计算机技术基础.docx

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1、第一章计算机基础知识1.1 计算机的发展和应用1.1.1 计算机发展历程1) .计算机的诞生世界上第一台电子数字计算机 ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Calculator,电子数字积分机和计算机)于1946年诞生于美国宾西法尼亚大学，它的全称为 “电子数值积分和计算机”。计算机工具的历史计算机工具的历史可以追溯到远古机械式计算机也可以追溯到17世纪1943-1946年,在美国陆军总部的主持下,宾西法尼亚大学的埃克特(J. P. Eckert)和莫奇勒(J. W. Mauchly)领导研制了 ENIACENIAC研制背景是出于第二次世界大

2、战的军事需要，但ENIAC的研制成功是人类计算工具研制工作的一个划时代的成就。世界上第一台计算机ENIAC的主要技术指标(1)以电子管为主要元器件(2)运算速度为每秒5000次加法，300次乘法(3)使用了 18800只电子管，1500个继电器(4)占地170平方米(5)重达30吨(6)耗电150千瓦(7)耗资40万美元这台计算机可以看作为人类电子计算机的一个开端。2) .计算机的发展阶段(1)第一代(194620世纪50年代末)第一代的特点：使用电子管体积大、耗电多、可靠性差、成本高输入输出设备落后处理能力低使用机器语言和汇编语言编制程序主要用于数值计算(2)第二代(1958-1964)第二

3、代的特点：使用晶体管体积、耗电、可靠性等指标较上一代有大幅度的提高使用了磁芯做主存，磁盘、磁鼓做外存提出了操作系统的概念出现了高级程序设计语言开始进入商业领域(3)第三代(196420世纪60年代末)第三代的特点：使用了集成电路体积减小、价格下降，性能大大提高采用了半导体元器件做主存软件有了比较大的发展：出现了分时操作系统；结构化程序设计思想。(4)第四代(20世纪70年代初一现在)第四代的特点：使用大规模、超大规模集成电路出现了微型机，它的出现是计算机发展的一个跨时代的成就，大大地拉近了人们与计算机的距离，使每个人都有可能使用计算机。计算机应用深入到社会生活的方方面面(5)第五代(正在发展之

4、中)各种计算机图示Apple TRS-80 电脑Apple H 电脑Apple II电脑开创了微型机发展的阶段。IBM PC XT70年代末Apple公司推出了个人机，在市场上大受欢迎，取得了轰动效果。IBM的地位受到了挑战，同时也看到了个人机广阔的市场，随后在80年代初IBM推出了 IBM PC XT。第一台膝上电脑IBM Convertible曙光4. 2万亿次超级计算机曙光4000L中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司曙光4000L超级计算机共有386个节点，772个CPU将应用于地震资料三维叠前深度偏移处理单片机所谓单片机是所有计算机的功能被集成到一个芯片上。 单片机主要的应用领域

5、是在控制领域。单板机单板机是所有的计算机部件集成到一个电路板上。 单板机的用途是用于控制领域。1.1. 2计算机的典型应用1.科学计算地质勘测地震勘探是确定地质构造的重要方法，在石油地质勘探中占据十分重要的位置。石油钻井井位的确定很关键，定错一个井位，达不到勘探目的，损失将十分惨重。一般而言，100平方公里的三维地震资料数据多达30GB-60GB,这些海量数据的分析计算、深度偏移技术和成像技术，需要使用每秒10亿次运算速度的计算机运算60天。2 .数据处理3 .过程控制战斧Blocklll型“战斧”巡航导弹射程为1600公里命中精度可以达到3米以内相对误差不足50万之一古人以“百步穿杨”形容箭

6、法高超，假如照50万之一的相对误差换算下来，该型导弹在100米上的误差是0. 2毫米，是“百步穿针”。制导方式采用复合制导系统（惯性制导+GPS+数字式景像匹配）战斧巡航导弹在飞行的末段采用了数字式景像相关匹配制导系统当导弹飞行到距目标约80公里的区域后，弹载摄像机开机搜索，实时摄取下方的景物信息，与预先存储在弹载计算机中的目标景物照片进行对比，按图索骥，对号入座，控制导弹寻找到预定攻击的目标。4 .CAD/CAMCAD是计算机辅助设计的缩写，CAM是计算机辅助制造的缩写。5 .计算机网络6 .人工智能卡斯帕罗夫(Garry Kasparov)1963年4月13日生于前苏联的阿塞拜疆共和国首府

7、巴库国际象棋史上最伟大的、不可战胜的超级棋手Garry Kasparov VS Deep Blue时间：1997年5月3-11日地点：纽约曼哈顿奖金：胜者获70万美元；负者获40万美元结果：2.5： 3.5Deep BlueThe latest iteration of the Deep Blue computer is a 32-node IBM RS/6000 SP high-performance computer, which utilizes the new Power Two Super Chip processors (P2SC).Each node of the SP empl

8、oys a single microchannel card containing 8 dedicated VLSI chessprocessors, for a total of 256 processors working in tandem.IBM RS/6000 SPDeep Blue, s programming code is written in C and runs under the AIX operating system.The net result is a scalable, highly parallel system capable of calculating

9、100-200 billions moves within three minutes, which is the time allotted to each player* s move in classical chess.1.2计算机系统组成和工作原理1. 2.1计算机系统结构ENIAC的问题尽管ENIAC是计算机历史上一个划时代的成就，但它还存在一些问题，还不是现代意义上的计算机。ENIAC的稳定性差，使用上存在着不少问题。每做一个计算,都需编制一次程序和人工改变一次线路连接,就象在实验室做接线实验一样。计算一个算题只需2-3分钟,但为此付出的准备时间却要2天。冯诺依曼1903出生于匈

10、牙利布达佩斯，毕业于布达佩斯大学数学博士。提出了冯诺依曼结构，奠定了现代计算机的基础结构，被誉为计算机之父。也是“博弈论”的发展人之一。“博弈论”是为了能在十分复杂的博弈中取胜而制定出战略的一种数学研究,也可以作为经济或军事战略上的模式。诺依曼曾与经济学家摩根斯特恩合著过博弈论与经济行为一书，为运筹学领域做出不可磨灭的贡献。冯诺依曼结构1945年6月，冯诺依曼将自己的思想撰写成文，题为关于离散变量自动电子计算机的草案。文中提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念(Stored Program Concept)。这是所有现代电子计算机的范式,被称为“冯诺依曼结构”，按这一结构建造的电脑称为

11、存储程序计算机(Stored Program Computer).长达101页的EDIAC方案是计算机发展史上的一个划时代的文献，它向世界宣告：电子计算机时代开始了。冯诺依曼结构的要点1 .使用二进制:2 .全部指令和数据存放在存储器中,数据处理单元到存储器中读取指令并顺序执行。该思想也称“存储程序”,是冯诺依曼结构的核心思想最主要优点:结构比较简单,便于控制。冯诺依曼结构计算机示意图数据线冯诺依曼结构计算机示意图计算机系统核心CPU内存AA总线V接口 |=|外部设备接口电路：外部设备通常集机械、电子、磁、光学于一体的设备,其数据表达方式多样,速度也较慢,而计算机核心部件是半导体设备,其数据以

12、二进制形式表示,速度也要比外部设备快多。接口电路是位于计算机核心与外部设备之间的电路。主要功能：转换计算机核心和外部设备之间数据表达形式的不同;平衡计算机核心和外部设备之间速度的差异。1 . 2. 2计算机构成2 .中央处理器也称CPU或中央处理器，是计算机的心脏，决定了计算机性能和档次。包括运算器和控制器1）运算器：进行算术和逻辑运算：包括算术和逻辑运算部件、累加器和寄存器2）控制器：控制和协调计算机各部件执行指令：由指令部件、时序部件和操作控制部件组成。3 .内存储器内存，由半导体元器件构成对于冯诺依曼结构的计算机来说，由于所有的数据、指令都要首先存放在内存当中， 内存的性能对于整个计算机

13、系统有着举足轻重的作用。通常影响内存性能的因素有内存容量和内存速度两个方面。4 .外部设备1）输入设备为计算机核心提供处理对象的设备都可视为是输入设备.常见的输入设备有：键盘、鼠标、扫描仪、数码相机。2）输出设备为计算机核心提供数据表达的设备都可视为是计算机的输出设备。常见的输出设备有：显示器、打印机、绘图机。3）外存也称外储存器、辅助存储器、辅存外存通常是集机械、电子、磁、光学于一体的储存设备，是和内存相对应的一个概念, 是现代计算机的重要部件，计算机中所有需长期保存的数据、指令都要存储在外存中。内存和外存的一个重要区别在于，通常外存可以长时间保留信息，在计算机系统断电以后信息也不会消失，而

14、作为计算机主存这部分的内存当计算机断电以后里面的信息会消外存设备主要有硬盘、软驱、光驱、磁带机等等，相应的存储介质有软盘、光盘、磁带等。对于冯诺依曼结构的计算机来说，具备了 CPU和内存就构成了计算机核心。1. 2. 3微型计算机的主要性能指标1 .字长也称基本字长是计算机运算部件次可同时处理的二进制数据的位数。字长越长，计算机的处理能力越强通常有8、16、32、64位2 .速度主频：MHz, GHzMIPS3 .存储系统容量单位基本单位:Byte （字节）最小单位：bit （位）辅助单位：KB、MB、GB、TB关系如下8bit = lByte1O24B=1KB1024KB=1MB1O24MB

15、=1GB1O24GB=1TB4 .可靠性5 .可维护性6 .性能价格比7 .2. 4计算机软、硬件系统计算机系统P.8图1. 21 .计算机的硬件系统（1） CPUCPU （Central Processing Unit,中央处理单元）包括：控制器、运算器主要性能指标：字长、时钟频率（2）存储器1）内存只读存储器（ROM）：ROMPROMEPROM随机存储器(RAM)：静态随机存储器(SRAM)动态随机存储器(DRAM)内存的相关知识性能指标：容量存取速度(ns)2)外存磁盘光盘内存和外存的主要区别：半导体元器件用途和特点(3)输入和输出设备输入设备：键盘、鼠标、手写笔输出设备：显示器(CRT

16、、LCD)、打印机(4)总线(BUS)是计算机各部件的公共连接通道总线的性能：速度(66MHz、100MHz、133MHz)宽度(32位、64位)总线的类型：内部总线、系统总线、扩展总线内部总线通常是指同一部件内部的连接，例如CPU内部连接各寄存器和运算部件的总线。系统总线常是指连接同一台计算机的各部件。扩展总线用于负责CPU与外部设备之间的通信。总线的标准：ISA、PCI、AGP2 .计算机的软件系统(1)系统软件1)操作系统概念：管理计算机系统软硬件资源、提高计算机系统效率，方便用户的一组数据和指令的集合。主要功能：CPU管理、作业管理、文件管理、存储器管理、设备管理语言处理程序诊断程序维

17、护程序2)常见的操作系统Windows特点：是一个图形用户介面：它是一个多任务单用户的操作系统。主要版本：Windows NT、Windows XP 和 Windows 2000 等。 UNIX特点：可靠性高，非常稳定。Linux特点：以其良好稳健的性能、丰富的功能，以及代码公开和完全免费，正得以迅速发展。相关概念多任务：在windows操作系统下，允许做若干件事情。多用户：允许若干人同时使用这个系统。(2)应用软件应用程序函数库子程序库1 .2.5计算机的基本配置和常见外部设备图见教材P13。2 .主机主板是整个微型计算机系统的核心部件，由CPU、主存储器、各种接口电路及总线扩展槽组成。3

18、.显示器和显示卡分类：CRT和LCD单显和彩显技术指标：分辨率、像素的概念、点距显示器尺寸：15、17、19刷新率(Hz) ： 56、60、72、85灰度级：16色、256色、16位色、24位色、32位色4 .键盘机械式/电容式101/1045 .鼠标机械鼠标光电鼠标6 .磁盘(1)软盘和软驱相关概念：软盘的工作原理：软盘是一个塑料机片，上面有一层磁介质，当磁介质通过对这个磁介质的磁化来存储信息。软盘被分成了若干个同心圆，每个同心圆被称之为一个磁道，最外面的磁道称之为0磁道，通常是有80个磁道，最里面的磁道是79磁道。磁道又被分成了一段一段的，每一段被称之为一个扇区，在软盘中扇区是软盘基本的存

19、储单位。格式化：所谓“格式化”，就是对软磁盘进行磁道和扇区的划分。格式化可删除软盘上的所有信息。类型和特点：3. 5寸/5. 25寸、容量小(1.44MB)、速度慢、容易损坏。(2)硬盘特点：速度快、容量大移动硬盘优盘：Flash Memory,体积小、可移动、速度快7 .光盘工作机理容量：约650MB,直径120mm分类：CD-ROM. CD-R、CD-RW特点：容量大、价格低、不怕电磁干扰、速度快8 .打印机主要技术指标：DPI,速度(ppm/cps)分类：针式打印机：针式打印机主要由打印头、运载打印头的小车装置、色带机构、输纸机构和控制电路等几部分组成。打印头是针式打印机的核心部件，它包

20、括打印针、电磁铁、衔铁和复位弹簧等。喷墨打印机：喷墨打印机属于非击打式打印机，所以噪音低是它较针式打印机的最大优点。激光打印机：激光打印机的原理比较复杂，它综合了复印机、计算机和激光技术。也是一种非击打式打印机，它的优点是无击打噪音，分辨率高，打印速度快等，常用来打印正式公文及图表，其缺点是设备价格高、耗材贵。9 .各种接口卡声卡调制解调器：调制解调器是计算机通信的一种重要工具。调制解调器通过“调制”，可把计算机的数字信号转变成电话线路上传输的模拟信号； 相反，通过“解调”，可以把电话线路的模拟信号转变成计算机的数字信号。网卡：是网络连接设备，用于将计算机和通信电缆连接起来，以便经电缆在计算机

21、之间进行高速数据传输。1.3进位计数制及其数据信息的编码表示生活中常用数制：十进制、十二进制计算机中常用的进制：八进制、十六进制、二进制各种进制的表示十进制：(56) io、(56) 0、56D 或 56二进制：(101) 2、(IODb或 101B八进制：(56) 8、(56)。或 560十六进制：(56) 16 (56)”或 56H八进制和十六进制八进制：有0, 17共八个数元、逢8进1十六进制:有0,19, A, B, C, D, E, F共十六个数元、逢16进1为何要使用八和十六进制：二进制表示数的问题，如(11111111) 2、容易转换八进制和二进制转换八进制二进制0000 (23

22、1)8=(010011001)2100120103 oil(101101)241005101 (010,011,001)26HO7111(231)8十六进制和二进制转换十六进制二进制十六进制二进制0000081000100019100120010A101030011B101140100C110050101D110160110E111070111F1111示例(A1BC)h= 1010, 0001, 1011, 1100 =(1010000110111100)B(1010000110111100)B1010, 0001, 1011, 1100I(A1BC)h相关概念基数：卜进制的基数为10二进制

23、的基数为2位权：123. 5=1 X 102+2X 10l + 3X10+5X10-1(101. 1) 2= 1X22+OX21+1X2+1X2-1二进制转为十进制将二进制按权展开就得到十进制的值例(101. 11) b=1X22+0X2 + 1X2+1X2- + 1X2-2 =(5. 75) 0十进制转为二进制整数部分除以2 (二进制的基数)取余例(117) (1110101)B十进制转为二进制小数部分乘以2取整例(0.8125) d0.8125X2=1.625 10.625X2=1.250.25X2=0.505X2=1.0十进制转为二进制带有整数和小数的十进制转为二进制分别转换后再合起来

24、例(117.8125) d = (1110101. 1101) B八进制转为十进制将八进制按权展开就得到卜进制的值例(227) 0=2X82+2X81+7X8 = (151) 0十六进制转为十进制将卜六进制按权展开就得到卜进制的值例(1FC) “=1X162+15X16 + 12X16=(508) 十进制转为八进制除以8取余数 例(151) D(227)。卜进制转为卜六进制 除以16取余数 例(508) 0(1FC)h数据信息的编码表示1.数值数据的表示(1)定点数的表示 定点整数定点小数I符号位Io .1 1 1 1 1 110703245N=. 3245 X1072.字符数据的表示(1)

25、ASCII 码:(American Standard Code for Information Interchange,美国国家信息交换标准编码)是7位二进制编码：使用一个字节表示，一个字节有8位，使用了其中的7位，第一位永远为0范围是：0000000-1111111可以有128个组合组成：数字、字母、符号、控制符P. 25表1. 1的使用方法：A： 41H, 1000001B, 65D9： 39H, 0111001B, 57D(2)汉字编码汉字表示的困难国标 GB2312-1980：国家信息交换用汉字编码字符集一一基本集6763个汉字两级：一级3755常用二级3008不太常用其他符号682个

26、使用2个字节：2字节共有16位，如果全部使用可描述65536种情况示例：如:“中”01010110B, 01010000BI11010110B, 11010000B汉字编码共使用了 14个二进制位最多可描述16384种情况区位码：94区94位1-15区是非汉字图形符号区1655区是一级汉字5687区是二级汉字88-94区是保留区每个汉字和字符都有唯一的区位码：如“中”，5448汉字输入方法：拼音输入法：重码率高五笔字型输入法：重码率低，比较适合专业人员汉字的字库：16X16点阵24X24点阵32X32点阵其他汉字编码方案GB18030-2000：27000多个汉字使用了单、双、四字节混合编码G

27、BK：21003个汉字883个符号BIG-5：13053个汉字408个符号在港台地区使用3.音频和视频数据的表示通过接口设备转化为二进制后，由计算机核心处理1.4计算机的维护和安全1 . 4.1计算机的一般维护和安全2 .电源：稳压器UPS3 .温度和湿度：545摄氏度20%-85%4 .开关顺序:先开外设，后开主机先关主机，后关外设1. 4. 2计算机病毒1 .什么是计算机病毒是一种能自我复制的程序，会占用计算机系统的资源，破坏计算机正常的工作2 .主要特征：破坏性传染性寄生性隐蔽性和欺骗性3 .其主要传染途径：文件复制途径网络途径4 .识别病毒的特征P30(1)磁盘文件数目无故增多。(2)

28、微型计算机系统内存空间明显变小。(3)文件的日期时间值被修改成新近的日期或时间(用户自己并没有修改)。(4)感染病毒的可执行文件长度通常会明显增加。(5)正常情况下可以运行的程度却报告内存不足而不能装入。(6)程序加载的时间比平时明显变长。(7)经常出现死机或不正常启动。(8)显示器出现一些莫名其妙的信息和异常现象。(9)蜂鸣器出现异常声音。(10) 一些正常的外部设备无法使用，如无法正常读写软盘、无法正常打印等。5 .病毒的种类：引导区病毒文件型病毒混合型病毒宏病毒Internet 病毒6 .清除病毒的方法：软件方法硬件方法7 .预防病毒的方法(1)尽量使用硬盘启动系统，若必须用软盘或光盘启

29、动系统，建议使用随机配置的带有写保护的原版启动盘。(2)不使用盗版软件，不使用来历不明的程序盘或不正当途径复制的程序盘。(3)不要将软盘随便借给他人使用，以免感染病毒。(4)对通过互联网络和其他途径得到的共享软件，也必须事先进行检查，确认无病毒后方可使用。(5)对执行重要工作的计算机要专机专用，专人专用。(6)经常对系统的重要文件进行备份，以备在系统遭受病毒侵害、造成破坏时能从备份中恢复。（7）安装微型计算机的病毒防范卡，或病毒防火墙，可对各类病毒进行有效地防范。（8）对来历不明的邮件，特别是带有可执行文件附件的邮件，不要轻易打开附件。（9）严禁在重要的计算机上玩电子游戏。习题选择题（1）世界

30、上第一台计算机是ENIAC,最先实现的程序存储的计算机是。A. ENIAC8 .EDSACC.EDVACD.UNIVAC（2）目前，制造计算机所用的电子器件是（）A.电子管B.晶体管C.集成电路D.超大规模集成电路（3）办公自动化是计算机的一项应用，按计算机应用的分类。它属于。A.科学计算B.实时控制C.数据处理D.辅助设计答案：C（4）微型计算机中运算器的主要功能是进行。A.算术运算B.逻辑运算C.算术和逻辑运算D.初等函数运算答案：C（5）目前常用的微型计算机是。A. 16位机B.8位机C. 32位机D.准16位机答案：C（6）下面列出的4种存储器中，易失性存储器是（）A.RAMB. RO

31、MC. PROMD. CD-ROM答案：A7 7） SRAM存储器是。A.静态随机存储器8 .静态只读存储器C.动态随机存储器D.动态只读存储器答案：A（8）在微机中，主机由微处理器与。A.运算器组成B.磁盘存储器组成C.软盘存储器组成D.内存储器组成答案：D（9）在下列软件中，不属于系统软件的是。A.编译软件B.操作系统C.数据库管理系统D. C语言源程序答案：D（10）软件系统主要由（）A.操作系统和数据库管理系统组成B.系统软件和应用软件组成C.应用软件和操作系统组成D.系统软件和操作系统组成答案：B（11）在微机系统中，硬件与软件的关系是。A.在一定条件下可以相互转化B.等效关系C.特

32、有的关系D.固定不变的关系答案：B（12）计算机能够直接识别和处理的语言是。A.汇编语言B.自然语言C.机器语言D.高级语言答案：C（13）微机中1K字节表示的二进制位数是。A.1000B. 8X1000C.1024D. 8X1024答案：D（14）计算机中数据的表示形式是（）A.八进制B.十进制C.二进制D.十六进制答案：c(15)标准ASCII码的码长是()A. 7B.8C. 12D. 16答案：A(16)下列字符中，ASCII码值最小的是()A. aB.AC. xD.Y答案：B(17)在微型计算机中，应用最普遍的英文字符的编码是。A. BCD 码B. ASCH 码C.汉字编码D.补码答案

33、：B(18)下列数据中的最大数是。A. (227) 0B. (IFF) HC. (1010001) BD. (789) D答案：D(19)将十进制数97转换成无符号二进制整数是。A.1011111B. 1100001C.1101111D.1100011答案：B(20)与十六进制数0ABH等值的十进制数是。A. 171B. 173C. 175D. 177答案：A(21)与二进制数101101等值的十六进制数是()A. 1DB. 2CC. 2DD. 2E答案：C(22)计算机中，一个浮点数由两部分组成，它们是。A.阶码和尾数B.基数和尾数C.阶码和基数D.整数和小数答案：A（23）微机的基本组成是

34、OA.主机，输入设备，存储器B.微处理器，存储器，输入输出设备C.主机，输出设备，显示器D.键盘，显示器，打印机，运算器答案：B（24）在下面的描述中，正确的是（）A.外存中的信息，可直接被CPU处理B.计算机中使用的汉字编码和ASCII码是一样的C.键盘是输入设备，显示器是输出设备D.操作系统是一种很重要的应用软件答案：C（25）微机系统与外部交换信息主要通过。A.输入输出设备B.键盘C.鼠标D.显示器答案：A（26）在微机中，访问速度最快的存储器是。A.硬盘B.软盘C.光盘D.内存答案：D（27）下面哪种设备经常使用“分辨率”这一指标（）A.软盘B.显示器C.键盘D.鼠标答案：B（28）

35、3in软盘的写保护口已打开，在这种情况下（）A.只能读盘，不能写盘B.既能读盘，又能写盘C.只能写盘，不能读盘D.不能读盘，也不能写盘答案：A（29）下述描述中，正确的是（）A.激光打印机是击打式打印机B.软盘驱动器是存储器C.计算机运行速度可用每秒钟执行指令的条数来表示D.操作系统是一种应用软件答案：C(30) I/O接口位于()A.总线和设备之间B. CPU和I/O设备之间C.主机和总线之间D. CPU和主存储器之间答案：A(31) PCI系列微型计算机，其中PCI是()A.产品型号B.总线标准C.微机系统名称D.微处理器型号答案：B(32)具有多媒体功能的微型计算机系统中，常用的CARO

36、M是。A.只读型大容量软盘B.只读型光盘C.只读型硬盘D.半导体只读存储器答案：B(33)硬盘工作时应特别注意避免()A.噪声B.震动C.潮湿D.日光答案：B(34)针式打印机术语中，24针是指()A. 24X24 点阵B.信号线插头有24针C.打印头内有24X24根针D.打印头内有24根针答案；D(35)设汉字点阵32X32,那么100个汉字的字形状信息所占用的字节数是()A.12800B. 3200C. 32X3200D. 128K答案：A(36)速度快、分辨率高的打印机类型是。A.非击打式B.激光式C.击打式D.点阵式答案：B（37）计算机病毒是指（c）A.带细菌的磁盘B.已损坏的磁盘C具有破坏性的特制程序D.被破坏的程序