第章计算机的发展与组成

计算机操作基础教案邢龙龙第1章计算机的发展与组成主要知识点：一、了解计算机的外观、发展史、分类、发展趋势及应用领域。二、了解计算机外部设备及其功能。 三、熟悉计算机的系统组成及相互之间的关系。四、掌握计算机数制之间的相互转换。一、认识电脑什么是计算机计算机的外观什么是计算机

计算机又称为“电脑”，它的全称为“电子数字计算机”,是指“由电子器件组合而成的以数字方式对数据进行计算处理的机器”。它是一种不需要人工直接参与便能够按照人们预先设计的程序自动进行高速计算和信息处理的电子设备。

计算机的外观从计算机的外观来看，计算机主要由主机箱、显示器、键盘、鼠标以及一些类似打印机之类的外部设备组成，下面以常见的个人计算机为例，就其外型介绍如下：

1、主机箱主机箱内部，安装有计算机的主要部件，如主板、中央处理器、内存和硬盘等。常见的主机箱有两种，立式机箱和卧式机箱两种，如下图所示。主机箱图示立式主机箱卧式主机箱计算机的外观2、显示器

显示器，主要用来显示计算机处理相关任务的结果。其外形如上图所示。阴极射线

管显示器液晶显示器计算机的外观3、键盘

键盘主要用来往计算机中输入信息或者是用于控制计算机中的某些操作过程，如上图所示。计算机的外观4、鼠标鼠标主要用来定位操作的对象。如上图所示。计算机的外观5、打印机打印机的主要功能就是将计算机中编排好的文档打印出来。计算机的外观6、扫描仪扫描仪的主要功能就是将纸介质中的相关内容电子化。以电子文档的形式存储在计算机中。二、计算机的发展史、分类及发展趋势计算机的产生计算机的发展史计算机的分类计算机的发展趋势（一）计算机的产生1、1946年－－－ENIAC（埃尼阿克）

1.8万多个电子管占地约170M2

重达30吨耗电量150Kw/h

运算速度5000次/秒ElectronicNumericalIntegratorAndComputer（电子数字积分计算机的简称）（一）计算机的产生

2、冯·诺依曼与莫尔小组合作研制成EDVAC输入器、存贮器、运算器、控制器、输出器存储程序通用电子计算机方案（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer的缩写）（二）计算机的发展史1、电子管计算机时代（1946～50年代末）主要特点如下：以电子管为核心器件体积大、成本高、可靠性较低运算速度（每秒几千次至几万次）一般用于科学、军事、航空方面的计算“数据处理机”得到应用（二）计算机的发展史2、晶体管计算机时代（50年代中期～60年代末）主要特点如下：

以晶体管为核心器件体积缩小、成本降低、性能提高运算速度（每秒几万次至几十万次）应用领域延伸到气象、工程设计等方面“工业控制机”开始得到应用（二）计算机的发展史3、中小规模集成电路计算机时代（60年代中期～70年代初）主要特点如下：以中、小规模集成电路为基本器件体积更小、成本更低、可靠性进一步提高运算速度（每秒几十万次至几百万次）机种多样化，生产系列化，使用系统化，“小型计算机”开始出现（二）计算机的发展史4、大规模和超大规模集成电路计算机时代（70年代初期～至今）主要特点如下：中央处理器（CPU）高度集成化体积较小、成本较低、可靠性较好运算速度（每秒几百万次至几千万次）由大规模集成电路组成的“微型计算机”开始出现（二）计算机的发展史代数时间物理器件运算速度第一代1946～50年代末电子管

30000次第二代50年代中期～60年代末晶体管几十万次第三代60年代中期～70年代初中、小规模集成电路几百万次第四代70年代初～至今大、超大规模集成电路万亿次（二）计算机的发展史目前使用的计算机都属于第四代计算机。从80年代开始，发达国家开始研制第五代人工智能计算机。研究的目标是能够打破以往计算机固有的体系结构，使计算机能够具有人一样的思维、推理和判断能力。中国计算机产业发展大事记1956年，夏培肃完成了第一台电子计算机运算器和控制器的设计工作，同时编写了中国第一本电子计算机原理讲义。1957年，哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。1958年，中国第一台计算机－103型通用数字电子计算机研制成功，运行速度每秒1500次。1959年，中国研制成功－104型电子计算机，运算速度每秒１万次。中国计算机产业发展大事记1960年，中国第一台大型通用电子计算机107型通用电子数字计算机研制成功。1963年，中国第一台大型晶体管电子计算机109机研制成功。1965年，中国第一台百万次集成电路计算机“DJS－Ⅱ”型操作系统编制完成。1969年，北京大学承接研制百万次集成电路数字电子计算机－150机。中国计算机产业发展大事记1970年，中国第一台具有多道程序分时操作系统和标准汇编语言的计算机－441Ｂ－Ⅲ型全晶体管计算机研制成功。1972年，每秒运算11万次的大型集成电路通用数字电子计算机研制成功。1973年，中国第一台百万次集成电路电子计算机研制成功。1977年，中国第一台微型计算机DJS－050机研制成功。（三）计算机的分类1、按处理速度分巨型机大型机中型机小型机微型机工作站服务器2、按用途分为：通用机专用机3、按数据处理方式：数字机模拟机数模混合计算机（三）计算机的分类★巨型机(Supercomputer)：计算速度在亿次以上的计算机。主要用于尖端科学研究、国防等国家重点科研机构。

中国---2.5千万亿次美国---1.750千万亿次

日本---8.612千万亿次（三）计算机的分类★大型机（Mainframecomputer）：包括大型机和中型机。主要用于国家级科研机构及重点理工科院校。以美国IBM系列机为主。★小型机（Minicomputer）

：运算速度在几百万次左右。主要用于一般的科研机构及普通高校。★微型机（Microcomputer）：个人计算机。微型机可分为以下几类：原装机兼容机1）生产厂家

（三）计算机的分类2>中央处理芯片

2863864865862）中央处理芯片

3）中央处理器的字长

4位机8位机16位机32位机64位机（四）计算机的发展趋势巨型化：巨型化是指计算机的运算速度更高、存储容量更大、功能更强。目前正在研制的巨型计算机其运算速度可达每秒百亿次。该类型的计算机主要应用于天文、气象、原子和核反应等高端科学技术领域。微型化：微型计算机具有体积小、价格便宜与功能强等特点，并且拥有丰富的应用软件和外部设备，所以微型机可渗透至诸如仪表、家用电器、导弹弹头等中小型机无法进入的领域。（四）计算机的发展趋势多媒体化：多媒体是“以数字技术为核心的图像、声音与计算机、通信等融为一体的信息环境”的总称。其实质是一改传统的人机字符交互方式，代之以图形、图像、声音、动画与视频等多媒体形式出现，让人们利用计算机以更加自然与简单的方式进行交流。网络化：计算机网络是计算机技术发展中崛起的又一重要分支，是现代通信技术与计算机技术结合的产物。计算机网络在现代企业的管理中如银行系统、商业系统、交通运输系统等发挥着越来越重要的作用。（四）计算机的发展趋势智能化：是让计算机模拟人的感觉、行为与思维过程的机理，从而使计算机具备和人一样的思维和行为能力，形成智能型和超智能型的计算机。三、计算机的应用领域1、科学计算科学计算也称作数值计算，是使用计算机完成科学研究和工程设计等方面的数学问题的计算。由于计算机具有速度快、精确度高与存储量大等特点，从而在很多尖端科学领域，经常需要进行海量数据的计算与存储，如气象、核反应与地理应用系统等。中国于2003年10月15日成功发射的“神舟五号”载人航天飞船在整个研制、发射和回收过程中如果缺少了各种类型的计算机，根本就不会有“神舟五号”的诞生。三、计算机的应用领域2、信息处理计算机可以对大量的信息进行分析、合并、分类与统计等加工处理工作，常应用于财务管理、物资管理、销售管理、信息检索以及报表统计等领域，目前市面上专门针对上述应用的计算机软件也很多。3、辅助功能计算机的辅助功能主要包括辅助设计（CAD）、辅助教学（CAI）、辅助制造（CAM）和辅助测试（CAT）等。三、计算机的应用领域计算机辅助设计CAD

（ComputerAidedDesign）

是综合地利用计算机的工程计算、逻辑判断、数据处理功能和人的判断能力结合，形成一个专门的系统。用来进行各种图形设计和图形绘制，对所设计的部件、构件或系统进行综合分析与模拟仿真实验。计算机辅助教学CAI

利用计算机模拟教师的教学行为进行授课，学生通过计算机教学软件进行学习并自测学习效果，是提高教学效率和教学质量的新途径。三、计算机的应用领域计算机辅助设计CAD

（ComputerAidedDesign）

是综合地利用计算机的工程计算、逻辑判断、数据处理功能和人的判断能力结合，形成一个专门的系统。用来进行各种图形设计和图形绘制，对所设计的部件、构件或系统进行综合分析与模拟仿真实验。计算机辅助教学CAI

利用计算机模拟教师的教学行为进行授课，学生通过计算机教学软件进行学习并自测学习效果，是提高教学效率和教学质量的新途径。三、计算机的应用领域计算机辅助制造CAM

是利用计算机进行对生产设备的控制和管理，实现无图纸加工。计算机辅助测试----CAT4、过程控制（实时控制）稍后看一部短片指利用电脑及时采样，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。如对数控机床、机械加工流水线的控制以及核反应堆的处理等。三、计算机的应用领域5、现实模似利用计算机进行现实模拟是指将已经过去的事件、未来可能发生的事件或者不容易用语言与文字等方式描述的事件进行模拟体现。6、人工智能指用计算机模拟人类的智能活动，如模拟人脑学习、推理、判断、理解、问题求解等过程，帮助人类做出决策。7、通信8、娱乐四、计算机系统构成1、计算机系统组成结构图面向用户（编译、汇编）面向管理员（诊断、调机）面向机器（操作系统）Office、Photoshop等硬件系统软件系统运算器控制器存储器输入设备输出设备系统软件应用软件计算机系统构成计算机系统构成2、计算机软、硬件之间的关系硬件是软件运行的基础与前提，软件是硬件功能的延伸与拓展。五、计算机硬件系统主要知识点：冯.诺依曼计算机原理中央处理器（CPU）存储器主板、显卡、声卡及网卡输入设备和输出设备冯.诺依曼计算机原理冯.诺依曼计算机的工作原理是：电子计算机硬件系统由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备等五个功能部件和沟通部件之间信息传送的总线组成，计算机的工作过程实质上就是在控制器的控制下自动地、逐条地从存储器中取指令、分析指令、执行指令、再取下一条指令，周而复始地执行指令序列的过程，直到程序所有指令执行完为止。冯.诺依曼计算机原理计算机五大组成部分及其关系示意图输入设备存储器输出设备运算器控制器注：数据线地址线控制线主机箱内部结构电源CPU与风扇显卡PCI插槽主板数据线光驱硬盘中央处理器（CPU）中央处理器由运算器和控制器构成。运算器用于计算机中数据的加工和处理。控制器用于指挥和协调计算机各个功能部件之间的工作。（CentralprocessingUnit）中央处理器CPU的工作原理CPU输入输出外存内存CPU的性能指标主频CPU时钟频率主频=外频×倍频协处理器数学协处理器，负责浮点运算一级缓存（L1）二级缓存（L2）CPU外部的高速缓存内存总线速度系统总路线速度，一般等同于CPU的外频工作电压流水线技术、超标量乱序执行和分枝预测制造工艺存储器1、存储器的特点：

a.具有记忆能力；

b.刷新能力。2、存储器的分类：按在计算机中的作用分类：内存、外存。按存取方式分类：随机存储器、只读存储器。存储器1、存储器的特点：

a.具有记忆能力；

b.刷新能力。2、存储器的分类：按在计算机中的作用分类：内存、外存。按存取方式分类：随机存储器、只读存储器。3、内存的特点存储容量小、存取速度快。内存能够通过指令中地址码直接访问其他存储器，主要用来存放活跃的程序和数据，以供中央处理器使用。存储器4、外存的特点

存储容量大，存取速度慢，价格便宜、信息能够长时间保存，外存信息不能直接参与运算，只有调入内存后方能参与运算。5、磁盘和磁盘驱动器

磁盘是记录信息的介质，而磁盘驱动器是对磁盘实施读写操作的物理设备。磁盘可以分为硬盘和软盘两类。市场上买回的磁盘不能立即存储信息，必须先格式化，即将磁盘划分磁道和扇区，建立文件分配表。存储器磁盘盘片存储信息示意图如下：

磁道扇区存储512B信息存储器

6、软盘（FD）软盘的盘片是在塑料膜上涂有磁性材料制成的，根据相应位置被磁化和未被磁化来记录信息。 常见的软盘规格有：5.25英寸高密和低密、3.5英寸高密和低密。 目前常用的3.5英寸高密软盘用两面记录信息，由外向里分成80个同心圆磁道，18个扇区，每个扇区可存储512字节的数据。存储器7、硬盘（HD）硬盘又称“温盘”，也一组盘片和驱动器一起被密封在一个真空的金属盒内，每个盘片的结构和软盘相似。存储器

8、光盘（CD）光盘是利用光学方式（激光）读写信息的圆盘。可以分为只读型光盘、一次性写入型光盘、可擦除型光盘。主板、显卡、声卡及网卡1、主板

它是整个系统的基板，是中央处理器（CPU）、内存、显示卡以及各种扩展卡的装配载体。主板的性能与稳定程度直接关系到整个计算机系统的性能与稳定程度。事实上，主板的速度在一定程度上也制约着整个计算机系统的速度。PCI插槽AGP插槽内存插槽CPU插槽主板电源接口主板芯片组数据线插槽主板、显卡、声卡及网卡2、显卡

显卡是显示卡的简称，在计算机的硬件系统中，显卡用于控制显示器的显示，衡量显卡性能最主要的两个技术指标是显示芯片与显存（显卡的内存）的容量。主板、显卡、声卡及网卡3、声卡

声卡是计算机中实现多媒体功能的必备硬件设备，因为计算机中的声音必须通过声卡将其传递到音箱才能播放出来。主板、显卡、声卡及网卡4、网卡

网卡是用来实现多台计算机之间共享信息、共享文件（例如在局域网中互相交换文件）、共享硬件设备（例如多台计算机共享一台打印机）、通过ADSL或局域网连接到国际互联网（Internet）的设备。输入设备和输出设备除了主机之外的大部分硬件设备称为外围设，简称外设。目前外设在计算机系统中所占价格的比重越来越大，大约占70%以上。1、键盘（Keyboard）键盘是目前最常用的一种手动输入设备，由盘面、译码器组成，并用电缆线与主机相连。2、显示器（Monitor）显示器又称监视器用于显示计算机输出信息的外围设备，它的工作原理跟电视机相似。输入设备和输出设备和显示器有关的几个概念分辨率（Resolution）

分辨率是指显示设备所能表示的像素个数。像素越密，分辨率就越高，图象就越清晰。 显示器的分辨率取决于显示器本身的物理性能和刷新存储器的存储空间。输入设备和输出设备灰度灰度指的是所显示像素点的明暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色数的不同。每个像素点用N位二进制数存储，则颜色数为2N种。 例：分辨率为800*600，颜色数为24位真彩显卡的内存至少应该为多少？（单位：MB）

显存=（800*600*24）/（8*1024*1024） =1.38M输入设备和输出设备3、鼠标鼠标是一种移动光标的输入装置，它比传统的键盘在驱动光标的移动上更加方便、快捷。 目前使用的鼠标有机械式、光学式和光学机械式三种。4、打印机打印机是常用的输出设备，用于输出静态的文字和图片。我们通常把打印机分为三类：点阵式打印机、喷墨式打印机和激光式打印机。输入设备和输出设备5、扫描仪彩色扫描仪是多媒体计算机系统的必需设备之一，是光机电一体化的高科技产品，有滚桶式、台式和手提式三种。其主要功能是向计算机输入静止的图片。 扫描仪的主要技术指标：物理分辨率、最大可扫描幅面、最大彩色位数和接口方式。六、计算机软件系统计算机软件系统又称为程序系统，分为系统软件和应用软件。系统软件：是为了方便用户、充分发挥计算机的效能，向用户所提供的一系列支持软件。应用软件：为解决某种具体问题或完成某项特定的任务而专门编制的程序。1、系统软件六、计算机软件系统操作系统（OperatingSystem） 操作系统是用户与计算机的接口，是为了方便用户、提高计算机的使用效率而配置的系统软件。它的功能是调度和管理计算机的所有软件和硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，为用户使用计算机提供一个良好的环境。磁盘操作系统（DickOperatingSystem） 简称为DOS，MS-DOS是美国微软公司开发的磁盘操作系统。

MS-DOS的优点：占用的存储空间小、操作简洁。六、计算机软件系统

MS-DOS的缺点：可管理的基本内存只有640K；界面不友好；MS-DOS是单任务操作系统。Windows操作系统： 微软公司于20世纪90年代初推出的操作系统，它有以下特点：突破了640K的内存限制；界面图形化，很友好；操作简单、易用。图形化的界面多用户与多任务机制网络支持良好出色的多媒体功能硬件支持良好众多的应用程序支持多处理器六、计算机软件系统2、应用软件

Office办公软件：

Word字处理软件

Excel电子表格软件

PowerPoint演示文稿制作软件

Adobe系列软件：

Photoshop图像处理软件

Illustrator图形设计软件

InDesign

图文设计软件

Acrobat跨平台文档处理软件六、计算机软件系统2、应用软件

Macromedia系列软件：

Dreamweaver网页设计软件

Flash网络动画设计软件

FireworksWeb图像设计软件

AutoCAD图形设计设计软件

3dsMax三维效果图设计软件应用软件很多，在此就不一一列举。七、计算机中信息表示主要知识点：计算机常用的计数制计算机的数制转换简单的编码知识计算机常用的计数制进制计数原则数码符号二进制逢二进一0、1八进制逢八进一0、1、2、3、4、5、6、7十进制逢十进一0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十六进制逢十六进一0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F计算机中数的表示数有正有负，在计算机中表示一个数时，总是用最高位表示数的符号，其中“0”表示正，“1”表示负。在计算机中，小数点位置固定的数称为定点数。在计算机的定点数有两种表示法：（1）小数点默认为在一个二进制数最后一位的后面。这种定点数称为定点整数。（2）小数点默认为在二进制数的最高位（即符号位）后面。这种定点数称为定点小数。在计算机中，既有整数部分又有小数部分的数称为浮点数。数制的相互转换1、十进制数二进制数相互转换（35）10=100011（10111）2=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20

=16+0+4+2+1=（23）10数制的相互转换1、十进制数二进制数相互转换（0.375）10=（0.011）20.375×2=0.750……整数为0（去掉整数部分再乘2）0.750×2=1.500……整数为1（去掉整数部分再乘2）0.500×2=1.000……整数为1（去掉整数部分再乘2）0.000×2=0……去掉整数部分余下的纯小数为0，转换结束。高位低位思考：若将（56.375）10转换为二进制整数部分：除以2取余，逆序输出。小数部分：乘以2取整，顺序输出。（56.375）10=（111000.011）2数制的相互转换1、十进制数二进制数相互转换（110.11）2=（6.75）10（110.11）2=1×22+1×21+0×20+1×2-1+1×2-2=4+2+0+0.5+0.25=（6.75）10数制的相互转换2、二进制数八进制数相互转换♂二进制转八进制方法：“三合一”，即以小数点为基准，整数部分从右向左每3位分成一组，最高位不足3位时，左边添0补足3位；小数部分从左到右，3位一组，最低位不足3位时，右边添0补足3位。然后将其转换为一组用0~7表示的八进制数。（10011010.1011）2=010

011

010.101

10023524.=（232.54）8数制的相互转换2、二进制数八进制数相互转换♂八进制转二进制方法：“一拉三”，即将八进制数中的每一位数都用相应的三位二进制数来代替。（253.47）8=353.47011101100011111.=（11101011.100111）2数制的相互转换3、二进制数十六进制数相互转换♂二进制转十六进制方法：“四合一”，即以小数点为基准，整数部分从右向左每4位分成一组，最高位不足4位时，左边添0补足4位；小数部分从左到右，4位一组，最低位不足4位时，右边添0补足4位。然后将其转换为一组用0~9、A、B、C、D、E、F表示的十六进制数。（111010.11）2=0011

1010.11003AC.=（3A.C）16数制的相互转换3、二进制数十六进制数相互转换♂十六进制转二进制方法：“一拉四”，即将十六进制数中的每一位数都用相应的4位二进制数来代替。（1DC.B8）16=1DC.B8000111011100.=（111011100.10111000）210111000简单的编码知识计算机中数据的单位常用的数据编码汉字编码计算机中数据的单位（1）位（bit）位是计算机中存储数据的最小单位，指二进制数中的一