《信息技术》课件-知识模块1：信息技术及操作系统

知识模块1：信息技术及操作系统计算机系统计算机的发展趋势计算机的应用与分类计算机的起源与发展常见微型计算机的硬件设备操作系统基础知识目

录能力目标能够描述计算机系统的组成能够掌握如何选择操作系统学习目标3知识目标了解计算机的起源与发展计算机的应用与分类了解计算机的发展趋势了解计算机系统组成了解不同操作系统的特点目标分析教学重点教学难点计算机的应用和分类计算机组成操作系统计算机的组成操作系统知识模块1：信息技术及操作系统计算机的起源与发展计算机的起源世界上第一台真正意义上的电子计算机于1946年在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称是ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator），主要研制者是由莫克利（J.Mauchly）和他的学生埃克特（J.Eckert）。它使用了约18800个电子管，功率为174千瓦，占地约170平方米，重达30吨，每秒钟可计算5000次加法运算。虽然说ENIAC的功能比不上当前最普通的一台微型计算机，但它奠定了电子计算机的发展基础，开辟了计算机科学技术的新纪元，被称为人类第三次产业革命开始的标志。计算机的发展电子管计算机，也叫真空管计算机，主要元件是电子管，其体积较大，运算速度较低，仅为每秒几千次，存储容量仅几千字节，程序设计语言采用机器语言和汇编语言。这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。代表机型有EDVAC、UNIVAC、IBM701等1.第一代电子计算机（1946—1958年）晶体管计算机，其主要元件是晶体管，运算速度可达每秒几十万次，内存容量增至几十万字节。在软件方面开始使用计算机算法语言，出现了ALGOL、FORTRAN和COBOL等高级程序设计语言，极大简化了编程工作；出现了程序员、分析员和计算机系统专家等新职业，软件产业由此诞生。代表机型有IBM7094和Honeywell800等。2.第二代电子计算机（1958—1964年）计算机的发展集成电路计算机，其主要元件是中小规模集成电路，运算速度达每秒几十万次到几百万次。高级程序设计语言在这一时期得到了很大发展，出现了操作系统和会话式语言。计算机开始应用到各个领域。代表机型有IBM360系列、DEC公司的PDP系列小型机等。3.第三代电子计算机（1964—1970年）大规模和超大规模集成电路计算机，主要元件采用大规模集成电路和超大规模集成电路，运算速度达到每秒上亿次，甚至上千万亿次的数量级，操作系统不断完善。微型机在家庭得到了普及，并开始了计算机网络时代。新一代计算机以处理知识信息为主，具有推理、联想、学习和应用知识等人工智能方面的能力，如生物计算机、量子计算机、神经网络计算机等。4.第四代电子计算机（1970年至今）知识模块1：信息技术及操作系统计算机的应用与分类计算机的应用科学计算科学计算是指科学和工程中的数值计算，是计算机应用最早的领域。目前，科学计算仍然是计算机应用的一个重要领域，如应用于高能物理、工程设计、地震预测、气象预报、航天技术等。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。计算机的应用过程控制利用计算机对工业生产过程中的某些信号自动进行检测，并把检测到的数据存入计算机，再根据需要对这些数据进行处理。信息管理或数据处理现在广泛利用计算机来加工、管理与操作任何形式的数据资料，如企业管理、物资管理、报表统计、账目计算、信息情报检索等计算机辅助计算机辅助主要有计算机进行辅助设计算机辅助制造计算机辅助测试和计算机辅助教育等。计算机的应用人工智能人工智能研究怎样让计算机做一些通常认为需要智能做的事情，主要研究智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、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。人工智能是计算机当前和今后相当长的一段时间的重要研究领域，目前在语言处理、自动定理证明、智能数据检索、视觉系统、问题求解以及自动程序设计等领域取得了一些重要成果。计算机的分类按处理对象分类模拟计算机：用于处理连续的电压、温度、速度等模拟数据的计算机。其特点是参与运算的数值由不间断的连续量表示，运算过程是连续的。受元器件质量的影响，模拟计算机计算精度较低，应用范围较小，目前已很少使用。数字计算机：用于处理数字信号的计算机。其特点是输入、输出和参与运算的数据都是离散的数字信号，具有逻辑判断功能。目前使用的计算机主要是电子数字计算机，简称电子计算机。计算机的分类按用途分类通用计算机：用于解决一般问题的计算机，其用途广泛，功能齐全，适用于各个领域。目前，市面上出售的计算机一般都是通用计算机。专用计算机：用于解决某一特定方面问题的计算机，配有为解决某一特定问题而专门开发的软件和硬件。专用计算机针对特定问题能显示出其最有效、最快速和最经济的特性，但对于解决其他问题适用性较差。计算机的分类按规模分类巨型机：又称超级计算机，是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大且价格最高的一类计算机。目前，巨型机的运算速度已达每秒亿亿次，多用于国家高科技领域和国防尖端技术的研究。大型机：包括大、中型计算机，这类计算机通用性好、运算速度较快，存储容量较大，主要用于科学计算、数据处理和网络服务器，一般供大型跨国公司和企业使用。小型机：结构简单、规模较小、成本较低，一般用于工业自动控制，医疗设备、测量仪器的数据采集、整理、分析、计算等方面。微型机：又称个人计算机，其核心部件是微处理器芯片，具有体积小、价格低、功能齐全、可靠性高、操作方便等优点工作站：一种主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力的高性能计算机。知识模块1：信息技术及操作系统计算机的发展趋势就电子计算机而言，当前主要朝着巨型化、微型化、网络化、智能化和多媒体化的方向发展。

巨型化是计算机具有极高的运算速度、大容量的存储空间、更加强大和完善的功能。通常，巨型计算机主要应用于天文、气象、地质和核技术、航天飞机、卫星轨道计算等尖端科学技术领域。巨型机对于国家科学技术和国防建设都有着巨大的影响。研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志。巨型化微型化微型化是大规模及超大规模集成电路发展的必然结果。信息技术发展功能与价格比的摩尔定律揭示，计算机芯片的集成度每18个月翻一番，而价格则减一半。随着计算机芯片集成度越来越高，所完成的功能越来越强，计算机微型化的进程和普及率越来越快。计算机发展方向计算机发展方向网络化是指计算机系统之间的互联互通，以及基于计算系统互联互通的物体之间、人与组织之间、网络与网络之间、虚拟世界与物理世界之间的互联互通等。计算机网络的作用不仅是实现资源共享，还提供一个分布式的计算平台，极大提高计算机系统的处理能力。计算机网络早已广泛应用于社会的各个领域，而当下，以物联网技术为代表的物与物互联也已经逐渐普及。网络化智能化智能化是让计算机能够模拟人类的智力活动，如学习、感知、理解、判断、推理等能力。智能化的研究包括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等等。目前，已研制出多种具有人的部分智能的“机器人”，可以代替人在一些危险的岗位上工作。据专家预测，机器人将是继电脑普及后，下一个普及到家庭的电器产品。多媒体化是当前计算机领域中引人注目的热点之一。多媒体技术利用计算机技术、通信技术和大众传播技术来综合处理多种媒体信息。这些信息包括文本、视频图像、图形、声音、文字等。多媒体技术使多种信息建立了有机联系，并使计算机朝着人类接收和处理信息的最自然的方式发展。多媒体化计算机发展方向

计算机未来发展领域当前，硅芯片越来越接近其物理极限，计算机的体系结构与技术必然也将经历一次质的飞越。未来的新型计算机可能在以下研究领域中取得突破。光子计算机量子计算机光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传输以及存储的一类新型计算机。当前光子计算机的许多关键技术，如光存储技术、光电子集成电路等已经取得重大突破。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学、逻辑运算和存储量子信息的物理装置。量子计算机利用量子位进行数据存储，大大提升了存储量。从计算速度上来说，量子计算机在解决问题上比现有计算机更有优势。此外，量子计算机对保密体系影响深刻。计算机未来发展领域分子计算机的运行靠的是分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借着分子纳米级的尺寸，分子计算机的体积将剧减。此外，分子计算机耗电可大大减少并能更长期地存储大量数据。由蛋白质分子构成的生物芯片，其运算速度比当今最新一代的计算机快10万倍，能耗仅相当于普通计算机的1/10。分子计算机纳米计算机是基于纳米技术研究开发的新型高性能计算机。纳米技术正从MEMS（微电子机械系统）起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机几乎不需要消耗任何能源，但其性能要比今天的计算机强许多倍。纳米计算机知识模块1：信息技术及操作系统计算机系统计算机系统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。存储程序工作原理是当代计算机结构设计的基础，它使计算机的自动运算成为可能，是计算机与其他一切工具的根本区别。存储程序工作原理就是在计算机中设置存储器，将二进制编码表示的计算步骤和数据一起存放在存储器中，机器一经启动，就能按照程序指定的逻辑顺序依次取出存储内容进行处理，自动完成程序所描述的处理工作。计算机硬件系统计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求构成一个有机整体，称为计算机硬件系统。它是计算机完成工作的物质基础。计算机硬件系统主要由五大部分组成，如图3.1.1所示。图3.1.1计算机硬件系统的五大组成部分计算机硬件系统输入设备输入设备是外界向计算机输送信息的装置。输入设备的主要功能是，把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码，通过输入接口输入计算机的存储器中，供CPU调用和处理。运算器运算器的主要功能是对数据和信息进行运算和加工。运算器包括通用寄存器、状态寄存器、累加器和关键的算术逻辑单元。运算器可以进行算术计算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）。控制器控制器是计算机的管理机构和指挥中心，它协调计算机各部件自动工作，并使整个处理过程有条不紊地进行。通常，把控制器和运算器合称为中央处理器（CPU）。图3.1.2存储器分类计算机硬件系统存储器计算机在运算之前，程序和数据通过输入设备送入存储器，计算机开始工作之后，存储器还要为其他部件提供信息，也要保存中间结果和最终结果，因此存储器的存入和取出的速度是计算机系统的一个非常重要的性能指标。存储器分为内存储器和外存储器两大类，简称内存和外存。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。常见的存储器分类如图3.1.2所示。计算机硬件系统输出设备输出设备是指从计算机中输出信息的设备，其功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息转换成人们习惯接受的信息形式（如字符、图形、声音等），然后将其输出。常见的输出设备有显示器、打印机、投影仪、音箱、绘图仪、数/模（D/A）转换器等。计算机软件系统软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关的文档的总和。其作用在于对计算机硬件资源的有效控制与管理，协调计算机各组成部分的工作，并在硬件提供的基本功能的基础上扩展计算机的功能，提高计算机实现和运行各类应用任务的能力。计算机软件系统分为系统软件和应用软件两大类。计算机系统组成图3.1.3计算机系统的组成计算机软件系统系统软件系统软件是围绕计算机系统本身开发的软件，是管理、监控和维护计算机软硬件资源、开发应用软件的软件。它处于最靠近硬件的部分，与具体应用领域无关，主要包括操作系统（OperatingSystem，OS）、语言处理程序、系统支撑和服务程序、数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，DBMS）等。计算机软件系统操作系统一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合，它是用户和计算机硬件系统之间的接口，为用户和应用软件提供了访问和控制计算机硬件的桥梁。语言处理程序用各种程序设计语言编写的源程序，计算机是不能直接执行，必须经过翻译才能执行。系统支撑和服务程序这些程序它们都是为维护计算机系统的正常运行或支持系统开发所配置的软件系统。数据库管理系统数据库管理系统主要用来建立存储各种数据资料的数据库，并进行操作和维护。系统软件计算机软件系统应用软件为解决计算机各类应用问题而编写的软件称为应用软件。只为完成某一特定专业的任务，针对某行业、某用户的特定需求而专门开发的软件，如某个公司的管理系统等，都是应用软件。知识模块1：信息技术及操作系统常见微型计算机的硬件设备微型计算机简称微机，是最普及的计算机，和一般计算机硬件系统一样，也包括五大组成部分，不过，它更为紧凑和集中。微机的大部分设备都位于主机箱内，这些设备是微机的主体，含有微处理器、主板、总线和扩展槽、内存、适配器、硬盘、电源等。主机箱外部的设备一般有显示器、鼠标、键盘、打印机、音箱等。微处理器微型计算机的CPU也称为微处理器，是将运算器、控制器和高速缓存集成在一起的超大规模集成电路芯片，是计算机的核心部件。近年来，我国也开始了微处理器的研发，中科研制的龙芯3A4000设计为4核64位，主频超过1.8GHz，比较适合笔记本平台。“神威·太湖之光”超级计算机采用的是我国江南计算所自主研发的申威SW26010处理器。微处理器主板又称为母板或系统板，是计算机的主体，主要用于管理和协调计算机系统，支持系统中各部件的正常运行。有了它，各种设备才能彼此沟通，使各种外部设备与计算机紧密连接在一起，形成一个有机的整体。主板上主要有CPU插槽、芯片组、内存插槽、IDE插槽、AGP总线扩展槽、PCI插槽、BIOS芯片、外部设备接口等部分。其中，核心组成部分是芯片组。主板芯片组决定了主板的功能，主要由北桥芯片和南桥芯片组成。目前，能够生产芯片组的厂家有Intel、AM等。主板外存的特点是存储容量大、可靠性较高、价格低，在断电后可以永久地保存信息。外存按存储介质的不同，可分为磁表面存储器、光存储器和半导体存储器（闪存）。人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带，其中，磁盘又可分为硬盘和软盘（已经很少使用）。光盘存储器和以U盘为代表的半导体存储器（闪存）已成为移动存储的主要方式。微机中的内存一般指随机存储器。常用的内存有同步动态随机存储器（SynchronousDRAM，）和双倍数据传输速率同步动态随机存储器（DualDateRate）两种。实际的内存是由多个存储器芯片组成的插件板（俗称内存条）。DDR4内存是目前主流的内存规格。内存外存存储器硬盘微机上重要的外存储器，分固态硬盘、机械硬盘、混合硬盘三种。固态硬盘采用闪存颗粒来存储，读写速度上有优势；机械硬盘采用磁性碟片来存储，价格上有优势；混合硬盘是把机械硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。闪存电子盘又称U盘，已成为主流的可移动外存。可反复存取数据，不需要另外的硬件驱动设备，使用时只要插入计算机的USB插口即可。U盘容量较大，数据读取速度快，体积小，存取时可靠性高。光盘存储器利用激光技术存储信息的装置。目前，用于计算机系统的光盘可分为只读型光盘、追记型光盘和可改写型光盘等。光盘存储介质具有价格低、保存时间长、存储量大等特点，在微机中被广泛配置。存储器总线是计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。微机内部信息的传送是通过总线进行的，各功能部件通过总线连在一起。微机中的总线一般分为数据总线、地址总线和控制总线。目前，微型计算机的总线标准主要有PCI、AGP、USB和PCI-Express（PCI-E）等。总线输入设备微型计算机常见的输入设备是键盘和鼠标。键盘鼠标键盘是计算机常用的输入设备，主要用来输入文字。按其工作原理，可分为机械式键盘、塑料薄膜式键盘、导电橡胶式键盘和电容式键盘，其中常用的是电容式键盘。鼠标是一种手持式屏幕坐标定位设备，由于其外形酷似老鼠而得名。它不仅可用于光标定位，还可用来选择菜单、命令和文件，是多窗口环境下必不可少的输入设备。常用的鼠标器有机械式、光电式和无线鼠标。输出设备微型计算机常用的输出设备有显示器、打印机。显示器打印机计算机的显示系统包括显示器和显示适配器。显示器又称监视器，是微机最基本的必备的输出设备。按照显示原理，可分为阴极射线管（CRT）显示器、离子显示器等。按显示器屏幕的对角线尺寸，可分为15英寸显示器、17英寸显示器和21英寸显示器等打印机是微机常用的可选输出设备，为用户提供计算机处理的结果。利用打印机可以打印出各种资料。目前，常用的打印机可分为点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机。衡量打印机性能的重要指标有分辨率、打印速度、纸张大小。知识模块1：信息技术及操作系统操作系统基础知识操作系统从早期的单用户、单任务、字符界面的DOS操作系统，发展到了多用户、多任务、图形化界面的Windows操作系统、UNIX操作系统、Linux操作系统等。是当前的三大主流操作系统之一，也是大型应用系统中最常用的操作系统，具有字符和图形化两种操作界面。是自由和开放源代码的类UNIX操作系统，它除了继承UNIX操作系统的特点外，还进行了许多改进，成为一个真正的多用户的通用操作系统，大多数的超级计算机均采用Linux操作系统。是当前在计算机中最常用的操作系统，主要特点是图形化的人机交互界面、丰富的管理工具和应用程序、多任务操作、与Internet的完美结合、即插即用硬件管理等。Windows操作系统Linux操作系统UNIX操作系统操作系统基础

Windows系列操作系统Microsoft公司从1983年开始研制Windows系统，最初的研制目标是在MS-DOS的基础上提供一个多任务的图形用户界面。第一个版本的Windows1.0于1985年问世，它是一个具有图形用户界面的系统软件。1987年推出了Windows2.0版，最明显的变化是采用了相互叠盖的多窗口界面形式，但这一切都没有引起人们的关注。直到1990年推出的Windows3.0成为一个重要的里程碑，它以压倒性的商业成功确定了Windows系统在个人计算机领域的垄断地位。现今流行的Windows窗口界面的基本形式是从Windows3.0开始基本确定的。