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认识和了解计算机
第1章计算机基础知识
本章学习目标
纵观人类20世纪辉煌的科学技术发展史，最卓越成就的就是计算机的发明。
自从1946年2月第一台数字计算机ENIAC诞生以来，计算机技术的发展可谓日新月异。
尤其是微型计算机的问世，改变了人类传统的生活方式，大大提高了人们的生活质量，目前，微型计算机已经涉及到社会的各个领域，人们的生活、工作和学习都离不开它，因此，熟练地掌握计算机技术已成为人类发展的必然要求，本章就来介绍有关计算机的知识。
电子计算机又称电脑，是一种能够自动、高速、精确地完成各种信息存储、数据处理、数值计算、过程控制和数据传输的电子设备。
一、计算机的发展史
1942年，美国宾夕法尼亚大学的约翰·莫克里提出用电子管组建计算机的设想，1943年开始研制，1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）在美国的宾夕法尼亚大学问世，如图1.1.1所示。
ENIAC重30t，功率150kw，占地170m2，共使用18800个电子管、1500个继电器、7000个电阻、10000只电容器。
它的运算速度达到每分钟进行5000次加法运算，3ms进行一次乘法运算。
虽然它只能存储20个字长为10位的十进制数，还得由人工改接连线才能完成编程运算，但已经大大超过了人脑的计算速度。
该机的研制耗时三年，它的成功开创了一个计算机时代，揭开了人类历史发展新纪元。
回顾计算机的发展史，在这半个多世纪中，计算机技术不断进步，构成计算机的电子器件发生了几次重大的技术革命。
这几次重大的技术革命给计算机的发展进程留下了非常鲜明的印记。
因此，按照计算机所使用的电子器件的不同可将计算机的发展划
分为以下四代。
1．第一代计算机
第一代（1946—1956年）——电子管计算机，其主要特点如下：
（1）采用电子管作为逻辑元件，运算速度每秒数千次至数万次。
（2）主存储器采用磁鼓、磁芯，外存储器采用磁带、纸带、卡片等，存储量小。
（3）体积庞大、价格昂贵、能耗巨大、运算速度。
（4）使用机器语言和汇编语言，应用领域主要局限于科学计算。
2．第二代计算机
第二代（1957—1963年）——晶体管计算机，其主要特点如下：
（1）采用晶体管代替电子管，它具有速度快、寿命长、体积小、耗电低等优点，运算速度每秒达数十万次。
（2）主存储器还是用磁芯，外存储器开始用磁盘，存储容量扩大，同时运算速度明显提高。
（3）配置了操作系统和监控程序，程序语言从机器语言发展到汇编语言，接着，高级语言FORTRAN语言和COBOL语言相继开发出来并被广泛使用。
（4）体积和价格都明显下降，用户大量增加，计算机工业得以迅速发展。
第二代计算机主要用于商业、大学教学和政府机关，继而扩展到了事务管理、工业控制等领域。
3．第三代计算机
第三代（1964—1975年）——集成电路计算机，其主要特点如下：
（1）采用中、小规模集成电路代替分立元件晶体管。
集成电路（IntegratedCircuit，简称IC）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小，包含几千个晶体管元件，使得元器件的体积更小、耗能更低、寿命更长，运算速度提高到每秒几十万次到几百万次。
（2）主存储器用半导体代替磁芯，存储容量扩大到几兆字节。
（3）程序语言也有了较大发展，出现了操作系统和会话式计算机，并与通信技术相结合，出现计算机网络，计算机开始广泛应用于工业控制、数据处理、科学计算等各个领域。
4．第四代计算机
第四代（1976年至今）——大规模和超大规模集成电路计算机，其主要特点如下：
（1）采用大规模集成电路VLSI取代中小规模集成电路，集成程度更高，计算机更加微型化，运算速度空前提高，达到每秒上亿次。
（2）计算机的外部设备向高性能、多样化发展，软盘和硬盘得到推广，高清晰度的彩色显示器广泛使用，存储量大的光盘进入市场，在计算机各方面性能全面提升的同时，价格也不断降低。
（3）操作系统不断地完善。
UNIX和Windows诞生，各类网络软件和应用软件空前丰富，软件产业开始形成。
计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代。
关于新一代计算机的讨论，已经成为世界计算机领域的热门话题，其主要特点：
（1）知识信息处理系统。
新一代计算机是一种智能型计算机，它可以根据用户提出的问题，自动选择系统知识库的规则，通过推理来回答。
这种计算机的核心语言是一种可进行逻辑判断的逻辑语言。
（2）神经网络计算机。
随着近些年人们对神经网络的研究迅速兴起，人们开始研制用计算机模拟人脑神经系统的基本结构功能。
这类计算机的主要特点是大规模分布式并行处理和高速的容错能力。
（3）生物计算机。
生物计算机是以生物芯片为器件的计算机。
生物芯片是由生物工程技术产生的蛋白分子为
主要原料的器件。
这类芯片具有巨大的存储能力，以波的形式传输信息。
其处理速度要比现有的计算机快一百万倍，能量消耗仅有现有计算机的十亿分之一。
二、计算机的现状
计算机经过半个多世纪的发展，技术已经非常成熟，目前的计算机正向着微型化、巨型化、多媒体化、网络化和智能化的方向发展。
1．微型化
随着微电子技术的日益成熟，大规模、超大规模集成电路的应用，如今的计算机正在向着微型化方向发展。
因为微型机可以应用到中、小型机无法进入的领域（如家用电器、数码产品、通信设备等），因此微型机的发展非常迅速。
2．巨型化
为了满足诸如天文、气象、宇航等尖端科学以及探索新兴科学（如基因工程）的需要，也为了能让计算机具有人脑学习、推理的复杂功能，发展了高速、大容量和功能强大的巨型化计算机。
巨型计算机运算速度可高达每秒数万亿次，大大缩小了复杂科学计算的时间。
3．多媒体化
多媒体是以数字技术为核心的图像、声音与计算机、通信等融为一体的信息环境的总称。
多媒体技术的目标是无论在什么地方，只需要简单的设备就能够自由地以交互和对话方式收发所需要的信息。
4．网络化
计算机网络是计算机技术发展中的一个重要分支，是现代通信技术和计算机结合的产物。
从单机走向网络，是计算机应用发展的结果。
以信息、资源共享为目的的Internet已经成为计算机发展的必然选择，也是人们工作生活不可缺少的工具。
5．智能化
智能化就是让计算机来模拟人的感觉、行为、思维等过程，使计算机具备“视觉”、“听觉”、“语言”、“思维”、“逻辑推理”等能力，形成智能型、超智能型计算机。
智能化的研究包括模式识别、物形分析、自然语言的生成和理解、定理的自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统、智能机器人等。
二、计算机分类
根据以上4个方面，可将计算机分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机和微型计算机4类。
1．巨型计算机（Supercomputer）
巨型计算机又称超级计算机或超级电脑，相对一般计算机系统而言，速度快、功能强、规模大、成本较高的计算机系统称为巨型计算机。
例如，我国研制的银河I型亿次机、银河II型十亿次机以及银河III型百亿次计算机都属于巨型计算机。
2．大型计算机（Mainframe）
大型计算机包括通常所说的大型机和中型机，一般只有大中型企事业单位配置大型计算机。
3．小型计算机（Minicomputer）
小型计算机又称小型电脑或者小型机，为中小型企事业单位普遍使用。
4．微型计算机（Microcomputer）
微型计算机又称PC机或者微机，是最为普遍和流行的计算机类型，其体积小、重量轻、价格低、使用方便，能够满足一般用户的要求。
三、计算机的特点及应用
计算机已成为现代社会不可或缺的一种工具，它涉及到人类生活的各个领域，对人们的生活产生了巨大的影响。
计算机也是一种自动进行信息处理的工具，其主要特点如下：
1．计算机的特点
（1）处理速度快。
计算机是由电子器件构成的，这些电子器件都具有相当高的工作速度。
现代巨型机系统的运算速度已经达到每秒钟几百亿、几万亿次等。
这不但极大地提高了工作效率，使大量繁杂的、人工难以完成的科学计算成为可能，而且能够限时长地处理，例如天气预报、弹道曲线、股市交易等计算就是在限定时间内完成的工作。
（2）计算精度高。
由于计算机内部采用数字化的数据进行运算，运算速度极高，因此，可以通过增加表示数位的设备和运用计算技巧等途径，使数值计算的精度更高。
例如，据国外资料记载，圆周率的值可以计算到小数点后1000万位；卫星和宇宙飞船轨道的计算要求非常精确，而人工根本没有办法完成，只有高性能的计算机才能精确地计算出其轨道曲线。
（3）“记忆”能力强。
计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”大量的数据和“存储”复杂的计算机程序。
现在常见的微型计算机普遍为256MB，512MB的内存，硬盘容量一般为40GB以上，80GB硬盘已经开始普及，还有常见的软盘、光盘、移动存储设备等容量都非常大。
（4）能够进行逻辑判断。
计算机具有进行逻辑判断的功能，这就保证了信息处理的高度自动化。
在运行过程中，计算机程序加工的对象不仅仅是数值量，还包括形式多样、内容丰富的各种信息。
通过对文字、图形、语言等形式的数据或者信息进行比较、判断、推理证明，从而极大地扩大了计算机的应用范围。
（5）通用性。
用户可使用计算机中的存储程序指挥和控制计算机进行自动快速地信息处理，十分灵活、方便，这样一来，计算机就具有极大的通用性。
（6）支持人机交互。
计算机都配有输入、输出设备，通过这些设备可以实现人机交互。
例如，可以用鼠标来控制计算机完成某项操作；可以通过打印机来把计算机的内部数据转化为人们可以识别的信息。
（7）自动信息处理。
计算机与其他计算工具的本质区别在于计算机本身具有记忆和逻辑判断能力，用户可以将信息处理所需要的原始数据和处理程序预先存放在计算机内，一旦向计算机发出指令，计算机就能够自动按设定的步骤和程序完成指令的任务，使信息处理自动完成。
2．计算机的应用领域
计算机技术的迅速发展推动整个社会的发展。
如今，计算机的应用已经渗透到现代社会的各个领域。
计算机主要应用在以下几个方面：
（1）科学计算。
计算机最基本的功能就是计算。
科学计算也称为数值计算，主要用于解决工程技术和科学研究中的数学计算。
其科学计算主要表现在：
1）自然科学计算。
例如数学、物理、化学、地理、气象等。
2）工程技术。
例如卫星、火箭的发射。
3）地震预测。
对采集来的大量数据，利用计算机进行分析、计算，就可以准确地判断地震的发生地点及其有关信息。
（2）数据处理。
数据处理也称非数值计算，是对大量数据进行处理，得到有用的数据信息。
数据处理被广泛地应用在办公自动化、事务管理、情报分析、企业管理等方面。
数据处理已经发展成为一门新的计算机应用学科。
（3）过程控制。
过程控制又称实时控制，是由计算机自动采集数据，并及时分析，按照最佳效果给出数值，实现对控制对象的科学控制。
该功能主要应用于生产的自动化控制，大大节约体力和智力资源，提高效率和质量，降低成本，节约能源。
（4）计算机辅助系统。
将计算机用于辅助设计、辅助制造、辅助测试、辅助教学等方面，统称为计算机辅助系统。
计算机辅助教学（CAI）：
利用计算机帮助学习的自动系统，它将教学内容、教学方法以及学习情况等存储。
计算机辅助设计（CAD）：
计算机辅助设计（CAD）利用计算机帮助设计人员进行工程设计，亿提高设计工作的自动化程序，节省人力和物力。
目前在电子、机械、土木建筑、服装等设计中得到了广泛的应用。
计算机辅助制造（CAM）：
利用计算机进行生产设备的管理、控制与操作。
计算机辅助测试（CAT）：
利用计算机来完成复杂而大量的测试工作。
（5）人工智能。
计算机技术促成了人工智能AI（ArtificialIntelligence）的研究和使用。
人工智能一般指模拟人脑进行演绎推理和决策分析的过程。
在计算机程序中设计一些定理和推理规则，由计算机自己探索解决问题。
目前人们在人工智能领域的主要应用有以下几个方面：
1）机器人的研制。
机器人可分为两类：
一类是工业机器人，主要用于替代工人完成繁重的重复性操作；另一类是智能机器人，这种机器人具有感知和识别能力、会学习、能思考、能说话和回答问题。
2）专家系统的开发。
是指将某专家或者专家在某一领域的丰富知识和经验积累起来存储在计算机中，当用户需要查询某个问题时，输入一些相关的数据或者指令，计算机就会针对用户提出的问题，进行分析处理，并最终给出答案。
3）模式识别的应用。
这是指抽取被识别对象的特征，与已知对象的特征进行比较和判断。
模式识别中重点是研究图像识别和语音识别，例如指纹的识别。
（6）电子商务和信息高速公路。
电子商务（E-Business）是指通过计算机和网络进行商务活动。
已经成为一种初具规模的商业活动。
美国在1993年正式提出“国家信息基础设施”（NII）计划，俗称“信息高速公路”计划，掀起全球信息化浪潮。
电子商务和信息高速公路是以Internet网络的不断强大而产生的，计算机正在改变整个世界。
（7）网络应用。
计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息交换的系统装置。
网络是计算机技术与通信技术结合的产物。
网络可分为广域网、城域网和局域网三类。
网络的出现，尤其是互联网的普及为计算机的应用开辟了一片无限广阔的前景，同时也对人类社会产生了巨大的影响。
四、个人计算机（Personalcomputer简称PC）的组成
计算机是一个整体的系统，它由硬件系统和软件系统两大部分组成。
硬件是构成计算机的各种有形设备的总称，它是计算机的物质基础；软件是指计算机正常运行所需要的各种程序和数据，其作用是发挥和扩大计算机的功能，使计算机完成各项任务。
这两个部分相辅相成、不可分割。
硬件（hardware）是指实际的物理设备，包括计算机主机和外部设备。
软件（software）是指实现算法的程序和相关文档，包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户实际操作过程中使用的应用软件。
在计算机中硬件是基础，软件用来发挥硬件的功能，若没有硬件，软件就没有物质基础，计算机就无法运行。
一、计算机的硬件系统
计算机的硬件部分指构成计算机的物理设备的部分，这些设备是摸得着、看得见的，我们平时看到的计算机的外观其实就是计算机的硬件部分，如图1.2.2所示。
目前所使用的各种型号的计算机均属于冯·诺依曼结构计算机，主要由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
下面来分别介绍各部分的功能。
一台配备齐全的计算机硬件主要由主机设备和外部设备两部分组成。
1、主机设备
主机是计算机的核心部件，从外观上可分为卧式和立式两种。
通常在主机箱的正面有电源开关、复位开关、光盘驱动器等。
在主机箱的背面有电源插座，用来给主机及其他外部设备提供电源。
一般计算机都有并行接口、串行接口、PS/2接口、USB接口。
计算机主机主要由主板、中央处理器、内存条、硬盘、光驱、显卡、声卡等组成。
1．主板
主板又称为主机板，是安装在主机箱内的一块电路板，它是计算机其他设备的载体，很多设备都需要通过它连接在一起，如图1.2.2所示。
2．中央处理器
中央处理器（CPU）是整个计算机系统的核心，它的性能大致上反映了整个计算机配置
的性能，也是区分计算机档次的标准。
计算机常用的CPU有Intel公司的Pentium系列、Celeron系列和AMD公司的Athlon64系列、Sempron系列等，如图1.2.3所示。
3．内存条
计算机的内存条实际上是指主机上的随机存储器（RAM）。
内存条一般用来存储计算机运行所需要的程序、数据以及支持用户程序的系统程序等，应用程序一般都先要调入内存才能被CPU访问执行，因此内存容量的大小决定了计算机处理能力的复杂程度和整体运行速度。
内存条的外观如图1.2.4所示。
4．硬盘和光驱
硬盘是计算机存储信息的重要部件，通常称为辅助存储器或外存，如图1.2.5所示。
通常情况下，硬盘固定在计算机的主机箱内。
光驱是光盘驱动器的简称，是电脑系统用来读取CD上数据的专用设备，也是多媒体电脑的标准配置之一。
DVD驱动器是目前的主流产品，
CD-ROM光驱已逐渐退出市场。
5．显卡
显卡是CPU与显示器的接口电路，通过总线与CPU和显示器相连。
它可以将显示缓冲存储器发出的信息转换成视频控制信号，控制显示器的显示，如图1.2.6所示。
6．声卡
声卡是现在多媒体电脑的基本配件之一，是实现声波/数字信号相互转换的硬件设备。
主要用于计算机系统中声音信号的处理与输出。
随着音频采集、压缩以及还原技术的成熟，
声卡在计算机中的应用也越来越广泛，如图1.2.7所示。
2、外部设备
外部设备是相对于主机来说的，放置在机箱外部的设备都可看成是外部设备。
1．显示器
显示器是计算机系统最重要的输出设备之一，如图1.2.8所示。
计算机中的数据信息需要通过显示器表现出来，用户也可以通过显示器屏幕了解计算机当前状态以及正在执行的任务。
显示器从显示精度的程度上可分为高、中、低不同分辨率的类型，一般对于文字处理来说，对显示器的要求不高，但对于游戏和图形界面显示，必须使用高分辨率的显示器。
2．键盘和鼠标
键盘和鼠标（见图1.2.9）是目前计算机中最为普遍和通用的输入设备，通过它们使得人们对计算机的操作变得简单易行。
拥有一个方便舒适的键盘和一个灵活顺手的鼠标，会使用户在使用电脑时更加得心应手。
键盘是用户和电脑对话的工具，它由一组按阵列方式装配在一起的按键组成，可分为电容式、机械式和机电式3种。
随着Windows图形操作系统的不断普及和升级，鼠标在某些方面显得比键盘更重要，它的点击与滑动使复杂的电脑操作简单化。
鼠标的基本操作有单击、双击、右击、指向、移动等。
3．打印机
打印机是计算机的一种输出设备，通过打印机可以将需要的信息打印在纸上，还可以将处理的数码照片通过打印机打印出来长期保存。
打印机可分为针式打印机、喷墨打印机和激光打印机，其中喷墨打印机和激光打印机是目前的主流。
分辨率是衡量打印机质量好坏的重要指标，通常以dpi为单位，分辨率越高，打印机的输出质量就越好，当然价格也就越高。
喷墨打印机可分为单色和彩色两种，它的优点是打印精度高、噪音较低、价格不高，但打印速度比较慢，墨水消耗量较大，如图1.2.10所示。
激光打印机是目前发展较快的一种打印机，它的打印效果非常好，几乎没有噪音，但价格较贵。
4．扫描仪
对于家用电脑，扫描仪（见图1.2.11）开辟了许多新的应用领域，如文字录入、图像输入处理、制作电子相册、挂历、明信片等个性化作品。
5．音箱
音箱作为一种必不可少的音频设备，已经越来越被广大计算机用户所使用，它作为多媒体电脑的重要组成部分之一，在音频领域中有着不可取代的地位，如图1.2.12所示。
个人计算机常用软件
软件是一种可以完成某种功能的有序指令集，是一种人类思维的智力成果。
个人计算机除了前面所说的硬件组成外，还有很多软件组成。
一般把没有装任何软件的机器叫做“裸机”，因此软件也是个人计算机的主要部分。
计算机软件可以分为系统软件和应用软件两种，系统软件是用户与计算机之间的接口，它直接与计算机硬件打交道，负责管理和维护计算机各种软硬件资源。
系统软件常常为用户提供了一个友好的操作界面，以方便用户使用计算机，而用户只需学会使用系统软件，就能通过它来操作计算机了。
应用软件是为了解决某些特定具体问题而开发的一种程序（如字符处理软件、财务软件等），它是在系统软件环境下运行的，不用直接与硬件接触。
一、操作系统
操作系统（OperationSystem，缩写为OS）是一种高级管理程序，属于系统软件。
它是直接控制和管理计算机系统的基本资源，可以方便用户充分而有效地使用这些资源的程序集合。
操作系统的主要作用有3个：
一是提高系统资源的利用。
操作系统通过对计算机系统的软硬件资源进行合理的调度与分配，改善资源的共享和利用状况，从而最大限度地发挥计算机系统的工作效率，即提高计算机系统在单位时间内处理任务的能力。
二是提供方便友好的用户界面。
通过友好的工作环境，可以改善用户与计算机的交互界面，如果没有操作系统这个接口软件，用户将面对的是一台只能识别0和1组成的机器代码的“裸机”，有了操作系统，用户就可以采用识别的方法同计算机打交道。
三是提供软件开发的运行环境。
在开发软件时，还要考虑在哪种操作系统环境下开发，当要使用某种保存在磁盘中的软件时，需要使用操作系统管理下的计算机系统调用有关的工具软件及其他软件资源。
1．Windows98
Windows98是美国Microsoft公司开发的一种图形窗口界面操作系统，由于其操作简单，在很多行业以及广大家庭用户中广受欢迎。
Windows98操作系统有第一版和第二版两种版本，现在绝大多数用户或公司使用的都是Windows98简体中文第二版。
2．WindowsXP
WindowsXP是目前最主流的操作系统，也是Windows2000的升级产品，它的用户界面如图1.3.1所示。
WindowsXP是在Windows2000的基础上开发的32位操作系统，有两个版本，普通用户通常用HomeEdition（家用版）和ProfessionalEdition（专业版）。
WindowsXP新增加了许多功能，主要有以下几种：
（1）如果用户在WindowsXP中同时打开多个文件窗口，当窗口最小化时，系统会自动将多个窗口合并成一个窗口。
另外，WindowsXP会自动将用户安装的软件在程序菜单中用黄色标识。
（2）WindowsXP采用了AppFixs模拟仿真技术，通过模拟与软硬设备适应的操作环境来解决软硬件不兼容的问题。
这样用户就可以指定一个软件的运行模式，即将系统模拟为WindowsNT4.0或Windows95/98的模式。
（3）WindowsXP内置了图片浏览、文件压缩功能。
安装WindowsXP后，无须再安装诸如ACDSee等专用的图片浏览软件。
通过WindowsXP提供的图片浏览器，可以轻松地实现图片的翻页浏览、任意旋转、另存、打印、设置壁纸等功能。
（4）WindowsXP增强了多媒体功能。
WindowsXP内置了WindowsMediaPlayer8.0多媒体播放程序，在界面、音质方面都超过以前的版本。
WindowsXP还增加了WindowsMovieMaker（视频编辑制作）软件，虽然功能上不如专业软件，但是完全可以满足家庭多媒体制作的要求。
此外，WindowsXP中增加了对刻录机的支持，不需要额外的刻录软件，就像文件夹一样实现刻录光盘的读写操作。
（5）WindowsXP支持目前常用的TCP/IP，IPX，NETBIOS和网络协议等，支持网络共享连接。
用户可通过“网络属性”建立WindowsXP，Windows2000，Windows98之间的局域网络。
3．Windows2000
Windows2000是Microsoft公司推出的“基于NT技术构建”的新型操作系统，具有安全机制和更强大的服务和网络功能。
Windows2000有Windows2000Professional，Windows2000Server
升级会员 