1、.PAGE ：.；第一章計算機根底知識計算機是人類最偉大的發(fā)明之一,它廣泛的運用于社會的各個角落，改動了社會的容顏，推進社會的開展，對人類社會有著宏大而深遠的影響。隨著計算機技術的開展，廉價且功能強大微型計算機的普及，多媒體技術與網(wǎng)絡信息技術的廣泛運用。計算機曾經(jīng)走入千家萬戶，改動著我們原有的生活方式、任務方式，成為現(xiàn)代社會不可或缺的工具，計算機知識成為一切現(xiàn)代人必備的根本技藝。本章將以通俗、易懂的言語來論述計算機的根底知識。讓讀者系統(tǒng)的掌握計算機的概念定義、開展過程、組成構造、分類、任務特點及開展方向。消除對計算機的迷惑、恐懼與概念的混亂，使讀者真正明白計算機的原理及任務方式，為深化的學習奠

2、定堅實的根底。第一節(jié) 什么是計算機？注：有一種分類方式，將計算機分為電子計算機與機械計算機兩種，而機械計算機已根本退出歷史舞臺，我們平常所講與本書出現(xiàn)的“計算機如不做特殊闡明，全部指電子計算機，我們俗稱電腦。計算機的概念眾所周知計算機有著強大的運算處置才干并且涉及領域非常廣泛。這就為其蒙上了奧秘的面紗，為何它會有如此非凡的才干與眾多功能呢？甚至有人以為它無所不能，科幻電影中往往將其描畫成深不可測，凌駕于人類智慧之上的的奧秘機器！這其實是對計算機知識不了解產(chǎn)生的誤解與概念的混淆，以及藝術夸張、科夢想像的結果。那計算機究竟是是什么呢？其實計算機是一種可以按照人們所編寫的程序，自動的、高速的、準確的

3、進展數(shù)據(jù)運算及信息處置的電子設備。簡單的說計算機是一種有程序能運算的電子設備。圖1：生活中最常見的計算機PC機其定義中有三點要素：1.計算機要進展任務必需求有人所編寫的程序，沒有程序，計算機根本無法運轉。2.只需在程序的根底上，計算機才可以自動、高速、準確的進展運算和處置。3.計算機是一種電子設備。由于計算機運用范圍非常廣泛，不同任務領域的特點與要求也不盡一樣，呵斥外形與操作方式的宏大差別，比如用于科學計算的超級計算機重達數(shù)十噸，而進展自動化控制的微控計算機只需豆粒般大?。∷晕覀兦f不能經(jīng)過外形與操作方式來判別能否它是計算機，而是看其能否符合三點要素。而我們經(jīng)常運用的PC機圖1，也只是計算機

4、大家庭的很小一部分而已。注：PC機是微型計算機的一種機型是我們最常用的計算機，它們普通運用Intel及兼容處置器，運用Windows操作系統(tǒng)，在后面的章節(jié)將詳細引見。1.1.2 特殊的計算機有一類計算機比較特殊，一出生就規(guī)定了特殊的運用范圍和封鎖固定的功能，外形與操作方式也為了順應其固定功能發(fā)生了很大變化，它們就是為了實現(xiàn)其特定功能而設計消費的。由于功能的固定，人們不再叫它計算機，而稱它固定功能的稱號，比如專門進展數(shù)字計算的我們叫計算器，專門用于游戲文娛的游戲機,專門為了實現(xiàn)網(wǎng)絡路由功能的路由器，雖然這些公用計算機外形、功能、特點、速度、操作方式等千差萬別但內(nèi)在任務原理與我們經(jīng)常運用的PC機是

5、根本一致的。它們都符合計算機的三要素，是一類特殊的公用計算機。有的公用計算機在經(jīng)過軟、硬件技術改造后，甚至可以正常運轉PC計算機的程序圖1。圖1：正在運轉Windows 95的PSP游戲機有些計算機能夠只需豆粒般大小，如在各種數(shù)字家電、通訊設備、程控設備、電子儀器的控制電路中的單片計算機、微控計算機圖2，它們經(jīng)過預先寫入的程序來控制這些設備自動的、高速的、準確的完成人們所交付的義務。指揮交通的信號燈，工廠中自動作業(yè)的數(shù)控機床、工業(yè)機器人都是它們的杰作。例：全自動洗衣機，它的控制電路中就存在著微控計算機，在出廠前人們將編寫好輕柔洗衣，快速洗衣，約定洗衣等各種控制程序?qū)懭氲娇刂齐娐分?，在任務時我們

6、只需悄然按下開關，微控計算機就根據(jù)預設程序自動的控制洗衣機完成我們所交付的義務，而且可以偵測整個過程并對發(fā)生的情況進展相應的處置，比如水量缺乏時的自動補水；非正常情況的停轉維護等。這些義務都是由微控計算機控制完成的。 (圖2：意法公司的32位微控計算機) 以上的例子不難看出，不同的計算機外形與操作方式千差萬別，它們有著各自的特點與任務領域，存在于人類社會的每個角落，各司其職提供著各種效力，推進著人類社會的開展。而我們經(jīng)常運用的PC機也只是這個大家庭中的一員，我們千萬不能以貌取人，而是看它能否符合計算機的三點要素。由于這些公用計算機功能上的局限、運用范圍的固定以及構造的特殊性。這一類計算機不作為

7、本書的主要研討對象。本節(jié)重點：計算機的定義三要素以及實踐判別才干。本節(jié)出現(xiàn)的專業(yè)術語與需求查詢的資料：計算機、電子計算機、機械計算機、程序、PC機、單片機、公用計算機、微控計算機。思索：經(jīng)過查閱資并結合學習的知識，分析它們是不是計算機？圖1-5 圖1：多普達838智能手機 圖2：Neuron音樂合成器 圖3：微軟XBOX游戲機 圖4：蘋果 Apple TV客廳影音系統(tǒng)圖5：運轉Windows CE系統(tǒng)的紐曼影音王MP4第二節(jié) 計算機的來源與開展人類在很早之前就盼望發(fā)明一種能協(xié)助 我們進展腦力勞動的計算工具，從原始計算工具到計算尺，從機械計算機到手搖計算機，從電動計算機到電子計算機，經(jīng)過先人不斷

8、的努力與嘗試，計算機的演化閱歷了一個漫長的開展過程。原始的計算機公元前5世紀，中國人發(fā)明了算盤，廣泛運用于商業(yè)貿(mào)易中，算盤被以為是最早的原始計算工具，并不斷運用至今。直到17世紀，計算設備才有了第二次重要的提高。1642年，法國科學家帕斯卡發(fā)明了自動進位機械加法器。1694年，德國數(shù)學家萊布尼茨加以改良，使之可以計算乘法。后來，法國人查爾斯發(fā)明了可以進展四那么運算的機械計算器。各種機械式計算機不斷的被發(fā)明?，F(xiàn)代計算機的真正來源于英國數(shù)學家巴貝奇。他制造出了第一臺機械方式的差分機，它可以處置3個不同的5位數(shù)，計算精度到達6位小數(shù)。并開場設計包含現(xiàn)代計算機根本組成部分的機械式分析機圖1，并最先提出

9、現(xiàn)代計算機根本設計思想。他的助手，英國著名詩人拜倫的獨生女阿達.奧古斯塔為分析機編制了人類歷史上最早的原始計算機程序。正是他們的研討與先進思想為今后計算機的開展奠定了實際根底圖1：被后人復原的巴貝奇分析機現(xiàn)代計算機的誕生1946年，世界第一臺真正意義上的電子計算機也是第一臺數(shù)字通用電子計算機ENIAC圖2在美國賓西法尼亞大學誕生了，它是為美國陸軍軍械部進展彈道計算與氫彈研討而設計消費的。這臺計算機總共安裝了18800只電子管，7200個二極管，70000多個電阻器，10000多只電容器和6000只繼電器，電路的焊接點多達50萬個,機器被安裝在一排2.75米高的金屬柜里，占地面積為170平方米左

10、右，總分量到達30噸，功耗到達了150千瓦。其運算速度只需每秒5000次加法，并且可以進展平方和立方運算，計算正弦和余弦等三角函數(shù)值及其它一些更復雜的運算。 圖2：技術人員正在操作ENIAC 雖然ENIA的性能與現(xiàn)代計算機有非常大的差距截止到2007年，世界最快的計算機是美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的超級計算機“Roadrunner，其速度可以到達千萬億次每秒。，功能也很落后，操作原始且效率低下，讀取結果也非常的困難。但它依然具有劃時代的意義，它的誕生宣布著電子計算機時代的到來，整個人類社會的進程也將因此而改動。1.2.3 電子計算機的開展自ENIA誕生的的60多年間，隨著技術的提高，重要的科技

11、成果不斷運用在計算機上，使其得到了極大的開展。它們的體積越來越小，功能變得異常強大，價錢低廉，軟件極度豐富，且容易操作，運用非常廣泛。在60多年的開展過程中，人們按電子計算機所采用的邏輯電子元器件將其劃分為四代。注：邏輯電子元器件簡單來說就是實現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運算和操作的電子元器件，它是計算機的關鍵所在。第一代 電子管計算機 (1945-1956) 代表計算機：ENIA第一代計算機運用電子管作為主要邏輯元件，存儲器運用磁芯、磁鼓、卡片、紙帶等，運算速度只需幾千次，效率低下，操作非常復雜而且價錢昂貴，由于電子管發(fā)熱量與耗電量宏大，所以極易損壞。這些計算機都是為軍事研討、科學計算等特定任務設計消費的

12、，其操作指令與機器言語各不一樣，編程言語普通只能運用機器言語。電子管是一種古老的電子元器件，隨著技術的更新?lián)Q代，它曾經(jīng)退出了我們的視野，幾乎所用的廠商都曾經(jīng)停頓消費，在現(xiàn)代的電子設備中已難覓其蹤。但一部分音頻發(fā)燒友依然對它情有獨鐘，運用電子管來制模擬信號放大設備，這種運用電子管進展功率放大的設備普通俗稱為“膽機圖1，造價普通也比較昂貴。 圖1:仍在運用電子管的“膽機第二代 晶體管計算機 (1956-1963) 代表計算機：IBM 14011947年，美國貝爾實驗室的肖克萊、巴丁和布拉頓三位科學家勝利研制出晶體管。晶體管很快替代了體積龐大，耗電量、發(fā)熱量宏大且易損壞的電子管，成為第二代計算機的邏

13、輯電子元器件。晶體管技術極大的推進了計算機業(yè)的開展，第三代與第四代計算機技術也與之密不可分，它的的發(fā)明是計算機業(yè)開展的最關鍵技術之一，因此晶體管的三位發(fā)明者在1956年共同獲得了的諾貝爾物理學獎。1956年，晶體管開場替代電子管在計算機中運用，由于晶體管的參與，計算機的體積變得更小，造價更低，穩(wěn)定性與性能也迅速提升，運算速度到達幾萬次每秒；計算機的存儲器開場運用磁帶、磁盤，并出現(xiàn)了鍵盤、打印機等現(xiàn)代輸入輸出設備；計算機的程序文語從機器言語開展到匯編言語，并出現(xiàn)了早期的高級計算機言語：FORTRAN言語和COBOL言語；由于價錢的下降功能的提升計算機的運用范圍不斷擴展，商業(yè)領域、大學與政府機關開

14、場運用計算機。第三代 集成電路計算機 (1964-1971) 代表計算機：IBM-360晶體管計算機的出現(xiàn)，計算機的體積確實小了不少，但依然不能滿足許多行業(yè)的要求，他們需求體積更小、性能更好、造價更低廉的計算機，例如航天工業(yè)要求在狹小的飛行倉內(nèi)放入高性能的計算機設備。這就迫切需求新的計算機技術出現(xiàn)。1958年美國德州儀器公司的工程師基爾比發(fā)明了集成電路技術。所謂的集成電路就是將一定功能的電子元器件與電路制造在半導體基片上的技術，人們?yōu)榱司S護精細的半導體基片，往往為它封裝了一層維護外殼，這就構成了我們見到的各種各樣的芯片圖1。細小芯片可以將千萬的電子元器件與復雜電路制造在本人體內(nèi)，完成以前一大堆

15、設備才可以完成的功能，但它往往只需指甲蓋大小。由于芯片中的半導體基片普通都是由單晶硅圖2制造的，所以人們也稱它們?yōu)椤肮栊酒，F(xiàn)有的一切電子電器設備都是基于集成電路技術的產(chǎn)物,它為計算機業(yè)的騰飛插上了翅膀，因此基爾比獲得了2000年諾貝爾物理學獎 圖1：電子設備上的運用的各種芯片 圖2：制造芯片的單晶硅由于半導體技術的參與，計算機的體積大幅減小，人們可以放入更多的電子元器件所以計算機的性能也有了質(zhì)的提升，價錢確成倍的下降；在存儲方面開場運用半導體技術的存儲芯片，極大的提升了計算機存儲模塊的速度；軟件方面，計算機開場運用操作系統(tǒng)為人們提供了更加便利軟硬件管理平臺。大量的中小企業(yè)及教育機構開場規(guī)模的

16、運用計算機。第四代 大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計算機 (1971-今) 代表計算機：遍及全球的PC電腦70年代以后，隨著集成電路技術的開展，制造工藝的成熟，小小的芯片可以包容數(shù)萬個晶體管及其它電子元器件。人們開場嘗試著將計算機兩個最重要的部分，暨運算器電路和控制器電路制造在一塊芯片內(nèi)，從而產(chǎn)生了微處置器CPU，也就是說CPU是運算器與控制器的組合體，其主要功能是進展運算與控制。1971年第一塊真正的微型處置器CPU4004圖1-2在美國的Intel公司誕生了，在它體內(nèi)集成了2000多個晶體管與其它電子元件；而如今主流的酷睿2處置器竟集成有數(shù)億個晶體管，可見集成電路技術開展之快。正如摩爾定律說的那樣：“集成電路中的晶體管數(shù)量每18個月翻一倍，性能提高一倍而價錢下降一半。注：1965年4月19日，時任仙童半導體公司研討開發(fā)實驗室主任的摩爾應邀為雜志35周年專刊寫了一篇評論報告，摩爾應這家雜志的要求對未來十年間半導體元件工業(yè)的開展趨勢作出預言。 圖1:Intel 4004微處置器 圖2：4004的芯片內(nèi)部構造隨著各個部件的高度集成化