【計算機課件】電腦知識講座

雷循治僦2

信息系：馬建軍

2008.11

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

你將從此開始成為一個計算機學者和計算

機能手的成長之旅?一

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

1.1什么是“計算機用戶力

與你類似的大多數(shù)人

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使用計算機的兩類人

■計算機專業(yè)人員(computerprofessional)

受過專門教育，從事計算機技術(shù)工作，為

開發(fā)、維護計算機系統(tǒng)而使用計算機。

如軟件工程師、系統(tǒng)分析員、網(wǎng)絡(luò)管理員。

■計算機用戶(userorend-user)

對計算機技術(shù)知識不甚或不想了解，但為

工作、學習使用或想使用計算機。

如現(xiàn)在的你，公司的職員。

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1.2計算機知識和技能的重要

■計算機知識(computerJiterate)

擁有計算機科學的有關(guān)知識并理解其應用。

■計算機技能(computercompetent)

掌握計算機使用技術(shù)并具有不斷更新的能力。

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?

1.3什么是“基于計算機的信息系統(tǒng)”■

Dell?Inspiron?5100

篦記本電腦

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■功能：將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的信息并快速傳送給

需要該信息的人。

■“基于計算機的信息系統(tǒng)”由六個部分組成：

aHardware（硬件）

aSoftware（軟件）

aData/information（數(shù)據(jù)/信息）

aPeople（人）

aProcedure（使用說明）

aCommunication（通信）

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基于計算機的信息系統(tǒng)：組成部分之一

Hardware（硬件）

■計算機是由電子元件和

機電元件組成的一種機

器。計算機機器本身無

任何智能可言，故稱為

hardware（硬件）。

■在計算機系統(tǒng)中，硬件必須由軟件控制才能工

作。沒有配備任何軟件的機器稱為“裸機”。

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硬件(Hardware)

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基于計算機的信息系統(tǒng)：組成部分之二

Software（軟件）

■軟件是計算機程序的別稱。所謂"程序“（program）

就是指控制計算機硬件執(zhí)行所需工作的一套指令。沒

有軟件控制的計算機硬件（裸機）是毫無用處。

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I基于計算機的信息系統(tǒng)：組成部分之三

Dcitci/informcition（數(shù)據(jù)與信息）

在今天的大部分商業(yè)應用中，計算機系統(tǒng)的主要任務(wù)是將

“數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)換為“信息”供人們決策、銷售等使用。

■Data（數(shù)據(jù)）

計算機處理的“原材料”。

可能是紙面的、電子的或其他形式（如聲音）。

■Information（信息）

經(jīng)過計算機處理的數(shù)據(jù)。

如用員工的工作時數(shù)和時工資作“原材料”，經(jīng)

計算機處理后變成工資支票和工資冊形式的“信

自力

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計算機的三個基本任務(wù)：輸入/處理/輸出

基于計算機的信息系統(tǒng)：組成部分之四

People（人）

人是“基于計算機的信息系統(tǒng)”中最重要的

一個部分：設(shè)計和開發(fā)計算機系統(tǒng)、操作計

算機硬件、開發(fā)和使用計算機軟件……

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LI基于計算機的信息系統(tǒng)：組成部分之五

7Procedure（使用說明）

■人們在使用計算機硬件和軟

件時，應按“使用說明”操

作和使用。計算機系統(tǒng)的

“使用說明"通常是以"文

件手冊”或“用戶指南”的

形式提供給用戶的。

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廠|基于計算機的信息系統(tǒng)：組成部分之六

tsiCommuniccitions(通信)

■當一個計算機系統(tǒng)開始與另一個計算機系統(tǒng)共享

數(shù)據(jù)和信息時，就需要用到第六個部分一一通信,

亦稱“互連”(connectivity)。

ModemModem

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計算機的概念

Dell?Inspiron?5100

維記本電腦

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計算機：顧名思義

■計算機

其英文名稱是computer,顧名思義：用于計算

的機器。

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什么是“計算機”？

■在計算機誕生的初期主要是被用來進行科學計算

的，因此被稱之為“計算機”。然而，現(xiàn)在計算

機的處理對象已經(jīng)遠遠超過了“計算”這個范圍,

它可以對數(shù)字、文字、聲音以及圖像等各種形式

的數(shù)據(jù)進行處理。因此，如果僅僅把計算機理解

為“能夠進行數(shù)學計算的工具”那就太狹隘了。

■實際上，計算機是一種能夠按照事先存儲的程序,

自動、高速地對數(shù)據(jù)進行輸入、處理、輸出和存

儲的系統(tǒng)。

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計算機系統(tǒng)的概念

■一個計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。

硬件是由各種電子、磁性及機械的器件組成

的物理實體，包括運算器、存儲器、控制器、

輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五個基本組成部分。

軟件則是程序和有關(guān)文檔的總稱，包括系統(tǒng)

軟件和應用軟件兩大類。

■???計算機系統(tǒng)二硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)

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計算機系統(tǒng)二硬件+軟件

拿計算機跟人比：

■人=肉體+思想。

沒有肉體，思想何以存在？所謂“皮之不存，毛將焉附”。

沒有思想，或為“行尸走肉”（白癡），或為“植物人”。

■計算機系統(tǒng)二硬件+軟件。

硬件——機器

軟件——控制計算機工作的各種程序

■沒有配備任何軟件的計算機叫做“裸機”——裸機跟一個

只會發(fā)光發(fā)熱的電阻箱沒有什么兩樣。這是計算機與一般

電器迥異之處。

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計算機能完成的4種基本操作

■計算機能夠完成的基本操作及主要功能：

E輸入：接受由輸入設(shè)備（如鍵盤）提供的數(shù)據(jù)

E處理：對數(shù)據(jù)、字符、圖象等各種類型的數(shù)據(jù)進行操

作，按指定的方式進行轉(zhuǎn)換

E輸出：將處理所產(chǎn)生的結(jié)果（信息）由輸出設(shè)備進行

輸出

c存儲：程序和數(shù)據(jù)的存儲

■以上4種基本操作通常被稱為IPOS循環(huán)，它反映了計

算機進行數(shù)據(jù)處理的基本步驟，即輸入（Input）、處

理（Processing）x輸出（Output）和存儲（Storage）。

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輸入?輸出?存儲?處理

Input?Output?Storage?Processing

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計算機時代已接來臨

■今天，計算機已經(jīng)進入現(xiàn)代社會幾乎一切領(lǐng)域。

從登月飛行、戰(zhàn)略武器、石油勘探、中長期天氣

預報，到書報排版印刷、影視動畫效果、遠程教

學，到日常生活的許多細小方面——自動洗衣機、

電視機的遙控器、高檔音響選曲系統(tǒng)……電腦這

個有史以來最偉大的人造精靈簡直是無處不在！

■總之，計算機時代已來臨，以致在上個世紀末就

有人預言，在21世紀，不懂計算機將成為“新文

目。

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一次震動世界的棋賽…

■北京時間1997年5月12日凌晨

4時50分，國際象棋世界冠軍

卡斯帕羅夫與美國IBM公司

的“深藍”下的第六盤決勝

局中，僅走了19步就投子敗

北—當“深藍”將棋盤上

的兵走到C4位置時，卡斯帕

羅夫推秤認輸，“深藍”以

352.5的優(yōu)勢取得了勝利（先

后6場比賽中，“深藍”二勝

二平

■那么“深藍”是何許人也？

卡斯帕羅夫又是何許人也？

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深藍與卡斯帕羅夫

■“深藍”是美國IBM公司生產(chǎn)的一臺超級國際象棋電腦，

重1270公斤，有32個大腦（微處理器），每秒鐘可以計算

2億步。人們給“深藍”輸入了一百多年來優(yōu)秀棋手的對

局兩百多萬局。

■國際象棋史上劃時代的人物、俄羅斯國際象棋特級大師卡

斯帕羅夫（1963年4月13日出生）是人類有史以來最偉大

的棋手，在國際象棋棋壇上他獨步天下，無人能出其右，

在邏輯性推理方面堪稱全人類最杰出者。前世界冠軍卡爾

波夫號稱是唯一能與其抗衡的棋手，但在兩人交戰(zhàn)史上，

每次都是卡斯帕羅夫取勝?？墒?，在臨近世紀末的1997年,

孤獨求敗的卡斯帕羅夫不得不承認自己輸了，而戰(zhàn)勝他的

是一臺沒有生命力、沒有感情的電腦。

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余波未平…

■也許這是一件偶然的事件，可是，這場

“巨人”與“巨機”的大戰(zhàn)也使人類看

到了一個自己不愿看到的結(jié)果：人類的

工具終于有一天會戰(zhàn)勝自己。

■這次造成震動的歷史事件結(jié)束后，在全

球引起的議論是廣泛的，討論不但在國

際象棋層次，還在科技與人類文明、未

來學和人工智能學、對技術(shù)可能統(tǒng)治人

類的恐懼等層次進行，甚至上升到倫理

學和哲學的高度，以致還曾出現(xiàn)不大不

小的恐慌言論。這一切連網(wǎng)上的文章資

料也是多不勝數(shù)，不知能出幾本書了。

而且至今余熱未褪。

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更新消息…

■新華網(wǎng)報道：國際象棋特級大師卡斯帕羅夫與電腦軟件棋

手“小深”(DeepJunior)驚心動魄的“人機大戰(zhàn)”2003年

2月7日在紐約降下帷幕。在總共六局比賽中，雙方各一

勝一負，另有四局打成平手，同積3分，不分伯仲。此次

與“小深”對陣，卡斯帕羅夫“使出了標志性的攻擊棋

路”。39歲的卡斯帕羅夫在賽后表示，能夠與“小深”

最終戰(zhàn)平他感到“相當滿意”。這位俄羅斯人透露，最后

一場決勝局比賽，曾令他回想起1997年大戰(zhàn)“深藍”

時的危險場面。當時，卡斯帕羅夫正是在關(guān)鍵的最后一場

比賽中敗北，最終在總比分上輸給了“深藍”。

■卡斯帕羅夫說，這次他的惟一目標就是保證“不要輸”。

他聲稱，雖然“小深”比“深藍”更強大，但自己在比賽

中從來沒有真正落于下風?！拔抑惠斄艘粓?，而且那還是

因為一個非常非常可怕的錯誤，”卡斯帕羅夫說，“但這

并不意味著機器打敗了我”。

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卡斯帕羅夫與“小深”對戰(zhàn)

資料：以色列科學家開發(fā)的軟件棋手“小深”每秒能思考

3。0萬步棋并能以更接近人類棋手的方式對奕，曾連續(xù)

三次在國際象棋計算機大賽中奪冠，人稱電腦“棋王”，

近兩年在與人類棋手的比賽中它還未嘗敗績。

計算機“數(shù)字”基礎(chǔ)

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計算機工作原理并不神秘

■迄今為止，任何似乎無所不能的

“電腦”，在其內(nèi)部其實只會進

行兩種最基本的運算——

?算術(shù)運算（二進制加法）：

0+0=01+0=1

0+1=11+1=10

（做減法需要給它編程序）

?邏輯運算（判斷真假）

運算結(jié)果：。一假，1一真

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計算機為什么“使用”二進制數(shù)？

■計算機的主要特點之一是"數(shù)字"（digital）性。

■原因是計算機內(nèi)部使用了成千上萬個微型的“通

斷型"電子開關(guān)進行工作：這些開關(guān)在任何時刻

要么是“連通”（通電），要么是“斷開”（斷

電）。或者說，該電路只有兩種工作狀態(tài)：通（on）

或斷（。仟）。

■在計算機科學中，人們不是用“通通斷斷通通

斷…”之類的話來表示電路狀態(tài)，而用兩個數(shù)字0

和1來表示這兩種狀態(tài)：“1100110…”。用術(shù)語

來說,計算機”使用"二進制數(shù)（binarynumber）。

其實，計算機使用的是通/斷型的電子開關(guān)，所謂

的「二進制數(shù)”只是這些開關(guān)狀態(tài)的一種簡便表

示法而已。中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

兩類信號形式

信號（signal）一般可分為兩類：

U模擬信號（analogsignal）

連續(xù)變化值（如數(shù)學中之實數(shù)）。

自然界產(chǎn)生的物理量一般均為模擬

信號。

3數(shù)字信號（digitalsignal）

離散變化值（如數(shù)字中之整數(shù)）。

計算機內(nèi)部傳輸和處理的均為矩形

脈沖形式的數(shù)字信號（1和0）。

所以，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中計算機內(nèi)部的信息（數(shù)字信號）往往要轉(zhuǎn)

換為通信線路上電信號或光信號（模擬信號）才能傳送。

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回過頭來看看計算機通信的情況???

■當一個計算機系統(tǒng)開始與另一個計算機系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)和

信息時，就需要用到信息系統(tǒng)的第六個部分——通信，亦

稱“互連”(connectivity)。

數(shù)字信號模擬信號數(shù)字信號

ModemModem

調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器

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你相信嗎…

■上面說過，計算機內(nèi)部只會做非常簡單的

二進制算術(shù)運算和邏輯運算。

■一定有人會說，照你這樣說，“電腦”的

運算能力似乎“不如”一個小兒。但事實

上，它們卻有著似乎難以置信的驚人本

領(lǐng)—如戰(zhàn)勝過象征人類智慧頂峰的國際

象棋大師、能做無數(shù)人類很難做到甚至做

不到的事情。這豈非怪事？

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

計算機的力量源于高速運算能力

■其實不奇怪。數(shù)學家已證明，世界上的“一切”

事件，都可以分解為那兩種。和1的基本運算——

正如世界上的一切物質(zhì)都可分解成約110種化學元

素一樣。當然，一個很簡單的事件，可能需要分

解成千上萬步。和1的基本運算。而計算機的高速

運算能力，恰恰在此顯示出極大的優(yōu)點。而且越

復雜，越顯示出其“超人”之處——讓電腦求

1+2肯定不如人；但是讓電腦

123456789+987654321,人就不如電腦。所以許多

事情非常復雜時，人類無法完成，電腦能完成。

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計算機：一個“大智若愚”的家伙

■其實計算機的特點可以用兩個字來概括一

一“笨”（笨到極點）和缺”（快到不可

思議），說它“笨”，因為的確它只能做

非常簡單、連幼兒園的小朋友都會的那兩

種“基本運算”——某個事情，人家一步

就做出來了，它要做幾十步、幾百步甚至

更多步，但是對這種基本運算，它的運算

速度卻快得驚人。計算機就是一個由這種

“笨”與“快”奇妙結(jié)合而產(chǎn)生的偉大精

靈！

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褸人的電腦:曹后是偉大的人解

■但這并不說明人類的智慧不如“電腦”。因為電腦工作要

執(zhí)行的各種程序（運算的步驟）是人類編寫出來。這些程

序（軟件）是無數(shù)科學家和計算機專家智力的結(jié)晶。沒有

這些程序，運算能力再強的電腦也無法做任何事情。

■電腦可以幫助人類做許多事情，包括任何一個人無法獨立

完成的事情，但它永遠只是用來幫助人類完成各種工作的

一種輔助工具——人類需要完成什么工作，就開發(fā)什么軟

件來裝備電腦，電腦才具有完成什么工作的能力。

■事實上，卡斯帕羅夫輸棋并不是輸給了機器，歸根到底仍

然輸給了人——說穿了，是輸給了IBM公司的“深藍”小

組（其中主要研制者是華裔計算機專家許峰雄和譚崇仁）。

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1.4計算機硬件

ComputerHardware

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計算機硬件可以分成哪五類?

■Input（輸入設(shè)備）

■Processingandmemory（數(shù)據(jù)處理和主存儲設(shè)

備）

■Output（輸出設(shè)備）

■Storage（輔助存儲設(shè)備）

■Communications（通信設(shè)備）

>Peripheraldevices（外圍設(shè)備）

與計算機相連且由計算機控制的設(shè)備。這類設(shè)備

可以安裝在計算機箱的外面（如顯示器、鍵盤

4）,亦可安裳在計算機箱的里面（如軟驅(qū)）。

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InputHardware（輸入設(shè)備）

■功能接受數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為適合于計算機處理的

形式。

■常見輸入設(shè)備

Keyboard（鍵盤）

Mouse（鼠標）

Scanners

（打描儀）

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Scanner（掃描儀）

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手寫板

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FCtar

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Input?Output?Storage?Processing

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計算機常見輸入設(shè)備

Input?Output?Storage?Processing

ExternaldrivesFloppydiskdrive

(Zip/Jaz)

CD-ROMdrive

CD-ROMdisk

ouse

Keyboard~?

oppydisks

InputDevices

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ProcessingandMemoryHardware

數(shù)據(jù)處理和主存儲設(shè)備

■計算機的控制中心由主機箱(SystemUnit)中的

數(shù)據(jù)處理和主存儲設(shè)備組成。

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SystemUnit（系統(tǒng)單元，主機箱）

■計算機的控制中心由主機箱中的數(shù)據(jù)處理和主

存儲設(shè)備組成。

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Systemboard（主板）

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CPU(CentralProcessingUnit)

中央處理器

■CPU是計算機控制和處

理數(shù)據(jù)以產(chǎn)生信息的

計算元件。在微型計

算機中，CPU是一塊大

約1.5英寸見方、封裝

有成千上萬個晶體管

的集成電路芯片，稱

為“microprocessor"（微

處理器）,簡記MPU。

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Memory（主存儲器）

■主存儲器又稱為“內(nèi)存”或RAM（隨機存取存儲器）,

是一種用于臨時存儲的工作存儲器，用來存儲需要

馬上由CPU處理的數(shù)據(jù)和程序，可以將它理解為計

算機的“工作區(qū)”或“辦公桌區(qū)”。主存儲器存儲

容量的大小決定了每次數(shù)據(jù)處理量的大小和程序的

運行規(guī)模和復雜程度。

■和CPU一樣，主存儲器也是一種集成電路芯片，斷

電時，存儲在其中的所有數(shù)據(jù)和程序?qū)⑷肯В?/p>

故稱為“易失的"（volatile）存儲器。所以在計算機中

還需要一種所謂“輔助存儲器”（如磁盤、磁帶等）

來存儲數(shù)據(jù)和信息。

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普通內(nèi)存條

安裝在主板上的內(nèi)存條

筆記本機用256M內(nèi)存

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OutputHardware

輸出設(shè)備

■功能將計算機處理產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)換為用戶可

以識別和使用的形式。

■Hardcopyoutput）

輸出的圖文通過打印機、繪圖機等印制在紙

面等，用戶可以取走。

■So廿copyoutput（軟考貝輸出）

輸出的圖文通過顯示器顯示在屏幕上,或輸

出音響通過音箱播放，用戶可以觀看和欣賞,

但無法取走。

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輸出設(shè)備面面觀

Input?Output?Storage?Processing

Floppydisks

Whichoneisalsoaninputdevice?

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針式打印機

噴墨打印機激光打印機

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CRT（陰極射線管）LCD（液晶）

顯示器顯示器

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SecondaryStorageHardware

(輔助存儲器)

■功能以相對長久的(“非易失”)的方式存

儲數(shù)據(jù)和程序。即斷電時所存內(nèi)容不會丟

失。

■常見輔助存儲器類型有：

■軟磁盤(disketteorfloppydisk)

■硬磁盤(harddisk)

■磁帶(magnetictape)

■光盤(opticaldisks)

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軟

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軟磁盤與硬磁盤：盤片

Input?Output?Storage?Processing

Floppydisksandharddisksarelikevideotapecassettes.

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光盤和光盤驅(qū)動器

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磁帶及磁帶機

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CommunicationsHardware

通信設(shè)備

功能用于計算機之間

和計算機網(wǎng)絡(luò)(networks)

之間的連接，以實現(xiàn)

軟硬件資源的共享。

■為了使計算機的數(shù)字

信號能夠通過傳統(tǒng)的

銅芯電話線路傳送，

需要配備一種叫做

Modem的通信設(shè)備將其

轉(zhuǎn)換模擬信號。

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迄今為止所有計算機從其功能結(jié)構(gòu)來看，都可看作由五大

部分組成：

■運算器

功能：算術(shù)運算和邏輯運算

■控制器

功能：使計算機能自動地執(zhí)行程序，并使各部分協(xié)調(diào)工作

■存儲器

功能：用于保存程序和數(shù)據(jù)

主存儲器（內(nèi)部存儲器）存放當前所執(zhí)行程序的指令和數(shù)據(jù)

輔助存儲器（外部存儲器）存放暫不參加運算的程序的指令

和數(shù)據(jù)

■輸入設(shè)備用于程序和數(shù)據(jù)輸入（標準設(shè)備：鍵盤）一

■輸出設(shè)備用于程序和數(shù)據(jù)輸出（標準設(shè)備：顯示器）

計算機工作原理示意圖

指令數(shù)據(jù)線

控制信號線

對照一下人進行某項運算時的情況

常用術(shù)語

在計算機五大部分中，運算器和控制器是最核心的部

分，通常做在一個器件上，稱作CPU。

【術(shù)語】CPU=控制器+運算器

只有主存(內(nèi)存)可直接與CPU交換信息，它與CPU

組合可實現(xiàn)計算機的基本功能。

【術(shù)語】主機=CPU+主存儲器

輸入/輸出(Input/Output)設(shè)備和外存合稱“外圍設(shè)備”。

【術(shù)語】外設(shè)=1/0+輔助存儲器

馮?諾依曼型計算機

■上述計算機的基本結(jié)構(gòu)是由美藉匈牙利科學家馮?諾依曼于

1946年提出的。迄今為止所有進入實用的電子計算機都是按

馮?諾依曼的提出的結(jié)構(gòu)體系和工作原理設(shè)計制造的，故又

統(tǒng)稱為“馮?諾依曼型計算機”。

■新一代計算機將努力突破馮氏的結(jié)構(gòu)體系和工作原理，將是

“非馮?諾依曼型計算機”。

■馮?諾依曼型計算機的兩大特征

程序存儲（計算機自動連續(xù)工作的基礎(chǔ)）

采用二進制（機內(nèi)一切信息均需為二進制編碼形式存在）

■馮?諾依曼型計算機的工作原理

存儲程序（將欲執(zhí)行的任務(wù)事先編成程序存入主存中）

程序控制（執(zhí)行時由CPU調(diào)用主存中的程序進行運算）

1.5計算機軟件

ComputerSoftware

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

為什么要使用軟件?

■計算機機器本身毫無智力可言，必須由人們提

供各種指令來告訴它做什么、如何做和何時做。

這些指令被總稱為“software"（軟件），因為它

的存在人們感覺不到也看不到。

■軟件是由一組用所謂“編程語言”編寫的程序

組成。程序則由指令組成。用于實現(xiàn)某一專業(yè)

功能的軟件通常又稱為“軟件包”。

■軟件通常由專業(yè)編程人員開發(fā)，并存放在磁盤、

光盤上，或通過因特網(wǎng)在線提供。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

兩類軟件

軟件通?？梢苑譃閮深悾?/p>

■SystemSoftware（系統(tǒng)軟件）

■ApplicationSoftware（應用軟件）

應用軟件：我用的

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

SystemSoftware:TheComputer'sBoss

■功能用于使計算機能夠管理其本身的內(nèi)部

資源，控制硬件的運行，執(zhí)行各種基本操

作，如使CPU與鍵盤、顯示器、打印機和

磁盤驅(qū)動器通信等。系統(tǒng)軟件不用于解決

各種業(yè)務(wù)性或?qū)I(yè)性的具體問題。

■最重要的一種系統(tǒng)軟件是“操作系統(tǒng)”。

目前個人計算機最常用的系統(tǒng)軟件即美國

Microsoft（微軟）公司隨Windows（視窗）

系列操作系統(tǒng)。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

ApplicationSoftware:YourServant

■功能用于提高計算機用戶的工作效率和創(chuàng)

造力。

■目前個人計算機最常用的應用軟件是美國

Microsoft（微軟）公司的Office系列辦公軟件

和InternetExplorerBrowser（■瀏覽器）。

前者用于編寫文檔、處理電子表格、制作

網(wǎng)頁和多媒體演示軟件等，后者用于在因

特網(wǎng)上“上網(wǎng)沖浪”一一訪問遠程網(wǎng)站、

下載軟件、收發(fā)電子郵件、網(wǎng)上交友…

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

1.6計算機系統(tǒng)的分類

TypesofComputerSystems

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

美國休斯頓：太空飛船發(fā)射控制中心

美國國家航空與宇宙航行局約翰遜空間中心

■1969年美國阿波羅登月飛船宇航員所用的機載導航計算機

重量為31公斤，主存儲器僅能保存2000個字符的數(shù)據(jù)，

位于地面的發(fā)射控制計算機也只能存儲一百萬個字符，而

造價高達400萬美元，體積龐大，幾乎占據(jù)一個大房間。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

飛速發(fā)展的計算機技術(shù)

■摩爾定律：

Intel的創(chuàng)始人之一GordonMoore在

1965年提出了這個著名的定律，預

言單位平方英寸芯片的晶體管數(shù)目每

過18到24個月就將增加一倍。過去

四十年的芯片產(chǎn)業(yè)一直遵循摩爾定律

每18個月速度增長一倍的規(guī)律運行。

事實上，Intel的CPU芯片上的晶體管

數(shù)目已經(jīng)由1971年的2300增長到今

天Pentium4處理器的5500萬，即增

長了兩萬四千倍。

■今天你用幾千元人民幣購買的個人計

算機處理能力是1969年阿波羅登月索尼公司展示

發(fā)射控制計算機的上千倍，存儲容量

則是它的幾百倍。體積之小，可以放新型掌上電腦

在辦公桌的桌面上，甚至可以放在掌

心。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

GordonE.Mooreand"Moore'sLaw"

■戈登?摩爾身高超過1.8米，頭頂光禿，性情相

當沉著、平靜。他有兩大愛好:垂釣和劃船。

作為英特爾的創(chuàng)始人，今年已經(jīng)78歲的摩爾

曾經(jīng)一度成為硅谷的首富。因此，他早已有

足夠的金錢、時間和心情，扛一根釣竿，天

天到硅谷灣區(qū)釣魚，享受寧靜的晚年時光。

但是，除了他高大的身影外，一個更高大的

“陰影”始終彌漫在這家半導體領(lǐng)域利潤最

高的公司之上，籠罩著整個半導體產(chǎn)業(yè)。這

就是“摩爾定律”，IT產(chǎn)業(yè)的第一定律！

戈登?摩爾

■摩爾定律已經(jīng)43歲了，甚至比英特爾的年齡

還要大三歲。43年來，它所倡導的“更快、

更小、更便宜”的理念，使整個IT業(yè)變成了

另一個“奧林匹克”競技場。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

計算機系統(tǒng)的分類

■根據(jù)其體積大小和處理能力，通常可分為

■Supercomputers（超級計算機）

■Mainframecomputers（大型計算機）

■Workstations（工作站）

■Microcomputers（微型計算機）

■Microcontrollers（微控制器）

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

Supercomputers

超級計算機（巨型機）

■最快和性能最高的計算機。通常配備有上百個到

上千個處理器，運算速度可達幾萬億次/秒。目前

世界上最快的集群超級計算機運算速度為每秒7.6

萬億次浮點運算，預計04年初將出現(xiàn)100萬億次的

超級計算機。

■主要用于研究，如世界性氣象預報和氣侯現(xiàn)象分

析、石油勘探、飛機設(shè)計、裂變核武器系統(tǒng)評定

等。

■價格：N1000萬美元（國外）

N1000萬人民幣（國產(chǎn)）

我國國產(chǎn)巨型機有：銀河系列、曙光系列、深騰

系列超級計算機。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

曙光3000超級服務(wù)器

■國家863計劃的重大項目曙光3000超級服務(wù)器于2000年12

月研制成功，通過了國家科技部組織的驗收，并于2001年

2月通過了專家鑒定。。

■曙光3000是一種通用的超級并行計算機系統(tǒng)，是目前性能

最高的國產(chǎn)超級服務(wù)器。它兼顧大規(guī)?？茖W計算、事務(wù)處

理和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)。系統(tǒng)峰值浮點運算速度為每秒4032億

次，內(nèi)存總?cè)萘繛?68GB,磁盤總?cè)萘繛?.63TB。它具

有先進的機群體系結(jié)構(gòu)。由70臺節(jié)點計算機組成，共280

個處理機。系統(tǒng)提供三套連接網(wǎng)絡(luò)，用做高速并行計算、

文件傳輸、系統(tǒng)管理、接待用戶請求。另外，還有兩套串

行網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)控系統(tǒng)的各種狀態(tài)。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

曙光3000超級服務(wù)器的性能

■曙光3000最高運算速度達每秒4032億次，256個

處理機，內(nèi)存總量達168GB。16個處理機的曙光

3000每天可實現(xiàn)80億次的頁面點擊。8個處理機

的系統(tǒng)每天可收發(fā)七千萬封電子郵件。4個處理機

的系統(tǒng)每天可處理三百萬次事務(wù)。128個處理機

工作，48小時的精確天氣預報只需1小時38分鐘。

64個處理機工作，一個月的氣候預報僅用15分鐘。

16個處理機做某油田291口井135年的油藏模擬只

需17小時，在國內(nèi)所有計算機包括進口計算機中

第一次達到實用水平。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

曙光3000超級服務(wù)器整機圖

曙光3000是中國基因研究進度的保證

■位于北京順義的北京華大基因研究

中心，承擔了人類基因組1％測序的

任務(wù)；就在這里，“入住”了兩臺

全國為數(shù)極少的曙光2000巨型計算

機。今年2月12日人類基因組圖譜

正式公布以后，這里成了世人關(guān)注

的焦點。

■生質(zhì)看息中心主管黃小兵介紹，由

于長期超負荷地運轉(zhuǎn)，在我國所承

擔的人類基因組1%測序任務(wù)“完

成圖”已近尾聲之時，每秒運行

120億次、日處理3GB數(shù)據(jù)的曙光

2000也光榮地退居二線?！笆锕?/p>

2000在其它領(lǐng)域可能會運轉(zhuǎn)得很正

常，但在華大已經(jīng)是不堪重負。不

得不一下定購了兩臺曙光3000。”

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

正在研制中的曙光4000A-

■2003年7月23日，曙光公司與中科院計算所國家智能計算

機研究開發(fā)中心宣布，將建造中國第一臺運算速度超過每

秒10萬億次的超級計算機—曙光4000Ao

■曙光公司總裁歷軍介紹，正在建設(shè)的曙光4000A將采用

2192顆主頻2.4G的64位AMDOpteron800處理器，計算

節(jié)點為512個，單個節(jié)點均為2U-4路的64位高性能計算

機，該機擁有高達2256G的內(nèi)存容量，30TB磁盤容量和

基于多級交叉開關(guān)的高速互連網(wǎng)絡(luò)，運算峰值超過每秒10

萬億次，建成后，不僅將是中國最快的超級計算機，也將

是世界上最快的集群式超級計算機。

■曙光4000A將于2003年9月實現(xiàn)計算機節(jié)點批量生產(chǎn)；

2004年1月用戶試算；2004年3月完成系統(tǒng)；2004年6月

用戶安裝。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

曙光4000A概念圖

代號為“紅色網(wǎng)格”，2192顆CPU,2256G

的內(nèi)存容量，運算峰值超過每秒10萬億次…

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

國防科大研制的“銀河”系列巨型機

■1997年6月，銀河-III超級計算

機研制成功。中國成為世界上

少數(shù)幾個能研制和生產(chǎn)大規(guī)模

并行計算機系統(tǒng)的國家之一。

銀河III采用分布共享存儲結(jié)構(gòu),

峰值性能達到每秒130億浮點

足算。92年銀河-II

■1999年11月,,銀河-IV型巨型億次機

機開始研制。10

■2002年11月19由國防科技大

學計算機學院研制的新一代

“銀河”高性能實時仿真計算

機系統(tǒng)在長沙通過技術(shù)鑒定。

試運行期間，曾成功地對航天97年銀河-m

運載火箭及多個重大任務(wù)的控百億次機

制系統(tǒng)進行了多次實時仿真試

驗。[]

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

世界超級計算機

全球TOP500排行榜

■世界超級計算機TOP500排名，是由國際專業(yè)評

價超級計算機性能的組織—“TOP500”倡導發(fā)起

的。該組織于1993年成立，每年6月和11月各發(fā)

布一次全世界已安裝并在使用的運算速度最快的

前500臺超級計算機的排名，截至到2003年6月27

日為止，已經(jīng)進行了21屆。

■到2003年6月排名第一的是NEC公司的Earth-

Simulator/5120超級計算機，運算速度達到

35.86萬億次。

■曙光4000A開發(fā)成功,將在全球超級計算機Top

500強中排名第三（按今年6月23日排名）。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

最新消息：深騰1800闖入世界超級計算機

全球TOP500排行榜

中國生產(chǎn)的超級計算機第一次進入高

性能計算TOP500排名是在2002年11

月，就是由聯(lián)想集團研制成功具有自

主知識產(chǎn)權(quán)核心技術(shù)的三臺萬億次超

級計算機——“深騰1800”，實際運算

速度達到每秒1.046萬億次，在2003

年6月排名第51位、98位和299位。

20組機柜、526個高性能“奔騰4”

機型CPU、1800多個小型風扇、近

總?cè)f彳米網(wǎng)線、實測性能達到每秒

一▲一一―；7000

1萬億次浮點運算……02年8月

成野29日，聯(lián)想集團和中科院數(shù)學與

計算所聯(lián)合召開新聞發(fā)布會，宣

布了一個喜人的消息：我國首臺

萬億次計算機誕生了。

中南工業(yè)學校計算機機研室2008年11日

IBM：將為美能源部造世界最快超級計算機

■2002年11月19日，舊M公布了兩臺目前世界上運算速度最

快計算機的制造計劃，這是藍色巨人和美國能源部達成的

一項價值2億9000萬美元合同的一個組成部分。舊M官員

指出，這兩臺超級計算機聯(lián)合起來的計算處理能力將超過

目前世界上計算能力最強的500臺超級計算機的總和。

■舊M將提供的第一臺超級計算機名為ASCIPurple,它的

運算速度將達到每秒100萬億次，即每秒100兆次浮點計

算的水平。這臺計算機被視為深藍(DeepBlue)的直系彳爰

裔。ASCIPurple將在2004年交付使用，屆時能源部的國

家原子能安全督理署將使用ASCIPurple來模擬美國原子

武器的老化及其處理過程。

■第二臺超級計算機目前被命名為BlueGene/L,它的計算

能力將明顯超過ASCIPurple,達到每秒360萬億次的水平,

預計在2005年交付使用。能源部計劃把這臺計算機供各個

國家實驗室使用，用於武器、生物技術(shù)和高能爆炸的模擬

計算。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

Mainframecomputers

主機

■包括通常說的大、中、小型計算機。運算速度幾千萬次/

秒，價值幾萬?幾百萬美元。主要用于銀行、航空公司、

保險公司、郵購商店、高校和稅收局等。

IBMz系列z900服務(wù)器舊Mz系列Z990服務(wù)器

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

國產(chǎn)大中型計算機

中科院計算技術(shù)研究所國

家智能機中心研制的每秒

200億次的曙光2000型超

級服務(wù)器

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

Workstations：工作站

■80年代初期出現(xiàn)，是一種價格昂貴、功能強大的

桌面計算機，主要供工程師們、科學家們、特效

設(shè)計師們使用，如設(shè)計飛機機身、研制處方藥品、

影視特效制作等。

IntelliStation專業(yè)圖形工作站

Pro

IntelliStationPro專業(yè)圖形工作站

具有頂級的應用性能、可露性以

及於完全可以信賴的舊M服務(wù)于

技術(shù)支排

圖：IBM圖形工作站

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

Microcomputers:微型計算機

■又稱為“個人計算機”（PC機），可以放

置在桌面上，或可以出行攜帶。通常有：

■Desktop（臺式機）

■Notebook（筆記本機）

■Personaldigitalassistant（PDA）（個人數(shù)字助理）

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

臺式機與筆記本電腦

Delr7Dimension?2400Dell?Insplron?5100

臺式機筆記本電腦

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

Multimediacomputers

多媒體電腦

■一臺普通電腦，配上

聲卡、音箱、光盤驅(qū)

動器等，不但可以進

行各種運算和數(shù)據(jù)處

理，還可播放或制作

各種影視和音樂節(jié)目，

稱為“多媒體電腦"。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

計算機主板：擴展槽

ATX電潮缸］插座PHCPD插槽SLOT

鼠標接口插座

屣盤接口插座

USB接口插座

DE接口插座

電池

接口插針座

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

聲卡和音箱

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

Microcontrollers:微控制器

■亦稱為“嵌入式”、

“專用型”或“隱藏式”

計算機。微控制器實際

上是安裝在各種智能設(shè)

備（如電腦控制的微波

爐、袖珍計算器等）中

的微型計算機芯片（通

常稱為“單片機”）。

■你格一般在幾?幾十美

JLo

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

單片機芯片SST89c58單片機

89c58

33-C-PI

0030129-C1

背面

正面

Jj市?中；」呈丹

?濘;十日對

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

1.7計算機發(fā)展史

MilestonesinComputerDevelopment

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

分析儀等。最早研制電

子計算機,是為了解決

科技進步特別是軍事應

用方面運算量越來越大

的問題。

P1.16圖1.6

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

世界上第一臺電3計算機

■誕生于1946年2月的世界上第一臺電子計算機，是為

美國陸軍計算槍炮火力表而研制。每張火力表需要

計算數(shù)百條彈道，一條飛行時間為60秒的彈道，手搖

計算機20小時，大型微分分析儀15分鐘。軍方要求每

天計算機6張火力表。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

ENIAC（埃尼亞克）

這臺名為ENIAC

（電子數(shù)字積分計

算機的縮寫）的機

器，使用18800個

電子管，1500多

個繼電器，耗電

150千瓦，占地

170平方米，重達

30噸，可謂“龐然

大物”也。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

電子計算機時代的到來

■ENIAC由美國賓夕法尼亞州立大

學莫爾學院設(shè)計研制，價值40多

萬美元，運算速度5000次/秒。今

天看來，其運算速度低得可憐（稍

高檔的計算器即可達到），而在當

時，計算一條彈道時間縮短為30

秒。它運算兩小時，相當于一個

物理學家100年的手工計算，不能

不說是一個劃時代的事件——表

明了電子計算機時代的到來。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

計算機史

從1946年到今天，計

算機技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了

四次革命性的變化

（四代），一代比一

代體積縮小，功能增

大，價格下降。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

第一代(1946-1958)

■電子技術(shù)，核心元件

電子管，幾千次/秒，

用于軍事與科學研究。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

第二代(19594963)

半導體技術(shù)，核心元

件晶體管，幾十萬次/

秒，用于科學計算、

數(shù)據(jù)和事務(wù)處理。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

第三代(1964-1970)

■固體物理技術(shù)，核心

元件中小規(guī)模集成電

路，在幾平方毫米單

晶硅片上集成十幾個

至上百個電子元件；

幾十萬至幾百萬次/秒;

用于各個科學領(lǐng)域。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

第四代（1971至今）

■核心元件大規(guī)模和超

大規(guī)模集成電路（如

“奔騰4處理器”包含

4200萬個晶體管）；上

千萬次至上億次/秒；

進入現(xiàn)代社會各個領(lǐng)

域。

■超大規(guī)模集成電路應

用的直接結(jié)果是微型

計算機的誕生。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

今天之計算機

■迄今為止的四代計算機都是按美籍匈牙利數(shù)學家

馮?諾依曼提出的工作原理設(shè)計制造的，所以也稱

為“馮?諾依曼型計算機”。

■隨著技術(shù)的發(fā)展，今天的計算機已不再是一種單

純的計算工具。今天的計算機，除了高速運算

（數(shù)十億次/秒），還有邏輯處理功能，是一種具

有強大信息處理能力的“智能化機器"。換言之,

計算機應用已從單純的數(shù)值計算轉(zhuǎn)入信息處理領(lǐng)

域。正因為如此，才使計算機走出科研院所的

“象牙之塔”，進入現(xiàn)代社會的各個領(lǐng)域。今天

的電子計算機，不僅會高速進行各種各樣的科學

計算，而且象人腦一樣，會“判斷”，會“思

考”，會迅速果斷地處理各種問題。所以，越來

越多的人開始把計算機叫做“電腦”。

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

計算機發(fā)展史上的重要人物

「英國數(shù)學家圖靈(Turing):創(chuàng)建了自動機理論，發(fā)

展了可計算機性理論，奠定了人工智能的基礎(chǔ)。

「美籍匈牙利數(shù)學家馮?諾依曼(VonNeumann):確

立了現(xiàn)代計算機的基本結(jié)構(gòu)，即馮?諾依曼體系結(jié)

構(gòu)。其要點是

■計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備

和輸出設(shè)備五大部分組成

■數(shù)據(jù)和指令(程序)以二進制代碼形式不加區(qū)

別地在執(zhí)行前存放在存儲器中

■存儲程序和數(shù)據(jù)的概念

中南工業(yè)學校計算機教研室2008年11日

圖靈獎：計算機界的諾貝爾獎

■ACM是美國計算機學會的縮寫。最初這是美國的一個學術(shù)

性組織，現(xiàn)在是美國乃至全世界最重