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第1章 計算機基礎知識

當今應用計算機技術已經成為人們學習和工作的基本技能，學習計算機 技術需要了解計算機的基本概念、掌握計算機的硬件系統和軟件系統構成的 知識、了解信息在計算機中的表示方法、掌握微型計算機硬件的性能和常用 設備的使用方法。

1.1 計算機的基本概念

※了解計算機的發展過程;

※了解計算機的分類;

※理解計算機的主要特點;

※了解計算機的主要用途;

※了解信息的基本概念。

1.1.1 計算機的發展過程

1.計算機的誕生

計算機是一種能自動運行、具有高速運算能力和信息存儲能力、在程序控制下 完成信息加工工作的電子設備。計算機的出現得益于杰出的學者———馮·諾依曼， 他提出了建立"自動計算系統"設備的設想，這就是目前被廣泛使用的計算機。 馮·諾依曼研究報告提出計算機體系結構的基本思想可以歸納為:

(1)計算機中的程序和數據全部采用二進制數表示。

(2)計算機由輸入設備、存儲設備、運算器、控制器、輸出設備組成。

(3)計算機由存儲程序控制完成有關工作。

按照這個設計思想，1946年世界及時臺電子數字計算機ENIAC(The Elec- tronic Numerical Integrator and Calculator)研制成功。ENIAC的出現奠定了計算 機發展的基礎，具有劃時代的意義。隨著計算機技術的發展，目前計算機已經廣泛 應用到社會的各個領域，計算機成為人們處理信息的重要工具。

2.計算機的發展階段

按照計算機電子元件的構成，計算機的發展經歷了以下階段:

(1)及時代計算機。

電子管計算機時期，屬于計算機發展的初級階段，計算機的運算速度慢，信息 的存儲容量小，主要用于科學計算，采用機器語言(二進制代碼方式)和匯編語言 方式設計程序。

(2)第二代計算機。

晶體管計算機時期，計算機的體積減小，計算機操作系統軟件日益成熟，計算機自動控制能力增強，主要用于科學計算和事務處理，采用類似于自然語言的高級 程序語言設計程序，提高了設計程序的效率。

(3)第三代計算機。

集成電路計算機時期，計算機的體積明顯減小，計算機的運算速度和性能明顯 提高，出現了計算機通信網絡。這一時期微型計算機誕生，計算機廣泛應用于各個 領域，采用計算機高級程序語言設計程序。

(4)第四代計算機。

大規模或超大規模集成電路計算機時期，微型計算機技術和應用發展迅猛，計 算機互聯網絡得到廣泛的應用，計算機應用領域更加廣泛，多媒體信息處理非常簡 便，出現了面向對象的程序設計語言，計算機程序設計的效率更高。但是，計算機 病毒、黑客的出現使得計算機的安全受到威脅。 未來計算機的應用發展趨勢是繼續以互聯網的應用為核心，實現物聯網的應用。 同時為了解決信息處理速度的問題，利用云計算增強計算機網絡的功能和協同工作 的能力。計算機更加便于攜帶，計算機的智能化得到提高。

1.2.2 計算機的分類

計算機按照用途可以分為通用計算機和專用計算機。通用計算機功能齊全、用 途廣泛，專用計算機功能單一。通用計算機按照機器的規模和處理能力可以分為以 下類別:

(1)巨型計算機。

巨型計算機具有很強的計算和處理數據的能力，主要特點表現為高速度和大容 量，配有多種外部設備及豐富的、高功能的軟件系統，運算速度能夠達到每秒數萬 億次。我國研制的銀河系列、曙光系列、天河系列計算機屬于巨型計算機。

(2)大型計算機。

大型計算機采用并行處理器技術，具有很強的數據處理能力。

(3)中型計算機。

中型機主要用于事務數據處理。中型計算機用于銀行系統、證券系統、大型企 業和科研機構的信息管理。

(4)小型計算機。

小型計算機體積小、功能強、維護方便。

(5)微型計算機。

微型計算機體系結構簡單，軟件豐富。微型計算機包括臺式計算機、筆記本電 腦、掌上電腦等多種形式，能夠滿足家庭或移動信息處理的需要。

1.2.3 計算機的特點

計算機具有以下特點:

(1)運算速度快、精度高。 現代計算機運算速度能夠達到每秒數萬億次，數據處理的速度相當快，是其他 任何工具無法做到的是事情。

(2)具有存儲與記憶能力。 計算機可以存儲數值、文字、圖形、圖像、音頻、視頻等不同格式的數據。數 據能夠長期地存放在計算機的磁盤中。

(3)具有邏輯判斷能力。 計算機借助于邏輯運算，可以進行邏輯判斷，并根據判斷結果自動確定下一步 該做什么。

(4)自動化程度高。 利用計算機解決問題時，人們啟動編制好的程序以后，計算機可以自動執行， 一般不需要人工干預，計算機會自動得到運算結果。

(5)計算機通用性強。 目前計算機在很多領域得到了廣泛應用，通過程序完成各種信息加工工作。所 以，計算機具有很強的通用性。

1.2.4 計算機的用途

電子計算機自誕生以來廣泛應用于各個領域。

(1)數值計算。

數值計算是計算機應用的重要領域，數值計算要求量大、計算結果精度高、速 度快。例如，數值計算應用于航天數據計算、氣象數據加工、建筑設計計算、遙感 監測數據處理等方面。

(2)事務信息處理。

事務信息處理是計算機應用最廣泛的領域，事物信息處理主要指文字數據的處 理，包括數據的收集、存儲、加工、傳輸、利用等環節。事務信息處理廣泛應用于 不同領域的信息系統，例如電子政務系統、電子商務系統、辦公自動化系統、企業 的管理信息系統、銀行的金融信息系統、證券信息系統等方面。

(3)自動控制。

利用計算機進行生產、過程的自動控制，可以實現生產、過程的實時數據處理。自動控制的應用提高了生產過程的工作效率。

(4)計算機輔助應用。

計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)技術是指工程技術人員利用 計算機技術對產品和工程項目進行總體設計、繪圖、分析的過程，利用CAD技術 可以提高產品設計、建筑設計的工作效率。 計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)技術應用于產品設 計工作，它可以降低產品制造的成本。 計算機輔助教學(Computer Aided Instruction，CAI)技術，是一種利用計算 機作為教學手段的教學技術，這個技術的應用克服了傳統教學方式受到時間和空間 限制的局限，可以根據學生的不同情況進行教學。

(5)人工智能的應用。

人工智能的應用是指利用計算機可以模擬人的思維、感知、判斷、理解活動 的應用。例如，智能機器人的應用、醫療專家系統診療病情軟件的應用屬于這個 范疇。

(6)計算機網絡的應用。

利用計算機網絡可以實現信息資源的共享，特別是互聯網的應用與人們的生活、 學習和工作密切相關，利用互聯網可以獲得更多的信息資源。

(7)計算機多媒體的應用。

多媒體是指文字、圖片、音頻和視頻信息。利用計算機可以處理多媒體信息資 源，制作、加工和播放多媒體資料文件，給人們帶來娛樂享受。