第1章 計算機概論

1、第1章 計算機概述,計算機的基本概念計算機技術(shù)的發(fā)展和展望計算機應用概述計算機的安全使用知識小結(jié),,1.1 計算機概述,1.1.1 計算機的基本概念計算機的全名是“電子計算機”。計算機有兩個突出的特點：數(shù)字化和通用性。數(shù)字化是指計算機在處理信息時完全采用數(shù)字方式，其他非數(shù)字形式的信息，如文字、圖形、圖像等，要設(shè)法轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式才能由計算機來處理。通用性則反映了計算機的另一個重要本質(zhì)，其含義是：采用內(nèi)存程序控制原理的數(shù)字計算

2、機能夠解決一切具有“可解算法”的問題。,（續(xù)）,1.1.2 計算機的類型 按用途，計算機分為專用計算機和通用計算機兩大類。 專用計算機大多是針對某種特殊的要求和應用而設(shè)計的計算機，有專用的硬件和專用的軟件，擴展性不強，一般功能都比較單一，難以升級，也不能當通用計算機使用。 通用計算機則是為滿足大多數(shù)應用場合而推出的計算機，可靈活應用于多種領(lǐng)域，通用性強。為照顧多種應用領(lǐng)域，它的系統(tǒng)一般比較復雜，

3、功能全面，支持它的軟件也五花八門，應有盡有。通用計算機可以應用于各種場合，只需配置相應的軟件即可。與專用計算機相比，通用計算機的應用非常廣泛，是生產(chǎn)量最多的一種機型。,（續(xù)）,按信息處理方式，計算機可分為模擬計算機和數(shù)字計算機兩大類。 模擬計算機的主要特點是：參與運算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運算過程是連續(xù)的。模擬計算機由于受元器件質(zhì)量影響，其計算精度較低，應用范圍較窄，目前已很少生產(chǎn)。 數(shù)字計算機的主要特點是：參與

4、運算的數(shù)值用斷續(xù)的數(shù)字量表示，其運算過程按數(shù)字位進行計算。數(shù)字計算機由于具有邏輯判斷等功能，以近似人類大腦的“思維”方式進行工作，所以又被稱為“電腦”。,（續(xù)）,按一次能夠傳輸和處理的二進制位數(shù)：計算機可分為8位機、16位機、32位機和64位機等；按物理結(jié)構(gòu)：可分為單片機（IC卡，由一片集成電路制成，其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)十分簡單）、單板機（IC卡機、公用電話計費器）和芯片機（手機、掌上電腦等）；按綜合性能指標：可分為巨型機、大型機

5、、小型機、工作站和微型計算機等。,計算機分類,1．巨型機（超級計算機） 巨型機又稱超級計算機，它是當代運算速度最高、存儲容量最大、通道速度最快、處理能力最強、工藝技術(shù)性能最先進的通用超級計算機。主要用于復雜的科學和工程計算，如天氣預報、飛行器的設(shè)計以及科學研究等特殊領(lǐng)域。目前巨型機的處理速度已達到每秒數(shù)千億次。巨型機代表了一個國家的科學技術(shù)發(fā)展水平。生產(chǎn)巨型機的公司有美國的Cray公司、TMC公司、日本的富士

6、通公司、日立公司等。我國研制的銀河機、曙光機也屬于巨型機。銀河-Ⅰ為億次機，銀河-Ⅱ為10億次機，曙光2000Ⅱ型峰值速度達到每秒1117億次。,（續(xù)）,2．大型機 大型機又稱大型計算機（覆蓋國內(nèi)常說的大、中型機），特點是大型、通用。大型機的內(nèi)存可達幾個GB以上，速度由千萬次向數(shù)億次發(fā)展，且廣泛地應用于科學和工程計算、信息的加工處理、企事業(yè)單位的事務(wù)處理等方面。這類計算機具有極強的綜合處理能力和極廣泛的性能覆蓋面。

7、在一臺大型機中可以使用幾十臺微機或微機芯片，可同時支持上萬個用戶、支持幾十個大型數(shù)據(jù)庫，用以完成特定的操作。大型計算機主要應用在政府部門、銀行、大公司、大企業(yè)、規(guī)模較大的高校以及研究所等部門單位，在計算機向網(wǎng)絡(luò)邁進的時代仍有其生存空間。,（續(xù)）,3．小型機 小型機規(guī)模較小，與以上兩種機型相比，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，維修使用方便，易于操作維護，設(shè)計試制周期短，軟件開發(fā)成本低，便于及時采用先進工藝技術(shù)。它們已廣泛應用于

8、工業(yè)自動控制、大型分析儀器、測量設(shè)備、企業(yè)管理、大學和科研機構(gòu)等，同時也可以作為大型與巨型計算機系統(tǒng)的輔助計算機。,（續(xù)）,4．工作站 工作站是介于小型機與PC（Personal Computer，個人計算機）之間的一種高檔的微型機。其運算速度比微機快，且有較強的聯(lián)網(wǎng)功能。主要用于特殊的專業(yè)領(lǐng)域，如圖像處理、輔助設(shè)計等。典型工作站的特點包括：用戶透明的聯(lián)網(wǎng)、高分辨率圖形顯示、可利用網(wǎng)絡(luò)資源、多窗口型用戶接口等。

9、如有名的SUN工作站，就有非常強的圖形處理能力。需要注意的是它與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的“工作站”雖然名稱一樣，但含義不同。網(wǎng)絡(luò)上的“工作站”常常泛指聯(lián)網(wǎng)用戶的結(jié)點，通常只需要一般的PC，以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。,（續(xù)）,5．微型計算機 微型計算機簡稱微型機，是當今最為普及的機型。它體積小、功耗低、功能強、可靠性高、結(jié)構(gòu)靈活，對使用環(huán)境要求低，性能價格比明顯地優(yōu)于其他類型的計算機，因而得到了迅速普及和廣泛應用。微型機的普及程度代

10、表了一個國家的計算機應用水平。微型機技術(shù)在近10年內(nèi)發(fā)展速度迅猛，平均每2～3個月就有新產(chǎn)品出現(xiàn)，1～2年產(chǎn)品就更新?lián)Q代一次，每兩年芯片的集成度可提高一倍，性能提高一倍，目前還有加快的趨勢。微型機現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應用，如衛(wèi)星和導彈的發(fā)射、石油勘探、天氣預報、郵電通信、空中交通管制、航空訂票、CAD/CAM、智能儀器、家用電器乃至電子表及兒童玩具等，都已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個部門，可謂是無處不在。,,1.2 計算機技術(shù)的發(fā)展和展望,

11、1.2.1 計算機的發(fā)展歷程 計算機從20世紀40年代誕生至今，不過短短的50多年時間，然而它發(fā)展之迅速、普及之廣泛、對整個社會和科學技術(shù)影響之深遠，遠非其他任何學科所能比擬。 根據(jù)計算機所采用的邏輯元件將其發(fā)展分成4個階段，習慣上稱為4代（兩代計算機之間時間上有重疊）。,（續(xù)）,1．電子管計算機 從1946年底到20世紀50年代末期是計算機的第一代。其特征是：采用電子管作為計算機的邏輯

12、元件，內(nèi)存儲器采用水銀延遲線，外存儲器采用磁鼓（一種高速運轉(zhuǎn)的鼓形圓筒，表面涂有磁性材料，根據(jù)每一點的磁化方向來確定該點的信息）、紙帶、卡片等。運算速度只有每秒幾千次到幾萬次，內(nèi)存容量只有幾千個字，用二進制表示的機器語言或匯編語言編寫程序。 1946年2月14日在美國賓夕法尼亞大學莫爾學院正式通過驗收的名為ENIAC（Electronic Numerical Integrator And C

13、omputer）的電子數(shù)字積分式計算機，宣告了人類第一臺計算機的誕生。,（續(xù)）,2．晶體管計算機 從20世紀50年代中期到60年代末期是計算機發(fā)展的第二代。1947年，美國物理學家巴丁、布拉頓和肖克利合作發(fā)明了晶體管裝置并于1956年獲獎。晶體管比電子管功耗少、體積小、質(zhì)量輕、工作電壓低且工作可靠性好。這一發(fā)明引發(fā)了電子技術(shù)的根本性變革，對科學技術(shù)的發(fā)展具有劃時代意義，給人類社會生活帶來了不可估量的影響。1954年，貝爾

14、實驗室制成了第一臺晶體管計算機——TRADIC，使計算機體積大大縮小。1958年，美國研制成功了全部使用晶體管的計算機，從而誕生了第二代計算機。 第二代計算機的運算速度比第一代計算機提高了近百倍。其特征是：用晶體管代替了電子管，大量采用磁芯作為內(nèi)存儲器，采用磁盤、磁帶等作為外存儲器，體積縮小，功耗降低，運算速度提高到每秒幾十萬次，內(nèi)存容量擴大到幾十萬字節(jié)，價格大幅度下降。,（續(xù)）,3．集成電路計算機 60年

15、代初期，美國的基爾比和諾伊斯發(fā)明了集成電路（Integrated Circuit，IC）。集成電路是把多個電子元器件集中在幾平方毫米的基片上形成的邏輯電路。IBM公司1964年研制出的IBM S/360，CDC 公司的CDC 6600及Cray公司的超級電腦Cray-1等，其特征是用集成電路代替了分立元件，被稱為第三代計算機。第三代計算機已開始采用性能優(yōu)良的半導體存儲器取代磁芯存儲器，運算速度提高到每秒幾十萬到幾百萬次，在存儲容量和可靠

16、性等方面都有了較大的提高。同時，計算機軟件技術(shù)的進一步發(fā)展，多處理器、虛擬存儲器系統(tǒng)以及面向用戶的應用軟件的發(fā)展，大大豐富了計算機軟件資源。,（續(xù)）,4．大規(guī)模集成電路計算機 第四代計算機以大規(guī)模集成電路作為邏輯元件和存儲器，使計算機向著微型化和巨型化兩個方向發(fā)展。其特征是以每片上集成幾百到幾千個邏輯門的大規(guī)模集成電路（Large Scale Integration，LSI）來構(gòu)成計算機的主要功能部件。主存儲器

17、采用集成度很高的半導體存儲器，運算速度可達每秒幾百萬次甚至上億次。出現(xiàn)了共享存儲器、分布存儲器以及不同結(jié)構(gòu)的并行計算機，并相應產(chǎn)生了用于并行處理和分布處理的軟件工具和環(huán)境。第四代計算機的代表機型Cray-2和Cray-3型巨型機，因采用并行結(jié)構(gòu)而使運算速度分別達到每秒12億次和每秒160億次。在軟件方面，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及分布式操作系統(tǒng)等。應用軟件的開發(fā)已逐步成為一個龐大的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)。,（續(xù)）,第一代到第四代計算機的體系結(jié)構(gòu)說明：第一代

18、到第四代，計算機的體系結(jié)構(gòu)都是相同的，即都由控制器、存儲器、運算器和輸入輸出設(shè)備組成，稱為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。,（續(xù)）,1.2.2 我國計算機的發(fā)展 我國計算機事業(yè)起步雖然很晚，但發(fā)展速度很快。1956年，在中共中央“向科學進軍”的號召的指引下，周恩來總理親自主持制定了我國《12年科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》。8月，成立了由華羅庚教授為主任的科學院計算所籌建委員會，并組織了計算機設(shè)計、程序設(shè)計和計算機方法專業(yè)

19、訓練班，并首次派出一批科技人員赴前蘇聯(lián)實習和考察。我國科技工作者依靠自己的力量，完成了若干顯赫的計算機科學成就。雖然尚不能同西方以及前蘇聯(lián)的計算機技術(shù)并駕齊驅(qū)，但是卻證實了中國在非常艱苦的條件下參與了20世紀后期全球科學技術(shù)發(fā)展。詳見教材P6-7表1-1中國計算機發(fā)展史大事記,（續(xù)）,1.2.3未來計算機的發(fā)展1．計算機發(fā)展的5種趨向 （1）巨型化 （2）微型化 （3）多媒體化 （4）網(wǎng)絡(luò)化 （5）智能化,（續(xù)）,2．發(fā)展非

20、馮·諾依曼結(jié)構(gòu)模式 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機應用領(lǐng)域的開拓更新，馮·諾依曼型的工作方式已不能滿足需要，所以提出了制造非馮·諾依曼式計算機的想法。自20世紀60年代開始向兩個大方向努力，一是創(chuàng)造新的程序設(shè)計語言，即所謂的“非馮·諾依曼”語言；二是從計算機元件方面，比如提出發(fā)明與人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相類似的新型超大規(guī)模集成電路的設(shè)想，即分子芯片。,,1.3 計算機應用概述,1.3.1

21、 科學與工程計算（數(shù)值計算) 科學與工程計算是指計算機應用于解決科學研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學問題（數(shù)值計算）。 科學計算是計算機最早的應用方面，第一臺電子計算機研制的目的就是用于軍事計算，計算機發(fā)展的初期也主要用于科學計算。時至今天，雖然計算機在其他方面的應用得到不斷加強，但它仍然是科學研究和科學計算的最佳工具。在這個領(lǐng)域要求計算機速度快、精度高、存儲容量大，如高能物理、工程設(shè)計、地

22、震預測、氣象預報及航天技術(shù)等。由于計算機具有高運算速度和精度以及邏輯判斷能力，因此出現(xiàn)了計算力學、計算物理、計算化學和生物控制論等新的學科。,（續(xù)）,1.3.2 信息處理 信息處理主要是指利用計算機來加工、管理和操作任何形式的數(shù)據(jù)資料，包括對數(shù)據(jù)資料的收集、存儲、加工、分類、排序、檢索和發(fā)布等一系列工作。傳輸和處理的信息有文字、圖形、聲音及圖像等各種信息。信息處理是計算機應用最廣泛的領(lǐng)域，其特點是要處理的原始數(shù)

23、據(jù)量大，而算術(shù)運算比較簡單，有大量的邏輯運算與判斷，結(jié)果要求以表格或文件形式存儲、輸出。,（續(xù)）,1.3.3 計算機輔助設(shè)計與制造 計算機輔助設(shè)計與制造是指CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計）和CAM（Computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）。,（續(xù)）,1.3.4 數(shù)據(jù)庫應用 數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)有組織的大量共享的數(shù)據(jù)集合。它可以供各

24、種用戶共享，具有最小的冗余和較高的數(shù)據(jù)獨立性。目前，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為現(xiàn)代信息系統(tǒng)不可分離的重要組成部分，數(shù)據(jù)庫的應用是計算機應用的基本內(nèi)容之一。任何發(fā)達國家，從國民經(jīng)濟信息系統(tǒng)、跨國科技情報網(wǎng)到個人的親友通信、銀行儲蓄賬戶等，均需要與數(shù)據(jù)庫打交道。辦公自動化與生產(chǎn)自動化，也需要有數(shù)據(jù)庫的支持。,（續(xù)）,1.3.5 人工智能 人工智能是使用人工的方法在機器（計算機）上實現(xiàn)的智能。通過用計算機模擬人腦的智能行為，使機器具有類似于人

25、的行為。人工智能是一門研究如何構(gòu)造智能機器人（智能計算機）或智能系統(tǒng)，使它能模擬、延伸和擴張人類智能的學科。人工智能的研究領(lǐng)域包括知識工程、機器學習、模式識別、自然語言處理、智能機器人和神經(jīng)計算等多個方面。,（續(xù)）,1.3.6 網(wǎng)絡(luò)應用 計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，始于20世紀50年代，近50年來得到迅猛發(fā)展。現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡(luò)是集文本、聲音、圖像及視頻等多媒體信息于一身的全球信息資源系統(tǒng)。應用計算機網(wǎng)絡(luò)，能夠使

26、一個地區(qū)、一個國家、甚至全世界范圍內(nèi)的計算機與計算機之間實現(xiàn)信息、軟硬件資源和數(shù)據(jù)共享，可以大大促進地區(qū)間、國際間的通信和各種數(shù)據(jù)的傳輸與處理。,（續(xù)）,1.3.7 電子商務(wù) 電子商務(wù)（Electronic Commerce）是指在Internet開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于客戶端/服務(wù)器應用方式，主要為電子商戶提供服務(wù)、實現(xiàn)消費者的網(wǎng)上購物、商戶之間的網(wǎng)上交易和在線電子支付的一種新型的商業(yè)運營模式。,計算機應用總結(jié),總之，計算機的廣

27、泛應用，是千萬科技工作者集體智慧的結(jié)晶，是人類科學發(fā)展史上最卓越的成就，是人類進步與社會文明史上重要的里程碑。計算機技術(shù)及其應用已滲透到了人類社會的各個領(lǐng)域，改變著人們傳統(tǒng)的工作、生活方式。各種形態(tài)的計算機就像一把“萬能”的鑰匙，任何問題只要能夠用計算機語言進行描述，就都能在計算機上加以解決。從航天飛行到交通通訊，從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)過程控制，從天氣預報到地質(zhì)勘探，從圖書館管理到商品銷售，從資料的收集檢索到教師授課、學生考試/作業(yè)等，計算機

28、都得到了廣泛的應用，發(fā)揮著任何工具均不可替代的作用。,,1.4 計算機的安全使用知識,由于計算機屬于高科技產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)復雜，構(gòu)造精密，因此只有正確、安全地使用計算機，加強對計算機的維護和保養(yǎng)，才能充分發(fā)揮計算機的功能，延長其使用壽命。,（續(xù)）,1.4.1 計算機對環(huán)境的要求1．溫度2．濕度3．防塵4．電源,（續(xù)）,1.4.2 計算機使用注意事項1、計算機在搬運過程中應避免震動，小心輕放。開機狀態(tài)下，請不要移動計算機，以免造

29、成硬件損壞，程序丟失。2、請把有源音箱、電視機等家電遠離計算機放置（絕對不要將磁鐵或磁性的物體放置在計算機附近）。3、操作人員較長時間離開計算機時，請先關(guān)閉計算機，切斷電源。4、工作中請勿頻繁冷啟動。若需要開、關(guān)電源開關(guān)，間隔時間必須大于20秒。,（續(xù)）,5、計算機的水平尚未達到一定的程度時，請不要改寫CMOS中設(shè)置以及Config.sys、Autoexec.bat和Windows多媒體設(shè)置參數(shù)，以避免軟件不能正常運行。6、外來

30、存儲設(shè)備進入計算機時，應先檢測一下是否有病毒，以免造成不必要的損失。7、請使用正版軟件，以免染上病毒或侵犯版權(quán)。8、機器出現(xiàn)故障時，沒有維護能力的用戶，請勿自行打開機箱，否則不屬于保修范圍。,（續(xù)）,1.4.3 計算機病毒及其防治 計算機病毒是一種人為制造的、在計算機運行中對計算機信息或系統(tǒng)起破壞作用的程序。在我國，計算機病毒始于1989年初的“小球病毒”（又稱“ASCII 07病毒”）。這種程序不是獨立存在的，它隱蔽在其他可

31、執(zhí)行的程序之中，既有破壞性，又有傳染性和潛伏性。輕則影響機器運行速度，使機器不能正常運行；重則使機器處于癱瘓，給用戶帶來不可估量的損失。通常就把這種具有破壞作用的程序稱為計算機病毒。,（續(xù)）,1．計算機病毒的特點l  寄生性：計算機病毒寄生在其他程序之中，當執(zhí)行這個程序時，病毒就起破壞作用，而在未啟動這個程序之前，它是不易被人發(fā)覺的；l   傳染性：計算機病毒不但本身具有破壞性，而且具有傳染性，一旦病毒

32、被復制或產(chǎn)生變種，其速度之快令人難以置信；,（續(xù)）,l  潛伏性：有些病毒像定時炸彈一樣，發(fā)作時間是預先設(shè)計好的。比如“黑色星期五”病毒，不到預定時間一點都覺察不出來，等到條件具備的時候一下子就爆炸開來，對系統(tǒng)進行破壞；l   隱蔽性：計算機病毒具有很強的隱蔽性，有的可以通過病毒軟件檢查出來，有的根本就查不出來，有的時隱時現(xiàn)、變化無常，這類病毒處理起來通常很困難。,（續(xù)）,2．計算機病毒的表現(xiàn)形式

33、 計算機受到病毒感染后，會表現(xiàn)出不同的癥狀，經(jīng)常碰到的現(xiàn)象有：l  機器不能正常啟動：加電后機器根本不能啟動，或者可以啟動，但所需要的時間比原來的啟動時間長了。有時會突然出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象；l 運行速度降低：如果發(fā)現(xiàn)在運行某個程序時，讀取數(shù)據(jù)的時間比原來長或是存文件或調(diào)文件的時間增加了，那就可能是感染了病毒；,（續(xù)）,l 磁盤空間迅速變?。河捎诓《境绦蛞M駐內(nèi)存，而且又能繁殖，因此可以使內(nèi)存空間變小甚至變?yōu)椤?”，用戶

34、什么信息也寫進不去；l 文件內(nèi)容和長度有所改變：一個文件存入磁盤后，本來它的長度和內(nèi)容都不會改變，可是由于病毒的干擾，文件長度就可能改變，文件內(nèi)容也可能出現(xiàn)亂碼。有時甚至文件內(nèi)容無法顯示或顯示后又消失了；,（續(xù)）,l 經(jīng)常出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象：正常的操作是不會造成死機現(xiàn)象的，即使是初學者，命令輸入不對也不會死機。如果機器經(jīng)常死機，那就可能是由于系統(tǒng)被病毒感染了；l 外部設(shè)備工作異常：外部設(shè)備受系統(tǒng)的控制，如果機器中有

35、病毒，外部設(shè)備在工作時也可能會出現(xiàn)一些難以用理論或經(jīng)驗解釋的異常情況。,（續(xù)）,3．計算機病毒的預防 首先，要在思想上重視，加強管理，防止病毒的入侵。凡是從外來的存儲設(shè)備上往機器中拷信息，都應該先對存儲設(shè)備進行查毒，若有病毒必須清除，這樣可以保證計算機不被新的病毒傳染。其次，由于病毒具有潛伏性，機器中可能還隱蔽著某些舊病毒，一旦時機成熟還將發(fā)作，所以要經(jīng)常對磁盤進行檢查，若發(fā)現(xiàn)病毒就立即殺除。

36、 思想重視是基礎(chǔ)，采取有效的查毒與殺毒方法是技術(shù)保證。目前檢查病毒與消除病毒通常有兩種手段，一種是在計算機中加一塊防病毒卡，另一種是使用防病毒軟件。,,小結(jié),本章主要介紹了計算機的基本概念、類型及發(fā)展歷程，描述了我國計算機的發(fā)展及未來計算機的發(fā)展方向。指出了從第一代到第四代，按照馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，計算機都是由控制器、存儲器、運算器和輸入/輸出設(shè)備組成。介紹了計算機在科學與工程計算、信息處理、輔助設(shè)計與制造、數(shù)據(jù)庫、人工智能