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1、2023年正文第一章,龙女化奴篇一：计算机基础知识第一章正文 第1章 计算机基础知识 计算机作为20世纪人类最伟大的科技发明之一，其产生的历史虽然只有短短的几十年时间，但计算机已经被广泛应用到人类社会生产生活的各个领域，成了人们工作、生产和学习必备的重要工具。学习计算机基础知识，掌握计算机操作与应用技能是现代人们必备的基本素养。本章介绍了计算机的产生、发展与应用情况，简要分析了计算机的工作原理，说明了计算机内是如何表示各种信息的，重点介绍了计算机系统的组成等。 该章要掌握的主要知识和技能有：（1）了解计算机的产生、发展与应用情况（2）理解计算机系统的工作原理（3）理解计算机内各种信息的表示方式
2、（4）掌握计算机硬件系统的组成（5）掌握软件的概念与软件系统的分类方法1.1 计算机概述现在大家学习、生活与工作都离不开计算机，我们从中学甚至小学就开始学习与使用计算机，那么关于计算机你了解与掌握了哪些知识呢？能不能说出什么是计算机？计算机是如何产生与发展的？计算机有哪些种类？计算机具体应用在哪些方面等问题呢？1.1.1 电子计算机的概念电子计算机简称为计算机或电脑，是由人们设计、制造的一种电子设备，它可以快速、精确、自动地完成计算与信息处理工作。计算机在诞生的初期主要用来完成科学计算工作，因此被人们称为“计算机”，即用来进行计算的机器，当然现在计算机的应用已经远远超出了科学计算的范畴，它可以
3、对数字、文字、声音、图形和图像等各种形式的数据进行处理。实际上，计算机只所以能高速、自动的进行工作，是因为人们事先编写好了它的工作程序，并将其存储在计算机内，在用户发出工作命令后它就会按照事先存储的程序来一步步的工作，只不过与人类相比，它的工作速度非常快。1.1.2 计算机的产生与发展1. 计算机的诞生人类社会在认识自然和改造自然的过程中，发明了各种计算工具。如在人类社会的早期，人们使用绳结、石子等进行简单的计数，随着生产力的不断提高，人们遇到的各种计算问题也越来越复杂，于是开始设计、制造计算工具，如我国唐末出现的算盘，欧洲人在一百多年前发明的手摇计算机等，这些计算机工具在一定的历史条件下，对
4、人类社会的发展都是起到了一定的促进作用，甚至算盘一直沿用至今。但是可能让大家意想不到的是现代电子计算机的产生，竟然与人类的战争有着密切的相关。在20世纪40年代初，正处于二次世界大战中的美国，为了尽快在战争中取得胜利，加紧研制导弹、火箭等各种先进的武器，但在研制这些武器的过程中遇到了大量极为复杂的数学计算问题，于是美国军方出资，并在军方的主导下开始了现代电子计算机的研制工作，经过科研人员的努力，1946年2月世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学研制成功，取名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator，电子数字积分器与计算器）
5、，主要用于飞行中弹道轨迹的计算等问题。ENIAC的诞生具有里程碑意义，它标志着人类从此有了真正意义上的电子计算机。ENIAC电子计算机在当时的设计条件下共使用了18000多个真空管，1500多个继电器以及大量的其他元器件，重达30吨，占地达170余平方米，是个地地道道的庞然大物。如图1是工作人员使用ENIAC时的情景。 尽管ENICA每秒只能完成5000次的加法运算，且ENIAC有许多缺点，如耗电量大、稳定性差、操作不便等，但它的产生具有划时代的意义，它为电子计算机的发展奠定了基础，更标志着人类社会电子计算机时代的到来。 2. 计算机的发展从1946年第一台计算机ENIAC 诞生到现在，电子计
6、算机的发展根据其起决定作用的电子元器件的变化可以分为四代。（1）第一代电子管计算机（1946年1958年）。其特征是采用电子管作为计算机的基本逻辑元件，由于受当时电子技术的限制，计算机的运算速度只有每秒几千次到几万次基本运算，且内存容量小，仅为几千个字节，用机器语言和汇编语言进行程序设计。受当时电子技术的限制，第一代计算机体积大，耗电多，速度低，造价高，使用不便，主要局限于一些军事和科研部门进行科学计算，其代表机型有IBM650（小型机）、IBM709（大型机）等。（2）第二代晶体管计算机（1959年1964年）。其特征是晶体管代替了第一代计算机中的电子管，运算速度提高到每秒数万次或数十万次基
7、本运算，内存容量扩大到几十万个字节。同时计算机软件技术也有了较大的发展，出现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言，大大方便了计算机的使用，这一时期，除了科学计算外，计算机还用于数据处理和工业生产过程控制等，与第一代电子管计算机相比，晶体管计算机体积小，耗电少，成本低，逻辑功能强，使用方便，可靠性高。其代表机型有IBM7094、CDC7600等。（3）第三代集成电路计算机（1965年1970年）。其特征是用集成电路（Intergrated Circuit，IC）代替了分立元件。集成电路是在几平方毫米的基片，集中了几十个或上百个电子元件组成的逻辑电路。由于第三代计算机使用小规模集成电
8、路和中规模集成电路作为其基本电子元件，并开始采用性能更好的半导体存储器，其运算速度提高到每秒几十万次到几百万次基本运算。计算机的体积更小，寿命更长，可靠性大大提高，且计算机功耗和价格进一步下降。同时计算机软件技术进一步发展，出现了结构化、模块化程序设计方法，操作系统功能逐步趋向成熟。其代表机型是IBM公司研制的IBM-360计算机系列。（4）第四代大规模和超大规模集成电路计算机（1972年至今）。其特征是用每个芯片上集成了几千个、上万个或上百万个电子元件的大规模集成电路（Large Scale Intergrated Circuit，LSI）或超大规模集成电路（Very Large Inter
9、grated Circuit，VLSI）作为计算机的主要逻辑元件，使用集成度很高的半导体存储器，计算机的运算速度可达每秒几百万次甚至上亿次基本运算。在软件方面，出现了数据库管理系统、分布式操作系统等软件。在第四代计算机中，对人类社会影响最大的是微型计算机的产生和计算机网络的应用。3. 计算机发展的趋势计算机自从产生以来，就不断地向前发展与变化着，并且已经成了目前人类社会发展变化最快的领域。英图1-1 第一台计算机ENIAC 特尔（Intel）创始人之一戈登摩尔（Gordon Moore）提出，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，你花
10、相同的价格，在18以后所能买到的电脑性能大约是目前电脑性能的两倍以上。有人也将此规律称为“摩尔定律”，这一定律揭示了信息技术进步的速度。这也告诉我们在购买电脑产品时，应以“适用、够用”为原则，不能盲目地追求其先进性。 目前人们普遍认为，处于快速发展中的计算机行业，将以超大规模集成电路为基础，向巨型化、微型化、网络化、智能化与多媒体化的方向发展。（1）巨型化是指计算机的运算速度更高、存储容量更大、功能更强。巨型化计算机主要应用于天文、气象、地质、航天、核反应等一些尖端科学技术领域，巨型计算机的研制已经成为反映一个国家科研水平的重要标志。目前已经投入使用的巨型计算机其运算速度可达每秒上千万亿次。（
11、2）微型化是指体积更小、价格更低、功能更强的微型计算机。微机化计算机可以嵌入仪器、仪表、家用电器、导弹弹头等各类设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现“智能化”。如智能手机包含电脑的所有组成部分，其实就是一台“微型”化的电脑。（3）网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照通信双方事先约定的通信方式（即网络协议）相互通信，以达到共享软件、硬件和数据资源的目的。现在，计算机网络在交通、金融、企业管理、教育、邮电、商业等各行各业中得到了广泛的应用。尤其是在目前的信息化社会，没有接入网络的计算机被人们称为“信息孤岛”，其应用也将受到很大的限制。（4）智能
12、化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，可以“看”、“听”、“说”、“想”、“做”，具有逻辑推理、学习与证明的能力，这也是第五代计算机要实现的目标。智能化的研究领域很多，其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。机器人可接受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，或根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。目前研制出的机器人可以代替人从事一些人们不愿或无法完成的劳动，如让机器人从事工业流水线工作、清理有毒废弃物、太空探索、石油钻探、深海探索、矿石开采、搜救与爆破等，甚至现在还有专门用于战争的机器人。（5）多媒体化是指利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息进行综合处理，使这些信息之间建
13、立有机的逻辑关系，使电脑具有交互展示不同媒体形态的能力。多媒体技术的发展改变了计算机的使用领域，使计算机由办公室、实验室中的专用工具变成了信息社会的普通工具，广泛应用于工业生产管理、学校教育、公共信息咨询、商业广告、军事指挥与训练，甚至家庭生活与娱乐等领域。1.1.3 计算机的分类自从第一台计算机产生以来，人们设计制造了种类繁多、用途各异的计算机系统，因此可以从不同的角度对计算机进行分类。如按计算机工作原理分类，也可分为数字式电子计算机、模拟式电子计算机和混合式电子计算机。按照计算机用途分类，可分为通用计算机和专用计算机。目前国内外惯用的分类方法是按计算机的规模和运算速度将其分为巨型机、小巨型
14、机、大型机、小型机、工作站和个人计算机六种。1. 巨型机巨型机（super computer）也称为超级计算机，通常是指价格最高 、功能最强、运算速度最快的计算机。巨型机主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务，如核武器与反导武器的设计、空间技术研究、中长期天气预报、石油勘探、生命科学探索、汽车设计等领域。巨型机的研制是一个国家科技水平和经济实力的重要标志，目前全世界只有少数几个国家能够产生这种计算机。我国在巨型机的研究方面走在了世界前列，如2023年9月研制成功的“天河一号”，成为我国首台千万亿次超级计算机，并且在当年的最新全球超级计算机前500强排
15、行榜上雄居第一。在2023年6月公布的最新全球超级计算机前500强排行榜中，我国的超级计算机系统已达62个，使我国超级计算机系统无论是总数还是累计峰值运算能力都超过了德、日、法等传统的超级计算机大国。 图1-2 我国自主研发的“天河一号”巨型计算机 2. 小巨型机小巨型机（minisuper computer）又称桌上型超级电脑，出现于20世纪80年代中期，它将巨型机缩小成个人机的大小，使个人机具有略低于巨型机的性能，而价格只有巨型机的1/10，以满足一些用户的需求。3. 大型主机大型主机（mainframe computer）也称为大型电脑，它包括国内常说的大、中型机，这类计算机的特点是具有
16、极强的综合处理能力和非常好的通用性。大型主机主要应用在政府部门、大银行、大公司、大企业、高校和研究院等。随着微机与网络的迅速发展，大型主机有被高档微机群取代的趋势。4. 小型机小型机（minicomputer）的机器规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。小型机己广泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。5. 工作站工作站（worksatation）是介于小型机与个人计算机之间的一种机型，它与高档微机之间的界限并不十分明确，高性能工作站正接近小型机、甚至接近低端主机。与一般微机不同的是工作站使用大屏幕、高分辨率的显示器，且配有大容量的内存与外部存储设备。工作站主要用于计算机辅助设计、图像处理（如电脑动画片的制作等）。如在电影阿凡达中有
