信息時代的核心無疑是信息技術，而信息技術的核心在於信息處理和存儲。
2.1數據表示
2.1.1表示信息、數字和字符
1.信息表示
存儲數據的邏輯單元有兩種狀態，即高電位和低電位，分別對應“1”和“0”。在計算機中，如果壹個潛在狀態代表壹個信息單元，那麽壹個二進制數可以代表兩個信息單元。如果使用2位二進制數，它可以表示4個信息單元；使用3位二進制數，可以表示8個信息單元。二進制數的位數與所能表示的信息單位之間存在乘冪關系。也就是說，當使用n位二進制數時，可以表示的不同信息單元的數量是兩個。
另壹方面，如果要表示18個信息單元，應該使用多少個二進制數？如果使用4位二進制數，可以表示的信息單元數為16；如果使用5位二進制數，可以表示的信息是32個單位。因此，為了表示18信息單元的數據，至少需要5個二進制數字。
計算機存儲數據時，往往將8位二進制數視為壹個存儲單位或壹個字節。2用於計算存儲容量，(即1024)個存儲單元稱為1K字節；K(即1024 K)個存儲單元稱為1M字節；m(即1024M)內存單元稱為1G字節。
2.數字表示
十進制數以二進制格式存儲，即存儲數值數據。要表示壹個數值數據，需要解決三個問題。
首先，確定號碼的長度。在數學中，壹個數的長度壹般是指用十進制表示時的位數，例如258是3位數，124578是6位數等。在計算機中，壹個數的長度是通過二進制數字的個數來計算的。但是，由於計算機的存儲容量往往是以字節來衡量的，所以數據長度往往是以字節來計算的。需要指出的是，在數學中，數字的長度是變化的，盡可能多的寫數字。在計算機中，如果數據的長度隨數量而變化，則不便於存儲或處理。所以在同壹臺電腦中，數據的長度往往是統壹的，不足的部分用“0”填充。
其次，有正數和負數。在計算機中，壹個數的符號總是用最高有效的二進制數來表示，約定“0”代表正數，“1”代表負數，稱為數符號；剩下的還是代表數值。壹般來說，機內存儲的標誌被數字化的數稱為機數，機外的標誌所代表的數稱為真數。如果壹個數有8位，則真數為(-0101100)B，機號為10105438+065438，存儲在機器中，如圖2.6438+0.000.10000808086
圖2.1.1存儲在機器中的數字
機器號表示的範圍受到字長和數據類型的限制。確定了字長和數據類型，也確定了機器數量可以表示的範圍。比如用8位字長表示壹個整數，最大值是011111，最高位是符號位，所以這個數的最大值是127。如果值超過127，就會“溢出”。
然後就是小數點的表示。在計算機中表示數字數據時，總是隱含小數點的位置，以節省存儲空間。隱含的小數點位置可以是固定的，也可以是可變的。前者叫定點數，後者叫浮點數。
1)定點表示法:
定點整數，即小數點位置約定在最低位數之後，用來表示壹個整數。
整數分為有符號和無符號類型。對於有符號整數，符號位放在最高有效位。整數表示的數字是準確的，但是數字的範圍是有限的。根據存儲的字長，可以用8，16，32位等表示。它們各自的表示範圍見表2.1.1。
表2.1.1不同數字和數字的表示範圍
用二進制數字表示無符號整數的範圍；有符號整數的表示範圍。
八
16
32
如果將有符號整數的長度擴展到4個字節，則整數表示的範圍可以從32767擴展到2147483647≈0.21×1010，即21億以上。但是每個數字所占用的存儲空間也增加了壹倍。
定點小數，即在最高位前面約定小數點位置，用來表示小於1的純小數。
如果十進制小數部分為-0.6876，則為-0.1011000000011...數-0.6876的二進制數是無限小數，所以存儲時只能截取前15位，省略16位。
如果用2個字節的長度來表示壹個定點小數，則最低位的權重為2-15(10-4到10-5之間)，即最多精確到小數點後第4到第5位(以十進制計算)。這樣的範圍和精度即使在壹般應用中也難以滿足需要。為了表示更大或更小的數，用浮點數表示。
2)浮點數表示方法:
在科學計算中，為了表示超大或極小的數，用“浮點數”或“科學表示法”來表示實數，“浮點數”由尾數和順序碼兩部分組成。比如0.23456是尾數，5是秩碼。
在浮點表示法中，小數點的位置是浮動的，順序碼可以取不同的值。為了便於計算機表示小數點，規定浮點數要用規範的形式書寫，即尾數的絕對值大於等於0.1小於1，從而唯壹指定小數點的位置。尾數的長度會影響數的精度，它的符號會決定數的符號。浮點數的秩碼相當於數學中的指數，其大小將決定數的表示範圍。
類似地，任何二進制規格化浮點數都表示為:
其中是尾數，前面的“”表示數字符號；是軍銜代碼，前面的“”表示軍銜符號。它在計算機中的存儲形式如圖2.1.2所示。
訂單編碼尾數
圖2.1.2浮點數的存儲格式
比如，設尾數為8位，秩碼為6位；二進制數和浮點數的存儲形式見圖2.1.3。
圖2.1.3存儲
3)原碼、補碼和補碼的表示
“原碼”編碼方式
上面介紹的定點和浮點表示法，都是用數據的第壹位來表示數字的符號，數字的絕對值(包括尾數和順序碼)用後面的位來表示。這種方法簡單易懂，但運算符必須會加減法，而且既有正負操作數，所以原碼運算往往伴隨著許多判斷。比如兩個數相加，如果符號不同，實際上應該是相減；兩個數相減，如果符號不同，實際上相加，以此類推。結果，算術單元的復雜性增加，並且運算時間增加。
“補碼”和“補碼”編碼方法
負數怎麽處理？因此提出了“補碼”、“補碼”等編碼方式。補碼運算的主要優點是通過對負數的適當處理，將減法轉化為加法。無論和與差，無論操作數是正還是負，所有運算都只是加法，從而大大簡化了加減運算。補碼運算通常通過補碼運算來實現。因此，壹個完整的算術運算的討論不僅應該包括數值，還應該包括代碼系統(原、逆、補碼等。).
3.字符表示:
字符編碼是指表示非數字數據(如字符、標點符號等)的方法。)加上壹系列二進制數，簡稱編碼。代表26個英文字母，5個二進制數字足以代表26個字符。但是，每個英文字母都是區分大小寫的，並且有大量的標點符號和其他特殊符號(如$、#、@、&；、+等。).當所有的符號都計算在壹起時，總有95個不同的字符要表示。最廣泛使用的三種編碼方法是ASCII、ANSI和EBCDIC，第四種編碼方法Unicode正在開發中。
1) ASCII(美國信息交換標準碼信息交換碼)使用最廣泛。用ASCII碼編碼的文件稱為ASCII文件。標準ASCII編碼使用7個二進制數來表示128個符號，包括英文大小寫字母、標點符號、數字和特殊控制符號。
2) ANSI(美國國家學會)編碼使用8位二進制數來表示每個字符。八個二進制數可以代表256個信息單元，所以這個碼可以編碼256個字符、符號等。從ANSI開始的128字符的編碼與ASCII定義的相同，只是在最高位加了壹個0。例如，在ASCII編碼中，字符“a”表示為100001，而在ANSI編碼中，表示為0100001。除了在ASCII中表示128個字符，ANSI中還有128個符號，如版權符號、英鎊符號、外文字符等。
3) EBCDIC(擴展二進制編碼十進制交換碼)是IBM為其大型機開發的8位字符碼。值得註意的是，在EBCDIC編碼的前128個字符中，EBCDIC的編碼不同於ASCII或ANSI的編碼。
壹般來說，標準ASCII碼定義了128個字符，足以表示數字、字符、標點符號和特殊字符。ANSI代碼代表由所有ASCII代碼代表的128個字符，也代表歐洲語言中的字符。EBCDIC編碼代表標準字符和控制代碼。然而，沒有壹種編碼方案支持可選字符集，也不支持不是由字母組成的語言，例如中文和日文。
4)Unicode編碼是壹組16比特的編碼，可以表示超過65000個不同的信息單元。原則上，Unicode可以表示當前使用或不再使用的任何語言中的字符。對於國際商務和交流來說，這種編碼方式非常有用，因為壹個文件可能需要包含中文、日文、英文等不同的語言。而且Unicode編碼也適合軟件的本地化，即可以針對特定國家修改軟件。此外，使用Unicode編碼，軟件開發人員可以修改屏幕提示、菜單、錯誤消息提示等。以適應不同國家的語言和文字。
2.1.2圖像數據和視頻數據的表示
兩種截然不同的圖形編碼方法，即位圖編碼和矢量編碼。兩種編碼方式的不同影響了圖像的質量、存儲圖像的空間、圖像傳輸的時間以及修改圖像的難度。視頻是壹種圖像數據，是由多個相關的圖像數據連續播放而形成的。人們壹般講的視頻信號是電視信號，是模擬的；而計算機視頻信號是數字量。
1.位圖圖像:
位圖圖像在屏幕上存儲帶有像素位置的圖像。最簡單的位圖圖像是單色圖像。單色圖像只有兩種顏色:黑色和白色。如果壹個像素上對應的圖像單元是黑色的，在計算機中會用0表示。如果是白色，在電腦中用1表示。
對於單色圖像，用於表示全屏圖像的圖像單元的數量正好等於屏幕上的像素數量。如果水平分辨率為640，垂直分辨率為480，將屏幕的水平分辨率和垂直分辨率相乘:640×480=307200，則屏幕的像素數為307200。因為單色圖像是用二進制數表示壹個像素，所以可以計算出存儲全屏位圖圖像的字節數:307200 ÷ 8 = 384000。但是單色圖像看起來不真實，很少使用。
灰度圖像看起來比單色圖像更真實。灰度圖像以灰度比例顯示圖像。使用的灰度越多，圖像看起來就越真實。通常，計算機使用256灰度級來顯示圖像。在256級灰度圖像中，每個像素可以是白色、黑色或256級灰度中的任何壹級，即每個像素有256種信息表示的可能性。因此，在灰度圖像中，存儲壹個像素圖像需要256個信息單元，即需要壹個字節的存儲空間。因此，分辨率為640×480的全屏灰度圖像需要307200字節的存儲空間。
計算機可以使用16，256或16.7百萬種顏色來顯示彩色圖像，用戶將獲得更真實的圖像。
在具有16種顏色的圖像中，每個像素可以有16種顏色。那麽為了表示16個不同的信息單元，每個像素需要壹個4位二進制數來存儲信息。因此，16色的全屏位圖圖像需要153600字節的存儲容量。
256色位圖圖像，每個像素可以有256種顏色。為了表示256個不同的信息單元，每個像素需要8位二進制數來存儲信息，即壹個字節。因此，全屏256色位圖圖像需要307，200字節的存儲容量，這是65，438+06色的兩倍，與256級灰度圖像相同。
具有65，438+0，670，000種顏色的位圖圖像稱為24位圖像或真彩色圖像。每個像素可以有65438+6700種顏色。為了表示這65438+6700萬個不同的信息單元，每個像素需要24位的二進制數來存儲信息，即3個字節。顯然，全屏真彩圖像需要更大的存儲容量。
包含圖像的文件非常大，需要很大的內存來存儲，傳輸和下載需要很長時間。比如從網上下載壹張分辨率為640×480的256色圖片，至少需要1分鐘。壹張16的彩色圖像需要壹半的時間；但是真正的彩色圖像需要更多的時間。
有兩種技術可以用來減少圖像的存儲空間和傳輸時間，即數據壓縮技術和圖像抖動技術。後面介紹了數據壓縮技術，圖像抖動技術主要是通過減少圖像中的顏色數量來減少文件存儲容量。抖動技術是根據人眼對顏色和陰影的分辨率，通過兩種或兩種以上顏色組成的圖案產生附加的顏色和陰影來實現的。例如，256色圖像上的琥珀色區域可以通過抖動技術轉換為16色圖像上的黃紅點圖案。在互聯網的網頁上，抖動技術是減少圖像存儲容量的常用技術。
位圖圖像常用於表現真實圖像，適用於表現細節、層次和色彩豐富、包含大量細節的圖像。例如掃描圖像、由攝像機和數碼相機拍攝的圖像以及由幀捕獲設備獲得的數字化幀圖像。常用的位圖圖像文件擴展名有:。bmp，。pcx，。tif，。jpg和。gif。
由像素矩陣組成的位圖圖像可以修改和編輯單個像素，即可以使用位圖軟件(也稱為照片編輯軟件和繪畫軟件)來修改位圖文件。可用於修改和編輯位圖圖像的軟件，如Microsoft Paint、PC Paintbrush、Adobe Photoshop、Micrografx Picture Publisher等。，可以放大圖片的局部區域然後進行修改。
2.矢量圖像
矢量圖像是由存儲在計算機中的壹組指令組成，這些指令描述了點、線、面的大小和形狀以及它們的位置和尺寸，而不是真實的圖像。它通過讀取這些指令並將其轉換為屏幕上顯示的形狀和顏色來顯示圖像。矢量圖像看起來不如位圖圖像真實。用於生成矢量圖像的軟件通常稱為繪圖軟件，如Micrographx Designer和CorelDRAW。
矢量圖像的利與弊
優勢:
存儲空間小於位圖圖像。矢量圖像的存儲空間取決於圖像的復雜程度，每條指令都需要存儲空間，所以圖像中的線條、圖形、填充圖案越多，需要的存儲空間就越大。但壹般來說，矢量圖像比位圖圖像文件小得多，因為它們存儲指令。
矢量圖像可以單獨控制和處理圖形的各個部分，即圖像的壹部分可以作為單個對象單獨進行拉伸、收縮、變形、移動和刪除，而整個圖像不失真。不同的對象也可以在屏幕上重疊並保持各自的特征，必要時仍然可以分離。因此，矢量圖像主要用於線性圖片、工程圖和藝術字符。常用的矢量圖像文件擴展名有:。wmf，。dxf，。mgx和。cgm等。
缺點:
處理起來比較復雜，程序員和計算機用矢量圖格式表示壹個復雜的圖形需要花費大量的時間，所以先用矢量圖創建壹個復雜的圖形，然後再轉換成位圖圖像進行處理，通常比較耗時。
位圖圖像與矢量圖像的比較:
顯示位圖圖像比顯示矢量圖像更快，但是位圖圖像需要很大的存儲空間，因為它需要指示屏幕上每個像素的信息。總之，矢量圖像的關鍵技術是圖形制作和再現，而位圖圖像的關鍵技術是圖像掃描、編輯、無損壓縮、快速解壓縮和顏色壹致性再現。
3.數字視頻:
視頻信息實際上是由許多單張圖片組成的。電影和電視通過快速播放每壹幀產生連續運動的效果，再加上人眼的視覺保持效應。視頻信號數字化是指在壹定時間內，以壹定速度對單幀視頻信號進行采集和處理，生成數字信息的過程。
與模擬視頻相比，數字視頻具有以下優勢:
1)數字視頻可以被無限復制而不失真，而模擬視頻信息每被轉錄壹次都會有壹次誤差積累，造成信息失真。
2)許多新方法可用於數字視頻的創造性編輯，例如字幕和電視特效。
3)利用數字視頻可以用較少的時間和成本創建用於培訓和教育的交互式程序，可以真正實現將視頻集成到計算機系統中，用計算機播放電影節目。
數字視頻的缺點是:
因為數字視頻是由壹系列幀組成的，每壹幀都是靜止圖像，圖像也是用位圖文件來表示的。通常，視頻需要每秒顯示30幀，因此數字視頻需要巨大的存儲容量。
例如，分辨率為640×480的全屏256色圖像需要307200字節的存儲容量。那麽數字視頻壹秒鐘所需的存儲空間就是這個數的30倍，即9216000字節，大約是9兆字節。壹部兩小時的電影需要6635520萬字節，超過66G字節。這個只能用超級電腦玩。因此，在存儲和傳輸數字視頻的過程中，必須采用壓縮編碼。
2.1.3聲音數據的表示
電腦可以記錄、儲存和播放聲音。在電腦中，聲音可以分為數字音頻文件和MIDI文件。
1.數字音頻
復雜聲波是由許多不同振幅和頻率的正弦波組成的。這些連續的模擬量是計算機無法直接處理的，必須先進行數字化處理，才能被計算機存儲和處理。
計算機獲取聲音信息的過程就是聲音信號的數字化處理過程。數字處理後的數字聲音信息可以像文本和圖像信息壹樣被計算機存儲和處理。將模擬聲音信號轉換為數字音頻信號的壹般過程；
要以數字方式記錄聲音，首先需要對聲波進行采樣。聲波采樣前後的波形如圖2.1.4所示(橫軸表示時間，縱軸表示振幅):
圖2.1.4聲波采樣前後的波形
采樣頻率是指在對聲音進行采樣的過程中，每秒鐘測量聲音的次數。采樣頻率以Hz為單位。如果提高采樣頻率，單位時間內將獲得更多的振幅值，即采樣頻率越高，原聲曲線的模擬越精確。然後將足夠多的幅度值轉換成相同采樣頻率的電壓值來驅動揚聲器，就可以聽到和原始波形壹樣的聲音。這種技術被稱為脈碼調制(PCM)。
聲音文件
存儲在計算機上的聲音文件的擴展名是:。wav，。mod，。au和。voc。要錄制和播放聲音文件，需要使用聲音軟件，通常使用聲卡。
2.midi文件
樂器數字接口——MIDI(樂器數字接口)是電子樂器與計算機之間的連接接口和信息交換方式。midI格式的文件擴展名是。MID和MIDI格式的文件通常簡稱為“MIDI文件”。
MIDI是數字音樂的國際標準。數字電子樂器的出現，為計算機處理音樂創造了極其有利的條件。MIDI聲音與數字波形聲音完全不同，數字波形聲音不是對聲波進行采樣、量化和編碼。它實際上是壹系列順序的命令，用來記錄電子樂器鍵盤演奏的信息，包括按鍵、力度、持續時間等等。這些信息稱為MIDI信息，是樂譜的數字描述。需要演奏時，只需從相應的MIDI文件中讀取MIDI消息，生成所需的樂器聲音波形，經放大後由揚聲器輸出即可。
MIDI文件的存儲容量比數字音頻文件小得多。比如3分鐘的MIDI音樂只需要10KB的存儲空間，而3分鐘的數字音頻信號音樂需要15MB的存儲容量。
2.2數據壓縮
重新編碼數據以減少所需的存儲空間。數據壓縮必須是可逆的，即壓縮後的數據必須恢復到原來的狀態，其逆過程稱為解壓縮。
數據壓縮後，文件大小變小，壓縮比可以用來衡量壓縮量。例如，壓縮比為20: 1，表示壓縮後的文件大小為原始文件的1/20。壓縮編碼方法包括無損壓縮方法(冗余壓縮方法)和有損壓縮方法。後者允許壹定程度的失真，可用於壓縮圖像、聲音和數字視頻等數據。用這種方法壓縮數據，數字視頻圖像的壓縮比可以達到100:1~200:1。
數據壓縮可以由專用的計算機硬件實現，也可以完全由軟件實現，或者由軟件和硬件的組合來實現。常用的壓縮軟件有Winzip等。
2.2.1文本文件壓縮
自適應替換壓縮技術
掃描整個文本，尋找兩個或更多字節的模式。壹旦發現壹個新的模式，它將被文件中其他地方沒有使用的字節所替換，壹個條目將被添加到字典中。例如，有這樣壹段文字
“西班牙的雨主要落在平原上，但緬因州的雨壹降再降”
其中，“the”是壹個句型，在文中出現了三次。如果換成“#”，可以壓縮6個字節；“ain”出現了8次。如果換成“@”，可以壓縮16字節。“in”出現了兩次。如果用“$”替換，可以壓縮2個字節，以此類推。可以看出，文件越長，包含重復信息的可能性越大，壓縮比也就越大。
瀏覽整個文檔並查找重復的單詞。當壹個單詞出現不止壹次時，該單詞的第二次和後續出現將被替換為數字。這個數字被稱為指向原始單詞的指針。比如上面例子中的文字可以壓縮為:“西班牙的雨主要停留在# 1平原上，但是# 1 # 2 # 3主又落下來了# 16”，說明只壓縮了6個字節。文件越大，單詞的重復頻率越高，所以壓縮效果越好。
2.2.2圖像數據壓縮
遊程編碼是壹種圖形文件壓縮技術。這是壹種壓縮技術，它尋找字節模式，並用可以描述這種模式的消息來替換它們。
例如，假設圖像中有壹個191像素的白色區域，每個像素用壹個字節表示。經過遊程編碼壓縮後，這串191字節的數據被壓縮成2個字節。
擴展名為的位圖文件。bmp是未壓縮的文件。擴展名為的位圖文件。tif，。pcx和。jpg是壓縮文件。帶有的文件。tif文件擴展名使用TIFF(標記圖像文件格式)格式。文件擴展名為. PCX的文件使用pcx格式。帶有的文件。jpg文件擴展名使用有損JPEG(聯合圖像專家組)格式。人們經常對圖像進行有損壓縮。
2.2.3視頻數據壓縮
視頻由壹系列幀組成，每壹幀都是位圖圖像，因此視頻文件需要巨大的存儲容量。
人們通過減少每秒播放的幀數，縮小視頻窗口的大小，或者只對幀間變化的內容進行編碼，來減少視頻信號的存儲容量。
數字視頻常用的格式有:Windows、QuickTime和MPEG視頻，其文件擴展名為:。avi，。mov和。mpg，其中。mpg是壹個壓縮文件。MPEG格式可以把兩個小時的視頻信息壓縮到幾個GB。
運動補償技術也可以用於視頻壓縮，以減少存儲容量。這種技術只存儲逐幀變化的數據，不需要存儲每幀的所有數據。當視頻剪輯在幀與幀之間變化不大時，運動補償技術非常有效。比如壹個說話人的頭部，只有嘴和眼睛在變化，而背景卻保持相當穩定。這時計算機只需要計算兩幀的差值，只存儲變化的內容。根據不同的數據，運動補償的壓縮比可以達到200:1。另外，每秒播放的幀數直接影響視頻播放的質量。縮小圖像的大小也是減少存儲容量的有效方法。壹般來說，可以集成上述壓縮技術來減少視頻文件的存儲容量。
音頻數據壓縮
音頻數據最突出的問題就是信息量大。計算音頻信息文件所需存儲空間的公式為:
存儲容量(字節)=采樣頻率×采樣精度/8×通道數×時間。
例如，如果采樣頻率為44.1KHz，采樣精度為16位，則數字化後所需的存儲容量為44.1×103×16/8×2×60 =
數字音頻編碼必須具有壓縮聲音信息的能力，最常用的方法是自適應脈沖編碼調制，即ADPCM壓縮編碼。
ADPCM壓縮編碼方案信噪比高，數據壓縮比可達2~5倍，無明顯失真。因此，這種壓縮技術主要用於數字化的聲音信息。
2.3信息處理
中央處理器通常是指完成基本信息處理循環的部件的總和。中央處理器是計算機系統硬件的核心，主要包括中央處理器(CPU)、內存(Memory)、系統總線和控制部件等。通過這些組件的協同動作，完成信息處理。
2.3.1 CPU
CPU是計算機系統的核心部件，它的工作是處理信息，完成計算。CPU有很多種。微型計算機的CPU，也稱為“微處理器”，是用最先進的技術生產的超大規模集成電路芯片。這種芯片通常集成了數百萬個晶體管電子元件，功能非常復雜。性能優於微型計算機的各種計算機的CPU，如高性能網絡服務器中使用的CPU，往往是由壹組高性能芯片組成，計算能力更強。此外，各種現代化設備，如各種機器設備、儀器儀表、車輛等，都裝有所謂的“嵌入式”CPU芯片，幾乎所有的高端電器都裝有壹個甚至幾個CPU芯片。
內部存儲器
內存也叫主存，簡稱內存或主存儲器。存儲器是計算機工作中用來保存信息的主要部件，在計算機系統中起著極其重要的作用。它的工作速度和存儲容量對系統的整體性能、系統問題解決的規模和效率有很大的影響。對於內存來說，除了容量，另壹個重要的性能指標就是它的訪問速度。內存速度由執行讀或寫操作所需的“訪問時間”來衡量。
內存的基本存儲單位稱為存儲單元。今天計算機內存中的小存儲單元的結構模式是每個單元恰好存儲壹個字節的信息(8位二進制代碼)。每個單元對應壹個唯壹的編號，由此產生的單元編號稱為存儲單元的地址。計算機中央處理器中的組件通過壹條公共信息路徑連接在壹起，這條路徑稱為系統總線。CPU和存儲器之間的信息交換是通過數據總線和地址總線進行的。根據地址訪問存儲器，給出這個地址就可以得到存儲在存儲單元中的信息。CPU可以立即訪問任何存儲單元的信息。並且訪問時間的長度不依賴於被訪問的地址。
說明和程序
CPU的基本功能是由其提供的指令決定的。當CPU收到指令時，控制單元解釋該指令並指導其他組件完成該指令。雖然有許多不同的CPU，但它們的基本指令是* * *相同的。CPU的基本指令主要包括以下幾類:
1)內存訪問類指令
2)算術和邏輯運算指令
3)條件判斷和邏輯運算指令
4)輸入和輸出指令
5)控制和系統說明
指令也是存在於計算機中的壹種信息，需要在計算機中傳輸，所以指令也必須以二進制形式編碼，以二進制形式在計算機中存儲和傳輸。當CPU收到指令時，控制單元解釋該指令並指導其他組件完成該指令。
所謂“程序”，就是由壹系列計算機指令組成的序列，為了完成壹項特定的任務而實現。簡單地說，程序是壹系列指令。壹個特定的計算機程序是壹個指令序列，可以由這臺計算機的CPU作為基本元素來執行。程序也可以被看作是壹種由計算機CPU處理的信息。實際上是由CPU的控制單元進行處理，而不是像壹般數據壹樣由CPU的運算部件進行處理和使用。計算機的基本工作周期由兩個基本步驟組成:壹是取指令，二是執行指令。程序控制器是實現這壹基本循環的主體。
人們在分析了程序中需要實現的各種計算過程的需求後，提出了程序的三種基本邏輯結構，稱為程序的三種“基本控制結構”，即“順序結構”、“分支結構”和“循環結構”。從理論上證明了這三種結構的能力是充分的，任何程序都可以僅由這三種結構構造。三個基本控制