《计算机概述》课件.ppt
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1、第 1 章 计算机概述,进入 21 世纪,随着科技的发展、信息化的普及,计算机已经渗透到人们工作、生活、学习和,娱乐等各个方面,极大地改变了人们的经济和社会活动。在网络信息化迅速发展的今天,信息能力,已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志。,1.1 了解计算机,计算机是一种能够快速、高效地完成信息处理的数字化电子设备,它能按照人们编写的程序对,输入的数据进行加工处理、存储、传送并输出信息,使用计算机可以提高社会生产率和改善人们的,生活质量。因此可以说计算机是现代化社会的重要标志。,1.1.1 计算机的发展和分类,1计算机的发展史,从第 1 台计算机在美国加州的问世,计算机便成为人类最伟大的科学
2、技术成就之一,其发展主,要经历了以下四个阶段。,(1)第 1 代计算机(19461958 年),。,1946 年,第 1 台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学研制成功,名为 ENIAC(Electronic Numerical,Integrator And Computer,电子数字积分计算机),第 1 代计算机也称为电子管计算机,其硬件以电子管为基本逻辑电路元件,主存储器采用延迟,线或磁鼓(后期采用磁心),外存储器采用磁带存储器。第 1 代计算机的主要特点是体积庞大、功,耗大、可靠性差、价格昂贵。,(2)第 2 代计算机(19591964 年),第 2 代计算机也称为晶体管计算机,其硬件以晶体管
3、为基本逻辑电路元件,主存储器全部采用,磁心存储器,外存储器采用磁鼓和磁带。计算机的体系结构也从第 1 代的以运算器为中心改为以存,储器为中心,从而使计算机的速度提高、体积减小、功耗降低、可靠性增强。,(3)第 3 代计算机(19651971 年),第 3 代计算机也称为集成电路计算机,其硬件采用中、小规模集成电路为主要逻辑电路元件,,主存储器从磁心存储器逐步过渡到半导体存储器,使得计算机体积进一步减小,运算速度、运算精,度、存储容量以及可靠性等主要性能指标大为改善。,(4)第 4 代计算机(1971 年至今),计算机进入了超大规模集成电路时代,其硬件采用大规模和超大规模集成电路,主存储器采用,
4、半导体存储器,提供虚拟能力,计算机外围设备多样化、系列化。其软件实现了软件固化技术,出,现了面向对象的程序设计思想,并广泛采用了数据库技术、计算机网络技术。其发展过程中最重要,的成就之一表现在微处理器(microprocessor)技术上,微处理器是一种超小型化的电子器件,它,把计算机的运算器、控制器等核心部件集成在一个集成电路芯片上。微处理器的出现为微型计算机,的诞生奠定了基础。,随着大规模、超大规模集成电路的广泛应用,计算机在存储容量、运算速度和可靠性等各方,面都得到了很大的提高。人们正试图用光电子元件、超导电子元件、生物电子元件等来代替传统,的电子元件,制造出在某种程度上具有模仿人的学习
5、、记忆、联想和推理等功能的新一代计算机。,2计算机的分类,计算机按照规模和处理能力可以分为以下几类。,(1)巨型计算机(supercomputer),人们通常把最大、最快、最昂贵的计算机称为巨型计算机(超级计算机)。巨型机一般用在国,防和尖端科学领域。目前,巨型机主要用于战略武器(如核武器和反导弹武器)设计、空间技术、,石油勘探、长期天气预报以及社会模拟等领域。,世界上只有少数几个国家能生产巨型计算机,例如,美国的克雷系列(Cray-1、Cray-2、Cray-3、,Cray-4 等),我国自行研制的银河-(每秒运算 1 亿次以上)、银河-(每秒运算 10 亿次以上),和银河-(每秒运算 10
6、0 亿次以上)。现在世界上运行速度最快的巨型机已经达到每秒 1 万亿次,浮点运算。,(2)大型主机(large-scale computer),大型主机包括大型计算机和中型计算机,一般只有大中型企事业单位有必要配置和使用它,以,大型主机和其他外部设备为主,放在计算中心的玻璃机房中,用户在计算中心的终端上工作,组成,一个计算机中心。,美国 IBM 公司在大型主机市场上一直处于霸主地位,拥有很多在国际上有代表性的大型主机,,DEC、富士通、日立、NEC 也生产大型主机。不过随着计算机与网络的快速发展,许多计算机中心的,大型主机正在被高档计算机群取代。,(3)小型计算机(minicomputer),
7、在集成电路推动下,20 世纪 60 年代 DEC 推出一系列小型机,例如 PDP-11 系列、VAX-11 系列,,另外还有 HP 生产的 1000 和 3000 系列、IBM 公司生产的 AS/400 机以及我国生产的太极系列机,这,些都是小型计算机的代表。,小型计算机一般为中小型企事业单位或某一部门所有。例如,高等院校的计算机中心都以一台,小型计算机为主机,配以几十台甚至上百台终端机,以满足学生学习程序设计课程的需要。,(4)个人计算机(personal computer),个人计算机(简称 PC)是第 4 代计算机时期出现的一个新机种,虽然问世较晚,却发展迅猛。,初学者接触和认识计算机,
8、多数是从 PC 开始的。PC 的特点是轻、小、价廉、易用。PC 的应用已经,遍及各个领域,从工厂的生产控制到政府的自动化办公,从商店的数据处理到个人的学习娱乐,几,乎无处不在。,(5)工作站(workstation),工作站是介于 PC 和小型计算机之间的一种高档微型计算机。1980 年,美国 Appolo 公司推出世,界上第 1 台工作站 DN-100。二十几年来,工作站迅速发展,现在已经成长为专门处理某类特殊事物,的一种独立的计算机系统。,著名的 Sun、HP 和 SGI 等公司是目前三个较大的生产工作站的厂家。工作站通常配有高档 CPU、,高分辨率的大屏幕显示器和大容量的内外存储器,具有
9、较强的数据处理能力和高性能的图形功能。,它主要用于图像处理、计算机辅助设计(CAD)等领域。,(6)服务器(server),随着计算机网络的日益普及,一种可供网络用户共享的、高商业性能的计算机应运而生,这就,是服务器。服务器一般具有大容量的存储设备和丰富的外部设备。服务器上运行的网络操作系统要,求较高的运行速度,为此很多服务器配置了双 CPU。服务器上的资源可供网络用户共享。,(7)笔记本式计算机(notebook computer),随着时间的推移以及电子技术的不断发展,如今的笔记本式计算机(本书以下简称为笔记本),已经基本上确定了板块的架构和模型,如图 1-1-1 所示,包括 CPU(中央
10、处理器)、主板、内存、硬,盘、显卡、LCD(液晶显示屏)等部件。,图 1-1-1 笔记本整体架构,第一台笔记本的发明者是美国人亚当奥斯本(Adam Osborne),他被称为便携计算机之父。,他发明并开始销售的第一台笔记本名叫 Osborne 1,重 24 磅,价格为 1 795 美元,如图 1-1-2,所示。该笔记本与当时的计算机明显不同,之所以被称作便携式计算机是因为它有一个超袖珍的,内置显示屏,当然这个显示屏是显像管而非 LCD。它的键盘等外设一应俱全,Osborne 当时也想,到了便携时的软件问题所以将所有软件都与这台笔记本捆绑销售,这些软件当时价格为 1 500 美,元。,图 1-1
11、-2 第一台笔记本,这台笔记本采用 CP/M 操作系统,如图 1-1-3 所示,装有 WordStar 字处理软件、SuperCalc 电,子表格软件、微软 MBASICx 编程语言、C、BASIC 语言等。,在硬件方面,它内置了两个软驱,没有光驱。,图 1-1-3 CP/M 操作系统,1.1.2 计算机系统,1工作原理,计算机每经历一次更新换代,它的体积和耗电量都大大减小,功能大大增强,应用领域进一步,拓宽。就其基本工作原理而言,绝大部分的计算机采用冯诺依曼体系工作,遵循存储程序控制的,原理,由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。,计算机处理信息的顺序也可归纳为输入处理输出
12、。首先由输入设备将一系列指令和数据送,到内部存储器;控制器根据人们编制的程序指挥其他各部分协同工作;运算器承担具体计算任务;,存储器犹如仓库,存放数据和指令;输出设备则把结果通过一定方式传递出来(如显示、打印、绘,制图形等)。整个系统是一个非常精巧和协调的有机整体,如图 1-1-4 所示。,图 1-1-4 计算机工作流程图,2系统分类,计算机系统由硬件(hardware)和软件(software)组成。硬件是软件工作的基础,离开了硬,件,软件无法独立工作;软件又是硬件功能的扩充和完善,有了软件的支持,硬件功能才能得到充,分的发挥。计算机的功能强弱取决于硬件的档次,而硬件是否能工作要取决于是否有
13、合适的软件,,两者相互渗透、相互促进,可以说硬件是基础,软件是灵魂。因此要运用计算机开展工作,计算机,系统就得配备必要的硬件与相应的软件。,(1)硬件系统,硬件系统是指构成计算机的电子线路、电子元器件和机械装置等物理设备,是一些有形实体。,硬件接受计算机软件的控制,协调人与计算机的交互,实现基本操作。,从结构上划分,硬件由主机和外设两部分组成,如图 1-1-5 所示。,从外观上来看,计算机由主机、显示器、键盘、鼠标、音箱和耳麦等组成,如图 1-1-6 所示。,我们通常看到的主机实际上是机箱的外观,一台计算机所需要的重要硬件设备都安装在机箱内部,,通常包括主板、CPU、内存、硬盘、显卡、声卡、光
14、驱、电源以及网卡等。而显示器、打印机、扫,描仪、键盘和鼠标等输入/输出设备并不安装在机箱内部,它们被称之为外设。,中央处理器(CPU),运算器控制器,主机,随机存储器,硬件系统,内(主)存储器,只读存储器,外(辅)存储器:硬盘、光驱等,外设,输入设备:鼠标、键盘、扫描仪等输出设备:显示器、打印机等图 1-1-5 硬件系统的组成,图 1-1-6 计算机外观,(2)软件系统,仅仅有硬件系统,还不能驾驭计算机,要实现人机对话,还需要借助一些软件。软件系统是指程序及有关程序的技术文档资料,包括计算机本身运行所需要的系统软件、各种应用程序和用户文件等。软件是计算机系统的重要组成部分,是辅助人控制计算机、
15、实现人机交互的工具。现在的软件很丰富,基本可以分为系统软件和应用软件两大类,如图 1-1-7 所示。操作系统,系统软件,服务程序:诊断、排错、编辑等,软件系统通用应用软件,应用软件,专用应用软件,图 1-1-7 软件系统的组成系统软件是一种特殊的软件,主要包括操作系统(OS)和系统维护软件等。操作系统是一套复,杂的系统程序,用于提供人机接口和管理、调度计算机的所有硬件与软件资源,管理整个计算机系,统资源(硬件资源和软件资源),调节计算机各部分功能。不同类型的计算机可能配有不同的操作,系统。常见的操作系统有 DOS、Windows、UNIX、Linux、OS/2 等。,应用软件是为解决实际问题而
16、编制的计算机应用程序及其有关资料。对于一般使用者来说,只,要选择合适的应用软件并学会使用该软件,就可以完成自己的工作任务。如果要通过计算完成作图,工作的话,那么需要安装 Adobe Photoshop 等软件。如果要通过计算机来实现文字编辑工作,那么,需要安装 Microsoft Office 系列软件等。,1.1.3 计算机的应用,1计算机的特点,计算机系统正朝着巨型化、微型化、网络化和智能化等方向更深入地发展,作为一种智能工具,它具有以下几个特点。,(1)运算速度快,电子计算机的运算速度从最初的每秒几千次提高到了现在的每秒几百亿次甚至更高。,(2)运算精度高,使用计算机进行数值计算可以精确
17、到小数点后几十位、几百位甚至更多位。数值在计算机内部,是用二进制数编码的,其精度主要由这个数值的二进制码的位数决定,可以通过增加数的二进制位,数来提高精度,位数越多精度就越高。,(3)具有记忆功能,计算机的存储器类似于人类的大脑,可以“记忆”(存储)大量的数据和计算机程序。计算机,的存储容量不断增大,可以存储的信息量也越来越大。,(4)具有逻辑判断功能,计算机在程序的执行过程中,会根据上一步的执行结果,运用逻辑判断方法自动确定下一步的,执行命令。正是因为这种逻辑判断能力,使得计算机不仅能解决数值计算问题,而且能解决非数值,计算问题,例如信息检索、图像识别等。,(5)具有自动执行程序的能力,计算
18、机可以在人们事先编制的程序的控制下自动进行工作,不需要人为控制。,2计算机的应用领域,计算机应用已经广泛深入到科学研究、军事技术、工农业生产、文化教育等现代人类社会的各,个领域中,成为人类不可缺少的重要工具。,(1)科学计算(数值计算),最初计算机的发明,是为了解决科学技术研究和工程应用中需要的大量数值计算问题。例如,,利用计算机高速度、高精度的运算能力可以解决气象预报、火箭发射、地震预测、工程设计等庞大、,复杂、人工难以完成的计算任务。,(2)数据处理(信息管理),数据处理泛指非科学、非工程方面的所有对数据的计算、管理、查询和统计等。利用计算机,信息存储容量大、存取速度快等特点,采集数据、管
19、理数据、分析数据、处理大量的数据并产生,新的信息形式,方便人们查询、检索和使用数据。例如人口统计、企业管理、情报检索、档案管,理等。,(3)计算机通信(电子邮件、IP 电话等),计算机通信是计算机应用最为广泛的领域之一,是计算机技术和通信技术高度发展、密切结合,产生的一门新兴科学。目前 Internet 已经成为覆盖全球的计算机网络,在世界的任何地方,人们,都可以彼此进行通信。例如,收发电子邮件、进行文件的传输、拨打 IP 电话等。Internet 还为人,们提供了内容广泛、丰富多彩、各种各样的信息。,(4)计算机辅助工程,计算机辅助工程的应用,可以提高产品设计、生产和测试过程的自动化水平,降
20、低成本,缩短,生产的周期,改善工作环境,提高产品质量,获得更高的经济效益。,计算机辅助设计(CAD)是指利用计算机来辅助设计人员进行产品和工程的设计,如机械设计、,集成电路设计、建筑设计、服装设计等各个方面。,计算机辅助制造(CAM)是指利用计算机来进行生产设备的管理、控制。例如,利用计算机辅,助制造自动完成产品的加工、装配、包装、检测等制造过程。,计算机辅助教学(CAI)是指利用计算机进行辅助教学、交互学习。例如,利用计算机制作的,多媒体课件,可以使教学内容生动、形象逼真,取得良好的教学效果。,计算机辅助测试(CAT)是指利用计算机进行产品的辅助测试。计算机网络辅助实验是 CAT 领,域的新
21、课题,利用计算机网络将图像、声音、数值信息进行远距离、多点、实时传输与控制,CAT,是在远程与特殊条件实验方面最有生命力和应用前景的领域。,(5)过程控制(实时控制),随着生产自动化程度的提高,对信息传递速度和准确度的要求也越来越高,这一任务靠人工操,作已无法完成,只有计算机才能胜任。以计算机为中心的控制系统可以及时地采集数据、分析数据、,制订方案,进行自动控制。它不仅可以减轻劳动强度,而且可以大幅度提高自动控制的水平,提高,产品的质量和合格率。因此,过程控制在冶金、电力、石油、机械、化工以及各种自动化部门得到,广泛的应用,同时还应用于导弹发射、雷达系统、航空航天等各个领域。,(6)人工智能(
22、AI),人工智能是指利用计算机来模拟人类的智力活动,例如机器人的研制。,(7)电子商务,电子商务是指依托于计算机网络而进行的商务活动。例如银行业务结算、网上购物、网上交易,等,它是近年来兴起并迅速发展的应用领域之一。,(8)休闲娱乐,使用计算机玩电子游戏、听音乐、看 VCD 等已经成为人们休闲娱乐的主要内容之一。,1.2 计算机的组成,下面从 PC 的硬件组成和笔记本的硬件组成两方面对计算机组成进行介绍。,1.2.1 PC 的硬件组成,一台 PC 主要由主板、CPU、内存、硬盘等部件组成。根据其功能和重要性,通常把这些部件划,分为 PC 系统的核心设备、外部存储设备、输入/输出设备以及网络设备
23、四大部分。本节针对这些组,成部分,对具体的设备部件进行分类介绍。,1核心设备,(1)机箱,机箱是主机的外壳,它支撑并固定主机的各种板卡、线缆插口、数据存储设备以及电源等配件,,如图 1-2-1 所示。,(a)机箱外壳,(b)机箱内部,图 1-2-1 机箱机箱可以为电源、主板、各种扩展板卡、光驱、硬盘等存储设备提供空间,并通过机箱内部的支撑、支架、各种螺钉或卡扣等连接件将这些零配件牢固固定在机箱内部,形成一个集约型的整体。它具有防压、防冲击、防尘、防电磁干扰及防辐射的功能,起屏蔽电磁辐射的作用。它还,提供了许多便于使用的面板开关指示灯等,让操作者更方便地操作计算机或观察计算机的运行情,况。,(2
24、)主板,主板是一块矩形的印刷电路板,可以支持 CPU、各功能卡和各总线接口的正常运行,是 PC 的“总,司令部”,如图 1-2-2 所示。,主板上的 CPU(中央处理器)、chipset(芯片组)、DRAM(存储器)、BIOS(基本输入/输出系统),等决定了它是什么“级别”。判断一台主机的标准就是其所用的主板和 CPU,换句话说,若换上更好,的主板和 CPU,就可以把计算机从低端机升级成为高端机,而其他的设备(如显示器、声卡、键盘,等)基本上是通用的。,(3)CPU,CPU 的英文全称是 central processing unit,即中央处理器。CPU 作为整个计算机系统的核心,,负责系统
25、中最重要的数值运算和逻辑判断工作,如图 1-2-3 所示。,图 1-2-2 主板,图 1-2-3 CPU,CPU 的功能主要有三个:读数据、处理数据和写数据。几乎所有大大小小的工作,都需要由CPU 来下达命令,传达到其他设备执行。CPU 不但需要负责处理传送进来的信息,还要处理及运算资料,最后将处理后的信息送到指定的设备上,所以 CPU 执行的速度和计算机执行的效率有密切的关系。(4)内存,内存是计算机系统存放数据与指令的半导体存储器单元,如图 1-2-4 所示。,内存一般指的是随机存取存储器,简称 RAM,分为静态随机存储器(静态内存)和动态随机存,储器(动态内存)。,静态内存(SRAM)用
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