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计算机的诞生与发展，及其特点
计算机基本常识
一、计算机的概念：
计算机是一种能迅速而高效的自动完成信息处理的电子设备，它能按照程序对信息进行加工、处理、存储。
二、计算机的诞生与发展
1、诞生：
1946年，美国为计算弹道轨迹而研制成功了世界第一台计算机。
2、发展：
阶段时间逻辑器件应用范围
第一代1946——1958真空电子管科学计算、军事研究
第二代1959——1964晶体管数据处理、事物处理
第三代1965——1970集成电路包括工业控制的各个领域
第四代1971——今超大规模集成电路应用到了各个领域
三、计算机的主要应用：
1、数值计算：
弹道轨迹、天气预报、高能物理等等
2、信息管理：
企业管理、物资管理、电算化等
3、过程控制：
工业自动化控制，卫星飞行方向控制
4、辅助工程：
CAD、CAM、CAT、CAI等
四、计算机分类：
1、按规模分：
巨、中、小、微
2、按用途分：
专用机、通用机
五、微型机的主要技术指标
1、字长：
知己算计能够直接处理的二进制数据的位数。
单位为位（BIT）
2、主频：
指计算机主时钟在一秒钟内发出的脉冲数，在很大程度上决定了计算机的运
算速度。
3、内存容量：
是标志计算机处理信息能力强弱的一向技术指标。
单位为字节（BYTE）。
8BIT=1BYTE1024B=1KB1024KB=1MB
4、外存设备：
一般指软盘、硬盘、光盘。
六、计算机的特点
计算机的运算速度快、计算精度高、存储功能强、具有逻辑判断能力和自动运行能力。
计算机在现代社会中的应用
在现代社会，计算机已广泛应用到军事、科研、经济、文化等各个领域，成为人们一个不可缺少的好帮手。
在科研领域，人们使用计算机进行各种复杂的运算及大量数据的处理，如卫星飞行的轨迹、天气预报中的数据处理等。
由于计算机能高速、准确地进行运算，因此，人们往往需要花费数天、数年时间甚至一辈子才能完成的计算任务，计算机只需很短时间就能完成。
在学校和政府机关，每天都涉及大量数据的统计与分析，有了计算机，工作效率就大大提高了。
在工厂，计算机为工程师们在设计产品时，提供了有效的辅助手段，现在，人们在进行建筑设计时，只要输入有关的原始数据，计算机就能自动处理并绘出各种设计图纸。
在生产中，用计算机控制生产过程的自动化操作，如温度控制、电压电流控制等，从而实现自动进料、自动加工产品以及自动包装产品等等。
计算机广泛应用于工业生产中，加速了工厂生产的自动化。
在国外，有人形象地将工厂自动化（可简称为FA）解释为：
FA=数控自动机床+自动装置+计算机辅助设计（简称CAD）+计算机辅助制造（简称CAM）+计算机辅助测试（简称CAT）
在企业，计算机为管理人员提供了办公自动化系统，通过它，企业人员能及时了解每一天的运作情况，并由此调整及制定工作计划。
在国外，有人形象地将办公室自动化（英文缩写为OA）解释为：
OA=微电子信息处理机+计算机通信系统+其他电子办公设备
具体地说，所谓OA，就是包括以个人计算机为核心的办公室事务处理机、传真机、复印机、智能电话、图象文字处理机等，能使办公室处理实现自动化作业。
在许多行业，由计算机控制的机器人代替人类进行劳动，大大减轻了人类的劳动强度，提高了生产效率。
计算机正广泛应用于教案领域，计算机辅助教案（简称CAI）正将计算机技术与数学、物理、化学、英语、语文、生物、音乐等各学科教案结合起来，内容丰富、形象生动有趣的教案软件提高了学生们的学习兴趣，增强了教案效果；此外，将课程内容及练习编成软件，计算机还可以成为我们的一位百问不厌的家庭老师。
在大商店与超级市场，人们用计算机收款与结帐，迅速而又准确。
在银行，人们把计算机用通讯线路联成网络，这样银行就有了通存通兑的服务。
人们还可以不用现金而使用信用卡消费，计算机将人们带到了一个“无现金”的时代。
由于有了计算机网络，一个称为“无纸贸易”的时代已经到来，被称为EDI（电子数据交换）的技术正风靡全球。
现在，人们的交流已越来越多，要求信息的传送速度更快、传送的_____范围更广，“信息高速公路“也就应运而生了。
其中，Internet（中文意思是：
国际交互网络）已拥有了数千万个用户，用户只要把自己的计算机接到这一网络中，就可以与全世界联络，你坐在家中就能获取该系统上的各种信息，如电子新闻、电子图书资料和电子邮件（E-mail）等。
计算机正在进入家庭，给人们的生活方式带来了深刻变化，全自动洗衣机（洗衣过程由计算机控制）为人们免去了洗衣的烦恼，空调器与电冰箱（由计算机根据温度的变化控制其运作）为人们带来一个清凉的世界。
在一些先进国家的家庭中，各种家用电器用网络连接起来，人们通过声控、遥控实现了家务劳动自动化，使人们的生活质量有了很大的提高。
计算机还可以充当人们生活中的好帮手，如储存朋友们的电话和地址、管理家庭里的收支帐目等等。
计算机还能为人们提供文字处理的工具，这样人们可以直接使用计算机写文章和写信。
现在，有不少的作家与记者都是使用计算机写作的，有不少机关和公司的文员使用计算机起草文件、打印报表、编写各种业务报告。
在今天的报社和出版社，已经采用以计算机为主要工具的电子排版系统，取代了有近千年历史的活字印刷技术。
计算机还能把家里的视听设备连接起来形成多媒体计算机，利用它人们不仅可以听音乐、看电影，还能够把其中的声音和画面剪辑下来，然后按照自己的意愿加工与处理，形成自己的音像“产品”供自己或家人欣赏。
计算机的工作原理
半个世纪以来，计算机已发展成为一个庞大的家族，尽管各种类型的性能、结构、应用等方面存在着差别，但是它们的基本组成结构却是相同的。
现在我们所使用的计算机硬件系统的结构一直沿用了由美籍著名数学家冯·诺依曼提出的模型，它由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大功能部件组成。
随着信息技术的发展，各种各样的信息，例如：
文字、图像、声音等经过编码处理，都可以变成数据。
于是，计算机就能够实现多媒体信息的处理，如图2-7所示。
图2-7图象、文字、声音等信息转成数据的示意图
各种各样的信息，通过输入设备，进入计算机的存储器，然后送到运算器，运算完毕把结果送到存储器存储，最后通过输出设备显示出来。
整个过程由控制器进行控制。
计算机的整个工作过程及基本硬件结构如图2-8所示：
图2-8计算机系统的基本硬件组成及工作原理
总线与接口
从外型上看，微型计算机硬件系统是由主机和外设（I/O设备）两大部分组成的总线结构。
所谓总线，就是在模块与模块之间或者设备与设备之间供求传送信息、相互通信的一组公用信号线，是系统在主控器的控制下，将发送器（模块或设备）发出的信息准确地传送给某个接收器（模块或设备）的信息载体或通路。
总线的特点在于其公用性，如果是两个模块或设备间的专用线就不称为总线了。
●为了准确无误传送信息，总线按其信号线性质不同一般可分三组。
一是地址总线（AB）：
在它上面传送的是地址信息，CPU用此信息寻找数据的存放地址。
地址线一般为CPU发出的单向总线。
●二是数据总线（DB）：
此总线负责计算机内部各部件之间、内部与外设之间的数据交换。
数据线一般是双向的，既可读，也可写。
●三是控制总线（CB）：
这组总线传送控制信号，控制计算机各部件之间按所设定的程序有条不紊地工作。
其中数据总线和地址总线比较简单，各种型号不同但位数相同的CPU，其DB和AB基本相同，功能也比较单纯。
计算机中数的表示
●计算机中要处理的数分无符号数和有符号数两种，有符号数在计算机中用“0”
表示正数，“1”表示负数。
●原码：
用“0”表示正数，“1”表示负数，用这种方法表示的数称为原码。
用
这种数进行两个异号数相加或两个同号数相减时很不方便。
为了将减法运算转
换为加法运算，需要引入反码和补码的概念。
●对于正数：
反码＝原码，对于负数：
除符号位外，其他各位分别0,1取反。
例：
原码01000101，其补码为01000101原码11000101，其补码为10111010。
●补码：
正数的补码＝原码_____，对于负数：
补码＝反码＋1。
例：
01000101的补码为01000101，11000101的补码为10111011。
●总之：
正数的原码＝反码＝补码，负数的补码＝反码＋1
计算机网络的基本概念
1.计算机网络定义
计算机网络是地理上分散的计算机资源的集合,它们彼此用传输介质互联起来,遵守共同的协议相互通信,以便用户随时随地能共享信息资源和交换信息。
2.计算机网络的功能
计算机网络的功能主要体现在三个方面：
信息交换、资源共享、分布式处理。
⑴信息交换
这是计算机网络最基本的功能,主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。
用户可以在网上传送电子邮件、发布新闻消息、进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。
⑵资源共享
所谓的资源是指构成系统的所有要素,包括软、硬件资源,如：
计算处理能力、大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息。
由于受经济和其他因素的制约,这些资源并非（也不可能）所有用户都能独立拥有,所以网络上的计算机不仅可以使用自身的资源,也可以共享网络上的资源。
因而增强了网络上计算机的处理能力,提高了计算机软硬件的利用率。
⑶分布式处理
一项复杂的任务可以划分成许多部分,由网络内各计算机分别协作并行完成有关部分,使整个系统的性能大为增强。
3.计算机网络分类
计算机网络的分类方式有很多种,可以按地理范围、拓扑结构、传输速率和传输介质等分类。
⑴按地理范围分类
①局域网LAN（LocalAreaNetwork）
局域网地理范围一般几百M到10km之内,属于小范围内的连网。
如一个建筑物内、一个学校内、一个工厂的厂区内等。
局域网的组建简单、灵活,使用方便。
②城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）
城域网地理范围可从几十公里到上百公里,可覆盖一个城市或地区,是一种中等形式的网络。
③广域网WAN（WideAreaNetwork）
广域网地理范围一般在几千公里左右,属于大范围连网。
如几个城市,一个或几个国家,是网络系统中的最大型的网络,能实现大范围的资源共享,如国际性的Internet网络。
⑵按传输速率分类
网络的传输速率有快有慢,传输速_____率快的称高速网,传输速率慢的称低速网。
传输速率的单位是b/s（每秒比特数,英文缩写为bps）。
一般将传输速率在Kb/s—Mb/s范围的网络称低速网,在Mb/s—Gb/s范围的网称高速网。
也可以将Kb/s网称低速网,将Mb/s网称中速网,将Gb/s网称高速网。
网络的传输速率与网络的带宽有直接关系。
带宽是指传输信道的宽度,带宽的单位是Hz（赫兹）。
按照传输信道的宽度可分为窄带网和宽带网。
一般将KHz—MHz带宽的网称为窄带网,将MHz—GHz的网称为宽带网,也可以将kHz带宽的网称窄带网,将MHz带宽的网称中带网,将GHz带宽的网称宽带网。
通常情况下,高速网就是宽带网,低速网就是窄带网。
⑶按传输介质分类
传输介质是指数据传输系统中发送装置和接受装置间的物理媒体,按其物理形态可以划分为有线和无线两大类。
①有线网
传输介质采用有线介质连接的网络称为有线网,常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维。
●双绞线是由两根绝缘金属线互相缠绕而成,这样的一对线作为一条通信线路,由四对双绞线构成双绞线电缆。
双绞线点到点的通信距离一般不能超过100m。
目前,计算机网络上使用的双绞线按其传输速率分为三类线、五类线、六类线、七类线,传输速率在10Mbps到600Mbps之间,双绞线电缆的连接器一般为RJ-45。
●同轴电缆由内、外两个导体组成,内导体可以由单股或多股线组成,外导体一般由金属编织网组成。
内、外导体之间有绝缘材料,其阻抗为50Ω。
同轴电缆分为粗缆和细缆,粗缆用DB-15连接器,细缆用BNC和T连接器。
●光缆由两层折射率不同的材料组成。
内层是具有高折射率的玻璃单根纤维体组成,外层包一层折射率较低的材料。
光缆的传输形式分为单模传输和多模传输,单模传输性能优于多模传输。
所以,光缆分为单模光缆和多模光缆,单模光缆传送距离为几十公里,多模光缆为几公里。
光缆的传输速率可达到每秒几百兆位。
光缆用ST或SC连接器。
光缆的优点是不会受到电磁的干扰,传输的距离也比电缆远,传输速率高。
光缆的安装和维护比较困难,需要专用的设备。
②无线网
采用无线介质连接的网络称为无线网。
目前无线网主要采用三种技术：
微波通信,红外线通信和激光通信。
这三种技术都是以大气为介质的。
其中微波通信用途最广,目前的卫星网就是一种特殊形式的微波通信,它利用地球同步卫星作中继站来转发微波信号,一个同步卫星可以覆盖地球的三分之一以上表面,三个同步卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。
⑷按拓扑结构分类
计算机网络的物理连接形式叫做网络的物理拓扑结构。
连接在网络上的计算机、大容量的外存、高速打印机等设备均可看作是网络上的一个节点,也称为工作站。
计算机网络中常用的拓扑结构有总线型、星型、环型等，如图1.6.1所示。
①总线拓扑结构
总线拓扑结构是一种共享通路的物理结构。
这种结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局域网的连接,总线一般采用同轴电缆或双绞线。
总线拓扑结构的优点是：
安装容易,扩充或删除一个节点很容易,不需停止网络的正常工作,节点的故障不会殃及系统。
由于各个节点共用一个总线作为数据通路,信道的利用率高。
但总线结构也有其缺点：
由于信道共享,连接的节点不宜过多，并且总线自身的故障可以导致系统的崩溃。
②星型拓扑结构
星型拓扑结构是一种以中央节点为中心,把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。
这种结构适用于局域网,特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。
这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。
星型拓扑结构的特点是：
安装容易,结构简单,费用低,通常以集线器（Hub）作为中央节点,便于维护和管理。
中央节点的正常运行对网络系统来说是至关重要的。
③环型拓扑结构
环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构。
信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备,每一台设备都配有一个收发器,信息在每台设备上的延时时间是固定的。
这种结构特别适用于实时控制的局域网系统。
环型拓扑结构的特点是：
安装容易,费用较低,电缆故障容易查找和排除。
有些网络系统为了提高通信效率和可靠性,采用了双环结构,即在原有的单环上再套一个环,使每个节点都具有两个接收通道。
环型网络的弱点是,当节点发生故障时,整个网络就不能正常工作。
④树型拓扑结构
树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树,与总线拓扑结构相比,主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。
这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆,用于军事单位、政府部门等上、下界限相当严格和层次分明的部门。
树型拓扑结构的特点：
优点是容易扩展、故障也容易分离处理,缺点是整个网络对根的依赖性很大,一旦网络的根发生故障,整个系统就不能正常工作。
4.计算机网络协议及网络模型
⑴网络协议
在计算机网络中一系列的通信规则称为网络协议,如数据的格式是怎样的,以什么样的控制信号联络,具体传送方式是什么,发送方怎样保证数据的完整性、正确性,接收方如何应答等等。
这一系列工作就是网络协议需要完成的功能。
常见的网络协议有IPX/SPX,TCP/IP等。
⑵网络互联模型
计算机联网是随着用户的不同需要而发展起来的,是一个非常复杂的系统。
不同的开发者可能会使用完全不同的方式满足使用者的需求,由此产生了不同的网络系统和网络协议。
在同一网络系统中网络协议是一致的,节点间通信是方便的,在不同的网络系统中网络协议很可能不一致,这种不一致给网络连接和网际网之间节点的通信造成了很大的不方便。
为了解决这个问题,国际标准化组织ISO（InternationalStandardizationOrganization）于1981年推出“开放系统互联结构模型”即OSI（OpenSystemInterconnection）标准。
该标准的目标是希望所有的网络系统都向此标准靠拢,消除不同系统之间因协议不同而造成的通信障碍,使得在互联网范围内,不同的网络系统可以不需要专门的转换装置就能够进行通信。
OSI不是一个实际的物理模型,而是一个将网络协议规范化了的逻辑参考模型。
OSI根据网络系统的逻辑功能将其分为七层,并对每一层规定了功能、要求、技术特性等,但没有规定具体的实现方法。
OSI仅仅是一个标准,而不是特定的系统或协议。
网络开发者可以根据这个标准开发网络系统,制定网络协议。
网络用户可以用这个标准来考察网络系统、分析网络协议。
图1.6.3是OSI七层模型图。
图1.6.3OSI七层参考模型
通常把计算机网络分成通信子网和资源子网两大部分。
OSI参考模型的低三层：
物理层、数据链路层和网络层归于通信子网的范畴。
高三层：
会话层、表示层和应用层归于资源子网的范畴。
传输层起着承上启下的作用。
计算机网络系统的组成
计算机网络系统是一个集计算机硬件设备、通信设施、软件系统及数据处理能力为一体的,能够实现资源共享的现代化综合服务系统。
计算机网络系统的组成可分为三个部分,即硬件系统,软件系统及网络信息系统。
1.硬件系统
硬件系统是计算机网络的基础。
硬件系统有计算机、通信设备、连接设备及辅助设备组成,如图1.6.4所示。
硬件系统中设备的组合形式决定了计算机网络的类型。
下面介绍几种网络中常用的硬件设备。
⑴服务器
服务器是一台速度快,存储量大的计算机,它是网络系统的核心设备,负责网络资源管理和用户服务。
服务器可分为文件服务器、远程访问服务器、数据库服务器、打印服务器等,是一台专用或多用途的计算机。
在互联网中,服务器之间互通信息,相互提供服务,每台服务器的地位是同等的。
服务器需要专门的技术人员对其进行管理和维护,以保证整个网络的正常运行。
⑵工作站
工作站是具有独立处理能力的计算机,它是用户向服务器申请服务的终端设备。
用户可以在工作站上处理日常工作,并随时向服务器索取各种信息及数据,请求服务器提供各种服务（如传输文件,打印文件等等）。
⑶网卡
网卡又称为网络适配器,它是计算机和计算机之间直接或间接传输介质互相通信的接口,它插在计算机的扩展槽中。
一般情况下,无论是服务器还是工作站都应安装网卡。
网卡的作用是将计算机与通信设施相连接,将计算机的数字信号转换成通信线路能够传送的电子信号或电磁信号。
网卡是物理通信的瓶颈,它的好坏直接影响用户将来的软件使用效果和物理功能的发挥。
目前,常用的有10Mbps、100Mbps和10Mbps/100Mbps自适应网卡,网卡的总线形式有ISA和PCI两种。
⑷调制解调器
调制解调器（Modem）是一种信号转换装置。
它可以把计算机的数字信号“调制”成通信线路的模拟信号,将通信线路的模拟信号“解调”回计算机的数字信号。
调制解调器的作用是将计算机与公用电话线相连接,使得现有网络系统以外的计算机用户,能够通过拨号的方式利用公用电话网访问计算机网络系统。
这些计算机用户被称为计算机网络的增值用户。
增值用户的计算机上可以不安装网卡,但必须配备一个调制解调器。
⑸集线器
集线器（Hub）是局域网中使用的连接设备。
它具有多个端口,可连接多台计算机。
在局域网中常以集线器为中心,用双绞线将所有分散的工作站与服务器连接在一起,形成星形拓扑结构的局域网系统。
这样的网络连接,在网上的某个节点发生故障时,不会影响其他节点的正常工作。
集线器分为普通型和交换型（Switch）,交换型的传输效率比较高,目前用的较多。
集线器的传输速率有10Mbps、100Mbps和10Mbps/100Mbps自适应的。
⑹网桥
网桥（Bridge）也是局域网使用的连接设备。
网桥的作用是扩展网络的距离,减轻网络的负载。
在局域网中每条通信线路的长度和连接的设备数都是有最大限度的,如果超载就会降低网络的工作性能。
对于较大的局域网可以采用网桥将负担过重的网络分成多个网络段,当信号通过网桥时,网桥会将非本网段的信号排除掉（即过滤）,使网络信号能够更有效地使用信道,从而达到减轻网络负担的目的。
由网桥隔开的网络段仍属于同一局域网,网络地址相同,但分段地址不同。
⑺路由器
路由器（Router）是互联网中使用的连接设备。
它可以将两个网络连接在一起,组成更大的网络。
被连接的网络可以是局域网也可以是互联网,连接后的网络都可以称为互_____联网。
路由器不仅有网桥的全部功能,还具有路径的选择功能。
路由器可根据网络上信息拥挤的程度,自动地选择适当的线路传递信息。
在互联网中,两台计算机之间传送数据的通路会有很多条,数据包（或分组）从一台计算机出发,中途要经过多个站点才能到达另一台计算机。
这些中间站点通常是由路由器组成的,路由器的作用就是为数据包（或分组）选择一条合适的传送路径。
用路由器隔开的网络属于不同的局域网地址。
2.软件系统
计算机网络中的软件按其功能可以划分为数据通信软件、网络操作系统和网络应用软件。
⑴数据通信软件
数据通信软件是指按着网络协议的要求,完成通信功能的软件。
⑵网络操作系统
网络操作系统是指能够控制和管理网络资源的软件。
网络操作系统的功能作用在两个级别上：
在服务器机器上,为在服务器上的任务提供资源管理。
在每个工作站机器上,向用户和应用软件提供一个网络环境的“窗口”。
这样,向网络操作系统的用户和管理人员提供一个整体的系统控制能力。
网络服务器操作系统要完成目录管理,文件管理,安全性,网络打印,存储管理,通信管理等主要服务。
工作站的操作系统软件主要完成工作站任务的识别和与网络的连接。
即首先判断应用程序提出的服务请求是使用本地资源还是使用网络资源。
若使用网络资源则需完成与网络的连接。
常用的网络操作系统有：
Netware系统、WindowsNT系统、Unix系统和Linux系统等。
⑶网络应用软件
网络应用软件是指网络能够为用户提供各种服务的软件。
如浏览查询软件,传输软件,远程登录软件,电子邮件等等。
⒊网络信息系统
网络信息系统是指以计算机网络为基础开发的信息系统。
如各类网站、基于网络环境的管理信息系统等
TCP/IP协议
TCP/IP是一组协议，包括上百个各种功能的协议，其中TCP和IP是最核心的
两个协议。
TCP/IP协议把Internet网络系统描述成具有四个层次功能的网络模型。
1.链路层：
这是TCP/IP结构的第一层，也叫网络接口层，其功能是提供网络相邻节点间的信息传输_____以及网络硬件和设备驱动。
2.网络层：
（IP协议层）其功能是提供源节点和目的节点之间的信息传输服务，包括寻址和路由器选择等功能。
3.传输屋：
（TCP协议）其功能是提供网络上的各应用程序之间的通信服务。
4.应用层：
这是TCP/IP最高层，其功能是为用户提供访问网络环境的手段，主要提供FTP、TELNET、GOPHER等功能软件。
IP协议适用于所有类型网络。
TCP协议则处理IP协议所遗留的通信问题，为应用程序提供可靠的通信连接，并能自动适应网络的变化。
TCP/IP目前成为最为成功的网络体系结构和协议规范。
IP域名
Internet从创建至今，已经成为一个遍布全球的信息网，它将世界上大大小小的网络组合起来，使网络的每台计算机都能在它上面交换各种信息。
但是尽管Internet上连接了无数的服务器、PC，但它们却并不是处于杂乱无章的混乱状态。
那么Internet上面的这些计算机又是如何井井有条实现网络通讯和数据、信息共享的呢？
就让我们从Internet的IP地址说起吧。
现在的Internet最早起源于60年代末期美国国防部的ARPAnet（阿帕网）
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