第一章 認識計算機

計算機文化基礎第一章認識計算機1

目錄【任務1-1計算機的發(fā)展和分類】 【任務1-2計算機的組成】【任務1-3計算機軟件系統(tǒng)】【任務1-4計算機信息編碼】【任務1-5計算機系統(tǒng)的安全與防護】

第一章認識計算機任務1-1計算機的發(fā)展和分類1946年2月15日，世界上第一臺電子計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）誕生于美國賓夕法尼亞大學。ENIAC（如圖1-1所示）有幾間房間那么大，占地170m2，使用了1500個繼電器，18800個電子管，重達30多噸，每小時耗電150kW，耗資40萬美元，真可謂龐然大物。至今人們公認，ENIAC的問世標志著計算機時代的到來，它的出現(xiàn)具有劃時代的歷史意義。1、計算機的發(fā)展3任務1-1計算機的發(fā)展和分類1、計算機的發(fā)展圖1-1第一臺電子計算機ENIAC一角4任務1-1計算機的發(fā)展和分類1、計算機的發(fā)展在此后60多年的發(fā)展歷程中，計算機的發(fā)展已經(jīng)歷了四代，并正在向第五代過渡。習慣上，人們根據(jù)計算機所用的電子元件的變化來劃分計算機的“代”。第一代計算機（1946—1958年）組成計算機的基本電子元件是電子管。其特點是體積大、功耗高、存儲容量小、運算速度在每秒數(shù)千次到數(shù)萬次之間，主要使用機器語言，并開始使用符號語言，主要用于科學計算。5任務1-1計算機的發(fā)展和分類1、計算機的發(fā)展第二代計算機（1958—1964年）組成計算機的基本電子元件是晶體管，計算機主存儲器大量使用磁性材料制成的磁芯，并開始使用磁盤作為外存儲器。計算機的體積縮小了，功耗降低了，存儲容量增大了，穩(wěn)定性提高了，運算速度也提高到每秒幾十萬次。開始使用操作系統(tǒng)及高級程序設計語言，主要應用領域也從以科學計算為主轉向以數(shù)據(jù)處理為主。6任務1-1計算機的發(fā)展和分類1、計算機的發(fā)展第三代計算機（1964—1972年）組成計算機的主要電子元件是集成電路，半導體存儲器取代了沿用多年的磁芯存儲器。與晶體管電路相比，集成電路計算機的體積、重量、功耗都進一步減小，而穩(wěn)定性、運算速度和邏輯運算功能都進一步提高。所使用的操作系統(tǒng)得到了進一步發(fā)展，且出現(xiàn)了多種高級程序設計語言，主要應用于科學計算、數(shù)據(jù)處理及過程控制等領域。7任務1-1計算機的發(fā)展和分類1、計算機的發(fā)展第四代計算機（1972年至今）主要電子元件是大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路，磁盤的存取速度和存儲容量大幅度上升，開始使用光盤作為外存儲介質，計算機的運算速度可達每秒幾百萬次至上億次。而體積、重量和耗電量進一步減少。微處理器的出現(xiàn)，使計算機實現(xiàn)了微型化；多媒體技術、數(shù)據(jù)存儲技術、并行處理技術、多機系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡都得以迅猛發(fā)展；軟件工程的標準化、多種計算機高級語言、Windows操作系統(tǒng)、各類數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的使用，使計算機的應用滲透到了幾乎所有的領域。8任務1-1計算機的發(fā)展和分類2、中國計算機發(fā)展史我國計算機工業(yè)從1956年起步，1958年第一臺電子管計算機DJS－1型試制成功。在1964年，我國制成了第一臺全晶體管電子計算機441－B型。1974年起步開始研制微型機，主要有長城、東海、聯(lián)想、方正等系列產(chǎn)品。在研制大型機及巨型機方面，國防科技大學研制的超級計算機有“銀河”系列和“天河一號”系列，而曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司和國家智能計算機研究開發(fā)中心研制推出“曙光”系列。9任務1-1計算機的發(fā)展和分類2、中國計算機發(fā)展史2010年11月14日，“天河一號”首次進入全球超級計算機500強排行榜并排名全球第一。它是我國首臺千萬億次超級計算機系統(tǒng)，如圖1-2所示，其系統(tǒng)峰值性能為每秒1206萬億次雙精度浮點運算。在“天河一號”中，共有6144個Intel處理器和5120個AMD圖像處理單元(相當于普通電腦中的圖像顯示卡)，“天河一號”廣泛應用于航天、勘探、氣象、金融等眾多領域。圖1-2“天河一號”超級計算機10任務1-1計算機的發(fā)展和分類3、計算機的分類超級計算機超級計算機基本組成組件與個人電腦的概念無太大差異，是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機。擁有最強的并行計算能力，主要用于科學計算。在氣象、軍事、能源、航天、探礦等領域承擔大規(guī)模、高速度的計算任務。通常由大量的CPU和存儲設備組成，是一種專注于科學計算的高性能服務器，而且價格非常昂貴。11任務1-1計算機的發(fā)展和分類3、計算機的分類小型機和刀片服務器服務器通常指一個管理資源并為用戶提供服務的計算機軟件，常見的服務器有文件服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和應用程序服務器等。通常情況下運行上述軟件的計算機（系統(tǒng)）也被稱為服務器，這里提到的服務器，指的是計算機硬件系統(tǒng)。小型機是指采用8-32顆處理器，性能和價格介于個人電腦服務器和大型主機之間的一種高性能64位計算機。小型機與普通個人電腦的區(qū)別在于，它具有高可靠性、高可用性、高服務性三個特點。12任務1-1計算機的發(fā)展和分類3、計算機的分類刀片服務器是指在標準高度的機架式機箱內(nèi)可插裝多個卡式的服務器單元，從而實現(xiàn)高可用和高密度。每一塊“刀片”實際上就是一塊系統(tǒng)主板，加上主板上的CPU等組件，構成了一個個獨立的計算機，刀片服務器實際上是把若干臺計算機放到同一個機架式機箱中進行統(tǒng)一管理。13任務1-1計算機的發(fā)展和分類3、計算機的分類個人計算機個人計算機的概念由IBM公司于1981年最先提出，發(fā)展到現(xiàn)在包括了臺式機、筆記本、一體機、掌上電腦和平板電腦等不同類型的計算機。個人計算機不需要共享其他計算機的處理、磁盤和打印機等資源即可以獨立工作，是人們?nèi)粘Ｉ?、工作中接觸最多、最頻繁的計算機。14任務1-1計算機的發(fā)展和分類3、計算機的分類工業(yè)計算機工業(yè)計算機大量的應用在自動化、控制、監(jiān)測等領域，工業(yè)計算機由于其工作環(huán)境不同，因此在外形和輸入、輸出方面與普通計算機有很大的不同，例如一些工業(yè)計算機為了能夠適應工廠粉塵工作環(huán)境，安裝了密封的防塵罩；一些工業(yè)計算機的輸入設備即各種不同的傳感器，將監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入到計算機單元中，以方便進行計算機處理。15任務1-1計算機的發(fā)展和分類3、計算機的分類移動終端移動終端指的是在移動中能夠使用的計算機，包括智能手機、掌上電腦、筆記本、POS機等類型的計算機。智能手機是最近幾年發(fā)展最快的移動終端設備，以致于移動終端目前基本上特指手機和平板電腦。智能手機像個人電腦一樣，具有獨立的處理器、存儲器等硬件系統(tǒng)，智能手機最大的特點是具有獨立的操作系統(tǒng)，使用者能夠方便自主安裝和卸載軟件和應用。16任務1-1計算機的發(fā)展和分類3、計算機的分類新概念計算機新概念計算機主要在兩個方面體現(xiàn)出于傳統(tǒng)的計算機不同，一個是在芯片的工藝材料商，另外一個就是在外形設計上，無論哪個方面都是對未來計算機的一個展望。在新的工藝上，主要是采用一些納米、光電子技術來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集成電路技術，并且在輸入和輸出端都進行了極大的改進。在外形上，智能眼鏡、智能手表等形形色色的電子產(chǎn)品不斷推出，都顛覆了傳統(tǒng)的計算機概念，未來計算機將成為一個更廣泛的概念。從發(fā)展趨勢看，今后計算機將繼續(xù)朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡化、智能化和多媒體各個方向發(fā)展。17任務1-1計算機的發(fā)展和分類4、計算機的特點計算機之所以在信息處理中起了至關重要的作用，是與其處理問題的特點密不可分，其主要特點有：處理速度快。存儲容量大，存儲時間長。計算精確度高。具有邏輯判斷能力。應用領域廣泛。計算機的應用領域非常廣泛，其中最主要的應用包括科學計算、信息處理、過程控制、計算機輔助系統(tǒng)（計算機輔助教學CAI、計算機輔助設計CAD、計算機輔助制造CAM、計算機輔助測試CAT）、人工智能和計算機網(wǎng)絡等。18任務1-2計算機的組成計算機系統(tǒng)通常由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，如圖1-3所示。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是一個有機的結合體，是組成計算機系統(tǒng)兩個不可分割的部分，相輔相成，缺一不可。圖1-3計算機系統(tǒng)的組成19任務1-2計算機的組成計算機的硬件系統(tǒng)是看得見、摸得著的物理實體，是計算機進行工作的物質基礎。隨著計算機功能的不斷增強，應用范圍的不斷擴展，計算機硬件系統(tǒng)也越來越復雜，但是其基本組成和工作原理還是大致相同的。至今，計算機硬件體系結構基本上還是采用馮?諾依曼結構，即由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件組成，其中運算器和控制器構成了中央處理器（CPU）。它們之間的關系如圖1-4所示，其中細線箭頭表示由控制器發(fā)出的控制信息的流向，粗線箭頭為數(shù)據(jù)信息的流向。馮?諾依曼結構的基本思想是程序存儲和程序控制，即程序和數(shù)據(jù)一樣進行存儲，然后按程序編排的順序一步一步地取出指令，自動完成指令規(guī)定的操作。20任務1-2計算機的組成圖1-4計算機硬件的體系結構21任務1-2計算機的組成中央處理器（CPU）（如圖1-5所示）是計算機最核心的部件，負責統(tǒng)一指揮、協(xié)調計算機所有的工作，它的速度決定了計算機處理信息的能力，其品質的優(yōu)劣決定了計算機的系統(tǒng)性能。中央處理器由運算器和控制器組成。目前市面上流行的品牌主要有Intel、AMD、VIA（威盛）等。1、中央處理器圖1-5Intel酷睿i5微處理器22任務1-2計算機的組成主板（Mainboard）（如圖1-6所示）是計算機中最大的電路板，相當于計算機的軀干，是計算機最基本、最重要的部件之一。主板為中央處理器、內(nèi)存條、顯卡、硬盤、網(wǎng)卡、聲卡、鼠標、鍵盤等部件提供了插槽和接口，計算機的所有部件都必須與它結合才能運行，它對計算機所有部件的工作起著統(tǒng)一協(xié)調的作用。目前，大部分主板上都集成了聲卡和網(wǎng)卡，部分主板還集成了顯卡。常見主板品牌有華碩、技嘉、微星、精英、七彩虹等。2、主板圖1-6主板23任務1-2計算機的組成內(nèi)存儲器（如圖1-7所示）是計算機的記憶中心，主要用于存放當前計算機運行所需的臨時程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)作用不同，內(nèi)存儲器分為只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）。只讀存儲器只能讀取而不能寫入信息，斷電或關機后存儲的信息不會丟失；隨機存儲器既可讀取又可寫入信息，但斷電或關機后存儲的信息會丟失。常見的內(nèi)存條品牌有三星、金士頓、威剛、現(xiàn)代、宇瞻等。3、內(nèi)存儲器（內(nèi)存條）圖1-7內(nèi)存條24任務1-2計算機的組成硬盤（HardDisk）（如圖1-8所示）是計算機中最重要的數(shù)據(jù)存儲設備，計算機中的文件都存儲在硬盤中。硬盤通常被固定在主機箱內(nèi)部，其性能直接影響計算機的整體性能。其特點是速度快、容量大、可靠性高。常見硬盤接口有SATA、IDE和SCSI接口，轉速通常為7200轉/分鐘，容量一般有320GB、500GB、1TB、2TB、3TB等。常見品牌有希捷、西部數(shù)據(jù)等。4、硬盤圖1-8硬盤25任務1-2計算機的組成光盤驅動器（如圖1-9所示）主要用于讀取光盤，光盤具有價格低、壽命長、存儲量大、可靠性高等特點。光盤有CD光盤和DVD光盤，CD光盤的容量約為680MB，單面單層DVD光盤的容量約為4.7GB。光盤驅動器分CD-ROM與DVD-ROM?？啼洐C是指能將數(shù)據(jù)刻錄在光盤上的一種光盤驅動器。DVD光盤刻錄機是時下比較流行的裝機選擇，這種刻錄機既能讀又能寫，不僅能刻錄CD-R光盤、CD-RW光盤，還能刻錄DVD光盤。5、光盤驅動器圖1-9光驅26任務1-2計算機的組成鍵盤是計算機系統(tǒng)中的基本輸入設備，用戶通過鍵盤給計算機下達各種命令、輸入各種數(shù)據(jù)。鼠標是另一個使用頻繁的輸入設備，因其外形像一只拖著長尾巴的老鼠而得名，它利用自身的移動來改變光標在顯示器上的位置，以實現(xiàn)各種操作。6、鍵盤和鼠標27任務1-2計算機的組成顯示器（如圖1-10所示）是計算機最重要的輸出設備，通過顯示器能方便地查看輸入的內(nèi)容和經(jīng)過計算機處理后的各種信息。目前市場上常見的顯示器有CRT（陰極射線管）顯示器和LCD（液晶）顯示器，大小一般有17英寸（1英寸＝2.54厘米）、19英寸、22英寸、24英寸等，長寬比例有4：3和16：9（寬屏）兩種。常見品牌有三星、LG、飛利浦、宏基（Acer）、冠捷（AOC）等。7、顯示器圖1-10CRT顯示器和液晶顯示器28任務1-2計算機的組成顯卡又稱顯示卡、顯示適配器。顯卡是主機與顯示器之間連接的“橋梁”，用于控制計算機的圖形輸出，它的質量和性能決定了計算機的顯示質量。顯卡可分為獨立顯卡（如圖1-11所示）和集成顯卡。獨立顯卡是塊獨立芯片，常用于3D游戲和對圖形顯示要求較高的場合；而集成顯卡是在主板的芯片組中集成了顯示芯片，以實現(xiàn)普通的顯示要求。8、顯卡圖1-11獨立顯卡29任務1-2計算機的組成聲卡是多媒體技術中最基本的組成部分，是實現(xiàn)聲波和數(shù)字信號相互轉換的一種硬件。聲卡常集成在主板中，一般有音頻輸出接口（Lineout），音頻輸入接口（Linein），麥克風接口（Mic）等。9、聲卡30任務1-2計算機的組成網(wǎng)卡又名網(wǎng)絡適配器，是計算機局域網(wǎng)中最重要的連接設備，計算機主要通過網(wǎng)卡連接網(wǎng)絡，它負責在計算機和網(wǎng)絡之間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)卡常集成在主板中。10、網(wǎng)卡31任務1-2計算機的組成機箱是計算機的外殼，從外觀上可分為臥式和立式兩種。機箱一般包括外殼、用于固定軟硬盤驅動器的支架、面板上必要的開關、指示燈等。配套的機箱內(nèi)還有電源。11、機箱及電源32任務1-2計算機的組成打印機（如圖1-12所示）是計算機系統(tǒng)最基本的輸出形式，可以把文字或圖形在紙張上輸出，供用戶閱讀和長期保存。打印機按工作原理分為擊打式打印機和非擊打式打印機兩類。針式打印機是典型的擊打式打印機，它將字模通過色帶和紙張直接接觸而打印出來，針式打印機打印速度慢，噪聲大，但特別適合打印票據(jù)。非擊打式打印機主要有噴墨打印機和激光打印機。噴墨打印機具有打印質量高、體積小、噪聲低、可打印彩色的特點，但打印的墨水價格昂貴。激光打印機打印效果清晰，質量高，而且速度快、噪聲低，它是目前打印速度最快的一種打印機。隨著價格的下降和出色的打印效果，已經(jīng)被越來越多的人所接受。12、打印機圖1-12針式打印機、噴墨打印機、激光打印機33任務1-3計算機軟件系統(tǒng)一個完整的計算機系統(tǒng)是由計算機的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成的。一臺沒有軟件只有硬件的計算機是無法正常工作的，必須為計算機安裝軟件系統(tǒng)，它才能正常工作。計算機的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩類。系統(tǒng)軟件的任務是控制和維護計算機的正常運行，管理計算機的各種資源。而應用軟件則是幫助用戶處理實際任務的，我們可以使用應用軟件播放視頻、處理照片或編寫論文。而系統(tǒng)軟件與應用軟件又分成很多子類，如圖1-14所示。圖1?14計算機的軟件分類34任務1-3計算機軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)是用來控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件資源和軟件資源的組織者和管理者。它在用戶和程序之間分配系統(tǒng)資源，為用戶訪問計算機提供了工作環(huán)境，并使之協(xié)調一致地、高效地完成各種復雜的任務，每個用戶都是通過操作系統(tǒng)來使用計算機資源的。比如，程序執(zhí)行前必須獲得內(nèi)存資源才能將程序裝入內(nèi)存；程序執(zhí)行時要依靠處理器完成算術運算和邏輯運算；執(zhí)行過程中可能還要使用外部設備輸入原始數(shù)據(jù)和輸出計算結果。操作系統(tǒng)會根據(jù)用戶的需要合理而有效地進行資源分配。操作系統(tǒng)既是用戶和計算機的接口，也是計算機硬件和其它應用軟件的接口，操作系統(tǒng)與其他軟件、用戶和硬件的相互關系如圖1-15所示。1、操作系統(tǒng)35任務1-3計算機軟件系統(tǒng)微軟的Windows系列目前大部分的個人計算機都安裝了微軟的Windows操作系統(tǒng)。微軟最初是為IBM開發(fā)的個人計算機（簡稱為IBMPC）提供操作系統(tǒng)的，而IBMPC標準因為采用了開放式架構而獲得大部分硬件廠商的支持，逐漸成為個人桌面計算機的主流。微軟開發(fā)的操作系統(tǒng)也隨著IBMPC系列個人計算機的發(fā)展，而成為目前使用最廣泛的桌面計算機操作系統(tǒng)。微軟開發(fā)的個人計算機操作系統(tǒng)經(jīng)歷了DOS、Windows3.0、Windows95、WindowsXP、Windows7、Windows8等幾個階段，近幾年還為超便攜式計算機設備和智能手機推出了WindowsPhone系列操作系統(tǒng)。2、個人計算機操作系統(tǒng)36任務1-3計算機軟件系統(tǒng)蘋果公司的OS系列蘋果公司是一家非常著名的電子科技產(chǎn)品生產(chǎn)商，蘋果公司的產(chǎn)品既有計算機設備也有其他的電子科技產(chǎn)品。蘋果公司為它的計算機產(chǎn)品提供的是MacOS系列操作系統(tǒng)，后來為全觸摸式平板電腦和智能手機專門開發(fā)了IOS系列操作系統(tǒng)。蘋果先于微軟使用圖形界面和鼠標，它的開發(fā)人員總是走在直觀的用戶界面設計領域的前沿。蘋果的操作系統(tǒng)是被公認的易用、可靠而且安全的操作系統(tǒng)。蘋果操作系統(tǒng)上運行的軟件與其他操作系統(tǒng)是不兼容的，這意味著很多我們非常熟悉的軟件在蘋果的系統(tǒng)上無法運行。蘋果桌面計算機的價格相對其他相同性能的IBMPC系列計算機價格會高一些。2、個人計算機操作系統(tǒng)37任務1-3計算機軟件系統(tǒng)LinuxLinux是一種開放源碼操作系統(tǒng)，存在著許多不同的Linux版本。Linux以它的高效性和靈活性著稱，Linux模塊化的設計結構，使得它既能在價格昂貴的工作站上運行，也能夠在普通的個人計算機上運行。不過目前能在Linux上運行的程序相對比較有限，需要的修補程序較多，普通用戶使用起來還不是很方便。2、個人計算機操作系統(tǒng)38任務1-3計算機軟件系統(tǒng)Android系統(tǒng)Android是谷歌公司推出的，它是一種以Linux為基礎的開放源代碼操作系統(tǒng)，主要用于便攜式計算機設備和智能手機。因為是開放式平臺架構，所以它獲得了很多移動設備生產(chǎn)商的支持。Android目前在智能手機上的占有率是世界第一，遙遙領先于其他的智能手機操作系統(tǒng)。2、個人計算機操作系統(tǒng)