計算機概述第1章1.1認識計算機1.2計算機的特點和應(yīng)用1.3計算機系統(tǒng)組成目錄ONTENTS

計算機（電子數(shù)字計算機），是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。1.1.1計算機的定義二十世紀人類最偉大的發(fā)明之一。算籌--春秋戰(zhàn)國時期，最早的人造計算工具計算機是人類對計算工具不懈追求的最好的回報。1.1.2早期的計算工具算籌算盤算盤--13世紀，我國唐朝開始使用算盤計算尺---17世紀，英國計算尺加法器機械式加法器---1642年法國數(shù)學(xué)家-帕斯卡創(chuàng)造了第

一臺能自動完成加法運算的機械計算機。1673年------德國的來布尼茲改進了Pascal的設(shè)計，

增加了乘除運算。1642BlaisePascal1.1.2早期的計算工具差分機和分析機（19世紀，英國數(shù)學(xué)家，巴貝奇）查爾斯?巴貝奇（CharlesBabbage1791-1871）1822差分機1833分析機第一位程序員----阿達阿達·奧古斯塔（AdaLovelace）1815-1852阿達·奧古斯塔，19世紀英國詩人拜倫的女兒，數(shù)學(xué)家。被稱為“第一個給計算機寫程序的人”。為紀念這位“世界上第一位軟件工程師”。1980年，美國國防部把花費10年的時間研制出來的一種計算機語言命名為ADA語言。馬克一號1936年美國哈拂大學(xué)教授霍華德.阿肯得到IBM公司100萬美元的經(jīng)費支持，開始設(shè)計“馬克1號”，于1944年交付使用。

馬克1號采用全繼電器，長51英尺、高8英尺，有750000個零部件，所有的導(dǎo)線加起來有500英尺，像一節(jié)列車，做一次乘法運算最多要6秒。MARKI占地170M2體重30噸18800只電子管1500個繼電器耗電150KW5000次加法/每秒第一臺通用電子計算機——ENIAC從ENIAC到現(xiàn)代通用計算機1945年6月，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼，發(fā)表了一篇長達101頁的洋洋萬言的報告，即計算機史上著名的“101頁報告”。這份報告奠定了現(xiàn)代計算機體系的結(jié)構(gòu)堅實根基，直到今天，仍然被認為是現(xiàn)代電腦科學(xué)發(fā)展里程碑式的文獻。JohnvonNeumann馮

諾依曼現(xiàn)代通用計算機在報告中，馮·諾依曼提出了計算機的設(shè)計思想：馮·諾依曼和他研制的計算EDVAC——所有電腦的真正原型和范本計算機中的數(shù)據(jù)以二進制形式表示計算機的基本工作原理是存儲程序和程序控制（自動地執(zhí)行程序）。計算機應(yīng)該由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五部分組成。阿蘭圖靈阿蘭圖靈AlanMathisonTuring，1912年6月23日--1954年6月7日阿蘭圖靈——英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家，

對計算機的貢獻極大，被稱為計算機科學(xué)之父，人工智能之父?！皥D靈機模型”，為后來的計算機奠定

了理論基礎(chǔ)。著名的“圖靈測試”，被公認為人工智能的起點。圖靈獎——1966年設(shè)立，被稱為計算機界的“諾貝爾獎”。

主要貢獻1.1.4現(xiàn)代計算機發(fā)展史

第一代計算機——電子管時代

第二代計算機——晶體管時代

第三代計算機——中小規(guī)模集成電路時代

第四代計算機——大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時代

電子管晶體管集成電路大規(guī)模集成電路第一代計算機——電子管時代(1946年～1958年)1.1.4現(xiàn)代計算機發(fā)展史第二代計算機——晶體管時代(1958年～1964年)1.1.4現(xiàn)代計算機發(fā)展史第三代計算機——中小規(guī)模集成電路時代(1964年～1970年)1.1.4現(xiàn)代計算機發(fā)展史第四代計算機——大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時代(1971年～至今)1.1.4現(xiàn)代計算機發(fā)展史1.1.5計算機的發(fā)展方向當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。戈登·摩爾摩爾定律這一定律直觀揭示了信息技術(shù)、尤其是電腦芯片技術(shù)發(fā)展進步的速度之快。未來計算機的發(fā)展趨勢超導(dǎo)計算機未來計算機的發(fā)展趨勢量子計算機未來計算機的發(fā)展趨勢光子計算機未來計算機的發(fā)展趨勢生物計算機未來計算機的發(fā)展趨勢神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機1.1.5計算機的發(fā)展方向未來計算機技術(shù)將向超高速、超小型、并行處理、智能化的方向發(fā)展。1.1.6計算機在中國的發(fā)展計算機在中國的發(fā)展我國從1956年就開始研制第1代計算機。1958年研制成功第1臺電子管小型計算機103計算機。1959年研制成功運行速度為每秒1萬次的104計算機，這是我國研制的第1臺大型通用電子數(shù)字計算機，其主要技術(shù)指標均超過了當(dāng)時日本的計算機，與英國同期已開發(fā)的運算速度最快的計算機相比，也毫不遜色。我國最快的超級計算機目前，我國最快的超級計算機--神威太湖之光，擁有1千多萬個CPU，其運算峰值達到12.54億億次/秒，2018年以前曾是世界上最快的計算機，直到目前還是名列前茅。1.2.1計算機的特點一、運算速度快運算速度是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，運算速度快是計算機的一個突出特點。二、運算精度高，數(shù)據(jù)準確度高一般的計算工具只能達到幾位有效數(shù)字，而計算機對數(shù)據(jù)結(jié)果的精度要求可達十幾位、幾十位有效數(shù)字，計算精度可由千分之幾到百萬分之幾，根據(jù)需要甚至可以達到任意的精度，這是其他任何計算工具所望塵莫及的。1.2.1計算機的特點三、存儲容量大，存取速度快計算機的存儲器具有存儲大量信息的功能。這些信息，不僅包括各類數(shù)據(jù)信息，還包括加工這些數(shù)據(jù)的程序。在今天，計算機所能存儲的信息也由早期的文字、數(shù)據(jù)、程序發(fā)展到如今的圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等數(shù)據(jù)。1.2.1計算機的特點四、邏輯判斷能力強計算機的運算器不僅能夠進行精確的算術(shù)計算，而且還具有邏輯運算功能，能夠?qū)π畔⑦M行比較和判斷。這種能力是計算機處理邏輯推理問題的前提，使計算機能夠完成諸如資料分類、情報檢索等具有邏輯加工性質(zhì)的工作。1.2.1計算機的特點五、可靠性高計算機系統(tǒng)的可靠性也是這樣定義的：在給定的時間內(nèi)，計算機系統(tǒng)能實施應(yīng)有功能的能力。由于計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成，它們對整個系統(tǒng)的可靠性影響呈現(xiàn)完全不同的特性：硬件和一般人工產(chǎn)品的機件一樣，時間一長就要出毛病。軟件則相反，時間越長越可靠。1.2.1計算機的特點五、可靠性高計算機系統(tǒng)的可靠性也是這樣定義的：在給定的時間內(nèi)，計算機系統(tǒng)能實施應(yīng)有功能的能力。所以，計算機的可靠性是指分別研究硬件的可靠性和軟件的可靠性。1.2.1計算機的特點六、自動化程度高，通用性強正因為計算機具有存儲和邏輯判斷的能力，因此只要把特定功能的處理程序輸入計算機，計算機就會在程序的控制下自動完成指定的工作。當(dāng)然，必要時也可以對計算機的工作進行干預(yù)，計算機能及時進行響應(yīng)，實現(xiàn)與人的交互。1.2.1計算機的特點1.2.2計算機的應(yīng)用一、數(shù)值計算數(shù)值計算：是指計算機用于完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中所提出的數(shù)學(xué)問題的計算。計算機作為一種計算工具，數(shù)值計算是它最早的應(yīng)用領(lǐng)域。在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文等眾多學(xué)科的科學(xué)研究中，在水壩建造、橋梁設(shè)計、飛機制造等大量工程技術(shù)應(yīng)用中，經(jīng)常會遇到許多數(shù)值計算問題。二、信息處理信息處理：是指計算機對信息及時記錄、整理、統(tǒng)計、加工成需要的形式。及時搜集、分析、加工、處理大量信息，是信息社會的特征之一，計算也成為了信息處理的有力工具，被廣泛應(yīng)用于各種信息處理領(lǐng)域。目前，信息處理已成為計算機應(yīng)用的一個主要方面，約占全部應(yīng)用的80％。1.2.2計算機的應(yīng)用三、計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計：是利用計算機的計算、邏輯判斷等功能，幫助人們進行產(chǎn)品設(shè)計和工程技術(shù)設(shè)計，它能使設(shè)計過程逐步趨向自動化，大大縮短設(shè)計周期，節(jié)省人力、物力，降低成本，提高設(shè)計質(zhì)量。目前，采用計算機輔助設(shè)計的范圍很廣。1.2.2計算機的應(yīng)用四、人工智能人工智能（ArtificialIntelligence，AI）：是指利用計算機模擬人類的智能活動來進行判斷、理解、學(xué)習(xí)、圖像識別、問題求解等。已取得不少成果和應(yīng)用。1.2.2計算機的應(yīng)用五、辦公自動化辦公自動化系統(tǒng)，它是以支持辦公自動化為目的的一個信息系統(tǒng)。如：日程管理、電子郵政、電子會議、文檔管理、統(tǒng)計報表等，并能輔助管理和決策。1.2.2計算機的應(yīng)用六、通信與網(wǎng)絡(luò)隨著信息化社會的發(fā)展，通信業(yè)也發(fā)展迅速，由于計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，計算機在通信領(lǐng)域的作用越來越大。1.2.2計算機的應(yīng)用七、電子商務(wù)宏觀上講，電子商務(wù)是旨在通過電子手段建立一種新的經(jīng)濟秩序，它不僅涉及電子技術(shù)和商業(yè)交易本身，而且涉及諸如金融、稅務(wù)、教育等社會其他層面。從微觀角度說，電子商務(wù)是指各種具有商業(yè)活動能力的實體利用網(wǎng)絡(luò)和先進的數(shù)字化傳媒技術(shù)進行的各項商業(yè)貿(mào)易活動。1.2.2計算機的應(yīng)用八、計算機進入家庭如今，隨著計算機越來越普及和價格的不斷下降，計算機進入千家萬戶，使家庭生活發(fā)生了很大的變化。1.2.2計算機的應(yīng)用九、虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）是指利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶身臨其境，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。1.2.2計算機的應(yīng)用1.2.3大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)云計算人工智能（ArtificialIntelligence，AI）、大數(shù)據(jù)（BigData）和云計算（CloudComputing）是當(dāng)前最受關(guān)注的技術(shù)，常常取這三個技術(shù)英文名的首字母將其合稱為ABC。大數(shù)據(jù)人工智能大數(shù)據(jù)（bigdata），又稱巨量數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)；是由數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型眾多數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合，是基于云計算的數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用模式，通過數(shù)據(jù)的集成共享，交叉復(fù)用形成的智力資源和知識服務(wù)能力。簡言之，從各種各樣類型的數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值信息的能力，就是大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)1.2.3大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)有四個特點：大數(shù)據(jù)Volume（大量）01Velocity（高速）02Variety（多樣）03Veracity（真實）041.2.3大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)云計算（cloudcomputing）是分布式計算的一種，指的是通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，然后，通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)，進行處理和分析這些小程序，得到結(jié)果并返回給用戶。是對基于網(wǎng)絡(luò)的、可配置的共享計算資源池，能夠方便地、隨需訪問的一種模式。云計算1.2.3大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)云計算有5個特點：云計算按需自助服務(wù)網(wǎng)絡(luò)訪問劃分獨立資源池快速彈性服務(wù)可計量1.2.3大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)1.2.4新媒體技術(shù)與應(yīng)用人工智能是研究使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的學(xué)科，主要包括計算機實現(xiàn)智能的原理、制造類似于人腦智能的計算機，使計算機能實現(xiàn)更高層次的應(yīng)用。人工智能這個詞最早是在1956年的達特茅斯會議上正式提出的。新媒體是與傳統(tǒng)媒體相比而提出的一個新名詞，新媒體是建立在數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上而產(chǎn)生的媒介形態(tài)。計算機信息處理技術(shù)是新媒體的基礎(chǔ)平臺，互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，移動通信等作為新媒體的運作平臺，通過有線或無線的方式進行信息的傳播。新媒體技術(shù)常見的新媒體平臺有：1.2.4新媒體技術(shù)與應(yīng)用一、微博平臺微博平臺是指一種基于用戶關(guān)系信息分享、傳播以及獲取的通過關(guān)注機制分享簡短實時信息的廣播式的社交媒體、網(wǎng)絡(luò)平臺。其主要特點有原創(chuàng)性、便捷性、傳播性。微博使每個人既可以作為觀眾，也可以作為信息的發(fā)布者。1.2.4新媒體技術(shù)與應(yīng)用二、微信微信是騰訊公司推出的一個為智能終端提供即時通信服務(wù)的免費應(yīng)用程序。微信的基本功能是聊天功能，支持發(fā)送語音短信、視頻、圖片（包括表情）和文字，支持多人群聊。1.2.4新媒體技術(shù)與應(yīng)用三、抖音平臺抖音，是由今日頭條孵化的一款音樂創(chuàng)意短視頻社交軟件，是一個面向全年齡的音樂短視頻社區(qū)平臺。用戶可以通過這款軟件選擇歌曲，拍攝音樂短視頻，再加上視頻編輯、特效等技術(shù)讓視頻更具創(chuàng)造性從而形成自己的作品。1.2.4新媒體技術(shù)與應(yīng)用計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件主機應(yīng)用軟件外設(shè)中央處理器(CPU)運算器內(nèi)存儲器控制器只讀存儲器(ROM)隨機存儲器(RAM)輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標、掃描儀、攝像頭等）輸出設(shè)備(顯示器、打印機、繪圖儀)外存儲器(硬盤、U盤、光盤、軟盤)操作系統(tǒng)語言處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)服務(wù)程序辦公軟件圖形處理軟件輔助設(shè)計軟件裸機1.3計算機系統(tǒng)組成1.3.1硬件系統(tǒng)計算機內(nèi)部采用二進制馮·諾依曼機存儲程序自動工作硬件由五大部件組成JohnvonNeumann馮

諾依曼（1903-1957）馮諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)馮諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)①運算器硬件③存儲器②控制器④輸入設(shè)備⑤輸出設(shè)備1.3.1硬件系統(tǒng)運算器控制器主存儲器輸出設(shè)備輸入設(shè)備主機CPU控制器：指揮中心和神經(jīng)樞紐。運算器：進行算術(shù)運算和邏輯運算。存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備：將程序和數(shù)據(jù)送入內(nèi)存。輸出設(shè)備：將內(nèi)存中的處理結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩粜枰男问讲⑤敵?。?shù)據(jù)流指令流計算機硬件系統(tǒng)組成1.3.1硬件系統(tǒng)計算機的基本工作原理1.3.1硬件系統(tǒng)主存儲器類型和特點ROM(ReadOnlyMemory)◆ROM（掩膜ROM）ROM生產(chǎn)時寫入，用戶不可更改?！鬚ROM（ProgrammableROM，熔絲PROM）生產(chǎn)時空白，用戶可寫入，但寫入后不可更改?！鬍PROM（ErasablePROM，紫外線EPROM）可擦除重寫，但必須使用專用設(shè)備?！鬍EPROM(ElectricallyEPROM，電可擦寫可編程只讀存儲器)可在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程?！鬎lashEPROM（快速可擦除編程只讀存儲器）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息）的存儲器。特點：非易失性存儲器，斷電后信息依然可以保存。1.3.1硬件系統(tǒng)RAM(RandomAccessMemory)◆DRAM(DynamicRAM)可隨機存取，但必須周期性的刷新以保持存儲內(nèi)容?！鬝RAM(StaticRAM)可隨機存取，且不需要周期性刷新的存儲器。存儲器類型和特點特點：易失性存儲器，斷電信息丟失。

1.3.1硬件系統(tǒng)內(nèi)存、硬盤、U盤、光盤等存儲器容量單位是相同的，基本存儲單位都是字節(jié)(Byte)：1024B

=

1KB(千字節(jié))=

1024字節(jié)

=

210字節(jié)1024KB

=

1MB(兆字節(jié))=

1048576字節(jié)

=

220字節(jié)1024MB

=

1GB(吉字節(jié))=

1073741824字節(jié)

=

230字節(jié)1024GB

=

1TB(太字節(jié))=

1099511627776字節(jié)

=

240字節(jié)1024TB

=

1PB(拍字節(jié))=

1125899906842624字節(jié)

=

250字節(jié)1024PB

=

1EB(艾字節(jié))=

1152921504606846976字節(jié)

=

260字節(jié)1024EB

=

1ZB(澤字節(jié))=

1180591620717411303424字節(jié)

=

270字節(jié)1024ZB

=

1YB(堯字節(jié))=

1208925819614629174706176字節(jié)

=

280字節(jié)1024YB

=

1BB(千億億億字節(jié))=

1208925819614629174706176字節(jié)

=

290字節(jié)存儲容量1.3.1硬件系統(tǒng)為什么采用多級存儲體系？為了緩解主存儲器讀寫速度慢，與CPU讀寫速度不匹配的問題。為了解決主存儲器容量小，存不下更多的程序和數(shù)據(jù)的難題。為了解決計算機斷電后，數(shù)據(jù)程序的存儲問題。為了解決存儲價格問題。計算機的多級存儲體系1.3.1硬件系統(tǒng)05030201U盤、光盤、軟盤硬盤內(nèi)存(RAM)高速緩存Cache(在CPU中)內(nèi)存儲器外存儲器04寄存器(在CPU中)計算機的多級存儲體系1.3.1硬件系統(tǒng)主板微處理器輸入/輸出設(shè)備外存儲器內(nèi)存儲器1.3.2微型計算機硬件主板，又叫主機板(mainboard)、它是微型計算機最重要的部件之一。主板一般為矩形電路板，其上有組成微型計算機的主要電路系統(tǒng)，包括芯片組、擴展插槽、鍵盤和面板控制開關(guān)接口、指示燈插接件、電源接口等。主板介紹1.3.2微型計算機硬件4個PCI-EX12個PCI插槽6×SATAII接口2個DDR3內(nèi)存插槽主板電源接口CPU插槽CPU電源接口南橋芯片PCI-EX16插槽技嘉GA-F2A55-DS3主板介紹1.3.2微型計算機硬件北橋芯片是系統(tǒng)控制芯片，主要負責(zé)CPU、內(nèi)存、顯卡三者之間的數(shù)據(jù)交換。隨著PC架構(gòu)的不斷發(fā)展，如今北橋的功能逐漸被CPU所包含。CPUCPU高速內(nèi)存顯卡低速CPU南橋硬盤CPU南橋網(wǎng)卡CPU南橋PS/2鍵鼠CPU南橋USB設(shè)備主板芯片組南橋芯片主要決定主板的功能，主板上的各種接口（如PS/2鼠標控制，USB控制，PCI、PCIE擴展槽等），以及主板上的其他芯片（如聲卡、顯卡、網(wǎng)卡等），都歸南橋芯片控制。1.3.2微型計算機硬件BIOS芯片主板芯片組BIOS是BasicInputOutputSystem的縮寫，意思是基本輸入輸出系統(tǒng)。BIOS是一個ROM芯片，其中固化著一段程序。

用于計算機開機過程中各種硬件設(shè)備的初始化和檢測，其容量一般是1M、2M甚至8M。1.3.2微型計算機硬件內(nèi)存擴展槽：用來插內(nèi)存條。內(nèi)存擴展槽插槽、擴展槽和內(nèi)部接口1.3.2微型計算機硬件PCI-E擴展槽：是一種通用型擴展槽，不限定擴展用途，比如：顯卡，聲卡，網(wǎng)卡等。PCI-EX4擴展槽PCI-EX16擴展槽PCI-EX1擴展槽PCI-EX16擴展槽擴展槽和內(nèi)部接口1.3.2微型計算機硬件SATA接口：sata負責(zé)連接固態(tài)硬盤、光盤驅(qū)動器。SATA接口擴展槽和內(nèi)部接口1.3.2微型計算機硬件M.2接口：用來連接固態(tài)硬盤、傲騰內(nèi)存。M.2接口擴展槽和內(nèi)部接口1.3.2微型計算機硬件針腳：主板底部的針腳通過跳線連接到機箱前面板，包括開機鍵、重啟鍵、I/O接口指示燈。其他位置還有一些針腳，負責(zé)連接RGB，aRGB燈光控制器，CPU風(fēng)扇，電源風(fēng)扇等。針腳擴展槽和內(nèi)部接口1.3.2微型計算機硬件電源：主板電源接口分主供電接口和輔助供電接口。ATX24針主供電接口8針CPU供電接口4針CPU供電接口擴展槽和內(nèi)部接口1.3.2微型計算機硬件音頻輸入接口音頻輸出接口麥克風(fēng)接口USB3.0接口E-SATA接口DisplayPort接口HDMI接口USB接口PS/2鍵鼠接口DVI接口VGA接口主板常用外部接口1.3.2微型計算機硬件CPU介紹CPU及其插槽中央處理器〔CentralProcessingUnit〕的縮寫，即CPU，CPU是電腦中的核心配件，是計算機的運算核心和控制核心。目前主要有Intel與AMD兩大品牌。CPU的詳細參數(shù)包括內(nèi)核構(gòu)造，主頻，外頻，倍頻，接口，緩存，多媒體指令集，制造工藝，電壓，封裝形式，整數(shù)單元和浮點單元等。主板測試及日常應(yīng)用中CPU-Z軟件常用來查看主板及CPU信息。1.3.2微型計算機硬件插槽：電腦上任何物件的接口，都有兩種方式，一種是可插拔的，俗稱公口母口，一種是