信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

“十四五”高等職業(yè)教育公共課程系列教材

信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

楊菲菲崔立宏◎主編

孫麗娜李鵬宇徐子怡◎副主編

內(nèi)容簡(jiǎn)介

全書共分9章，包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、中文Windows10操作系統(tǒng)、WPS文字、WPS表格、

WPS演示、WPS云文檔、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與Internet、項(xiàng)目管理、人工智能等。

本書適合作為高等職業(yè)院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)用書，也可作為成人教育及其他社會(huì)人員崗位培

訓(xùn)參考用書。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程/楊菲菲，崔立宏主編．—北京：

中國鐵道出版社有限公司，2022.9

“十四五”高等職業(yè)教育公共課程系列教材

ISBN978-7-113-29567-7

Ⅰ.①信…Ⅱ.①楊…②崔…Ⅲ.①電子計(jì)算機(jī)-高等職業(yè)

教育-教材Ⅳ.①TP3

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2022）第149839號(hào)

書名：信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

作者：楊菲菲崔立宏

策劃：祁云編輯部電話：（010）83517321

責(zé)任編輯：祁云賈淑媛

封面設(shè)計(jì)：劉穎

責(zé)任校對(duì)：孫玫

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號(hào)）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市宏盛印務(wù)有限公司

版次：2022年9月第1版2022年9月第1次印刷

開本：787mm×1092mm1/16印張：20.5字?jǐn)?shù)：523千

書號(hào)：ISBN978-7-113-29567-7

定價(jià)：56.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請(qǐng)與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報(bào)電話：（010）63549461

前言

高等職業(yè)教育是以培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用型人才為根本任務(wù)，以適應(yīng)企業(yè)需要為目標(biāo)，

以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主線，其教學(xué)目的應(yīng)充分體現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)即能上崗的根本目標(biāo)，在

教學(xué)內(nèi)容上，基礎(chǔ)理論知識(shí)以必需、夠用為度，熟練應(yīng)用相關(guān)技術(shù)。本書始終以提高學(xué)

生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力為導(dǎo)向，突出技能能力訓(xùn)練，以培養(yǎng)實(shí)用型人才為目標(biāo)，有豐富鮮活的工

作實(shí)踐案例，內(nèi)容豐富，覆蓋面廣，詳略得當(dāng)，重點(diǎn)突出。編寫時(shí)充分考慮了計(jì)算機(jī)學(xué)

科發(fā)展快的特點(diǎn)，著力反映新知識(shí)、新內(nèi)容，使之具有先進(jìn)性。內(nèi)容的選取力圖做到具

有廣泛的代表性，講解通俗易懂。與本書配套的《信息技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)》（沈虹主編，

中國鐵道出版社有限公司出版）同期出版，豐富的實(shí)例訓(xùn)練可以幫助學(xué)生更加深入地理

解本書的內(nèi)容，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

本書是一本能提高學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作技能的實(shí)用教材，主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)

基礎(chǔ)知識(shí)、中文Windows10操作系統(tǒng)、WPS文字、WPS表格、WPS演示、WPS云文檔、

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與Internet、項(xiàng)目管理與人工智能等。

在內(nèi)容組織方面，本書以強(qiáng)化運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力與技巧為主旨，內(nèi)容

力求新穎、嚴(yán)謹(jǐn)、廣泛、實(shí)用。通過學(xué)習(xí)本書，學(xué)生能在較短的時(shí)間內(nèi)提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用

能力和軟件操作能力。

本書由楊菲菲（哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）、崔立宏（哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

任主編，孫麗娜（哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）、李鵬宇（哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）、

徐子怡（哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）任副主編。其中，第1、7章由徐子怡編寫，

第2、9章由楊菲菲編寫，第3、5、6、8章由孫麗娜、李鵬宇編寫，第4章由崔立宏

編寫。

由于編者水平和經(jīng)驗(yàn)有限，加之編寫時(shí)間倉促，書中疏漏與不足之處在所難免，

懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者

2022年6月

目錄

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)12.1.2Windows10操作系統(tǒng)的安裝25

2.2Windows10操作系統(tǒng)28

1.1計(jì)算機(jī)的誕生及發(fā)展12.2.1Windows10操作系統(tǒng)的新增功能28

1.1.1計(jì)算機(jī)的誕生1

2.2.2鼠標(biāo)、鍵盤及指法練習(xí)30

1.1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展2

2.2.3桌面上的圖標(biāo)33

1.1.3微型機(jī)的發(fā)展5

2.2.4任務(wù)欄和“開始”菜單37

1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)5

2.2.5個(gè)性化設(shè)置40

1.1.5未來新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)6

2.3窗口、菜單與對(duì)話框的操作46

1.2計(jì)算機(jī)的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用72.3.1認(rèn)識(shí)Windows窗口46

1.2.1計(jì)算機(jī)的分類7

2.3.2Windows窗口的基本操作48

1.2.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)9

2.3.3窗口的排列50

1.2.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用9

2.3.4菜單操作52

1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)112.3.5對(duì)話框52

1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成11

2.4文件與文件夾54

1.3.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)11

2.4.1認(rèn)識(shí)文件與文件夾54

1.3.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)12

2.4.2文件與文件夾的基本操作55

1.3.4計(jì)算機(jī)語言13

2.4.3管理文件與文件夾60

1.3.5常用數(shù)量單位14

2.5Windows10用戶賬戶管理68

1.4數(shù)制的概念152.5.1管理用戶賬戶68

1.4.1十進(jìn)制16

2.5.2注冊(cè)和登錄Microsoft用戶賬戶72

1.4.2二進(jìn)制16

2.6中文輸入法74

八進(jìn)制

1.4.3162.7附件的應(yīng)用76

1.4.4十六進(jìn)制16

2.7.1計(jì)算器的應(yīng)用76

1.4.5數(shù)制間的相互轉(zhuǎn)換17

2.7.2畫圖的應(yīng)用78

1.4.6計(jì)算機(jī)中的碼制19

2.7.3記事本的應(yīng)用81

1.5信息時(shí)代發(fā)展202.7.4便箋的應(yīng)用83

1.5.1當(dāng)今信息時(shí)代的特征20

2.7.5截圖工具的應(yīng)用83

1.5.2信息時(shí)代的思維方式21

2.7.6錄音機(jī)的應(yīng)用84

1.5.3信息時(shí)代的工作方式22

第3章WPS文字86

1.5.4信息時(shí)代的學(xué)習(xí)方式22

1.5.5信息時(shí)代必備的技能233.1WPS文字基礎(chǔ)知識(shí)86

第2章中文Windows10操作系統(tǒng)243.1.1安裝WPSOffice86

3.1.2卸載WPSOffice88

2.1Windows10概述243.1.3啟動(dòng)和退出WPSOffice90

2.1.1Windows10的版本介紹24

3.1.4WPS文字工作界面91

II信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

3.1.5文檔的創(chuàng)建、保存與打開963.9.3插入文件137

3.2文本的基本操作1003.9.4插入基本圖形138

3.2.1輸入文本及案例1003.9.5插入圖片案例150

3.2.2選定文檔及案例1013.9.6插入藝術(shù)字及案例150

3.2.3移動(dòng)文本1013.9.7插入文本框及案例154

3.2.4復(fù)制文本1023.10表格的編輯與處理154

3.2.5剪貼板的應(yīng)用1023.10.1創(chuàng)建、刪除表格及案例154

3.2.6刪除文本1023.10.2表格的格式化及案例160

3.2.7文本的字體、字號(hào)及對(duì)齊方式的3.11頁面設(shè)置及文檔打印161

設(shè)置及案例1033.11.1頁眉和頁腳的設(shè)置161

3.2.8顏色、下畫線的設(shè)置及案例1043.11.2樣式的設(shè)置162

3.2.9查找與替換文本1063.11.3文檔頁面的設(shè)置163

3.3WPS文字幫助系統(tǒng)1103.11.4打印文檔164

3.4在文檔中插入對(duì)象110

第4章WPS表格165

3.4.1插入特殊符號(hào)及案例110

3.4.2插入日期和時(shí)間1124.1WPS表格的基本操作165

3.4.3修訂功能1124.1.1工作簿的基本操作165

3.4.4拼寫檢查1134.1.2新建和保存工作簿168

3.5文字效果的設(shè)置1144.1.3加密保護(hù)工作簿170

3.5.1字體效果的設(shè)置1144.2數(shù)據(jù)的輸入與編輯171

3.5.2設(shè)置字符位置和間距及案例1154.2.1輸入數(shù)據(jù)171

3.5.3設(shè)置首字下沉效果1164.2.2復(fù)制與粘貼數(shù)據(jù)176

3.5.4制表位的設(shè)置1164.2.3刪除、修改數(shù)據(jù)177

3.6格式化文檔1194.3單元格編輯177

3.6.1邊框的設(shè)置及案例1194.3.1單元格、單元格區(qū)域177

3.6.2底紋的設(shè)置及案例1224.3.2選擇單元格178

3.6.3中文版式的設(shè)置及案例1244.3.3單元格命名和使用名稱179

3.6.4分欄的設(shè)置及案例1254.4工作表編輯180

3.6.5項(xiàng)目符號(hào)與編號(hào)的設(shè)置1264.4.1格式化工作表182

3.7視圖和多窗口操作1284.4.2設(shè)置工作表格式、樣式190

3.7.1背景的設(shè)置及案例1284.4.3單元格批注194

3.7.2文檔視圖1314.4.4編輯工作表界面196

3.8段落的基本設(shè)置1324.5使用公式198

3.8.1設(shè)置段落的縮進(jìn)及案例1334.5.1創(chuàng)建公式198

3.8.2設(shè)置段落間距、行間距及案例1344.5.2編輯公式200

3.9插入對(duì)象1354.5.3顯示公式201

3.9.1公式編輯器的應(yīng)用及案例1354.5.4引用公式202

3.9.2插入分隔符1364.5.5出錯(cuò)檢查和審核203

目錄III

4.6使用函數(shù)2055.5.3創(chuàng)建交互式演示文稿264

4.6.1插入函數(shù)2055.5.4演示文稿的放映265

4.6.2常見函數(shù)2065.5.5打印演示文稿266

4.6.3嵌套函數(shù)2135.5.6輸出演示文稿267

4.6.4查看公式求值213

第6章WPS云文檔270

4.7使用圖表213

4.7.1圖表2136.1初識(shí)WPS云文檔270

4.7.2創(chuàng)建圖表2146.2云文檔的基本操作277

4.7.3編輯圖表2146.2.1將文檔保存到云文檔277

4.7.4操作圖表2186.2.2查找文件保存位置279

4.8數(shù)據(jù)管理2186.2.3標(biāo)記重要文件和常用文件280

4.8.1數(shù)據(jù)清單2196.3云文檔分享與團(tuán)隊(duì)282

4.8.2數(shù)據(jù)排序2206.3.1將文件分享給好友282

4.8.3數(shù)據(jù)篩選2236.3.2查看分享文件存儲(chǔ)位置和關(guān)閉

4.8.4分類匯總226文件分享284

4.8.5數(shù)據(jù)透視表2276.3.3共享文件夾的創(chuàng)建與管理286

4.9數(shù)據(jù)透視圖2306.4云文檔辦公與應(yīng)用287

4.9.1創(chuàng)建與設(shè)置數(shù)據(jù)透視圖230第7章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與Internet289

4.9.2插入和使用切片器235

4.10打印功能2367.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述289

7.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程289

第5章WPS演示237

7.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能290

5.1演示文稿基本知識(shí)2377.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類291

5.1.1WPS演示的啟動(dòng)和退出2377.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成292

5.1.2WPS演示的工作界面2387.2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)292

5.1.3WPS演示的視圖方式2387.2.2網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備293

5.2演示文稿的制作2417.2.3網(wǎng)絡(luò)的主體設(shè)備294

5.2.1建立演示文稿2417.2.4網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)294

5.2.2打開、保存和關(guān)閉演示文稿2437.2.5網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議295

5.2.3編輯演示文稿中的幻燈片2447.3Internet基本知識(shí)及其應(yīng)用296

5.3演示文稿的修飾2477.3.1Internet基本知識(shí)296

5.3.1制作幻燈片母版2477.3.2Internet的基本工作原理和連接

5.3.2應(yīng)用背景249方式297

5.3.3應(yīng)用主題2497.3.3Internet的網(wǎng)絡(luò)地址和域名系統(tǒng)300

5.3.4設(shè)置版式2497.3.4Internet服務(wù)和瀏覽器的使用302

5.4制作多媒體演示文稿2507.3.5建立小型局域網(wǎng)案例303

5.5演示文稿的放映與打印262第8章項(xiàng)目管理308

5.5.1設(shè)置動(dòng)畫效果262

5.5.2幻燈片切換2638.1項(xiàng)目與項(xiàng)目管理308

IV信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

8.1.1項(xiàng)目3089.3人工智能的發(fā)展史316

8.1.2項(xiàng)目管理3099.3.1自然科學(xué)類316

8.1.3項(xiàng)目管理的過程3109.3.2社會(huì)科學(xué)類317

第9章人工智能3149.4人工智能的研究318

9.4.1人工智能的研究領(lǐng)域318

9.1人工智能的概念3149.4.2人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域319

9.2人工智能特征3159.4.3人工智能的發(fā)展方向320

第1章

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，人類所使用的計(jì)算工具不斷地隨著生產(chǎn)的發(fā)展和社會(huì)

的進(jìn)步而演化，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)。計(jì)算機(jī)技術(shù)也隨著科技的進(jìn)步而迅猛發(fā)展，目前已

在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，不斷提高著人們的生活和工作質(zhì)量。

1.1計(jì)算機(jī)的誕生及發(fā)展

1.1.1計(jì)算機(jī)的誕生

電子計(jì)算機(jī)最初是為了計(jì)算彈道軌跡而研制的。世界上第一臺(tái)真正意義上的計(jì)算機(jī)于1946

年在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，取名為電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)（ElectronicNumericalIntegratorAnd

Calculator，ENIAC）。

ENIAC重30t，占地面積約170m2，大約使用18000個(gè)電子管、1500個(gè)繼電器、7000個(gè)

電阻器，如圖1-1所示。它有20B的寄存器，每個(gè)字長(zhǎng)10位，采用十進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算，時(shí)鐘頻

率是100kHz，功率為150kW，每秒能完成5000次加法運(yùn)算或400次乘法運(yùn)算。盡管它是一

臺(tái)龐然大物，但由于它是最早問世的電子多用途計(jì)算機(jī)，所以是公認(rèn)的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的始祖。正

是這臺(tái)原始而粗糙的龐然大物，標(biāo)志著人類文明的一次飛躍和電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的開始。

圖1-1世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC

2信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

1.1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)從誕生開始經(jīng)過70多年的迅猛發(fā)展，已經(jīng)從早期的專門從事科學(xué)與計(jì)算的巨型設(shè)備，

慢慢演化到在單位、學(xué)校、機(jī)構(gòu)及家庭中普遍使用的個(gè)人計(jì)算機(jī)甚至今天生活中無處不在的智

能手機(jī)、智能家居、智能手表等。隨著歲月流轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)也在不斷地發(fā)展著。到目前為止，計(jì)

算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了四代，正向新一代過渡。

1．第一代——電子管計(jì)算機(jī)

第一代（1946—1953年）是電子管計(jì)算機(jī)，它的基本元件是電子管，內(nèi)存儲(chǔ)器采用汞延遲

線，外存儲(chǔ)器主要采用磁鼓、紙帶、卡片、磁帶等。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的限制，運(yùn)算速度只有

每秒幾千次至幾萬次基本運(yùn)算，內(nèi)存容量?jī)H幾千個(gè)字。程序設(shè)計(jì)處于最低級(jí)階段，主要使用二

進(jìn)制表示的機(jī)器語言編程，后期采用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。因此，第一代計(jì)算機(jī)體積大、耗

電量大、速度低、造價(jià)高，且使用不便，僅用于一些軍事和科研部門的科學(xué)計(jì)算。

除ENIAC外，著名的第一代機(jī)還有EDVAC、EDSAC、UNIVAC等。第一代商品計(jì)算機(jī)起

源于美國國際商業(yè)機(jī)器公司（InternationalBusinessMachineCorporation，IBM）。

EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)）是在

ENIAC研制過程中，由美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼（JohnvonNeumann）提出的一種改進(jìn)計(jì)

算機(jī)，如圖1-2所示，主要改進(jìn)有兩點(diǎn)：一是為了充分發(fā)揮電子元件的高速性能而采用二進(jìn)制，

而ENIAC使用的是十進(jìn)制；二是把指令和數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)起來，讓機(jī)器能自動(dòng)地執(zhí)行程序，而

ENIAC內(nèi)部還不能存儲(chǔ)程序。

圖1-2馮·諾依曼設(shè)計(jì)的名為EDVAC的計(jì)算機(jī)

2．第二代——晶體管計(jì)算機(jī)

第二代（1954—1964年）是晶體管計(jì)算機(jī)。1948年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，10多年后，

晶體管取代了計(jì)算機(jī)中的電子管，誕生了晶體管計(jì)算機(jī)。晶體管計(jì)算機(jī)的基本電子元件是晶體

管，內(nèi)存儲(chǔ)器大量使用磁性材料研制成的磁芯存儲(chǔ)器，外存儲(chǔ)器有了磁盤、磁帶等，運(yùn)算速度

提高到每秒幾十萬次基本運(yùn)算，內(nèi)存容量擴(kuò)大到幾十萬字。同時(shí)，軟件設(shè)計(jì)技術(shù)有了較大發(fā)展，

出現(xiàn)了ALGOL60、FORTRAN、COBOL等高級(jí)程序語言，大大方便了計(jì)算機(jī)的使用。與第一代

電子管計(jì)算機(jī)相比，晶體管計(jì)算機(jī)體積小、耗電少、成本低、邏輯功能強(qiáng)，且使用方便、可靠

性高。因此，它的應(yīng)用從軍事研究、科學(xué)計(jì)算擴(kuò)大到數(shù)據(jù)處理、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域，并開始

進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)3

典型的第二代機(jī)有UNIVACII、貝爾的TRADIC（見圖1-3），以及IBM的7090、7094、7044等。

圖1-3TRADIC晶體管計(jì)算機(jī)

3．第三代——集成電路計(jì)算機(jī)

第三代（1965—1970年）是集成電路計(jì)算機(jī)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，1958年夏，美國得

州儀器公司制成了第一個(gè)半導(dǎo)體集成電路。集成電路是在幾平方毫米的范圍內(nèi)集中了幾十個(gè)乃

至上百個(gè)電子元件組成的小規(guī)模集成電路（SmallScaleIntegration，SSI）和中規(guī)模集成電路

（MediumScaleIntegration，MSI），磁芯存儲(chǔ)器得到進(jìn)一步發(fā)展，并開始采用性能更好的半導(dǎo)體

存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度提高到每秒幾十萬次到幾百萬次基本運(yùn)算。計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，

操作系統(tǒng)（見圖1-4）正式形成，并出現(xiàn)多種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，如人機(jī)對(duì)話的BASIC語言

等。由于采用了集成電路，因此第三代計(jì)算機(jī)各方面的性能都有了極大提高：體積縮小、價(jià)

格降低、功能增強(qiáng)、可靠性大大提高。它廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等方面，

進(jìn)入眾多的科學(xué)領(lǐng)域。

典型的第三代機(jī)有IBM360系列（見圖1-5）、Honeywell6000系列、富士通F230系列等。

圖1-4研究人員開發(fā)UNIX操作系統(tǒng)圖1-5IBM360系列計(jì)算機(jī)

4信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

4．第四代——大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

第四代（1971年至今）是大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。隨著集成了上千甚至上萬個(gè)電子元件的

大規(guī)模集成電路（LargeScaleIntegration，LSI）和超大規(guī)模集成電路（VeryLargeScaleIntegration，

VLSI）的出現(xiàn)，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了第四代。第四代電子計(jì)算機(jī)的基本電子元件是大規(guī)模

集成電路，甚至超大規(guī)模集成電路，集成度很高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器代替了磁芯存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度

可達(dá)每秒幾百萬次，甚至上億次基本運(yùn)算。計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)一步發(fā)展，操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件不斷

完善，應(yīng)用軟件的開發(fā)已逐步成為一個(gè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已滲透社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。

第四代機(jī)的主流產(chǎn)品有IBM的4300系列、3080系列、3090系列以及IBM9000系列。

5．新一代計(jì)算機(jī)

從20世紀(jì)80年代開始，相繼開展了新一代計(jì)算機(jī)的研究。新一代計(jì)算機(jī)是把信息采集、

存儲(chǔ)、處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它不僅能進(jìn)行一般的信息處理，而且

能面向知識(shí)處理，具有形式推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋能力，能幫助人類開拓未知領(lǐng)域和獲取新

的知識(shí)。新一代計(jì)算機(jī)的研究領(lǐng)域大體包括人工智能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件工程和支持設(shè)備等。新

一代計(jì)算機(jī)的典型研究方向有：根本改變四代計(jì)算機(jī)依據(jù)事先安排的既定程序處理問題的模式，

而根據(jù)用戶提出的問題，自動(dòng)選擇內(nèi)置在知識(shí)庫中的規(guī)則，通過推理來處理問題的“知識(shí)信息

處理系統(tǒng)（KIPS）智能計(jì)算機(jī)”；用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理單元模擬人腦的神經(jīng)元，并利用神經(jīng)元結(jié)

點(diǎn)的分布式存儲(chǔ)和關(guān)聯(lián)，模擬人腦活動(dòng)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)（NeuralNetworkComputer，NNC）”；

使用由生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子為主要原料的生物芯片，使之具有生物體自調(diào)節(jié)能力、

自修復(fù)能力以及再生能力，更易于模擬人腦機(jī)制的“生物計(jì)算機(jī)（BiologicalComputer）”。新一

代計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將突破傳統(tǒng)的馮·諾依曼機(jī)器的結(jié)構(gòu)和概念，實(shí)現(xiàn)高度并行處理。但新一

代計(jì)算機(jī)的研究至今仍未有突破性進(jìn)展。

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)成本越來越低，體積越來越小，運(yùn)算速度越來越快，耗

電越來越少，存儲(chǔ)容量越來越大，可靠性越來越高，軟件配置越來越豐富，應(yīng)用范圍越來越廣

泛。尤其是處于信息技術(shù)前沿的超級(jí)計(jì)算機(jī)，已經(jīng)在相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域里體現(xiàn)出其超強(qiáng)的性能威

力。超級(jí)計(jì)算機(jī)是通過聯(lián)合使用大量芯片而創(chuàng)造的，有些超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)質(zhì)上就是由一大批個(gè)人

計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算機(jī)群。近年來較為優(yōu)秀的超級(jí)計(jì)算機(jī)有IBM制造的16個(gè)機(jī)架的BlueGene/L

超級(jí)計(jì)算機(jī)（其內(nèi)部擁有數(shù)以千計(jì)的處理芯片），它以每秒70.72萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算速度成為全球

最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，如圖1-6所示。我國的超級(jí)計(jì)算機(jī)曙光4000A運(yùn)算能力為11萬億次/秒

（見圖1-7），它使我國成為繼美國、日本之后第三個(gè)跨越10萬億次計(jì)算機(jī)研發(fā)和應(yīng)用的國家。

圖1-6BlueGene/L超級(jí)計(jì)算機(jī)圖1-7曙光4000A

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)5

1.1.3微型機(jī)的發(fā)展

1971年，Intel公司成功地在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)了中央處理器（包括控制器和運(yùn)算器）的功能，

制成世界上第一片微處理器（MPU）Intel4004，并由它組成了第一臺(tái)微型機(jī)MCS-4，從此揭開

了微型機(jī)發(fā)展的序幕。隨后，許多公司競(jìng)相研制微處理器，相繼推出了8位、16位、32位和

64位微處理器。芯片的主頻和集成度不斷提高，由它們構(gòu)成的微型機(jī)在功能上也不斷完善。微

型機(jī)發(fā)展非常迅速，以2～3年更換一代的速度更新。如今的微型機(jī)在某些方面已經(jīng)可以和以往

的大型機(jī)相媲美。

微型機(jī)的核心是微處理器，因此微型機(jī)的發(fā)展歷程，從根本上說也就是微處理器的發(fā)展歷程。

1．第一代微型機(jī)

第一代4～8位微型機(jī)（1971—1977年）。1971年，Intel公司推出了第一個(gè)微處理器芯片

Intel4004，1974年，Intel公司又生產(chǎn)了一種8位的微處理器芯片Intel8080，另外，還有Zilog

公司研制的8位Z80微處理器。

2．第二代微型機(jī)

第二代16位微型機(jī)（1978—1984年）。1978年和1979年，Intel公司先后生產(chǎn)出了16位

8086和8088微處理器，其內(nèi)含29000多個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率為4.77MHz。其后的Intel80286

微處理器裝配了286微機(jī)，內(nèi)含約13.4萬個(gè)晶體管。同期的代表產(chǎn)品還有Zilog公司的Z8000

和Motorola公司的MC68000。

3．第三代微型機(jī)

第三代32位微型機(jī)（1985—1992年）。這個(gè)時(shí)期的主要產(chǎn)品有Intel公司的80386和80486

微處理器。其中，80486微處理器內(nèi)含120萬個(gè)晶體管，時(shí)鐘頻率已經(jīng)達(dá)到100MHz。

4．第四代微型機(jī)

第四代64位微型機(jī)（1993年至今）。Intel公司于1993年生產(chǎn)出了64位微處理器，正式名

稱為Pentium（也稱“奔騰”），其內(nèi)含約310萬個(gè)晶體管。其后Intel又相繼研制出了PentiumⅡ

到Pentium4。目前的Intelcorei9微處理器，擁有十八個(gè)核心，其時(shí)鐘頻率已達(dá)數(shù)吉赫茲。

“龍芯”是中國科學(xué)院計(jì)算所自主研發(fā)的通用CPU，是中國擁有

自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU（中央處理器）。神州龍芯公司先后推出了“龍

芯1號(hào)”“龍芯2號(hào)”“龍芯3號(hào)”，打破了中國無“芯”的歷史。龍

芯3A3000/3B3000（見圖1-8）是龍芯3號(hào)系列處理器的最新升級(jí)產(chǎn)

品，是一款四核64位CPU，主頻可達(dá)到1.5GHz，可廣泛應(yīng)用于我

國開發(fā)自己的服務(wù)器、路由器，甚至軍工產(chǎn)品?！褒埿尽钡恼Q生被業(yè)

內(nèi)人士譽(yù)為民族科技產(chǎn)業(yè)化道路上的一個(gè)里程碑，商品化的“龍芯”

CPU的研制成功標(biāo)志著中國已打破國外壟斷，對(duì)中國形成有自主知

識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)有重要的推動(dòng)作用，對(duì)中國的CPU核心技術(shù)、圖1-8龍芯3號(hào)

國家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有舉足輕重的作用。

1.1.4計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，以超大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)，未來的計(jì)算機(jī)在朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能

6信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

化、多媒體化的方向發(fā)展。

1．巨型化

隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，在一些科技尖端領(lǐng)域，要求計(jì)算機(jī)有更高的速度、更大的存

儲(chǔ)容量和更高的可靠性，從而促使計(jì)算機(jī)向巨型化方向發(fā)展。

2．微型化

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也越來越高，人們要求計(jì)算機(jī)體積更小、

質(zhì)量更小、價(jià)格更低，能夠應(yīng)用于各種領(lǐng)域、各種場(chǎng)合。為了迎合這種需求，出現(xiàn)了各種筆記

本式計(jì)算機(jī)、膝上型和掌上型計(jì)算機(jī)等，這些都是在向微型化方向發(fā)展。

3．網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)化指由計(jì)算機(jī)組成更廣泛的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)資源共享和信息交換。

4．智能化

智能化指使計(jì)算機(jī)可具有類似于人類的思維能力，如推理、判斷、感覺等。

5．多媒體化

多媒體技術(shù)是20世紀(jì)80年代中后期興起的一門跨學(xué)科的新技術(shù)。采用這種技術(shù)，可以使

計(jì)算機(jī)具有處理圖、文、聲、像等多種媒體的能力（即成為多媒體計(jì)算機(jī)），從而使計(jì)算機(jī)的功

能更加完善，提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力。當(dāng)前全世界已形成一股開發(fā)應(yīng)用多媒體技術(shù)的熱潮。

1.1.5未來新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，高密度、多功能的集成技術(shù)使計(jì)算機(jī)的散熱、冷卻等技術(shù)問題日益突

出，已發(fā)展成為阻礙半導(dǎo)體芯片進(jìn)一步微型化的潛在物理限制因素。在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)模式

下，要想進(jìn)一步縮小計(jì)算機(jī)的體積和提高運(yùn)算速度已經(jīng)極為困難了。另外，芯片尺寸的縮小必

然導(dǎo)致生產(chǎn)成本的成倍增加。這些物理及經(jīng)濟(jì)方面的制約因素將使現(xiàn)有芯片及設(shè)計(jì)的發(fā)展走向

終結(jié)，因此，生物、量子計(jì)算機(jī)等全新概念的計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

1．超導(dǎo)計(jì)算機(jī)

1962年，英國物理學(xué)家約瑟夫森提出了“超導(dǎo)隧道效應(yīng)”，即由超導(dǎo)體-絕緣體-超導(dǎo)體組

成的器件（約瑟夫森器件），當(dāng)對(duì)其兩端加電壓時(shí)，電子就像通過隧道一樣無阻攔地從絕緣介質(zhì)

中穿過，形成微小的電流，而該器件的兩端電壓為零。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)相比，使用約瑟

夫森器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)的耗電量?jī)H為其幾千分之一，而執(zhí)行一條指令所需時(shí)間卻要快上100倍。

2．量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)是利用量子力學(xué)特有的物理現(xiàn)象（特別是量子干涉）來實(shí)現(xiàn)一種全新的信息處

理方式，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的

狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動(dòng)，從而進(jìn)行運(yùn)算。

3．光子計(jì)算機(jī)

所謂光子計(jì)算機(jī)，即全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，以光子代替電子、光互連代替導(dǎo)線互連、光硬件代

替計(jì)算機(jī)中的電子硬件、光運(yùn)算代替電運(yùn)算。光子計(jì)算機(jī)的各級(jí)都能并行處理大量數(shù)據(jù)，其系

統(tǒng)的互連數(shù)和每秒的互連數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電子計(jì)算機(jī)，接近于人腦。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)7

4．生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。由酶來充當(dāng)

計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。生物

計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)量大，模擬人腦思維，因此有關(guān)專家預(yù)言，未來人類將獲得智能的解放。

5．神經(jīng)計(jì)算機(jī)

神經(jīng)計(jì)算機(jī)是模擬人的大腦的判斷能力和適應(yīng)能力，并具有可并行處理多種數(shù)據(jù)功能的神經(jīng)

網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。它本身可以判斷對(duì)象的性質(zhì)和狀態(tài)，并能采取相應(yīng)的行動(dòng)，而且它可以同時(shí)并行處

理實(shí)時(shí)變化的大量數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論。以往的信息處理系統(tǒng)只能處理?xiàng)l理清晰、經(jīng)絡(luò)分明的數(shù)據(jù)。

而人的大腦卻能處理支離破碎、含糊不清的信息，神經(jīng)計(jì)算機(jī)具有類似人腦的智慧和靈活性。

6．納米計(jì)算機(jī)

“納米”是一個(gè)計(jì)量單位，1納米（nm）等于10-9米（m）。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代

初期迅速發(fā)展起來的新的前沿科技領(lǐng)域，現(xiàn)在納米技術(shù)正從MEMS（Micro-Electro-Mechanical

Systems，微電子機(jī)械系統(tǒng)）起步，把傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上構(gòu)成一

個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積不超過一百個(gè)原子大小，納米計(jì)算機(jī)不

僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源，而且性能要比現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。

1.2計(jì)算機(jī)的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用

1.2.1計(jì)算機(jī)的分類

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新，尤其是微處理器的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)的類型越來越多樣化。

根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)和使用范圍，計(jì)算機(jī)可分為兩大類，即專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。專用計(jì)算機(jī)是

針對(duì)某一特定應(yīng)用領(lǐng)域或面向某種算法而研制的計(jì)算機(jī)，如工業(yè)控制機(jī)、衛(wèi)星圖像處理用的大

型并行處理機(jī)等。其特點(diǎn)是：它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及專用軟件對(duì)于所指定的應(yīng)用領(lǐng)域是高效的，若用

于其他領(lǐng)域則效率較低。通用計(jì)算機(jī)是面向多種應(yīng)用領(lǐng)域和算法的計(jì)算機(jī)。其特點(diǎn)是：通用性

強(qiáng)，具有很強(qiáng)的綜合處理能力，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)的軟件能夠解決各種類型的問題，可以

滿足多種用戶需求。

通用計(jì)算機(jī)根據(jù)其運(yùn)算速度、字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量和軟件配置等多方面的綜合性能指標(biāo)，大體

可以分為五類：巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、工作站。

1．巨型機(jī)

巨型機(jī)（Supercomputer）又稱超級(jí)計(jì)算機(jī)，是指目前性能最高、功能最強(qiáng)、數(shù)值計(jì)算速度

和數(shù)據(jù)信息處理速度最快、造價(jià)最昂貴的計(jì)算機(jī)。巨型機(jī)是將許多微處理器以并行架構(gòu)的方式

組合在一起，運(yùn)算速度每秒可達(dá)億億次，主存容量高達(dá)幾十吉字節(jié)，字長(zhǎng)可達(dá)64位，而且具有

豐富高效的系統(tǒng)軟件。主要應(yīng)用領(lǐng)域是處理超標(biāo)量的資料，如軍事、氣象、地質(zhì)勘探等尖端科

技領(lǐng)域。我國研制成功的“銀河系列機(jī)”（見圖1-9）、“曙光系列機(jī)”和“深騰系列”等就屬

于這類計(jì)算機(jī)。

2．大型機(jī)

大型機(jī)（Mainframe）比巨型機(jī)的性能指標(biāo)略低，運(yùn)算速度在每秒幾百萬次到幾億次，字長(zhǎng)

8信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

為32～64位，主存容量為幾百兆字節(jié)。它有豐富的外圍設(shè)備和通信接口，主要用于計(jì)算中心和

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中（見圖1-10）。大型機(jī)強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)在于多個(gè)用戶使用，用來處理日常大量繁忙的

業(yè)務(wù)，如科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和大型商業(yè)管理等。如IBM4300、ES9000、VAX8800

等都是大型機(jī)的代表產(chǎn)品。

圖1-9銀河巨型機(jī)圖1-10大型機(jī)

3．小型機(jī)

小型機(jī)（Minicomputer）規(guī)模小、價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)研制周期短、易于操作、便于維

護(hù)和推廣。小型機(jī)是應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛的計(jì)算機(jī)。小型機(jī)在存儲(chǔ)容量和軟件系統(tǒng)的完善方面有一

定優(yōu)勢(shì)，多作為某一部門的核心機(jī)，也可以用作大型機(jī)、巨型機(jī)的輔助機(jī)，用于企業(yè)管理以及大

學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)計(jì)算等，如圖1-11所示。IBMAS/400、富士通的K系列機(jī)等都是小型機(jī)。

4．微型機(jī)

微型機(jī)（Microcomputer）又稱個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱微機(jī)，俗稱電腦，如圖1-12所示，是大規(guī)

模集成電路的產(chǎn)物。微型機(jī)以微處理器為核心，再配上存儲(chǔ)器、接口電路等芯片。微型機(jī)以體

積小、質(zhì)量小、功耗小、功能全、價(jià)格低廉、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)了世界計(jì)算

機(jī)市場(chǎng)，是應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的一種計(jì)算機(jī)，也是近年來各類計(jì)算機(jī)中發(fā)展最快、人們最感興趣的

計(jì)算機(jī)，成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的重要工具。

圖1-11小型機(jī)圖1-12微型機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)）

5．工作站

工作站（Workstation）是一種新型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代后期，是介于

小型機(jī)和微型機(jī)之間的高檔微型機(jī)。工作站的特點(diǎn)是易于聯(lián)網(wǎng)、有較大容量?jī)?nèi)存和大屏幕顯示

器、有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，特別適合于計(jì)算輔助工程，如CAD、圖像處理、三維動(dòng)畫等這些

都是工作站的應(yīng)用領(lǐng)域。工作站的代表機(jī)型有SGI、Sun等。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)9

1.2.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)能夠按照程序引導(dǎo)指定的步驟，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、存儲(chǔ)或傳送，以獲得

期望的輸出信息，從而利用這些信息來提高工作效率和社會(huì)生產(chǎn)率，以及改善人們的生活質(zhì)量。

計(jì)算機(jī)之所以能夠應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)樗哂幸韵禄咎攸c(diǎn)：

1．運(yùn)算速度快

計(jì)算機(jī)采用了高速電子器件和線路，并利用先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，使它可以有很高的運(yùn)算速

度。運(yùn)算速度是指計(jì)算機(jī)每秒能執(zhí)行多少百萬條指令，常用單位是MIPS。例如，主頻為3.2GHz

的Pentium微型機(jī)的運(yùn)算速度為每秒32億次，即3200MIPS。一般的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度可達(dá)每

秒幾百萬次到幾十億次，現(xiàn)在有些高檔計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度甚至可達(dá)每秒幾百億次至十幾

太次。

2．計(jì)算精度高

由于計(jì)算機(jī)是根據(jù)事先編好的程序自動(dòng)、連續(xù)地工作的，故可以避免人工計(jì)算可能因疲

勞、粗心而產(chǎn)生的各種錯(cuò)誤。例如，圓周率π的計(jì)算，歷代科學(xué)家采用人工計(jì)算只能算出小

數(shù)點(diǎn)后500位。1981年日本人曾利用計(jì)算機(jī)算到小數(shù)點(diǎn)后200萬位，而目前已計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)

后上億位。

3．存儲(chǔ)功能強(qiáng)

計(jì)算機(jī)中擁有容量很大的存儲(chǔ)設(shè)備，不僅可以存儲(chǔ)所需的數(shù)據(jù)信息，還可以存儲(chǔ)指揮計(jì)算

機(jī)工作的程序，同時(shí)可以保存大量的文字、圖像、聲音等信息資料。

4．具有邏輯判斷功能

計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化和具備人工智能的基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)基本的，也

是重要的功能。

5．自動(dòng)化程度高

計(jì)算機(jī)是自動(dòng)化電子裝置，在工作中無須人工參與，能自動(dòng)執(zhí)行存放在存儲(chǔ)器中的程序。

人們事先編好程序后，向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，計(jì)算機(jī)即可幫助人們完成那些枯燥乏味的重復(fù)性

工作。

1.2.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

目前計(jì)算機(jī)的應(yīng)用極其廣泛，它正以卓越的性能和強(qiáng)大的生命力遍及人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，

產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響。根據(jù)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，概括起來可以歸納為以下幾個(gè)

方面：

1．科學(xué)計(jì)算

利用計(jì)算機(jī)解決科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)等方面的數(shù)學(xué)計(jì)算問題，稱為科學(xué)計(jì)算，或稱為數(shù)值

計(jì)算。在工程設(shè)計(jì)中，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值方法求解或者進(jìn)行工程制圖，一般稱為科學(xué)和工程

計(jì)算。它的特點(diǎn)是計(jì)算量比較大、邏輯關(guān)系相對(duì)簡(jiǎn)單，利用計(jì)算機(jī)的高速性、存儲(chǔ)容量大、連

續(xù)運(yùn)算的能力，可以實(shí)現(xiàn)人工無法實(shí)現(xiàn)的各種科學(xué)計(jì)算問題。科學(xué)和工程計(jì)算是計(jì)算機(jī)的重要

應(yīng)用領(lǐng)域之一。

10信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

2．實(shí)時(shí)控制

實(shí)時(shí)控制是指用計(jì)算機(jī)及時(shí)地采集、檢測(cè)被控制對(duì)象運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)的分析

處理后，按照某種最佳的控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)，控制對(duì)象過程的進(jìn)行。這一過程中，一般會(huì)

對(duì)計(jì)算機(jī)的可靠性、封閉性、抗干擾性等指標(biāo)提出要求。實(shí)時(shí)控制在機(jī)械、冶金、石油化工、

電力、建筑和輕工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，在衛(wèi)星、導(dǎo)彈發(fā)射等國防尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)

域，計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制更顯現(xiàn)了其重要性。

3．?dāng)?shù)據(jù)處理與信息加工

數(shù)據(jù)處理是指對(duì)大量信息進(jìn)行存儲(chǔ)、加工、分類、統(tǒng)計(jì)和查詢等操作，從而轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)

存儲(chǔ)信號(hào)的信息集合，具體指數(shù)值、聲音、文字、圖形、圖像等。利用計(jì)算機(jī)可以對(duì)大量的數(shù)

據(jù)進(jìn)行加工、分析、處理，從而實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化，如企業(yè)管理、財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析、倉庫管

理、商品銷售管理、學(xué)生管理系統(tǒng)，以及銀行儲(chǔ)蓄系統(tǒng)的存款、取款和計(jì)息等。

4．計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的另一個(gè)重要領(lǐng)域，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助

制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）等。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是指利用計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于船舶、飛機(jī)、建筑工

程，大規(guī)模集成電路等設(shè)計(jì)工作中，使得設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化。

計(jì)算機(jī)輔助制造是指利用計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作過程。例如，用計(jì)算機(jī)

控制機(jī)器的運(yùn)行、控制和處理材料的流動(dòng)、對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試和檢驗(yàn)等。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是指利用計(jì)算機(jī)輔助教師進(jìn)行教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容多樣化、形象化，便于因

材施教。例如，各種教學(xué)軟件、試題庫和專家系統(tǒng)等。

計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試是指利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試。利用計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)測(cè)試集成電路的各種參數(shù)、

邏輯關(guān)系等，并且可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的分類和篩選。

5．人工智能

人工智能是指計(jì)算機(jī)具有像人一樣的推理和學(xué)習(xí)能力，能夠積累工作經(jīng)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的分

析問題和解決問題的能力，這樣的計(jì)算機(jī)具有了人的大腦功能。人工智能的表現(xiàn)形式多種多樣，

如利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)學(xué)定理的證明、進(jìn)行邏輯推理，以及實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)弈、醫(yī)療診斷、自動(dòng)

翻譯、密碼破譯等。

6．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)互相滲透、不斷發(fā)展的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重

要方面。目前應(yīng)用最多的就是因特網(wǎng)（Internet）。各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的形

成，無疑將加速社會(huì)信息化的進(jìn)程。它包括電子郵件、電子數(shù)據(jù)交換、電子轉(zhuǎn)賬、快速響應(yīng)系

統(tǒng)、電子表單和信用卡交易等電子商務(wù)的一系列應(yīng)用。

7．生活、工作

現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)已進(jìn)入千家萬戶，延伸到人們的生活、工作、學(xué)習(xí)等各個(gè)方面。如辦公自動(dòng)

化（OA）是指以計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來處理人們?nèi)粘＠械母鞣N事務(wù)，應(yīng)具有完善的文字和

表格處理功能，包括起草各種文稿，收集、加工和輸出各種資料信息等。辦公自動(dòng)化設(shè)備除計(jì)

算機(jī)外，一般還包括復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)和通信設(shè)備等。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)11

事實(shí)上，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，由于計(jì)算機(jī)具有高速、自動(dòng)的處理能力，具有存儲(chǔ)

大量信息的能力，還具有很強(qiáng)的推理和判斷功能，因此，計(jì)算機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，

幾乎遍及社會(huì)的各個(gè)方面，并且仍然呈上升和擴(kuò)展趨勢(shì)。

1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由兩部分組成，即計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件（Hardware）是指組成

計(jì)算機(jī)的所有“看得見、摸得著”的裝置，如CPU芯片、鍵盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器、U盤、顯示器、

打印機(jī)等，均是由電子元件組成的。

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成可以用圖1-13描述。

圖1-13計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成

1.3.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)的硬件一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。這些

設(shè)備通過系統(tǒng)總線完成指令的傳遞，當(dāng)計(jì)算機(jī)在接收指令后，由控制器指揮，將數(shù)據(jù)從輸入設(shè)

備傳送到存儲(chǔ)器存放，再由控制器將需要參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)傳送到運(yùn)算器，由運(yùn)算器進(jìn)行處理，

處理后的結(jié)果由輸出設(shè)備輸出。

1．運(yùn)算器

運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元（ArithmeticLogicUnit，ALU），是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的

部件，它的主要功能是對(duì)二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算和與、或、非等基本邏輯

運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷。運(yùn)算器在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)其功能，運(yùn)算結(jié)果由控制器送到內(nèi)存儲(chǔ)

器中。

2．控制器

控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計(jì)數(shù)器和操作控制器等組成?？刂破饔脕砜刂朴?jì)

算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，并使整個(gè)處理過程有條不紊地進(jìn)行。它的基本功能就是從內(nèi)存中取指令

和執(zhí)行指令，即控制器按程序計(jì)數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)存中取出該指令進(jìn)行譯碼，然后根據(jù)

12信息技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)用教程

該指令功能向有關(guān)部件發(fā)出控制命令，執(zhí)行該指令。另外，控制器在工作過程中還要接收各部

件反饋的信息。

3．存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器具有記憶功能，用來保存信息，如數(shù)據(jù)、指令和運(yùn)算結(jié)果等。存儲(chǔ)器可分為兩種：

內(nèi)存儲(chǔ)器與外存儲(chǔ)器。

（1）內(nèi)存儲(chǔ)器

內(nèi)存儲(chǔ)器又稱主存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存），主要用于存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間所需要的程序和

數(shù)據(jù)。用戶通過輸入設(shè)備輸入的程序和數(shù)據(jù)首先要被送入內(nèi)存，運(yùn)算器處理的數(shù)據(jù)和控制器執(zhí)

行的指令都來自內(nèi)存，運(yùn)算的中間結(jié)果和最終結(jié)果也保存在內(nèi)存中，輸出設(shè)備輸出的信息也來

自內(nèi)存。內(nèi)存的存取速度較快，容量相對(duì)較小。因內(nèi)存具有存儲(chǔ)信息和與其他主要部件交流信

息的功能，故內(nèi)存的大小及其性能的優(yōu)劣直接影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。

存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量以字節(jié)為基本單位，每個(gè)字節(jié)都有自己的編號(hào)，稱為“地址”，如果要訪

問存儲(chǔ)器中的某個(gè)信息，就必須知道它的地址，然后再按地址存入或取出信息。

（2）外存儲(chǔ)器

外存儲(chǔ)器又稱輔助存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱外存或輔存），它是內(nèi)存的擴(kuò)充。外存的存儲(chǔ)容量大、價(jià)格

低，但存儲(chǔ)速度較慢，一般用來存放大量暫時(shí)不用的程序、數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，需要時(shí)，可成批

地與內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行信息交換。外存只能與內(nèi)存交換信息，不能被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他部件直接訪

問。常用的外存有硬盤、移動(dòng)硬盤、光盤、U盤等。

4．輸入/輸出設(shè)備

輸入/輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱I/O（Input/Output）設(shè)備。用戶通過輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，

通過輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果（如數(shù)字、字母、符號(hào)或圖形等）顯示或打印出來。常用的

輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)字化儀等，常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。

人們通常把內(nèi)存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器合稱為計(jì)算機(jī)主機(jī)，而把運(yùn)算器、控制器制作在一

個(gè)大規(guī)模集成電路塊中，稱為中央處理器，又稱CPU（CentralProcessingUnit）。也可以說，主

機(jī)是由CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器組成的，而主機(jī)以外的裝置稱為外圍設(shè)備，外圍設(shè)備包括輸入/輸出設(shè)

備、外存儲(chǔ)器等。

1.3.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件是指在硬件設(shè)備上運(yùn)行的各種程序及其相關(guān)的資料。程序是用于指揮計(jì)算機(jī)執(zhí)

行各種動(dòng)作以便完成指定任務(wù)的指令序列。

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分組成。系統(tǒng)軟件是為管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)

算機(jī)資源而設(shè)計(jì)的軟件，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、語言處理程序、應(yīng)用程序等。應(yīng)用

軟件是為解決各種實(shí)際問題而專門研制的軟件，如文字處理軟件、會(huì)計(jì)賬務(wù)處理軟件、工資管

理軟件、人事檔案管理軟件、倉庫管理軟件等。

1．系統(tǒng)軟件

操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）是電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)支撐應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境以及用

戶操作環(huán)境的系統(tǒng)軟件，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心與基石。用戶通過操作系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)，

其他軟件則在操作系統(tǒng)提供的平臺(tái)上運(yùn)行。離開了操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)便無法工作。DOS、

Windows7/8/10/11、Linux、MacOSX等都是操作系統(tǒng)。

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)13

2．應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用戶利用計(jì)算機(jī)及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實(shí)際問題而編制的計(jì)算機(jī)程

序，是指除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件，由各種應(yīng)用軟件包和面向問題的各種應(yīng)用程序組成。

由于計(jì)算機(jī)已滲透人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，因此，應(yīng)用軟件是多種多樣的。

應(yīng)用軟件主要是為用