第3章计算机技术

关键词：计算机、性能指标、硬件、软件、操作系统学习目标：了解计算机的发展历程、分类方法、组成结构；掌握计算机硬件设备及性能指标；熟悉常用的软件及功能；了解操作系统的功能及类别;学习重点：计算机组成原理，操作系统主要功能信息技术概论1第三章计算机技术能力目标能力能力描述实现途径计算机基础知识应用能力掌握计算机基本概况、分类与系统组成教师讲解实例分析学习创新能力了解计算机技术前沿知识，具有较强的学习创新能力教师讲授讨论及发言计算机系统维护能力学会对计算机系统故障进行分析、判断和处理案例分析解决问题能力运用计算机技术解决工作和学习中实际问题课堂练习课外实践2课前思考

3.1计算机概述3计算机已经成为我们生活、工作、学习等不可缺少的部分，那么何时出现的？未来的计算机将走向何方？计算机有哪些类别？主要应用于哪些领域？3.1.1

计算机发展概况

43.1计算机概述1、计算机发展历史世界上第一台数字电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家JohnMauchly和工程师J-PresperEckert领导的科研小组于1946年完成，取名为ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator），如图3-1所示。图3-1ENIAC3.1.1

计算机发展概况

53.1计算机概述1、计算机发展历史它使用了18000多只电子管、占地160平方米、重30余吨、耗电150kw、运算速度为5000次/秒，是一个名副其实的“庞然大物”。ENIAC奠定了现代计算机的发展基础，开辟了一个计算机科学技术的新纪元。在此后的60多年里，计算机技术迅速发展，直至成为现在无所不在、无所不能的电脑。计算机的发展历程通常按照其所用的逻辑元器件来划分，主要包括以下几个阶段：3.1.1

计算机发展概况

63.1计算机概述1、计算机发展历史第一代：电子管计算机（1946年至1958年）。主要特点是：逻辑元件采用电子管，主存储器采用磁鼓、磁芯，辅助存储器采用磁带、纸带、卡片等。第一代计算机运算速度很慢，每秒钟只有几千次到几万次，其体积大、耗电多、价格昂贵且可靠性低。第二代：晶体管计算机（1958年至1964年）。主要特点是：逻辑元件采用晶体管，主存储器采用磁芯，辅助存储器已开始使用磁盘；第二代计算机的运算速度达到100万次/秒，内存容量扩大到几十万字节。3.1.1

计算机发展概况

73.1计算机概述1、计算机发展历史第三代：集成电路计算机（1964年至1970年）。第三代计算机的特点是：逻辑元件采用中、小规模集成电路，主存储器开始逐渐采用半导体元件；软件逐渐完善，操作系统、多种高级程序设计语言都有新的发展；其应用领域日益扩大。第三代计算机的运算速度已达到1000万次/秒，它的体积小，功能增加，可靠性进一步提高。图3-2计算机逻辑元件（a）电子管（b）晶体管（c）集成电路3.1.1

计算机发展概况

83.1计算机概述1、计算机发展历史第四代：大规模集成电路计算机（1971年至今）。第四代计算机的主要特点是：逻辑元件和主存储器都采用大规模或超大规模集成电路；微型计算机蓬勃发展，体积更小、耗电量少、可靠性更高、其价格大幅度下降；其应用范围已扩大到国民经济各个部门和社会生活等领域，并进入以计算机网络为特征的时代。3.1.1

计算机发展概况

93.1计算机概述1、计算机发展历史当前计算机正朝着巨型化、微型化、智能化、网络化等方向发展，计算机本身的性能越来越优越，应用范围也越来越广泛。未来一段时间，计算机技术的发展主要有以下特点：多极化：巨型、大型、小型、微型机各有自己的应用领域。智能化：计算机具有模拟人的感觉和思维过程，实现自动定理证明、自动程序设计、机器博弈等智能行为；网络化：利用网络实现各种资源共享，让用户享受灵活的、智能的、协作式的信息服务，并获得前所未有的使用方便性和超强能力；多媒体化：多媒体技术能够真正改善人机界面，使计算机朝着人类接受和处理信息的最自然的方式发展。3.1.2

计算机的分类

103.1计算机概述1、计算机常见类别计算机按照其用途分为通用计算机和专用计算机；按照所处理的数据类型可分为模拟计算机、数字计算机和混合型计算机等；按照计算机的运算速度、字长、存储容量、软件配置等多方面的综合性能指标可将计算机分为巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机等。2、微型计算机发展微型计算机的核心是以超大规模集成电路为基础的微处理器。按照微处理器的字长和功能，先后经历了4位、8位、16位、32位和64位等发展阶段。3.1.3计算机的应用

123.1计算机概述计算机的应用主要有以下几个方面：科学计算：由于计算机具有高运算速度和精度以及逻辑判断能力，因此出现了计算力学、计算物理、计算化学、生物控制论等新的学科。信息管理：信息管理是指非数值形式的数据处理，是指以计算机技术为基础，对大量数据进行加工处理，形成有用的信息。过程控制：过程控制又称实时控制，指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。3.1.3

计算机的应用

133.1计算机概述计算机辅助系统：计算机辅助系统指通过人机对话，使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作，包括计算辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助教学CAI。人工智能：让计算机模拟人类智能进行判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计思考、规划、学习和问题求解等思维活动。课后讨论1、第五代计算机制的是什么？2、目前世界上比较有名的超级计算机有哪几台？分别在哪里？3、谈谈计算机在你的生活中有哪些直接的应用。课前思考我们经常计算机称为电脑，现代的电脑功能越来越强大，几乎可以实现我们想做的所有工作。你想过这是为什么吗？计算机有哪些部分组成？如何实现各项预定任务呢？我们应该如何评价一台计算机系统的性能优劣呢？3.2.1

计算机的逻辑组成

163.2计算机系统组成1945年，冯·诺伊曼提出了“程序内存式”计算机的设计思想，奠定了现代计算机设计的基础。冯·诺伊曼的设计思想主要包括：计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成。计算机内部采用二进制，所有信息仅由0、1来表示。把程序存储在计算机内，无需人工干预，计算机能自动、连续地读取、执行指令，并得到预期的结果。3.2.1

计算机的逻辑组成

173.2计算机系统组成现代的计算仍然按照冯·诺依曼的设计理论，计算机各组成部件协同工作、共同完成指定的任物，如图3-5所示。图3-5计算机硬件系统组成输入设备存储器输出设备存储器控制器处理结果数据流控制流程序数据3.2.2

计算机的系统组成

183.2计算机系统组成一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图3-6所示。硬件是指客观存在的物理实体，即由电子元件和机械元件构成的各个部件；软件是指运行在硬件上的程序、运行程序所需的数据和相关的文档的总称。我们将没有安装软件的计算机称为“裸机”。1、计算机硬件(1)中央处理器中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）包括运算器和控制器两大部件，是计算机的核心部件。运算器由算术逻辑部件（ArithmeticalandLogicalUnit，ALU）、寄存器组及一些控制数据传送的电路组成。ALU是其核心部分，可以进行加、减、乘、除等数学运算以及比较、判断、查找等逻辑运算。为提高运算速度，运算器一般有个ALU。3.2.2

计算机的系统组成

193.2计算机系统组成控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，计算机的指挥中心，负责决定执行程序的顺序，给出执行指令时机器各部件需要的操作控制命令。机器字长是CPU中一次运算的数据位数，一般来说，字长越长，计算的精度就越高。主频是CPU内核工作的时钟频率，一般以MHz或GHz为单位。CPU的性能依赖时钟频率、每条指令执行所用的时钟周期数、指令条数等要素。通常使用MIPS（MillionInstructionsPerSecond，每秒执行多少百万条指令）来综合衡量CPU运算速度的高低。3.2.2

计算机的系统组成

203.2计算机系统组成(2)存储器存储器将输入设备接收到的信息以二进制的数据形式存到指定位置。存储器分为两大类：内存储器（简称内存）主要用于临时存放当前运行的程序和程序所用的数据；外存储器（简称外存）主要用于永久存放暂时不使用的程序和数据。内存由半导体器件构成的，从使用功能上分随机存储器（RandomAccessMemory，简称RAM）和只读存储器（ReadOnlyMemory，简称为ROM）。外存种类很多，通常是磁性介质或光盘，如硬盘、软盘、磁带、光盘等。其特点容量大、价格低、信息永久存储，但速度相对内存慢。3.2.2

计算机的系统组成

213.2计算机系统组成(3)输入设备输入设备是人机对话的重要工具，它将信息转换为计算机可以识别的二进制代码，并输入到计算机中。常用的输入设备有：鼠标器、键盘、扫描仪、数字化仪、数码摄像机、条形码阅读器、数码相机、手写板、IC卡等。(4)输出设备输出设备把主机内的信息转换成数字、文字、符号、图形、图像或者声音进行输出。最常用的输出设备是显示器、打印机和音箱，还有绘图仪、各种数模转换器（D/A）等。3.2.2

计算机的系统组成

223.2计算机系统组成(5)主板主板是长方形印刷电路板，集成了CPU插座、BIOS、内存插槽、芯片组、各种外设控制芯片、键盘与鼠标插座、机箱面板的控制开关及指示灯连线插座等相关器件。现在的主板集成度越来越高，声卡、网卡等一般也都集成到主板上了。图3-8主板3.2.2

计算机的系统组成

233.2计算机系统组成(6)总线总线是连接计算机各功能部件的逻辑电路和连线。总线按照传递的信息可以分为地址总线、控制总线和数据总线。其中地址总线（AddressBus，AB）用于传递地址信息；控制总线（ControlBus，CB）用于传递各种控制信号；数据总线（DataBus，DB）用于传递数据信息。(7)I/O接口I/O接口是指CPU与外部设备之间通过总线进行连接的物理逻辑部件，主要用于解决主机与外设在电压等级、信号形式和速度上的匹配问题。计算机系统中多种接口类型，USB接口是目前个人计算机上的必备接口，适用于数码相机、MP3播放器等多种设备。3.2.2

计算机的系统组成

243.2计算机系统组成2、计算机软件计算机软件总体分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是负责管理计算机系统中硬件资源，或为其他应用软件提供支持。系统软件系统软件包括操作系统（如Windows7、Linux）、数据库管理系统（如Oracle、SQLServer）、高级语言处理程序（如C语言及其编译器）以及常用的工具软件（如磁盘扫描、格式化、文件系统管理、设备驱动程序、网络连接工具）等。系统软件通用性强、便于对共享资源进行统一的调度管理。3.2.2

计算机的系统组成

253.2计算机系统组成应用软件是在计算机硬件和系统软件的支持下，解决具体问题而设计开发的软件，范围广、品种多，能满足不同领域、不同用户的应用需求。应用软件主要包括专用应用软件和通用应用软件。前者是专门针对特殊领域问题而编制的，如某仓库管理系统、某小区物业管理系统；后者在生活中普通使用的，包括日常办公软件（如Office、WPS、Adobe）、多媒体处理软件（如Photosho、Flash、RealPlayer）、网络通信软件（如IIS、OutlookExpress、FTP）、网络应用软件（如InternetExplorer、QQ、讯雷）等。另外还有专门的演示软件、游戏软件、教育教学软件、实时控制软件、计算机辅助设计软件等。课后讨论1、你在选购计算机时，通常关注计算机系统的哪些性能指标？2、查询计算机主要硬件设备的知名生产厂商，查询其价格、性能参数等信息。课前思考我们知道，新购置的计算机首先要安装操作系统，然后才能正常使用。那么，为什么要安装操作系统呢？操作系统具有哪些特殊的功能？常用的操作系统有哪些？3.3操作系统3.3.1

操作系统概述

283.3操作系统操作系统（OperatingSystem，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。1、基本概念操作系统是管理和控制计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户使用计算机、提高各类资源利用的一组系统程序的集合。从不同的角色看操作系统有不同的解释。从操作系统设计者的观点看，操作系统是基于计算机硬件系统开发的管理计算机资源、控制程序运行的第一层软件，它为操作系统用户提供使用计算机的接口。从用户观点看，操作系统为用户提供使用计算机的界面和入口，对用户透明的。293.3操作系统3.3.1操作系统概述2、操作系统的分类操作系统有很多，其分类方法也有很多。按照硬件规模，可以分为大型机操作系统、小型机操作系统、微型机操作系统；按照用户数目，可以分为单用户和多用户操作系统；按照运行环境，可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统；按照计算机体系结构，可以分为网络操作系统、分布式操作系统；按照按应用领域，可以分为桌面操作系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统。303.3操作系统3.3.1操作系统概述3、操作系统的特性操作系统具有以下典型特性：(1)并发性并发（concurrency）是指多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一个并发系统，各进程间可以并发执行。(2)共享性共享（sharing）指多个进程共享有限的计算机系统资源，从而提高各类系统设备和软件店鄂使用效率。操作系统要对系统资源进行合理分配和使用，使资源分配难以达到最优化。313.3操作系统3.3.1操作系统概述(3)虚拟性虚拟（Virtual）是指一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率，如虚拟内存、虚拟设备等。(4)异步性异步性（Asynchronism）也称不确定性，是指内存中的多个进程均按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。另外，操作系统还具有可靠性、可维护性、可移植性、友好性等特性。323.3操作系统3.3.1操作系统概述4、操作系统的功能现代操作系统的主要功能是管理计算机系统资源、扩展机器功能，提供人机交互窗口等，具体涉及进程管理、存储管理、外设管理、文件管理、作业管理、网络管理等功能。333.3操作系统3.3.2常用操作系统操作系统出现于20世纪60年代，从最早的单用户单任务的DOS系统到现在功能齐全、操作方便的各种新系统，操作系统发展迅速，产品类型也越来越丰富。目前，主流的操作系统有以下几种。1、Windows操作系统Windows系列操作系统由微软公司开发，提供多任务处理和图形用户界面，是目前个人计算机上广泛使用的操作系统。Windows操作系统先后出现过Windows3.x、9x、2000、2003、NT、WINme、WINXP、Vista等多种系列，每个系列又有多个不同的版本。如WindowsXP有家庭版、专业版、媒体中心版、平板PC版和64位版等多种版本，具有丰富的音频、视频和网络通信功能，最大可以支持4GB内存和两个CPU，同时增加了系统安全措施（如Internet防火墙、文件加密等）。343.3操作系统3.3.2常用操作系统Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。Linux以它的高效性和灵活性著称，Linux模块化的设计结构，使得它既能在价格昂贵的工作站上运行，也能够在廉价的PC机上实现全部的Unix特性，具有多任务、多用户的能力。图3-10RedHatLinux353.3操作系统3.3.2常用操作系统3、Android操作系统Android一词的本义指“机器人”，是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称。该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑。图3-11Android操作系统课后讨论1、举例说明操作系统具有哪些功能。2、查询Windows8不同版本的价格。3、讨论你使用手机的型号、所用系统的版本、系统提供哪些功能。本章小结介绍了计算机的发展、分类以及主要的应用领域；从软件和硬件方面介绍了计算机的组成，对操作系统的功能简要介绍；列举了目前常用的几种操作系统。基础练习一、选择题1、第二代计算机所采用的逻辑元件是（）。A．电子管B．晶体管C．集成电路D．超大规模集成电路2、计算机之所以能按人们的意图自动进行工作，最直接的原因是采用了（）。A．二进制B．程序设计语言C．高速电子元件D．存储程序控制3、计算机软件系统包括（）。A．程序、数据和相应的文档B．系统软件和应用软件C．数据库管理系统和数据库D．编译系统和办公软件4、显示器的（）越高，显示的图像越清晰。A．对比度B．亮度C．对比度和亮度D．分辨率基础练习5、运算器的主要功能是进行（）。A．算术运算B．逻辑运算C．加法运算D．算术和逻辑运算6、下列各存储器中，存取速度最快的是（）。A．CD－ROMB．内存储器C．软盘D．硬盘