1．2 什么是计算机

计算机(computer)是能以人的几百万甚至几十亿倍速度进行计算井作出逻辑判断的设备。例如．今天的许多个人计算机每秒钟可以进行几亿次加法运算。操作台式计算器的人要几十年才能算出的数值，强大的个人计算机只要一秒钟即可计算完毕(注意：你怎么知道这个人加对了没有?你怎么知道计算机做得是否正确?)。如今．最快的超级计算机(supercomputer)每秒钟可以进行几干亿次加法运算，是成百上千的人花一整年时间才能完成的计算工作。每秒钟万亿条指令的计算机已经能在研究实验室中工作。

计算机在一组指令控制下处理数据(data)，这组指令称为计算机程序(computer programmer)。这些计算机程序指导计算机按顺序进行计算机程序(computer programmer)指定的一组操作。

构成计算机系统的各种设备(如键盘、屏幕、鼠标、磁盘、内存、光盘和处理器)称为硬件。计算机上运行的计算机程序称为软件。几年来，硬件成本已经大幅下降，使个人计算机更加平民化。但是，随着程序员开发了许多越来越强大、越来越复杂的应用程序，而软件开发技术却进步不大，因而使软件开发成本不断上升。本书介绍通过成熟的软件开发方法减少软件开发成本，即结构化编程、自上而下逐步完善、功能化以及面向对象编程。

1．3计算机组成

不管外观如何不同，每个计算机都可以看成由六个单元(logical unit)或部分组成，即：

1．输入单元(iput unit)，这是计算机的“接收”部分，从各种输入设备接收信息(数据和计 算机程序)，并将这些信息放到其他单元中，使信息得以处理。如今大多数信息都是通过键 盘和鼠标设备输入计算机。将来大多数信息也许可以通过语音输入或扫描图形而获得。

2．输出单元(output unit)，这是计算机的“发送”部分。将计算机处理过的信息送到不同输出 设备中，向计算机外部提供所需的信息。如今计算机输出的大多数信息是通过屏幕显示、书 面打印或用于控制其他设备。

3．内存单元(memory unit)，这是计算机中快速访问、低容量的“库存”部分。它保存通过输入单元输入的信息，以便在需要时立即提供这些信息进行处理。内存单元保存处理的信息， 直到输出单元将信息故到输出设备中。内存单元也称为内存或主内存(memory或primary memory)。

4．算术／逻辑单元(arithmetic and logic unit ALU)这是计算机的“生产”部分，负责进行加、减、乘、除等运算，包含判断机制例如可以让计算机比较内存单元中的两个项目，确定其是否相等。

5．中央处理单元(central processing unit CPU)，这是计算机中的“管理”部分，是计算机的协调员，负责管理其他部分的操作。CPU告诉输入单元何时将信息读取到内存单元中，告诉ALU何时利用内存单元中的信息进行计算，告诉输出单元何时将内存单元中的信息发送到指定的输出设备中。

6．辅助存储单元(secondary storage unit)，这是计算机长期的高容量“库存”部分，其他单元不是经常使用的程序或数据通常放在辅助存储单元(如磁盘)中，直到几小时、几天、几月 甚至几年后才需要。访问辅助存储单元中的信息要比访问主内存中的信息慢得多。辅助存储单元的单位成本比主内存的单位成本低得多。

1.4 操作系统的变革

早期计算机一次只能完成一个任务或作业(task或job)，这种计算机操作通常称为单用户批处理(batch processing)。计算机一次运行一个程序，成组或成批地处理数据。

在这些早期系统中，用户利用穿孔卡片将作业提交到计算机中心，通常要等待几小时或几天之后才能得到打印输出。

称为操作系统(operating system)的软件系统可以帮助用户更方便地使用计算机。早期操作系统能管理作业之间的顺利过渡，使得计算机操作员在作业之间切换的时间减到最少，从而增加计算机处理的工作量或吞吐量(throughput)。

随着计算机的功能越来越强大，单用户批处理机制显然不能有效地利用计算机资源，因此应该让许多任务或作业共享计算机资源，以达到更好地利用资源，这种方法称为多道程序设计(multiprogramming)。多道程序系统涉及多个作业在计算机上“同时”操作，计算机在竞争资源的作业之间共享资源。在早期多道程序操作系统中，用户还是要通过穿孔卡片将作业提交到计算机中心，几小时或几天之后才能得到打印输出。

20世纪60年代，计算机界和大学的几个研究小组提出了分时(timesharing)操作系统。分时是多道程序的特殊情况，用户通过终端(terminal)访问计算机，终端是带有键盘和屏幕的典型设备。在典型的分时操作系统中，可能有几十甚至几百个用户同时共用计算机。

计算机实际上并不是同时运行所有用户，而是运行一个用户的一小段作业，然后转入运行下一个用户的一小段作业。计算机的速度非常快，每秒钟可以为每个用户服务多次，使得用户的程序看上去是在同时运行。分时的好处之一是用户能立即收到响应，而不必像原先的计算方式需要等待很长时间。

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