【精品】多媒体制作专业计算机基础

1、第章计算机基础知识计算机是人类最伟人的发明之一，它广泛的应川于社会的各个角落，改变了社会的而貌，推动社会的发 展，对人类社会有着巨大而深远的彩响。随着计算机技术的发展，廉价h.功能强人微型计算机的普及，多媒体技术与网络信息技术的广泛应川。 计算机已经走入t家万户，改变着我们原令的生活方式、工作模式，成为现代社会不可或缺的工具，计算 机知识成为所有现代人必备的基本技能。木章将以通俗、易懂的语吉来阐述计算机的基础知识。让读者系统的学握计算机的概念定义、发展过 程、组成结构、分类、工作特点及发展方向。消除对计算机的迷惑、恐惧与概念的混乱，使读者真正明h 计算机的原理及工作模式，为深入的学习奠定坚实的

2、慕础。第一节什么是计算机?（注：冇一种分类方式，将计算机分为电子计算机与机械计算机两种，而机械计算机已基木退出历史舞台，我们平时所讲与 本书出现的“计算机”如不做特殊说明，全部指电子计算机，我们俗称电脑。）1.1.1 计算机的概念众所周知计算机有着强大的运算处理能力并口涉 及领域非常广泛。这就为其蒙上了神秘的面纱，为何它 会有如此非凡的能力与众多功能呢？其至有人认为它无 所不能，科幻电影中往往将其描绘成深不可测，凌驾于 人类智栽z上的的神秘机器！这其实是对计算机知识不 了解产生的误解与概念的混淆，以及艺术夸张、科幻想 像的结果。那计算机到底是是什么呢？其实计算机是一种能够按照人们所编写的程序，

3、自 动的、高速的、精确的进行数据运算及信息处理的电子 设备。简单的说计算机是-种有程序能运算的电子设 备。（图1：生活中最常见的计算机一pc机）其定义中有三点要素:1 计算机要进行工作必须要有人所编写的程序，没有程序，计算机根本无法运行。2. 只有在程序的基础上，计算机才可以口动、高速、精确的进行运算和处理。3. 计算机是一种电子设备。由于计算机使川范围非常广泛，不同工作领域的特点与要求也不尽相同，造成外形与操作方式的巨人 差异，比如用于科学计算的超级计算机亜达数十吨，而进行自动化控制的微控计算机只有豆粒般大小！所 以我们千万不能通过外形与操作方式来判断是否它是计算机，而是看其是否符合三点要素

4、。而我们经常使 用的pc机（图1）,也只是计算机大家庭的很小一部分而己。（注：pc机是微型计算机的一种机型是我们最常用的计算机，它们一般使用inlel及兼容处理器，使用windows操作系统, 在后面的章节将详细介绍。）1丄2特殊的计算机有一类计算机比较特殊，一iii牛就规定了特殊的使用范围和封闭固定的功能，外形与操作方式也为了 适应其固定功能发牛了很大变化，它们就是为了实现其特定功能而设计牛产的。由于功能的固定，人们不再叫它计算机，而称它固定功能的名称，比如专门进行数字计算的我们叫讣算器，专门用于游戏娱乐的游 戏机，专门为了实现网络路由功能的路由器，虽然这些专用计算机外形、功能、特点、速度、

5、操作方式等千 差万别但内在工作原理与我们经常使用的pc机是基本一致的。它们都符合计算机的三要素，是一类特殊 的专用计算机。有的专用计算机在经过软、駛件技术改造后，其至可以止常运行pc计算机的程序（图1）。（图1 ：正衣运行windows 95的psp游戏机）有些计算机可能只有豆粒般大小，如在各种数字家电、通讯设备、程控设施、电子仪器的控制电路中 的单片计算机、微控计算机（图2）,它们通过预先写入的程序來 控制这些设备自动的、高速的、粘确的完成人们所交付的任务。指挥交通的信号灯，工厂屮自动作业的数控机床、工业机器人都是它们的杰作。例：全口动洗衣机，它的控制电路中就存在着微控计算机， 在出厂前人们

6、将编写好轻柔洗衣，快速洗衣，预约洗衣等各种控 制程序写入到控制电路中，在工作时我们只需轻轻按下开关，微 控计算机就根据预设程序自动的控制洗衣机完成我们所交付的任 务，而冃可以侦测整个过程并对发生的情况进行相应的处理，比 如水量不足时的口动补水；非正常情况的停转保护等。这些任务 都是由微控计算机控制完成的。（图2：意法公司的32位微控计算机）以上的例子不难看出，不同的计算机外形与操作方式千差万别，它们有着各自的特点与工作领域，存 在于人类社会的每个角落，各司其职提供着各种服务，推动着人类社会的发展。而我们经常使川的pc机 也只是这个人家庭屮的一员，我们千万不能以貌取人，而是看它是否符合计算机的三

7、点要素。由于这些专川计算机功能上的局限、使川范围的固定以及构造的特殊性。这一类计算机不作为本书的 主要研究对象。本节重点：计算机的定义三要素以及实际判断能力。本节出现的专业术语与需要查询的资料：计算机、电子计算机、机械计算机、程序、pc机、单片机、专 用计算机、微控计算机。思考：通过查阅资并结合学习的知识，分析它们是不是计算机？（图15）（图1：多普达838智能手机）（图2： neuron音兀合成器）（图3：微软xbox游戏机）（图4：苹杲apple tv客厅影音系统）（图5：运行windows ce系统的纽曼影咅土 mp4）第二节 计算机的起源与发展人类在很早z前就渴望发明一种能帮助我们进行

8、脑力劳动的计算工具，从原始计算工具到计算尺，从 机械计算机到手摇计算机，从电动计算机到电子计算机，经过先人不断的努力为尝试，计算机的演变经历 了一个漫长的发展过程。1.2.1 原始的计算机公元前5世纪，中国人发明了算盘，广泛应用于商业贸易中，算盘被认为是最早的原始计算工具，并 一直使川至今。直到17世纪，计算设备才有了第二次重要的进步。1642年，法国科学家帕斯卡发明了自动进位机械加法器。1694年，徳国数学家莱布尼茨加以 改进，使z可以计算乘法。后来，法国人査尔斯发明了可 以进行四则运算的机械计算器。各种机械式计算机不断的 被发明。现代计算机的真正起源于英国数学家巴贝奇。他制造 出了第一台机

9、械形式的差分机，它可以处理3个不同的5 位数，计算精度达到6位小数。并开始设计包含现代计算 机慕木组成部分的机械式分析机（图1）,并最先提出现代 计算机皋木设计思想。他的助手，英国著名诗人拜伦的独 生女阿达奥古斯塔为分析机编制了人类历史上最早的原 始计算机程序。止是他们的研究与先进思想为今后计算机 的发展奠定了理论基础（图1：被后人复原的巴贝奇分析机）1.2.2现代计算机的诞生（图2：技术人员止在操作eniac）1946年，世界第一台真正意义上的电子计算机 也是第一台数字通用电子计算机eniac （图2）在 美国宾四法尼亚大学诞牛了，它是为美国陆军军械 部进行弹道计算与氢弹研究而设计生产的。这

10、台计 算机总共安装了 18800只电子管,7200个二极管, 70000多个电阻器，10000多只电容器和6000只继 电器，电路的焊接点多达5（）万个，机器被安装在一排 2.75米高的金属柜里，占地面积为170平方米左右, 总重量达到30吨,功耗达到了 150千瓦。其运算速 度只有每秒5000次加法，并且可以进行平方和立方 运算，计算止弦和余弦筹三角函数值及英它一些更 复杂的运算。虽然enia的性能与现代计算机有非常大的差距（截止到2007年，世界坟快的计算机是美国洛斯阿拉 莫斯国家实验室的超级计算机“roadiwner”，其速度对以达到t力亿次每秒。），功能也很落示，操作原始 且效率低卜一

11、，读取结果也非常的困难。但它仍然具有划时代的意义，它的诞生宣布着电子计算机时代的到 来，整个人类社会的进程也将因此而改变。1.2.3电子计算机的发展自enia诞生的的6（）多年间，随着技术的进步，重要的科技成果不断应川在计算机上，使其得到了极 大的发展。它们的体积越來越小，功能变得异常强大，价格低廉，软件极度丰富，口容易操作，应用非常 广泛。在60多年的发展过程中，人们按电子计算机所采用的逻辑电子元器件将其划分为四代。（注：逻辑电子元器件简单來说就是实现数字信号逻辑运算和操作的电子元器件，它是计算机的关键所在。）第一代 电子管计算机（1945-1956）代表计算机：enia第一代计算机使用电子

12、管作为主要逻 辑元件，存储器使用磁芯、磁鼓、卡片、纸 带等，运算速度只有几千次，效率低下，操 作非常复杂而但价格昂贵，由于电子管发热 量与耗电量巨人，所以极易损坏。这些计算 机都是为军事研究、科学计算等特定工作设 计牛产的，其操作指令与机器语言各不相 同，编程语言一般只能使用机器语言。电子管是一种古老的电子元器件，随着 技术的更新换代，它已经退出了我们的视 线，儿乎所用的厂商都己经停止生产，在现 代的电子设备中已难觅其踪。但一部分音频发烧友依然对它情有独钟，使用电子管来制模拟信号放人设备, 这种使用电子管进行功率放大的设备一般俗称为“胆机”（图1）,造价一般也比较昂贵。（图1:仍在使用电子管的

13、“胆机”）第二代 晶体管计算机（1956-1963）代表计算机：ibm 14011947年，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿三位科学家成功研制出晶体管。晶体管很快代替 了体积庞大，耗电量、发热量巨大且易损坏的电子管，成为第二代计算机的逻辑电子元器件。晶体管技术 极大的推动了计算机业的发展，第三代与第四代计算机技术也与之密不可分，它的的发明是计算机业发展 的最关键技术之一，因此晶体管的三位发明者在1956年共同获得了的诺贝尔物理学奖。1956年，晶体管开始代替电子管在计算机中使用，山于晶体管的加入，计算机的体积变得更小，造 价更低，稳定性与性能也迅速提升，运算速度达到儿万次每秒；计算机的存储

14、器开始使用磁带、磁盘，并 出现了键盘、打印机等现代输入输出设备；计算机的程序语言从机器语言发展到汇编语言，并岀现了早期 的高级计算机语言：fortran语言和cobol语言；由于价格的卜-降功能的提升计算机的使用范围不断 扩大，商业领域、大学与政府机关开始使用计算机。第三代 集成电路计算机（1964-1971）代表计算机:ibm-360品体管计算机的出现，计算机的体枳的确小了不少，但仍然不能满足许多行业的要求，他们需要体积 更小、性能更好、造价更低廉的计算机，例如航天工业要求在狭小的飞行仓内放入高性能的计算机设备。 这就迫切需要新的计算机技术出现。1958年美国徳州仪器公司的工程师基尔比发明了

15、集成电路技术。所谓的集成电路就是将一定功能的 电子元器件与电路制作在半导体基片上的技术，人们为了保护精密的半导体基片，往往为它封装了一层保 护外売，这就形成了我们见到的各种各样的芯片（图1）。细小芯片可以将千万的电子元器件与复杂电路制 作在口己体内，完成以前一大堆设备才可以完成的功能，但它往往只有指卬盖大小。由于芯片中的半导体 基片一般都是由单晶硅（图2）制作的，所以人们也称它们为“硅芯片”。现有的所有电子电器设备都是基 于集成电路技术的产物,它为计算机业的腾飞插上了翅膀，因此棊尔比获得了 2000年诺贝尔物理学奖（图1:电子设备上的使用的各种芯片）（图2：制作芯片的单晶硅）山于半导体技术的加

16、入，计算机的体积大幅减小，人们可以放入更多的电子元器件所以计算机的性能 也有了质的提升，价格确成倍的下降；在存储方而开始使用半导体技术的存储芯片，极人的提升了计算机 存储模块的速度；软件方面，计算机开始使用操作系统为人们捉供了更加便利软硬件管理平台。大量的中 小企业及教育机构开始规模的使用计算机。第四代 大规模及超大规模集成电路计算机（1971今） 代表计算机：遍布全球的pc电脑70年代以后，随着集成电路技术的发展，制造工艺的成熟，小小的芯片町以容纳数万个品体管及其它电子元器件。人们开始尝试着将计算机两个最重要的部分,）运算器电路和控制器电路制作在一块芯片内,从而产生了微处理器-cpu,也就是

17、说cpu是运算器与控制器的组合体，其主要功能是进行运算与控制。1971年第一块真正的微型处理器cpu-4004 （图1-2）在美国的intel公司诞生了，在它体内集成了 2000多个晶体管与其它电子元件；而现在丄流的酷睿2处理器竞集成有数亿个晶体管，可见集成电路技 术发展之快。正如摩尔定律说的那样:“集成电路中的晶体管数量每18个月翻一倍，性能提高一倍而价格 下降一半。”（注：1965年4月19日，时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的摩尔应邀为电子学杂志35周年专刊写了一篇评 论报告，摩尔应这家杂志的耍求对未来十年间半导体元件工业的发展趋势作出预言。）（图1:lntel 4004微处理器）（图2： 4004的芯片内部结构）随着各个部