大学计算机基础0101第第1章章 计算机基算机基础知知识l了解计算机的历史，掌握计算机发展的四个阶段及计算机的特征、分类与应用l掌握计算机的硬件系统和软件系统的组成及功能l掌握计算机中信息的表示方法和不同进制数间的转换方法l了解多媒体技术l了解计算机病毒的产生、危害及其防范l具备基本的信息安全防范知识与技能知识与技能目标计算机的发展第1章 计算机基础知识计算机系统信息的表示多媒体技术简介目录1.11.11.41.41.31.31.21.2信息安全基础1.51.5计算机的发展1.11.1本节介绍计算机的诞生、世界计算机史上发展的四个阶段、我国计算机的发展、计算机的主要特征、计算机的多种分类方法、计算机的应用领域和未来计算机的发展趋势1.11.1计算机的算机的发展展计算机的特征计算机发展趋势计算机的诞生计算机的发展历程1.1.11.1.31.1.41.1.2计算机的算机的诞生生n人类第一台通用数字式电子计算机ENIAC（简称“埃尼阿克”）的诞生1.1.1ENIAC长30.48米，宽6米，高2.4米，占地面积约170平方米，重达30吨，耗电150千瓦，包含了17468根真空管（电子管），7200根晶体二极管，70000个电阻器，10000个电容器，1500个继电器，6000多个开关。
每秒执行5000次加法或400次乘法时间：1946年2月15日地点：美国宾夕法尼亚大学莫尔学院主要任务和单位：约翰莫克利美国陆军弹道研究所美国陆军阿伯丁弹道实验室图1-1 ENIAC计算机的算机的发展展按照通常的标准，根据计算机所采用的物理器件不同，把计算机的发展划分为4个阶段，如表1- 1所示1.1.2表1-1计算机发展的四个阶段年代部件第一阶段（1946-1959）第二阶段（1959-1964）第三阶段（1964-1972）第四阶段（1972年至今）物理器件电子管晶体管中小规模集成电路大规模、超大规模集成电路内存汞延迟线磁芯存储器半导体存储器半导体存储器外存储器穿孔卡片、纸带磁带磁带、磁盘磁盘、磁带、光盘等大容量存储器软件机器语言、汇编语言高级语言、简单的操作系统多种功能较强的操作系统、会话式语言可视化操作系统、数据库、多媒体、网络软件处理速度（每秒指令数）5千至几万条几万至几十万条几十万至几百万条上千万至万亿条应用领域科学计算科学计算、数据处理、事务管理实现标准化系列化，应用于各个领域广泛应用于各个领域代表机器UNIVAC-I、EDVACIBM-7000IBM-360、CDC-6000IBM4300系列、3080系列、3090系列和9000系列计算机的算机的发展展计算机采用的主要物理器件如下图1-2所示：1.1.2图1-2 电子管（左）、晶体管（中）、集成电路（右）1956周恩来总理亲自提议、主持并制定我国十二年科学技术发展规划，启动了我国计算机科研、生产、教育发展计划。
19571958196419711974中国第一台计算机103型通用数字电子计算机研制成功，运行速度为每秒1500次第三代集成电路计算机研制成功第一台微机DJS-130面世第二代晶体管计算机研制成功哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机计算机的算机的发展展1.1.2l中国计算机的发展史1983中国第一台被命名为“银河”的亿次巨型电子计算机在国防科技大学诞生，“银河”的运算速度超过1亿次/秒19841987199319952000第一台国产的286微机长城286正式推出北京市曙光计算机公司又推出了曙光1000，其与美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，这标志着我国的计算机技术水平与国外的差距缩小到5年左右国家并行计算机工程技术研究中心牵头研制高性能计算机“神威一号”，其主要技术指标和性能达到国际先进水平国家智能计算机研究开发中心（后成立北京市曙光计算机公司）研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机联想集团的前身新技术发展公司成立，中国出现第一次微机热计算机的算机的发展展1.1.2l中国计算机的发展史2009国防科技大学研制的首台千万亿次“天河一号”超级计算机问世。
天河一号” 以每秒2570万亿次的实测运算速度成为世界运算速度最快的超级计算机201320162018“神威太湖之光”研制成功，它成为世界上第一台突破10亿亿次/秒运算速度的超级计算机，创造了速度、持续性、功耗比三项指标世界第一世界超算组织对全世界的最快的十台超级计算机进行统计，中国的“神威太湖之光”和“天河二号”分别位于第三名、第四名天河二号”研制成功，其峰值运算速度达到亿亿次/秒天河二号”超级计算机位列世界TOP500第一名计算机的算机的发展展1.1.2l中国计算机的发展史1.计算机的特点2.计算机的分类3.计算机的应用领域计算机的特征算机的特征1.1.3计算机的特征算机的特征（1）自动化程度高（2）运算速度快（3）计算精度高（4）存储容量大（5）具有准确的逻辑判断能力（6）通用性强（7）具有网络与通信功能1.1.31.计算机的特点计算机的特征算机的特征可以从不同的角度对其进行分类1）按照处理数据信息的形式分类l数字计算机l模拟计算机l数字模拟混合计算机1.1.32.计算机的分类计算机的特征算机的特征（2）按照计算机规模分类l巨型机，又称为超级计算机、高性能计算机l大型机l小型机l工作站，介于小型机和个人计算机之间的一种高档微型计算机l个人计算机，也称为微型计算机，简称微机l服务器， “服务器”一词更多意义上是描述计算机在应用中的角色，而不是计算机的档次。
1.1.32.计算机的分类计算机的特征算机的特征（3）按照计算机使用用途分类l通用计算机，市场上销售的计算机大多属于通用计算机l专用计算机，一般专机专用1.1.32.计算机的分类计算机的特征算机的特征（1）科学计算（2）数据处理（3）实时控制（4）计算机辅助l计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）l计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）l计算机辅助教育（Computer Aided Education，CAE），包括计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）和计算机辅助管理教学（Computer Managed Instruction，CMI）l计算机辅助测试（Computer Aided Testing，CAT）1.1.33.计算机的应用领域计算机的特征算机的特征（5）人工智能，Artificial Intelligence，AI（6）办公自动化，Office Automation，OA（7）网络与通信（8）数字娱乐（9）多媒体应用（10）嵌入式系统1.1.33.计算机的应用领域1.电子计算机的发展方向2.未来新一代的计算机计算机算机发展展趋势1.1.4巨型化计算机算机发展展趋势1.1.4智能化微型化网络化多媒体化1.电子计算机的发展方向模糊计算机计算机算机发展展趋势1.1.4超导计算机生物计算机光子计算机量子计算机2.未来新一代的计算机计算机系统1.21.2本节介绍计算机系统的组成，包括硬件系统和软件系统，算法的概念。
1.21.2计算机系算机系统计算机系统的组成如图1- 3所示：图1-3 计算机系统1.21.2计算机系算机系统计算机的硬件系统计算机的软件系统1.2.11.2.2计算机的硬件系算机的硬件系统计算机的硬件结构方面，一直遵循冯诺依曼体系结构冯诺依曼计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成，各部件之间通过总线实现连接，并与外部其他设备实现数据传送以存储器为中心的计算机结构如图1-4所示1.2.1图1- 4以存储器为中心的计算机结构图计算机的硬件系算机的硬件系统计算机的工作原理是：程序设计人员根据用户的要求编制计算机程序代码，用户将程序和原始数据通过输入设备输入到计算机，计算机将程序和数据转换为可识别的二进制代码存入存储器中，运行程序按照程序既定的指令顺序依次由控制器发出相应的控制命令，取出存储器中的数据送至运算器中进行运算，运算结束后再由运算器送回存储器中保存如果需要显示或打印结果，则由控制器发出控制命令，从存储器中取出结果，经输出设备将计算机内的二进制代码转换成人们习惯的十进制数值、文字、图形、图像、音频、视频等信息输出1.2.1计算机的硬件系算机的硬件系统 运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件。
它是计算机能够完成各种复杂操作的关键部件，由算术逻辑单元（Arithmetic Logical Unit，ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器等组成ALU是运算器中实现四种算术运算和各种逻辑运算（等）的核心部件运算器能执行多少种操作及运算器的执行速度，标志着运算器能力的强弱，甚至标志着计算机本身的能力1.2.11.运算器计算机的硬件系算机的硬件系统 控制器是计算机的神经中枢，它指挥各个部件自动、协调地工作计算机的自动计算过程就是执行已存入存储器的程序的过程，而执行程序的过程就是执行一条条指令的过程，即周而复始地按一定的顺序取指令、分析指令和执行指令的过程对控制器而言，真正的作用在于对机器指令执行过程的控制1.2.12.控制器计算机的硬件系算机的硬件系统 运算器和控制器被集成在一块芯片上，称为中央处理器或微处理器（Central Processing Unit，CPU）如图1- 5所示CPU是计算机的总指挥和运算中心，负责整个计算机系统的协调、控制及运算1.2.1CPU图1- 5Intel公司生产的CPUCPU的性能一定意义上决定了计算机的性能，能够处理数据的位数是CPU的一个主要性能标志。
此外，时钟主频是指CPU的时钟频率，是微型计算机性能的一个重要指标，它的高低一定程度上决定了计算机运行的快慢计算机的硬件系算机的硬件系统 存储器是计算机存储程序和数据的部件计算机中的大量操作是往存储器中读取或者写入数据一般而言，存储容量越大，存储速度越快越好而存储器的工作速度相对于CPU的运算速度要低很多，因此存储器的工作速度往往会制约计算机的运算速度 计算机的存储器一般分为内存（又称为内部存储器或主存）和外存（又称为外部存储器或辅存）两大类1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（1）内存 内存是安装在主板上的存储部件，可以直接被CPU访问内存用来存储当前正在执行的数据、程序和结果，具有容量小，存取速度快的特点，但一旦断电，其中保存的数据全部丢失按照功能可以分为随机存储器、只读存储器和高速缓冲存储器1.2.13.存储器图1- 6随机存储器RAM（左）和只读存储器ROM（右）计算机的硬件系算机的硬件系统（1）内存l随机存储器RAMl只读存储器ROMl高速缓冲存储器Cache1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统内存储器的主要性能指标有两个：存储容量和存取速度 存储容量是指一个存储器包含的存储单元总数。
常用的存储单位有字节B、千字节KB、兆字节MB、吉字节GB（又称“千兆字节”）、万亿字节TB（又称“太字节”）、千万亿字节PB等它们之间的换算关系如下：1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B 1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B 1PB=1024TB=250B 存取速度一般用存储周期来表示，也就是CPU从内存储器中读取或写入数据所需的时间1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存 外存可以存放大量的程序和数据，而且断电后信息不会丢失大部分外存可以移动，便于不同计算机之间进行信息交流常见的外存有硬盘、U盘和光盘1.2.13.存储器计算机的硬件系算机的硬件系统（2）外存n硬盘 硬盘是微型计算机上主要的外部存储设备如果从存储数据的介质上来区分，硬盘可以分为机械硬盘（Hard Disk Drive，HDD）和固态硬盘（Solid State Disk，SSD）机械硬盘采用磁性盘片来存储数据，固态硬盘通过闪存颗粒来存储。