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1、,大学计算机基础,铜陵学院数学与计算机科学系 计算机公共教研室制作,第1章 计算机基础知识,现代社会，计算机影响着人类社会生活的各个领域，计算机技术与网络通讯技术的高度融合，有力地推动了社会信息化的进程。信息作为一种资源，已与物质、能源构成了人类社会生存和发展的三大要素。在这个信息技术和信息产业飞速发展的时代，计算机作为信息处理不可缺少的工具，是当今技术人才必备的基本素质。 本章主要内容： 1.计算机的发展历史 2.计算机的特点、分类与应用 3.数制及信息在计算机中的表示 4.计算机系统组成 5.微型计算机的组装与维护 6.中英文输入,1.1 计算机的产生与发展历史,1.1.1 计算机是什么
2、计算机是能够存储程序，并按着程序的要求，自动、高速地对大量数据进行处理的电子设备。计算机的产生源于人类对计算工具的不断研究，科学家们为计算机的发明做了大量的艰辛的研究工作，最具杰出贡献的是计算机科学的奠基人艾兰图灵。应该说，计算机的产生是人类集体智慧的结晶。 1946年2月，第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator，即电子数字积分计算装置）在美国宾夕法尼亚大学诞生，它是为计算炮弹弹道轨迹等许多复杂问题而设计的。它使用了1500个继电器和18800个电子管，占地170平方米，重达30多吨，耗电达150千瓦/小时。虽然
3、ENIAC每秒钟只能完成5000次加法运算，但已超过当时最快计算工具的300倍，它把科学家们从繁重的机械的计算中解放出来。,1.1 计算机的产生与发展历史,1.1.2 计算机的发展历史 从ENIAC诞生至今的60多年中，计算机技术发展日新月异，特别是电子元件的不断更新，使得计算机的运算速度越来越快、体积越来越小、重量越来越轻、价格越来越便宜。人们通常根据计算机所采用的电子元件将计算机的发展分为四代。 第一代电子计算机以电子管作为主要元件。主要特点是体积大、造价高、可靠性差、不易操作。 第二代电子计算机以晶体管作为主要元件。与第一代计算机相比，主要特点是体积小、成本低、速度快、功能强且可靠性大大
4、提高。 第三代电子计算机以小规模集成电路和中规模集成电路作为主要元件。集成电路工艺已达到将几十个或几百个电子元件组成的逻辑电路集成到一个很小的硅片上，运算速度可高达每秒几百万次。与第二代计算机相比，主要特点是体积、重量、功耗进一步减小，运算速度、可靠性进一步提高。,1.1 计算机的产生与发展历史,1.1.2 计算机的发展历史 第四代计算机以大规模集成电路和超大规模集成电路作为主要元件。随着集成电路技术的不断发展，20世纪70年代初期出现了在硅片上可容纳数千个至数万个电子元件，可以把计算机的核心部件甚至整个计算机都做在一个硅片上。内存储器容量大幅度上升，更加方便的外部设备相继出现，网络流行，多媒
5、体崛起。主要特点是体积、重量和功耗大幅缩小，速度和功能飞速提高，而计算机的性能价格比越来越高，计算机应用已经形成微型化、社会化和家庭化。 第五代计算机正在研制中。20世纪80年代以来，很多国家已着手进行第五代计算机的研究和开发，第五代将采用新的物理元件，以知识处理为基础，智能化程度高。通俗地讲，第五代计算机就是我们现在所说的机器人，它除了不需要吃饭、喝水、睡觉，无感情外，和人没有任何差别。,1.1 计算机的产生与发展历史,1.1.3 微型计算机及其发展历史 微型计算机属于第四代计算机，最主要的特点就是将中央处理器（CPU）做在一块集成电路芯片上，称之为微处理器。 Intel公司的第一片微处理器
6、4004就集成了2250个晶体管，组成了世界上第一台4位微型计算机MCS4，此后微型计算机步入了全面发展的时期。以微处理器为核心的微型计算机的发展阶段是以微处理器的更新换代为标志来划分的。 第一代微型电子计算机（19711973）。4位或低档8位微处理器时代。 第二代微型计算机（19731978）。8位微处理器时代。 第三代微型计算机（19781981）。16位微处理器时代。,1.1 计算机的产生与发展历史,1.1.3 微型计算机及其发展历史 自1981年IBM公司用Intel 8088芯片首次推出准16位IBM PC个人计算机起，微型计算机就出现了飞速发展的竞争格局。1993年开始，市场上相
7、继推出了32位和64位的Intel Pentium系列及Celeron、AMD的Athlon64微处理器，使微型计算机发展出现了前所未有的辉煌。 微型计算机不仅体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、方便易用，而且功能强、速度快、可靠性高，应用范围广。这些特点使微型计算机迅速得到普及，也使微型计算机技术渗透到社会和生活的各个方面。,1.1 计算机的产生与发展历史,1.1.4 计算机发展趋势 人类对科学技术的追求是永无止境的，未来的计算机将是半导体技术、超导技术、光学技术、微电子技术和电子仿生技术相互结合的产物。从体积和速度上看，它将向着巨型化和微型化发展。从应用上看，它将向着系统化、网络化、智能化、
8、多媒体方向发展。作为微型计算机，将会不断朝着高速、超小型、网络、多媒体、人性化方向发展。在社会的各个领域，在人们的工作、学习和生活中发挥更大的作用。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.1 计算机的特点 1运算速度快 计算机的运算速度是指计算机在单位时间内执行指令的平均数量，通常用每秒钟完成基本加法指令的数目来描述。目前高性能计算机运算速度高达数十万亿次，从这一点来看，人类远远比不上计算机，一些科幻小说和电影把计算机描述得无所不能，就是抓住了计算机的这一特点。过去用人工旷日持久才能完成的计算，而计算机在瞬间即可完成，比如气象卫星采集的数据在一台高性能计算机上只需几分钟即可处理完成，而人工
9、处理需20多人用一个月时间才能完成，这也是现在的天气预报比过去的要准确得多的原因。再比如著名的地图着色问题的“四色定理”，由于证明过程计算量太大，很长时间都没人能证明其正确性，1976年美国两位数学家用一台大型计算机花了1200小时才把这个定理完，若一个人手工证明即使一刻不停也需要几十万年，这是不可能的。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.1 计算机的特点 2计算精度高 计算机的计算精确度主要由表示数据的字长决定，字长越大精度越高。随着字长的增大，结合有效的计算技术，计算精度不断提高，现代计算机几乎可以满足任意精度的要求。如用计算机计算圆周率，目前已可达小数点后面数百万位。 3具有逻辑
10、判断能力 计算机不仅能够完成算术运算，还具有进行比较、判断等逻辑运算的功能。正因为计算机具有这种人脑特别的逻辑判断能力，所以人们又把计算机称为“电脑”。 4存储容量大 计算机内的存储器可以存储大量的数据和信息，类似于人脑可以记住一些东西。这是计算机与其它计算工具一个重要的区别。随着微电子技术的发展，计算机内存储器的容量越来越大，目前微机的内存容量一般在512MB到2GB。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.1 计算机的特点 5程序执行自动化 由于计算机具有存储记忆能力和逻辑判断功能。所以人们可以将预先编写好的程序存入计算机内存，在程序控制下，计算机可以连续、自动地工作，不需要人的干预。
11、,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.2 计算机的分类 1按工作原理分类 按工作原理可以分为模拟计算机、数字计算机和混合计算机。模拟计算机所处理的数据是连续的，称为模拟量，一般用于处理模拟信息，多用于工业控制方面，通用性较差。数字计算机所处理的数据都是二进制数字，为不连续离散的数字量，数字计算机的优点是解题精度高，易于存储信息，通用性强。混合计算机则是集数字计算机和模拟计算机优势于一体。现在我们所使用的大多是数字计算机。 2按应用范围分类 按应用领域和适用范围可以分为通用计算机和专用计算机。通用计算机的用途广泛，功能齐全，可适用于各个领域，常说的计算机就是指通用数字计算机。专用计算机是为
12、适应某种特殊应用需要而设计的计算机，其运行程序不变、经济、快速、高效，但不宜作他用，主要用于特定的部门和系统。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.2 计算机的分类 3按性能分类 根据计算机的规模大小，主要依据硬件性能指标及软件配置，可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单板机和单片机等。 巨型计算机功能强、运算速度快、存储量大、结构复杂、价格昂贵，主要用于尖端科学研究领域中的复杂计算。巨型机的研制开发是一个国家综合国力和国防实力的体现。 大型计算机规模次于巨型机，有比较完善的指令系统和丰富的外部设备，也有很高的运算速度和很大的存储量，主要用于计算机网络和大型计算中心。 中型计算
13、机和小型计算机规模比大型机要小，成本较低，维护也较容易，中小型机用途广泛，既可用于科学计算和数据处理，也可用于生产过程自动控制和数据采集及分析处理等。适合于大中小型企事业单位使用。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.2 计算机的分类 3按性能分类 微型计算机（个人计算机）的特点是小巧、灵活、便宜、方便。其性能已能和有些小型机相媲美。常见微型机有台式机、笔记本电脑、便携机、掌上型微机等。 单板机是指主要部件集成在一块电路板上的微型计算机，并配有简单的键盘和显示器，主要用于自动化生产的机器上。 单片机是指主要部件集成在一块芯片上的微型计算机，没有键盘和显示器，主要用于智能仪器仪表、工业测控
14、、家用电器上，如手机、全自动洗衣机。 4按工作模式分类 按工作模式可分为服务器和工作站两类。服务器是一种安装了网络操作系统，其资源可供网络用户共享的高性能计算机。工作站多数是微型计算机，它的独到之处是易于联网，具有较强的数据处理能力与高性能的图形处理功能。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.3 计算机的应用领域 现代的计算机已渗透到人类社会的各个方面，主要应用领域大体上在以下几个方面。 1科学计算 科学计算即为数值计算，是计算机最早的应用领域。利用计算机运算速度快和存储量大的特点来完成人工无法实现的各种复杂计算，现被广泛地应用于天文学、动力学、核物理、建筑学等领域。科学计算的特点是计算
15、工作量大，精度要求高且数值变化范围大。 2数据处理 数据处理属于非数值计算，是目前最大的计算机应用领域。数据处理是指计算机对大量的数据进行加工处理，包括数据的收集、存储、分类、整理、统计、检索和输出的过程。数据处理的特点是数据输入输出量大，但计算方法相对简单。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.3 计算机的应用领域 3过程控制 过程控制又称实时控制，是指用计算机实时地采集、检测被控对象运行情况的数据，并按照一定的方法进行分析处理，然后反馈到执行机构发出控制信号，去控制相应的过程，它是生产自动化的重要手段。如大型生产企业、国防工业中的工艺流程控制，数控机床控制、电炉温度控制、导弹检测控制
16、等。过程控制主要是通过单板机和单片机实现的，过程控制提高了自动化水平，提高了生产效率，降低生产成本，保证产品质量的稳定。其主要特点是实时性和可靠性。 4计算机辅助技术 计算机辅助技术是利用计算机作为工具，辅助人们在特定应用领域内完成任务的理论、方法和技术。目前计算机辅助技术应用比较广泛的有CAD、CAM、CIMS、CBE、CAT和CS等。,1.2 计算机的特点、分类与应用,1.2.3 计算机的应用领域 4计算机辅助技术 计算机辅助设计（Computer Aided Design）简称CAD，就是用计算机帮助设计人员进行设计。设计人员利用计算机的数值计算、数据处理及模拟功能，在CAD系统中能够实现最佳的设计方案。CAD技术提高了设计质量和自动化程度，降低了设计人员的劳动强度。现广泛地应用于建筑设计、机械设计、飞机船舶设计、大规模集成电路设计等。 计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing）简称CAM，就是利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作的过程。如在产品制造过程中，通过计算机来控制机器的运行，处理生产过程中
