第二章_计算机基础知识

第二章计算机基础知识2.1计算机概述计算机是一种按程序控制自动进行信息加工处理的通用工具。它的处理对象和结果都是信息。1计算机的发展历史1．计算机的诞生与发展1）计算机的诞生20世纪40年代中期，正值第二次世界大战进入激烈的决战时期，在新式武器的研究中日益复杂的数字运算问题需要迅速、准确的解决。由于手摇或电动式机械计算机、微分分析仪等计算工具已远远不能满足要求。人类第一台电子计算机由于采用了电子管和电子线路，大大提高了运算速度，每秒完成加法运算达5000次，但它的主要缺陷是不能存储程序。2）计算机的发展阶段从人类第一台电子计算机的诞生到现在已半个多世纪，但它的发展之快，种类之多，用途之广，受益之大，是人类科学技术发展史中任何一门学科或任何一种发明所无法比拟的。计算机发展年代划分的原则是依据计算机所采用的电子器件的不同，这就是人们通常所说的电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等四个年代。(1)第一代计算机（1946～1957），通常称为电子管计算机年代。其主要特点是：①采用电子管作为逻辑开关元件②存储器使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等③外部设备采用纸带、卡片、磁带等；④使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但还没有操作系统。(2)第二代计算机（1958～1964），人们通常称为晶体管计算机年代。其主要特点是：①使用半导体晶体管作为逻辑开关元件；②使用磁芯作为主存储器，辅助存储器采用磁盘和磁带；③输入/输出方式有了很大改进；④开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言。(3)第三代计算机（1965～1970），通常称为集成电路计算机年代。其主要特点是：①使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件；②开始使用半导体存储器。辅助存储器仍以磁盘、磁带为主；③外部设备种类和品种增加；④开始走向系列化、通用化和标准化；⑤操作系统进一步完善，高级语言数量增多。(4)第四代计算机（1971年至今），通常称为大规模或超大规模集成电路计算机年代。其主要特点是：①使用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件；②主存储器采用半导体存储器，辅助存储器采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入和使用光盘；③外部设备有了很大发展，采用光字符阅读器(OCR)、扫描仪、激光打印机和绘图仪④操作系统不断发展和完善，数据库管理系统有了更新的发展，软件行业已发展成为现代新型的工业产业。(5)新一代计算机。从80年代开始，日本、美国以及欧洲共同体都相继开展了新一代计算机(FGCS)的研究。新一代计算机是把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起的计算机系统，它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式推理、联想、学习和解释能力，能帮助人类开拓未知的领域和获取新的知识。2．微型计算机及其网络阶段(1)微型计算机的发展阶段为叙述简单起见，微型机的阶段划分从准16位的IBM-PC机开始。第一代微型计算机。1981年8月IBM公司推出了个人计算机IBM–PC。1983年8月又推出了IBM–PC/XT，其中XT表示扩展型。它以Intel8088芯片为CPU，内部总线为16位，外部总线为8位。我们称IBM–PC/XT及其兼容机为第一代微型计算机。(2)第二代微型计算机。1984年8月IBM公司又推出了IBM–PC/AT，其中AT表示先进型或高级型。(3)第三代微型计算机。1986年由PC兼容厂家Compaq公司率先推出了386/AT，牌号为Deskpro386，开辟了386微型计算机新时代。(4)第四代微型计算机。1989年Intel80486芯片问世，不久就出现了以它为CPU的微型计算机。(5)第五代微型计算机。1993年Intel公司推出了Pentium芯片。它是人们常说的80586，但出于专利保护的原因，将其命名为Pentium，它的中文名字叫“奔腾”。2.1.2计算机的应用领域计算机具有高速度运算、逻辑判断、大容量存储和快速存取等特性，这决定了它在现代人类社会的各种活动领域都成为越来越重要的工具。人类的社会实践活动从总体上可分为认识世界和改造世界两大范畴。对自然界和人类社会各种现象和事实进行探索，发现其中的规律，这是科学研究的任务，属认识世界的范畴。利用科学研究的成果进行生产和管理，属于改造世界的范畴。在这两个范畴中，计算机都是极有力的工具。计算机的应用范围相当广泛，涉及到科学研究、军事技术、信息管理、工农业生产、文化教育等各个方面。这可概括为以下几个方面。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。如工程设计、地震预测、气象预报、火箭和卫星发射等都需要由计算机承担庞大复杂的计算任务。2．信息处理当前计算机应用最为广泛的是数据处理。人们用计算机收集、记录数据，经过加工产生新的信息形式。3．实时控制计算机是生产自动化的基本技术工具，它对生产自动化的影响有两个方面：一是在自动控制理论上，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；二是在自动控制系统的组织上，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。它按照设计者预先规定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。生产自动化程度越高，对信息传递的速度和准确度的要求也就越高，这一任务靠人工操作已无法完成，只有计算机才能胜任。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。4．电子商务现代通信技术与计算机技术相结合，构成联机系统和计算机网络，这是微型机具有广阔前途的一个应用领域。计算机网络的建立，不仅解决了一个地区、一个国家中计算机之间的通信和网络内各种资源的共享，还可以促进和发展国际间的通信和各种数据的传输与处理。5．计算机辅助工程(1)计算机辅助设计（CAD）：利用计算机高速处理、大容量存储和图形处理的功能而使辅助设计人员进行产品设计的技术，称为计算机辅助设计。计算机辅助设计技术已广泛应用于电路设计、机械设计、土木建筑设计以及服装设计等各个方面(2)计算机辅助制造（CAM）：在机器制造业中，利用计算机通过各种数控机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程的技术，称为计算机辅助制造。(3)计算机辅助教学（CAI）：学生通过与计算机系统之间的对话实现教学的技术，称为计算机辅助教学。(4)其它计算机辅助系统：利用计算机作为工具辅助产品测试的计算机辅助测试(CAT)；利用计算机对学生的教学、训练和对教学事务进行管理的计算机辅助教育(CAE)；利用计算机对文字、图像等信息进行处理、编辑、排版的计算机辅助出版系统(CAP)，等等。6．人工智能人工智能是利用计算机模拟人类某些智能行为（如感知、思维、推理、学习等）的理论和技术。它是在计算机科学、控制论等基础上发展起来的边缘学科，包括专家系统、机器翻译、自然语言理解等。7．现代教育2.2计算机硬件系统1。计算机系统的组成一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。如图1.1所示。硬件系统一般指用电子器件和机电装置组成的计算机实体。组成微型计算机的主要电子部件都是由集成度很高的大规模集成电路及超大规模集成电路构成的。这里“微”的含义是指微型计算机的体积小。微型化的中央处理器称为微处理器，它是微机系统的核心。微型计算机系统硬件软件主机外设系统软件应用软件中央处理器内存储器外存储器输出设备输入设备操作系统服务软件编译或解释系统信息管理软件辅助设计软件文字处理软件图形软件各种程序包运算器控制器一、微型机的硬件系统计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。图1.2列出了一个计算机系统的基本硬件结构。图中，实线代表数据流，虚线代表指令流，计算机各部件之间的联系就是通过这两股信息流动来实现的。1．中央处理器中央处理器简称为CPU（CentralProcessingUnit），它是计算机系统的核心，中央处理器包括运算器和控制器两个部件。计算机所发生的全部动作都受CPU的控制。其中，运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算，是对信息加工和处理的部件，由进行运算的运算器件以及用来暂时寄存数据的寄存器、累加器等组成中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。CPU能够处理的数据位数是它的一个最重要的品质标志。2．存储器存储器是计算机的记忆和存储部件，用来存放信息。对存储器而言，容量越大，存取速度则越快。计算机中的操作，大量的是与存储器交换信息，存储器的工作速度相对于CPU的运算速度要低得多，因此存储器的工作速度是制约计算机运算速度的主要因素之一。1）内存储器内存又称为主存，它和CPU一起构成了计算机的主机部分。2）外存储器内存由于技术及价格上的原因，容量有限，不可能容纳所有的系统软件及各种用户程序，因此，计算机系统都要配置外存储器在微型计算机中，常用的外存有磁盘、光盘和磁带，磁盘又可以分为硬盘和软盘。(1)软磁盘。软磁盘是一种磁介质形式的大容量存储器。它的磁盘片被装在一个保护套内，一方面保护磁面上的磁层不被损伤，另一方面防止盘片旋转时产生静电引起数据丢失。目前常用的双面高密度5.25英寸盘的存储容量为1.2MB，双面高密度3.5英寸盘的存储容量为1.44MB。图1.3为软盘结构示意图。(2)硬盘。硬磁盘是由若干硬盘片组成的盘片组，一般被固定在计算机机箱内。硬盘的存储格式与软盘类似，但硬盘的容量要大得多，存取信息的速度也快得多。现在一般微型机上所配置的硬盘容量通常在几个GB至几十个GB。硬盘在第一次使用时，必须首先进行分区和格式化。（3）盘。光盘的存储介质不同于磁盘，它属于另一类存储器。由于有存储容量大、存取速度较快、不易受干扰和价格低廉等特点，所以光盘的应用越来越广泛。光盘根据其制造材料和记录信息方式的不同一般分为三类：只读光盘、一次性写入光盘和可擦写光盘。3．输入设备输入设备是外界向计算机传送信息的装置。在微型计算机系统中，最常用的输入设备是键盘和鼠标。1）键盘键盘由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成。2）鼠标鼠标也是一种常用的输入设备，通过它可以方便、准确地移动光标进行定位4．输出设备输出设备的作用是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种为人们所认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备有显示器和打印机。1）显示器显示器是微型计算机不可缺少的输出设备，它可以方便地查看送入计算机的程序、数据等信息和经过微型计算机处理后的结果，它具有显示直观、速度快、无工作噪声、使用方便灵活、性能稳定等特点。2）打印机打印机是微型机另一种常用的输出设备。常见的打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。针式打印机在打印头上装有两列针，打印时，随着打印头在纸上的平行移动，由电路控制相应的针动作或不动作。3）绘图仪绘图仪（Plotter）是一种输出图形的硬拷贝设备。绘图仪在绘图软件的支持下可绘制出复杂、精确的图形，是各种计算机辅助设计（CAD）不可缺少的工具。5．其它外部设备随着微机应用领域不断扩大，特别是多媒体技术的应用，外设种类日益增多。在此只介绍声音卡、视频卡和调制解调器。1）声音卡（声卡）声音卡又叫音效卡，有的推销商把新加坡创新公司（CreativeLabs）制造的SoundBlaster称为声霸卡，或把与之兼容的声音卡也叫声霸卡。6．微型计算机总线总线是连接微型计算机系统中各个部件的一组公共信号线，是计算机中传送数据、信息的公共通道。微机系统总线由数据总线（DB：DataBus）、地址总线（AB：AddressBus）和控制总线（CB：ControlBus）三部分组成。2．3计算机软件系统1．软件的概念及其分类(1)系统软件。指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件。它主要包括操作系统、各种程序设计语言及其解释和编译系统、数据库管理系统等。应用软件。除系统软件以外的所有软件都是应用软件，它是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各类实际问题而编制的计算机程序。软件是相对于硬件而言的。软件和硬件有机地结合在一起就是计算机系统。脱离软件或没有相应的软件，计算机硬件系