小学生电脑知识基础培训.docx
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小学生电脑知识基础培训
一、电子计算机的历史和发展
1、历史
1946年2月14日，世界上第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。
全称是“电子数值积分和计算机”，英文名字是“ElectronicNumericalIntegratorAndComputer”简称ENIAC（埃尼阿克）。
第二次世界大战期间，美国军方要求宾州大学莫奇来（Mauchly）博士和他的学生爱克特（Eckert）设计以真空管取代继电器的"电子化"电脑--电子数字积分器与计算器，目的是用来计算炮弹弹道。
“埃尼阿克”共使用了18000个电子管，另加1500个继电器以及其它器件，其总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米，需要用一间30多米长的大房间才能存放，是个地地道道的庞然大物。
这台耗电量为140千瓦的计算机，运算速度为每秒5000次加法，或者400次乘法，比机械式的继电器计算机快1000倍。
当“埃尼阿克”公开展出时，一条炮弹的轨道用20秒种就能算出来，比炮弹晒身的飞行速度还快。
埃尼阿克的存储器是电子装置，而不是靠转动的“鼓”。
它能够在一天内完成几千万次乘法，大约相当天一个人用台式计算机操作40年的工作量。
它是按照十进制，而不是按照二进制来操作。
但其中也用少量以二进制方式工作的电子管，因此机器在工作中不得不把十进制转换为二进制，而在数据输入，输出时再变回十进制。
“埃尼阿克”最初是为了进行弹道计算而设计的专用计算机。
但后来通过改变插入控制板里的接线方式来解决各种不同的问题，而成为一台通用机。
“埃尼阿克”程序采用外部插入式，每当进行一项新的计算时，都要重新连接线路。
有时几分种或几十分种的计算，要花几小时或1~2天的时间进行线路连接准备，这是一个致命的弱点。
它的另一个弱点是存储量太小，至多只能存20个10位的十进制数。
英国无线电工程师协会的蒙巴顿将军把“埃尼阿克”的出现誉为“诞生了一个电子的大脑”，“电脑”的名称由此流传开来。
两位发明人莫奇来和爱克特ENIAC使用的电子管
2、发展
代别
第一代
第二代
第三代
第四代
年代
1946－1956
1957－1964
1965－1975
1975至今
电子器件
电子管
晶体管
中、小规模集成电路
大规模、超大规模集成电路
内部存储器
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓
磁芯、磁鼓、半导体存储器
半导体存储器
外部存储器
打孔纸带、磁带
磁带
磁盘
磁盘、闪存
运算速度
（次/秒）
5千—4万
几十万－百万
百万—几百万
几百万－亿亿
二、计算机的类别和基本结构
1、类别
按照计算机的体积大小，可划分为超级计算机、大型计算机、小型计算机和微型计算机（简称微机）。
超级计算机一般占据数百平方米的地面空间，由几百个机柜模块组成，使用光纤连接，水循环冷却，一般应用于某些科学计算和国防工程。
由国防科大研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。
在2014年6月23日公布的全球超级计算机500强榜单中，中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度连续第三次获得冠军。
大型计算机、小型计算机体积依次减小。
小型计算机一般有张桌子大小，一般应用于某些计算中心的机房或大公司的某些特殊用途。
小型计算机曾用来表示一种多用户、采用终端/主机模式的计算机，它的规模介于大型计算机和个人电脑之间。
有的厂商可能会用其他名称代替。
微型计算机简称微机，也就是我们日常使用的个人电脑（PC），包括了小型服务器、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑等。
尽管看起来一点也不“微型”，但是相对于早期计算机系统和现代的超级计算机系统，个人电脑也称得上微型了。
随着技术的发展，还出现了单片机和手持式计算机。
单片机是指把组成计算机的各个模块：
CPU、内存、存储器、控制器等集中制作在一小块芯片上，专用于实现单一的功能，如电梯控制、自动门、红绿灯控制等。
单片机普通包含在各种工业设备和家用电器中，普通家庭里的电视机、冰箱、数码相机里都有它的身影。
手持式计算机一般以我们常见的各种科技设备出现，如导航仪、刷卡收银机，最常见的是各种智能手机。
2、计算机的基本结构
计算机的结构主要分为五个部分：
1.控制器（Control）：
是整个计算机的中枢神经，其功能是对程序规定的控制信息进行解释，根据其要求进行控制，调度程序、数据、地址，协调计算机各部分工作及内存与外设的访问等。
2.运算器（Datapath）：
运算器的功能是对数据进行各种算术运算和逻辑运算，即对数据进行加工处理。
注：
个人电脑里的中央处理器（CPU）集成了控制器和运算器两大功能。
3.存储器（Memory）：
存储器的功能是存储程序、数据和各种信号、命令等信息，并在需要时提供这些信息。
注意：
存储器分为内部存储器和外部存储器两大类，属于计算机五大部分的，是内部存储器。
内部存储器又分为只读存储器（ROM—ReadOnlyMemory）和随机存储器（RAM—RandomAccessMemory）。
ROM用于存放某些固定程序和数据，如部分系统引导程序等，内容只能被调用，不能用普通方法重写或修改，也不会因断电而消失。
RAM用来供系统和用户进行临时暂存程序和数据、中间结果数值等，保存在外部存储器中的程序和数据，需要调入RAM中，才会被计算机处理。
RAM中的数据可以被写入和修改，不能永久保存，一旦断电，信息就会消失。
4.输入（Inputsystem）：
输入设备是计算机的重要组成部分，输入设备与输出设备合称为外部设备，简称外设，输入设备的作用是将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机。
常见的输入设备有键盘、鼠标器、光电输入机、磁带机、磁盘机、光盘机等。
5.输出（Outputsystem）：
输出设备与输入设备同样是计算机的重要组成部分，它把外算机的中间结果或最后结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息输出出来。
微机常用的输出设备有显示器、打印机、激光印字机、绘图仪及磁带、光盘机等。
上面说到，存储器分为内部存储器和外部存储器，其中的内部存储器属于计算机五大部分之一。
而外部存储器，是指在五大部分之外的存储设备，用于长久保存程序和数据，在需要运行时，这些程序和数据才会被装载进RAM中。
常见的外部存储器有：
磁盘（硬盘）、光盘驱动器、闪存（U盘）等。
一般把输入设备、输出设备和外部存储器统称为外部设备，简称外设。
三、二进制和十六进制
计算机由电子电路组成，如果要按人类的十进制进行处理和运算，就要求电子电路必须要有十种状态来代表自然数0到9，这在技术上很难实际。
即使强行把电压分为十个等级来代表0到9，当外部电压电流不稳定时，很容易就造成数据错误。
而电路最稳定、最容易区分的只有两种状态，如：
开关的接通和断开、晶体管的导通和截止、电压的高电平和低电平等。
所以，只有采用二进制，电子器件才有可能设计成运算逻辑电路。
由于二进制数每个位只有两个可能的数字，当表达一个简单数字时，写出来的内容就很长，例如十进制的36，用二进制表达就是100100，这不利于程序员进行书写和交流，因为4位二进制数正好对应1位十六进制数，所以很多情况下，把二进制转化为十六进制进行书面表达。
十进制、二进制和十六进制对照表：
十进制
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
二进制
0
1
10
11
100
101
110
111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
十六进制
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
1、十进制的特点
一个十进制数1357.89，用（1357.89）10表示，它的含义是：
1×103+3×102+5×101+7×100+8×10－1+9×10－2
由此归纳出十进制的表述公式：
2、二进制数转十进制数
一个二进制数1011.01，用（1011.01）2表示，它的含义是：
1×23+0×22+1×21+1×20+0×2－1+1×2－2
由此得到二进制转十进制的公式：
3、十六进制数转十进制数
一个十六进制数3D7.A6，用（3D7.A6）16表示，它的含义是：
3×162+13×161+7×160+10×16－1+6×16－2
由此得到十六进制转十进制的公式：
4、十进制数转二进制数
一个十进制数（215）10，把它转为二进制数：
215
除2
余1
107
除2
余1
53
除2
余1
26
除2
余0
13
除2
余1
6
除2
余0
3
除2
从下往上排列余数
余1
1
除2
余1
0
把余数从下往上排列，得到结果：
（215）10=（11010111）2
5、十进制数转十六进制数
一个十进制数（215）10，把它转为十六进制数：
215
除16
余7
13
除16
从下往上排列余数
余13
0
把余数从下往上排列，得到结果：
（215）10=（D7）16
6、十六进制转二进制
把（3D7.A6）16转为二进制数：
因为每位十六进制数对应4位二进制数，可查对照表得出结果：
3
D
7
.
A
6
0011
1101
0111
.
1010
0110
注意：
对应的每组4位二进制数，不足4位的，在前面补0。
结果：
（3D7.A6）16=（1111010111.1010011）2
7、二进制转十六进制
把（1010110.101）2转为十六进制
从小数点往前，每4位为一组，不足4位则在前面补0；从小数点往后，每4位为一组，不足4位则在后面补0。
0101
0110
.
1010
5
6
.
A
结果：
（1010110.101）2=（56.A）16
四、存储器容量、网络速度和软件硬件的概念
1、存储容量的单位
二进制的每一个位称为“位”（bit），可用小写的b来表示。
每8个二进制位称为一个“字节”（Byte），可用大写的B来表示。
计算机的存储器，不论是内存、硬盘、U盘、存储卡，它们的容量都是按字节来算的，一千个字节为1KB（Kilo千），一千个KB为1MB（Mega兆），一千个MB为1GB（Giga吉），一千个GB为1TB（Tera泰），一千个TB为1PB（Peta皮）。
对于硬盘和U盘等存储器，生产厂商对其容量的标示，每一级是按十进制的1000来计算的，即：
1PB＝1000TB＝1000×1000MB＝1000×1000×1000KB＝1000×1000×1000×1000B
然而Windows操作系统对于存储器的容量，每一级是按210＝1024来计算的，即：
1PB＝1024TB＝1024×1024MB＝1024×1024×1024KB＝1024×1024×1024×1024B
所以，在Windows系统中看到的磁盘容量，会比磁盘生产厂家的标示容量小一些。
下图是120GB的硬盘，在Windows下看到的容量大小。
2、网络速度的单位
与磁盘容量不同，网络速度是以二进制位来计算的。
例如bps，表示每秒传输多少个二进制位，相应的还有kbps、Mbps、Gbps等，分别表示每秒传输多少千位、兆位、G位。
因为8个二进制位为一字节，所以，要得到每秒的传输字节数，除以8即可。
下图是某服务商的宽带上网广告
3、硬件系统
硬件系统即机器系统，是指计算机主机及其外围设备。
包括CPU、内存、主板、磁盘、机箱、显示器、键盘、鼠标、打印机等。
硬件系统决定了计算机的性能。
4、软件系统
软件系统是指决定计算机如何运算的程序及其相关数据文件。
用户通过软件系统，才能管理计算机硬件，让硬件发挥出最大设计效能。
计算机软件分为两大类：
系统软件和应用软件。
系统软件负责直接管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。
计算机用户和其他软件将计算机通过系统软件间接操作计算硬件，而不必去管底层具体是如何工作的。
系统软件常见的有：
1、操作系统（OperatingSystem，简称OS），例如DOS、Windows、Unix、Linux等；2、数据库系统，例如Access、MSSQLServer等；3、编译软件，用于将编写的程序翻译成机器能执行的二进制代码，例如VisualBasic、VisualC++等。
应用软件是专门为实现某一特定功能而编制的软件，例如文字处理、音乐播放、影片播放、电子表格等等。
此外，还有一种特殊的系统软件，称为基本输入输出系统（BasicInputOutputSystem，简称BIOS）,它是由主算机主板生产厂商在出厂时写入ROM芯片上的程序，用户不能通过普通方法对它进行修改和删除。
它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。
其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。
BIOS的设置介面：
系统软件和应用软件的关系：
用户
应用软件
操作系统
BIOS
硬件
五、操作系统的发展
1946年第一台计算机诞生到20世纪50年代中期，还未出现操作系统，计算机工作采用手工操作方式。
程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带（或卡片）装入输入机，然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存，接着通过控制台开关启动程序针对数据运行；计算完毕，打印机输出计算结果；用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后，才让下一个用户上机。
这些将语言内置的电脑只能由操作人员自己编写程序来运行，不利于设备、程序的共用。
为了解决这种问题，就出现了操作系统，这样就很好实现了程序的共用，以及对计算机硬件资源的管理。
计算机操作系统的发展经历了两个阶段：
第一个阶段为单用户、单任务的操作系统；第二个阶段是多用户、多任务和分时操作系统。
单用户、单任务的操作系统，外观特点是以命令行的方式对电脑设备和文件进行管理，只有当一条命令执行完毕后，才能执行下一条命令。
典型代表是微软的MSDOS操作系统。
下图为MSDOS的界面：
多用户、多任务和分时操作系统的外观特点是图像化的界面，输入设备除了键盘之外，还使用鼠标、触控屏进行操作管理，能同时处理多个任务，允许多个用户同时登录操作，典型的代表是Windows、Unix、Linux。
1985年11月微软发布的第一代窗口式多任务系统，它使PC机开始进入了所谓的图形用户界面时代。
但该操作系统还不能脱离MSDOS而独立存在，直到1995年，Windows95的发布，才使Windows成为一个独立的操作系统。
下图为Windows95的界面：
UNIX操作系统，于1969年在AT&T的贝尔实验室开发，具有多用户、多任务的特点，支持多种处理器架构。
当时的UNIX拥有者AT&T公司以低廉甚至免费的许可将Unix源码授权给学术机构做研究或教学之用，许多机构在此源码基础上加以扩充和改进，形成了所谓的“Unix变种”，这些变种反过来也促进了Unix的发展。
最著名的变种之一是由加州大学柏克莱分校开发的BSD。
BSD在发展中也逐渐派生出3个主要的分支：
FreeBSD、OpenBSD和NetBSD。
Unix因为其安全可靠，高效强大的特点在服务器领域得到了广泛的应用。
直到GNU/Linux流行开始前，Unix也是科学计算、大型计算机、超级计算机等所用操作系统的主流。
下图为运行在PC机上的BSD和Unix的吉祥物：
Linux是目前全球最大的一个自由软件，它是一个可与UNIX和Windows相媲美的操作系统，具有完备的网络功能。
Linux最初由芬兰人LinusTorvalds开发，其最重要的特点是免费和源代码公开（开源），任何人都可以在其基础上进行修改。
其源程序在Internet网上公布以后，引起了全球电脑爱好者的开发热情，许多人下载该源程序并按自己的意愿完善某一方面的功能，再发回到网上，Linux也因此被雕琢成为一个全球最稳定的、最有发展前景的操作系统。
Linux的开源特点，使得多个公司在其基础上开发了多个不同的Linux版本，比较著名的有Redhat、Ubuntu，以及我国的红旗、麒麟操作系统等。
此外，Google公司的手机操作系统Android，也是在其基础上修改而来。
与Unix系统专用于服务器、大型机、超级计算机不同，Linux的各个版本横跨了从掌上电脑、台式电脑到超级计算机的不同领域。
下图为Ubuntu操作系统界面及Linux的标志图案：
苹果操作系统MacOSX是美国苹果公司开发的、封闭式的操作系统，它只能运行于苹果系列电脑上，而不能安装在PC机上。
目前最新的系统版本是MacOSX10.10Yosemite，于2014年6月发布。
iOS是苹果公司的手机操作系统，同样也是封闭式的，只能运行于苹果公司的iPhone系列手机上。
下图为苹果电脑上的MacOSX10操作系统和iPhone手机上的iOS操作系统：
Android（安卓）操作系统是Google公司在Linux基础上开发的平板电脑和手机操作系统，因其具有免费使用的特点，所以被许多硬件生产厂商安装到出厂的平板电脑和智能手机上，成为近年来最为流行的手机操作系统。
因为Android操作系统的应用软件是用JAVA语言写的，相对于其它操作系统用C/C++写的应用软件而言，运行效率要低一些。
所以在相同硬件的情况下，Android系统的速度显得稍慢。
下图是是安装在平板电脑和智能手机上的Android系统，以及Android标志图像：
一般来说，不同的操作系统，只能安装在指定体系架构的电脑上；同样，不同操作系统的应用软件，只能运行在它们各自的操作系统上，而不能运行在其它操作系统上。
因此，开发一款应用软件，必须针对具体的某个操作系统。
如果需要在不同的操作系统上运行，只能对不同的操作系统，使用不同的开发工具，编写同一个软件的不同版本。
虽然软件名称相同，就工作量而言，实际上已经是在开发不同的软件了。
下图是不同硬件体系和对应的操作系统：
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