第1章计算机基础知识.docx

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1、第1章计算机基础知识1.1 概述1.1.1 计算机的发展历程第一台计算机ENIAC（如所示）是美国军方定制，专门为了计算弹道和射击特性表面而研制的，承担开发任务的“莫尔小组”由四位科学家和工程师埃克特、莫克利、戈尔斯坦、博克斯组成。1946年这台计算机主要元器件采用的是电子管。该机使用了1500个继电器，18800个电子管，占地170m2,重量重达30多吨，耗电150KW,造价48万美元。开机时让周围居民暂时停电。这台计算机每秒能完成5000次加法运算，400次乘法运算，比当时最快的计算工具快300倍，是继电器计算机的IoOO倍、手工计算的20万倍。用今天的标准看,它是那样的“笨拙”和“低级”

2、，其功能远不如一只掌上可编程计算器，但它使科学家们从复杂的计算中解脱出来，它的诞生标志着人类进入了一个崭新的信息革命时代（在此处插入参考文献1）。童应学，吴燕.计算机应用基础教程：华中师范大学出版社，2010.8：3.第一台计算机EN1AC以电子元器件更新为标志进行划分，计算机的发展历程可分为四个阶段，每个阶段的主要电子元器件和特征如所示。计算机的发展历程阶段时段所用电子元器件运算速度（次/秒）存储设备第一代1946-1958电子管5千-3万真空电子管和磁鼓第二代1959-1964晶体管数十万-几百万磁芯为主存储器，磁盘和磁鼓为外存储器第三代1965-1970中小规模集成电路数百万-几千万半导

3、体存储器为主存储器第四代1971-超大规模集成电路上亿、十万亿集成更高的大容量半导体存储器作为内存储器电子管计算机（1946-1957,如所示）这一阶段计算机的主要特征是采用电子管元件作基本器件，用光屏管或汞延时电子管计算机电路作存储器，输入与输出主要采用穿孔卡片或纸带，体积大、耗电量大、速度慢、存储容量小、可靠性差、维护困难且价格昂贵。在软件上，通常使用机器语言或者汇编语言，来编写应用程序。因此这一时代的计算机主要用于科学计算。这时的计算机的基本线路是采用电子管结构，程序从人工手编的机器指令程序，过渡到符号语言，第一代电子计算机是计算工具革命性发展的开始，它所采用的二进位制与程序存贮等基本技

4、术思想，奠定了现代电子计算机技术基础，以冯诺依曼为代表。1.1.2 电子管计算机1.1.3 计算机应用范围计算机的应用领域已渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展。计算机的主要应用领域如下（在此处插入文献2）：钟志永姚理.大学计算机应用基础.重庆：重庆大学出版社，2012：144-146.1 .科学计算(或数值计算)科学计算是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。在现代科学技术工作中，科学计算问题是大量的和复杂的。利用计算机的高速计算、大存储容量和连续运算的能力，可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。例如，建筑设计中为了确定构件尺寸

5、，通过弹性力学导出一系列复杂方程，长期以来由于计算方法跟不上而一直无法求解。而计算机不但能求解这类方程，并且引起弹性理论上的一次突破，出现了有限单元法(在此插入参考文献1-3)oAndrewS.Tputernetworkfourthedition：清华大学出版社，2005年：第一章概述第一页.2 .数据处理(或信息处理)数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称。据统计，80%以上的计算机主要用于数据处理，这类工作量大面宽，决定了计算机应用的主导方向。数据处理从简单到复杂已经历了三个发展阶段，它们是：电子数据处理(E1eetroniCDataPr

6、OCeSSing,简称EDP),它是以文件系统为手段，实现一个部门内的单项管理。管理信息系统(ManagememInformationSyStem,简称MIS),它是以数据库技术为工具，实现一个部门的全面管理，以提高工作效率。决策支持系统(DeCiSiOnSupportSyStem,简称DSS)以数据库、模型库和方法库为基础，帮助管理决策者提高决策水平，改善运营策略的正确性与有效性。目前，数据处理已广泛地应用于办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等等各行各业。信息正在形成独立的产业，多媒体技术使信息展现在人们面前的不仅是数字和文字，也有声情并

7、茂的声音和图像信息。3 .辅助技术(或计算机辅助设计与制造)计算机辅助技术包括CADCAM和CAI等。计算机辅助设计(ComPUterAidedDeSign,简称CAD)是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计，以实现最佳设计效果的一种技术。它已广泛地应用于飞机、汽车、机械、电子、建筑和轻工等领域。例如，在电子计算机的设计过程中，利用CAD技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动布线等，从而大大提高了设计工作的自动化程度。又如，在建筑设计过程中，可以利用CAD技术进行力学计算、结构计算、绘制建筑图纸等,这样不但提高了设计速度，而且可以大大提高设计质量。计算机辅助制造（ComPUte

8、rAidedManUfaCtUring,简称CAM）是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。例如，在产品的制造过程中，用计算机控制机器的运行，处理生产过程中所需的数据，控制和处理材料的流动以及对产品进行检测等。使用CAM技术可以提高产品质量，降低成本，缩短生产周期，提高生产率和改善劳动条件。将CAD和CAM技术集成，实现设计生产自动化，这种技术被称为计算机集成制造系统（C1MS）。它的实现将真正做到无人化工厂（或车间）。计算机辅助教学（ComPUterAidedInStrUCtiOn,简称CAD是利用计算机系统使用课件来进行教学。课件可以用著作工具或高级语言来开发制作，它能引导学

9、生循环渐进地学习，使学生轻松自如地从课件中学到所需要的知识。CAI的主要特色是交互教育、个别指导和因人施教。4 .过程控制（或实时控制）过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。采用计算机进行过程控制，不仅可以大大提高控制的自动化水平，而且可以提高控制的及时性和准确性，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。因此，计算机过程控制已在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广泛的应用。例如，在汽车工业方面，利用计算机控制机床、控制整个装配流水线，不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化，而且可以使整个车间或工厂实现自动化。5 .人工智

10、能（或智能模拟）人工智能（Artifkia1InteHigenCe）是计算机模拟人类的智能活动，诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。现在人工智能的研究已取得不少成果，有些已开始走向实用阶段。例如，能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力的智能机器人等等。6 .网络应用计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络的建立，不仅解决了一个单位、一个地区、一个国家中计算机与计算机之间的通讯，各种软、硬件资源的共享，也大大促进了国际间的文字、图像、视频和声音等各类数据的传输与处理。1.2计算机系统的组成1.2.1 硬件系统构成计算机的硬件系统通常有“五大件

11、”组成:输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。计算机的硬件是指组成计算机的各种物理设备，也就是我们所看得见、摸得着的实际物理设备。它包括计算机的主机和外部设备。输出设备将计算机的运算结果或者中间结果打印或显示出来。常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪和传真机等。显示器（DiSPIay）是计算机必备的输出设备，常用的有阴极射线管显示器、液晶显示器和等离子显示器。阴极射线管显示器（简称CRT）由于其制造工艺成熟，性能价格比高，至今占据显示器市场的主导地位。随着液晶显示器（简称1CD）技术的逐步成熟，开始在市场上崭露头角。阴极射线管显示器可分为字符显示器和图形显示器。字符显示器只能显示字符

12、，不能显示图形，一般只有两种颜色。图形显示器不仅可以显示字符，而且可以显示图形和图像。图形是指工程图,即由点、线、面、体组成的图形；图像是指景物图。不论图形还是图像在显示器上都是由像素（光点）所组成。显示器屏幕上的光点是由阴极电子枪发射的电子束打击荧光粉薄膜而产生的。彩色显示器的显像管的屏幕内侧是由红、绿、蓝三色磷光点构成的小三角形（像素）发光薄膜。由于接收的电子束强弱不同，像素的三原色发光强弱就不同，就可以产生一个不同亮度和颜色的像素。当电子束从左向右、从上而下地逐行扫描荧光屏，每扫描一遍，就显示一屏，称为刷新一次，只要两次刷新的时间间隔少于0.01s,则人眼在屏幕上看到的就是一个稳定的画面

13、。显示器是通过“显示接口”及总线与主机连接，待显示的信息（字符或图形图像）是从显示缓冲存储器（一般为内存的一个存储区，占16kB）送入显示器接口的，经显示器接口的转换，形成控制电子束位置和强弱的信号。受控的电子束就会在荧光屏上描绘出能够区分出颜色不同、明暗层次的画面。显示器的两个重要技术指标是：屏幕上光点的多少，即像素的多少，称为分辨率；光点亮度的深浅变化层次，即灰度，可以用颜色来表示。分辨率和灰度的级别是衡量图像质量的标准。常用的显示接口卡有多种，如CGA卡、VGA卡、MGA卡等。以VGA(VideoGraphicsA1Tay)视频图形显示接口卡为例，标准VGA显示卡的分辨率为640x480

14、,灰度是16种颜色；增强型VGA显示卡的分辨率是800x600、960720,灰度可为256种颜色。所有的显示接口卡只有配上相应的显示器和显示软件，才能发挥它们的最高性能。1.2.2 软件系统计算机软件(SoftWare,也称软件)是指计算机系统中的程序及其文档，程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。程序必须装入机器内才能工作，文档一般是给人看的，不一定装入机器。软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。软件是计算机系统设计的重要依据。为了方便用户，为了使计算机系统具有较高的总体效用，在设计计算机系统时，必须通盘考虑软件与硬

15、件的结合，以及用户的要求和软件的要求，如所示。计算机软件计算机软件与一般作品的目的不同。计算机软件多用于某种特定目的，如控制一定生产过程，使计算机完成某些工作；而文学作品则是为了阅读欣赏，满足人们精神文化生活需要。要求法律保护的侧重点不同。著作权法一般只保护作品的形式，不保护作品的内容。而计算机软件则要求保护其内容。计算机软件语言与作品语言不同。计算机软件语言是一种符号化、形式化的语言，其表现力十分有限；文字作品则是人类的自然语言，其表现力十分丰富。计算机软件可援引多种法律保护，文字作品则只能援引著作权法。计算机软件总体分为系统软件和应用软件两大类：系统软件是各类操作系统,如WindoWs、1

16、inux、UNIX等，还包括操作系统的补丁程序及硬件驱动程序，都是系统软件类。应用软件可以细分的种类就更多了，如工具软件、游戏软件、管理软件等都属于应用软件类。系统软件是负责管理计算机系统中各种独立的硬件,使得它们可以协调工作。系统软件使得计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的。一般来讲，系统软件包括操作系统和一系列基本的工具（比如编译器，数据库管理，存储器格式化，文件系统管理，用户身份验证，驱动管理，网络连接等方面的工具）。应用软件是为了某种特定的用途而被开发的软件。它可以是一个特定的程序,比如一个图像浏览器。也可以是一组功能联系紧密，可以互相协作的程序的集合，比如微软的OffiCe软件。也可以是一