计算机应用基础及实训科学出版社

第一章 计算机基础

• 1.1 计算机的发展历史• 1.2 计算机的特点、应用及分类• 1.3 计算机系统的组成• 1.4 信息技术基础

1.1 计算机的发展历史

• 电子计算机诞生于二十世纪四十年代，它的出现对人类社会产生了巨大的影响。它是一种能够按照人的意图自动、高速、精确地进行数值运算和数据处理的现代化的电子设备。

• 1946年 2 月，美国宾夕法尼亚州立大学莫尔机电工程学院研制完成并在美国费城公开展示了世界上第一台电子计算机 ENIAC（ Electronic Numerical Integrator And Calculator ，电子数字积分计算机），如图 1-1 所示。

1.1 计算机的发展历史

图 1-1 世界上第一台电子计算机 ENIAC

1.1 计算机的发展历史• 从第一台电子计算机诞生到现在短短的数十年时

间中，计算机技术以前所未有的速度迅猛发展，经历了以下发展阶段：（ 1 ） 第一代计算机（ 1946 年～ 1958 年）（ 2 ） 第二代计算机（ 1958 年～ 1964 年）（ 3 ） 第三代计算机（ 1965 年～ 1971 年）（ 4 ） 第四代计算机（ 1971 年至今）

• 软件工程的概念开始提出，操作系统向虚拟操作系统发展，各种应用软件丰富多彩，在各行业中都有应用，大大扩展了计算机的应用领域，如表1-1 所示：

1.1 计算机的发展历史

时代 年份 器件 软件 应用

一 46-58 电子管 机器语言汇编语言 科学计算

二 58-64 晶体管 高级语言 数据处理、工业控制

三 64-71中小规模集成

电路 操作系统 文字处理、图形处理

四 71 年迄今

大规模和超大规模集成电路

数据库、网络等

社会的各个领域

表 1-1 计算机的发展阶段

1.1 计算机的发展历史我国计算机发展历史

• 1958 年组装调试成第一台电子管计算机（ 103 机）， 1959 年研制成大型通用电子管计算机（ 104 机）， 1960 年研制成第一台自己设计的通用电子管计算机（ 107 机）。

• 1964 年我国开始推出第一批晶体管计算机，如“ 109 乙”、“ 108乙”有“ 320 机”等，其运算速度为每秒 10 万～ 20 万次。

• 1971 年研制成第三代集成电路计算机，如“ 150 机”。 1974 年后DJS-130 晶体管计算机形成了小批量生产。 1982 年采用大、中规模集成电路研制成 16 位的 DJS-150 机。

• 1983 年长沙国防科技大学推出向量运算速度达 1 亿次的银河Ⅰ巨型计算机。 1992 年向量运算达 10 亿次的银河Ⅱ投入运行。 1997 年银河Ⅲ投入运行，速度为每秒 130 亿次，内存容量为 9.15GB 。目前只有少数国家能生产巨型机。

• 20 世纪 90 年代以来，我国微机形成大批量、高性能的生产局面，并且发展迅猛，而且还产生了我国自己的知名微机品牌，如联想、方正等。

1.2 计算机的特点、应用及分类

计算机的特点主要有以下几点：

• （ 1）运算速度快• （ 2）计算精度高• （ 3）具有记忆和逻辑判断功能• （ 4）高度自动化又支持人机交互。• （ 5）通用性强

1.2 计算机的特点、应用及分类

计算机的应用主要分以下几个方面：

（ 1 ）科学计算（数值计算）（ 2 ）数据处理（信息管理）（ 3 ）自动控制（ 4 ）计算机辅助系统（ 计算机辅助设计 ）（ 5 ）人工智能

1.2 计算机的特点、应用及分类

计算机种类繁多，可以从不同的角度对它们进行分类：

1. 按处理的数据分类 （ 1 ）数字计算机 （ 2 ）模拟计算机 （ 3 ）混合计算

机

2. 按使用的范围分类 （ 1 ）通用计算机 （ 2 ）专用计算机

3. 按性能分类 （ 1 ）巨型机 （ 2 ）大中型计算机 （ 3 ）小型计算

机 （ 4 ）微型计算机 （ 5 ）工作站

1.3 计算机系统的组成

计算机系统由硬件（ Hardware ）系统和软件 (Software) 系统两大部分组成。

硬件是指肉眼看得见的机器部件，它就像是计算机的“躯体”，通常所看到的计算机会有一个机箱，里边是各式各样的电子元件，还有键盘、鼠标、显示器和打印机等，它们是计算机工作的物质基础。不同种类的计算机硬件组成各不相同，但无论什么类型的计算机，都可以将其硬件划为功能相近的几大部分。

软件则像是计算机的“灵魂”，它是程序及有关文档的总称。程序是由一系列指令组成的，每条指令都能指挥完成相应的操作。当程序执行时，其中的各条指令就依次发挥作用，指挥机器按指定顺序完成特定的任务，把执行结果按照某种格式输出。

1.3 计算机系统的组成

1.3 计算机系统的组成• 微机一般由主机、显示器、键盘、鼠标和其它外设等几部分组成，如图 1-3

所示。其中主机包含主板、 CPU 、内存条、显卡、声卡、硬盘、软驱、光驱、机箱等部分。主机、显示器、键盘、鼠标是微机最基本的配置。

图 1-3 微型计算机的硬件组成

1.3 计算机系统的组成

打开机箱后，里面有主板、电源、线缆、光驱、硬盘等，如图 1-4 所示。

1.3 计算机系统的组成主板是安装在主机箱底部的一块多层印刷电路板，外表两层印刷信号电路，内层印刷电源和地线。主板上通常有 CPU 、存储器 ROM、 RAM 、输入 /输出控制电路扩充插槽，键盘接口、面板控制开关等。如图 1-5 所示。主板是微机的重要的组成部分，它决定了微机的档次与性能。

1.3 计算机系统的组成中央处理器（ CPU ）主要包括运算器（ ALU ）和控制器（ CU ）两大部件，它是微型计算机的核心部件，如图 1-6 、图 1-7 所示。它是一个体积不大而元件集成度非常高、功能强大的芯片，也称为微处理器。计算机内所有操作都受CPU 控制， CPU 的性能指标直接决定了由它构成的微机系统的性能指标。

1.3 计算机系统的组成内存是指 CPU可以直接读取的内部存储器，主要是以芯片的形式出现。一般见到的内存芯片是条状的，也叫“内存条”，如图 1-8 所示。内存条需要插在主板上的内存槽中才能工作，一台计算机中可以插多个内存条。计算机的内存一般是本机中所有内存条总的容量，一般有 128M、 256M、 512M、 1G 等。

1.3 计算机系统的组成显示卡也称图形加速卡，显示卡和显示器构成了计算机的显示系统。图形

加速卡拥有自己的图形函数加速器和显存，这些都是专门用来执行图形加速任务的。 因此，就可以大大减少 CPU 所必须处理的图形函数，减轻 CPU 的工作负担从而提高计算机的整体性能。显卡的性能指标包括接口方式、数据位宽度、显示内存的大小、支持的分辨率、色彩数目、屏幕刷新速率及图形加速性能等。

声卡的诞生把计算机从无声世界带入了丰富多彩的多媒体世界，无论是在应用软件还是在娱乐程序中，层次清晰的语音、典雅优质的音乐、效果逼真的模拟声，是一套成功的软件不可缺少的组成部分。而所有这些音响效果，都是由声卡所产生的。声卡的出现使计算机得到了更加广泛的运用。

软盘驱动器是驱动软盘旋转并同时向软盘写入数据或从软盘读出数据的设备，它由机械结构和控制电路两部分组成。软盘盘片和软盘驱动器是相互独立分离的，因而它的读写速度较慢。现在使用的都是 3.5英寸软驱，可以读写容量 1.44M 的高密度 3.5英寸软盘。随着 U 盘的出现，软盘现在处于逐步淘汰状态。

1.3 计算机系统的组成

硬盘是计算机系统中使用最多的外存储器，安装在主机箱中，如图 1-9 所示。目前硬盘的发展主要是向大容量、高速存储、小体积、高可靠性这几个方面进行。

1.3 计算机系统的组成移动硬盘通过相关设备将 IDE转换成 USB或 Firewire接口连接到计算机，从而完成读写数据的操作。移动闪存盘是近年来发展比较迅速的小型便捷式存储器，如图 1-10 所示。它是以半导体芯片为存储介质。其优点是体积小、重量轻、便于携带、不怕碰撞、无噪声、读写速度快等，正被越来越多的用户所青睐。它采用了一种叫做 “ Flash Memory” 的技术，是一种非易失性的存储器，可重复擦写 100 万次， 保存数据可长达 10 年以上。随着存储技术的不断成熟，制造成本的不断降低，它有可能取代人们使用多年的软盘而成为计算机的一种标准配置。

1.3 计算机系统的组成显示器又称监视器（ Monitor ），它是计算机系统中最基本的输出设备，直接影响用户的视觉感受。它显示的所有信息都是由 0和 1 组成的数字数据。按所使用的显示器件分为阴极射线显示器（ CRT ）、液晶显示器（ LCD ）、等离子显示器等。常用的有 CRT 显示器和液晶显示器，如图 1-11 所示。

1.3 计算机系统的组成

键盘是向电脑提供指令和信息的必备工具之一，是计算机系统一个重要的输入设备。常用键盘有 104 键盘和 107 键盘。随着多媒体技术的发展，键盘上集成了多种功能，如播放键、手写板等。按制造工艺可分为机械式键盘、电容式键盘、薄膜式键盘、电阻式键盘等。由于薄膜式键盘生产成本低，目前使用较为普及。

鼠标以其快速、准确、直观的屏幕定位和选择能力而深受欢迎，目前已成为微机必备的输入设备。鼠标的外形象是一只老鼠，它通过一根电线与主机的串行接口或 PS/2 接口相连。目前常用的鼠标有两种：机械式和光电式。机械鼠标价格便宜，使用环境要求低，维修方便，但精度有限，传输速度慢，需要经常清洗。光电鼠标的定位精度一般为机械鼠标的两倍以上，其速度快，定位精确，将逐步替代机械鼠标。

1.3 计算机系统的组成打印机是计算机目前最常用的输出设备，也是品种、型号最多的输出设备之一。

根据打印原理可分为针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等，如图 1-12、 1-13、 1-14 所示。针式打印机的优点为打印成本低、打印介质广，但缺点是打印质量差、噪声大；喷墨打印机的优点为价格低、噪声较小、打印速度较快、打印质量好，缺点是遇水会退色、对打印纸张要求高；激光打印机的优点是打印速度快、打印质量好、噪声小，但美中不足的是价格贵、打印成本高。

1.3 计算机系统的组成

归根结底，微机硬件系统一般都由中央处理器（ Central Processing Unit ，简称 CPU ）、存储器、输入 / 输出设备、 I/O 接口和系统总线组成，各部分之间是通过总线连接，并实现信息交换的。如下图 1-15 所示。

1.3 计算机系统的组成

衡量计算机的性能优劣，要考查各种各样的技术指标。不同类型、不同用途的计算机，其考查的侧重点也不同。一些基本的技术指标如下：

1. 字长2. 运算速度3. 时钟频率（主频）4. 内存容量5. 存取周期

1.3 计算机系统的组成

软件是指为方便使用计算机和提高使用效率而组织的程序和数据以及用于开发、使用和维护的有关文档的集合。软件可分为系统软件和应用软件两大类，如图所示。

1.4 信息技术基础

• 计算机中数的表示

• 计算机中字符的表示

• 二进制的表示方法及简单运算

本章小结• 1 、计算机的发展历史。从第一台电子计算机诞生到现在，计算

机经历了四个发展阶段，其主要元件分别是电子管、晶体管、中小规模集成电路以及大规模和超大规模集成电路。

• 2 、计算机的特点、应用及分类。计算机的特点为运算速度快、计算精度高、具有记忆和逻辑判断功能、高度自动化又支持人机交互、通用性强等。计算机的应用主要分为科学计算（数值计算）、数据处理（信息管理）、自动控制、计算机辅助系统、人工智能等几方面。计算机的分类一般按性能分包括巨型机、大中型机、小型机、微型机和工作站等。

• 3 、计算机系统的组成。计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件一般由主机、显示器、键盘、鼠标和其他外设等几部分组成。其中主机包含主板、 CPU 、内存条、显卡、声卡、硬盘、软驱、光驱、机箱等。软件又可分为系统软件和应用软件两大类。系统软件控制计算机系统并协调管理软硬件资源，应用软件是为解决某一特定问题而编制的。

• 4 、信息技术基础。主要介绍了计算机中数的表示、字符的表示，以及各数制之间的转换方法。二进制是计算机内部采用的编码形式，八进制和十六进制是二进制的缩写形式。