1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述信息化是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主流，信息技術(shù)是當(dāng)今世界嶄新的生產(chǎn)力，信息產(chǎn)業(yè)也已成為當(dāng)今全球第一大產(chǎn)業(yè)，計(jì)算機(jī)技術(shù)則是重要支柱。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以及它對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生的巨大影響，“掌握和應(yīng)用計(jì)算機(jī)”的能力已成為當(dāng)今衡量個(gè)人素質(zhì)高低的重要標(biāo)志。通過本章的學(xué)習(xí)，除對(duì)計(jì)算機(jī)有基本的認(rèn)識(shí)外，也為后面了解計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識(shí)打下良好基礎(chǔ)。1.1 計(jì)算機(jī)的基本知識(shí)1.1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)于1946年2月在美國誕生，稱為“埃尼阿克”（Electronic Numerical Integrator and Calculator，ENIAC），即電子數(shù)值積分

2、計(jì)算機(jī)。它具有計(jì)算速度快、精度高、能按給定的程序自動(dòng)計(jì)算等特點(diǎn)。ENIAC共用了18 000多只電子管，重量達(dá)30噸，占地170平方米，每小時(shí)耗電150千瓦，真可謂“龐然大物”，它不僅存儲(chǔ)容量小，而且全部指令還沒有存放在存儲(chǔ)器中；它的操作相當(dāng)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，它采用線路連接的方法編排程序，每次解題都要靠人工改接連線，準(zhǔn)備時(shí)間大大超過實(shí)際計(jì)算時(shí)間。但在當(dāng)時(shí)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是驚人的，每秒鐘能做5000次加法運(yùn)算，3毫秒便可進(jìn)行一次乘法運(yùn)算，與手工計(jì)算相比大大加快了，60秒鐘射程的導(dǎo)彈彈道計(jì)算時(shí)間由手工計(jì)算的20分鐘縮短到30秒，它開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)的新紀(jì)元，把人們從奴隸般的計(jì)算中解放出來了。2馮諾依

3、曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)針對(duì)ENIAC在存儲(chǔ)程序方面存在的致命弱點(diǎn)，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼（John Von Neumann）于1946年6月提出了一個(gè)“存儲(chǔ)程序”的計(jì)算機(jī)方案。這個(gè)方案包含三個(gè)要點(diǎn)： 采用二進(jìn)制數(shù)的形式表示數(shù)據(jù)和指令。 將指令和數(shù)據(jù)按執(zhí)行順序都存放在存儲(chǔ)器中。 由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5大部分組成計(jì)算機(jī)。其工作原理的核心是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”，就是通常所說的“順序存儲(chǔ)程序”的概念。人們把按照這一原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為“馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)”。早期按照馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)有以下幾種。（1）“埃德瓦克”（Electronic Discrete Variab

4、le Computer，EDVC）：即電子離散變量計(jì)算機(jī)。它是第一個(gè)按照存儲(chǔ)程序原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。運(yùn)算速度比ENIAC提高了240倍，直到1952年才投入運(yùn)行，主要用于核武器的理論計(jì)算。（2）“埃德沙克”（Electronic Delay Storage Automatic Calculator，EDSAC）：即電子延遲存儲(chǔ)自動(dòng)計(jì)算機(jī)。它是第一次實(shí)現(xiàn)的“大型存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)”。在1949年投入運(yùn)行，是第一臺(tái)投入運(yùn)行的存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)。（3）“尤尼瓦克”（Universal Automatic Computer，UNIVAC）：即通用自動(dòng)計(jì)算機(jī)。1951年作為商品計(jì)算機(jī)投入使用，開創(chuàng)了用于數(shù)據(jù)處理的

5、計(jì)算機(jī)新時(shí)代。馮諾依曼提出的體系結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)理論，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑，馮諾依曼則被稱為“計(jì)算機(jī)之父”，直到現(xiàn)在，各類計(jì)算機(jī)仍然沒有完全突破馮諾依曼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框架。3計(jì)算機(jī)的發(fā)展（按計(jì)算機(jī)的邏輯部件劃分）隨著所采用的電子器件的變化，計(jì)算機(jī)已經(jīng)歷了4代演變。（1）第一代電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（19461958）：采用水銀延遲線作內(nèi)存儲(chǔ)器，磁鼓作外存儲(chǔ)器。體積大、耗電多、運(yùn)算速度慢。最初只能使用二進(jìn)制數(shù)表示的機(jī)器語言，很不方便，到20世紀(jì)50年代中期以后才出現(xiàn)匯編語言。這個(gè)時(shí)期，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算和軍事方面，使用不普遍。（2）第二代晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代（19591964）：其內(nèi)存儲(chǔ)器

6、主要采用磁芯，外存儲(chǔ)器采用磁盤，輸入和輸出設(shè)備也有了較大改進(jìn)。這一代計(jì)算機(jī)體積顯著減小、可靠性顯著提高、運(yùn)算速度最高可達(dá)每秒百萬次。在軟件方面有了高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言和編譯系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)開始廣泛應(yīng)用于以管理為目的的信息處理。（3）第三代中、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（19651970）：固體組件計(jì)算機(jī)。存儲(chǔ)器容量可達(dá)14MB，運(yùn)算速度每秒幾百萬至幾千萬次，可靠性等方面也有了較大提高。體積進(jìn)一步縮小，成本進(jìn)一步降低。軟件進(jìn)步很大：有了操作系統(tǒng)（Operating System，OS）；開展了計(jì)算機(jī)語言的標(biāo)準(zhǔn)化工作并提出結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法；出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用開始向社會(huì)化發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域和普及程度

7、迅速擴(kuò)大。（4）第四代大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代（1971至今）。大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)發(fā)生了巨大的變化，內(nèi)存儲(chǔ)器已由磁芯存儲(chǔ)器過渡到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，而且集成度越來越高；同時(shí)出現(xiàn)了微處理器（把控制器、運(yùn)算器等部件制作在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路中），從而推出了微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展是計(jì)算機(jī)歷史上的重大事件，使得計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、可靠性和性能價(jià)格比等方面都比上一代計(jì)算機(jī)有了較大突破。各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件大量推出，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的性能，使計(jì)算機(jī)幾乎應(yīng)用到所有領(lǐng)域，成為人類社會(huì)活動(dòng)中不可缺少的工具。從20世紀(jì)70年代初到現(xiàn)在，第四代計(jì)算機(jī)有了很大發(fā)展。主要表現(xiàn)

8、為數(shù)據(jù)寬度、處理速度、存儲(chǔ)容量等技術(shù)性能飛速提高；系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件豐富多彩，功能配置空前完善；價(jià)格越來越低，應(yīng)用越來越廣泛。從發(fā)展角度看，具有向兩極化（巨型機(jī)、微型機(jī)）、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體（Multimedia）化和智能化發(fā)展的趨勢(shì)。4我國計(jì)算機(jī)的發(fā)展華羅庚教授是我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的奠基人，也是我國第一臺(tái)計(jì)算機(jī)主要?jiǎng)?chuàng)始人之一。早在20世紀(jì)40年代末，他在美國普林斯頓高級(jí)研究院任訪問研究員時(shí)，就經(jīng)常與馮諾依曼交流學(xué)術(shù)問題。1950年華羅庚教授回國。在1956年國家制定的“十二年科學(xué)技術(shù)遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要”中，計(jì)算機(jī)技術(shù)被列為四大緊急任務(wù)之首，并聘請(qǐng)他擔(dān)任計(jì)算機(jī)技術(shù)規(guī)劃組組長(zhǎng)。1962年在中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所

9、內(nèi)成立了我國第一個(gè)計(jì)算機(jī)科研小組。我國的計(jì)算機(jī)事業(yè)自1956年制定“十二年科學(xué)技術(shù)遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要”時(shí)起步，經(jīng)歷了從無到有、從小到大的艱苦歷程?；仡櫄v史，大致可分為三個(gè)階段。（1）第一階段（19561973）：我國的計(jì)算機(jī)事業(yè)從1956年開始起步，1958年試制出第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)，1972年研制成功第一臺(tái)集成電路計(jì)算機(jī)，為我國的計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（2）第二階段（19741983）：這個(gè)階段面向用戶和生產(chǎn)的需要，重點(diǎn)發(fā)展了系列機(jī)。其中的兩個(gè)微型機(jī)系列分別與國際主流的Intel 8080、MC 6800系列機(jī)兼容。除此之外，還針對(duì)中國國情開展了漢字?jǐn)?shù)字化、信息化、智能化的研究工作，并取得巨大

10、成果。（3）第三階段（1984至今）：這一階段重點(diǎn)發(fā)展微型機(jī)、小型機(jī)、外部設(shè)備及軟件，因此我國的微型機(jī)產(chǎn)業(yè)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用得到迅猛發(fā)展。長(zhǎng)城、聯(lián)想、浪潮、同創(chuàng)、方正等國產(chǎn)微型機(jī)相繼推出；各種漢字辦公軟件、電子排版印刷系統(tǒng)也一個(gè)接一個(gè)地問世；計(jì)算機(jī)應(yīng)用于核能利用、空間技術(shù)、地質(zhì)勘探、氣象預(yù)報(bào)、工業(yè)控制等領(lǐng)域?，F(xiàn)在我國不但可以系列化、成批地生產(chǎn)各類微型機(jī)，而且還研制出了“銀河”系列巨型機(jī)、曙光系列并行機(jī)。我國的計(jì)算機(jī)事業(yè)在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用各個(gè)方面都將躋身于世界先進(jìn)國家行列。1.1.2 計(jì)算機(jī)分類計(jì)算機(jī)的種類很多，隨著它的發(fā)展和新機(jī)型的出現(xiàn)，分類方法也在不斷變化，當(dāng)前沿用較多的是“電氣與電子工程師協(xié)會(huì)”

11、（IEEE）于1989年提出的一種分類方法。它將計(jì)算機(jī)分為以下6種。（1）個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，PC）：即面向個(gè)人或家庭使用的低檔微型計(jì)算機(jī)。（2）工作站（Work Station，WS）：是介于PC和小型機(jī)之間的高檔微型機(jī)。通常配備有大屏幕顯示器和大容量存儲(chǔ)器，并具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，多用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和圖像處理（網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的用戶節(jié)點(diǎn)也稱為工作站，兩者完全不是一回事，防止混淆）。（3）小型計(jì)算機(jī)（Mini Computer）：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、易于維護(hù)和使用。其規(guī)模按照滿足一個(gè)中、小型部門的工作需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置。（4）主機(jī)（Main Frame）：具有大容量

12、存儲(chǔ)器、多種類型的I/O（輸入/輸出）通道，能同時(shí)支持批處理和分時(shí)處理等多種工作方式。其規(guī)模按照滿足一個(gè)大、中型部門的工作需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置。（5）小巨型計(jì)算機(jī)（Mini Super Computer）：也稱為桌上型超級(jí)計(jì)算機(jī)。其與巨型計(jì)算機(jī)相比，最大的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，具有更好的性能價(jià)格比。（6）巨型計(jì)算機(jī)（Super Computer）：也稱超級(jí)計(jì)算機(jī)。具有極高的性能和極大的規(guī)模，價(jià)格昂貴。多應(yīng)用于尖端科技領(lǐng)域。生產(chǎn)這類計(jì)算機(jī)的能力可以反映一個(gè)國家的計(jì)算機(jī)科學(xué)水平。我國是世界上生產(chǎn)巨型計(jì)算機(jī)的少數(shù)國家之一。1.1.3 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)以不同的形式應(yīng)用于各行各業(yè)，幾乎遍及所有領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)

13、技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用形式和應(yīng)用領(lǐng)域更是千變?nèi)f化、日新月異。因此很難使用一種固定模式對(duì)其進(jìn)行 歸納。1傳統(tǒng)分類方法按計(jì)算機(jī)工作的性質(zhì)劃分（1）數(shù)值計(jì)算（又稱為科學(xué)計(jì)算）：是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最早也是最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著人們對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)的日益深化，越來越多的研究工作從定性轉(zhuǎn)向了定量，涉及的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算工作規(guī)模也越來越龐大。因此，在現(xiàn)代科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)已成為必不可少的計(jì)算工具。例如，人造衛(wèi)星軌道的計(jì)算、宇宙飛船的制導(dǎo)、天體演化形態(tài)學(xué)的研究、可控?zé)岷朔磻?yīng)、氣象預(yù)報(bào)等，都是借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算工作的。（2）數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理指的是對(duì)信息進(jìn)行采集、加工、存儲(chǔ)、傳送，并進(jìn)行綜合分析。這已成為信息社會(huì)

14、中必不可少的重要工作?，F(xiàn)在，用于企事業(yè)單位的各種管理信息系統(tǒng)（如財(cái)務(wù)、計(jì)劃、物資、人事等的管理），用于文字處理的編輯排版系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，用于圖像處理的圖像信息系統(tǒng)，用于圖書資料查詢的情報(bào)檢索系統(tǒng)等，都屬于計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在世界上約75的計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理工作。（3）過程控制（又稱為實(shí)時(shí)控制）：將計(jì)算機(jī)用來控制各種自動(dòng)裝置、自動(dòng)儀表、生產(chǎn)過程等，都稱為過程控制（或?qū)崟r(shí)控制）。例如，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化方面的巡回檢測(cè)、自動(dòng)記錄、監(jiān)視報(bào)警、自動(dòng)啟停、自動(dòng)調(diào)控等內(nèi)容；交通運(yùn)輸方面的行車調(diào)度，農(nóng)業(yè)方面人工氣候箱的溫、濕度控制；家用電器中的某些自動(dòng)控制功能等，都是計(jì)算機(jī)在過程控制方面

15、的應(yīng)用。（4）計(jì)算機(jī)輔助功能： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）。 計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）。 計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（Computer Aided Testing，CAT）。 計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）。 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，CAI）。（5）人工智能(Artificial Intelligence，AI)：這是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)較新領(lǐng)域，它是用計(jì)算機(jī)執(zhí)行某些與人的智能活動(dòng)有關(guān)的復(fù)雜功能。目前研究的方向主要有：

16、模式識(shí)別、自然語言理解、自動(dòng)定理證明、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、知識(shí)表示、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、機(jī)器人等。2現(xiàn)代分類方法按計(jì)算機(jī)現(xiàn)代應(yīng)用劃分（1）辦公自動(dòng)化（Office Automation，OA）：它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是當(dāng)前最為廣泛的一類應(yīng)用。包括以下幾種類型。 事務(wù)型OA：又稱電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（Electronic Data Process，EDP）或業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)。如公文的編輯與打印、報(bào)表的填寫與統(tǒng)計(jì)、文檔檢索、活動(dòng)安排及其他數(shù)據(jù)處理等。 管理型OA：又稱管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS）。它是在事務(wù)型OA的基礎(chǔ)上又增加了各

17、項(xiàng)專業(yè)管理功能，如人事信息管理、財(cái)務(wù)信息管理、計(jì)劃信息管理、統(tǒng)計(jì)信息管理、倉庫信息管理、超市信息管理、檔案信息管理、病例信息管理等，支持本單位的信息管理工作。 決策型OA：它是在事務(wù)型OA和管理型OA的基礎(chǔ)上增加決策輔助功能而構(gòu)成的。高級(jí)的決策支持系統(tǒng)（Decision Supporting System，DSS）包含有數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、模型庫和方法庫等，通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析，預(yù)測(cè)在不同決策下可能產(chǎn)生的結(jié)果。（2）生產(chǎn)自動(dòng)化：包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)：具有快速改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、動(dòng)態(tài)顯示產(chǎn)品投影圖與立體圖、輸出圖紙

18、等功能，從而降低產(chǎn)品的試制成本，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。 計(jì)算機(jī)輔助制造：根據(jù)加工過程編寫“數(shù)控加工程序”，由此程序控制“數(shù)控機(jī)床”完成工件加工，這就是計(jì)算機(jī)輔助制造?，F(xiàn)代的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)中通常存有加工資料的數(shù)據(jù)庫（如刀具、夾具等）和控制加工的程序，能在加工過程中自動(dòng)換刀并給出數(shù)據(jù)，一次自動(dòng)完成多道復(fù)雜的工序。 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）：是集設(shè)計(jì)、制造、管理三大功能于一體的現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)系統(tǒng)，代表一種新型的生產(chǎn)模式，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)。（3）數(shù)據(jù)庫應(yīng)用：數(shù)據(jù)庫是在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備中按某種關(guān)聯(lián)方式存

19、放的一批數(shù)據(jù)。借助數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Data Base Management System，DBMS）可對(duì)其中的數(shù)據(jù)實(shí)施控制、管理和使用。如科技情報(bào)檢索系統(tǒng)、銀行儲(chǔ)戶管理系統(tǒng)、飛機(jī)票售票系統(tǒng)、火車票售票系統(tǒng)等。根據(jù)數(shù)據(jù)存放地點(diǎn)的差異，可將數(shù)據(jù)庫分為集中式和分布式兩類，集中式數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)集中在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上；分布式數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)則分散在多臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)。數(shù)據(jù)庫在計(jì)算機(jī)現(xiàn)代應(yīng)用中占有非常重要的地位。（4）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同的功能獨(dú)立的多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，并在網(wǎng)絡(luò)軟件支持下實(shí)現(xiàn)資源共享和信息交換的系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算機(jī)之間信息傳輸距離的遠(yuǎn)近和覆蓋范圍的大小，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為

20、“局域網(wǎng)”（Local Area Network，LAN）、“城域網(wǎng)”（Metropolitan Area Network，MAN）和“廣域網(wǎng)”（Wide Area Network，WAN）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用使人類進(jìn)入了信息化社會(huì)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)今社會(huì)起到了舉足輕重的作用，例如： 進(jìn)行網(wǎng)上瀏覽、檢索信息、下載軟件，可以充分享受網(wǎng)絡(luò)資源。 收發(fā)電子郵件（E-mail）、傳真（FAX）、傳送文件（FTP）、公告板服務(wù)（BBS）、參加網(wǎng)絡(luò)會(huì)議（Netmeeting），可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)通信。 閱讀電子報(bào)紙和小說、觀看體育比賽、收聽音樂、參與游戲，可以豐富個(gè)人生活。 參加各種論壇，介紹自己的觀點(diǎn)、文章

21、、發(fā)明或創(chuàng)造。 開展電子商務(wù)（E-Business），利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，不出門就把事情辦好了。（5）人工智能：如前所述。（6）計(jì)算機(jī)仿真：傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)要先用實(shí)物模型對(duì)產(chǎn)品或大型工程進(jìn)行分析、試驗(yàn)。計(jì)算機(jī)模擬則使用編制的程序在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行這些必需的模型試驗(yàn)，從而大大減少投資、避免風(fēng)險(xiǎn)。例如核武器的研制、大型飛機(jī)的設(shè)計(jì)、農(nóng)作物生長(zhǎng)模擬等。對(duì)社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域也可使用此項(xiàng)技術(shù)。如城市規(guī)劃、軍事演習(xí)、計(jì)劃生育等。除此之外，計(jì)算機(jī)模擬還經(jīng)常用于制造訓(xùn)練環(huán)境。國外在20世紀(jì)80年代末就出現(xiàn)了一種稱為“虛擬現(xiàn)實(shí)”（Virtual Reality，VR）的新技術(shù)，飛行員只要在訓(xùn)練座艙中戴上一個(gè)頭盔顯示器，便能看到一個(gè)

22、高度逼真的空中環(huán)境，并產(chǎn)生身臨其境的感覺。（7）遠(yuǎn)程教育：遠(yuǎn)程教育是建立在互聯(lián)網(wǎng)上的教學(xué)環(huán)境。它以現(xiàn)代化的信息技術(shù)為手段，以適合遠(yuǎn)程傳輸和交互式學(xué)習(xí)的教學(xué)資源為教材而構(gòu)成的開放式教育網(wǎng)絡(luò)。任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，都可選擇自己需要的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而為人們提供了一個(gè)終身學(xué)習(xí)的系統(tǒng)。遠(yuǎn)程教育對(duì)提高全民素質(zhì)教育有重大意義。1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，如圖1-1所示。圖1-1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)指由電子部件和機(jī)電裝置組成的計(jì)算機(jī)實(shí)體。硬件的基本功能是接收計(jì)算機(jī)程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務(wù)。2軟件系統(tǒng)軟件

23、系統(tǒng)指為計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。軟件系統(tǒng)保證計(jì)算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個(gè)寬松的工作環(huán)境。計(jì)算機(jī)硬件和軟件二者缺一不可，否則不能工作。1.2.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)現(xiàn)在使用的各種計(jì)算機(jī)均屬于馮諾依曼結(jié)構(gòu)，由5大部分構(gòu)成，如圖1-2所示。圖1-2中的實(shí)線代表“數(shù)據(jù)信息”的流向，包括原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、處理結(jié)果、程序指令等；虛線代表“控制信息”的流向，全部由控制器發(fā)出，按程序的要求向各部分送去控制信息，使各部分協(xié)調(diào)工作。各部分的功能如下。圖1-2 馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)1控制器控制器是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心，它取出程序中的控制信息，經(jīng)分析后，便按要求發(fā)出操作控制信

24、號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)一致地工作。2運(yùn)算器運(yùn)算器是一個(gè)“信息加工廠”。大量數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理工作就是在運(yùn)算器中進(jìn)行的。這里的“運(yùn)算”，不僅是加、減、乘、除等基本算術(shù)運(yùn)算，還包括與、或、非、異或等基本邏輯運(yùn)算。3存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中存放程序和數(shù)據(jù)的地方，并根據(jù)命令提供給有關(guān)部分使用。1）存儲(chǔ)器的主要技術(shù)參數(shù)存儲(chǔ)容量、存取速度和位價(jià)格（即一個(gè)二進(jìn)制位的價(jià)格）。2）存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器容量表示計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息的能力，并以字節(jié)（B）為單位。1個(gè)字節(jié)為8個(gè)二進(jìn)制位（b）。由于存儲(chǔ)器的容量一般都比較大，尤其是外存儲(chǔ)器的容量提高得非?？?，因此又以210（210=1024）為倍數(shù)不斷擴(kuò)展單位名稱。這些單位的關(guān)系如下：1B

25、=8b1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB3）存儲(chǔ)器系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器系統(tǒng)包括主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）、輔存儲(chǔ)器（外存儲(chǔ)器）和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）。三者按存取速度、存儲(chǔ)容量、位價(jià)格的優(yōu)劣組成層次結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)CPU（Central Processing Unit，中央處理器）越來越高的速度要求，并較好地解決三個(gè)技術(shù)參數(shù)的矛盾。它們之間交換數(shù)據(jù)的層次如圖1-3所示。圖1-3 存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（1）主存儲(chǔ)器（內(nèi)存儲(chǔ)器）計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM）和只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory，R

26、OM）。 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）RAM中的內(nèi)容隨時(shí)可讀、可寫，斷電后RAM中的信息全部丟失。RAM用于存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)制造原理不同，RAM可分為靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Static RAM，SRAM）和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Dynamic RAM，DRAM）。DRAM較SRAM電路簡(jiǎn)單，集成度高，但速度較慢，微機(jī)的內(nèi)存條一般采用DRAM。目前微機(jī)中常用的內(nèi)存以內(nèi)存條的形式插在主板上。常用的容量為512MB、1GB、2GB、4GB等。SRAM一般用于構(gòu)成高速緩沖存儲(chǔ)器。 只讀存儲(chǔ)器（ROM）ROM中的內(nèi)容只能讀出，不能隨意刪除或修改，斷電后信息不丟失。ROM主要用于存放固定不變的信息。

27、在計(jì)算機(jī)中主要用于存放系統(tǒng)的引導(dǎo)程序、開機(jī)自檢、系統(tǒng)參數(shù)等信息。目前常用的只讀存儲(chǔ)器有掩模式ROM、一次可寫型ROM（Programmable ROM，PROM）、光可擦除和可編程的ROM（Erasable Programmable ROM，EPROM）、電可擦除和可編程的ROM（Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM或E2PROM）、閃存（Flash Memory）等類型。（2）輔存儲(chǔ)器（外存儲(chǔ)器）輔存儲(chǔ)器存放當(dāng)前不參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。它與主存儲(chǔ)器交換信息。當(dāng)需要時(shí)，將參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)調(diào)入主存，或?qū)⒅鞔嬷械男畔⑥D(zhuǎn)來保存。特點(diǎn)：容量大、

28、存取速度慢、位價(jià)格低。存儲(chǔ)的信息能夠長(zhǎng)期保留。常用的外存儲(chǔ)器：磁盤、磁帶、光盤、U盤等。（3）高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）Cache存放正在運(yùn)行的一小段程序和數(shù)據(jù)。它在CPU與主存儲(chǔ)器之間不停地進(jìn)行程序和數(shù)據(jù)交換，把需要的內(nèi)容調(diào)入，用過的內(nèi)容返還。特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量很小、存取速度很快、位價(jià)格高。存儲(chǔ)信息不能長(zhǎng)期保留。使用的器件：采用半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。4輸入設(shè)備輸入設(shè)備的主要作用是把程序和數(shù)據(jù)等信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所適用的編碼，并順序送往內(nèi)存。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、麥克風(fēng)、數(shù)字化儀等。5輸出設(shè)備輸出設(shè)備的主要作用是把計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果等內(nèi)部信息按人們要求的形式輸

29、出。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音箱、投影儀等。輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。近幾年隨著多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展。各種類型的音頻、視頻設(shè)備都已列入了計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的名單。1.2.2 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)硬件是組成計(jì)算機(jī)的實(shí)實(shí)在在的物理設(shè)備，軟件就是程序、數(shù)據(jù)以及描述程序操作及使用的有關(guān)資料。硬件和軟件相輔相成，組成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。硬件是軟件的基礎(chǔ)，離開硬件，軟件無處棲身，無法工作。軟件是硬件的擴(kuò)充和完善，沒有軟件支持，硬件是一堆無用的廢物。沒有安裝任何軟件的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)。軟件系統(tǒng)分為兩大類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件（System Software）是用于管理計(jì)算機(jī)的

30、軟硬件資源、分配及協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部分工作，提高計(jì)算機(jī)的使用效率和方便用戶使用計(jì)算機(jī)而編制的程序。系統(tǒng)軟件主要包括如下幾個(gè)方面。1）語言處理程序計(jì)算機(jī)語言是人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流的工具。計(jì)算機(jī)語言經(jīng)過了從低級(jí)語言到高級(jí)語言的發(fā)展過程。（1）機(jī)器語言每種計(jì)算機(jī)都有自己的指令集合，稱為指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)能識(shí)別的是由0和1組成的二進(jìn)制代碼，用這種指令代碼編寫的語言程序即機(jī)器語言（Machine Language）程序，又稱為目標(biāo)程序。不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)，其機(jī)器語言是不同的。因此，在一種計(jì)算機(jī)上編寫的機(jī)器語言程序，在另一種型號(hào)的計(jì)算機(jī)上就不一定能夠執(zhí)行。（2）匯編語言機(jī)器語言由于難于辨認(rèn)和記憶，更不易修改和調(diào)試，

31、于是，人們采用助記符來表示二進(jìn)制指令，這就是匯編語言（Assembler Language），是一種符號(hào)語言。使用匯編語言時(shí)，要求編程人員要掌握計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，這種語言的通用性差，且編程煩瑣。（3）高級(jí)語言匯編語言與機(jī)器語言一樣，仍然是面向機(jī)器的語言。編制程序仍然離不開具體的計(jì)算機(jī)的指令。20世紀(jì)50年代末研制出了與具體計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)無關(guān)的、表達(dá)方式易被人們掌握和書寫的高級(jí)語言（High-level Language）。高級(jí)語言直觀通用，便于推廣和交流，受到人們的歡迎。高級(jí)語言分為面向過程的語言和面向?qū)ο蟮恼Z言兩類，目前廣泛使用的高級(jí)語言FORTRAN、BASIC、Pascal、C、COBO

32、L等屬于面向過程的語言；C+、Java等屬于面向?qū)ο蟮恼Z言。用匯編語言和高級(jí)語言編寫的程序稱為源程序（Source Program，SP）。計(jì)算機(jī)不能對(duì)源程序直接執(zhí)行，需要經(jīng)過語言處理程序翻譯為機(jī)器語言才能執(zhí)行。通常，將高級(jí)語言翻譯成機(jī)器語言采用以下兩種方式： 編譯（Compiler）：把源程序經(jīng)過翻譯加工，產(chǎn)生目標(biāo)程序，再將目標(biāo)程序進(jìn)行連接，生成可執(zhí)行程序，最后執(zhí)行可執(zhí)行程序。 解釋（Interpreter）：它不是先將源程序翻譯成目標(biāo)程序，而是逐句把源程序翻譯成機(jī)器碼并讓機(jī)器執(zhí)行，因此運(yùn)算速度慢，但便于調(diào)試。2）操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是為方便用戶使用計(jì)算機(jī)，提高計(jì)算機(jī)的利用率，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源（

33、包括硬件和軟件）進(jìn)行有效管理和控制而系統(tǒng)地集中起來的一套程序。操作系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的系統(tǒng)軟件，沒有操作系統(tǒng)一般用戶無法駕馭計(jì)算機(jī)，幾乎所有的程序都要在操作系統(tǒng)支持下運(yùn)行。操作系統(tǒng)具有5大功能：作業(yè)管理、進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理和文件管理。計(jì)算機(jī)剛出現(xiàn)時(shí)，其功能比較簡(jiǎn)單，因而其操作系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，主要是進(jìn)行文件管理和設(shè)備管理。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，其操作系統(tǒng)也不斷升級(jí)換代。20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)的主流操作系統(tǒng)是DOS（Disk Operating System）。20世紀(jì)90年代后，圖形操作系統(tǒng)逐漸興起，現(xiàn)在Windows操作系統(tǒng)正如日中天，它不僅具備了傳統(tǒng)功能，還進(jìn)一步增加了網(wǎng)

34、絡(luò)通信功能。3）服務(wù)程序服務(wù)程序（Service Program）也叫支撐軟件，是協(xié)助用戶進(jìn)行軟件開發(fā)或硬件維護(hù)的軟件。服務(wù)程序包括編輯程序、連接程序、糾錯(cuò)程序、診斷程序等。4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對(duì)大量信息進(jìn)行保存和加工處理是計(jì)算機(jī)主要的應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了信息管理科學(xué)化、現(xiàn)代化的強(qiáng)有力工具。數(shù)據(jù)庫（Data Base）是采用某種方法統(tǒng)一存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集合。即用某種方法組織的數(shù)據(jù)的庫，其組織方法可以使用戶方便高效地對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、追加、置換、刪除和檢索。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理所用的軟件。用戶用數(shù)據(jù)庫語言（Data Base Language）向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)布命令來

35、使用數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫語言也成了一種應(yīng)用很廣的高級(jí)程序語言。我國20世紀(jì)80年代流行dBASE ，20世紀(jì)90年代流行FoxBASE，現(xiàn)在又流行Visual FoxPro等，這些數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一代比一代功能強(qiáng)。2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件（Application Software）一般指在具體的應(yīng)用領(lǐng)域中，為解決各類實(shí)際問題而編制的程序，用來幫助人們完成特定領(lǐng)域的工作。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，因此應(yīng)用軟件不勝枚舉。應(yīng)用軟件一般是自己制作，但軟件公司也將一些行業(yè)的處理內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化，制成通用的模塊化的程序，然后將一個(gè)或幾個(gè)這種程序集合在一起拿到市場(chǎng)上去銷售。這種程序集合叫程序包或軟件包（Software Pac

36、kage）。例如，Office就是一個(gè) Microsoft公司推出的很有名的辦公自動(dòng)化軟件包，SAS就是一個(gè)很有名的醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件包。1.3 計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)工作時(shí)，控制器從存儲(chǔ)器中按程序設(shè)計(jì)的順序逐條讀出指令，并發(fā)出與各條指令相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作，使得整個(gè)信息處理過程在程序控制下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。馮諾依曼提出的理論，解決了計(jì)算機(jī)運(yùn)算自動(dòng)化的問題和速度配合問題，對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展起到了決定性的作用。馮諾依曼時(shí)代的計(jì)算機(jī)是以“程序存儲(chǔ)”思想作為計(jì)算機(jī)自動(dòng)工作的基礎(chǔ)，也是計(jì)算機(jī)工作的原理。計(jì)算機(jī)的工作可概括為程序存儲(chǔ)和程序控制。具體地說，首先必須把編制好的程序及運(yùn)行中所需的數(shù)據(jù)通過

37、一定方式輸入并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，即存儲(chǔ)程序；然后啟動(dòng)運(yùn)行，計(jì)算機(jī)就自動(dòng)、逐一地取出存儲(chǔ)器中的指令，再加以分析執(zhí)行所有的指令操作，使計(jì)算機(jī)按程序運(yùn)行，即程序控制。迄今，計(jì)算機(jī)仍然采用這個(gè)工作原理工作。1.4 計(jì)算機(jī)組裝的基礎(chǔ)知識(shí)一般來說，組裝計(jì)算機(jī)要掌握如下一些知識(shí)。1.4.1 計(jì)算機(jī)組裝的必備知識(shí)要學(xué)會(huì)組裝計(jì)算機(jī)，必須掌握一些組裝計(jì)算機(jī)的必備知識(shí)，除了要了解基本結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)熟悉一些基本操作，要組裝一臺(tái)計(jì)算機(jī)，必須了解DOS和Windows系統(tǒng)。DOS系統(tǒng)的基本操作包括FDISK（分區(qū)）、Format（格式化）、Copy（復(fù)制）、MD（建立目錄）、CD（改變目錄）等命令，以及對(duì)Config

38、.sys和autoexec.bat文件的了解，并運(yùn)用Edit（編輯）命令來創(chuàng)建這兩個(gè)文件。Windows系統(tǒng)的基本操作包括對(duì)“我的電腦”、“資源管理器”及“控制面板”等的操作。另外，組裝計(jì)算機(jī)還需一些電工學(xué)方面的知識(shí)，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，可以利用簡(jiǎn)單的工具或儀表，解決一般性問題或替換器件。1.4.2 計(jì)算機(jī)組裝與維修的工具計(jì)算機(jī)組裝與維修的主要工具如下：（1）螺絲刀：在組裝計(jì)算機(jī)時(shí)，要用到兩種螺絲刀，一種是十字形螺絲刀，通常稱之為“梅花改錐”，如圖1-4（a）所示；另一種是一字形螺絲刀，通常稱之為“平口改錐”，如圖1-4（b）所示。盡量選用帶磁性的螺絲刀，這樣可以降低安裝的難度，因?yàn)闄C(jī)箱內(nèi)空間狹小，

39、用手扶螺絲很不方便，但螺絲刀上的磁性不能過大，以免對(duì)部分硬件造成損壞。磁性的強(qiáng)弱以螺絲刀能吸住螺絲并不脫離為宜。 （a）十字形螺絲刀 （b）一字形螺絲刀圖1-4 螺絲刀（2）尖嘴鉗：尖嘴鉗可以夾一些小的螺絲或釘子，尖嘴鉗一般形狀如圖1-5所示。（3）鑷子：在設(shè)置主板、硬盤、光驅(qū)等的跳線時(shí)，由于機(jī)箱空間狹小的原因，無法直接用手設(shè)置跳線，就需要借助鑷子進(jìn)行設(shè)置，如圖1-6所示。（4）散熱硅膠：散熱硅膠的作用就是讓CPU和散熱器良好地接觸，以利于散熱，使CPU能穩(wěn)定工作。散熱硅膠主要有兩種類型，包括散熱硅膠（管狀）如圖1-7（a）所示和散熱硅膠（片狀）如圖1-7（b）所示。 圖1-5 尖嘴鉗 圖1-6 鑷子 （a）散熱硅膠（管狀） （b）散熱硅膠（片狀）圖1-7 散熱硅膠（5）萬用表：萬用表一般可以測(cè)量直流電流、直流電壓、交流電壓、直流電阻和音頻電平等電量。有些萬用表還可以測(cè)量交流電流、電容、電感以及晶體管發(fā)射極直流放大系數(shù)等。指針萬用表的靈敏度應(yīng)不低于20kW/V，一般采用MF30或MF500型，如圖1-8（a）所示，有時(shí)還需要使用數(shù)字萬用表，