計算機設施

計算機設施包括計算機硬件設施和計算機軟件設施。計算機硬件設施是指計算機系統中由電子，機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統結構的要求構成一個有機整體為計算機軟件運行提供物質基礎。計算機軟件設施是指計算機系統中的程序及其文檔，程序是計算任務的處理對象和處理規則的描述；文檔是為了便於瞭解程序所需的闡明性資料。程序必須裝入機器內部才能工作，文檔一般是給人看的，不一定裝入機器。

計算機硬件的功能是輸入並存儲程序和數據，以及執行程序把數據加工成可以利用的形式。從外觀上來看，微機由主機箱和外部設備組成。主機箱內主要包括CPU、內存、主板、硬盤驅動器、光盤驅動器、各種擴展卡、連接線、電源等；外部設備包括鼠標、鍵盤等。

運算器由算術邏輯單元（ALU）、累加器、狀態寄存器、通用寄存器組等組成。算術邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數據來自存儲器；處理後的結果數據通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。與Control Unit共同組成了CPU的核心部分。

控制器（Control Unit），是整個計算機系統的控制中心，它指揮計算機各部分協調地工作，保證計算機按照預先規定的目標和步驟有條不紊地進行操作及處理。控制器從存儲器中逐條取出指令，分析每條指令規定的是什麼操作以及所需數據的存放位置等，然後根據分析的結果向計算機其它部件發出控制信號，統一指揮整個計算機完成指令所規定的操作。計算機自動工作的過程，實際上是自動執行程序的過程，而程序中的每條指令都是由控制器來分析執行的，它是計算機實現“程序控制”的主要設備。

通常把控制器與運算器合稱為中央處理器（Central Processing Unit，CPU）。工業生產中總是採用最先進的超大規模集成電路技術來製造中央處理器，即CPU芯片。它是計算機的核心設備。它的性能，主要是工作速度和計算精度，對機器的整體性能有全面的影響。

硬件系統的核心是中央處理器（Central Processing Unit，簡稱 CPU）。它主要由控制器、運算器等組成，並採用大規模集成電路工藝製成的芯片，又稱微處理器芯片。

存儲器（Memory）是計算機系統中的記憶設備，用來存放程序和數據。計算機中全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲器可分為主存儲器（內存）和輔助存儲器（外存）,也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光盤等，能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件，用來存放當前正在執行的數據和程序，但僅用於暫時存放程序和數據，關閉電源或斷電，數據會丟失。

計算機系統的一個重要特徵是具有極強的“記憶”能力，能夠把大量計算機程序和數據存儲起來。存儲器是計算機系統內最主要的記憶裝置，既能接收計算機內的信息（數據和程序），又能保存信息，還可以根據命令讀取已保存的信息。存儲器按功能可分為主存儲器（簡稱主存）和輔助存儲器（簡稱輔存）。主存是相對存取速度快而容量小的一類存儲器，輔存則是相對存取速度慢而容量很大的一類存儲器。

主存儲器，也稱為內存儲器（簡稱內存），內存直接與CPU相連接，是計算機中主要的工作存儲器，當前運行的程序與數據存放在內存中。現代的內存儲器多半是半導體存儲器，採用大規模集成電路或超大規模集成電路器件。內存儲器按其工作方式的不同，可以分為隨機存取存儲器（簡稱隨機存儲器或RAM）和只讀存儲器（簡稱ROM）。

隨機存儲器允許隨機的按任意指定地址向內存單元存入或從該單元取出信息，對任一地址的存取時間都是相同的。由於信息是通過電信號寫入存儲器的，所以斷電時RAM中的信息就會消失。計算機工作時使用的程序和數據等都存儲在RAM中，如果對程序或數據進行了修改之後，應該將它存儲到外存儲器中，否則關機後信息將丟失。通常所説的內存大小就是指RAM的大小，一般以MB或GB為單位。

只讀存儲器是隻能讀出而不能隨意寫入信息的存儲器。ROM中的內容是由廠家製造時用特殊方法寫入的，或者要利用特殊的寫入器才能寫入。當計算機斷電後，ROM中的信息不會丟失。當計算機重新被加電後，其中的信息保持原來的不變，仍可被讀出。ROM適宜存放計算機啓動的引導程序、啓動後的檢測程序、系統最基本的輸入輸出程序、時鐘控制程序以及計算機的系統配置和磁盤參數等重要信息。

輔助存儲器也稱為外存儲器（簡稱外存），計算機執行程序和加工處理數據時，外存中的信息按信息塊或信息組先送入內存後才能使用，即計算機通過外存與內存不斷交換數據的方式使用外存中的信息。

從數據存儲原理和存儲格式上看，硬盤與軟盤完全相同。但硬盤的磁性材料是塗在金屬、陶瓷或玻璃製成的硬盤基片上，而軟盤的基片是塑料的。硬盤的轉速和容量會影響讀寫速度和系統運行速度，所以好的軟盤便更有耐久性。硬盤相對軟盤來説，主要是存儲空間比較大，有的硬盤容量已在2TB以上。硬盤大多由多個盤片組成，此時，除了每個盤片要分為若干個磁道和扇區以外，多個盤片表面的相應磁道將在空間上形成多個同心圓柱面。

用於計算機系統的光盤有三類：只讀光盤（CD-ROM）、一次寫入光盤（CD-R）和可擦寫光盤（CD-RW）等。

鍵盤（Keyboard）是常用的輸入設備，它是由一組開關矩陣組成，包括數字鍵、字母鍵、符號鍵、功能鍵及控制鍵等。每一個按鍵在計算機中都有它的惟一代碼。當按下某個鍵時，鍵盤接口將該鍵的二進制代碼送入計算機主機中，並將按鍵字符顯示在顯示器上。當快速大量輸入字符，主機來不及處理時，先將這些字符的代碼送往內存的鍵盤緩衝區，然後再從該緩衝區中取出進行分析處理。鍵盤接口電路多采用單片微處理器，由它控制整個鍵盤的工作，如上電時對鍵盤的自檢、鍵盤掃描、按鍵代碼的產生、發送及與主機的通訊等；鍵盤分為：

1．機械鍵盤（Mechanical）採用類似金屬接觸式開關，工作原理是使觸點導通或斷開，具有工藝簡單、噪音大、易維護、打字時節奏感強，長期使用手感不會改變等特點。

2．塑料薄膜式鍵盤（Membrane）鍵盤內部共分四層，實現了無機械磨損。其特點是低價格、低噪音和低成本，但是長期使用後由於材質問題手感會發生變化。已佔領市場絕大部分份額。

3．導電橡膠式鍵盤（Conductive Rubber）觸點的結構是通過導電橡膠相連。鍵盤內部有一層凸起帶電的導電橡膠，每個按鍵都對應一個凸起，按下時把下面的觸點接通。這種類型鍵盤是市場由機械鍵盤向薄膜鍵盤的過渡產品。

4．無接點靜電電容鍵盤（Capacitives）使用類似電容式開關的原理，通過按鍵時改變電極間的距離引起電容容量改變從而驅動編碼器。特點是無磨損且密封性較好。

鼠標器（Mouse）是一種手持式屏幕座標定位設備，它是適應菜單操作的軟件和圖形處理環境而出現的一種輸入設備，特別是在現今流行的Windows圖形操作系統環境下應用鼠標器方便快捷。常用的鼠標器有兩種，一種是機械式的，另一種是光電式的。

機械式鼠標器的底座上裝有一個可以滾動的金屬球，當鼠標器在桌面上移動時，金屬球與桌面摩擦，發生轉動。金屬球與四個方向的電位器接觸，可測量出上下左右四個方向的位移量，用以控制屏幕上光標的移動。光標和鼠標器的移動方向是一致的，而且移動的距離成比例。

光電式鼠標器的底部裝有兩個平行放置的小光源。這種鼠標器在反射板上移動，光源發出的光經反射板反射後，由鼠標器接收，並轉換為電移動信號送入計算機，使屏幕的光標隨之移動。其他方面與機械式鼠標器一樣。

鼠標器上有兩個鍵的，也有三個鍵的。最左邊的鍵是拾取鍵，最右邊的鍵為消除鍵，中間的鍵是菜單的選擇鍵。由於鼠標器所配的軟件系統不同，對上述三個鍵的定義有所不同。一般情況下，鼠標器左鍵可在屏幕上確定某一位置，該位置在字符輸入狀態下是當前輸入字符的顯示點；在圖形狀態下是繪圖的參考點。在菜單選擇中，左鍵（拾取鍵）可選擇菜單項，也可以選擇繪圖工具和命令。當作出選擇後系統會自動執行所選擇的命令。鼠標器能夠移動光標，選擇各種操作和命令，並可方便地對圖形進行編輯和修改，但卻不能輸入字符和數字。

顯示器（Display）是計算機必備的輸出設備，常用的有陰極射線管顯示器、液晶顯示器和等離子顯示器。陰極射線管顯示器（簡稱CRT）由於其製造工藝成熟，性能價格比高，至今佔據顯示器市場的主導地位。隨着液晶顯示器（簡稱LCD）技術的逐步成熟，開始在市場上嶄露頭角。

陰極射線管顯示器可分為字符顯示器和圖形顯示器。字符顯示器只能顯示字符，不能顯示圖形，一般只有兩種顏色。圖形顯示器不僅可以顯示字符，而且可以顯示圖形和圖像。圖形是指工程圖，即由點、線、面、體組成的圖形；圖像是指景物圖。不論圖形還是圖像在顯示器上都是由像素（光點）所組成。顯示器屏幕上的光點是由陰極電子槍發射的電子束打擊熒光粉薄膜而產生的。彩色顯示器的顯像管的屏幕內側是由紅、綠、藍三色磷光點構成的小三角形（像素）發光薄膜。由於接收的電子束強弱不同，像素的三原色發光強弱就不同，就可以產生一個不同亮度和顏色的像素。當電子束從左向右、從上而下地逐行掃描熒光屏，每掃描一遍，就顯示一屏，稱為刷新一次，只要兩次刷新的時間間隔少於0.01s，則人眼在屏幕上看到的就是一個穩定的畫面。

顯示器是通過“顯示接口”及總線與主機連接，待顯示的信息（字符或圖形圖像）是從顯示緩衝存儲器（一般為內存的一個存儲區，佔16kB）送入顯示器接口的，經顯示器接口的轉換，形成控制電子束位置和強弱的信號。受控的電子束就會在熒光屏上描繪出能夠區分出顏色不同、明暗層次的畫面。顯示器的兩個重要技術指標是：屏幕上光點的多少，即像素的多少，稱為分辨率；光點亮度的深淺變化層次，即灰度，可以用顏色來表示。分辨率和灰度的級別是衡量圖像質量的標準。

常用的顯示接口卡有多種，如CGA卡、VGA卡、MGA卡等。以VGA(VideoGraphicsArray)視頻圖形顯示接口卡為例，標準VGA顯示卡的分辨率為640×480，灰度是16種顏色；增強型VGA顯示卡的分辨率是800×600、960×720，灰度可為256種顏色。所有的顯示接口卡只有配上相應的顯示器和顯示軟件，才能發揮它們的最高性能。

打印機是計算機最基本的輸出設備之一。它將計算機的處理結果打印在紙上。打印機按印字方式可分為擊打式和非擊打式兩類。擊打式打印機是利用機械動作，將字體通過色帶打印在紙上，根據印出字體的方式又可分為活字式打印機和點陣式打印機。

活字式打印機是把每一個字刻在打字機構上，可以是球形、菊花瓣形、鼓輪形等各種形狀。點陣式打印機（dotmatrixprinter）是利用打印鋼針按字符的點陣打印出字符。每一個字符可由m行×n列的點陣組成。一般字符由7×8點陣組成，漢字由24×24點陣組成。點陣式打印機常用打印頭的針數來命名，如9針打印機、24針打印機等。

非擊打式打印機是用各種物理或化學的方法印刷字符的，如靜電感應，電灼、熱敏效應，激光掃描和噴墨等。其中激光打印機（LaserPrinter）和噴墨式打印機（InkjetPrinter）是目前最流行的兩種打印機，它們都是以點陣的形式組成字符和各種圖形。激光打印機接收來自CPU的信息，然後進行激光掃描，將要輸出的信息在磁鼓上形成靜電潛像，並轉換成磁信號，使碳粉吸附到紙上，加熱定影后輸出。噴墨式打印機是將墨水通過精製的噴頭噴到紙面上形成字符和圖形的。

計算機硬件的維護，除了用户具備一定的維護常識、為計算機提供良好的運行環境以及正確使用計算機外，其還需要一定的策略，只有採取以下幾個計算機硬件維護措施，才能確保計算機在新技術不斷髮展的背景下運行良好，才能提升計算機的維護效率。

1、定期檢查，查找問題。在計算機應用過程中，對計算機硬件應該定期檢查，對各種可能出現的問題進行探尋，並及時進行處理。比如，對於計算機的鍵盤、鼠標、顯示器等的運行狀況進行定期不定期檢查，確保其運行狀況是否良好，若出現不好的狀況，用户應對問題進行處理和解決。同時，用户在計算機使用過程中，對於新技術背景下的硬件兼容問題，應該定期或不定期根據新技術對計算機及其硬件進行檢查。

2、優化資源配置，提升應用效率。在計算機應用過程中，對於計算機各硬件中的資源往往通過計算機系統進行啓動，其中相關的配置也進行了生成，而這些資源在配置過程中，必須對其進行優化配置，以提升計算機硬件的應用效率。如在計算機菜單“開始”中可以打開“設備管理器”並對各硬件的系統資源進行科學的合理的正確的高效的配置。所以，用户對於計算機硬件的維護，必須重視資源的優化配置。應該在菜單中對黃色驚歎號進行定期檢查，並進行有效設置，只有這樣才能確保整個計算機硬件的正常運行，確保計算機的高效運轉。

3、 針對不同硬件，採取不同的維護措施計算機各硬件基本上都是獨立的，它們之間又彼此聯繫，因此在對計算機進行整體維護的同時，也應該針對不同的硬件採取特殊的獨立的維護措施。 ^[1] 

軟件是用户與硬件之間的接口界面。用户主要是通過軟件與計算機進行交流。軟件是計算機系統設計的重要依據。為了方便用户，為了使計算機系統具有較高的總體效用，在設計計算機系統時，必須通盤考慮軟件與硬件的結合，以及用户的要求和軟件的要求。計算機軟件總體分為系統軟件和應用軟件兩大類：系統軟件是各類操作系統，如windows、Linux、UNIX等，還包括操作系統的補丁程序及硬件驅動程序，都是系統軟件類；應用軟件可以細分的種類就更多了，如工具軟件、遊戲軟件、管理軟件等都屬於應用軟件類。

系統軟件是負責管理計算機系統中各種獨立的硬件，使得它們可以協調工作。系統軟件使得計算機使用者和其他軟件將計算機當作一個整體而不需要顧及到底層每個硬件是如何工作的。

一般來講，系統軟件包括操作系統和一系列基本的工具（比如編譯器，數據庫管理，存儲器格式化，文件系統管理，用户身份驗證，驅動管理，網絡連接等方面的工具）。具體包括以下四類：各種服務性程序，如診斷程序、排錯程序、練習程序等；語言程序，如彙編程序、編譯程序、解釋程序；操作系統；數據庫管理系統。

應用軟件是為了某種特定的用途而被開發的軟件。它可以是一個特定的程序，比如一個圖像瀏覽器。也可以是一組功能聯繫緊密，可以互相協作的程序的集合，比如微軟的Office軟件。也可以是一個由眾多獨立程序組成的龐大的軟件系統，比如數據庫管理系統。

較常見的有：文字處理軟件如WPS、Word等；信息管理軟件；輔助設計軟件如AutoCAD；實時控制軟件如極域電子教室等；教育與娛樂軟件；軟件開發是根據用户要求建造出軟件系統或者系統中的軟件部分的過程。軟件開發是一項包括需求捕捉，需求分析，設計，實現和測試的系統工程。軟件一般是用某種程序設計語言來實現的。通常採用軟件開發工具可以進行開發。不同的軟件一般都有對應的軟件許可，軟件的使用者必須在同意所使用軟件的許可證的情況下才能夠合法的使用軟件。從另一方面來講，某種特定軟件的許可條款也不能夠與法律相牴觸。

1、計算機軟件與一般作品的目的不同。計算機軟件多用於某種特定目的，如控制一定生產過程，使計算機完成某些工作；而文學作品則是為了閲讀欣賞，滿足人們精神文化生活需要。

2、要求法律保護的側重點不同。著作權法一般只保護作品的形式，不保護作品的內容。而計算機軟件則要求保護其內容。

3、計算機軟件語言與作品語言不同。計算機軟件語言是一種符號化、形式化的語言，其表現力十分有限；文字作品則是人類的自然語言，其表現力十分豐富。

/4、計算機軟件可援引多種法律保護，文字作品則只能援引著作權法。