大約和9×CD的一樣。

4)選擇輸入/輸出設備

大多數計算機的基本配置都包括鍵盤和鼠標，以輸入基本數據。除了鼠標以外，還可以選擇其他的定點設備，如指針棒、觸摸板、跟蹤球等，但這些定點設備一般都用于筆記本電腦中。若希望在玩計算機游戲時更有趣，還可以添加操縱桿。至于掃描儀等圖形輸入設備的配置，則取決于購買者的用途了。顯示器當然是基本的輸出設備。在計算機廣告中，除了對顯示屏的說明外，通常還要說明顯卡的一些技術參數。顯卡的核心是顯示主芯片，其性能直接決定顯卡性能的高低。顯示主芯片不同的顯卡，不論從內部結構還是其性能，都存在著差異，而且價格差別也很大。一般來說，越貴的顯卡，性能自然越好。現在的顯卡都是3D圖形加速卡。由于顯存用于存放顯示芯片處理后的數據，因此顯存越大，顯卡支持的最大分辨率就越大，3D應用時的貼圖精度就越高。顯示內存的種類主要有SDRAM、SGRAM、DDRSDRAM等幾種，目前顯卡上被廣泛使用的顯存就是SDRAM和DDRSDRAM。RAMDAC的轉換速率以兆赫茲表示，它決定了刷新頻率的高低。其工作速度越高，頻帶越寬，高分辨率時的畫面質量就越好。該數值決定了在足夠的顯存下，顯卡最高支持的分辨率和刷新率。在圖4-20所示的計算機顯示設備的配置說明中，我們可以知道其顯示器為14.1英寸的TFT液晶寬屏，顯示模式為WXGA，分辨率是1280×800。顯卡中采用的DDR3顯存，容量為128?MB，顯卡的型號是NVIDIA公司的GeForfceTM8400MGS圖形芯片。除了顯示器外，打印機通常也是購買者首選的輸出設備。目前的個人打印機多是噴墨打印機和激光打印機。除了價格因素外，購買者在選擇打印機時，還應考慮以下幾個指標：

(1)分辨率。打印圖像及文本質量的清晰度取決于打印機的分辨率，它表示在每英寸打印紙上可以打印出多少個表征圖像輸出效果的色點，一般用點每英寸(dpi)來表示。打印機的分辨率數越大，圖像輸出的色點就越小，輸出的圖像效果就越精細。在正常的閱讀距離下，大約900?dpi的分辨率看起來已經足夠好了。要想打出精細的圖像質量，就要選擇高分辨率的打印機。

(2)打印速度。它指的是打印機在每分鐘能夠打印的頁數(ppm)或每秒打印的字符數(cps)。彩色打印一般比黑白打印需要更長的時間。通常個人打印機的打印速度是每分鐘6～10頁。不過需要注意的是，產品標識的打印速度，是指打印統一的字體、字號的純文本，并且在省墨(也有稱之為草稿方式)狀態下進行打印的最快速度。在日常的應用中，在絕大多數的情況下是達不到這個速度的。

(3)打印成本。除購買打印機的費用外，噴墨的墨盒及激光打印機的硒鼓在使用一段時間后，都需要更換，這些也應計入成本內。可以在網上查詢不同品牌的產品需要多長時間更換這些耗材及更換的費用。

當選擇了上述設備后，計算機的配置和性能就已基本確定了。最后需要強調的是，要買到最合適的計算機，一定要先進行預算，明確你所購買計算機的用途，并根據你的實際需要來進行選購，這樣當廣告商為你的計算機推薦各種各樣的配置時，你才會做出正確的選擇。

2．計算機硬件的性能升級

如果你已有了一臺計算機，但覺得性能還不夠理想，那么能不能在硬件做一些性能上的改進呢？這時可以考慮對計算機進行升級。

(1)能更換微處理器嗎?升級計算機的微處理器，從技術層面上說是可行的，這時你需要查看主板的型號，以確定主板能否支持更換的微處理器。但是很少有人這么做，因為首先從費用上看很不劃算，新的功能強大的微處理器的價錢往往超過一臺新計算機費用的一半；其次技術因素也不鼓勵升級微處理器，因為只有當一臺計算機的所有部件都高速工作時，微處理器的性能才能達到最大功效，否則更換的處理器就好像是裝在一條小木船上的高速馬達，小木船無法利用馬達的所有動力，自然就達不到期望的效果。

(2)擴展內存的容量。對一些游戲、視頻應用程序或大程序來說，所需要的內存會比普通應用程序大得多。如果用戶打開多個程序或者處理大文件時需要等待很長的時間，而計算機微處理器的速度相對還比較快，這時用戶可以考慮為系統增加更大的內存。至于內存能擴大到多少、用什么樣的內存，則取決于計算機的主板。在購買特定主板的RAM之前，用戶還應考慮下列因素：●安裝新硬件之前請聯系硬件制造商，以確保如果拆除計算機的蓋子不會取消擔保；

●查看用戶手冊或主板手冊，以確定RAM是奇偶校檢還是非奇偶校檢；

●確定RAM的速度(以納秒為測量單位)；

●確定計算機使用的是單列直插式內存模塊(SIMM)還是雙列直插式內存模塊(DIMM)；

●確定主板上的針腳數目是30、72還是168；

●確定主板上可用的開放式RAM插槽的數量。擴展內存是改善計算機性能的一種簡單有效的方式。內存容量擴充后，許多應用程序的執行速度會明顯變快。

(3)增加顯存的容量。如果希望更好地表現3D游戲的效果，增加顯存容量也是一種措施。目前主流顯存容量是128?MB、256?MB和高檔顯卡的512?MB，某些專業顯卡甚至已經具有1?GB的顯存了。

但是，顯存容量越大并不一定意味著顯卡的性能就越高，因為決定顯卡性能的三要素首先是其所采用的顯示芯片，其次是顯存帶寬，最后才是顯存容量。一款顯卡究竟應該配備多大的顯存容量才合適是由其所采用的顯示芯片所決定的，也就是說顯存容量應該與顯示核心的性能相匹配才合理，顯示芯片性能越高，所配備的顯存容量相應也應該越大，而低性能的顯示芯片配備大容量顯存對其性能是沒有任何幫助的。雖然硬件升級在一定程度上能夠改善計算機的性能，但升級要有明確的思路。如果計算機中的某個硬件系統性能不好，或對該系統有較高的要求，就建議升級該子系統。這種升級針對性強，見效快。比如，如果玩3D游戲速度不夠快，干脆就去買一片性能突出的3D加速卡升級一下。當單個硬件設備升級后，還必須考慮升級與此相關的其他設備，以配合其性能發揮。比如，顯卡升級后，微處理器的速度就必須跟上，以配合提供更佳的幾何處理能力。

4.3計?算?機?軟?件

只有硬件的計算機系統通常稱為裸機，如果沒有軟件系統的支持，它是無法工作的，無論它的配置如何地齊全。計算機的功能不僅僅取決于硬件系統，而且在更大程度上是由所安裝的軟件系統所決定的。那么這些軟件是如何使計算機完成眾多的任務的呢？這一節將介紹計算機軟件的各種特性及它們的工作原理。4.3.1軟件基礎知識

軟件決定了計算機能夠幫助用戶完成的任務種類。例如，我們大家熟悉的MicrosoftWord能進行文字處理，MicrosoftOutlook是個人信息管理程序和電子郵件通信軟件，Photoshop圖像處理軟件則能完成圖像編輯、圖像合成、校色調色及特效制作等，而AdobePremiere視頻編輯軟件則是目前主流的DV編輯工具，它為高質量的視頻提供了完整的解決方案。那么什么是軟件呢？

1．什么是軟件

在第3章中，我們知道，程序是命令計算機完成某個任務的指令的集合。這些程序及相關的數據和文檔資料組織在一起，能夠完成某個特定任務，這就是軟件。軟件是一種邏輯產品，看不見摸不著，但軟件通常制作成CD或DVD光盤來銷售，如圖4-21所示。圖4-21軟件制作成光盤銷售每個軟件包都包含若干個文件，其中至少包含一個能讓用戶打開或運行的可執行文件程序，這些文件的擴展名通常為?.exe。在安裝應用Windows系統的計算機中，可以通過點擊圖標、從Start菜單中選取可執行文件的方式來打開可執行程序。軟件包中還包含了若干不由用戶直接運行的程序，這些文件包含了在運行可執行程序時所需使用的大量指令。這些程序的擴展名通常是?.dll或?.ocx。

除了程序文件以外，許多軟件產品中還包含數據文件，如幫助文檔、軟件工具欄中的圖標文件等。這些數據文件的擴展名通常為?.txt、.bmp或?.hlp。

2．軟件是如何工作的

我們購買的或者從網上下載的軟件，大多是由專業的程序設計人員編寫的，當然也有用戶為自己編寫一些供個人使用的應用軟件。要想讓計算機幫助人們完成某項任務，就需要一種能夠讓人與計算機之間進行“溝通”的語言，這就是計算機語言，也稱為編程語言。程序設計人員利用編程語言來編寫可以完成某個特定任務的軟件。編程語言的種類很多，總的來說可以分成機器語言、匯編語言、高級語言三大類。但是程序設計人員很少用機器語言編寫程序，因為機器語言直接采用二進制代碼表示指令，例如用00000101000000000001表示乘法指令，用這樣的指令編寫程序是一件十分繁瑣的事。因此今天的程序設計人員更多的是使用高級語言來編寫程序，如C、C++、Java等。這些高級語言和人類使用的自然語言有很多相似之處，使用方便，用這些語言所編寫的程序也更容易修改。那么所編寫的軟件是怎樣運行工作的呢？

由于機器語言直接采用二進制代碼表示指令系統，因此是計算機硬件系統真正能理解和執行的唯一語言。如果程序是由機器語言編寫的，那么計算機只需按照程序中描述的指令集，由微處理器去順序執行。

但是高級語言編寫的指令必須先翻譯成機器語言才能被計算機使用。這個翻譯過程可以由兩種專門的程序來完成：編譯器和解釋器。編譯器將程序中的所有指令翻譯后，生成被稱為目標代碼的機器語言指令，然后存入新的文件中，如圖4-22所示。光盤上的商用軟件里的程序文件都已被編譯過，包含有處理器能夠執行的機器語言指令。圖4-22編譯器將程序翻譯成可執行文件解釋器對高級語言程序的翻譯采取的是另一種方法，即在程序運行的同時翻譯指令。解釋器讀取程序中的第一條指令，將它轉換為機器語言指令，再將它傳輸給微處理器。當這條指令執行完后，再翻譯下一條指令，如此反復進行，直到程序中的所有指令都執行完。由于程序的運行是邊翻譯邊執行的，因此運行的速度比編譯器翻譯的程序運行得要慢。

3．軟件的分類

軟件通常分為兩大類：系統軟件和應用軟件。系統軟件用來控制和協調計算機系統的各個組成部分，以便各部件能夠高效地運行，例如操作系統、設備驅動程序等。應用軟件是用戶用來完成某一特定任務的軟件，如字處理軟件、圖像處理軟件、視頻編輯軟件等。但實際上，系統軟件和應用軟件之間并不總是界限分明的，因為系統程序經常也包括一些常見的應用，例如MicrosoftWindows操作系統中也包括一些應用，如Web瀏覽器、日歷以及記事本等。而且，應用程序有時也會允許用戶做很少的一部分系統工作，如刪除磁盤上的文件或重命名。某個程序具體歸類于系統軟件還是應用軟件，主要取決于該程序所能完成的主要工作。4.3.2操作系統軟件

計算機的操作系統(OperationSystem，OS)是任何一個計算機系統都不可缺少的一部分，它從根本上影響著計算機的使用。例如，能否將計算機連接到網絡上，是否可以同時運行兩個程序，這些都取決于計算機所使用的操作系統。沒有操作系統，其他任何程序都不能運行，甚至計算機也不能工作。操作系統通過應用軟件、設備驅動程序和硬件間的交互來管理計算機資源。這些資源可以是處理器、內存或輸入/輸出設備。當用戶使用某個應用軟件時，應用軟件就按照其程序中指令的安排，命令操作系統做相應的處理，操作系統再命令設備驅動程序，然后由設備驅動程序驅動硬件，相關的硬件就會開始工作，如圖4-23所示。圖4-23操作系統控制打印機打印文檔

1．操作系統的功能

當用戶使用應用軟件時，計算機操作系統也在忙著處理以下的任務：管理處理器資源、管理內存、管理存儲的文件、保證輸入/輸出的正常進行等。

1)處理器的管理

處理器是計算機中的核心資源，所有程序的運行都要靠它來實現。如何協調各程序之間的運行關系，如何及時反應不同用戶的不同要求，如何讓眾多用戶能夠公平地得到計算機的資源等都是處理器管理要關心的問題。具體地說，處理器管理要做如下事情：對處理器的時間進行分配，對不同程序的運行進行記錄和調度，實現用戶和程序之間的相互聯系，解決不同程序在運行時相互發生的沖突。處理器管理是操作系統中的核心部分，它的管理方法決定了整個系統的運行能力和質量，代表著操作系統設計者的設計觀念。

2)存儲器的管理

存儲器用來存放用戶的程序和數據，存儲器容量越大，存放的數據就越多。生產商也在不斷地擴大存儲器的容量，以滿足用戶對存儲器容量的需求。但是，存儲器容量是不可能無限增長的，而用戶對存儲器容量的需求是無限的。當用戶想要同時運行多個程序時，自然而然會帶來許多管理上的要求，這就是存儲器管理要做的。存儲器的管理要進行以下的工作：以最合適的方案為不同的用戶和不同的任務劃分出分離的存儲器區域，保障各存儲器區域不受別的程序的干擾(參見圖4-24)；在主存儲器區域不夠大的情況下，使用硬盤等其他輔助存儲器來替代主存儲器的空間，自行對存儲器空間進行整理等。圖4-24RAM的使用

3)文件的管理

硬盤和其他外部存儲設備上的數據都是以文件的形式存放的，這些文件可以是文檔、照片、音樂、視頻、電子郵件或是計算機程序。每個文件都有以下特征：名稱、格式、位置、大小和日期。對這些文件的管理也是由操作系統完成的。操作系統負責創建、命名、存儲和恢復硬盤、磁盤和CD上的文件，它知道計算機中所有文件的名字和位置，知道哪里有可以存儲新文件的空閑空間。依靠操作系統，可以使用應用程序或是操作系統提供的特定的文件管理實用程序來組織和操作文件。

4)作業管理

當用戶開始與計算機打交道時，第一個接觸的就是作業管理部分，用戶通過作業管理所提供的界面對計算機進行操作。因此作業管理擔負著兩方面的工作：向計算機通知用戶的到來，對用戶要求計算機完成的任務進行記錄和安排；向用戶提供操作計算機的界面和對應的提示信息，接受用戶輸入的程序、數據及要求，同時將計算機運行的結果反饋給用戶。更具體地說，作業管理要提供安全的用戶登錄方法、方便的用戶使用界面、直觀的用戶信息記錄形式和公平的作業調度策略等。

5)設備管理

計算機主機連接著許多設備，這些設備都可以看做是資源。有專門用于輸入/輸出數據的設備，也有用于存儲數據的設備，還有用于某些特殊要求的設備。這些設備又來自于不同的生產廠家，型號更是五花八門。設備管理的任務就是：為用戶提供設備的獨立性，使用戶在使用設備時不需要了解設備的具體操作，只需發出相關的操作要求。設備管理的具體內容是：在接到用戶的要求以后，將用戶提供的設備名與具體的物理設備進行連接，再將用戶要處理的數據送到物理設備上；對各種設備信息進行記錄、修改；對設備行為進行控制。操作系統會確保以有序的形式處理輸入和輸出，并在計算機忙于其他任務時使用“緩沖區”來收集和保存數據。例如，因為有鍵盤緩沖區，無論用戶敲擊鍵盤的速度有多快，或者計算機同時還在做其他事情，計算機都不會漏掉用戶按下的任何一個鍵。

2．用戶與操作系統的交互

操作系統程序都非常龐大，大部分內容都存儲在硬盤上。操作系統的引導程序存儲在只讀存儲器中，它能夠在系統啟動時提供指令，將內核指令加載到內存中。操作系統的核心部分指令稱為內核，內核提供的是操作系統中最重要的服務，如內存管理和文件訪問。在計算機運行時內核會一直駐留在內存中。操作系統的其他部分，例如定制使用程序，則只有需要時才載入。早期用戶與計算機之間的交互是通過鍵盤和顯示器進行的，操作員通過鍵盤輸入命令，操作系統接到命令后立即執行并將結果通過顯示器顯示。而現在大多數的操作系統都具有圖形用戶界面，如圖4-25所示。圖形用戶界面提供了用鼠標點擊來選擇菜單項并操作屏幕上顯示圖形對象的方法，用戶不再需要輸入各種命令就可方便地運行程序和完成任務。操作系統的用戶界面為所有它所兼容的軟件定義了“外觀”。例如在Windows下運行的應用軟件使用一組基于操作系統的用戶界面的標準菜單、按鈕和工具欄。圖4-25Windows系統的圖形用戶界面許多操作系統還提供了被稱為實用程序的工具，幫助用戶來控制和定制計算機設備和工作環境，如啟動程序、獲得幫助、配置設備等。

3．各種不同的操作系統

市場為用戶提供了多種可供選擇的操作系統。由于人們的要求和興趣各不相同，因此不同的操作系統存在著很大的區別，其中最主要的差異包括用戶界面的類型、操作系統面向的對象是個人還是網絡服務、操作系統的設計面向的處理和CPU的類型等。人們對操作系統進行了大致的分類：

(1)單用戶操作系統。個人計算機上配置的操作系統大多屬于這種類型，一次只能由一個用戶使用。目前單用戶操作系統采用了很多傳統操作系統技術，例如虛存、并發、多任務等，聯網、移動通信功能已成為它的一個重要組成部分。常見的單用戶操作系統有Windows95，OS/2等。

(2)多用戶操作系統。這種操作系統允許一臺計算機(通常是大型機)處理來自多個用戶的同時輸入、輸出和處理要求。多用戶操作系統的最艱巨的任務之一就是將作為中心的計算機必須完成的處理請求進行排定。IBM公司的OS/390就是最常見的大型機的多用戶操作系統之一。

(3)網絡操作系統。網絡操作系統使計算機操作系統增加了網絡操作所需要的能力，提供允許計算機之間共享數據、程序和外圍設備的通信和路由服務，例如眾所周知的NovellNetware。實際上網絡服務和多用戶服務之間的區別是比較模糊的，尤其是UNIX、Linux和SunMicrosystem公司的Solaris等操作系統都能提供這兩種服務。但是最主要的區別是：多用戶操作系統將作為中心計算機要處理的要求進行排序；而網絡操作系統則是簡單地通過路由將數據和程序發送給每個用戶的本地計算機，所以實際的處理發生在本地計算機上。

(4)多任務操作系統。該系統提供了能夠允許同時運行兩個或更多的程序的處理和存儲管理服務。現在的大多數計算機操作系統，包括個人計算機上的操作系統，都提供多任務服務。

(5)桌面操作系統。這是一種為臺式機、筆記本等個人計算機設計的操作系統，如我們使用的Windows系統。通常，這些操作系統都被設計成單一用戶的，不過它們也可以提供網絡功能和多任務功能。

需要說明的是，操作系統的分類并沒有唯一的標準，可以根據操作系統的工作方式、運行環境、架構進行不同的分類。

4．幾種主要的操作系統

目前主要的計算機操作系統有MicrosoftWindows操作系統、UNIX操作系統、Linux操作系統、MacOS及DOS操作系統。

1)?MicrosoftWindows操作系統

目前最受歡迎的操作系統當屬Windows操作系統，全世界超過80%的個人計算機上安裝了Windows系統。在Windows上運行的應用程序的數量和多樣性是其他任何操作系統都無法匹敵的，這個事實也使得Windows最終獲得了世界個人電腦操作系統軟件的壟斷地位。

目前Windows2000、WindowsXP、WindowsServer2003以及于2005年7月發布的WindowsVista(視窗操作系統遠景版)是使用較多的操作系統版本。關于這些軟件的更為詳細的內容我們在隨后的第8章進行介紹。

2)?UNIX操作系統

UNIX是一個強大的多用戶、多任務操作系統，支持多處理器架構，最早由KenThompson,DennisRitchie

和?DouglasMcIlroy

于1969年在?AT&T

的貝爾實驗室開發。

貝爾實驗室開發的UNIX在學術機構和大型企業中都得到了廣泛的應用，當時的UNIX擁有者AT&T公司以低廉甚至免費的許可將UNIX源碼授權給學術機構做研究或教學之用，許多機構在此源碼基礎上加以擴充和改進，形成了所謂的UNIX“變種(Variations)”，這些變種反過來也促進了UNIX的發展。

UNIX是一個柔性操作系統，所以它可以廣泛地應用在各種類型的機器上。Windows專為Intel芯片設計，MacOS專為PowerPC芯片設計，而UNIX并不專為某一種處理器而設計。從微型機到大型機，所有的計算機系統都可以運行UNIX，而且它也可以通過網絡連接很容易地和不同廠家生產的各種各樣的設備結合起來。在許多類型的應用中，和其他操作系統相比，這種柔性設計大大提高了UNIX的市場競爭力。但是在過去的幾年里，也有些不足限制了UNIX的發展。它通常采用命令行用戶界面，這使得與圖形界面相比使用起來比較困難。此外，同樣賦予UNIX柔性結構的特征又使得它在運行速度上遠遠低于其他專為某種處理器量身定制的操作系統。這些特性大大限制了UNIX在受控于特定類型的個人計算機環境中的應用，比如它就很少用于基于Windows的計算機中。

今天最新版的UNIX系統使用圖形界面代替了傳統的命令行界面。而且，在所有未來的UNIX版本中都加入一個新的單獨的UNIX使用說明，以期緩和過去不同版本之間不兼容的問題，有助于更好地克服UNIX的最大弱點。

3)?Linux操作系統

1991年4月，年輕的芬蘭學生LinuxTorvalds(見圖4-26)根據可以在低檔機上使用的MINIX(MiniUNIX，迷你版本的類UNIX操作系統)，設計了一個系統核心Linux0.01，但沒有使用任何MINIX或UNIX的源代碼，他將源代碼放到了芬蘭的FTP站點上供人免費下載。這時的Linux只有核心程序，還不能稱做是完整的系統。但Linux是一種資源開放型軟件，即它的程序源代碼是面向公眾開放的，可以對其進行修改、改進或針對某個特殊應用進行用戶化。多年以來，許多專業用戶(主要是程序員)自愿地開發Linux的應用程序，并借助Internet與他人共享改進代碼，所以Linux周邊的程序越來越多，Linux本身也逐漸發展壯大起來。圖4-26芬蘭學生LinuxTorvalds雖然最初Linux的設計采用命令行用戶界面，但是今天絕大多數的新版Linux均采用圖形用戶界面。通常，這些用戶界面分別基于KDE(KDesktopEnvironment)或GNOME(GNUNetworkObjectModelEnvironment)桌面環境、KDE網絡設計產品和GNOME設計基礎而構建。所有的設計機構都忠于自由發展、桌面環境下易于使用的原則，采用Linux和其他類似UNIX操作系統的強大應用框架結構。一般情況下，購買的Linux操作系統所得到的支持和幫助要遠遠大于自由下載Linux操作系統所得到的。現在的Linux經過數次改版(包括核心的升級和周邊程序的完善)，已經發展成了一個遵循POSIX(PortableOperatingSystemInterfaceofUNIX)標準的純32位操作系統，64位版本也在開發之中。Linux可以兼容大部分的UNIX系統，很多UNIX的程序不需要改動，或經很少的改動就可以運行于Linux環境；內置TCP/IP協議，可以直接連入Internet，作為服務器或者終端使用；內置JAVA解釋器，可直接運行JAVA源代碼；具備程序語言開發、文字編輯和排版、數據庫處理等能力；提供XWindows的圖形界面；主要用于x86系列的個人電腦，也有其他不同硬件平臺的版本，支持現在流行的所有硬件設備。就性能上來說，Linux并不弱于Windows甚至UNIX，而且靠仿真程序還可以運行Windows應用程序。它有成千上萬的各類應用軟件，并不輸于Windows的應用軟件數量，其中也有商業公司開發的贏利性的軟件。最可貴的是：它是一個真正的UNIX系統，可以供專業用戶和想學UNIX的人在自己的個人電腦上使用。

Linux是一個非常靈活的系統，相對于Windows而言也是一個比較難用的系統，就如同大多數用戶用不慣MacOS的單鍵鼠標一樣。想要對Linux輕車熟路，你必須懂得一些相關知識，如軟、硬件的配置，最好還懂點程序，因為別人沒有義務為你提供技術支援，除了和其他用戶交流之外，你必須要自己解決問題。當然，如果你只是作為日常應用，就不需要那么復雜了，Linux一樣會為你提供完美的操作環境，你所要做的就是改變使用習慣和成見。

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