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新乡市老干部大学教案续页第1页第一讲电脑（计算机）基础知识1.1电子计算机的发展及其特点电子计算机是一种能够自动、高速地进行算术和逻辑运算的电子设备。它是二十世纪科学技术发展最伟大的发明创造之一，是第三次工业革命中出现的最辉煌成就。目前，电子计算机已被广泛地应用于科学技术、国防建设、工农业生产以及人民生活等各个领域，对国民经济、国防建设和科学文化事业的发展产生了巨大的推动作用。今天，计算机的应用水平已成为各行各业步入现代化的重要标志之一，计算机应用能力也成为现代人才基本素质之一。1.1.1计算机的发展第一台电子计算机“ENIAC”（ElectronicNumericalIntegratorandCalculator——电子数字积分机和计算器）于1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功。它是当时数学、物理等理论研究成果和电子管等电子器件产生相结合的结果。这台电子计算机由18000多个电子管，1500多个继电器，10000多只电容器和7000多只电阻构成，占地170多平方米，功耗为150千瓦，重量约30吨，采用电子管作为计算机的逻辑元件，存储容量为17000多个单元，每秒能进行5000次加法运算。这台计算机的功能虽然无法与今天的计算机相比，但它的诞生却是科学技术发展史上的一次意义重大的事件，展示了新技术革命的曙光。根据电子计算机所采用的物理器件，一般将电子计算机的发展分成四个阶段，也称为四代。表1-1-1是电子计算机发展过程简表。表1-1-1电子计算机发展过程简表新乡市老干部大学教案续页第2页计算机代起迄年份物理器件主存储器软件应用范围第一代1946～1957电子管磁芯、磁鼓汇编语言科学计算第二代1958～1964晶体管磁芯、磁带程序设计语言管理程序科学计算数据处理第三代1965～1970中、小规模集成电路磁芯、磁盘操作系统高级语言逐步广泛应用第四代1971～超大、大规模集成电路半导体、磁盘数据库网络软件普及到社会生活各方面50多年来，随着技术的更新和应用的推动，计算机有了飞速的发展。今天，集处理文字、图形、图像、声音为一体的多媒体计算机方兴未艾，计算机也进入到了以计算机网络为特征的时代。电子计算机的发展趋势，可以概括为“巨”、“微”、“网”、“智”四个字。“巨”，指速度快、容量大、计算处理功能强的巨型计算机系统。主要用于像宇宙飞行、卫星图像及军事项目等有特殊需要的领域。“微”，指价格低、体积小、可靠性高、使用灵活方便、用途广泛的微型计算机系统。计算机的微型化是当前研究计算机最明显、最广泛的发展趋向，目前便携式计算机、笔记本计算机都已逐步普及。“网”，指把多个分布在不同地点的计算机通过通信线路连接起来，使用户共享硬件、软件和数据等资源的计算机网络。目前全球范围的电子邮件传递和电子数据交换系统都已形成。“智”，指具有“听觉”、“视觉”、“嗅觉”和“触觉”，甚至具有“情感”等感知能力和推理、联想、学习等思维功能的计算机系统。新乡市老干部大学教案续页第3页目前，正处于超大规模集成电路全面发展和计算机广泛应用阶段。据专家预计，新一代的计算机应是“智能”计算机，它应当具有像人一样的能看、能听、能思考能力。1.1.2计算机的特点电子计算机是一种能存贮程序，能自动连续地对各种数字化信息进行算术、逻辑运算地电子设备。基于数字化的信息表示方式与存贮程序工作方式，这样的计算机具有许多突出的特点。概括起来，电子计算机主要有以下几个显著特点：⒈自动化程度高由于采用存贮程序的工作方法，一旦输入所编制好的程序，只要给定运行程序的条件，计算机从开始工作，直到得到计算处理结果，整个工作过程都可以在程序控制下自动进行，一般在运算处理过程中不需要人的直接干预。对工作过程中出现的故障，计算机还可以自动进行“诊断”、“隔离”等处理。这是电子计算机的一个基本特点，也是它和其他计算工具最本质的区别所在。⒉运算速度快计算机的运算速度通常是指每秒钟所执行的指令条数。一般，计算机的运算速度可以达到上百万次，目前最快的已达到十万亿次以上。计算机的高速运算能力，为完成那些计算量大，时间性要求强的工作提供了保证。例如天气预报、大地测量的高阶线性代数方程的求解，导弹或其它发射装置运行参数的计算，情报、人口普查等超大量数据的检索处理等。⒊数据存储容量大计算机能够储存大量数据和资料，而且可以长期保留，还能根据需要随时存取、删除和修改其中的数据。计算机的大容量存储使得情报检索、事务处理、卫星图像处理新乡市老干部大学教案续页第4页等需要进行大量数据处理的工作可以通过计算机来实现。现在，一块存贮芯片可以存贮几百页英文书籍的内容等。⒋通用性强由于计算机采用数字化信息来表示数值与其它各种类型的信息（如文字、图形、声音等），采用逻辑代数作为硬件设计的基本数学工具。因此，计算机不仅可以用于数值计算，而且还被广泛应用于数据处理、自动控制、辅助设计、逻辑关系加工与人工智能等非数值计算性质的处理。一般来说，凡是能将信息用数字化形式表示，就能归结为算术运算或逻辑运算的计算，并能够严格规则化的工作，都可由计算机来处理。因此计算机具有极强的通用性，能应用于科学技术的各个领域，并渗透到社会生活的各个方面。正是由于以上特点，使计算机能够模仿人的运算、判断、记忆等某些思维能力，代替人的一部分脑力劳动，按照人们的意愿自动地工作，因此计算机也被称为“电脑”。但计算机本身又是人类智慧所创造的，计算机的一切活动又要受到人的控制，它只是人脑的补充和延伸，利用计算机可以辅助和提高人的思维能力。1.1.3计算机的应用计算机的应用十分广泛，目前已渗透到人类活动的各个领域，国防、科技、工业、农业、商业、交通运输、文化教育、政府部门、服务行业等各行各业都在广泛地应用计算机解决各种实际问题。归纳起来，目前计算机主要应用在以下几个方面：⒈数值计算（科学计算）科学研究、工程技术的计算是计算机应用的一个基本方面，也是计算机最早应用的领域。科学计算所解决的大都是一些十分复杂的数学问题。数值计算的特点是计算公式复杂，计算量大和数值变化范围大，原始数据相应较少。这类问题只有具有高速运新乡市老干部大学教案续页第5页算和信息存储能力，以及高精度的计算机系统才能完成。例如数学、物理、化学、天文学、地学、生物学等基础科学的研究以及航天飞船、飞机设计、船舶设计、建筑设计、水利发电、天气预报、地质探矿等方面的大量计算都可以使用计算机来完成。⒉数据处理（信息处理）数据处理是对数值、文字、图表等信息数据及时地加以记录、整理、检索、分类、统计、综合和传递，得出人们所要求的有关信息。它是目前计算机最广泛的应用领域。数据处理的特点是原始数据多，时间性强，计算公式相应比较简单。例如财贸、交通运输、石油勘探、电报电话、医疗卫生等方面的计划统计、财务管理、物资管理、人事管理、行政管理、项目管理、购销管理、情况分析、市场预测等工作。目前，在数据处理方面已进一步形成事务处理系统（TPS）、办公自动化系统（OAS）、电子数据交换系统（EDI）、管理信息系统（MIS）、决策支持系统（DSS）等应用系统。⒊过程控制（实时控制）过程控制是指利用计算机进行生产过程、实时过程的控制，它要求很快的反应速度和很高的可靠性，以提高产量和质量，提高生产率，改善劳动条件，节约原料消耗，降低成本，达到过程的最优控制。例如，计算机广泛应用于石油化工、水电、冶金、机械加工、交通运输及其它国民经济部门中生产过程的控制以及导弹、火箭和航天飞船等的自动控制。⒋计算机辅助设计（CAD－ComputerAidedDesign）利用计算机进行辅助设计，可以提高设计质量和自动化程度，大大缩短设计周期、降低生产成本、节省人力物力。由于计算机有快速数值计算、较强的数据处理以及模拟的能力，目前，CAD已被广泛应用在大规模集成电路、计算机、建筑、船舶、飞新乡市老干部大学教案续页第6页机、机床、机械，甚至服装的设计上。除计算机辅助设计（CAD）外，还有计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助教学（CAI）等。⒌人工智能（AI—ArtificialIntelligence）人工智能是使计算机能模拟人类的感知、推理、学习和理解等某些智能行为，实现自然语言理解与生成、定理机器证明、自动程序设计、自动翻译、图像识别、声音识别、疾病诊断，并能用于各种专家系统和机器人构造等。近年来人工智能的研究开始走向实用化。人工智能是计算机应用研究的前沿学科。⒍计算机网络计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来所形成的“网”。利用计算机网络，可以使一个地区、一个国家，甚至在世界范围内计算机与计算机之间实现软件、硬件和信息资源共享，这样可以大大促进地区间、国际间的通信与各种数据的传递与处理，同时也改变了人们的时空概念。计算机网络的应用已渗透到社会生活的各个方面。目前，Internet已成为全球性的互联网络。⒎多媒体技术这里的媒体是指表示和传播信息的载体，例如文字、声音、图像等。随着80年代以来数字化音频和视频技术的发展，逐步形成了集声、文、图、像一体化的多媒体计算机系统。它不仅使计算机应用更接近人类习惯的信息交流方式，而且将开拓许多新的应用领域。1.1.4计算机的分类按照信息、元件、规模和用途的不同，电子计算机也相应有不同的分类。⒈按数据类型分类新乡市老干部大学教案续页第7页电子计算机可以分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机三种。在数字计算机中，所处理的数据都是以“0”与“1”数字代码的数据形式表示，这些数据在时间上是离散的，称为数字量，经过算术与逻辑运算后仍以数字量的形式输出；在模拟计算机中，要处理的数据都是以电压或电流量等的大小来表示，这些数据在时间上是连续的，称为模拟量，处理后仍以连续的数据（图形或图表形式）输出；在混合计算机中，要处理的数据用数字与模拟两种数据形式混合表示，它既能处理数字量，又能处理模拟量，并具有数字量和模拟量之间相互转换的能力。目前的电子计算机绝大多数都是数字计算机。⒉按元件分类电子计算机可以分为电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规模集成电路计算机等。随着计算机的发展，电子元件也在不断更新，将来的计算机将发展成为利用超导电子元件的超导计算机，利用光学器件及光路代替电子器件电路的光学计算机，利用某些有机化合物作为元件的生物计算机等。⒊按规模分类电子计算机可以分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机等。“规模”主要是指计算机所配置的设备数量、输入输出量、存储量和处理速度等多方面的综合规模能力。⒋按用途分类电子计算机可以分为通用计算机和专用计算机两种。通用计算机的用途广泛，可以完成不同的应用任务；专用计算机是为完成某些特定的任务而专门设计研制的计算机，用途单纯，结构较简单，工作效率也较高。现在使用的大多是通用计算机，四通打字机、银行取款机等都是专用计算机。新乡市老干部大学教案续页第8页1.2计算机的组成一个计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，其基本结构如图1-3-1所示。图1-3-1计算机系统示意图1.2.1计算机的硬件系统计算机硬件系统是指计算机系统中由电子、机械、磁性和光电元件组成的各种计算机部件和设备，虽然目前计算机的种类很多，但从功能上都可以划分为五大基本组成部分，它们是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。它们之间的关系如图1-3-2所示。其中细线箭头表示由控制器发出的控制信息流向，粗线箭头为数据信息流向。新乡市老干部大学教案续页第9页图1-3-2计算机硬件组成计算机五大硬件部件的基本功能为：⒈运算器运算器是执行算术运算和逻辑运算的功能部件，算术、逻辑运算包括加、减、乘、除四则运算及与、或、非等逻辑运算以及数据的传送、移位等操作。⒉控制器控制器是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。控制器从内存中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作（操作码），以及进行该操作的数据在存储器中的位置（地址码）。然后，根据分析结果，向计算机其他部分发出控制信号。控制过程