信息基礎(chǔ)技術(shù)

所謂計(jì)算機(jī),是一種能接收、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù),并能在存儲(chǔ)指令程序控制下產(chǎn)生輸出結(jié)果的快速、精確的符號加工系統(tǒng),這一系統(tǒng)是在存儲(chǔ)指令程序控制下工作的.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件構(gòu)成.
硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際裝置,是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心(稱為硬核),一般由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等組成,它以機(jī)器語言提供給程序員使用.
軟件指的是操作系統(tǒng)、文本編輯程序、調(diào)試程序、匯編程序、編譯程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、文字處理系統(tǒng)、視窗(Windows)軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件以及其它各種應(yīng)用程序等,其中較低層次的程序（如操作系統(tǒng)、匯編程序）與硬件密切有關(guān),而用戶在使用高級語言或第四代語言編寫程序時(shí),基本上已與硬件的實(shí)現(xiàn)無關(guān),但是硬件的結(jié)構(gòu)和性能對程序處理的速度影響極大.
,也可以用硬件實(shí)現(xiàn),因此軟、硬件之間沒有固定不變的分界面,而是受實(shí)際應(yīng)用的需要以及系統(tǒng)性能價(jià)格比所支配.從使用人員來看,機(jī)器的速度、可靠性、可維護(hù)性是主要的硬件技術(shù)指標(biāo).具有相同功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),其軟、硬件之間的功能分配可以有很大差異.
回顧計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史可以看出,在早期,由于硬件昂貴,所以計(jì)算機(jī)的硬件比較簡單,盡量讓軟件完成更多的工作.但是隨著組成計(jì)算機(jī)的基本元器件的發(fā)展,其價(jià)格不斷下降,性能不斷提高,因而硬件成本不斷下降.與此同時(shí),隨著應(yīng)用的不斷發(fā)展,軟件成本在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所占的比例不斷上升,這就造成了軟、硬件之間的分界面的推移,即將某些由軟件完成的工作交給硬件去完成,同時(shí)還提高了計(jì)算機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度.


一、計(jì)算機(jī)的硬件組成
組成計(jì)算機(jī)的基本部件有中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器和輸入/輸出（I/O）設(shè)備.圖2-1是計(jì)算機(jī)硬件的基本組成.

圖2-1計(jì)算機(jī)硬件的基本組成
二、輸入/輸出設(shè)備
輸入/輸出設(shè)備一般由兩部分組成,一部分是設(shè)備本身,另一部分是設(shè)備接口,用來控制并實(shí)現(xiàn)設(shè)備與主機(jī)之間的信息傳送.有時(shí)也將輸入/輸出設(shè)備和輔助儲(chǔ)存器稱為外圍設(shè)備,這是因?yàn)檫@些設(shè)備不屬于CPU,但又位于CPU附近.
（一）輸入設(shè)備
輸入設(shè)備用來輸入原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序.
輸入的信息有數(shù)字、字母和控制符等,人們常用8位二進(jìn)制碼來表示1個(gè)數(shù)字（0-9）、1個(gè)字母（A、B、C、..X、Y、Z）或1個(gè)控制符.當(dāng)前通用的是ASCII碼,它用7位二進(jìn)制碼來表示1個(gè)字符,最高的1位可用于奇偶校驗(yàn)或作為其它用處.在計(jì)算機(jī)中,一般把8位二進(jìn)制碼稱為1個(gè)字節(jié).在我國使用的計(jì)算機(jī),一般都要求有漢字處理能力,在機(jī)內(nèi)一般用2個(gè)字節(jié)來表示1個(gè)漢字.

存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù),是計(jì)算機(jī)中各種信息的存儲(chǔ)和交流中心.存儲(chǔ)器可與CPU、輸入/輸出設(shè)備交換信息,起存儲(chǔ)、緩沖、傳遞信息的作用.
對存儲(chǔ)器的基本要求是能夠按指定地址讀出/寫入信息.存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成,所有單元按順序依次編號,每個(gè)單元的編號稱為此單元的地址,每個(gè)單元的地址是各不相同的,例如某存儲(chǔ)器有1024個(gè)單元,則它的地址編碼從0到1023.如果一個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié),稱之為按字節(jié)編址.但一次讀出/寫入過程往往是讀出/寫入一個(gè)字,字長因機(jī)器而異,例如有的機(jī)器以32位二進(jìn)制碼(即4個(gè)字節(jié))作為一個(gè)字,而有的機(jī)器以64位二進(jìn)制碼作為一個(gè)字.
存儲(chǔ)器中包含的所有存儲(chǔ)單元之總和稱為存儲(chǔ)容量,讀出/寫入一個(gè)字的時(shí)間稱為讀寫時(shí)間（或存取時(shí)間）,兩次讀出/寫入操作之間的時(shí)間間隔稱為讀寫周期（或存取周期）.
存儲(chǔ)器又有主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器之分,在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的當(dāng)前程序和數(shù)據(jù)存放在主存儲(chǔ)器中,主存儲(chǔ)器一般為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,輔助存儲(chǔ)器一般指的是磁盤存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器.

中央處理器（CPU）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心.CPU由三部分組成：主存儲(chǔ)器部分、算術(shù)-邏輯部分和控制部分.
運(yùn)算器是對信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算的部件,經(jīng)常進(jìn)行的是算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,所以在其內(nèi)部有一個(gè)算術(shù)和邏輯運(yùn)算部件ALU.在計(jì)算機(jī)中,一些復(fù)雜的運(yùn)算往往被分解成一系列算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算.
控制器主要用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行過程的自動(dòng)化,即實(shí)現(xiàn)程序的自動(dòng)執(zhí)行.在控制器控制之下,從輸入設(shè)備輸入程序和數(shù)據(jù),并自動(dòng)存放在存儲(chǔ)器中,然后執(zhí)行在存儲(chǔ)器中的程序,最后將結(jié)果打印輸出.程序是由一系列指令組成的,執(zhí)行程序的過程實(shí)際上是按一定順序執(zhí)行一串指令的過程.控制器產(chǎn)生一系列控制信號,控制從存儲(chǔ)器中取出指令,分析指令功能,完成指令規(guī)定的操作,并確定下一條指令的地址,不斷重復(fù),直到程序執(zhí)行完畢.

（一）通用和專用計(jì)算機(jī)
專用計(jì)算機(jī)是完成某一專門任務(wù)的計(jì)算機(jī),其指令程序是固化或永久存儲(chǔ)在該機(jī)器上的.雖然它缺乏通用性,但它執(zhí)行其單一任務(wù)時(shí)很快,效率很高.比如用于監(jiān)視家庭設(shè)施、控制燃料、點(diǎn)火以及汽車中的儀表系統(tǒng)等.
通用計(jì)算機(jī)是一種可存儲(chǔ)不同的程序、應(yīng)用范圍無可估量的計(jì)算機(jī).通用計(jì)算機(jī)的通用性只是受人們創(chuàng)造力的限制.大多數(shù)情況下所使用的計(jì)算機(jī)是通用計(jì)算機(jī).
（二）微型、小型、大型計(jì)算機(jī)和超級計(jì)算機(jī)
規(guī)模最小的叫做微型計(jì)算機(jī)或小型計(jì)算機(jī).微型計(jì)算機(jī)或個(gè)人計(jì)算機(jī)是最小的通用系統(tǒng).小型計(jì)算機(jī)也是小型通用系統(tǒng).盡管某些新的微型計(jì)算機(jī)的性能已超過某些舊的小型機(jī),但一般來講小型機(jī)比微型計(jì)算機(jī)功能更強(qiáng),價(jià)格更貴.
隨著規(guī)模的增大,就形成了大型計(jì)算機(jī),它比一般的小型機(jī)有更快的處理速度和更大的存儲(chǔ)容量.
最后是超級計(jì)算機(jī),它用于處理更復(fù)雜的科學(xué)問題,這種計(jì)算機(jī)規(guī)模最大、速度最快.