计算机的组成和发展.doc

电脑的组成和发展 平常所说的电脑是个人计算机的形象叫法，是一种微型计算机。从字面上就可看出，电脑可以用来替代甚至增加人脑的部分功能。至今为止，除电脑以外的所有机器都是用来帮助、取代人类体力劳动的工具，是对有形物体进行加工，或对不同的物理量进行转换，只有电脑是用来对各种信息进行整理，从而替代人类的部分脑力劳动。电脑的功能非常强大，可以说，只有人想不到的，没有电脑做不到的。这是因为人的大脑只有一个，而电脑是由无数个人的大脑共同研究出来的。一、电脑的组成电脑由硬件和软件两大部分组成。1、硬件电脑中看得见摸得着的都称为硬件，主要分为中央处理器、存储器和输入、输出设备。从外观上看主要有主机箱、键盘和显示器；从逻辑功能上看，可以分为控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五个部分，一般地又把运算器和控制器合称为中央处理器。运算器能进行加、减、乘、除等基本运算。存储器不仅能存放数据，而且也能存放指令。控制器能自动执行指令。操作人员通过输入、输出设备和主机进行通信。计算机内部采用二进制来表示指令和数据。(1)中央处理器CPUCPU即中央处理器，它是计算机的大脑，计算机的运算、控制都是由它来处理的。它的发展非常迅速，从最初的8088到奔腾486、586，现在已经发展到双核甚至四核，用迅驰技术装备的笔记本电脑，使用户脱离缆线的约束，真正做到在移动中进行工作、学习、休闲 。全世界99的CPU都是英特尔和AMD公司的产品，中国最近才制造出“龙芯一号”。CPU是中央处理器的英文缩写，它是计算机的运算控制中心，是计算机中集成度最高、最贵重的一块芯片。它是由几千几千万个晶体管组成的超大规模的集成电路芯片。计算机所有数据的加工处理都是在CPU中完成的。CPU还负责发出控制信号，使计算机的各个部件协调一致地工作。 (2)存储器 存储器是电脑的记忆细胞，用来存放程序和数据。存储器分为内存和外存。内部存储器：内存指CPU可以随时直接存取的存储器，一般容量很小，虽然容量小，但电脑的速度与它有很大关系。电脑要执行的程序、要处理的信息和数据，都必须先存入内存，才能由CPU取出进行处理。 内存一般可以分为随机读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两种。 RAM中存储的数据可以随时取出来(称为读出)，也可以随时存入新数据(称为写入)或对原来的数据进行修改。RAM是一种在电脑中用来暂时保存数据的元件。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为作业系统或其他正在运行中的程式之临时资料存储媒介。RAM的缺点是断电以后所存储的所有数据都将丢失。ROM中存储的数据只能读出，而用一般的方法不能写入。它的最大优点是它保存的数据在断电后不会丢失，因此用来保存计算机经常使用且固定不变的程序和数据。充当内存的集成电路芯片是做在一小条印刷电路板上的，称为内存条。内存条可以很方便地插在主板上，过去的计算机内存容量有8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB等，现在一般都是1GB、2GB等（1个字等于2个字节，1个字节就是1KB，1024KB等于1MB也就是1兆，1024MB等于1GB就是我们通常所说的1个G）。在选择内存条时，要考虑容量稍大一些的，但不要插满槽口，为今后的升级及内存的扩充留有余地。 外部存储器：内存的容量有限，且价格较贵，关机以后内存中所存储的数据就消失了，因此计算机还必须有外部存储器(简称外存)来存储数据。外存的特点是存储容量大、价格较低，所存储的数据在计算机关机后也不会丢失。外存包括磁盘、磁带等。磁盘有硬盘、移动硬盘、光盘、软盘、U盘等，现在一般都不用软盘了。 (3)输入、输出设备（简称IO设备）输入设备：输入设备就是把数据送入计算机的设备，它接受用户的程序和数据，并转换成二进制代码送入计算机的内存中存储起来，供计算机运行时使用。输出设备就是把经过计算机处理的数据，以人们能够识别的形式输出的设备。输入/输出设备就如同人有了眼睛可以看、耳朵可以听、嘴巴可以讲、手可以写字一样，输入输出设备是计算机与外界沟通的桥梁。键盘、鼠标是最常用的输入设备，扫描仪、手写笔、触摸屏、扫描仪、话筒、摄像头等也是输入设备。（2）输出设备有显示器、音箱、打印机等随着科学技术的不断进步，很多新的设备集成了输入、输出和存储多种功能，如数码相机、DV就是既能存储拍摄的照片、视频，又能输入到电脑，也可以从电脑输出到相机、DV；耳麦是个特例，是耳机和麦克风合在一起，但又相互独立的设备，耳机是输出设备，麦克风是输入设备；还有什么MP3、MP4,都有几种功能。（3）连接设备包括把信号传送给显示器的显卡；把信号传送给音箱的声卡；网卡也叫“网络适配器”，是计算机与网络电缆的接口；调制解调器通常称为猫（Modem），是将计算机的数字信号与电话线上传输的信号相互转换的装置；还有连接光盘的光盘驱动器以及各种连接线、接口（USB接口、耳麦插口）等。 2、计算机的软件软件是计算机的灵魂，计算机的所有功能都是通过软件来实现的，没有软件的计算机与是不能工作的。只有硬件没有软件的计算机称为“裸机”。配上软件的计算机才成为完整的计算机系统。人们针对某一需要而为计算机编制的指令序列称为程序，程序连同有关的说明资料称为软件。软件分为操作系统、硬件驱动和应用软件三大类。操作系统操作系统是电脑的核心软件。过去的电脑出厂时都是没有安装系统的裸机。现在迫于美国的压力（因为微软是美国企业），品牌机出厂时就安装了正版操作系统。举个形象的例子，电脑就象你开了家中药店，租了房子，置办了桌椅橱柜，请了店员，这个中药店就相当于买回了一台电脑，门面房和桌椅橱柜就是电脑的硬件，店员就相当于电脑的操作系统，没有店员，房里的东西都不能工作，只有店员才能将各种设备利用起来。橱柜相当于电脑的硬盘，其中的抽屉相当于文件夹，存放的药材相当于电脑中的文件。你去抓药，告诉店员要抓什么药，各抓多少，店员就象电脑的操作系统一样，根据你的指令去打开某个抽屉（文件夹），从中抓取某种药材（文件）。操作系统从最早的DOS系统到现在的Windows操作系统、苹果系统等。DOS系统是非常强大的操作系统，曾在很长一段时间统治操作系统行业，微软公司发明了Windows操作系统后，DOS系统现在只是电脑公司人员装机维护时才用到它。Windows操作系统是美国微软公司的佳作，它霸占了全世界电脑操作系统90几的市场，一切硬件和软件制造商都要向比尔盖茨看齐，也就是要能被Windows操作系统兼容，否则你就没有销路。Windows操作系统又叫视窗操作系统，分成Windows 98、Windows 2000、Windows XP，后来又出了Vista，微软于2009年10月正式在全球发售新一代操作系统Windows 7，Windows 7是微软继Windows XP、Vista之后的最新操作系统，它比XP漂亮，比Vista性能更高、启动更快、兼容性更强，具有很多新特性和优点，比如提高了屏幕触控支持和手写识别，支持虚拟硬盘，改善多内核处理器，改善开机速度和内核改进等。预计在不久的将占领操作系统的大部分市场。但现在使用的操作系统绝大部分仍然是Windows XP。Windows XP的最高版本是Windows XP SP3，除了原版外，已经被修改的盗版XP有无数种。硬件驱动硬件驱动说全了就是硬件的驱动程序，全称为“设备驱动程序”，它是一种特殊的程序。首先其作用是将硬件本身的功能告诉操作系统，接下来的主要功能就是完成硬件设备电子信号与操作系统及软件的高级编程语言之间的互相翻译。当操作系统需要使用某个硬件时，比如：让声卡播放音乐，它会先发送相应指令到声卡驱动程序，声卡驱动程序接收到后，马上将其翻译成声卡才能听懂的电子信号命令，从而让声卡播放音乐。所以简单的说驱动程序提供了硬件到操作系统的一个接口以及协调二者之间的关系，而因为驱动程序有如此重要的作用，所以人们都称“驱动程序是硬件的灵魂”、“硬件的主宰”，同时驱动程序也被形象的称为“硬件和系统之间的桥梁”。硬件驱动就是显卡、网卡、声卡、打印机的驱动等等应用软件 应用软件有无数种，需要什么再安装什么软件。有文字处理软件、图形软件、视频音频软件和各种专业软件，如人事管理软件、财务软件、特困职工软件等等。它可以拓宽计算机系统的应用领域，放大硬件的功能。 1）通用软件 这类软件通常是为解决某一类问题而设计的，而这类问题是很多人都要遇到和解决的。例如：比较常用的有Word（文字处理）、Excel（电子表格）、Access（数据库）、Powerpiont（幻灯片）、Outlook（电子邮件），以及网页制作、记事本、画图等。2）专用软件在市场上可以买到通用软件，但有些具有特殊功能和需求的软件是无法买到的。比如某个用户希望有一个程序能自动控制车床，同时也能将各种事务性工作集成起来统一管理。因为它对于一般用户是太特殊了，所以只能组织人力开发。当然开发出来的这种软件也只能专用于这种情况。 3、程序设计语言计算机解题的一般过程是：用户用计算机语言编写程序，输入计算机，然后由计算机将其翻译成机器语言，在计算机上运行后输出结果。程序设计语言的发展经历了五代机器语言、汇编语言、高级语言、非过程化语言和智能语言。 4、语言处理程序计算机只能直接识别和执行机器语言，因此要计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序，翻译程序本身是一组程序，不同的高级语言都有相应的翻译程序。如：汇编语言汇编器、C语言编译、连接器等5、数据库管理程序数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。 6、系统辅助处理程序系统辅助处理程序也称为“软件研制开发工具”、“支持软件”、“软件工具”，主要有编辑程序、调试程序、装备和连接程序、调试程序。二、计算机应用领域目前，计算机的应用可概括为以下几个方面。1科学计算（或称为数值计算）早期的计算机主要用于科学计算。目前，科学计算仍然是计算机应用的一个重要领域。如高能物理、工程设计、地震预测、气象预报、航天技术等。由于计算机具有高运算速度和精度以及逻辑判断能力，因此出现了计算力学、计算物理、计算化学、生物控制论等新的学科。2过程检测与控制利用计算机对工业生产过程中的某些信号自动进行检测，并把检测到的数据存入计算机，再根据需要对这些数据进行处理，这样的系统称为计算机检测系统。特别是仪器仪表引进计算机技术后所构成的智能化仪器仪表，将工业自动化推向了一个更高的水平。3信息管理（数据处理）信息管理是目前计算机应用最广泛的一个领域。利用计算机来加工、管理与操作任何形式的数据资料，如企业管理、物资管理、报表统计、帐目计算、信息情报检索等。近年来，国内许多机构纷纷建设自己的管理信息系统（MIS）；生产企业也开始采用制造资源规划软件（MRP），商业流通领域则逐步使用电子信息交换系统（EDI），即所谓无纸贸易。4计算机辅助系统1）计算机辅助设计（CAD）是指利用计算机来帮助设计人员进行工程设计，以提高设计工作的自动化程度，节省人力和物力。目前，此技术已经在电路、机械、土木建筑、服装等设计中得到了广泛的应用。2）计算机辅助制造（CAM）是指利用计算机进行生产设备的管理、控制与操作，从而提高产品质量、降低生产成本。缩短生产周期，并且还大大改善了制造人员的工作条件。 3）计算机辅助测试（CAT）是指利用计算机进行复杂而大量的测试工作。4）计算机辅助教学（CAI）指利用计算机帮助教师讲授和帮助学生学习的自动化系统，使学生能够轻松自如地从中学到所需要的知识三、计算机的发展历史1、第一代计算机（19461958)电子管为基本电子器件；使用机器语言和汇编语言；主要应用于国防和科学计算；运算速度每秒几千次至几万次。2、第二代计算机(19581964)晶体管为主要器件；软件上出现了操作系统和算法语言；运算速度每秒几万次至几十万次。3、第三代计算机(19641971)普遍采用集成电路；体积缩小；运算速度每秒几十万次至几百万次。4、第四代计算机(1971 )以大规模集成电路为主要器件；运算速度每秒几百万次至上亿次。计算机器件从电子管到晶体管，再从分立元件到集成电路以至微处理器，促使计算机的发展出现了三次飞跃。在电子管计算机时期(19461959)，计算机主要用于科学计算。主存储器是决定计算机技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机进行分类。到了晶体管计算机时期(19591964)，主存储器均采用磁心存储器，磁鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。1964年，在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应用，计算机系统中开始出现固件子系统。20世纪70年代以后，计算机用集成电路的集成度迅速从中小规模发展到大规模、超大规模的水平，微处理器和微型计算机应运而生，各类计算机的性能迅速提高。随着字长4位、8位、16位、32位和64位的微型计算机相继问世和广泛应用，对小型计算机、通用计算机和专用计算机的需求量也相应增长了。微型计算机在社会上大量应用后，一座办公楼、一所学校、一个仓库常常拥有数十台以至数百台计算机。实现它们互连的局部网随即兴起，进一步推动了计算机应用系统从集中式系统向分布式系统的发展。在现代计算机中，外围设备的价值一般已超过计算机硬件子系统的一半以上，其技术水平在很大程度上决定着计算机的技术面貌。外围设备技术的综合性很强，既依赖于电子学、机械学、光学、磁学等多门学科知识的综合，又取决于精密机械工艺、电气和电子加工工艺以及计量的技术和工艺水平等。新一代计算机是把信息采集存储处理、通信和人工智能结合在一起的智能计算机系统。它不仅能进行一般信息处理，而且能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，将能帮助人类开拓未知的领域和获得新的知识。四、我国计算机发展历史从1953年开始研究，到1958年研制出了我国第一台计算机在人类文明发展的历史上中国曾经在早期计算工具的发明创造方面写过光辉的一页。远在商代，中国就创造了十进制记数方法，领先于世界千余年。到了周代，发明了当时最先进的计算工具算筹。这是一种用竹、木或骨制成的颜色不同的小棍。计算每一个数学问题时，通常编出一套歌诀形式的算法，一边计算，一边不断地重新布棍。中国古代数学家祖冲之，就是用算筹计算出圆周率在3.1415926和3.1415927之间。这一结果比西方早一千年。1958年和1959年，中国先后制成第一台小型和大型电子管计算机。60年代中期，中国研制成功一批晶体管计算机，并配制了ALGOL等语言的编译程序和其他系统软件。60年代后期，中国开始研究集成电路计算机。70年代，中国已批量生产小型集成电路计算机。80年代以后，中国开始重点研制微型计算机系统并推广应用；在大型计算机、特别是巨型计算机技术方面也取得了重要进展；建立了计算机服务业，逐步健全了计算机产业结构。在计算机应用方面，中国在科学计算与工程设计领域取得了显著成就。在有关经营管理和过程控制等方面，计算机应用研究和实践也日益活跃。五、计算机科学与技术计算机科学与技术是一门实用性很强、发展极其迅速的面向广大社会的技术学科，它建立在数学、电子学 (特别是微电子学)、磁学、光学、精密机械等多门学科的基础之上。但是，它并不是简单地应用某些学科的知识，而是经过高度综合形成一整套有关信息表示、变换、存储、处理、控制和利用的理论、方法和技术。 计算机科学是研究计算机及其周围各种现象与规模的科学，主要包括理论计算机科学、计算机系统结构、软件和人工智能等。计算机技术则泛指计算机领域中所应用的技术方法和技术手段，包括计算机的系统技术、软件技术、部件技术、器件技术和组装技术等。计算机科学与技术包括五个分支学科，即理论计算机科学、计算机系统结构、计算机组织与实现、计算机软件和计算机应用。理论计算机学是研究计算机基本理论的学科。在几千年的数学发展中，人们研究了各式各样的计算，创立了许多算法。但是，以计算或算法本身的性质为研究对象的数学理论，却是在20世纪30年代才发展起来的。当时，由几位数理逻辑学者建立的算法理论，即可计算性理论或称递归函数论，对20世纪40年代现代计算机设计思想的形成产生过影响。此后，关于现实计算机及其程序的数学模型性质的研究，以及计算复杂性的研究等不断有所发展。理论计算机科学包括自动机论、形式语言理论、程序理论、算法分析，以及计算复杂性理论等。自动机是现实自动计算机的数学模型，或者说是现实计算机程序的模型，自动机理论的任务就在于研究这种抽象机器的模型；程序设计语言是一种形式语言，形式语言理论根据语言表达能力的强弱分为O3型语言，与图灵机等四类自动机逐一对应；程序理论是研究程序逻辑、程序复杂性、程序正确性证明、程序验证、程序综合、形式语言学，以及程序设计方法的理论基础；算法分析研究各种特定算法的性质。计算复杂性理论研究算法复杂性的一般性质。随着计算机功能的扩展和性能的提高，计算机包含的功能部件也日益增多，其间的互连结构日趋复杂。现代已有三类互连方式，分别以中央处理器、存储器或通信子系统为中心，与其他部件互连。以通信子系统为中心的组织方式，使计算机技术与通信技术紧密结合，形成了计算机网络、分布计算机系统等重要的计算机研究与应用领域。与计算实现有关的技术范围相当广泛，包括计算机的元件、器件技术，数字电路技术，组装技术以及有关的制造技术和工艺等。软件的研究领域主要包括程序设计、基础软件、软件工程三个方面。程序设计指设计和编制程序的过程，是软件研究和发展的基础环节。程序设计研究的内容，包括有关的基本概念、规范、工具、方法以及方法学等。这个领域发展的特点是：从顺序程序设计过渡到并发程序设计和分币程序设计；从非结构程序设计方法过渡到结构程序设计方法；从低级语言工具过渡到高级语言工具；从具体方法过渡到方法学。基础软件指计算机系统中起基础作用的软件。计算机的软件子系统可以分为两层：靠近硬件子系统的一层称为系统软件，使用频繁，但与具体应用领域无关；另一层则与具体应用领域直接有关，称为应用软件；此外还有支援其他软件的研究与维护的软件，专门称为支援软件。软件工程是采用工程方法研究和维护软件的过程，以及有关的技术。软件研究和维护的全过程，包括概念形成、要求定义、设计、实现、调试、交付使用，以及有关校正性、适应性、完善性等三层意义的维护。软件工程的研究内容涉及上述全过程有关的对象、结构、方法、工具和管理等方面。软件目动研究系统的任务是：在软件工程中采用形式方法：使软件研究与维护过程中的各种工作尽可能多地由计算机自动完成；创造一种适应软件发展的软件、固件与硬件高度综合的高效能计算机。六、计算机网络发展史网络并不新鲜。在计算机时代早期，众所周知的巨型机时代，计算机世界被称为分时系统的大系统所统治。分时系统允许你通过只含显示器和键盘的哑终端来使用主机。哑终端很像PC，但没有它自己的CPU、内存和硬盘。靠哑终端，成百上千的用户可以同时访问主机。这是如何工作的？是由于分时系统的威力，它将主机时间分成片，给用户分配时间片。片很短，会使用户产生错觉，以为主机完全为他所用。在七十年代，大的分时系统被更小的微机系统所取代。微机系统在小规模上采用了分时系统。所以说，并不是直到七十年代PC发明后，才想出了今天的网络。远程终端计算机系统是在分时计算机系统基础上，通过Modem（调制解调器）和PSTN（公用电话网）向地理上分布的许多远程终端用户提供共享资源服务的。这虽然还不能算是真正的计算机网络系统，但它是计算机与通信系统结合的最初尝试。远程终端用户似乎已经感觉到使用“计算机网络”的味道了。在远程终端计算机系统基础上，人们开始研究把计算机与计算机通过PSTN等已有的通信系统互联起来。为了使计算机之间的通信联接可靠，建立了分层通信体系和相应的网络通信协议，于是诞生了以资源共享为主要目的的计算机网络。由于网络中计算机之间具有数据交换的能力，提供了在更大范围内计算机之间协同工作、实现分布处理甚至并行处理的能力，联网用户之间直接通过计算机网络进行信息交换的通信能力也大大增强。1969年12月， Internet的前身-美国的ARPA网投入运行，它标志着我们常称的计算机网络的兴起。这个计算机互联的网络系统是一种分组交换网。分组交换技术使计算机网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性的变化，它为后来的计算机网络打下了基础。八十年代初，随着PC个人微机应用的推广，PC联网的需求也随之增大，各种基于PC互联的微机局域网纷纷出台。这个时期微机局域网系统的典型结构是在共享介质通信网平台上的共享文件服务器结构，即为所有联网PC设置一台专用的可共享的网络文件服务器。PC是一台“麻雀虽小，五脏俱全”的小计算机，每个PC机用户的主要任务仍在自己的PC机上运行，仅在需要访问共享磁盘文件时才通过网络访问文件服务器，体现了计算机网络中各计算机之间的协同工作。由于使用了较PSTN速率高得多的同轴