第一章 认识计算机

计算机文化基础第一章认识计算机1

目录【任务1-1计算机的发展和分类】 【任务1-2计算机的组成】【任务1-3计算机软件系统】【任务1-4计算机信息编码】【任务1-5计算机系统的安全与防护】

第一章认识计算机任务1-1计算机的发展和分类1946年2月15日，世界上第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）诞生于美国宾夕法尼亚大学。ENIAC（如图1-1所示）有几间房间那么大，占地170m2，使用了1500个继电器，18800个电子管，重达30多吨，每小时耗电150kW，耗资40万美元，真可谓庞然大物。至今人们公认，ENIAC的问世标志着计算机时代的到来，它的出现具有划时代的历史意义。1、计算机的发展3任务1-1计算机的发展和分类1、计算机的发展图1-1第一台电子计算机ENIAC一角4任务1-1计算机的发展和分类1、计算机的发展在此后60多年的发展历程中，计算机的发展已经历了四代，并正在向第五代过渡。习惯上，人们根据计算机所用的电子元件的变化来划分计算机的“代”。第一代计算机（1946—1958年）组成计算机的基本电子元件是电子管。其特点是体积大、功耗高、存储容量小、运算速度在每秒数千次到数万次之间，主要使用机器语言，并开始使用符号语言，主要用于科学计算。5任务1-1计算机的发展和分类1、计算机的发展第二代计算机（1958—1964年）组成计算机的基本电子元件是晶体管，计算机主存储器大量使用磁性材料制成的磁芯，并开始使用磁盘作为外存储器。计算机的体积缩小了，功耗降低了，存储容量增大了，稳定性提高了，运算速度也提高到每秒几十万次。开始使用操作系统及高级程序设计语言，主要应用领域也从以科学计算为主转向以数据处理为主。6任务1-1计算机的发展和分类1、计算机的发展第三代计算机（1964—1972年）组成计算机的主要电子元件是集成电路，半导体存储器取代了沿用多年的磁芯存储器。与晶体管电路相比，集成电路计算机的体积、重量、功耗都进一步减小，而稳定性、运算速度和逻辑运算功能都进一步提高。所使用的操作系统得到了进一步发展，且出现了多种高级程序设计语言，主要应用于科学计算、数据处理及过程控制等领域。7任务1-1计算机的发展和分类1、计算机的发展第四代计算机（1972年至今）主要电子元件是大规模集成电路、超大规模集成电路，磁盘的存取速度和存储容量大幅度上升，开始使用光盘作为外存储介质，计算机的运算速度可达每秒几百万次至上亿次。而体积、重量和耗电量进一步减少。微处理器的出现，使计算机实现了微型化；多媒体技术、数据存储技术、并行处理技术、多机系统、分布式系统和计算机网络都得以迅猛发展；软件工程的标准化、多种计算机高级语言、Windows操作系统、各类数据库管理系统的使用，使计算机的应用渗透到了几乎所有的领域。8任务1-1计算机的发展和分类2、中国计算机发展史我国计算机工业从1956年起步，1958年第一台电子管计算机DJS－1型试制成功。在1964年，我国制成了第一台全晶体管电子计算机441－B型。1974年起步开始研制微型机，主要有长城、东海、联想、方正等系列产品。在研制大型机及巨型机方面，国防科技大学研制的超级计算机有“银河”系列和“天河一号”系列，而曙光信息产业有限公司和国家智能计算机研究开发中心研制推出“曙光”系列。9任务1-1计算机的发展和分类2、中国计算机发展史2010年11月14日，“天河一号”首次进入全球超级计算机500强排行榜并排名全球第一。它是我国首台千万亿次超级计算机系统，如图1-2所示，其系统峰值性能为每秒1206万亿次双精度浮点运算。在“天河一号”中，共有6144个Intel处理器和5120个AMD图像处理单元(相当于普通电脑中的图像显示卡)，“天河一号”广泛应用于航天、勘探、气象、金融等众多领域。图1-2“天河一号”超级计算机10任务1-1计算机的发展和分类3、计算机的分类超级计算机超级计算机基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异，是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机。拥有最强的并行计算能力，主要用于科学计算。在气象、军事、能源、航天、探矿等领域承担大规模、高速度的计算任务。通常由大量的CPU和存储设备组成，是一种专注于科学计算的高性能服务器，而且价格非常昂贵。11任务1-1计算机的发展和分类3、计算机的分类小型机和刀片服务器服务器通常指一个管理资源并为用户提供服务的计算机软件，常见的服务器有文件服务器、数据库服务器和应用程序服务器等。通常情况下运行上述软件的计算机（系统）也被称为服务器，这里提到的服务器，指的是计算机硬件系统。小型机是指采用8-32颗处理器，性能和价格介于个人电脑服务器和大型主机之间的一种高性能64位计算机。小型机与普通个人电脑的区别在于，它具有高可靠性、高可用性、高服务性三个特点。12任务1-1计算机的发展和分类3、计算机的分类刀片服务器是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元，从而实现高可用和高密度。每一块“刀片”实际上就是一块系统主板，加上主板上的CPU等组件，构成了一个个独立的计算机，刀片服务器实际上是把若干台计算机放到同一个机架式机箱中进行统一管理。13任务1-1计算机的发展和分类3、计算机的分类个人计算机个人计算机的概念由IBM公司于1981年最先提出，发展到现在包括了台式机、笔记本、一体机、掌上电脑和平板电脑等不同类型的计算机。个人计算机不需要共享其他计算机的处理、磁盘和打印机等资源即可以独立工作，是人们日常生活、工作中接触最多、最频繁的计算机。14任务1-1计算机的发展和分类3、计算机的分类工业计算机工业计算机大量的应用在自动化、控制、监测等领域，工业计算机由于其工作环境不同，因此在外形和输入、输出方面与普通计算机有很大的不同，例如一些工业计算机为了能够适应工厂粉尘工作环境，安装了密封的防尘罩；一些工业计算机的输入设备即各种不同的传感器，将监测数据输入到计算机单元中，以方便进行计算机处理。15任务1-1计算机的发展和分类3、计算机的分类移动终端移动终端指的是在移动中能够使用的计算机，包括智能手机、掌上电脑、笔记本、POS机等类型的计算机。智能手机是最近几年发展最快的移动终端设备，以致于移动终端目前基本上特指手机和平板电脑。智能手机像个人电脑一样，具有独立的处理器、存储器等硬件系统，智能手机最大的特点是具有独立的操作系统，使用者能够方便自主安装和卸载软件和应用。16任务1-1计算机的发展和分类3、计算机的分类新概念计算机新概念计算机主要在两个方面体现出于传统的计算机不同，一个是在芯片的工艺材料商，另外一个就是在外形设计上，无论哪个方面都是对未来计算机的一个展望。在新的工艺上，主要是采用一些纳米、光电子技术来代替传统的集成电路技术，并且在输入和输出端都进行了极大的改进。在外形上，智能眼镜、智能手表等形形色色的电子产品不断推出，都颠覆了传统的计算机概念，未来计算机将成为一个更广泛的概念。从发展趋势看，今后计算机将继续朝着巨型化、微型化、网络化、智能化和多媒体各个方向发展。17任务1-1计算机的发展和分类4、计算机的特点计算机之所以在信息处理中起了至关重要的作用，是与其处理问题的特点密不可分，其主要特点有：处理速度快。存储容量大，存储时间长。计算精确度高。具有逻辑判断能力。应用领域广泛。计算机的应用领域非常广泛，其中最主要的应用包括科学计算、信息处理、过程控制、计算机辅助系统（计算机辅助教学CAI、计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助测试CAT）、人工智能和计算机网络等。18任务1-2计算机的组成计算机系统通常由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图1-3所示。硬件系统和软件系统是一个有机的结合体，是组成计算机系统两个不可分割的部分，相辅相成，缺一不可。图1-3计算机系统的组成19任务1-2计算机的组成计算机的硬件系统是看得见、摸得着的物理实体，是计算机进行工作的物质基础。随着计算机功能的不断增强，应用范围的不断扩展，计算机硬件系统也越来越复杂，但是其基本组成和工作原理还是大致相同的。至今，计算机硬件体系结构基本上还是采用冯•诺依曼结构，即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成，其中运算器和控制器构成了中央处理器（CPU）。它们之间的关系如图1-4所示，其中细线箭头表示由控制器发出的控制信息的流向，粗线箭头为数据信息的流向。冯•诺依曼结构的基本思想是程序存储和程序控制，即程序和数据一样进行存储，然后按程序编排的顺序一步一步地取出指令，自动完成指令规定的操作。20任务1-2计算机的组成图1-4计算机硬件的体系结构21任务1-2计算机的组成中央处理器（CPU）（如图1-5所示）是计算机最核心的部件，负责统一指挥、协调计算机所有的工作，它的速度决定了计算机处理信息的能力，其品质的优劣决定了计算机的系统性能。中央处理器由运算器和控制器组成。目前市面上流行的品牌主要有Intel、AMD、VIA（威盛）等。1、中央处理器图1-5Intel酷睿i5微处理器22任务1-2计算机的组成主板（Mainboard）（如图1-6所示）是计算机中最大的电路板，相当于计算机的躯干，是计算机最基本、最重要的部件之一。主板为中央处理器、内存条、显卡、硬盘、网卡、声卡、鼠标、键盘等部件提供了插槽和接口，计算机的所有部件都必须与它结合才能运行，它对计算机所有部件的工作起着统一协调的作用。目前，大部分主板上都集成了声卡和网卡，部分主板还集成了显卡。常见主板品牌有华硕、技嘉、微星、精英、七彩虹等。2、主板图1-6主板23任务1-2计算机的组成内存储器（如图1-7所示）是计算机的记忆中心，主要用于存放当前计算机运行所需的临时程序和数据。根据作用不同，内存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。只读存储器只能读取而不能写入信息，断电或关机后存储的信息不会丢失；随机存储器既可读取又可写入信息，但断电或关机后存储的信息会丢失。常见的内存条品牌有三星、金士顿、威刚、现代、宇瞻等。3、内存储器（内存条）图1-7内存条24任务1-2计算机的组成硬盘（HardDisk）（如图1-8所示）是计算机中最重要的数据存储设备，计算机中的文件都存储在硬盘中。硬盘通常被固定在主机箱内部，其性能直接影响计算机的整体性能。其特点是速度快、容量大、可靠性高。常见硬盘接口有SATA、IDE和SCSI接口，转速通常为7200转/分钟，容量一般有320GB、500GB、1TB、2TB、3TB等。常见品牌有希捷、西部数据等。4、硬盘图1-8硬盘25任务1-2计算机的组成光盘驱动器（如图1-9所示）主要用于读取光盘，光盘具有价格低、寿命长、存储量大、可靠性高等特点。光盘有CD光盘和DVD光盘，CD光盘的容量约为680MB，单面单层DVD光盘的容量约为4.7GB。光盘驱动器分CD-ROM与DVD-ROM。刻录机是指能将数据刻录在光盘上的一种光盘驱动器。DVD光盘刻录机是时下比较流行的装机选择，这种刻录机既能读又能写，不仅能刻录CD-R光盘、CD-RW光盘，还能刻录DVD光盘。5、光盘驱动器图1-9光驱26任务1-2计算机的组成键盘是计算机系统中的基本输入设备，用户通过键盘给计算机下达各种命令、输入各种数据。鼠标是另一个使用频繁的输入设备，因其外形像一只拖着长尾巴的老鼠而得名，它利用自身的移动来改变光标在显示器上的位置，以实现各种操作。6、键盘和鼠标27任务1-2计算机的组成显示器（如图1-10所示）是计算机最重要的输出设备，通过显示器能方便地查看输入的内容和经过计算机处理后的各种信息。目前市场上常见的显示器有CRT（阴极射线管）显示器和LCD（液晶）显示器，大小一般有17英寸（1英寸＝2.54厘米）、19英寸、22英寸、24英寸等，长宽比例有4：3和16：9（宽屏）两种。常见品牌有三星、LG、飞利浦、宏基（Acer）、冠捷（AOC）等。7、显示器图1-10CRT显示器和液晶显示器28任务1-2计算机的组成显卡又称显示卡、显示适配器。显卡是主机与显示器之间连接的“桥梁”，用于控制计算机的图形输出，它的质量和性能决定了计算机的显示质量。显卡可分为独立显卡（如图1-11所示）和集成显卡。独立显卡是块独立芯片，常用于3D游戏和对图形显示要求较高的场合；而集成显卡是在主板的芯片组中集成了显示芯片，以实现普通的显示要求。8、显卡图1-11独立显卡29任务1-2计算机的组成声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波和数字信号相互转换的一种硬件。声卡常集成在主板中，一般有音频输出接口（Lineout），音频输入接口（Linein），麦克风接口（Mic）等。9、声卡30任务1-2计算机的组成网卡又名网络适配器，是计算机局域网中最重要的连接设备，计算机主要通过网卡连接网络，它负责在计算机和网络之间实现双向数据传输，网卡常集成在主板中。10、网卡31任务1-2计算机的组成机箱是计算机的外壳，从外观上可分为卧式和立式两种。机箱一般包括外壳、用于固定软硬盘驱动器的支架、面板上必要的开关、指示灯等。配套的机箱内还有电源。11、机箱及电源32任务1-2计算机的组成打印机（如图1-12所示）是计算机系统最基本的输出形式，可以把文字或图形在纸张上输出，供用户阅读和长期保存。打印机按工作原理分为击打式打印机和非击打式打印机两类。针式打印机是典型的击打式打印机，它将字模通过色带和纸张直接接触而打印出来，针式打印机打印速度慢，噪声大，但特别适合打印票据。非击打式打印机主要有喷墨打印机和激光打印机。喷墨打印机具有打印质量高、体积小、噪声低、可打印彩色的特点，但打印的墨水价格昂贵。激光打印机打印效果清晰，质量高，而且速度快、噪声低，它是目前打印速度最快的一种打印机。随着价格的下降和出色的打印效果，已经被越来越多的人所接受。12、打印机图1-12针式打印机、喷墨打印机、激光打印机33任务1-3计算机软件系统一个完整的计算机系统是由计算机的硬件系统和软件系统两部分组成的。一台没有软件只有硬件的计算机是无法正常工作的，必须为计算机安装软件系统，它才能正常工作。计算机的软件系统包括系统软件和应用软件两类。系统软件的任务是控制和维护计算机的正常运行，管理计算机的各种资源。而应用软件则是帮助用户处理实际任务的，我们可以使用应用软件播放视频、处理照片或编写论文。而系统软件与应用软件又分成很多子类，如图1-14所示。图1‑14计算机的软件分类34任务1-3计算机软件系统系统软件的核心是操作系统。操作系统是用来控制和管理计算机系统的硬件资源和软件资源的组织者和管理者。它在用户和程序之间分配系统资源，为用户访问计算机提供了工作环境，并使之协调一致地、高效地完成各种复杂的任务，每个用户都是通过操作系统来使用计算机资源的。比如，程序执行前必须获得内存资源才能将程序装入内存；程序执行时要依靠处理器完成算术运算和逻辑运算；执行过程中可能还要使用外部设备输入原始数据和输出计算结果。操作系统会根据用户的需要合理而有效地进行资源分配。操作系统既是用户和计算机的接口，也是计算机硬件和其它应用软件的接口，操作系统与其他软件、用户和硬件的相互关系如图1-15所示。1、操作系统35任务1-3计算机软件系统微软的Windows系列目前大部分的个人计算机都安装了微软的Windows操作系统。微软最初是为IBM开发的个人计算机（简称为IBMPC）提供操作系统的，而IBMPC标准因为采用了开放式架构而获得大部分硬件厂商的支持，逐渐成为个人桌面计算机的主流。微软开发的操作系统也随着IBMPC系列个人计算机的发展，而成为目前使用最广泛的桌面计算机操作系统。微软开发的个人计算机操作系统经历了DOS、Windows3.0、Windows95、WindowsXP、Windows7、Windows8等几个阶段，近几年还为超便携式计算机设备和智能手机推出了WindowsPhone系列操作系统。2、个人计算机操作系统36任务1-3计算机软件系统苹果公司的OS系列苹果公司是一家非常著名的电子科技产品生产商，苹果公司的产品既有计算机设备也有其他的电子科技产品。苹果公司为它的计算机产品提供的是MacOS系列操作系统，后来为全触摸式平板电脑和智能手机专门开发了IOS系列操作系统。苹果先于微软使用图形界面和鼠标，它的开发人员总是走在直观的用户界面设计领域的前沿。苹果的操作系统是被公认的易用、可靠而且安全的操作系统。苹果操作系统上运行的软件与其他操作系统是不兼容的，这意味着很多我们非常熟悉的软件在苹果的系统上无法运行。苹果桌面计算机的价格相对其他相同性能的IBMPC系列计算机价格会高一些。2、个人计算机操作系统37任务1-3计算机软件系统LinuxLinux是一种开放源码操作系统，存在着许多不同的Linux版本。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，也能够在普通的个人计算机上运行。不过目前能在Linux上运行的程序相对比较有限，需要的修补程序较多，普通用户使用起来还不是很方便。2、个人计算机操作系统38任务1-3计算机软件系统Android系统Android是谷歌公司推出的，它是一种以Linux为基础的开放源代码操作系统，主要用于便携式计算机设备和智能手机。因为是开放式平台架构，所以它获得了很多移动设备生产商的支持。Android目前在智能手机上的占有率是世界第一，遥遥领先于其他的智能手机操作系统。2、个人计算机操作系统