大学计算机基础 南京师范大学出版社 第二章 计算机硬件.docx
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大学计算机基础南京师范大学出版社第二章计算机硬件
连云港广播电视大学大学计算机基础教案
第二章节第一节计算机硬件的基本结构
年级：
高中一年级课时：
1课时备课时间：
【教学目标】１.知识目标
了解计算机硬件设备的功能及特点。
２.技能目标
能够正确指认计算机硬件设备和区分常见的输入、输出设备。
３.情感目标
通过分组学习的方式，培养学生的合作意识、研究探索精神，树立将来为祖
国的科技发展做出贡献的信心。
【教学重点】计算机硬件设备的组成及各部件的名称与实物的对应
【教学难点】了解计算机硬件的功能及特点
【授课时间】一课时
【教学方法】讲解法、图片展示法、实物操作法、任务驱动法
【教学过程】
一、课程导入
同学们，你们好！
我是徐水职教中心的姜继红，希望我们今天一起学习后大家能有所收获。
通过前面的学习，我们已经了解了计算机的基本工作原理和基本结构，知道了微型计算机是由硬件系统和软件系统组成的。
计算机的硬件和软件相辅相成，缺一不可。
下面就请大家和我一起去初步了解计算机的硬件系统。
二、新课讲授
那么，什么是硬件呢？
明确：
通常，人们把能看得见摸得着的电子物理配件称为硬件。
提问：
你所知道的计算机硬件都有哪些呢？
（鼓励回答后，幻灯片出示硬件图片）
接下来让我们一起来看一看这些硬件都有什么功能。
（出示幻灯片４）
图片为根据冯诺依曼原理绘制的计算机基本结构图。
根据图的描述，计算机要想完成一个任务，首先要我们将原始数据和编好的程序放入到计算机中去，那么这些程序和数据是如何进入计算机的呢？
对，通过输入设备。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、数码相机等。
1．中央处理器
中央处理器称为CPU（CentralProcessingUnit），它的主要技术指标之一是主频，主频表示CPU的内部工作频率。
主频越高，表明CPU的运算速度越快，当然性能也越好。
在微型计算机（简称微机或个人计算机）中，CPU又称为微处理器，其典型代表是Intel公司的Pentium系列产品。
例如，PentiumII的主频在233～450MHz之间，而PentiumIII的主频可达800MHz。
通常，人们所说的微机速度是指CPU的主频。
它主要由控制器和运算器组成，是计算机的核心部件。
（1）运算器
运算器（ArithmeticalUnit）的主要功能是完成对数据的算术运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。
在控制器控制下，运算器对取自存储器或其内部寄存器的数据按指令码的规定进行相应的运算，并将结果暂存在内部寄存器或送到存储器中。
（2）控制器
控制器（ControlUnit）是计算机中指令的解释和执行结构，其主要功能是控制运算器、存储器、输入输出设备等部件协调动作。
控制器工作时，从存储器取出一条指令，并指出下一条指令所在的存放地址，然后对所取指令进行分析，同时产生相应的控制信号，并由控制信号启动有关部件，使这些部件完成指令所规定的操作。
这样逐一执行一系列指令组成的程序，就能使计算机按照程序的要求，自动完成预定的任务。
2．存储器
存储器（Memory）是用来存储程序和数据的部件，是计算机的重要组成部分。
在实际应用中，用户先通过输入设备将程序和数据放在存储器中，运行程序时，由控制器从存储器中逐一取出指令并加以分析，发出控制命令以完成指令的操作。
在计算机中，存储器容量以字节（Byte，简写为B）为基本单位，一个字节由8个二进制位（bit）组成。
存储容量的表示单位除了字节以外，还有KB、MB、GB、TB（可分别简称为K、M、G、T，例如，128MB可简称为128M）。
其中：
1KB＝1024B
1MB＝1024KB
1GB＝1024MB
1TB＝1024GB
实际应用中，人们总希望存储器能存储的数据越多越好，即存储容量越大越好；从存储器读出或向存储器写入数据的速度越快越好，即存取周期越短越好。
但是，由于技术和价格上的原因，存储器的存储容量和存取周期之间存在着矛盾。
因此，在计算机中，一般把存储器分成主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。
主存储器与CPU直接相连，存放当前正在运行的程序和有关数据，存取速度快，但价格较贵，容量不能做得太大，目前微型计算机的内存配置一般为128MB；辅助存储器存放计算机暂时不用的程序和数据（需要时才调入内存），存取速度相对较慢，但价格比较便宜，容量可以做得很大，例如，现在的硬盘存储容量通常为几十GB。
（1）主存储器
主存储器，也称内存储器，简称内存，是微型计算机主机的组成部分。
内存由高速的半导体存储器芯片组成，是计算机运行过程中临时存放程序和数据的地方。
计算机工作时，把要处理的数据，先从外存调入内存，再从内存调入CPU；CPU处理完毕后，将数据送到内存，最后保存到外存。
微型计算机的内存根据其工作方式的不同，可分为RAM和ROM。
1）RAM（RandomAccessMemory）
RAM是随机存取存储器，其中的数据可随机地读出或写入，是用来存放从外存调入的程序和有关数据以及从CPU送出的数据。
人们通常所说的内存实际上指的是RAM。
目前，微型计算机的内存容量有64MB、128MB、256MB等。
需要指出的是，计算机断电后，RAM中的数据将完全丢失。
因此，用户在结束计算机操作时，应该将新建或做过修改的程序及相应的文件保存到外存。
2）ROM（ReadOnlyMemory）
ROM是只读存储器，占内存的很小一部分，在通常情况下CPU对其只取不存。
因此，ROM一般用来存放一些固定的、专用程序或数据。
（2）辅助存储器
由于主存储器的容量有限，所以计算机的外部设备中都配有辅助存储器。
辅助存储器，也称外存储器，简称外存。
外存容量可以很大，能存放大量的暂时不用的程序和数据。
目前，计算机上经常使用的外存有软盘、硬盘和光盘等。
1）软盘
软盘是一张圆形软塑料薄片，表面涂覆可记录信息的磁性材料，被封装在一个方形的保护套中。
软盘因操作使用极为方便，加之价格低廉，而成为计算机中使用最为广泛的一种外存。
软盘按其尺寸来分，有5．25英寸盘（即5寸盘）和3．5英寸盘（即3寸盘）两种；按其数据存放的密度来分，有双密度盘（DoubleDensity，简写为DD，即低密盘）和高密度盘（HighDensity，简写为HD，即高密盘）；按其使用面数分，有单面盘（SingleSide，简写为SS）和双面盘（DoubleSide，简写为DS）。
现在计算机上主要使用的是容量为1．44MB的3英寸双面高密盘。
3寸盘的封套上有一个可移动的金属套，起保护读写窗口的作用。
封套的下角还有一个称为写保护口的小方孔，在它的反面有一块可移动的小塑料滑块。
若把该小滑块推向盘片的边缘，使小方孔打开，软盘就处于写保护状态，即只能从该盘读取数据，而不能写入数据。
注意，必须将软盘正确插入相应的软盘驱动器中，才能对它进行读写操作。
此外，软盘不能任意弯曲，也不能放在多尘、过潮、太热或强磁场的环境中。
2）硬盘
硬盘通常固定在计算机的主机箱内，是计算机最重要的外存储器。
硬盘具有比软盘大得多的容量和快得多的速度，而且可靠性高，使用寿命长。
计算机的操作系统、大量的应用软件和数据都存放在硬盘上。
硬盘由多片表面涂覆磁性材料的金属薄膜盘片叠装而成，密封固定在硬盘驱动器里，不能随意更换。
对于盘片中存放数据的每个面，都有一个相应的读写磁头。
3．基本输入输出设备
输入（Input）设备用于输入程序和所需处理的原始数据（包括文本、图形、图像、声音等）；输出（Output）设备用于输出计算机的运行或数据处理结果。
目前，微型计算机上使用的基本输入设备是键盘和鼠标器，基本输出设备是显示器。
（1）键盘
键盘是计算机中最基本的输入设备。
键盘上排列了字母、数字、符号键等。
通过按键操作，可把命令、程序和数据等信息手工输入到计算机中。
根据键数的不同，键盘可分为101键、104键及带有播放VCD/CD和上网功能键的多媒体键盘。
104键与101键相比，多了3个Windows专用键。
（2）鼠标器
鼠标器简称鼠标，是计算机系统中的辅助输入设备。
其外形小巧，移动自然，尾部有一条连接计算机的电缆，状似老鼠，故得其名。
鼠标是一种"指点"设备，它的表面有2个或3个按键，通过鼠标可对操作对象进行单击、双击、拖动等操作，在菜单式软件、图形软件中，使用尤为方便灵活。
在Windows系统中，鼠标已成了必备的输入控制工具。
（3）显示器
显示器是计算机最基本的输出设备，也是人机对话的主要工具。
计算机通过显示屏向用户提供各种应用软件的操作界面，用户可以通过这些界面输入数据、选择各种功能、获知程序运行的结果等。
无论是输出文字，还是图形或图像，显示器屏幕上总是用光点（像素）来构成输出内容，因此，点距越小越好，例如，0．25mm。
此外，光点的行列数越多，分辨率越高，例如，显示分辨率为1024×768，表示每屏有1024×768个光点。
显示器从显示颜色来分，有单色和彩色之分；从显示屏幕大小来分，有14英寸、15英寸、17英寸和21英寸等多种规格。
4．其他外围设备
计算机除了基本输入输出设备以外，其他常用的输入设备有扫描仪、数字化仪、磁卡读入机和条形码阅读器，常见的输出设备有打印机和绘图仪。
如果要通过电话线传输数据（例如，上网冲浪），还应该配置调制解调器，即Modem。
（1）扫描仪
扫描仪是目前常用的一种输入图片和文字的计算机外围设备。
它是利用光学扫描原理，从纸上"读出"文字或图形、图像，然后把获得的信息送入计算机，由计算机通过识别软件对读入的信息进行分析与处理。
例如，通过OCR（光学字符识别软件），可将扫描的文本（图像信息）转换为可供文字处理软件使用的文本信息。
（2）数字化仪
数字化仪是由平板和连接的手动定位器组成，主要用于输入工程图纸、地图等。
用户可以通过手动定位器（或定位笔）方便地获得每条线段的端点坐标，从而实现线条图形的输入。
（3）磁卡读入机和条形码阅读器
磁卡读入机和条形码阅读器广泛应用于图书管理、身份验证、商品销售与管理中，它是利用电磁和光电转换原理，把预先制作在卡上或条形码中的数字信息读入计算机。
（4）打印机
打印机能把计算机输出的程序内容和运行结果打印在纸上，以便阅读和保存。
打印机的种类很多，常用的有点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机等。
点阵式打印机，又称针式打印机，它通过打印头中的钢针击打色带，在打印纸上打印出字符或图形的点阵。
点阵式打印机按打印头针数可分为16针、24针和48针等。
点阵式打印机的打印速度较慢，噪声较大，打印质量也不高，但打印成本较低，能打印连续纸，并且能对票据进行复印式打印。
喷墨打印机是一种非击打式打印机，它通过喷墨头将带电的墨水喷出，由聚焦和偏转系统将墨水定位，在打印纸上印出文字、符号和图像。
喷墨打印机按打印分辨率分，有360DPI（每英寸360点）、720DPI和1440DPI等。
喷墨打印机具有价格低、体积小、重量轻、噪声低等特点，打印质量明显高于点阵式打印机，但其打印成本较高。
和喷墨打印机一样，激光打印机也是一种非击打式打印机。
它的打印原理类似于复印机：
接到打印命令后，首先把要输出的字符和图像等信息转化成数字信号，并把这些输出信息在磁鼓上形成静电潜像，转化为磁信号，然后利用磁信号把碳粉吸附到纸上，经高压定影后输出。
激光打印机是页式打印机，其特点是打印速度快、质量高、无噪声，但价格也较高。
（5）绘图仪
绘图仪用于在纸上输出线条图形，它是CAD（计算机辅助设计）系统的主要输出设备。
（6）Modem
Modem是调制解调器的英文名称，是用以实现计算机处理的数字信号同电话线传输的模拟信号之间转换的装置。
调制的作用是将计算机输出的数字信号转换为模拟信号；解调的作用是将接收的模拟信号转换为计算机能够处理的数字信号。
通过电话线路进行拨号上网，Modem是一个不可缺少的设备，它通常有内置式和外置式两种。
数据传输速率是Modem的重要技术指标，单位为bps（位/秒），即"每秒钟传送多少位数据"。
目前使用的Modem的数据传输速率一般为36．6Kbps和56Kbps。
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第二章节第二节常用输入设备
第三节常用输出设备
第四节外存储器
年级：
高中一年级课时：
3课时备课时间：
【教学目标】１.知识目标 了解计算机硬件设备的功能及特点。
２.技能目标 能够正确指认计算机硬件设备和区分常见的输入、输出设备。
３.情感目标 通过分组学习的方式，培养学生的合作意识、研究探索精神，树立将来为祖国的科技发展做出贡献的信心。
【教学重点】计算机硬件设备的组成及各部件的名称与实物的对应
【教学难点】了解计算机硬件的功能及特点
【授课时间】三课时
【教学方法】讲解法、图片展示法、实物操作法、任务驱动法
【教学过程】
一、课程导入
同学们，你们好！
我是徐水职教中心的姜继红，希望我们今天一起学习后大家能有所收获。
通过前面的学习，我们已经了解了计算机的基本工作原理和基本结构，知道了微型计算机是由硬件系统和软件系统组成的。
计算机的硬件和软件相辅相成，缺一不可。
下面就请大家和我一起去初步了解计算机的硬件系统。
二、新课讲授
那么，什么是硬件呢？
明确：
通常，人们把能看得见摸得着的电子物理配件称为硬件。
提问：
你所知道的计算机硬件都有哪些呢？
（鼓励回答后，幻灯片出示硬件图片）
接下来让我们一起来看一看这些硬件都有什么功能。
（出示幻灯片４）
图片为根据冯诺依曼原理绘制的计算机基本结构图。
根据图的描述，计算机要想完成一个任务，首先要我们将原始数据和编好的程序放入到计算机中去，那么这些程序和数据是如何进入计算机的呢？
对，通过输入设备。
常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、数码相机等。
（1）键盘
键盘是最常用的输入设备，用来输入字符和数字。
随着计算机应用的变化，键盘有多种多样。
在外观上，一些符合人体工程的键盘更容易得到用户的青睐。
现在PC用户普遍采用的是104键盘，PS/2接口，还有一些高档键盘采用无线连接。
（2）鼠标
鼠标是必备的输入设备之一，主要功能是进行光标定位或用来完成某种特定的输入。
目前常用的鼠标是机械式鼠标、光电式鼠标和光机式鼠标。
机械式鼠标结构简单，价格便宜，但准确度和灵敏度稍差。
光电式鼠标速度快，准确度和灵敏度高，但需要专门的垫板。
光机式鼠标结合了两者的优点，是目前最流行的一种鼠标。
使用鼠标使计算机的某些操作更容易、更方便、更有趣，它对计算机的普及具有伟大的贡献。
（3）扫描仪
扫描仪就是将照片、书籍上的文字和图片获取下来，以图片文件的形式保存在计算机中的一种输入设备。
（4）数码相机、摄像头
它们都不是计算机的常规外设，但可以拓展计算机的使用功能，人们可以根据需要选择是否需要配置。
我们采集好了外界的原始数据，也敲入了忆编好的程序，那么这些数据和程序又放在什么地方呢？
对，放在存储器中。
存储器具有存储和记忆的功能。
它分为内存储器和外存储器。
１、内存储器
内存储器是电脑的一个临时存储器，它只负责电脑数据的中转而不能永久保存，所有的数据都通过内存储器和CPU进行交换的。
它的容量和处理速度直接决定了电脑数据传输的快慢。
它是电脑的核心部件，重要性仅次于CPU。
内存储器分为只读存储器ROM和随机存取存储器RAM。
ROM中的程序只能读出，不能被重新写入，断电后存储内容也不会丢失。
RAM主要用于存储工作时的程序和数据，需要执行的程序或需要处理的数据都必须先装入RAM才能工作，关机后RAM中的存储内容将消失。
微机中的RAM一般集成在一个长方形的小片上，称“内存条”，通常将它插在系统主板上。
主板实际上是一块电路板，是整个电脑的基板，是计算机各部件的连接工具，成为CPU、内存、显卡和各种扩展卡的载体。
主板是否稳定关系着整个电脑是否稳定，主板的速度在一定程度上也制约着整机的速度。
２、外存储器
外存储器主要包括软盘、硬盘、光盘、移动存储器等。
（１）软盘
目前常用软盘规格为3.5英寸，容量为1.44MB，存取速度较慢，但携带方便。
盘片插入到软盘驱动器内（简称软驱），通过驱动器中的磁头读写磁盘中的数据。
在软盘上有一个读写保护孔，若此孔合上，能读出和写入数据；若此孔打开，则只能从软盘上读出数据，不能写入数据，起到对软盘的写保护作用。
（２）硬盘
硬盘是计算机最重要的外存储器，它是程序、各种数据和结果的存放处，里面存储的信息不会由于断电而丢失。
目前微型计算机硬盘容量一般都以吉字节为度量单位了，硬盘容量通常为10-120GB，硬盘存储器的另一个性能指标为转速，现在硬盘的转速一般为7200转/分。
与软盘相比，硬盘容量大，转速快，存取速度高，但是硬盘多固定在机箱内，不便携带。
（３）光盘
光盘利用激光原理存储数字信息。
它的数据存取速度比硬盘要慢一些。
目前计算机中常用的光盘分为两类：
CD光盘和DVD光盘。
计算机上常见的光盘是只读式光盘（CD-ROM），即只能读出信息而不能写入信息，存储量可达约650MB。
光盘存储器存储容量大，数据可长期保存,易携带，价格低。
（４）移动存储器
随着通用串行总线（USB）开始在PC机上出现并逐渐盛行，借助USB接口，移动存储产品也逐步成为现在存储设备的主要成员，替代软盘作为随身携带的存储设备。
常用的移动存储设备有优盘和移动硬盘等。
优盘体积小巧，携带方便，可靠性高，容量一般为32MB～512MB，部分优盘的容量可超过2GB。
移动硬盘体积要比优盘大，但其容量大，一般为20GB～80GB，可以满足大容量数据的存储和备份。
除了优盘和移动硬盘，常见的MP3播放器同时具有优盘的功能。
好了，现在我们已将数据和程序储存并且记忆了，那么计算机并没有完成操作，这时还需要控制器从存储器中逐条读取程序命令，按照程序指令的操作要求，向其他部件发出控制信号，以控制数据的传输和运算，这时就用到了运算器。
前面我们已经讲过，通常运算器和控制器集成在一块芯片上，构成中央处理器，简称CPU，CPU可以进行分析、判断和计算，并控制计算机各部分协调工作。
CPU好比人的大脑，它是计算机的运算和控制中心，是整个计算机系统的核心部件，计算机完成任何任务，都需要通过CPU来实现。
CPU的主要技术参数：
（１）字长
字长就是计算机能同时处理数据的长度。
字长是CPU最重要的一个品质标志，字长越长，计算机的处理能力越强。
（２）CPU主频
主频是CPU内核运行的时钟频率，它表明计算机的工作速度。
频率越高，CPU运行速度就越快。
现在，主流CPU还是Intel和AMD两家的天下：
Intel（英特尔）系列、AMD（超微）系列。
CPU发展也已由286、386、486到奔腾、PⅡ、PⅢ、PⅣ。
最后，运算器将数据处理好后，是通过哪些设备告诉我们呢？
同学们回答的非常正确，是输出设备。
输出设备可以将计算机的工作结果以数字、字符、图表等形式表现出来。
最常用的输出设备是显示器、音箱和打印机等。
（1）显示器
显示器也称监视器或屏幕，是人机交互的窗口，微机使用的显示器主要有两类：
CRT阴极射线管显示器和LCD液晶平面显示器。
以CRT显示器为例说明，显示器的主要性能参数如下：
屏幕大小：
屏幕大小指的是屏幕对角线的尺寸。
显示区域越大，所支持的屏幕分辨率也越高，图形显示效果越好。
目前显示器屏幕一般为15英寸、17英寸、19英寸、21英寸。
现在主流显示器是纯平19吋显示器。
点间距：
点间距指屏幕上相邻两个同色像素单元间的距离。
点间距越小，越容易得到清晰的显示效果。
现在大多数显示器采用的都是0.25mm或0.24mm的点距。
还有采用0.22mm、0.21mm的高档显示器。
刷新率：
刷新率是指每秒钟刷新荧光屏上画面的次数，以Hz（赫兹）为单位，刷新频率过低会导致屏幕有明显的闪烁感，即稳定性差，容易造成眼睛疲劳。
72Hz垂直刷新率是目前对显示器的最低要求，而85Hz以上的垂直刷新率是比较安全的。
分辨率：
分辨率指的是在屏幕上所显现出来的像素数目，从理论上讲分辨率越高，每行显示的像素也越多，字符、图形也越完整和清晰。
一般计算机选择分辨率800*600就可以满足要求。
（2）音箱
音箱是多媒体计算机不可缺少的部件，通过它可以实现各类软件的发声，市场上有各种性能、各种价格和各种样式的音箱，选择音箱首先要选择专用的防磁音箱，其次要根据试听来鉴别其性能，再次就是考虑外观、形状、颜色和样式。
（3）打印机
打印机是微机的一种常用输出设备，用来把字符、图形、图像打印在纸上。
打印机可以分为击打式和非击打式两大类，击打式主要是针式打印机，非击打式主要有喷墨打印机和激光打印机。
三、巩固记忆
1、学生分为五组，教师播放幻灯片，要求学生们认真观察本组主机的各硬件设备，并回答问题：
（1）图片中各硬件设备的名称。
（2）图片中的输入、输出设备。
（3）CPU内存储器的功能及特点。
2、小组交换一人到对方观看实物，说出主机上各硬件设备的名称。
四、小结
教师播放幻灯片作结，同时要求学生们整理好笔记，使所学知识系统化、条理化。
五、作业
1、通过小组合作方式从网上下载关于计算机硬件的资料，并把它整理归类，供同学们参考。
2、观察、了解计算机硬件设备，为下节课拆、装主机做好准备。
同学们，今天我们只是初步了解了计算机的硬件系统，这只是刚刚掀起计算机面纱的一个小角，计算机机技术发展迅速，未来的世界会有更多知识等待同学们去体验和感受。
只要同学们永远保持强烈的好奇心与探索精神，并有正确的科学方法辅助，我相信未来的世界是属于你们的！
连云港广播电视大学大学计算机基础教案
第二章节第五节计算机基本工作原理
年级：
高中一年级课时：
1课时备课时间：
【教学目标】１.知识目标 了解计算机硬件设备的功能及特点。
２.技能目标 能够正确指认计算机硬件设备和区分常见的输入、输出设备。
３.情感目标 通过分组学习的方式，培养学生的合作意识、研究探索精神，树立将来为祖国的科技发展做出贡献的信心。
【教学重点】计算机硬件设备的组成及各部件的名称与实物的对应
【教学难点】了解计算机硬件的功能及特点
【授课时间】一课时
【教学方法】讲解法、图片展示法、实物操作法、任务驱动法
【教学内容】
计算机的工作原理
1、冯诺依曼原理“存储程序控制”原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的，所以又称为“冯诺依曼原理”。
该原理确立了现代计算机的基本组成的工作方式，直到现在，计算机的设计与制造依然沿着“冯诺依曼”体系结构。
2、“存储程序控制”原理的基本内容①采用二进制形式表示数据和指令。
②将程序（数据和指令序列）预先存放在主存储器中（程序存储），使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令，并加以执行（程序控制）。
③由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机硬件体系结构。
3、计算机工作过程
第一步：
将程序和数据通过输入设备送入存储器。
第二步：
启动运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要做什么事。
第三步：
控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。
第四步：
当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。
计算机的软件分类计算机软件是指计算机运行、管理、应用和维护所需的各种程序、数据及其有关技术文档资料。
只有硬件没有软件的计算机称为“裸机”，
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