??第一部分公共基礎(chǔ)知識(shí)

第1章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

1．1算法

1．算法的基本概念

(1)概念：算法是指一系列解決問(wèn)題的清晰指令。

(2)4個(gè)基本特征：可行性、確定性、有窮性、擁有足夠的情報(bào)。

(3)兩種基本要素：對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的運(yùn)算和操作、算法的控制結(jié)構(gòu)(運(yùn)算和操作時(shí)問(wèn)的順序)。

(4)設(shè)計(jì)的基本方法：列舉法、歸納法、遞推法、遞歸法、減半遞推技術(shù)和回溯法。

2．算法的復(fù)雜度

(1)算法的時(shí)間復(fù)雜度：執(zhí)行算法所需要的計(jì)算工作量。

(2)算法的空間復(fù)雜度：執(zhí)行算法所需的內(nèi)存空間。

1．2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指相互有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)元素的集合，即數(shù)據(jù)的組織形式。其中邏輯結(jié)構(gòu)反映數(shù)據(jù)元素之間邏輯關(guān)系；存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間中的存放形式，有順序存儲(chǔ)、鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)、索引存儲(chǔ)和散列存儲(chǔ)4種方式。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按各元素之間前后件關(guān)系的復(fù)雜度可劃分為：

(1)線性結(jié)構(gòu)：有且只有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有一個(gè)直接前驅(qū)和一個(gè)直接后繼的非空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

(2)非線性結(jié)構(gòu)：不滿足線性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

1．3線性表及其順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

1．線性表的基本概念

線性結(jié)構(gòu)又稱線性表，線性表是最簡(jiǎn)單也是最常用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2．線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

·元素所占的存儲(chǔ)空間必須連續(xù)。

·元素在存儲(chǔ)空間的位置是按邏輯順序存放的。

3．線性表的插入運(yùn)算

在第i個(gè)元素之前插入一個(gè)新元素的步驟如下：

步驟一：把原來(lái)第n個(gè)節(jié)點(diǎn)至第i個(gè)節(jié)點(diǎn)依次往后移一個(gè)元素位置。

步驟二：把新節(jié)點(diǎn)放在第i個(gè)位置上。

步驟三：修正線性表的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

在最壞情況下，即插入元素在第一個(gè)位置，線性表中所有元素均需要移動(dòng)。

4．線性表的刪除運(yùn)算

刪除第i個(gè)位置的元素的步驟如下：

步驟一：把第i個(gè)元素之后不包括第i個(gè)元素的n-i個(gè)元素依次前移一個(gè)位置；

步驟二：修正線性表的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

1．4棧和隊(duì)列

1．棧及其基本運(yùn)算

(1)基本概念：棧是一種特殊的線性表，其插入運(yùn)算與刪除運(yùn)算都只在線性表的一端進(jìn)行，也被稱為“先進(jìn)后出”表或“后進(jìn)先出”表。

·棧頂：允許插入與刪除的一端。

·棧底：棧頂?shù)牧硪欢恕?/p>

·空棧：棧中沒(méi)有元素的棧。

(2)特點(diǎn)。

·棧頂元素是最后被插入和最早被刪除的元素。

·棧底元素是最早被插入和最后被刪除的元素。

·棧有記憶作用。

·在順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)下，棧的插入和刪除運(yùn)算不需移動(dòng)表中其他數(shù)據(jù)元素。

·棧頂指針top動(dòng)態(tài)反映了棧中元素的變化情況

(3)順序存儲(chǔ)和運(yùn)算：入棧運(yùn)算、退棧運(yùn)算和讀棧頂運(yùn)算。

2．隊(duì)列及其基本運(yùn)算

(1)基本概念：隊(duì)列是指允許在一端進(jìn)行插入，在另一端進(jìn)行刪除的線性表，又稱“先進(jìn)先出”的線性表。

·隊(duì)尾：允許插入的一端，用尾指針指向隊(duì)尾元素。

·排頭：允許刪除的一端，用頭指針指向頭元素的前一位置。

(2)循環(huán)隊(duì)列及其運(yùn)算。

所謂循環(huán)隊(duì)列，就是將隊(duì)列存儲(chǔ)空間的最后一個(gè)位置繞到第一個(gè)位置，形成邏輯上的環(huán)狀空間。

入隊(duì)運(yùn)算是指在循環(huán)隊(duì)列的隊(duì)尾加入一個(gè)新元素。

當(dāng)循環(huán)隊(duì)列非空(s=1)且隊(duì)尾指針等于隊(duì)頭指針時(shí)，說(shuō)明循環(huán)隊(duì)列已滿，不能進(jìn)行人隊(duì)運(yùn)算，這種情況稱為“上溢”。

退隊(duì)運(yùn)算是指在循環(huán)隊(duì)列的隊(duì)頭位置退出一個(gè)元素并賦給指定的變量。首先將隊(duì)頭指針進(jìn)一，然后將排頭指針指向的元素賦給指定的變量。當(dāng)循環(huán)隊(duì)列為空(s=0)時(shí)，不能進(jìn)行退隊(duì)運(yùn)算，這種情況稱為“下溢”。

1．5線性鏈表

在定義的鏈表中，若只含有一個(gè)指針域來(lái)存放下一個(gè)元素地址，稱這樣的鏈表為單鏈表或線性鏈表。

在鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)方式中，要求每個(gè)結(jié)點(diǎn)由兩部分組成：一部分用于存放數(shù)據(jù)元素值，稱為數(shù)據(jù)域；另一部分用于存放指針，稱為指針域。其中指針用于指向該結(jié)點(diǎn)的前一個(gè)或后一個(gè)結(jié)點(diǎn)(即前件或后件)。

1．6樹和二叉樹

1．樹的基本概念

樹是簡(jiǎn)單的非線性結(jié)構(gòu)，樹中有且僅有一個(gè)沒(méi)有前驅(qū)的節(jié)點(diǎn)稱為“根”，其余節(jié)點(diǎn)分成m個(gè)互不相交的有限集合T1，T2，…，T}mm，每個(gè)集合又是一棵樹，稱T1，T2，…，T}mm為根結(jié)點(diǎn)的子樹。

·父節(jié)點(diǎn)：每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)前件，無(wú)前件的節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，稱為樹的根結(jié)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱樹的根)。

·子節(jié)點(diǎn)：每～個(gè)節(jié)點(diǎn)可以后多個(gè)后件，無(wú)后件的節(jié)點(diǎn)稱為葉子節(jié)點(diǎn)。

·樹的度：所有節(jié)點(diǎn)最大的度。

·樹的深度：樹的最大層次。

2．二叉樹的定義及其基本性質(zhì)

(1)二叉樹的定義：二叉樹是一種非線性結(jié)構(gòu)，是有限的節(jié)點(diǎn)集合，該集合為空(空二叉樹)或由一個(gè)根節(jié)點(diǎn)及兩棵互不相交的左右二叉子樹組成?？煞譃闈M二叉樹和完全二叉樹，其中滿二叉樹一定是完全二叉樹，但完全二叉樹不一定是滿二叉樹。二叉樹具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：

·二叉樹可為空，空的二叉樹無(wú)節(jié)點(diǎn)，非空二叉樹有且只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)；

·每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多可有兩棵子樹，稱為左子樹和右子樹。

(2)二叉樹的基本性質(zhì)。

性質(zhì)1：在二叉樹的第k層上至多有2k-1個(gè)結(jié)點(diǎn)(k≥1)。

性質(zhì)2：深度為m的二叉樹至多有2m-1個(gè)結(jié)點(diǎn)。

性質(zhì)3：對(duì)任何一棵二叉樹，度為0的結(jié)點(diǎn)(即葉子結(jié)點(diǎn))總是比度為2的結(jié)點(diǎn)多一個(gè)。

性質(zhì)4：具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹的深度至少為[log2n]+1，其中[log2n]表示log2n的整數(shù)部分。

3．滿二叉樹與完全二叉樹

(1)滿二叉樹：滿二叉樹是指這樣的一種二叉樹：除最后一層外，每一層上的所有結(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)。滿二叉樹在其第i層上有2i-1個(gè)結(jié)點(diǎn)。

從上面滿二叉樹定義可知，二叉樹的每一層上的結(jié)點(diǎn)數(shù)必須都達(dá)到最大，否則就不是滿二叉樹。深度為m的滿二叉樹有2m-1個(gè)結(jié)點(diǎn)。

(2)完全二叉樹：完全二叉樹是指這樣的二叉樹：除最后一層外，每一層上的結(jié)點(diǎn)數(shù)均達(dá)到最大值；在最后一層上只缺少右邊的若干結(jié)點(diǎn)。

如果—棵具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的深度為k的二叉樹，它的每—個(gè)結(jié)點(diǎn)都與深度為k的滿二叉樹中編號(hào)為1～n的結(jié)點(diǎn)——對(duì)應(yīng)。

3．二叉樹的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

二叉樹通常采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)域和指針域(左指針域和右指針域)組成。二叉樹的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)也稱二叉鏈表，對(duì)滿二叉樹和完全二叉樹可按層次進(jìn)行順序存儲(chǔ)。

4．二叉樹的遍歷

二叉樹的遍歷是指不重復(fù)地訪問(wèn)二叉樹中所有節(jié)點(diǎn)，主要指非空二叉樹，對(duì)于空二叉樹則結(jié)束返回。二叉樹的遍歷包括前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷。

(1)前序遍歷。

前序遍歷是指在訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)、遍歷左子樹與遍歷右子樹這三者中，首先訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹；并且，在遍歷左右子樹時(shí)，仍然先訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹。前序遍歷描述為：若二叉樹為空，則執(zhí)行空操作；否則①訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)；②前序遍歷左子樹；③前序遍歷右子樹。

(2)中序遍歷。

中序遍歷是指在訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)、遍歷左子樹與遍歷右子樹這三者中，首先遍歷左子樹，然后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹；并且，在遍歷左、右子樹時(shí)，仍然先遍歷左子樹，然后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹。中序遍歷描述為：若二叉樹為空，則執(zhí)行空操作；否則①中序遍歷左子樹；②訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)；③中序遍歷右子樹。

(3)后序遍歷。

后序遍歷是指在訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)、遍歷左子樹與遍歷右子樹這三者中，首先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，并且，在遍歷左、右子樹時(shí)，仍然先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)。后序遍歷描述為：若二叉樹為空，則執(zhí)行空操作；否則①后序遍歷左子樹；②后序遍歷右子樹；③訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)。

1．7查找技術(shù)

(1)順序查找：在線性表中查找指定的元素。

(2)最壞情況下，最后一個(gè)元素才是要找的元素，則需要與線性表中所有元素比較，比較次數(shù)為n。

(2)二分查找：二分查找也稱折半查找，它是一種高效率的查找方法。但二分查找有條件限制，它要求表必須用順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，且表中元素必須按關(guān)鍵字有序(升序或降序均可)排列。對(duì)長(zhǎng)度為n的有序線性表，在最壞情況下，二分查找法只需比較log2n次。

1．8排序技術(shù)

(1)交換類排序法。

·冒泡排序：通過(guò)對(duì)待排序序列從后向前或從前向后，依次比較相鄰元素的排序碼，若發(fā)現(xiàn)逆序則交換，使較大的元素逐漸從前部移向后部或較小的元素逐漸從后部移向前部，直到所有元素有序?yàn)橹?。在最壞情況下，對(duì)長(zhǎng)度為n的線性表排序，冒泡排序需要比較的次數(shù)為n(n-1)／2。

·快速排序：是迄今為止所有內(nèi)排序算法中速度最快的一種。它的基本思想是：任取待排序序列中的某個(gè)元素作為基準(zhǔn)(一般取第一個(gè)元素)，通過(guò)一趟排序，將待排元素分為左右兩個(gè)子序列，左子序列元索的排序碼均小于或等于基準(zhǔn)元素的排序碼，右子序列的排序碼則大于基準(zhǔn)元素的排序碼，然后分別對(duì)兩個(gè)子序列繼續(xù)進(jìn)行排序，直至整個(gè)序列有序。最壞情況下，即每次劃分，只得到一個(gè)序列，時(shí)間效率為O(n2)。

(2)插人類排序法。

·簡(jiǎn)單插入排序法：把n個(gè)待排序的元素看成為一個(gè)有序表和一個(gè)無(wú)序表，開始時(shí)有序表中只包含一個(gè)元素，無(wú)序表中包含有n-1個(gè)元素，排序過(guò)程中每次從無(wú)序表中取出第一個(gè)元素，把它的排序碼依次與有序表元素的排序碼進(jìn)行比較，將它插入到有序表中的適當(dāng)位置，使之成為新的有序表。在最壞情況下，即初始排序序列是逆序的情況下，比較次數(shù)為n(n-1)／2，移動(dòng)次數(shù)為n(n-1)／2。

·希爾排序法：先將整個(gè)待排元素序列分割成若干個(gè)子序列(由相隔某個(gè)“增量”的元素組成的)分別進(jìn)行直接插入排序。待整個(gè)序列中的元素基本有序(增量足夠小)時(shí)，再對(duì)全體元素進(jìn)行一次直接插入排序。

(3)選擇類排序法。

·簡(jiǎn)單選擇排序法：掃描整個(gè)線性表。從中選出最小的元素。將它交換到表的最前面；然后對(duì)剩下的子表采用同樣的方法，直到子表空為止。最壞情況下需要比較n(n-1)／2次。

·堆排序的方法：首先將一個(gè)無(wú)序序列建成堆；然后將堆頂元素(序列中的最大項(xiàng))與堆中最后一個(gè)元素交換(最大項(xiàng)應(yīng)該在序列的最后)。不考慮已經(jīng)換到最后的那個(gè)元素，只考慮前n-1個(gè)元素構(gòu)成的子序列，將該子序列調(diào)整為堆。反復(fù)做步驟②，直到剩下的子序列空為止。在最壞情況下，堆排序法需要比較的次數(shù)為0(nlog2n)

第2章程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

2．1程序設(shè)計(jì)方法與風(fēng)格

(1)設(shè)計(jì)方法：指設(shè)計(jì)、編制、調(diào)試程序的方法和過(guò)程，主要有結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法、軟件工程方法和面向?qū)ο蠓椒ā?/p>

(2)設(shè)計(jì)風(fēng)格：良好的設(shè)計(jì)風(fēng)格要注重源程序文檔化、數(shù)據(jù)說(shuō)明方法、語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)和輸入輸出。

2．2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

1．結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計(jì)風(fēng)格和程序結(jié)構(gòu)的規(guī)范化，提倡清晰的結(jié)構(gòu)。。

(1)自頂向下：即先考慮總體，后考慮細(xì)節(jié)；先考慮全局目標(biāo)，后考慮局部目標(biāo)。

(2)逐步求精：對(duì)復(fù)雜問(wèn)題，應(yīng)設(shè)計(jì)一些子目標(biāo)做過(guò)渡，逐步細(xì)化。

(3)模塊化：把程序要解決的總目標(biāo)分解為分目標(biāo)，再進(jìn)一步分解為具體的小目標(biāo)，把每個(gè)小目標(biāo)稱為一個(gè)模塊；

(4)限制使用GOT0語(yǔ)句。

2．結(jié)構(gòu)化程序的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

(1)順序結(jié)構(gòu)：自始至終嚴(yán)格按照程序中語(yǔ)句的先后順序逐條執(zhí)行，是最基本、最普遍的結(jié)構(gòu)形式。

(2)選擇結(jié)構(gòu)：又稱為分支結(jié)構(gòu)，包括簡(jiǎn)單選擇和多分支選擇結(jié)構(gòu)。

(3)重復(fù)結(jié)構(gòu)：又稱為循環(huán)結(jié)構(gòu)，根據(jù)給定的條件，判斷是否需要重復(fù)執(zhí)行某一相同的或類似的程序段。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意事項(xiàng)：

(1)使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的順序、選擇、循環(huán)等有限的控制結(jié)構(gòu)表示程序的控制邏輯。

(2)選用的控制結(jié)構(gòu)只準(zhǔn)許有一個(gè)人口和一個(gè)出口。

(3)程序語(yǔ)言組成容易識(shí)別的塊，每塊只有一個(gè)入口和一個(gè)出口。

(4)復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)該用嵌套的基本控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合嵌套來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(5)語(yǔ)言中所沒(méi)有的控制結(jié)構(gòu)，應(yīng)該采用前后一致的方法來(lái)模擬。

(6)盡量避免GOT0語(yǔ)句的使用。

2．3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)

面向?qū)ο蠓椒ǖ谋举|(zhì)是主張從客觀世界固有的事物出發(fā)來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)建立的系統(tǒng)能映射問(wèn)題域。

·對(duì)象：用來(lái)表示客觀世界中任何實(shí)體，可以是任何有明確邊界和意義的東西。

·類：具有共同屬性、共同方法的對(duì)象的集合。

·實(shí)例：一個(gè)具體對(duì)象就是其對(duì)應(yīng)分類的一個(gè)實(shí)例。

·消息：實(shí)例間傳遞的信息，它統(tǒng)一了數(shù)據(jù)流和控制流。

·繼承：使用已有的類定義作為基礎(chǔ)建立新類的定義技術(shù)。

·多態(tài)性：指對(duì)象根據(jù)所接受的信息而作出動(dòng)作，同樣的信息被不同的對(duì)象接收時(shí)有不同行動(dòng)的現(xiàn)象。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：與人類習(xí)慣的思維方法一致、穩(wěn)定性好、可重用性好、易于開發(fā)大型軟件產(chǎn)品、可維護(hù)性好。

第3章軟件工程基礎(chǔ)

3．1軟件工程基本概念

1．軟件的定義與特點(diǎn)

(1)定義：軟件是指與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作有關(guān)的計(jì)算機(jī)程序、規(guī)程、規(guī)則，以及可能有的文件、文檔和數(shù)據(jù)。

(2)特點(diǎn)。

·是邏輯實(shí)體，有抽象性。

·生產(chǎn)沒(méi)有明顯的制作過(guò)程。

·運(yùn)行使用期間不存在磨損、老化問(wèn)題。

·開發(fā)、運(yùn)行對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有依賴性，受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，導(dǎo)致了軟件移植問(wèn)題。

·復(fù)雜性較高，成本昂貴。

·開發(fā)涉及諸多社會(huì)因素。

2．軟件的分類

軟件可分應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件和支撐軟件3類。

(1)應(yīng)用軟件是特定應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)專用的軟件。

(2)系統(tǒng)軟件居于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最靠近硬件的一層，是計(jì)算機(jī)管理自身資源，提高計(jì)算機(jī)使用效率并為計(jì)算機(jī)用戶提供各種服務(wù)的軟件。

(3)支撐軟件介于系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間，是支援其它軟件的開發(fā)與維護(hù)的軟件。

3．軟件危機(jī)與軟件工程

軟件危機(jī)指在計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)和維護(hù)中遇到的一系列嚴(yán)重問(wèn)題。軟件工程是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)軟件的定義、開發(fā)和維護(hù)的一整套方法、工具、文檔、實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)和工序，包括軟件開發(fā)技術(shù)和軟件工程管理。

4．軟件生命周期

軟件產(chǎn)品從提出、實(shí)現(xiàn)、使用維護(hù)到停止使用的過(guò)程稱為軟件生命周期。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，軟件生命周期劃分為8個(gè)階段①軟件定義期：包括問(wèn)題定義、可行性研究和需求分析3個(gè)階段。②軟件開發(fā)期：包括概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試4個(gè)階段。③運(yùn)行維護(hù)期：即運(yùn)行維護(hù)階段。

5．軟件工程的原則

軟件工程的原則包括：抽象、信息隱蔽、模塊化、局部化、確定性、一致性、完備性和可驗(yàn)證性。

3．2結(jié)構(gòu)化分析方法

需求分析的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)需求、求精、建模和定義需求的過(guò)程，可概括為：需求獲取、需求分析、編寫需求規(guī)格說(shuō)明書和需求評(píng)審。

1．常用的分析方法

·結(jié)構(gòu)化分析方法：其實(shí)質(zhì)著眼于數(shù)據(jù)流，自頂向下，逐層分解，建立系統(tǒng)的處理流程。

·面向?qū)ο蠓治龇椒ā?/p>

2．結(jié)構(gòu)化分析常用工具

結(jié)構(gòu)化分析常用工具包括數(shù)據(jù)流圖、數(shù)字字典(核心方法)、判斷樹和判斷表。

(1)數(shù)據(jù)流圖：即DFD圖，以圖形的方式描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動(dòng)和處理的過(guò)程，它只反映系統(tǒng)必須完成的邏輯功能。是一種功能模型。

符號(hào)名稱作用：

·箭頭代表數(shù)據(jù)流，沿箭頭方向傳送數(shù)據(jù)的通道

·圓或橢圓代表加工，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)加工變換產(chǎn)生輸出

·雙杠代表存儲(chǔ)文件，表示處理過(guò)程中存放各種數(shù)據(jù)文件

·方框代表源和潭，表示系統(tǒng)和環(huán)境的接口

(2)數(shù)據(jù)字典：結(jié)構(gòu)化分析方法的核心。數(shù)據(jù)字典是對(duì)所有與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)元素的一個(gè)有組織的列表。以及精確的、嚴(yán)格的定義，使得用戶和系統(tǒng)分析員對(duì)于輸入、輸出、存儲(chǔ)成分和中間計(jì)算結(jié)果有共同的理解。

(3)判定樹：使用判定樹進(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)先從問(wèn)題定義的文字描述中分清判定的條件和判定的結(jié)論，根據(jù)描述材料中的連接詞找出判定條件之問(wèn)的從屬關(guān)系、并列關(guān)系、選擇關(guān)系，根據(jù)它們構(gòu)造判定樹。

(4)判定表：與判定樹相似，當(dāng)數(shù)據(jù)流圖中的加工要依賴于多個(gè)邏輯條件的取值，即完成該加工的一組動(dòng)作是由于某一組條件取值的組合引發(fā)的，使用判定表比較適宜。

3．軟件需求規(guī)格說(shuō)明書

軟件需求規(guī)格說(shuō)明書是需求分析階段的最后成果，是軟件開發(fā)的重要文檔之一。

(1)軟件需求規(guī)格說(shuō)明書的作用：①便于用戶、開發(fā)人員進(jìn)行理解和交流；②反映出用戶問(wèn)題的結(jié)構(gòu)，可以作為軟件開發(fā)工作的基礎(chǔ)和依據(jù)；③作為確認(rèn)測(cè)試和驗(yàn)收的依據(jù)。

(2)軟件需求規(guī)格說(shuō)明書的內(nèi)容：①概述；②數(shù)據(jù)描述；③功能描述；④性能描述；⑤參考文獻(xiàn)；⑥附錄。

(3)軟件需求規(guī)格說(shuō)明書的特點(diǎn)：①正確性；②無(wú)歧義性；③完整性；④可驗(yàn)證性；⑤一致性；⑥可理解性；⑦可修改性；⑧可追蹤性。

3．3結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法

1．軟件設(shè)計(jì)的基本概念和方法

軟件沒(méi)計(jì)是一個(gè)把軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過(guò)程。

(1)基本原理：抽象、模塊化、信息隱藏、模塊獨(dú)立性(度量標(biāo)準(zhǔn)：耦合性和內(nèi)聚性，高耦合、低內(nèi)聚)。

(2)基本思想：將軟件設(shè)計(jì)成由相對(duì)獨(dú)立、單一功能的模塊組成的結(jié)構(gòu)。

2．概要設(shè)計(jì)

(1)4個(gè)任務(wù)：設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、編寫概要設(shè)計(jì)文檔、概要設(shè)計(jì)文檔評(píng)審。

(2)面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法：數(shù)據(jù)流圖的信息分為交換流和事物流，結(jié)構(gòu)形式有交換型和事務(wù)型。

3．詳細(xì)設(shè)計(jì)的工具

詳細(xì)設(shè)計(jì)的工具包括：

·圖形工具：程序流程圖、N-S、PAD、HIPO。

·表格工具：判定表。

·語(yǔ)言工具：PDL(偽碼)。

3．4軟件測(cè)試

1．目的

為了發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過(guò)程。

2．準(zhǔn)則

·所有測(cè)試應(yīng)追溯到用戶需求。

·嚴(yán)格執(zhí)行測(cè)試計(jì)劃，排除測(cè)試的隨意性。

·充分注意測(cè)試中的群集現(xiàn)象。

·程序員應(yīng)避免檢查自己的程序。

·窮舉測(cè)試不可能。

·妥善保存設(shè)計(jì)計(jì)劃、測(cè)試用例、出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)和最終分析報(bào)告。

3．軟件測(cè)試技術(shù)和方法

軟件測(cè)試的方法按是否需要執(zhí)行被測(cè)軟件的角度，可分為靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試，按功能分為白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試。

(1)白盒測(cè)試：根據(jù)程序的內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)測(cè)試用例，主要方法有邏輯覆蓋測(cè)試、基本路徑測(cè)試等。

(2)黑盒測(cè)試：根據(jù)規(guī)格說(shuō)明書的功能來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試用例，主要診斷方法有等價(jià)劃分法、邊界值分析法、錯(cuò)誤推測(cè)法、因果圖法等，主要用于軟件確認(rèn)測(cè)試。

4．軟件測(cè)試的實(shí)施

軟件測(cè)試是保證軟件質(zhì)量的重要手段，軟件測(cè)試是一個(gè)過(guò)程，其測(cè)試流程是該過(guò)程規(guī)定的程序，目的是使軟件測(cè)試工作系統(tǒng)化。

軟件測(cè)試過(guò)程分4個(gè)步驟，即單元測(cè)試、集成測(cè)試、驗(yàn)收測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試。

單元測(cè)試是對(duì)軟件設(shè)計(jì)的最小單位——模塊(程序單元)進(jìn)行正確性檢驗(yàn)測(cè)試。

單元測(cè)試的目的是發(fā)現(xiàn)各模塊內(nèi)部可能存在的各種錯(cuò)誤。

單元測(cè)試的依據(jù)是詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書和源程序。

單元測(cè)試的技術(shù)可以采用靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)測(cè)試。

3．5程序的調(diào)試

(1)任務(wù)：診斷和改正程序中的錯(cuò)誤。

(2)調(diào)試方法：強(qiáng)行排錯(cuò)法、回溯法和原因排除法。

第4章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

4．1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念

(1)數(shù)據(jù)(Data)：描述事物的符號(hào)記錄。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase)：長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的概念

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBase Management System，DBMS)是數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)構(gòu)，它是一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)控制及保護(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)等。為完成以上6個(gè)功能，DBMS提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)語(yǔ)言；數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的模式定義與數(shù)據(jù)的物理存取構(gòu)

建)；數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的操縱)；數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言(負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)完整性、安全性的定義)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，它位于用戶和操作系統(tǒng)之間，從軟件分類的角度來(lái)說(shuō)，屬于系統(tǒng)軟件。

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段。

人工管理階段→文件系統(tǒng)階段→數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段

(5)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)：集成性、高共享性、低冗余性、數(shù)據(jù)獨(dú)立性、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制等。

(6)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)體系：三級(jí)模式(概念模式、內(nèi)模式、外模式)和二級(jí)映射(外模式／概念模式的映射、概念模式／內(nèi)模式的映射)構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)部的抽象結(jié)構(gòu)體系。

4．2數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)特征的抽象，從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)行為和約束條件，描述的內(nèi)容有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)約束。有3個(gè)層次：概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。

(1)E—R模型：提供了表示實(shí)體、屬性和聯(lián)系的方法。實(shí)體間聯(lián)系有“一對(duì)一”、“一對(duì)多”和“多對(duì)多”。

(2)E-R模型用E-R圖來(lái)表示。

(2)層次模型：利用樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之問(wèn)聯(lián)系。其中節(jié)點(diǎn)是實(shí)體，樹枝是聯(lián)系，從上到下是一對(duì)多關(guān)系。

(3)網(wǎng)狀模型：用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之間聯(lián)系。是層次模型的擴(kuò)展。網(wǎng)絡(luò)模型以記錄型為節(jié)點(diǎn)，反映現(xiàn)實(shí)中較為復(fù)雜的事物聯(lián)系。

(4)關(guān)系模型：采用二維表(由表框架和表的元組組成)來(lái)表示，可進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、增加、刪除及修改操作。關(guān)系模型允許定義“實(shí)體完整性”、“參照完整性”和“用戶定義的完整性”三種約束。

·鍵(碼)：二維表中唯一能標(biāo)識(shí)元組的最小屬性集。

·候選鍵(候選碼)：二維表中可能有的多個(gè)鍵。

·主鍵：被選取的一個(gè)使用的鍵。

4．3關(guān)系代數(shù)

(1)關(guān)系代數(shù)的基本運(yùn)算：投影、選擇、笛卡爾積。

(2)關(guān)系代數(shù)的擴(kuò)充運(yùn)算：交、連接與自然連接、除。

4．4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理

1．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述

·基本思想：過(guò)程迭代和逐步求精。

·方法：面向數(shù)據(jù)的方法和面向過(guò)程的方法。

·設(shè)計(jì)過(guò)程：需求分析→概念設(shè)計(jì)→邏輯設(shè)計(jì)→物理設(shè)計(jì)→編碼→測(cè)試→運(yùn)行→進(jìn)→步修改。

2．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的需求分析

需求收集和分析是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的第一階段，常用結(jié)構(gòu)化分析方法(自頂向下、逐層分解)和面向?qū)ο蟮姆椒?，主要工作有繪制數(shù)據(jù)流程圖、數(shù)據(jù)分析、功能分析、確定功能處理模塊和數(shù)據(jù)間關(guān)系。

數(shù)據(jù)字典：包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理過(guò)程，是對(duì)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳盡描述。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

(1)數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì)：分析數(shù)據(jù)問(wèn)內(nèi)在的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，以建立數(shù)據(jù)的抽象模型。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)：從E-R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換，邏輯模式規(guī)范化，關(guān)系視圖設(shè)計(jì)可以根據(jù)用戶需求隨時(shí)創(chuàng)建。實(shí)體轉(zhuǎn)換為元組，屬性轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)：是數(shù)據(jù)在物理設(shè)備上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法，目的是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)作出調(diào)整并選擇合理的存取路徑，以提高速度和存儲(chǔ)空間。

4．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)管理

數(shù)據(jù)庫(kù)管理包括數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整、數(shù)據(jù)庫(kù)的重組、數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性與完整性控制、數(shù)據(jù)庫(kù)故障恢復(fù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)控。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?第二部分計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第1章計(jì)算機(jī)概述

1．1計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史

1946年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功了電子數(shù)字積

分式計(jì)算機(jī)(Electronic Numefical Integrator And Calculator，ENIAC)。

在ENIAC的研制過(guò)程中，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼總結(jié)并歸納了以下3點(diǎn)。

·采用二進(jìn)制：在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，程序和數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制代碼表示。

·存儲(chǔ)程序控制：程序和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，即程序存儲(chǔ)的概念。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序時(shí)無(wú)需人工干預(yù)，能自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行程序，并得到預(yù)期的結(jié)果。

·計(jì)算機(jī)的5個(gè)基本部件：計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)置5個(gè)基本功能部件。從第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了大型計(jì)算機(jī)時(shí)代和微型計(jì)算機(jī)時(shí)代。

根據(jù)計(jì)算機(jī)采用電子元件的不同將計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程劃分為四個(gè)階段，分別稱為第一代至第四代計(jì)算機(jī)。

第一代計(jì)算機(jī)(1946～1958年)主要元件是電子管；

第二代計(jì)算機(jī)(1958～1964年)主要元件是晶體管；

第三代計(jì)算機(jī)(1964～1971年)主要元件采用中、小規(guī)模集成電路；

第四代計(jì)算機(jī)(1971年至今)主要元件采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。

1．2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)有：處理速度快、計(jì)算精確度高、邏輯判斷能力、存儲(chǔ)容量大、全自動(dòng)功能、適用范圍廣，通用性強(qiáng)。

1．3計(jì)算機(jī)的用途

歸納起來(lái)，電腦的用途主要有以下幾個(gè)方面。

(1)科學(xué)計(jì)算(2)信息處理

(3)過(guò)程控制(4)輔助功能

(5)網(wǎng)絡(luò)與通信(6)人工智能

(7)數(shù)字娛樂(lè)(8)平面、動(dòng)畫設(shè)計(jì)及排版

(9)現(xiàn)代教育(10)家庭生活小提示

計(jì)算機(jī)輔助是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)非常廣泛的領(lǐng)域。

幾乎所有過(guò)去由人進(jìn)行的具體設(shè)計(jì)性質(zhì)的過(guò)程都可以讓計(jì)算機(jī)幫助實(shí)現(xiàn)部分或全部工作。計(jì)算機(jī)輔助(也稱為計(jì)算機(jī)輔助工程)主要有：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、計(jì)算機(jī)輔助制造CAM、計(jì)算機(jī)輔助教育CAI、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)CAT等。

1．4計(jì)算機(jī)的分類及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1．依照不同的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)有多種分類方法，常見的分類有以下幾種。

(1)按處理數(shù)據(jù)的類型分類

按處理數(shù)據(jù)的類型不同，可將計(jì)算機(jī)分為數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)和混合計(jì)算機(jī)。

(2)按使用范圍分類

按使用范圍大小，計(jì)算機(jī)可以分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。

(3)按性能分類

計(jì)算機(jī)依據(jù)其主要性能(如字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、外部設(shè)備、允許同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)的用戶多少和價(jià)格高低)，可分為超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)、工作站和服務(wù)器6類，這也是常用的分類方法。

2．計(jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

(1)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

①巨型化②微型化

③網(wǎng)絡(luò)化④智能化

(2)未來(lái)新一代的計(jì)算機(jī)

①模糊計(jì)算機(jī)②生物計(jì)算機(jī)

③光子計(jì)算機(jī)④超導(dǎo)計(jì)算機(jī)

⑤量子計(jì)算機(jī)⑥激光計(jì)算機(jī)

⑦分子計(jì)算機(jī)⑧DNA計(jì)算機(jī)

⑨神經(jīng)元計(jì)算機(jī)

1．5電子商務(wù)

電子商務(wù)通常是指在不同地域進(jìn)行的商業(yè)貿(mào)易活動(dòng)中，在因特網(wǎng)開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于瀏覽器／服務(wù)器應(yīng)用方式，買賣雙方無(wú)需面對(duì)面地進(jìn)行各種商貿(mào)活動(dòng)，而是實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者的網(wǎng)上購(gòu)物、商戶之間的網(wǎng)上交易和在線電子支付以及各種商務(wù)活動(dòng)、交易活動(dòng)、金融活動(dòng)和相關(guān)的綜合服務(wù)活動(dòng)的一種新型的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。也可以理解為就是通過(guò)電子手段進(jìn)行的商業(yè)事務(wù)活動(dòng)。

從電子商務(wù)的含義及發(fā)展歷程可以看出，電子商務(wù)具有如下基本特征。

(1)普遍性(2)方便性

(3)集成性(4)整體性

(5)安全性(6)協(xié)調(diào)性

1．6信息技術(shù)的發(fā)展

一般來(lái)說(shuō)，信息技術(shù)包括了信息基礎(chǔ)技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)和信息應(yīng)用技術(shù)。

(1)信息基礎(chǔ)技術(shù)

信息基礎(chǔ)技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，包括新材料、新能源、新器件的開發(fā)和制造技術(shù)。

(2)信息系統(tǒng)技術(shù)

信息系統(tǒng)技術(shù)是指有關(guān)信息的獲取、傳輸、處理、控制的設(shè)備和系統(tǒng)的技術(shù)。感測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)與智能技術(shù)和控制技術(shù)是它的核心和支撐技術(shù)。

．(3)信息應(yīng)用技術(shù)

信息應(yīng)用技術(shù)是針對(duì)種種實(shí)用目的的技術(shù)，如信息管理、信息控制、信息決策等技術(shù)門類。信息技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，顯示出強(qiáng)大的生命力。展望未來(lái)，現(xiàn)代信息技術(shù)將面向數(shù)字化、多媒體化、高速度、網(wǎng)絡(luò)化、寬頻帶、智能化等方面發(fā)展。

第2章信息的表示與存儲(chǔ)

2．1數(shù)據(jù)與信息

數(shù)據(jù)是由人工或自動(dòng)化手段加以處理的事實(shí)、場(chǎng)景、概念和指示的符號(hào)表示。字符、聲音、表格、符號(hào)和圖像等都是不同形式的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)與信息的區(qū)別：信息是客觀事物屬性的反映，是經(jīng)過(guò)加工處理并對(duì)人類客觀行為產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式；數(shù)據(jù)則是反應(yīng)客觀事物屬性的記錄，是信息的具體表現(xiàn)形式。任何事物的屬性都是通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)表示的，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加工處理后成為信息，而信息必須通過(guò)數(shù)據(jù)才能傳播，才能對(duì)人類產(chǎn)生影響。

例如，數(shù)據(jù)2、4、6．8、10、12是一組數(shù)據(jù)，其本身是沒(méi)有意義的，但對(duì)它進(jìn)行分析后，就可得到一組等差數(shù)列，從而很清晰的得到后面的數(shù)字。這便對(duì)這組數(shù)據(jù)賦予了意義，稱為信息，是有用的數(shù)據(jù)。

2．2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的單位

計(jì)算機(jī)內(nèi)所有的信息均以二進(jìn)制的形式表示，數(shù)據(jù)的最小單位是位，存儲(chǔ)容量的基本單位是字節(jié)。

1．計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的常用單位

位是度量數(shù)據(jù)的最小單位，代碼只有0和1，采用多個(gè)數(shù)碼表示一個(gè)數(shù)，其中每一個(gè)數(shù)碼稱為1位(bit)。

字節(jié)是信息組織和存儲(chǔ)的基本單位，一個(gè)字節(jié)由8位二進(jìn)制數(shù)字組成。字節(jié)也是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本單位。為了便于平衡存儲(chǔ)器的大小，統(tǒng)一以字節(jié)(Byte，B)為單位。常見的存儲(chǔ)單位如表2—1所示。

表2—1常見的存儲(chǔ)單位

2．字長(zhǎng)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的并行能力越來(lái)越強(qiáng)，人們通常將計(jì)算機(jī)一次能夠并行處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)稱為字長(zhǎng)，也稱為計(jì)算機(jī)的一個(gè)“字”。字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，直接反映一臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和精度，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，說(shuō)明計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度越快。計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)通常是字節(jié)的整倍數(shù)，如8位、16位、32位，發(fā)展到今天，微型機(jī)已達(dá)到64位，大型機(jī)已達(dá)128位。

3．計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)類型

計(jì)算機(jī)使用的數(shù)據(jù)可以分為數(shù)值數(shù)據(jù)和字符數(shù)據(jù)(非數(shù)值數(shù)據(jù))。在計(jì)算機(jī)中，不僅數(shù)值數(shù)據(jù)用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，字符數(shù)據(jù)也用二進(jìn)制數(shù)來(lái)進(jìn)行編碼。

2．3字符的編碼

字符包括西文字符(字母、數(shù)字、各種符號(hào))和中文字符，即所有不可做算術(shù)運(yùn)算的數(shù)據(jù)。

計(jì)算機(jī)以二進(jìn)制數(shù)的形式存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，因此，字符必須按特定的規(guī)則進(jìn)行二進(jìn)制編碼才可進(jìn)入計(jì)算機(jī)。

1．西文字符的編碼

用以表示字符的二進(jìn)制編碼稱為字符編碼。計(jì)算機(jī)中常用的字符(西文字符)編碼有兩種：EBCDIC碼和ASCⅡ碼。

ASCⅡ碼是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼(American Standard Code for Informafion Interchange)的縮寫，被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織指定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它有7位碼和8位碼兩種版本。

微型計(jì)算機(jī)采用的是ASCⅡ碼，而國(guó)際通用的則是7位ASCⅡ碼，即用7位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一個(gè)字符的編碼，共有27=128個(gè)不同的編碼值，相應(yīng)可以表示l28個(gè)不同字符的編碼。2．漢字的編碼

我國(guó)于1980年發(fā)布了國(guó)家漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)GB2312—1980，全稱是《信息交換用漢字編碼字符集一基本集》，簡(jiǎn)稱GB碼或國(guó)標(biāo)碼。國(guó)標(biāo)碼的字符集：共收錄了7445個(gè)圖形符號(hào)和兩級(jí)常用漢字等。

區(qū)位碼：也稱為國(guó)際區(qū)位碼，是國(guó)標(biāo)碼的一種變形，是由區(qū)號(hào)(行號(hào))和位號(hào)(列號(hào))構(gòu)成，區(qū)位碼由4位十進(jìn)制數(shù)字組成，前2位為區(qū)號(hào)，后2位為位號(hào)。

·區(qū)：陣中的每一行，用區(qū)號(hào)表示，區(qū)號(hào)范圍是1～94。

·位：陣中的每一列，用位號(hào)表示，位號(hào)范圍也是1～94。

·區(qū)位碼：漢字的區(qū)號(hào)與位號(hào)的組合(高兩位是區(qū)號(hào)，低兩位是位號(hào))。

實(shí)際上，區(qū)位碼也是一種漢字輸入碼，其最大優(yōu)點(diǎn)是一字一碼即無(wú)重碼，最大缺點(diǎn)是難以記憶。

3．漢字的處理過(guò)程

從漢字編碼的角度看，計(jì)算機(jī)對(duì)漢字信息的處理過(guò)程實(shí)際上是各種漢字編碼間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，這些編碼主要包括：漢字輸入碼、漢字內(nèi)碼、漢字地址碼、漢字字形碼等，如圖2-1所示。

(1)漢字輸入碼

漢字輸入碼是為使用戶能夠使用西文鍵盤輸入漢字而編制的編碼，也叫外碼。好的輸入編碼應(yīng)具有編碼短，可以減少擊鍵的次數(shù)；重碼少，可以實(shí)現(xiàn)盲打，便于學(xué)習(xí)和掌握，但目前還沒(méi)有一種符合上述全部要求的漢字輸人編碼方法。

漢字輸入碼有許多種不同的編碼方案，大致分為4類：音碼、音形碼、形碼、數(shù)字碼。

(2)漢字內(nèi)碼

漢字內(nèi)碼是為在計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)漢字進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和傳輸而編制的漢字編碼。它應(yīng)能滿足存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)囊螅徽撚煤畏N輸入碼，輸入的漢字在機(jī)器內(nèi)部都要轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的漢字機(jī)內(nèi)碼，然后才能在機(jī)器內(nèi)傳輸、處理。

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部為了能夠區(qū)分是漢字還是ASCⅡ碼，將國(guó)標(biāo)碼每個(gè)字節(jié)的最高位由0變?yōu)?(即漢字內(nèi)碼的每個(gè)字節(jié)都大于128)。漢字的國(guó)標(biāo)碼與其內(nèi)碼存在下列關(guān)系是：內(nèi)碼=漢字的國(guó)標(biāo)碼+8080H。

(3)漢字字形碼

漢字字形碼是存放漢字字形信息的編碼，它與漢字內(nèi)碼一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)漢字的字形碼是預(yù)先存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)的，常稱為漢字庫(kù)。

描述漢字字形的方法主要有點(diǎn)陣字形和矢量表示方式。點(diǎn)陣字形法：用一個(gè)排列成方陣的點(diǎn)的黑自來(lái)描述漢字。矢量表示方式：描述漢字字形的輪廓特征，采用數(shù)學(xué)方法描述漢字的輪廓曲線。

(4)漢字地址碼

漢字地址碼是指漢字庫(kù)(這里主要指漢字字形的點(diǎn)陣式字模庫(kù))中存儲(chǔ)漢字字形信息的邏輯地址碼。

在漢字庫(kù)中，字形信息都是按一定順序(大多數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)漢字國(guó)標(biāo)碼中漢字的排列順序)連續(xù)存放在存儲(chǔ)介質(zhì)中的，所以漢字地址碼也大多是連續(xù)有序的，而且與漢字機(jī)內(nèi)碼間有著簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而簡(jiǎn)化了漢字內(nèi)碼到漢字地址碼的轉(zhuǎn)換。

4．各種漢字編碼之間的關(guān)系

漢字的輸入、輸出和處理的過(guò)程，實(shí)際上是漢字的各種代碼之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。漢字通過(guò)漢字輸人碼輸人到計(jì)算機(jī)內(nèi)。然后通過(guò)輸入字典轉(zhuǎn)換為內(nèi)碼，以內(nèi)碼的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。在漢字通信過(guò)程中。處理機(jī)將漢字內(nèi)碼轉(zhuǎn)換為適合于通信用的交換碼，以實(shí)現(xiàn)通信處理。

在漢字的顯示和打印輸出過(guò)程中，處理機(jī)根據(jù)漢字機(jī)內(nèi)碼計(jì)算出地址碼，按地址碼從字庫(kù)中取出漢字輸出碼，實(shí)現(xiàn)漢字的顯示或打印輸出，如圖2—2所示。

第3章多媒體技術(shù)簡(jiǎn)介

3．1多媒體的概念及特征

多媒體是指能夠同時(shí)對(duì)兩種或兩種以上的媒體進(jìn)行采集、操作、編輯、存儲(chǔ)等綜合處理的技術(shù)。它的實(shí)質(zhì)就是將以各種形式存在的媒體信息數(shù)字化,用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行組織加工，并以友好的形式交互地提供給用戶使用。

與傳統(tǒng)媒體相比，多媒體具有集成性、控制性、非線性、交互性、互動(dòng)性、實(shí)時(shí)性、信息使用的方便性、信息結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)。其中，集成性和交互性是多媒體的精髓所在。

3．2多媒體數(shù)字化

在計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域，最基本的三種媒體是聲音、圖像和文本。

1．聲音的數(shù)字化

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)輸入設(shè)備輸入聲音信號(hào)，通過(guò)采樣、量化而將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)輸出設(shè)備輸出。采樣是指每隔一段時(shí)間對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，每秒鐘的采樣次數(shù)即為采樣頻率。采樣頻率越高，則聲音的還原性就越好。量化是指將采樣后得到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值，轉(zhuǎn)換后的數(shù)值以二進(jìn)制的形式表示。

聲音的主要物理特征包括頻率和振幅。最終產(chǎn)生的音頻數(shù)據(jù)量按照下面公式計(jì)算：

音頻數(shù)據(jù)量(B)=采樣時(shí)間(S)x采樣頻率(Hz)×量化位數(shù)(b)x聲道數(shù)／8

例如，計(jì)算3分鐘雙聲道、16位量化位數(shù)、44．1kHz采樣頻率聲音的不壓縮的數(shù)據(jù)量為：音頻數(shù)據(jù)量=180×44100 × 16×2／8=31752000 B≥30．28 MB

1．圖像的數(shù)字化

(1)靜態(tài)圖像的數(shù)字化

一幅圖像可以近似地看成由許多的點(diǎn)組成。因此它的數(shù)字化通過(guò)采樣和量化來(lái)實(shí)現(xiàn)。采樣就是采集組成一幅圖像的點(diǎn)，量化就是將采集到的信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值。

(2)動(dòng)態(tài)圖像的數(shù)字化

人眼看到的一幅圖像在消失后，還將在人的視網(wǎng)膜上滯留十分之一秒，動(dòng)態(tài)圖像正是根據(jù)這樣的原理而產(chǎn)生的。動(dòng)態(tài)圖像是將靜態(tài)圖像以每秒鐘N幅的速度播放，當(dāng)N≥25時(shí)，顯示在人眼中的就是連續(xù)的畫面。

(3)點(diǎn)位圖和矢量圖

表示或生成圖像有兩種辦法：點(diǎn)位圖法和矢量圖法。點(diǎn)位圖法是將一幅圖分成很多小像素，每個(gè)像素用若干二進(jìn)制位表示像素的信息。矢量圖是用一些指令來(lái)表示一幅圖。

(4)圖像文件的格式

①bmp格式：Windows采用的圖像文件存儲(chǔ)格式。

②gif格式：聯(lián)機(jī)圖形交換使用的一種圖像文件格式。

③tiff格式：二進(jìn)制文件格式。

④png格式：圖像文件格式。

⑤wmr格式：絕大多數(shù)Windows應(yīng)用程序都可以有效處理的格式。

⑥dxf格式：一種向量格式。

⑦jpeg格式：是目前所有格式中壓縮率最高的格式。

(5)視頻文件格式

①avi格式：Windows操作系統(tǒng)中數(shù)字視頻文件的標(biāo)準(zhǔn)格式。

②mov格式：QuickTime for Windows視頻處理軟件所采用的格式。

3．3多媒體數(shù)據(jù)壓縮

數(shù)據(jù)壓縮可以分為兩種類型：無(wú)損壓縮和有損壓縮。

1．無(wú)損壓縮

無(wú)損壓縮是利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮，又稱可逆編碼。

其原理是統(tǒng)計(jì)被壓縮數(shù)據(jù)中重復(fù)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)次數(shù)來(lái)進(jìn)行編碼。解壓縮對(duì)壓縮的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)后的數(shù)據(jù)與原來(lái)的數(shù)據(jù)完全相同。無(wú)損壓縮能夠確保解壓后的數(shù)據(jù)不失真，產(chǎn)生原始對(duì)象的完整復(fù)制。

常用的無(wú)損壓縮格式：APE、FLAC、TAK、WavPack、TTA等。

2．有損壓縮

有損壓縮又稱不可逆編碼，有損壓縮是指壓縮后的數(shù)據(jù)不能夠完全還原成壓縮前的數(shù)據(jù)，與原始數(shù)據(jù)不同但是非常接近的壓縮方法。有損壓縮也稱破壞性壓縮，以損失文件中某些信息為代價(jià)來(lái)?yè)Q取較高的壓縮比，其損失的信息多是對(duì)視覺(jué)和聽覺(jué)感知不重要的信息，但壓縮比通常較高。常用于音頻、圖像和視頻的壓縮。典型的有損壓縮編碼方法有：預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、基于模型編碼、分形編碼及矢量量化編碼等。

3．無(wú)損壓縮與有損壓縮的比較

(1)無(wú)損壓縮

無(wú)損壓縮方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠比較好地保存圖像的質(zhì)量，音質(zhì)高，不受信號(hào)源的影響，而且轉(zhuǎn)換方便。但是占用空間大，壓縮比不高，壓縮率比較低。

(2)有損壓縮

優(yōu)點(diǎn)是可以減少內(nèi)存和磁盤中占用的空間，在屏幕上觀看不會(huì)對(duì)圖像的外觀產(chǎn)生不利影響，但若把經(jīng)過(guò)有損壓縮技術(shù)處理的圖像用高分辨率打印出來(lái)，圖像質(zhì)量就會(huì)有明顯的受損痕跡。

4．多媒體的應(yīng)用領(lǐng)域

(1)游戲和娛樂(lè)(2)教育與培訓(xùn)

(3)商業(yè)(4)電子出版物

(5)工程模擬(6)家用多媒體

第4章計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。其中，計(jì)算機(jī)的硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大基本部件組成。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯部件(ALU)，主要功能是對(duì)二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算。控制器是計(jì)算機(jī)的神經(jīng)中樞，指揮計(jì)算機(jī)各個(gè)部件自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作。在計(jì)算機(jī)的5個(gè)基本部件中，運(yùn)算器和控制器共同組成了中央處理器(CPU)，而CPU和和存儲(chǔ)器又構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的主機(jī)。下面將具體介紹各個(gè)部件。

4．1運(yùn)算器

(1)運(yùn)算器的組成

運(yùn)算器的基本功能是完成對(duì)各種數(shù)據(jù)的加工處理，即數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。

運(yùn)算器包括寄存器、執(zhí)行部件和控制電路三個(gè)部分。運(yùn)算器中的寄存器用于I臨時(shí)保存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算的中間結(jié)果等。執(zhí)行部件包括一個(gè)加法器和各種類型的輸入輸出門電路?？刂齐娐钒凑找欢ǖ臅r(shí)間順序發(fā)出不同的控制信號(hào)，使數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的門電路進(jìn)人寄存器或加法器，完成規(guī)定的操作。

運(yùn)算器主要由算術(shù)邏輯部件、通用寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。

·算術(shù)邏輯部件ALU。ALU主要完成對(duì)二進(jìn)制信息的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和各種移位操作。ALU能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)(即字長(zhǎng))與機(jī)器有關(guān)。

·通用寄存器組：近期設(shè)計(jì)的機(jī)器的運(yùn)算器都有一組通用寄存器。主要用來(lái)保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的結(jié)果。

·狀態(tài)寄存器：狀態(tài)寄存器用來(lái)記錄算術(shù)、邏輯運(yùn)算或測(cè)試操作的結(jié)果狀態(tài)。程序設(shè)計(jì)中，這些狀態(tài)通常用作條件轉(zhuǎn)移指令的判斷條件，所以又稱為條件碼寄存器。

(2)與運(yùn)算器相關(guān)的性能指標(biāo)包括計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)和運(yùn)算速度

·字長(zhǎng)：指計(jì)算機(jī)運(yùn)算部件～次能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，則計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度就越高；作為存儲(chǔ)指令，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，則計(jì)算機(jī)的處理能力就越強(qiáng)。

·運(yùn)算速度：計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度通常是指每秒鐘所能執(zhí)行的

加法指令的數(shù)目。常用百萬(wàn)次／秒(Million Instructions Per Second，MIPS)來(lái)表示。這個(gè)指標(biāo)更能直觀地反映機(jī)器的速度。

4．2控制器

控制器是計(jì)算機(jī)的重要部件，它對(duì)輸入的指令進(jìn)行分析，并統(tǒng)一控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件完成一定的任務(wù)?？刂破魇前l(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。

控制器由指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器和操作控制器四個(gè)部件組成。指令寄存器用以保存當(dāng)前執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令代碼；指令譯碼器用來(lái)解析和識(shí)別指令寄存器中所存放指令的性質(zhì)和操作方法；操作控制器則根據(jù)指令譯碼器的譯碼結(jié)果，產(chǎn)生該指令執(zhí)行過(guò)程中所需的全部控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)；程序計(jì)數(shù)器總是保存下一條要執(zhí)行的指令地址，從而使程序可以自動(dòng)、持續(xù)地運(yùn)行。

控制器的功能如下。

·數(shù)據(jù)緩沖：由于I／O設(shè)備的速率較低而CPU和內(nèi)存的速率卻很高，故在控制器中必須設(shè)置緩沖器。

·差錯(cuò)控制：設(shè)備控制器還兼管對(duì)由I／O設(shè)備傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。

·數(shù)據(jù)交換：這是指實(shí)現(xiàn)CPU與控制器之間、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。為此，在控制器中需設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。

·狀態(tài)說(shuō)明：標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)控制器應(yīng)記下設(shè)備的狀態(tài)供CPU了解。

·接收和識(shí)別命令：CPU可以向控制器發(fā)送多種不同的命令，設(shè)備控制器應(yīng)能接收并識(shí)別這些命令。

·地址識(shí)別：就像內(nèi)存中的每一個(gè)單元都有一個(gè)地址一樣，系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備也都有一個(gè)地址，而設(shè)備控制器又必須能夠識(shí)別它所控制的每個(gè)設(shè)備的地址。此外，為使CPU能向(或從)寄存器中寫入(或讀出)數(shù)據(jù)，這些寄存器都應(yīng)具有唯一的地址。

4．3存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件。它可以自動(dòng)完成程序或數(shù)據(jù)的存取。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備。按用途存儲(chǔ)器可分為主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)和輔助存儲(chǔ)器(外存)兩大類。CPU不能直接訪問(wèn)外存，當(dāng)需要某一程序或數(shù)據(jù)時(shí)．首先應(yīng)調(diào)入內(nèi)存，然后再運(yùn)行。

1．內(nèi)存

內(nèi)存一般采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元．包括只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器。

(1)只讀存儲(chǔ)器(ROM)

只讀存儲(chǔ)器在制造的時(shí)候，信息(數(shù)據(jù)或程序)就被存入并永久保存。這些信息只能讀出，一般不能寫入，即使停電，這些數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。只讀存儲(chǔ)器一般用于存放計(jì)算機(jī)的基本程序和數(shù)據(jù)。下面介紹幾種常用的ROM。

·可編程只讀存儲(chǔ)器(Pmgrammah|e ROM，F(xiàn)PROM)：一種電腦存儲(chǔ)記憶晶片，它允許使用稱為PROM編程器的硬件將數(shù)據(jù)寫入設(shè)備中。在PROM被編程后，它就只能專用那些數(shù)據(jù)，并且不能被再編程。

·可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(Erasable PROM，EPROM)：可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反復(fù)擦寫。使用時(shí)，利用高電壓將信息編程寫入，擦除時(shí)將線路曝光于紫外線下，則信息被清空。EPROM通常在封裝外殼上會(huì)預(yù)留一個(gè)石英透明窗以方便曝光。

·電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(Electrically EPROM．EEP-ROM)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反復(fù)的擦寫。其實(shí)現(xiàn)原理類似EPROM，只是擦除方式是使用高電壓完成，因此不需要透明窗曝光。

(2)隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)

通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量均指RAM存儲(chǔ)器容量，即計(jì)算機(jī)的主存。RAM有兩個(gè)特點(diǎn)：第一個(gè)特點(diǎn)是CPU可以隨時(shí)直接對(duì)其讀／寫；當(dāng)寫入時(shí)，原來(lái)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被沖掉。第二個(gè)特點(diǎn)是易失性，即電源斷開(關(guān)機(jī)或異常斷電)時(shí)，RAM中的內(nèi)容立即丟失。因此微機(jī)每次啟動(dòng)時(shí)都要對(duì)RAM進(jìn)行重新裝配。

RAM又可分為SRAM(Static RAM，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)和DRAM(Dynamic RAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)兩種。靜態(tài)RAM具有集成度低、價(jià)格高、存取速度快、不需要刷新的特點(diǎn)；動(dòng)態(tài)RAM具有集成度高、價(jià)格低、存取速度較慢、需刷新的特點(diǎn)。

(3)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)

高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)主要是為了解決CPU和主存速度不匹配，提高存儲(chǔ)器速度而設(shè)計(jì)的。Cache一般用SRAM存儲(chǔ)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镾RAM比DRAM存取速度快而容量有限。

CPU向內(nèi)存中寫入或讀出數(shù)據(jù)時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)也被存儲(chǔ)進(jìn)高速緩沖存儲(chǔ)器中。當(dāng)CPU再次需要這些數(shù)據(jù)時(shí)，CPU就從高速緩沖存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)，而不是訪問(wèn)較慢的內(nèi)存，如果需要的數(shù)據(jù)在高速緩沖存儲(chǔ)器中沒(méi)有．CPU會(huì)再去讀取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

高速緩沖存儲(chǔ)器主要主要由以下幾部分組。

·Cache存儲(chǔ)體：存放由主存調(diào)入的指令與數(shù)據(jù)塊。

·地址轉(zhuǎn)換部件：建立目錄表以實(shí)現(xiàn)主存地址到緩存地址的轉(zhuǎn)換。

·替換部件：在緩存滿時(shí)按一定策略進(jìn)行數(shù)據(jù)塊替換并修改地址轉(zhuǎn)換部件。

2．外存

外存可存放大量程序和數(shù)據(jù)，且斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，但是CPU不能直接訪問(wèn)外存，必須將要訪問(wèn)的調(diào)入內(nèi)存，才能被CPU訪問(wèn)。常見的外儲(chǔ)存器有硬盤、快閃存儲(chǔ)器和光盤等。

(1)硬盤

硬盤(Hard Disk)是微型機(jī)上主要的外部存儲(chǔ)設(shè)備。它由磁盤片、讀寫控制電路和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。硬盤具有容量大、存取速度快等優(yōu)點(diǎn)，操作系統(tǒng)、可運(yùn)行的程序文件和用戶的數(shù)據(jù)文件一般都保存在硬盤上。

①硬盤的結(jié)構(gòu)和原理

·磁頭：磁頭是硬盤中最昂貴的部件，也是硬盤技術(shù)中最重要和最關(guān)鍵的一環(huán)。

·磁道：當(dāng)磁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)。磁頭若保持在一個(gè)位置上，則每個(gè)磁頭都會(huì)在磁盤表面劃出一個(gè)圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。

因此，磁盤上的磁道是一組同心圓。

·扇區(qū)：磁盤上的每個(gè)磁道被等分為若干個(gè)弧段，這些弧段便是磁盤的扇區(qū)。

·柱面：硬盤通常由重疊的一組盤片構(gòu)成，每個(gè)盤面都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的“0”開始編號(hào)，具有相同編號(hào)的磁道形成一個(gè)圓柱，稱之為磁盤的柱面。

②硬盤的容量

一個(gè)硬盤的容量是由以下幾個(gè)參數(shù)決定的，即磁頭數(shù)H(Heads)、柱面數(shù)C(Cylinders)、每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)S(Sectors)和每個(gè)扇區(qū)的字節(jié)數(shù)B(Bytes)。將以上幾個(gè)參數(shù)相乘，乘積就是硬盤容量。即硬盤總?cè)萘?磁頭數(shù)(H)×柱面數(shù)(C)×磁道扇區(qū)數(shù)(S)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)(B)

硬盤容量參差不齊，有320 GB、500 GB、750 GB等，甚至已達(dá)到數(shù)TB級(jí)。主流硬盤各參數(shù)為SATA接口、500GB容量、7 200 r／min轉(zhuǎn)速和150 Mbps傳輸率。

③硬盤接口

硬盤與主板的連接部分就是硬盤接口，常見的有高級(jí)技術(shù)附件(Advanced Technology Attachment，ATA)、串行高級(jí)技術(shù)附件(Serial ATA，SATA)和小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(Small Computer Sys．tem Interface，SCSI)。硬盤接口的性能指標(biāo)主要是傳輸率，也就是硬盤支持的外部傳輸速率。

④硬盤轉(zhuǎn)速

硬盤轉(zhuǎn)速是指硬盤內(nèi)電動(dòng)機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)速度，也就是硬盤盤片在一分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)數(shù)。硬盤轉(zhuǎn)速單位為r／rain(Revolu．fions Per Minute)，即轉(zhuǎn)／每分鐘。

(2)快閃存儲(chǔ)器

快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory)簡(jiǎn)稱閃存，是電子可撩除可編程只讀存儲(chǔ)器的一種形式?？扉W存儲(chǔ)器允許在操作中多次擦或?qū)?，并具有非易失性，即單指保存?shù)據(jù)而言，它并不需要耗電。

(3)光盤

光盤按類型劃分可分為：不可擦寫光盤和可擦寫光盤。不可擦寫光盤有CD-ROM、DVD-ROM等；可擦寫光盤有CD-RW、DVD-RAM等，用戶可以多次對(duì)他們進(jìn)行讀／寫。

4．4輸入／輸出設(shè)備

1．輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是向計(jì)算機(jī)輸人數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫輸入板、游戲桿、語(yǔ)音輸入裝置等都屬于輸人設(shè)備。其中，鍵盤和鼠標(biāo)是最常用的輸入設(shè)備。

2．輸出設(shè)備

輸出設(shè)備的功能是將內(nèi)存中計(jì)算機(jī)處理后的信息，以各種形式輸出。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語(yǔ)音輸出系統(tǒng)、磁記錄設(shè)備等。但是，在微機(jī)的硬件設(shè)備中．磁盤驅(qū)動(dòng)器在程序設(shè)計(jì)中既可以當(dāng)作輸出設(shè)備，又可以當(dāng)作輸入設(shè)備。

4．5計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)的硬件不是孤立存在的，在使用時(shí)需要相互連接以傳輸數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)反映了各部件之間的連接方式。

1．總線結(jié)構(gòu)

在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有設(shè)備都直接與總線相連，傳輸介質(zhì)一般為同軸電纜(包括粗纜和細(xì)纜)，也有采用光纜作為總線型傳輸介質(zhì)的。根據(jù)信號(hào)不同的性質(zhì)，可以將總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

(1)數(shù)據(jù)總線

用于傳送數(shù)據(jù)信息。因?yàn)閿?shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總線，所以它既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器或輸入輸出接口等其它部件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。

(2)地址總線

又稱位址總線，地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小，地址總線的寬度，隨可用尋址的內(nèi)存元件大小的改變而改變，決定有多少的內(nèi)存可以被存取。

(3)控制總線

主要用來(lái)傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)。控制信號(hào)中，即有微處理器送往存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備接口電路的，也有是其它部件反饋給的CPU。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號(hào)而定，一般是雙向的，控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定。

2．直接連接

最早的計(jì)算機(jī)基本上采用直接連接的方式，運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和外部設(shè)備等組成部件之中的任意兩個(gè)組成部件相互之間基本上都有單獨(dú)的連接線路。這樣的結(jié)構(gòu)可以獲得最高的連接速度，但不易擴(kuò)展。如由馮。諾依曼在1952年研制的計(jì)算機(jī)IAS?；旧暇筒捎昧酥苯舆B接的結(jié)構(gòu)。

4．6計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

1．字長(zhǎng)

字長(zhǎng)是指計(jì)算機(jī)CPU能夠直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。

2．時(shí)鐘頻率

時(shí)鐘頻率是指計(jì)算機(jī)CPU的時(shí)鐘頻率。主要的單位為兆赫茲(MHz)或吉赫茲(GHz)。

3．運(yùn)算速度

通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度一般用百萬(wàn)次／秒(MIPS)來(lái)描述。

4．存儲(chǔ)容量

存儲(chǔ)容量分內(nèi)存容量和外存容量。這里主要指內(nèi)存容量。目前微型機(jī)的內(nèi)存容量已達(dá)數(shù)GB。

5．存取周期

存取周期是CPU從內(nèi)存儲(chǔ)器中存取數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。存取周期越短，運(yùn)算速度越快。

第5章計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

5．1程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

1．程序

程序是計(jì)算任務(wù)的處理對(duì)象和處理規(guī)則的描述．必須裝入機(jī)器內(nèi)部才能工作。它控制著計(jì)算機(jī)的工作流程，實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能，完成特定的設(shè)計(jì)任務(wù)，計(jì)算機(jī)解題也要完成模型抽象、算法分析和程序編寫三個(gè)過(guò)程。

2．程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是軟件的基礎(chǔ)和組成，也稱為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，是用來(lái)定義計(jì)算機(jī)程序的語(yǔ)法規(guī)則，由單詞、語(yǔ)句、函數(shù)和程序文件等組成。按其指令代碼的類型分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。

(1)機(jī)器語(yǔ)言

在計(jì)算機(jī)中，指揮計(jì)算機(jī)完成某個(gè)基本操作的命令稱為指令。所有的指令集合稱為指令系統(tǒng)，直接用二進(jìn)制代碼表示指令系統(tǒng)的語(yǔ)言稱為機(jī)器語(yǔ)言。

機(jī)器語(yǔ)言是唯一能被計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)理解和執(zhí)行的語(yǔ)言。因此，機(jī)器語(yǔ)言的處理效率最高，執(zhí)行速度最快，且無(wú)需“翻譯”。但機(jī)器語(yǔ)言的編寫、調(diào)試、修改、移植和維護(hù)都非常繁瑣，程序員要記憶幾百條二進(jìn)制指令，這限制了計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

(2)匯編語(yǔ)言

匯編語(yǔ)言是機(jī)器語(yǔ)言中地址部分符號(hào)化的結(jié)果，或進(jìn)一步包括宏構(gòu)造。使用匯編語(yǔ)言編寫的程序，機(jī)器不能直接識(shí)別，要由一種程序?qū)R編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言(目標(biāo)程序)，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，再鏈接成可執(zhí)行程序在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行，如圖5-1所示。

(3)高級(jí)語(yǔ)言

高級(jí)語(yǔ)言的表示方法比低級(jí)語(yǔ)言的表示方法更接近于待解問(wèn)題，高級(jí)語(yǔ)言是最接近人類自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)公式的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，基本上脫離了硬件系統(tǒng)，所以高級(jí)語(yǔ)言具有可讀性好、可移植性好的特點(diǎn)。使用高級(jí)語(yǔ)言編寫的源程序在計(jì)算機(jī)中是不能直接執(zhí)行的，必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序．所以執(zhí)行效率低。常見的高級(jí)語(yǔ)言有BASIC語(yǔ)言、FORTRAN語(yǔ)言、C語(yǔ)言、Pascal語(yǔ)言等。一般一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言源程序必須經(jīng)過(guò)“縮譯”和“連接裝配”兩步后才能成為可執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序。

目前，常用的編譯程序有C、Visual C++、Visual Basic等高級(jí)語(yǔ)言。