1．2 什么是計算機

計算機(computer)是能以人的幾百萬甚至幾十億倍速度進行計算井作出邏輯判斷的設備。例如．今天的許多個人計算機每秒鐘可以進行幾億次加法運算。操作臺式計算器的人要幾十年才能算出的數值，強大的個人計算機只要一秒鐘即可計算完畢(注意：你怎么知道這個人加對了沒有?你怎么知道計算機做得是否正確?)。如今．最快的超級計算機(supercomputer)每秒鐘可以進行幾干億次加法運算，是成百上千的人花一整年時間才能完成的計算工作。每秒鐘萬億條指令的計算機已經能在研究實驗室中工作。

計算機在一組指令控制下處理數據(data)，這組指令稱為計算機程序(computer programmer)。這些計算機程序指導計算機按順序進行計算機程序(computer programmer)指定的一組操作。

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構成計算機系統的各種設備(如鍵盤、屏幕、鼠標、磁盤、內存、光盤和處理器)稱為硬件。計算機上運行的計算機程序稱為軟件。幾年來，硬件成本已經大幅下降，使個人計算機更加平民化。但是，隨著程序員開發了許多越來越強大、越來越復雜的應用程序，而軟件開發技術卻進步不大，因而使軟件開發成本不斷上升。本書介紹通過成熟的軟件開發方法減少軟件開發成本，即結構化編程、自上而下逐步完善、功能化以及面向對象編程。

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1．3計算機組成

不管外觀如何不同，每個計算機都可以看成由六個單元(logical unit)或部分組成，即：

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1．輸入單元(iput unit)，這是計算機的“接收”部分，從各種輸入設備接收信息(數據和計 算機程序)，并將這些信息放到其他單元中，使信息得以處理。如今大多數信息都是通過鍵 盤和鼠標設備輸入計算機。將來大多數信息也許可以通過語音輸入或掃描圖形而獲得。

2．輸出單元(output unit)，這是計算機的“發送”部分。將計算機處理過的信息送到不同輸出 設備中，向計算機外部提供所需的信息。如今計算機輸出的大多數信息是通過屏幕顯示、書 面打印或用于控制其他設備。

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3．內存單元(memory unit)，這是計算機中快速訪問、低容量的“庫存”部分。它保存通過輸入單元輸入的信息，以便在需要時立即提供這些信息進行處理。內存單元保存處理的信息， 直到輸出單元將信息故到輸出設備中。內存單元也稱為內存或主內存(memory或primary memory)。

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4．算術／邏輯單元(arithmetic and logic unit ALU)這是計算機的“生產”部分，負責進行加、減、乘、除等運算，包含判斷機制例如可以讓計算機比較內存單元中的兩個項目，確定其是否相等。

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5．中央處理單元(central processing unit CPU)，這是計算機中的“管理”部分，是計算機的協調員，負責管理其他部分的操作。CPU告訴輸入單元何時將信息讀取到內存單元中，告訴ALU何時利用內存單元中的信息進行計算，告訴輸出單元何時將內存單元中的信息發送到指定的輸出設備中。

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6．輔助存儲單元(secondary storage unit)，這是計算機長期的高容量“庫存”部分，其他單元不是經常使用的程序或數據通常放在輔助存儲單元(如磁盤)中，直到幾小時、幾天、幾月 甚至幾年后才需要。訪問輔助存儲單元中的信息要比訪問主內存中的信息慢得多。輔助存儲單元的單位成本比主內存的單位成本低得多。

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1.4 操作系統的變革

早期計算機一次只能完成一個任務或作業(task或job)，這種計算機操作通常稱為單用戶批處理(batch processing)。計算機一次運行一個程序，成組或成批地處理數據。

在這些早期系統中，用戶利用穿孔卡片將作業提交到計算機中心，通常要等待幾小時或幾天之后才能得到打印輸出。

稱為操作系統(operating system)的軟件系統可以幫助用戶更方便地使用計算機。早期操作系統能管理作業之間的順利過渡，使得計算機操作員在作業之間切換的時間減到最少，從而增加計算機處理的工作量或吞吐量(throughput)。

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隨著計算機的功能越來越強大，單用戶批處理機制顯然不能有效地利用計算機資源，因此應該讓許多任務或作業共享計算機資源，以達到更好地利用資源，這種方法稱為多道程序設計(multiprogramming)。多道程序系統涉及多個作業在計算機上“同時”操作，計算機在競爭資源的作業之間共享資源。在早期多道程序操作系統中，用戶還是要通過穿孔卡片將作業提交到計算機中心，幾小時或幾天之后才能得到打印輸出。

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20世紀60年代，計算機界和大學的幾個研究小組提出了分時(timesharing)操作系統。分時是多道程序的特殊情況，用戶通過終端(terminal)訪問計算機，終端是帶有鍵盤和屏幕的典型設備。在典型的分時操作系統中，可能有幾十甚至幾百個用戶同時共用計算機。

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計算機實際上并不是同時運行所有用戶，而是運行一個用戶的一小段作業，然后轉入運行下一個用戶的一小段作業。計算機的速度非常快，每秒鐘可以為每個用戶服務多次，使得用戶的程序看上去是在同時運行。分時的好處之一是用戶能立即收到響應，而不必像原先的計算方式需要等待很長時間。

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總結

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