111计算机的发展与分类.docx
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111计算机的发展与分类
第一部分基础篇
本篇为初学者入门编写，我们将最基本的概念，最基本的操作以最通俗易懂的方式传授给你。
通过本篇的学习可帮助你快速掌握入门的操作方法。
使你知道掌握电脑操作是相当容易和快乐的事，并信心百倍地迫不及待地继续学习下去，相信你肯定会成功的。
第一章计算机基础知识
（基础篇）
本章的内容对于在校学生而言要基本掌握，而对于非在校学生，只是为了掌握计算机实用技能的读者而言，只要大致了解即可。
1.1计算机的发展与分类
1.1.1计算机的发展过程
1946年第一台电子数字计算机ENIAC（electronicnumericalintegratorandcalculator）由美国宾夕法尼亚大学研制成功。
它是一个庞然大物，用了18000多个电子管、1500多个继电器、耗电150kW，重量30吨，占地约150M2。
它奠定了电子数字计算机的基础，在计算机发展史上是一个重要的里程碑。
至今50多年，根据计算机所使用的电子器件，可将计算机的发展划分为4个时代。
①第一代计算机
（1946--1958年）使用电子管作为主要电子器件，其主要特点是体积大、耗电多、重量重、性能低。
这一代计算机的主要贡献是：
·确立了模拟量可变换成数字量进行计算，开创了数字化技术的新时代；
·形成了电子数字计算机的基本结构：
冯·诺依曼结构；
·确定了程序设计的基本方法；
·首创使用阴极射线管CRT（cathode．raytube）作为计算机的字符显示器。
②第二代计算机
（1958--1964年）使用晶体管作为主要电子器件，由于晶体管的体积只有电子管的二十分之一左右，因此而使得计算机的体积和耗电量大大地减小。
成本降低，性能明显提高，这一代计算机的主要贡献是：
·开创了计算机处理文字和图形的新阶段；
·高级语言已投入使用；
·开始有了通用机和专用机之分；
·开始使用鼠标作为输入设备。
③第三代计算机
（1965—1971年）使用小规模集成电路SSI（smallscaleintegration）和中规模集成电路MSI（mediumscaleintegration）作为主要电子器件。
由于集成电路可以把几十个上千个晶体管做在一个很小的芯片上，因此这一时期的计算机它的电路变得更加复杂，而相对的元件的体积有了几十倍甚至上千倍地减小。
而且这种集成电路所消耗的功率也比晶体管更小，由这种集成电路构成的计算机运算能力有了很大的提高，而它的体积却大大地减少，消耗的能量也更少。
这一代计算机的主要贡献是：
·运算速度已达到100万次／秒以上；
·操作系统更完善；．
·序列机的推出，较好地解决了“硬件不断更新，而软件相对稳定”的矛盾；
·机器可根据其性能分成巨型机、大型机、中型机和小型机。
④第四代计算机
（20世纪70年代初至今）使用大规模集成电路LSI（1argescaleintegration）和超大规模集成电路VLSI（verylargescaleintegration）作为主要电子器件。
在这种超大规模集成电路上面，制作了几千万甚至上亿个个晶体管。
这样就使得它的电路极为复杂。
因此它的运算能力也极为强大，正是由于这种高技术的集成电路的应用，才使得今天我们可以人人用得上计算机，使计算机成为我们生活、工作、学习必不可少的工具。
作为第四代计算机的典型代表——微型计算机应运而生。
1971年Intel公司使用大规模集成电路率先推出微处理器4004，成为计算机发展史上一个新的里程碑，宣布第四代计算机问世。
从此，计算机进入一个崭新的发展时期，涌现出采用LSI、VLSI构成的各种不同规模、性能各异的新型计算机。
微型计算机从4位、8位、16位、32位至64位字长迅速增长，速度越来越快，容量越来越大，其性能已赶上甚至超过20世纪70年代的中、小型机水平。
微型机以其小巧玲珑、性能稳定、价格低廉，尤其是对环境没有特殊要求为特点，吸引了众多的用户，不仅站稳了脚跟，而且是飞速发展。
20世纪80年代微型机进入全盛时期，速度、容量等性能飞速提高。
目前已进入网络计算机时代，计算机集文字、图形、声音、图像于一体。
有人说是1993年“信息高速公路”计划的提出，促进计算机与通信相结合，形成了各种规模的计算机网络，从局域网、城域网、广域网到国际互联网，计算机发展前途无量。
1.1.2计算机的分类
电子计算机从原理上可以分为两大类：
数字电子计算机和模拟电子计算机。
①数字电子计算机
数字电子计算机以数字量（也称不连续量）作为运算对象并进行运算，其特点是运算速度快，精确度高，具有“记忆”（存储）和逻辑判断能力。
计算机的内部操作和运算是在程序控制下自动进行的。
一般不特别说明，计算机指的是数字电子计算机。
数字电子计算机又可以按照不同要求进行划分。
●按设计目的划分
通用计算机：
用于解决各类问题而设计的计算机。
通用计算机既可以进行科学计算、工程计算，又可用于数据处理和工业控制等。
它是一种用途广泛、结构复杂的计算机。
专用计算机：
为某种特定目的而设计的计算机，例如用于数控机床、轧钢控制、银行存款等的计算机。
专用计算机针对性强、效率高、结构比通用计算机简单。
●按用途划分
科学计算工程计算计算机：
专门用于科学计算工程计算的计算机。
工业控制计算机：
主要用于生产过程控制和监测的计算机。
数据计算机：
主要用于数据处理，如统计报表、预测和统计、办公事务处理等。
●按大小划分
巨型计算机：
规模大、速度快的计算机。
目前巨型机的运算速度已达万亿次／秒。
主要用于大型科学与工程计算，如天气预报、地质勘探、航空航天等。
小型计算机：
规模较大、速度较快的计算机。
主要用于一般科学计算、事务处理等。
微型计算机：
体积较小的计算机，如个人计算机、笔记本计算机、掌上计算机等。
②模拟电子计算机
模拟电子计算机是一种用连续变化的模拟量（如电压、长度、角度来模仿实际所需要计算的对象）作为运算量的计算机，现在已经很少使用。
1.2计算机的特点与用途
1.2.1计算机的主要特点
数字计算机的基本工作特点是快速、准确和通用。
由于计算机具有强大的计算和逻辑判断能力，因此计算机能够解决各种复杂的，大数据量的数学和逻辑问题。
1计算机具有自动控制能力
计算机是由程序控制其操作过程的。
只要根据应用的需要，事先编制好程序并输入计算机，计算机就能自动、连续地工作，完成预定的处理任务。
计算机中可以存储大量的程序和数据。
存储程序是计算机工作的一个重要原则，是计算机能自动处理的基础。
2计算机具有高速运算的能力
现代计算机运算速度最高可达每秒若干万亿次，即使是个人计算机，运算速度也可达到每秒几千万到几亿次，远远高于人的计算速度。
3计算机具有记忆能力
计算机拥有容量很大的存储装置，它不仅可以存储处理中所需要的原始数据信息、处理的中间结果与最后结果，还可以存储指挥计算机工作的程序。
计算机不仅能保存大量的文字、图像、声音等信息资料，还能对这些信息加以处理、分析和重新组合，以满足各种应用对这些信息的需求。
4计算机具有很高的计算精度
由于计算机采用二进制数字进行计算，因此可以用增加表示数字的设备和运用计算技巧等手段，使数值计算的精度越来越高，可根据需要获得千分之一到几百万分之一，甚至更高的精确度。
5计算机具有逻辑判断能力
计算机能够进行逻辑运算，并根据逻辑运算的结果选择相应的处理，即具有逻辑判断能力。
当然，计算机的逻辑判断能力是在软件编制时就预定好的，软件编制时没有考虑到的问题，计算机还是无能为力的。
⑥通用性强
计算机能够在各行各业得到广泛的应用，原因之一就是具有很强的通用性。
计算机可以将任何复杂的信息处理任务分解成一系列的基本算术运算和逻辑运算，反映在计算机的指令操作中。
按照各种规律要求的先后次序把它们组织成各种不同的程序，存入存储器中。
在计算机的工作过程中，这种存储指挥和控制计算机进行自动、快速的信息处理，并且十分灵活、方便、易于变更，这就使计算机具有极大的通用性。
同一台计算机，只要安装不同的软件或连接到不同的设备上，就可以完成不同的任务。
1.2.2计算机的主要用途
由于计算机的特点，其应用十分广泛，从人工智能、工业控制，到个人文秘、家庭小管家等。
概括起来，可以分为以下几个方面：
1科学计算（数值计算）
数值计算是计算机最早应用的领域。
计算机根据公式或模型进行计算，其计算工作量大，精确度高，速度快，结果可靠。
2数据处理（信息处理）
计算机能对各种各样的信息进行处理，如收集、传输、分类、查询、统计、分析和存储等。
3自动控制
自动控制是指在工业生产过程中，对控制对象进行自动控制和自动调节的控制方式。
如生产过程自动化、过程仿真、过程控制等。
使用计算机进行控制可以降低能耗，提高生产效率，提高产品质量。
4计算机辅助系统
计算机辅助系统可以帮助人们更好地完成工作、学习等任务，如计算机辅助设计CAD（computeraideddesign）、计算机辅助制造CAM（computeraidedmanufacturing）、计算机辅助工程CAE（computeraidedengineering）、计算机集成制造系统CIMS（computerintegratedmanufacturingsystem）、计算机辅助教学CAI（computeraidedinstruction）等。
⑤人工智能
人工智能是利用计算机来模仿人的高级思维活动，如智能机器人、专家系统等。
这是计算机应用中最诱人，也是难度最大且研究最活跃的领域之一。
1.2.3信息的基本概念
①信息：
是人们由客观事物得到的，使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、图形、图像、语音等所包括的内容。
②数据:
是客观事物的属性的表示，可以是数值数据和各种非数值数据。
对计算机而言，数据是指能够为其处理的经过数字化的信息。
在计算机领域，信息经过转化而成为计算机能够处理的数据，同时也是经过计算机处理后作为问题答案而输出的数据。
未经处理的数据只是基本素材，仅当对其进行适当的加工处理，产生出有助于实现特定目标的信息时对人们才有意义。
可见信息实际上是指经过处理后的数据。
例如，“除去物价上涨因素，本市今年生活指数较去年同期提高了8个百分点”。
这是一条信息，其产生是经大量原始数据资料的分析后得出的结论，而其表现形式是数据但不是简单的数字。
1.3计算机系统的组成
1.3.1计算机中信息的存放形式
一、数值在计算机中的表示形式
计算机中采用二进制是由计算机所使用的逻辑电路器件所决定。
这种逻辑电路器件是具有两种状态的电路（触发器），其好处是：
运算简单、实现方便、成本低。
计算机采用二进制数进行运算，并可通过进制的转换将二进制数转换成人们熟悉的十进制数，并在常用的转换中为了计算方便，还会用到八进制和十六进制的计数方法。
在数学上用一个公式来表示各种进制数的大小与十进制数之间的关系：
其中n表示整数部分的位数,m表示小数部分的位数，A表示第i位数字符号，。
N表示对应的十进制数的大小。
①十进制数
日常生活中人们普遍采用十进制来表示数的大小，十进制的特点是：
．
1）有10个数码：
0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。
人们用这十个数码符号来表示数的大小。
2）它的计数规律是“逢十进一”。
例如：
（169.68）10=l×l02+6×101+9×lO0+6×lO一1+8×lO一2
在上式中N=169.68，而（169.68）括号下面的10表示这个数是十进制数。
1是第三位数字符号。
6是第二位的数字符号、9是第一位数字的符号、6是小数第二位的数字符号，8是小数第一位的数字符号，我们把10的几次方叫“权”，因此l02表示第三位的权，101表示第二位的权，lO0表示第一位的权。
②二进制数
计算机内部采用二进制数进行运算、存储和控制。
二进制的特点是：
1）有两个数码：
0和1。
2）“逢二进一”。
例如：
N=10.75=（1010.11）2=l×23+O×22+l×21+0×20+1×2—1+1×2—2
1010.11
在上式中（1010．11）2括号下面的2表示这个数是二进制数。
1是第4位数字符号。
0是第3位的数字符号、1是第2位数字的符号、0是第1位数字的符号。
1是小数第1位的数字符号，1小数第2位的数字符号是小数，23表示第4位的权，22表示第3位的权，21表示第2位的权。
20表示第1位的权。
计算机采用二进制主要有下列原因：
·二进制只有0和l两个状态，技术上容易实现；
·二进制数运算规则简单；
·二进制数的0和1与逻辑代数的“真”和“假”相吻合，适合于计算机进行逻辑运算；
·二进制数与十进制数之间的转换不复杂，容易实现。
③八进制数
八进制数的特点是：
1）有8个数码：
0，1，2，3，4，5，6，7。
2）“逢八进一”。
例如：
N=（133．3）8=l×82+3×81+3×80+3×8-1
④十六进制数
十六进制数的特点是：
1）有16个数码：
0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。
2）“逢十六进一”。
例如：
N=（2A3．F）16=2×162+10×161+3×160+15×16-1
计算机中采用二进制数，二进制数书写时位数较长，容易出错，所以常用八进制、十六进制来书写。
通常用最后一个字母来标识数制。
例如36D、10101B、760、5AH分别标识十进制、二进制、八进制、十六进制。
表1-1为常用整数各数制间的对应关系。
二、字符编码
①字符编码
在计算机中不能直接存储英文字母或专用字符。
如果想把一个字符存放到计算机中，就必须用二进制代码来表示。
同时，这些字符编码涉及世界范围内的有关信息表示、交换、存储的基本问题，因此必须有一个标准。
大多数计算机采用“ASCII”码作为字符编码。
ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）码即“美国信息交换标准码”。
ASCII码采用7位二进制编码，可以表示128个字符：
10个阿拉伯数字0～9、52个大小写英文字母、32个标点符号和运算符以及34个控制符。
其中，O～9的ASCII码为48～57，A～Z为65～90，a～z为97—122。
ASCII码可以用7位（27=128）来表示，每个字母由8位二进制组成，ASCII码只占7位，最高位置0（或置为校验码）。
十进制
二进制
十六进制
十进制
二进制
十六进制
0
1
2
3
4
5
6
7
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
O
l
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
8
9
A
B
C
D
E
F
表1-1
②汉字编码
汉字编码：
是针对汉字的计算机输入及机内表示设计的内码，用连续的两个字节表示，且规定每个字节的最高位为“1”，这是中国国家标准。
是人们掌握汉字输入方法的依据。
1.3.2计算机硬件系统组成与各部件的主要功能
一、计算机系统的组成
计算机糸统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。
硬件系统是计算机系统的物理装置即计算机的实体部分。
由电子线路、元器件和机械部件等构成的具体装置，是看得见、摸得着的实体。
软件是计算机系统中运行的程序、这些程序所使用的数据以及相应的文档的集合。
计算机系统的基本组成如图1.3.1所示。
中央处理器
主机
内存储器
硬件系统
输入设备
外设输出设备
外存储器
计算机系统
系统软件
软件系统
应用软件
图1.3.1计算机系统的组成
通常人们将运算器和控制器称为中央处理器（centralprocessorunit，CPU），将中央处理器和内存储器合称为主机。
将输入设备、输出设备和外存储器称为外部设备（简称外设）。
下面是有关微处理器、微型计算机和微型计算机系统的基本概念
微处理器：
微型计算机的核心部分是指由一片或几片大规模集成电路组成的，具有运算器和控制器功能的中央处理器（CPU）。
微型计算机：
以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制成的存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机，简称微型计算机。
微型计算机系统：
以微型计算机为中心，配以相应的外围设备、电源和辅助电路，以及指挥微型计算机工作的系统软件，就构成了微型计算机系统。
二、计算机硬件系统的组成及各个部件的主要功能
1946年美籍匈牙利人冯·诺依曼提出了存储程序原理，奠定了计算机的基本结构和工作原理的技术基础。
存储程序原理的主要思想是：
将程序和数据存放到计算机内部的存储器中，计算机在程序的控制下一步一步进行处理，直到得出结果。
按此原理设计的计算机称为存储程序计算机，或称为冯·诺依曼结构计算机。
冯·诺依曼结构计算机由五大部分构成，如图1.3.2所示。
图1.3.2冯·诺依曼结构计算机
1运算器
计算机中进行算术运算和逻辑运算的主要部件，是计算机的主体。
在控制器的控制下，运算器接收待运算的数据，完成程序指令指定的基于二进制数的算术运算或逻辑运算。
2控制器
计算机的指挥控制中心。
控制器对从存储器中取出的指令、逐条分析，然后根据指令要求，产生一系列控制命令，使计算机各部分自动、连续并协调动作，成为一个有机的整体，完成相应操作。
实现程序的输入、数据的输入以及运算并输出结果。
3存储器
存储器是用来保存程序和数据，以及运算的中间结果和最后结果的记忆装置。
计算机的存储系统分为内部存储器（简称内存或主存储器）和外部存储器（简称外存或辅助存储器）。
主存储器中存放将要执行的指令和运算数据，容量较小，但存取速度快。
外存容量大、成本低、存取速度慢，用于存放需要长期保存的程序和数据。
当存放在外存中的程序和数据需要处理时，必须先将它们读到内存中，才能进行处理。
4输入设备
输入设备是用来完成输入功能的部件，即向计算机送入程序、数据以及各种信息的设备。
常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、手写笔、触摸屏等。
5输出设备
输出设备是用来将计算机工作的中间结果及处理后的结果进行表现的设备。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
冯·诺依曼结构的主要特点是：
·存储程序控制：
要求计算机完成的功能，必须事先编制好相应的程序，并输入到存储器中，计算机的工作过程是运行程序的过程。
·程序由指令构成，程序和数据都用二进制数表示。
·指令由操作码和地址码构成。
·机器以CPU为中心。
三、办公及家用微型计算机的硬件组成
①CPU、内存、接口和总线的概念
微型计算机包含了多种系列、档次、型号的计算机。
如IBMPC、HPPC、联想PC等。
这些计算机的共同特点是体积小，适合放在办公桌上使用，而且每个时刻只能一人使用，
图1.3.3PC机的典型结构
因此又称为个人计算机。
图1.3.3是IBMPC系列机的典型结构。
②主板
主板是固定在主机箱箱体上的一块电路板，主板上装有大量的电子元件。
其中主要组件有：
CMOS、基本输入输出系统（basicinputandoutputsystem，BIOS）、高速缓冲存储器（cache）、内存插槽、CPU插槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽（提供ISA、PCI、AGP、PCI-E等扩展槽）、串行接口（COMl、COM2）、并行接口（打印机接口LPTl）等。
因此，主板是计算机各种部件相互连接的纽带和桥梁。
③中央处理器
中央处理器（CPU）是计算机的核心，计算机的运转是在它的指挥控制下实现的，所有的算术和逻辑运算都是由它完成的，因此，CPU是决定计算机速度、处理能力、档次的关键部件。
④存储器
存储器分为内存储器和外存储器，通常简称为内存和外存。
内存是计算机的主要工作存储器，一般计算机在工作时，所执行的指令及处理的数据，均从内存取出。
内存的速度快，但容量有限，主要用来存放计算机正在使用的程序和数据。
外存具有存储容量大、存取速度比内存低的特点，所以它用于存放备用的程序和数据等。
外存中存放的程序或数据必须调入内存后，才能被计算机执行和处理。
常用的外存有磁盘机、磁带机、光盘机等。
1）有关存储容量的术语
计算机中的信息用二进制表示。
计算机的存储器由千千万万个小单元组成，每个单元存放一位二进制数（0或1）。
存储单位使用下列术语：
·位（bit）：
是二进制数的最小单位，通常用“b”表示。
·字节（byte）：
以8位二迸制数组成1个字节，通常用“B”表示。
·字（word）：
由若干个字节组成。
它也是表示有储容量的一个单位，通常我们把计算机一次所能处理的数据的最大位数称为该机器的字长，显然字长越长，一次所处理的信息越多，计算精度越高。
因此，“字长”是计算机功能的一个重要标志。
·存储容量：
计算机内外存储器的容量是用字节（B）来计算和表示的，除B外，还常用KB、MB、GB作为存储容量的单位。
其换算关系如下：
B（字节）1B=8b
KB（千字节）1KB=1024B
MB（兆字节）1MB=1024KB
GB（吉字节）1GB=1024MB
2）内存
内存是计算机用于直接存取程序和数据的地方，因此计算机在执行程序前必须将这些程序装入内存中。
从存储器取出信息称为读出；将信息存入存储器称为写入。
存储器读出信息后，原内容保持不变；向存储器写入信息，则原内容被新内容所代替。
由于内存是由半导体器件构成的，没有机械装置，所以内存的速度远远高于外存。
内存又分如下两种：
·只读存储器ROM（readonlymemory）
只能读而不能写入信息，它一般用来存储固定的系统软件和字库等内容，只能被调用，而不能被重写或修改，也不会因断电而消失。
·随机存取存储器RAM（randomaccessmemory）
可以进行任意的读或写操作，它主要用来存放操作系统、各种应用软件、输入数据、输出数据、中间计算结果以及与外存交换的信息等。
由于RAM用半导体器件组成，一旦断电，信息就会丢失，所以不能永久保留。
·内存容量
它是反映计算机性能的一个很重要的指标，目前常用64MB、128MB、256MB、512MB等，可高达4GB。
3）外存
外部存储器包括软盘、硬盘、光盘和磁带等。
外存的信息存储量大，但由于存在机械运动问题，所以存取速度要比内存慢得多。
由于外存具有很大的存储容量，因此它可以存放大量信息。
它不但存有机器开机后立即要调入的操作系统，而且还存有用户的应用软件、数据等。
由于外存大都由非电子线路来实现（例磁介质、光介质）所以外存上的信息从原理上讲可以长期保留。
外存中存放的程序或数据必须调入内存后，才能被执行和处理。
·软盘
目前常用的软盘有：
3寸盘（3．5英寸），低密度720KB，高密度1．44MB。
超高密度软盘，从200MB到800MB，由于需要专门的软驱，而且盘片价格较高，信息容易丢失。
因而使用不多。
软盘通过磁盘驱动器（简称软驱）来读写信息（磁盘驱动器好比录音机一样，磁盘好比磁带）。
目前微机多使用3．5英寸，1．
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