电脑入门——第1章初识计算机.doc

Chapter1初识计算机 初识计算机Chapter1精彩内容导读u 初识计算机u 计算机系统的组成u 计算机中的进位计数制u 计算机中的计量单位u 计算机专业术语 1.1 认识计算机计算机是20世纪人类最伟大的发明，它影响着人类方方面面的生活。1.1.1 什么是计算机世界上第一台计算机于1946年由美国宾夕法尼亚大学研制而成，取名为ENIAC（Elcetronical Numerical Integrator and Computer），意为“电子数值积分和计算机”。当时研制电子计算机的目的主要是用于军事所需。随着时代的发展，计算机已经逐渐普及到了生活的各个领域了。电子计算机是一种高度自动化的、能进行快速运算及逻辑判断的先进电子设备，是人们用来对数据、文字、图像以及声音等信息，进行存储、加工与处理的有效工具。图1-1所示为一台家用计算机的整机示意图。图1-11.1.2 计算机能做什么计算机俗称电脑，意为它具有与人脑一样的思维功能，但实际上计算机与人脑有很大的区别，计算机不等同于人脑，它必须在连通电源的情况下，将人们事先编制好的程序执行出来，而本身不具备思维的能力，只能按照人的指令去完成工作。随着计算机技术的不断发展，它的本领也越来越强，政府部门、工厂矿山、新闻出版甚至家庭生活，各个行业，各个层次的工作人员都在使用计算机来完成工作。概括起来电脑的主要用途有以下几类。1数值计算计算机最主要的用途就是用来完成科学研究和工程设计中提出的一系列复杂的数学问题的计算。通过特殊的软件，计算机不仅能解代数方程，而且还可以解微分方程以及不等式组，并且能将计算速度提高到人类无法想像的程度。2数据信息处理计算机可以用来对大量的数据进行分析、加工、处理等工作。使用计算机管理与统计数据具有统计速度快、统计精度高、错误率小、统计成本低等诸多好处。现在应用比较广泛的是大型网站数据管理、银行数据管理、大型公司的数据管理。3实时控制实时控制是利用电脑对生产过程和其他过程做出控制处理。这种控制处理就是电脑对不断变化着的过程进行分析判断，进而采取相应的措施，对整个过程进行调整，以保证过程的正常进行。4辅助设计与教学计算机辅助设计与教学是近年来发展迅猛的一个领域，计算机辅助设计与教学主要表现在以下几个方面。l 计算机辅助设计（CAD）。l 计算机辅助教育（CBE）。l 计算机辅助教学（CAI）。l 辅助测试（CAT）。l 电脑管理教学（CMI）。在多媒体技术与网络技术的发展推动下，近年来CBE与CAD发展势头比较迅猛，网上教学和远程教学已在许多学校展开。计算机辅助设计领域内，现在比较流行的软件有Photoshop（图像设计与美化）、CorelDraw（平面设计）、3DsMax（三维动画设计）等。5人工智能人工智能是新兴起的一门学科，是21世纪最具有发展潜力的学科，人工智能所指的是如何设计出智能的计算机系统，让计算机具有通常只有人才具有的那种智能特性，让计算机模拟人类的某些智力活动，如识别图形与声音、学习过程、探索过程、推理过程以及对环境的适应过程等。6与世界相连通过与Internet相连，计算机让全世界变成了一个地球村。在互联网上，可实现资源共享，并且可利用网络传送文字、数据、声音和图像等。还可以通过网络收发电子邮件、打电话、购物等。1.1.3 计算机的发展历程世界上第一台电子计算机ENIAC刚被发明时是一个庞然大物，整机重量达到了30吨之巨，占据着几个大房间的面积，完全可以用“庞然大物”来形容它。全机耗用了大量的电子管、继电器、电容器和电阻，功率达150千瓦，而运算速度仅为每秒5000次。而随着电子技术的不断发展，电子计算机也逐渐向小型化、微型化发展，其运算速度也呈现几何级速度增长，由最初的每秒运算5000次发展到现在每秒钟运算2.8G次。最新一代的台式机电脑重量可以控制在2030千克，而最新一代的笔记本电脑重量仅为几千克。概括起来说，计算机的发展经历了以下几个突出的阶段，见表1-1所示。表1-1 电脑的发展情况阶 段时 间逻辑元件主要特点第一阶段1946-1957年电子管速度低、耗电多、体积大第二阶段1958-1964年晶体管体积变小、耗电量减少、速度提高第三阶段1965-1971年中小规模集成电路体积和耗电量大大减少、性能提高第四阶段1972-1985年大、超大规模集成电路体积进一步缩小、速度大大提高、可靠性增强第五阶段1986年至今新元件整体性能增强、速度提高、具备更多人工智能和网络智能 1.2 计算机系统的组成一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成，如图1-2所示。所谓计算机硬件就是指我们平常眼睛看得着，手能摸得着的各种物理装置，通常计算机硬件包括硬盘、主机箱、键盘、鼠标、光驱、中央处理器等。计算机软件是指在计算机硬件设备上运行的各种程序的总称。计算机的一切操作都必须依靠软件来完成，硬件只提供了软件运行的平台。如果计算机中不配置任何软件，计算机硬件的作用就不能得到充分有效的发挥。计算机之所以能在各个领域中得到非常广泛的应用，正是由于计算机中安装了大量功能丰富的软件。提示:我们把其中不装备有任何软件的计算机称为“裸机”，这样的计算机仅有一堆硬件，在裸机上只能运行机器语言程序。 计算机系统内存随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)主机中央处理器CPU运算器控制器寄存器硬件系统外部设备输入设备：键盘、鼠标器、光笔、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、绘图仪等外存储器：磁带、磁盘(软盘、硬盘)、光盘等通信设备：网卡、调制解调器等软件系统系统软件：操作系统、程序设计语言、数据库管理系统等应用软件：各种应用程序包等图1-21.2.1 计算机硬件系统1主板主板又称母板，是主机箱中最大的一块印刷电路板，它是计算机中各个部件的连接中枢，CPU、内存、硬盘、电源以及各种插卡等几乎所有的计算机部件都通过插槽或连线连接到主板。如图1-3所示为一块典型的PC主板。从图中可以看到，主板主要由各种电子元件和一些插槽、开关、跳线、接口等组成。图1-3提示:主板是影响计算机性能的重要硬件设备，它是其他硬件设备发挥性能的基础。但同时由于价格等因素不易升级，因此在选购电脑时最好预先考虑到主板的升级性能。 2CPU中央处理器（central processing unit）简称CPU，是计算机的大脑，主要由运算器和控制器两个部件构成，CPU插在主板上专门的插槽中以实现与计算机相连。由于CPU是计算机的运算和控制器件，因此CPU的性能就决定了计算机的基本性能，平常我们所说的386、486、奔腾等都是指的CPU的型号。图1-4所示为一块CPU的正面和背面，背面有许多插脚，用于插到主板的CPU插槽中。 （a）CPU的正面 （b）CPU的背面图1-4提示:CPU在运行时会产生大量热量，因此其正面往往会加装上散热片或风扇。核定CPU性能的重要指标是CPU的工作频率（计算机的主频），其单位是Mhz，表示每秒钟CPU可以执行的运算次数。通常主频越高，计算机运算速度越快。世界上最著名的CPU生产厂商是美国的Intel公司和AMD公司。从80年代起，Intel公司相继推出了8086、8088、80286、80386、80486，然后开始将产品命名为“Pentium”（通常译为“奔腾”）系列，并陆续推出了PII、PIII、P4系列产品。Amd公司著名产品有“Athlon、雷鸟”等系列，跟Intel处理器相比，AMD处理器具有性价比高，超频能力强等优点，是众多计算机超频发烧友及Diyer的首选，但稳定性不及Intel处理器。提示:2005年Intel公司与AMD公司都推出了64位的CPU，将计算机的运算性能进一步提高。3存储器计算机内部的存储器分为两种，一种是随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM。内存属于内部存储器，它的主要作用是用来存放待处理的初始数据、中间结果和最终结果，内存的性能和多少也直接影响到整台计算机的性能表现。相对于硬盘等外部存储器来说，内存的读写速度快，但存储量较小。内存通常是一块条状电路板（俗称“内存条”），上面有许多内存芯片，同CPU一样，内存也插在计算机主板的内存插槽中。如图1-5所示为一块内存条。图1-5计算机中的内存同样存在着很多规格，目前比较普便的内存型号有DDR内存以及SDRAM内存。每一种内存又有不同的技术规格，如目前主流的DDR内存有DDR333与DDR400的分别，它们虽然都是DDR内存，但是性能差别却很大，因此在选购时应多加注意。提示:要让计算机系统达到最佳的运行状态，必须确保主板、CPU、内存这三大部件的性能相当，否则将会互相影响到其他硬件的性能。 4适配卡通过观察发现，主板上并排有一些长条插槽，这些插槽都是为计算机的一些适配卡而留的，常见的适配卡有声卡、显示卡、网卡等，如图1-6所示。 （a）声卡 （b）显示卡 （c）网卡图1-6显示卡的主要作用是提供计算机和显示器的连接设备，它将计算机的一些信息转化为显示器能识别的信号，然后通过显示器将这些信号转换出来，显示卡的好坏直接影响到显示器显示图像的质量。声卡的主要作用是让计算机发声，声卡背部一般都配有喇叭，麦克风的接口。使用声卡时将声卡按照规则插入主板相应的插槽中，然后给其安装好驱动程序就可以使用了。网卡的作用就是提供计算机与互联网的连接，网卡负责将计算机中的数字信号转换为模拟信号以通过网络传送出去，同时还负责将网络传送过来的模拟信号转换为计算机能识别的数字信号。提示:在向计算机插入适配卡时，必须首先关闭计算机，并切断电源。在插卡时遵守“插得进去即是正确的”原则。 5硬盘硬盘是计算机中最主要的外部存储器，用于存放系统文件、用户的应用程序及数据。硬盘的最大特点就是存储容量大，存取速度快。硬盘如图1-7所示。 图1-7提示:硬盘中存储的数据在关掉电源的情况下不会消失，因此是永久保存数据的好工具。当计算机工作时，用户可通过主机前面的一个指示灯来观察硬盘的工作情况，如果系统在读取硬盘中的数据，那么指示灯会不停闪烁。硬盘的性能指标主要有：硬盘的容量、硬盘的转速、硬盘的缓存。硬盘的容量以千兆字节（GB）为单位，1GB=1000MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时，通常取1G=1024MB，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。硬盘转速越大，硬盘读取数据的速度就越快，目前市场上主流硬盘的转速一般为5400rpm或7200rpm，有些硬盘则达到了10000rpm，是IDE硬盘中转速最快的。硬盘的缓存与主板上的高速缓存（RAM Cache）一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。目前，大多数IDE硬盘的缓存为2M或8M，缓存越大，硬盘的提取数据速度就越大。6输入设备键盘和鼠标是计算机中两个最主要的输入设备，他们的主要作用是录入数据、程序、向计算机传达命令等。从外观上来看，键盘由密密麻麻的键位构成，如图1-8（a）所示。根据键盘键位的多少，人们可以将键盘划分为101键盘、104键盘、107键盘等，104键盘和107键盘是目前最常用的键盘。按制造键盘的材料来分，键盘又可分为电容式、机械式和机电式三种。 （a）键盘 （b）鼠标图1-8鼠标是一种手持式屏幕定位装置，也是计算机中非常重要的输入设备，按照鼠标按键数量的不同，鼠标可分为两键鼠标和三键鼠标，目前使用较多的是三键有线鼠标，如图1-8（b）所示。三键式鼠标比两键鼠标多出了一个滚动键，主要用于浏览文档时翻页之用。按照工作原理，鼠标可以分为机械鼠标与光电鼠标两类。机械鼠标依靠鼠标底部的滑轮滚动工作，容易受灰尘及磨损的影响，使用效果不太理想，现在主流的鼠标都是采用光电技术的鼠标。7输出设备显示器又称监视器，是计算机系统中较为重要的输出设备，它通过屏幕直观地反映计算机的操作结果及工作状态，是人机交流的重要工具。常见显示器有CRT（阴极射线管）和LCD（液晶）显示器两种，如图1-9所示。 LCD液晶显示器 CRT显示器图1-9CRT显示器是目前最为普遍的显示器，其价格便宜，显示色彩逼真，技术成熟，但可携带性与移动性差。跟传统的CRT显示器相比，液晶显示器具有低辐射、便携等优点，缺点是色彩显示不及CRT显示器真实，这种缺点在低端液晶显示器中更为突出，但随着技术的发展，液晶显示器最终将取代CRT显示器而成为主流。提示:显示器的显示内容和显示质量（如分辨率）的高低主要是由显示卡的功能决定的。显示器的尺寸有15英寸、17英寸、21英寸甚至更大的屏幕。1.2.2 计算机软件系统根据软件的性质，可以将软件分为系统软件与应用软件。计算机的所有工作都是由软件完成的，用户对计算机的操作实际上也是对计算机中软件的操作，硬件只是提供了一个计算机软件运行的外部环境。系统软件是指管理、控制和维护计算机硬件和软件资源的软件，它的功能是协调计算机各部件有效地工作或使计算机具备解决某些问题的能力。系统软件主要包括操作系统、程序设计语言、解释和编译系统、数据库管理系统等。如Windows操作系统、SQL Server数据库系统等。应用软件是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序。应用软件是面向应用领域、面向用户的软件，它主要包括科学计算软件、字处理软件、辅助工程软件、图形软件、工具软件等，如字处理软件Office、辅助工程软件AutoCAD、图形软件Photoshop等均是著名的应用软件。 1.3 计算机中的进位计数制在日常工作生产中，人们通常使用十进制来计数，即采用“满十进一”的原则计数。但是在计算机领域，除了需要用到十进制以外还常常需要使用二进制、十六进制和八进制数这三种计数形式，本章介绍应用最广泛的二进制与十六进制计数方式。1二进制顾名思义，二进制数就是“逢二进一”的计数方式。通常用（N）2表示二进制数。如：（0）2，（1）2，（10）2，（101）2等。提示:一般用（N）2表示二进制数，用（N）10表示十进制数，用（N）8表示八进制数，用（N）16表示十六进制数。二进制数转换为十进制数常用公式：Mn2n-1+Mn-12n-2+ Mn-2n-3.其中M为每位二进制数（0或1），N为二进制位数。如：将二进制数（101001）2和（101111）2转换成十进制数：（101001）2=125+024+123+022+021+120 =32+0+8+0+0+1=（41）10（101111）2=125+024+123+122+121+120 =32+0+8+4+2+1=（47）10得到：（101001）2=（41）10和（101111）2=（47）10 十进制数转换成二进制数常使用十进制数除以2取余法进行，一直除到余数为零为止。将余数按照从下到上的顺序排列即成为二进制数。例：将十进制数（12）10转换成二进制数。 2 12 （0） 2 6 （0） =（1100）2 2 3 （1） 2 1 （1） 0（12）10=（1100）2将十进制数（23）10转换成二进制数。2 23 （1）2 11 （1） =（10111）225 （1）22 （0）2 1 （1）02十六进制二进制数虽然比较简单，只有0或1两位数字，写起来很长，既不便记忆也不便读写。为了解决这一问题，人们便引进了十六进制数。十六进制数有以下两个突出优点：l 十六进制数与二进制数关系密切，每一位十六进制数字可以用一个四位二进制数来表示，见表1-2；l 计算机的字长是每位十六进制数所对应二进制数位数（四位）的倍数，所以十六进制与计算机结构联系较为密切，使用十六进制数计算机更容易识别与处理。十六进制数在处理时按照“满十六进一”的原则进行，用（N）16表示。9以上的数10、11、12、13、14、15分别用A、B、C、D、E、F表示。如：（2E）16、（A15）16、（BCE）16等。十六进制数与二进制数间转换方便。十六进制数转换成二进制数，只将十六进制数中每位数字都分别用其对应的四位二进制数表达即可。如（56A）16=（0101 0110 1010）2反过来，二进制数转换成十六进制数，只要自右向左，每四位划为一段，并将每段分别用一位十六进制数表示即可，最左边的不足四位添加一个0即可。如：（11001011001）2=（0111 0101 1011）2=（65A）16表1-2十六进制数对应的二进制数十六进制数对应的二进制数0000081000100019100120010A101030011B001140100C110050101D110160110E111070111F1111 1.4 计算机中的计量单位计算机中所有信息均是以二进制表示的，所以计算机中的信息单位都基于二进制。常用的信息单位有位和字节。下面进行介绍。1位计算机中所有的数据都是以二进制来表示的，一个二进制代码称为一位，记为“bit”。位是计算机中最小的信息单位。2字节在对二进制数据进行存储时，以八位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，记为“Byte”。字节是计算机中次小的存储单位。3字一条指令或一个数据信息称为一个字。字是计算机中信息交换、处理、存储的基本单元。计算机中的一个字包含两个字节。4字长CPU中每个字所包含的二进制代码的位数，称为字长。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。字长越大，数据所包含的位数越多，精度越高，计算机处理数据的速度就越快。 1.5 计算机专业术语计算机初学者往往会对一些专业计算机术语感到很陌生，这会极大的制约学习与使用计算机的热情，下面将当今计算机科学技术中的一些比较常用但对初学者比较陌生的专业术语进行讲解。1病毒计算机中的病毒跟我们平常所说的病毒不一样，计算机中的病毒是一段程序，它和生物病毒一样，具有复制和传播的能力。电脑病毒不是独立存在的，而是寄生在其他可执行程序中，具有很强的隐蔽性和破坏性，一旦工作环境达到病毒发作的要求，便影响电脑的正常工作，甚至使整个系统瘫痪。2死机计算机在正常运行过程中，如果突然停止响应，屏幕画面固定不动，操作鼠标与键盘都无用时，计算机就是处于死机状态了，死机是计算机最常遇到的故障。死机一般都是由打开程序过多或者病毒造成。当计算机处于死机状态时，就不能正常工作了，必须重启计算机。提示:判断计算机中是否死机的简单方法是不停按下数字小键盘上的NUMLOCK键，观察键盘上的指示灯是否在闪烁，如果没有闪烁表示此时计算机已经死机，反之则是计算机在后台运行程序。3频率物理学给频率的定义是“一秒钟的次数”，在计算机中，频率专指每秒钟的运算次数，如CPU的频率是1.7G，则表示该款CPU的运算速度是每秒钟1.7G次。4文件“文件”在计算机术语中是一个非常重要的名词，可以说正确理解“文件”的有关概念是使用计算机的基础。文件是软件在计算机中的存储形式，目前绝大部分软件资源都是以文件的形式存储、管理和利用的。我们使用的各种程序以及使用这些程序制作的各种文档实际上都是以一个个文件的形式存放在计算机的磁盘中。例如，当我们使用Word 2002写工作报告时，实际上是运行了一个名为“Winword.exe”的程序文件，这个文件在运行的过程中又会调用其他许多文件，报告写完后，你必须将它保存为一个文件。文件中可以保存各种各样的信息，除了用于运行的程序外，还可以保存数据、文本、图像、声音甚至视频剪辑，所以今后我们所提到的“文件”并不一定是一篇报告或表格，而可能是一部书稿、一个用于计算家庭收支的小程序、一