微机应用基础 (1)

第1章 计算机基础知识 教学提示：一个完整的计算机系统由硬件和软件两大部分组成。

硬件是构成计算机的各种物理设备的总称，软件是为了运行、管理和维护计算机而编制的程序和各种文档的总和，两者缺一不可。

教学目标：了解计算机的发展及目前计算机的主要应用；掌握计算机中使用的数制和各数制的转换；了解数据在计算机中的存储方式；掌握计算机系统的组成；了解多媒体及计算机病毒防范的知识。

21世纪是信息的时代，尤其是网络和多媒体技术的出现，使得人类社会步入了数字化、网络化和信息化的时代。

计算机已日益渗透到社会的各个领域，成为其他学科强有力的工具。

因此，掌握计算机的基础应用，掌握信息技术基础，才能适应时代的要求。

本章主要介绍计算机的基础知识，使大家对计算机系统的概况有一个全面的了解。

1.1 计算机的特点、发展及应用电子计算机(Electronic Computer)也称为电脑，是一种能按照人的意志，快速、高效、自动处理各种信息的电子设备。

它可以按照预先编好的程序自动执行各种操作，以完成信息的输入、存取、加工处理及输出。

1.1.1 计算机的特点从计算机的定义可以看出，计算机具有以下一些特点。

1. 计算机是处理信息的电子设备信息是人们对客观世界直接进行描述的，可以在人们之间进行传递的知识。

像各种数据，如语言、音乐、图片等都是信息。

记录这些信息的物理符号称为数据。

人类对信息的处理可使用各种工具，而计算机是一种对信息进行处理的电子设备。

2. 计算机具有很强的记忆能力和逻辑判断功能计算机设有能存储大量程序和数据的存储器，也就是说具有惊人的记忆能力。

计算机工作时，计算的初始数据、运算的中间结果及最终结果都可以存入存储器，而且这些数据可以长期保存，使用和查询非常方便。

计算机不但能进行算术运算，还可以进行逻辑运算。

通过对不同对象的比较和判断，可以进行结论的推断。

微机应用基础·2· ·2·3. 计算机能自动完成信息处理工作只要将编好的程序输入计算机，计算机就可以自动执行，对信息进行处理。

这是计算机区别于其他信息处理设备的一个特点。

人们使用的计算器，虽然也可以完成多种运算，但在运算过程中，常常需要人不断地操作，不是一台真正的计算机。

4. 计算机具有快速、高效的性能目前的计算机运算速度很快，微型计算机的速度可达每秒几千万次，大型机可达每秒十万亿次。

我国研制的“曙光”系列计算机，运算速度也可达几千亿次。

过去，大量复杂的科学技术问题，由于计算工作量极大，而无法进行计算或只能采取粗略的近似计算，影响了科学技术的发展。

原来计算数值n 的几百位近似值，需要几年的时间，现在几分钟就可完成。

火箭发射的轨道计算以及在发射过程中的控制，没有高速的计算机也是不行的。

天气预报中，需要对卫星云图进行分析，要进行大量的计算，没有高速的计算机，也不能及时准确预报天气。

1.1.2 计算机的诞生和发展史电子计算机的出现尽管只有60多年的时间，但它的诞生却是人类数百年努力的结果。

早在17世纪，一批欧洲数学家就已开始研制计算机。

1642年，年仅19岁的法国数学家帕斯卡成功地制造了第一台钟表齿轮式机械计算机，但仅能做加减法运算。

在此基础上，德国数学家莱布尼兹于1678年发明了可做乘除运算的计算机。

但这些机械计算机的功能过于简单，远远满足不了人们的需要。

1847年英国数学家布尔(George Boole)创立了布尔代数，奠定了计算机进行逻辑运算的基础。

1936年英国科学家图灵(Alan Mathison Turing)发表了题为《论可计算数及其在判定问题中的应用》的著名论文，首次提出逻辑机的通用模型，即“图灵机”，建立了算法理论，为计算机的出现提供了重要的理论依据，被称为计算机之父。

1946年6月，美国科学家冯·诺依曼(John Von Neumann)提出了“存储程序”的计算机设计方案，其主要思想是：由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成计算机硬件。

数据和计算机指令采用二进制数形式表示，存储在计算机内部存储器中。

控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的。

计算机工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。

存储程序就是把事先编制好的由计算机指令组成的程序存放到存储器内，计算机在运算时依次取出指令，根据指令的功能进行相应的运算。

程序控制即程序在执行前先装入存储器，控制器负责从存储器中逐条取出指令、分析识别指令、执行指令，从而完成一条指令的执行周期。

按照这一原理设计的计算机称为冯·诺依曼型计算机。

目前的计算机采用的基本上是经典的冯·诺依曼结构。

冯·诺依曼为计算机的发展铺平了道路，但这种集中控制的顺序结构，只能使用单一的处理器进行计算，恰恰是计算机进一步发展的瓶颈。

第1章 计算机基础知识·3··3·1. 计算机的诞生 为了解决弹道的计算问题，急需高速、准确的计算工具，在美国陆军部的主持下，1946年2月宾夕法尼亚大学电工系的埃克特(J.P.Eckert)和物理学家毛希利(J.W.Mauchly)等制造了一台称为数字积分机的计算机ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator)，这就是世界上第一台电子计算机(如图1.1所示)。

图1.1 世界上第一台计算机ENIAC该机共使用了18000个电子管，1500多个继电器，耗电150kW ，占地170多m 2，重量超过30t ，每秒仅能进行5000次加法运算。

然而，ENIAC 的计算速度却是手工计算的 20万倍、继电器计算机的1000倍。

美国军方也从中尝到了甜头，因为它计算炮弹弹道只需要3s ，而在此之前，则需要200人手工计算两个月。

除了常规的弹道计算外，它后来还被用于诸多的科研领域，曾在第一颗原子弹的研制过程中发挥了重要作用。

ENIAC 的问世表明了计算机时代的到来，它的出现具有划时代的意义。

2. 计算机的发展史自第一台计算机诞生以来，计算机无论从外形上还是功能上都发生了翻天覆地的变化，按照其硬件技术，计算机的发展已经历了四代，目前计算机正在向第五代过渡。

1) 第一代1946～1957年，也称电子管时代。

计算机以电子管作为逻辑开关元件，体积大，耗电多，稳定性差，尽管后期采用了磁鼓、磁芯作为存储设备，但容量很小。

这种计算机体积庞大，速度低，可靠性差。

其代表机型有：ENIAC 、EDVAC 、EDSAC 、UNIVAC 等。

软件方面用机器语言和汇编语言编写程序，这个时期的计算机主要用于科学计算，从事军事和科学研究方面的工作。

2) 第二代1958～1964年，也称晶体管时代。

这个时期计算机使用晶体管代替了电子管作为开关元件，计算机的体积大大减小，计算速度加快，可靠性提高。

除了使用磁芯作为存储元件外，出现了磁带辅助存储器。

其代表机型有：IBM 的7090、7094、7040、7044等。

软件方面开始使用操作系统，出现了FORTRAN 、COBOL 等一系列高级程序设计语 言。

这个时期计算机的应用扩展到数据处理、自动控制等方面。

微机应用基础·4· ·4·3) 第三代1965～1970年，也称中小规模集成电路时代。

这个时期的计算机用中小规模集成电路代替了晶体管，用半导体存储器代替磁芯存储器，外存储器使用磁盘。

计算机的体积进一步减小，运算速度提高到每秒几十万次甚至几百万次，可靠性和存储容量进一步提高，机种开始多样化、系统化，外部设备不断增加。

其代表机型有IBM-360系列，富士通F-230系列等。

软件方面，操作系统进一步完善，高级语言种类繁多，出现了结构化、模块化的程序设计语言。

计算机和通信密切结合起来，被广泛应用到科学计算、数据处理、事务管理和工业控制等领域。

4) 第四代1971年以后，这个时期的计算机采用大规模集成电路作为基本电子元件，所以又称“大规模集成电路时代”。

大规模集成电路的出现，把电子计算机的运算器和控制器等核心部件制作在一块集成电路块上。

这就使计算机朝大型化和微型化发展成为可能，而微型计算机的出现使得计算机更加普及，日益深入到社会生活的各个方面，同时为计算机的网络化创造了条件。

微型计算机的出现和迅猛发展是计算机发展史上的重大事件。

1981年，IBM 公司用 Intel 公司生产的8086/8088的CPU(Central Processing Unit)推出了第一台个人计算机，简称PC(Personal Computer)，又称为微型计算机，微型机的出现，是计算机发展史上的一个重要的里程碑。

5) 新一代计算机目前，计算机正在向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。

许多国家纷纷开展对新一代计算机的研究，这一代的计算机将着眼于计算机的智能化，使之具有逻辑推理、分析、判断和决策的能力。

神经网络计算机、生物计算机、光子计算机成为许多人研究 的热门课题，相信不久的将来各种类型的新一代计算机会出现在我们的工作、学习和生活当中。

1.1.3 计算机的应用领域1. 科学计算科学计算也称数值计算。

计算机最开始是为解决科学研究和工程设计中遇到的大量数学问题的数值计算而研制的计算工具。

随着现代科学技术的进一步发展，数值计算在现代科学研究中的地位不断提高，在尖端科学领域中，显得尤为重要。

例如，人造卫星轨迹的计算，火箭、宇宙飞船的研究设计等都离不开计算机的精确计算。

2. 数据处理数据处理也称信息处理。

与科学计算不同，数据处理涉及的数据范围非常广泛，如办公自动化、人口普查、会计、统计、图书资料的处理等都属于数据处理。

数据处理已成为当代计算机的主要任务，成为现代管理的基础。

据统计，全世界用于数据处理的工作量占全部计算机应用的80％以上。

第1章计算机基础知识·5·3. 过程控制过程控制也称实时控制，是指利用计算机对某一工作过程进行控制，它不需人工值守，能按预定的目标和预定的状态进行过程控制，从而实现工作过程的自动化。

目前，过程控制被广泛应用于操作复杂的钢铁企业、石油化工工业、医药工业等领域中。

此外，过程控制还在国防和航空航天领域中起着决定性的作用。

如导弹、人造卫星和宇宙飞船等飞行器的控制等都是靠计算机实现的。

4. 计算机辅助系统计算机辅助系统包括计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)，计算机辅助制造(Computer Aided Manufacture，CAM)，计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，CAI)等系统。

计算机辅助设计CAD是指借助于计算机的帮助，人们可以自动或半自动地完成各类工程设计工作。