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第二章计算机基础知识第一节计算机概述第二节计算机系统的组成第三节微型计算机的物理组成第四节计算机的基本操作第五节多媒体计算机练习计算机是20世纪最伟大的发明之一，自从1946年第一台电子数字计算机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，打破了计算机只能由少数专业人员使用的局面，使得计算机及其应用渗透到社会的各个领域。第一节计算机概述一、计算机的发展史1946年2月，第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）即“电子数字计算机”在美国加州研制成功。这台计算机的诞生标志着电子计算机时代的到来，它的出现具有划时代的意义。在ENIAC研制的同时，美籍数学家冯·诺依曼针对它的致命弱点与莫尔小组合作进行了EDVAC计算机（即离散变量电子自动计算机）的研究，确立了计算机的5个基本组成部分：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器，并把计算机要执行的指令和要处理的数据都采用二进制来表示，还采用了存储程序的原理，该设计思想解决了程序的“内部存储”和“自动运行”两大难题，从而提高了计算机的运算速度，相当于ENIAC运算速度的240倍。基于该思想，计算机以惊人的速度发生了翻天覆地的变化，从电子元件的发展来看，主要划分为4个阶段，如表2.1所示。表2.1计算机发展情况表二、计算机的特点及应用计算机具有计算功能强、记忆功能强、通用性高、判断能力强、运算速度快、运算精度高等特点，因此，计算机被广泛应用于科学计算、数据及事务处理、过程控制、计算机辅助功能、人工智能与自动控制、信息高速公路及电子商务等领域。（1）计算功能强。计算机能够进行各种算术运算及逻辑运算，且运算速度快。计算机的运算和计算结果都是靠预先编好的程序自动进行控制的，因此利用计算机不仅可以节约人力，而且还能提高工作效率。（2）记忆功能强。计算机中的存储器（外存储器）能长期保存大量的数据和程序。能把用户存入的有关信息、数据进行处理，并将其结果保存起来。1．计算机的特点（3）通用性强。计算机可以将任何复杂的信息处理任务分解成一系列基本的算术和逻辑操作，并且按照各种规律执行的先后次序把它们组织成各种不同的程序存入存储器中。计算机在工作的过程中就可以利用这种存储程序指挥计算机自动快速地进行信息处理，十分灵活、方便，易于变更，这就使计算机具有极大的通用性。（4）判断能力强。计算机主要利用有关的数理逻辑和布尔代数来进行某些逻辑推理和各种基本的逻辑判断，使计算机具有“能动性”，从而可以完成各种复杂的计算任务和各种过程控制。（5）运算速度快。现代计算机系统的运行速度已经达到每秒几十亿次甚至几百亿次。大量复杂的科学计算，在过去用人工计算需要几年、十几年才能完成，而现在使用计算机计算只需要几天、几个小时甚至几分钟就可以完成。（6）运算精度高。计算机内部采用二进制数进行运算，可以增加表示数字的设备和运用计算技术，提高计算精度。2．计算机的应用计算机的应用范围相当广泛，涉及科学研究、信息管理、工农业生产、军事技术和文化教育等各个方面。（1）科学计算（数值计算）。科学计算是计算机最重要的应用之一，如地震预测、气象预报、工程设计、火箭和卫星发射等都需要使用计算机来完成庞大复杂的计算任务。计算机高速度、高精度的运算能力可以解决过去靠人工无法解决的问题，如气象的精确化和实时性以及高能物理试验数据的实时处理等，都要依靠计算机才能得以实现完成；计算机所具有的运行能力和逻辑判断能力，促进了计算力学、计算物理、计算化学、生物控制论和设计新材料等新学科的出现，改变了某些学科传统的研究方法。（2）数据及事务处理。计算机所具有的大容量存储和快速存取功能，使科技工作者节省了大量用于常规问题处理的时间。随着新技术革命的到来，人类所掌握的科学知识呈现爆炸式增长的局面，科技人员若不能很好地利用计算机来检索自己所需的信息，就无法在情报资料的海洋之中从事创造性的探索。（3）过程控制（实时控制）。计算机是生产自动化的基本技术工具，在自动控制理论上，现代控制理论处理复杂的多变量控制问题，其数学工具是矩阵方程和向量空间，必须使用计算机求解。在自动控制系统的组织方面，由数字计算机和模拟计算机组成的控制器，是自动控制系统的大脑，按照设计者预先规定好的目标和计算程序以及反馈装置提供的信息，指挥执行机构动作。随着生产自动化程度的提高，对信息传递的速度和准确度的要求也越来越高，这是人工无法做到的。在综合自动化系统中，计算机赋予自动控制系统越来越大的智能性。利用计算机及时采集数据、分析数据、制定最佳方案和进行自动控制，可以大大提高自动化水平、减轻劳动强度和提高产品质量及成品合格率，因此在冶金、机械、石油、化工、电力以及各种自动化系统等部门，计算机得到了广泛的应用，并取得了理想的效果。（4）计算机辅助功能。1）计算机辅助设计（CAD）：就是利用计算机高速处理、大容量存储和图形处理的功能辅助设计人员进行产品设计的技术。计算机辅助设计技术已经广泛应用于电路设计、机械设计、土木建筑设计和服装设计等方面，缩短了设计时间，大大提高了产品的质量和精度。2）计算机辅助制造（CAM）：就是在机械制造行业中，利用计算机通过各种数控机床和设备，自动完成产品的加工、装配、检测和包装等过程的技术。3）计算机辅助教学（CAI）：学生通过与计算机系统之间的对话来实现教学的技术。对话是在计算机指导程序和学生之间进行的，从而使得教学内容生动、形象、逼真，可以模拟其他手段难以做到的动作和场景，通过交互方式帮助学生学习，使用起来方便灵活，可以满足不同层次的人员对教学的不同要求。（5）人工智能与自动控制。计算机的计算速度快，又具有逻辑判断能力，因此广泛应用于自动控制，如对生产和试验设备及其过程进行控制，大大提高了自动化水平，减轻了劳动强度，节省了生产和实验周期，提高了劳动效率、产品质量和产量，在现代国防及航天航空等领域，计算机起着决定性作用。（6）信息高速公路。21世纪是一个信息时代，为了便于大量信息快速交流，各国都在建设高速传递信息的通信骨干网络，并且组成互联网，国际互联网（Internet）就是其中之一。任何人都可以利用计算机辅助教学和通过计算机网络在家里听著名教授讲课，也可以查阅世界各国部分图书馆的电子音像资料，以及和其他人进行各种学术交流、传递信件和网上聊天等。（7）电子商务。电子商务的主要功能包括网上广告、宣传、订货、付款、货物递交、客户服务等，另外还包括市场调查分析、财务核算及生产安排等所有Internet上的商务活动。由于电子商务能够带来快捷商务交易方式，因此越来越被政府、企业所重视。电子商务包括电子邮件交换、电子数据交换、电子资金转账、快速响应系统、电子表单和信用卡交易、网上交易安全系统等方面。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，如图2.2.1所示。第二节计算机系统的组成图2.2.1计算机系统的组成在计算机系统中，计算机的各组成部件通过地址总线、数据总线、控制总线联系在一块，并在CPU的统一管理下协调一致地工作。各种原始数据、程序由输入设备输入到存储器；在控制器的控制下逐条从存储器中取出程序中的指令，并从指定地址取出所需数据，送到运算器进行运算；运算结束后，将运算结果存放在存储器中，再由输出设备输出。可见，计算机的硬件系统由中央处理器、存储器和输入/输出设备组成。一、计算机硬件系统1．中央处理器中央处理器简称为CPU，它是整个计算机的核心部分，由运算器和控制器两个部件组成。运算器负责对数据进行算术和逻辑运算；控制器负责对程序所规定的指令进行分析，控制并协调输入、输出操作或对内存的访问。世界较知名的CPU生产厂商主要有Intel和AMD公司，如图2.2.2所示分别为Intel和AMD公司生产的CPU。图2.2.2CPU2．存储器存储器负责保存计算机进行信息处理所必需的原始数据、中间结果、最后结果以及指示计算机工作的程序。微型计算机的存储器由内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两部分组成，又将内存称为主存。内存存储速度的快慢直接决定CPU访问存储器的速度，内存的存储容量越大，计算机的工作效率就越高。内存主要包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。RAM中的数据可以任意读写，但其中的数据会在断电的情况下丢失；ROM中的数据不会因为断电而丢失，但只能读取数据而无法写入数据。RAM可以分为两大类，分别为SRAM和DRAM。SRAM又称为Cache（高速缓存），它是介于CPU和DRAM之间的内存；DRAM也即常说的内存条，目前较常用的内存条包括SD和DDR两种，如图2.2.3所示即为DDR内存条。随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的区别图2.2.3DDR内存条3．输入/输出设备输入设备是指从计算机外部获取信息的设备，计算机中输入设备的功能是输入程序、数据、指令及各种字符信息。常用的输入设备包括键盘、鼠标以及扫描仪等。输出设备是将计算机中的程序、数据等信息传送到外部媒介供用户查看或保存的设备。在微型计算机中，常用的输出设备包括显示器和打印机，有时也使用绘图仪来输出图形。要使计算机发挥其功能，不仅需要良好的硬件系统，还要有合适的软件来支持硬件的运行。计算机的软件系统包括系统软件和应用软件两大类。1．系统软件系统软件是指管理、监控和维护计算机资源的软件，常用的系统软件包括操作系统、各种语言处理程序以及各种工具软件等。二、计算机软件系统目前使用最广泛的操作系统包括DOS，Windows和UNIX。其中DOS属于单用户单任务磁盘操作系统，曾是世界上最流行的操作系统；Windows属于多用户多任务操作系统，它的窗口式工作方式为用户提供了良好的工作界面，从而使用户更加简单、方便地使用计算机。2．应用软件应用软件是除了系统软件以外的其他所有软件，它是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序。由于计算机已广泛应用于多个领域，因此，应用软件的种类也是各种各样的。常用的应用软件主要包括以下4种：（1）各种信息管理软件。（2）办公自动化软件。（3）辅助设计及辅助教学软件。（4）各种软件包，如数值计算程序库及图形软件包等。一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成的，硬件是可以看得见的具体实物，软件是计算机的灵魂。目前用于办公自动化的计算机通常都是微型计算机，下面主要介绍微型计算机的物理组成。第三节微型计算机的物理组成1．主板主板是安装在计算机主机内的一块重要部件，又可以将它称为主机板、系统板、母板等。主板一般是一块矩形电路板，上面集成了组成计算机的主要电路系统，一般有I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指标灯插接件、扩充插槽等元件，其外观如图2.3.1所示。图2.3.1计算机的主板早期的主板直接集成了CPU，现在大多数主板只提供CPU插槽，同时将总线、BIOS系统、CMOS等集成在了主板上，有些主板还集成了显卡及声卡。由此可见，主板在整个计算机系统中扮演着举足轻重的角色，主板的性能影响着整个微机系统的性能。2．CPUCPU的全称是中央处理器，也称为微处理器，它是计算机的核心部件，其外观如图2.3.2所示。CPU往往是各种档次微机的代名词，CPU的性能大致上能够反映出微机的性能。图2.3.2普通CPU随着微处理器技术的发展，IBM，Intel，AMD公司先后推出了具有双核心技术的CPU。双核心技术简单来说就是将两个CPU整合到一个内核空间内，并通过并行总线将各核心连接起来，对操作系统来说，这是实实在在的双CPU，可以同时执行多项任务，这在CPU的发展史上是一次较大的改革。具有双核心技术的CPU的外观如图2.3.3所示。图2.3.3PentiumD820处理器3．内存内存是存储器的一种，它指计算机系统中存放数据与指令的半导体存储单元。CPU没有记忆功能，其工作时所需要的指令和数据首先要调入内存中，而且计算后的结果也都先放在内存中，再由内存输出到设备中。按内存的物理性质区分，可以将内存分为ROM和RAM两大类。其中ROM为只读存储器，