下面，以指令的執(zhí)行過(guò)程來(lái)認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)的基本工作原理。計(jì)算機(jī)的指令執(zhí)行過(guò)程分為如下幾個(gè)步驟：

（1）取指令。從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指令送到指令寄存器。

（2）分析指令。對(duì)指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電信號(hào)，并由地址碼確定操作數(shù)的地址。

（3）執(zhí)行指令。它是由操作控制線路發(fā)出的完成該操作所需要的一系列控制信息，以完成該指令所需要的操作。

（4）為執(zhí)行下一條指令作準(zhǔn)備。形成下一條指令的地址，指令計(jì)數(shù)器指向存放下一條指令的地址，最后控制單元將執(zhí)行結(jié)果寫入內(nèi)存。

上述完成一條指令的執(zhí)行過(guò)程叫做一個(gè)“機(jī)器周期”。指令的執(zhí)行過(guò)程如圖1-2       所示。

計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)，CPU從內(nèi)存讀取一條指令到CPU內(nèi)執(zhí)行，指令執(zhí)行完，再?gòu)膬?nèi)存讀取下一條指令到CPU執(zhí)行。CPU不斷地取指令，分析指令，執(zhí)行指令，再取下一條指令，這就是程序的執(zhí)行過(guò)程。

總之，計(jì)算機(jī)的工作就是執(zhí)行程序，即自動(dòng)連續(xù)地執(zhí)行一系列指令，而程序開發(fā)人員的工作就是編制程序，使計(jì)算機(jī)不斷地工作。

3．軟件系統(tǒng)概述
軟件系統(tǒng)是指使用計(jì)算機(jī)所運(yùn)行的全部程序的總稱。軟件是計(jì)算機(jī)的靈魂，是發(fā)揮計(jì)算機(jī)功能的關(guān)鍵。有了軟件，人們可以不必過(guò)多地去了解機(jī)器本身的結(jié)構(gòu)與原理，可以方便靈活地使用計(jì)算機(jī)，從而使計(jì)算機(jī)有效地為人類工作、服務(wù)。

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件在不斷積累和完善的過(guò)程中，形成了極為寶貴的軟件資源。它在用戶和計(jì)算機(jī)之間架起了橋梁，給用戶的操作帶來(lái)極大的方便。

在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用過(guò)程中，軟件開發(fā)是個(gè)艱苦的腦力勞動(dòng)過(guò)程，軟件生產(chǎn)的自動(dòng)化水平還很低。所以，許多國(guó)家投入大量人力從事軟件開發(fā)工作。正是有了內(nèi)容豐富、種類繁多的軟件，使用戶面對(duì)的不僅是一部實(shí)實(shí)在在的計(jì)算機(jī)，而且還包含許多軟件的抽象的邏輯計(jì)算機(jī)（稱之為虛擬機(jī)），這樣，人們可以采用更加靈活、方便、有效的手段使用計(jì)算機(jī)。從這個(gè)意義上說(shuō)，軟件是用戶與計(jì)算機(jī)的接口。

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，硬件和軟件之間并沒有一條明確的分界線。一般來(lái)說(shuō)，任何一個(gè)由軟件完成的操作也可以直接由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而任何一個(gè)由硬件執(zhí)行的指令也能夠用軟件來(lái)完成。硬件和軟件有一定的等價(jià)性，例如，如圖像的解壓，以前低檔微機(jī)是用硬件解壓，現(xiàn)在高檔微機(jī)則用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

軟件和硬件之間的界線是經(jīng)常變化的。要從價(jià)格、速度、可靠性等多種因素綜合考慮，來(lái)確定哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)合適，哪些功能由軟件實(shí)現(xiàn)合適。

1.2.2  硬件系統(tǒng)的組成
計(jì)算機(jī)的硬件由主機(jī)和外設(shè)組成，主機(jī)由CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、主板（總線系統(tǒng)）構(gòu)成，外部設(shè)備由輸入設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)等）、外存儲(chǔ)器（如光盤、硬盤、U盤等）、輸出設(shè)備（如

微機(jī)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)沒有本質(zhì)的區(qū)別，它也是由運(yùn)算機(jī)、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備等部件組成。不同之處是微機(jī)把運(yùn)算器和控制器集成在一片芯片上，稱之為CPU。下面以微機(jī)為例說(shuō)明計(jì)算機(jī)各部分的作用。

1．CPU
CPU是計(jì)算機(jī)的核心部件，它完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件（Arithmetical Logic Unit，ALU），主要功能是完成對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和邏輯判斷等操作。控制器（Control Unit，CU）是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心，根據(jù)事先給定的命令，發(fā)出各種控制信號(hào)，指揮計(jì)算機(jī)各部分工作。它的工作過(guò)程是負(fù)責(zé)從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指令并對(duì)指令進(jìn)行分析與判斷，并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào)，使計(jì)算機(jī)的有關(guān)設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作，在程序的作用下，保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地工作。CPU外形如圖1-4所示。

2．存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器（Memory）是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的“倉(cāng)庫(kù)”。所謂“信息”是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所要處理的數(shù)據(jù)和程序。程序是一組指令的集合。存儲(chǔ)器是有記憶能力的部件，用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器可分為兩大類：內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。內(nèi)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱內(nèi)存，也叫隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），這種存儲(chǔ)器允許按任意指定地址的存儲(chǔ)單元進(jìn)行隨機(jī)地讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)是通過(guò)電信號(hào)寫入存儲(chǔ)器的，因此在計(jì)算機(jī)斷電后，RAM中的信息就會(huì)隨之丟失。內(nèi)存條外形如圖1-5所示，它的特點(diǎn)是存取速度快，可與CPU處理速度相匹配，但價(jià)格較貴，能存儲(chǔ)的信息量較少。外存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱外存）又稱輔助存儲(chǔ)器，主要用于保存暫時(shí)不用但又需長(zhǎng)期保留的程序或數(shù)據(jù)。如軟盤、硬盤、光盤等都叫外存儲(chǔ)器。存放在外存中的程序必須調(diào)入內(nèi)存才能運(yùn)行，外存的存取速度相對(duì)來(lái)說(shuō)較慢，但外存價(jià)格比較便宜，可保存的信息量大。常用的外存有磁盤、磁帶、光盤等。

 CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器構(gòu)成計(jì)算機(jī)主機(jī)。外存儲(chǔ)器通過(guò)專門的輸入/輸出接口與主機(jī)相連。外存與其他的輸入輸出設(shè)備統(tǒng)稱外部設(shè)備。如硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)、鍵盤都屬外部設(shè)備。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中內(nèi)存普遍采取半導(dǎo)體器件，按其工作方式不同，可分為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取器（DRAM）、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）。對(duì)存儲(chǔ)器存入信息的操作稱為寫入（Write），從存儲(chǔ)器取出信息的操作稱為讀出（Read）。執(zhí)行讀出操作后，原來(lái)存放的信息并不改變，只有執(zhí)行了寫入操作，寫入的信息才會(huì)取代原先存入的內(nèi)容。所以RAM中存放的信息可隨機(jī)地讀出或?qū)懭?，通常用?lái)存入用戶輸入的程序和數(shù)據(jù)等。計(jì)算機(jī)斷電后，RAM中的內(nèi)容隨之丟失。DRAM和SRAM兩者都叫隨機(jī)存儲(chǔ)器，斷電后信息會(huì)丟失，不同的是，DRAM存儲(chǔ)的信息要不斷刷新，而SRAM存儲(chǔ)的信息不需要刷新。ROM中的信息只可讀出而不能寫入，通常用來(lái)存放一些固定不變的程序。計(jì)算機(jī)斷電后，ROM中的內(nèi)容保持不變，當(dāng)計(jì)算機(jī)重新接通電源后，ROM中的內(nèi)容仍可被讀出。

為了便于對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)存放的信息進(jìn)行管理，整個(gè)內(nèi)存被劃分成許多存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)編號(hào)，此編號(hào)稱為地址（Address）。通常計(jì)算機(jī)按字節(jié)編址。地址與存儲(chǔ)單元為一對(duì)一的關(guān)系，是存儲(chǔ)單元的惟一標(biāo)志。存儲(chǔ)單元的地址、存儲(chǔ)單元和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是3個(gè)不同的概念。地址相當(dāng)于旅館的房間編號(hào)，存儲(chǔ)單元相當(dāng)于旅館的房間，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容相當(dāng)于房間中的旅客。在存儲(chǔ)器中，CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫操作都是通過(guò)地址來(lái)進(jìn)行的。

外存儲(chǔ)器目前使用得最多的是磁表面存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器兩大類。磁表面存儲(chǔ)器是將磁性材料沉積在盤片基體上形成記錄介質(zhì)，并在磁頭與記錄介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中存取信息?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的磁表面儀器有磁盤和磁帶兩種。硬盤結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。

用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光存儲(chǔ)器主要是光盤（Optical Disk），現(xiàn)在通常稱為CD（Compact Disk）。光盤用光學(xué)方式讀寫信息，存儲(chǔ)的信息量比磁盤存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息量大得多，因此受到廣大用戶的青睞。所有外存的存儲(chǔ)介質(zhì)（盤片或磁帶）都必須通過(guò)機(jī)電裝置才能存取信息，這些機(jī)電裝置稱之為“驅(qū)動(dòng)器”，如常用的軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器和光盤驅(qū)動(dòng)器等。目前外存儲(chǔ)器的容量不斷增大，從MB級(jí)到GB級(jí)，還有海量存儲(chǔ)器等。

3．輸入設(shè)備
輸入設(shè)備是將外界的各種信息（如程序、數(shù)據(jù)、命令等）送入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、條形碼讀入器等。

4．輸出設(shè)備
輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)處理后的信息以人們能夠識(shí)別的形式（如文字、圖形、數(shù)值、聲音等）進(jìn)行顯示和輸出的設(shè)備。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。

由于輸入/輸出設(shè)備大多是機(jī)電裝置，有機(jī)械傳動(dòng)或物理移位等動(dòng)作過(guò)程，相對(duì)而言，輸入/輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)速度最慢的部件。

1.2.3  軟件系統(tǒng)的組成
計(jì)算機(jī)軟件由程序和有關(guān)的文檔組成。程序由一系列的指令按一定的結(jié)構(gòu)組成。文檔是軟件開發(fā)過(guò)程中建立的技術(shù)資料。程序是軟件的主體，一般保存在存儲(chǔ)介質(zhì)中，如軟盤、硬盤或光盤中，以便在計(jì)算機(jī)上使用。現(xiàn)在人們使用的計(jì)算機(jī)都配備了各式各樣的軟件，軟件的功能越強(qiáng)，使用起來(lái)越方便。軟件可分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用軟件，軟件系統(tǒng)組成如圖1-7所示。

1．系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件是管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)資源的軟件，是用來(lái)擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能，提高計(jì)算機(jī)的工作效率，方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所不可缺少的，是硬件與軟件的接口。一般情況下系統(tǒng)軟件分為4類：操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和服務(wù)程序。

1）操作系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)是由指揮與管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的程序模板和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成的一種大型軟件系統(tǒng)，其功能是管理計(jì)算機(jī)的硬件資源和軟件資源，為用戶提供高效、周到的服務(wù)。操作系統(tǒng)與硬件關(guān)系密切，是加在“裸機(jī)”上的第一層軟件，其他絕大多數(shù)軟件都是在操作系統(tǒng)的控制下運(yùn)行的，人們也是在操作系統(tǒng)的支持下使用計(jì)算機(jī)的。操作系統(tǒng)是硬件與軟件的接口。

常用的操作系統(tǒng)有UNIX/Xenix、MS-DOS、Windows XP、Linux和OS/2。下面簡(jiǎn)單介紹這些操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程和功能特點(diǎn)。