CH1计算机与计算思维概述

1、第1章 计算机与计算思维概述 1.1 计算机系统组成计算机系统组成 硬件系统 软件系统硬件系统 实际的物理装置，包括主机及其外部设备。冯诺伊曼计算机 5大组成部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 工作原理：存储程序和程序控制。 计算机硬件组成 输入设备输入设备 输出设备输出设备 存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 一、 CPU 运算器和控制器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。 它是计算机的核心部件。 CPU的具体任务是执行指令，它按照指令的要求完成对数据的基本运算和处理。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器和高速缓冲存储器（cache

2、）等组成。 指令与指令系统 指令：是指挥计算机工作的指示和命令，是构成程序的基本单位。 一条指令通常由操作码和操作数两个部分构成。 每一种CPU都有它自己独特的一组指令，CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。 不同公司生产的CPU，其指令系统不一定互相兼容。 目前常见的指令系统主要有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)两大类。 多个CPU与多核CPU 为提高处理速度，一台计算机中可以拥有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU，这样的计算机称为并行计算机。 而在个人计算机、平板电脑和智能手机中，通常是将2个、4个甚至更多个CPU集成在同一块芯片中，这样的CPU称为多核CPU。C

3、PU 目前台式计算机或笔记本电脑的CPU大多采用Intel公司的64位CPU芯片，包括 入门级的赛扬(Celeron)系列 消费级的奔腾（Pentium）系列 面向商业应用及中高端消费的酷睿(Core)系列 也有部分台式计算机或笔记本电脑采用AMD公司的CPU，其性能与Intel的相差无几，但经济实惠。 平板电脑和智能手机的CPU大多采用ARM处理器内核。安腾(Itanium)处理器： 64位开拓者瞄准高端企业市场，运行的系统一般是UNIX系统 高性价比，性能卓越，更低功耗 Itanium 2被大量用在需要计算的超级电脑上，以及大型公司的数据库系统 Intel Atom是Intel历史上体积最

4、小和功耗最小的处理器。 下一代ATOM芯片：进军移动通讯领域 国产龙芯GodSon 小名狗剩,是国有自主知识产权的通用处理器，目前已经有3代产品，已经能达到现在市场上INTEL和AMD的低端CPU的水平 现在龙芯的英文名是loongson 龙芯3B:首款国产商用8核处理器 CPU的性能指标 主频:主频是指CPU的时钟频率，也是CPU的工作频率。一般来说，主频越高，CPU的处理速度也就越快。目前个人计算机的CPU主频大致在1GHz4GHz之间。 cache的容量:CPU的处理速度远大于内存的访问速度，采用cache可减少CPU直接访问内存的次数。cache容量越大，程序执行的速度越快。 字长:字

5、长是CPU中定点运算器和整数寄存器的宽度，它决定了CPU一次能处理的二进制整数的位数。近些年使用的Core 2和Core i3/i5/i7则是64位处理器。 内核个数:CPU中包含多个CPU内核，每个内核逻辑上都是一个独立的CPU。通常情况下，内核越多，CPU的整体性能越高。二、存储器 存储器(memory)是用来存储程序和数据的部件。对存储器既可以进行“读”（取数）、“写”（存数）操作。 衡量存储器的性能指标有：存储容量存储速度价格 存储器技术在不断发展，存储器容量越来越大、存取速度越来越快、价格越来越低、体积越来越小、耗电越来越省，就连使用寿命也越来越长。三、输入设备 输入(Input)设

6、备能把程序、数字、图形、图像、声音、控制现场的模拟量等数据，通过输入接口转换成计算机可以接收的电信号。 常用的输入设备有键盘、鼠标器、操纵杆、卡片输入机、纸带输入机、光笔、语音识别装置、数字化仪、扫描仪、条形码阅读器、磁墨水字符阅读机、光学字符阅读机(Optical Character Reader,OCR)、调制解调器(modem)及各种模/数(A/D)转换器等。1. 键盘 键盘是最常用的输入设备。键盘上布列了字母、数字、符号等键，使用者通过击键把字母、数字、符号或控制信号等输入到计算机中。 目前计算机配置的键盘通常是101/102键或104/105键的标准键盘。 键盘的布局一般采用“QWE

7、RTY”键位排列。除了“QWERTY”键位排列外，还有“DVORAK”和“MALT”键位排列。2. 鼠标器 第一只鼠标是由美国科学家道格拉斯恩格尔巴特于1968年在加利福尼亚发明的。 按工作原理的可分为机械式鼠标、光机式鼠标、光电式鼠标3种。 目前常见的是光电式鼠标。光电式鼠标不再像机械式鼠标那样需要滚动球，而是在外壳底部装有一个光电检测器。 当前主流的无线鼠标一般采用27M、2.4G和蓝牙技术实现与主机的通信。2.4G无线鼠标，其接受信号的距离通常在715米之间。 蓝牙鼠标，不再需要适配器，直接连接就可使用。 无线鼠标需要使用电池来供电，自身重量也随之增加。 按键数可分为两键鼠标、三键鼠标、

8、五键鼠标和新型的多键鼠标。3. 笔输入设备 手写笔主要采用电磁感应式工作原理。工作时，电磁感应笔会放出电磁波，由基板感应到后，计算出笔的位置，输入给主机，主机于是移动光标或完成其他相应的操作。由于电磁波能隔空传导，所以笔即使不接触到基板，基板也能感应得到信号。 有的电磁感应笔，其基板能感应出用户写字过程中在笔尖上用力的变化，并将压力的大小（例如分为512级）传送给主机，主机就能在荧屏上显示出笔迹的粗细，这样就更接近于真正的笔在书写时的感觉，这就是所谓的“压力感应笔”，它在签名识别、绘画中很有用。 还有一种手写笔采用电容式触控板技术，电容式触控板使用手指和笔都能操作，它使用方便，没有磨损，性能稳

9、定，寿命较长，受到用户的欢迎。4. 扫描仪 按扫描仪的结构可分为手持式、平板式、胶片专用和滚筒式等几种。 扫描仪的主要性能指标包括： (1)分辨率：扫描图像的清晰程度，用每英寸生成的像素数目dpi来表示，如300*600dpi、600*1200dpi、1200*2400dpi等。 (2)色彩位数（色彩深度）：对图像色彩的辨析能力，色彩位数越多，扫描仪所能反映的色彩就越丰富，扫描的图像效果也越真实。色彩位数可以是24位、30位、36位、42位、48位等。 (3)扫描幅面：被扫描图件容许的最大尺寸，例如A4、A4加长、A3、A1、A0等。5. 数码相机 数码相机将影像聚焦在成像芯片（CCD或CMO

10、S）上，并由成像芯片转换成电信号。其中成像芯片是数码相机的核心。目前市面上大部分相机使用的成像芯片是CCD。 CCD由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的，以百万像素（megapixel）为单位。光线透过镜头照射到CCD上，被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。按动快门时，CCD各个元件采集到的电信号经过A/D转换后变成数字信号，经过必要的图像处理和数据压缩之后，存储在相机内部的存储器中。 数码相机的像素就是指CCD的分辨率，也即这台相机的CCD上有多少感光组件。CCD像素越多，影像分辨率就越高，图像的质量也越好。 摄像头又称为电脑相机、电子眼等，是一种视

11、频输入设备，已广泛应用于视频会议、远程医疗及实时监控等方面。普通用户通常使用摄像头进行视频聊天。6.触摸屏 触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕的前面，用于检测用户的触摸位置，然后送触摸屏控制器。触摸屏控制器接收到从触摸点检测装置传来的触摸信息，并将其转换成触点坐标后送给CPU处理，同时它也能接收CPU发来的命令并加以执行。 触摸屏按其工作原理分为电阻式、电容式、红外线式以及表面声波式等4种。每一类触摸屏都有其各自的优点和缺点。 多点触摸屏支持两只手、多个手指甚至多个人同时操作屏幕的内容。多点触摸屏不但能够同时采集多点信号，还能判断手势。 触摸屏的应用范围很广，

12、生活中常见的有公共场所大厅信息查询、商场导购、银行的业务查询、KTV点歌、电子游戏等，手机触摸屏也是一个很普及的应用。四、输出设备 输出(Output)设备能把计算机运行结果或过程，通过输出接口转换成人们所要求的直观形式或控制现场能接受的形式。 常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪以及3D打印机等。1. 显示器 显示器(display)，通常也称为监视器，是最常用的输出设备，它能在程序的控制下，动态地以字符或图形形式显示程序的内容和运行结果。 显示器必须配合正确的显示适配器才能构成完整的显示系统。 显示适配器，即显卡，主要由图形处理单元(GPU)、显存(Video RAM)和BIOS构成。显

13、示器 目前常见的显示器件类型有阴极射线管(CRT)显示器件、液晶显示器件(LCD)、发光二极管(LED)显示器件、等离子体显示器件等。 CRT显示器的工作原理是作为阴极的电子枪在输入信号的控制下发出强度不同的电子束，电子束在加速电场和偏转磁场的作用下射向屏幕上的各点，使荧光材料发出不同亮度或不同色彩的光而达到显示的目的。 LCD显示器的工作原理是由背光层发出的光线在穿过偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经

14、过过滤层的过滤在屏幕上显示出来。液晶显示器 LCD显示器既可以透射显示，也可以反射显示。透射型LCD由屏幕背后的光源照亮，目前主要的背光源有荧光灯管和发光二极管两种。计算机显示器、电视机、平板电脑和手机都采用透射型LCD。反射型LCD无需光源，由其后面的反射面反射外部环境的光线照亮屏幕。电子钟表和计算器一般采用反射型LCD。液晶显示器 LCD显示器的主要性能参数： (1)显示屏的尺寸： 显示屏的尺寸由显示屏对角线的长度来衡量，单位为英寸。普屏LCD的宽高比一般为4:3，宽屏LCD的宽高比为16:9或16:10。 (2)分辨率：描述一整屏可显示像素的多少，通常用水平分辨率垂直分辨率表示，如102

15、4768等。点距为显示屏上两个相邻像素之间的间距。点距越小，显示的图像越清晰。 (3)对比值：对比值是定义最大亮度值（全白）除以最小亮度值（全黑）的比值。CRT的对比值通常高达500:1，但对LCD来说人眼可以接受的对比值约为 250:1。 (4)响应时间：响应时间是指LCD像素点对输入信号反应的速度。此值越小越好，一般在510ms之间。3D显示器 3D显示器能让用户感受到震撼的立体效果。 3D显示主要分需佩戴立体眼镜和不需佩戴立体眼镜的两大技术体系。 传统的3D电影在屏幕上有两组图像（来源于在拍摄时互成角度的两台摄影机），观众佩戴的偏光眼镜让每只眼只接受一组图像，从而形成视差产生立体感。 自

16、动立体显示技术，也即所谓的“真3D技术”，利用所谓的“视差栅栏”，使两只眼睛分别接受不同的图像，来形成立体效果，用户不用佩戴眼镜就可以观看立体影像。2. 打印机 打印机按工作机构可粗分为击打式和非击打式两类。 击打式打印机又有点阵打印机、菊花轮打印机、链式打印机等多种。 非击打式印字机也有喷墨打印机、热敏打印机、静电打印机、激光打印机等多种。3. 绘图仪 绘图仪分为平板式和滚筒式两大类。 平板式绘图仪是将纸张固定在平板上，依靠绘图笔在计算机输出的信号控制下沿x轴和y轴方向移动，从而在纸张上绘出图形。滚筒式绘图仪则是在计算机的指挥下，使贴在滚筒上的绘图纸沿垂直方向运动，绘图笔则沿水平方向移动，从

17、而在纸与笔的配合下绘制完成一幅图形。4.3D打印机 3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 在进行3D打印之前，必须先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。 如今可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷、橡胶甚至秸秆等，应有尽有。 3D打印机在模具制造、工业设计、建筑设计、珠宝设计、骨科和牙科等领域有着广泛的应用前景。五、I/O接口 计算机中用于连接I/O设备的各种插头/插座以及相应的通信规程和电气特性，统称为I/O接

18、口。 PC机可以连接许多不同种类的I/O设备，所使用的I/O接口分成多种类型。 从数据传输方式来看，有串行和并行之分； 从数据传输速率来看，有低速和高速之分； 从是否能连接多个设备来看，有总线式和独占式之分； 从是否符合标准来看，有标准接口与专用接口之分。1.USB接口 USB是是一种高速的可以连接多个设备的串行接口，由Compaq、IBM、Intel、Microsoft、NEC等公司共同开发而成。 早期的USB 1.1用于连接中低速设备（例如键盘和鼠标器），支持两种数据传输速率1.5Mb/s和12Mb/s，目前已很少使用。与USB 1.1保持兼容的USB 2.0的数据传输速率可达到480Mb

19、/s(60MB/s)，用来连接硬盘等高速设备。而USB 3.0的数据传输速率则可高达3.2Gb/s(400MB/s)。USB接口的标识如图1.14所示。1.USB接口 USB接口使用4线连接器，它的插头比较小，不用螺钉连接，可方便地进行热插拔。 一个USB接口最多能连接127个设备，这时必须使用“USB集线器”来扩展原来机器的USB接口。 带有USB接口的I/O设备可以有自己的电源，也可通过USB接口由主机提供电源(+5V，100-500mA)。各种USB接口 USB接口几乎可以连接所有外围设备。 在手机、数码相机和移动硬盘中还经常见到各种Mini类型的USB接口。2.IEEE-1394接口

20、IEEE-1394接口，又称火线(FireWire)接口，是由苹果公司领导的开发联盟开发的一种高速传送接口，主要用于连接需要高速传输大量数据的音频和视频设备。其数据传输速度特别快，可高达400MB/s。 IEEE-1394接口有6针和4针两种类型。 1394接口采用级联方式连接外部设备，在一个接口上最多可以连接63个设备，设备间以菊花链方式进行转接。 许多便携式PC机都已提供了IEEE-1394接口。3.PS/2接口 PS/2是在较早电脑上常见的接口之一，用于连接鼠标、键盘等设备。一般情况下，PS/2接口的鼠标为绿色，键盘为紫色。 PS/2接口设备不支持热插拔，强行带电插拔有可能烧毁主板。 P

21、S/2接口可以使用USB-PS/2转接器转换成USB接口。4.显示器接口 显示器接口决定了图像传输的质量，常见的显示器接口有VGA、DVI和HDMI接口等。 (1)VGA接口 (2)DVI接口 (3)HDMI接口1.1.2 软件系统软件系统 1983年，IEEE明确地将软件定为“软件是计算机程序、方法、规则、相关的文档以及在计算机上运行它时所必需的数据。”这一定义深刻阐述了软件的实质，也充分表明了软件与程序的区别。 软件是用户与硬件之间的接口界面，用户主要是通过软件来操作和使用计算机。一、软件的分类 按照不同的原则和标准，可以将软件划分为不同的种类。 若从应用的角度出发，软件通常分为系统软件、

22、支撑软件和应用软件三大类。 若从软件权益的处置方式出发，软件又有商品软件、共享软件、自由软件和免费软件之分。1. 系统软件、支撑软件和应用软件 系统软件是计算机设计制造者提供的使用和管理计算机的系统软件是计算机设计制造者提供的使用和管理计算机的软件，包括操作系统、语言处理系统等，其特征是与具体软件，包括操作系统、语言处理系统等，其特征是与具体的应用领域无关。的应用领域无关。 支撑软件是用于支持软件开发与维护的软件，如数据库管支撑软件是用于支持软件开发与维护的软件，如数据库管理系统等。理系统等。 应用软件是利用计算机提供的各种系统软件和支撑软件而应用软件是利用计算机提供的各种系统软件和支撑软件而

23、开发的解决各种实际问题的软件。开发的解决各种实际问题的软件。 应用软件可再分为通用应用软件和定制应用软件两类。应用软件可再分为通用应用软件和定制应用软件两类。通用应用软件可以在不同行业和部门中共同使用，如文字通用应用软件可以在不同行业和部门中共同使用，如文字处理软件等。处理软件等。定制应用软件是按照不同领域用户的特定需求而专门开发定制应用软件是按照不同领域用户的特定需求而专门开发的软件，如某大学的学生选课系统等。的软件，如某大学的学生选课系统等。 软件分成系统软件和应用软件两大类，将支撑软件归入系软件分成系统软件和应用软件两大类，将支撑软件归入系统软件的范畴。统软件的范畴。 商品软件只有付费以

24、后才能得到其使用权，商品软件受版商品软件只有付费以后才能得到其使用权，商品软件受版权法的保护。部分软件提供软件许可证。权法的保护。部分软件提供软件许可证。 共享软件是一种购买前免费试用的具有版权的软件，它通共享软件是一种购买前免费试用的具有版权的软件，它通常允许用户试用一段时间，也允许用户进行拷贝和散发，常允许用户试用一段时间，也允许用户进行拷贝和散发，但不允许修改后散发。但不允许修改后散发。 自由软件允许用户随意拷贝、修改其源代码，允许销售和自由软件允许用户随意拷贝、修改其源代码，允许销售和自由传播。但是，对软件源代码的任何修改都必须向所有自由传播。但是，对软件源代码的任何修改都必须向所有用

25、户公开，还必须允许此后的用户享有进一步拷贝和修改用户公开，还必须允许此后的用户享有进一步拷贝和修改的自由。的自由。Linux操作系统、操作系统、TCP/IP协议软件等都是自由软协议软件等都是自由软件催生的。件催生的。 免费软件是一种无需付费就可以使用的软件，但用户没有免费软件是一种无需付费就可以使用的软件，但用户没有修改权，其源代码也不一定公开。修改权，其源代码也不一定公开。Adobe Reader、Flash Player、360杀毒软件等都是免费软件。杀毒软件等都是免费软件。 大多数自由软件都是免费软件，免费软件不全都是自由软大多数自由软件都是免费软件，免费软件不全都是自由软件。件。二、操

26、作系统 操作系统(OS)是计算机中最重要的一种系统软件，是由许多程序模块组成的一个大型、复杂的软件产品。它能合理、有效地组织和管理计算机的软硬件资源，统筹安排计算机的工作流程，支持和控制应用程序的运行，并能向用户提供方便、灵活的操作界面，提高整个计算机系统的使用效率。1.操作系统的分类 (1)单用户操作系统 (2)批处理操作系统 (3)实时操作系统 (4)分时操作系统 (5)网络操作系统 (6)分布式操作系统 (7)嵌入式操作系统2.常见的操作系统(1)Windows操作系统操作系统 Windows是是Microsoft公司推出的一种运行在公司推出的一种运行在PC机上的图机上的图形界面的操作系

27、统。形界面的操作系统。 Windows 9x系列包括系列包括Windows 95、Windows 98和和Windows Me等，它们都建立在等，它们都建立在MS-DOS的基础之上，属的基础之上，属于于16位位/32位的混合操作系统。位的混合操作系统。 Windows NT是是1989年开发的一个完全脱离年开发的一个完全脱离MS-DOS的操的操作系统，后来进一步发展为作系统，后来进一步发展为Windows 2000系列产品，包系列产品，包括工作站版本和服务器版本。括工作站版本和服务器版本。2.常见的操作系统(1)Windows操作系统操作系统 Windows XP是于是于2001推出的一个非常

28、成功的操作系统，推出的一个非常成功的操作系统，既适用于家庭用户，也适用于商业用户。既适用于家庭用户，也适用于商业用户。2014年年4月月8日，日，微软彻底取消了对微软彻底取消了对Windows XP的所有技术支持，标志着的所有技术支持，标志着Windows XP已正式光荣退役。已正式光荣退役。 Windows 7于于2009年推出，取代了年推出，取代了Windows Vista操作操作系统。系统。Windows 7既有既有32位版也有位版也有64位版，顺应了位版，顺应了PC机机从从32位系统向位系统向64位系统的过渡。位系统的过渡。 Windows 8于于2012年推出，具有独特的年推出，具有

29、独特的Metro风格用户界风格用户界面和触控式交互系统。面和触控式交互系统。 Windows Phone是微软发布的一款手机操作系统，它支是微软发布的一款手机操作系统，它支持持ARM硬件平台，采用硬件平台，采用Metro风格的用户界面。风格的用户界面。 Windows Azure是微软基于云计算的操作系统。是微软基于云计算的操作系统。(2)UNIX和Linux UNIX操作系统是美国操作系统是美国AT&T公司的贝尔实验室开公司的贝尔实验室开发的一个发的一个多用户、多任务的分时操作系统多用户、多任务的分时操作系统，具有，具有结构简练、功能强大、可移植性好、可伸缩性和结构简练、功能强大、可

30、移植性好、可伸缩性和互操作性强、网络通信功能丰富、安全可靠等特互操作性强、网络通信功能丰富、安全可靠等特点。其源代码的点。其源代码的90%以上以及绝大部分系统程序以上以及绝大部分系统程序都是用都是用C语言编写的，因而具有很好的可移植性。语言编写的，因而具有很好的可移植性。 Linux是一种是一种“类类UNIX”的操作系统，诞生于的操作系统，诞生于1991年，原创者是芬兰学者林纳斯年，原创者是芬兰学者林纳斯托瓦兹托瓦兹(Linus Torvalds)，当时他只有，当时他只有21岁。岁。Linux内核是一个内核是一个自由软件，它的源代码是公开的。自由软件，它的源代码是公开的。(2)UNIX和Lin

31、ux 基于基于Linux内核的操作系统很多，国外知名的系内核的操作系统很多，国外知名的系统有统有redhat 、debian、ubuntu、suse等，国内等，国内知名的有银河麒麟知名的有银河麒麟(KylinOS)、深度、深度Linux(Deepin)、中标麒麟、中标麒麟(NeoKylin)、和红旗、和红旗Linux(RedflagLinux)等。等。 COS（中国操作系统）是（中国操作系统）是2014年年1月发布的、由月发布的、由中国科学研究院软件研究所与上海联彤网络通信中国科学研究院软件研究所与上海联彤网络通信技术有限公司联合自主研发的操作系统。技术有限公司联合自主研发的操作系统。COS是

32、是基于基于Linux的、兼有的、兼有Android和和iOS两者之长并拥两者之长并拥有有独立知识产权独立知识产权的操作系统。其支持的设备包括的操作系统。其支持的设备包括手机、个人电脑、家电和机顶盒等。手机、个人电脑、家电和机顶盒等。(3)MAC OS Mac OS操作系统是一个运行于苹果操作系统是一个运行于苹果Macintosh系列电脑上的操作系统，也是首个在商用领域成系列电脑上的操作系统，也是首个在商用领域成功的图形用户界面操作系统。功的图形用户界面操作系统。MAC OS是基于是基于Unix内核内核的的图形化图形化操作系统，一般情况下在普通操作系统，一般情况下在普通PC上无法安装。上无法安装

33、。 由于计算机病毒绝大部分都是针对由于计算机病毒绝大部分都是针对Windows的，的，而而MAC OS的架构与的架构与Windows又不同，因此很少又不同，因此很少受到病毒的袭击。受到病毒的袭击。(4)Android操作系统 Android（安卓）操作系统是一个基于（安卓）操作系统是一个基于Linux的自的自由及开放源代码的操作系统，主要应用于由及开放源代码的操作系统，主要应用于智能手智能手机机和和平板电脑平板电脑等移动设备，由等移动设备，由Google公司和开放公司和开放手机联盟领导及开发。第一部手机联盟领导及开发。第一部Android智能手机发智能手机发布于布于2008年年10月。月。An

34、droid的应用逐渐扩展了电的应用逐渐扩展了电视、数码相机、游戏机甚至视、数码相机、游戏机甚至PC机等领域。机等领域。 安卓手机系统的一大优势在于其安卓手机系统的一大优势在于其开放性开放性和和免费的免费的服务服务，开发者在为其开发程序时拥有更大的自由，开发者在为其开发程序时拥有更大的自由度。但这也使得安卓度。但这也使得安卓 App鱼龙混杂，让恶意应用鱼龙混杂，让恶意应用有了可乘之机，许多应用有了可乘之机，许多应用涉嫌私自获取用户信息涉嫌私自获取用户信息。(5)Apple iOS操作系统 Apple iOS是由苹果公司开发的移动操作系统。最初是为iPhone设计的，后来扩展到了iPod touc

35、h、iPad以及Apple TV等产品上。 iOS所拥有的应用程序是所有移动操作系统里面最多的。iOS 平台拥有数量庞大的移动 app，几乎每类 app 都有数千款，而且每款 app 都非常出色。 Apple iOS苹果过于封闭，只支持苹果产品，目前还不支持JAVA、Flash等软件。1.2计算机的应用计算机的应用 科学计算 数据处理 实时控制 辅助设计和制造 人工智能1.2.1 计算机在商业中的应用计算机在商业中的应用 一、电子数据交换 电子数据交换(EDI)是由国际标准化组织推出的、一种通过电子信息化的手段在贸易伙伴之间传播标准化商务贸易元素的方法和标准。EDI技术在工商业界获得了广泛的应

36、用，并已成为电子商务的核心技术之一。 二、电子商务 电子商务是组织或个人用户在以通信网络为基础的计算机系统支持下的网上商务活动，是传统商业活动各环节的电子化、网络化。2013年阿里集团双十一成交总额突破350亿 1.2.2 计算机在制造业中的应用计算机在制造业中的应用一、计算机辅助设计 计算机辅助设计(CAD)是指运用计算机软件制作并模拟实物设计，展现新开发商品的外型、结构、色彩、质感等特色的过程。二、计算机辅助制造二、计算机辅助制造 计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM)是利用计算机系统进行生是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。产设备的管理、控制和操作的过程。三、计算机集成

37、制造系统三、计算机集成制造系统 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)是通过计算机软是通过计算机软/硬件，硬件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全过程自动化技术、系统工程技术，将企业生产全过程中相关的中相关的人、技术、经营管理人、技术、经营管理三要素及其信息与三要素及其信息与物流有机集成并物流有机集成并优化运行优化运行的复杂的大系统。的复杂的大系统。 CIMS是企业管理运作的一种手段，是一种战略思是企业管理运作的一种手段，是一种战略思想的应用。想的应用。 1.2.3 计算机在交通运输业中的应用计算

38、机在交通运输业中的应用一、卫星导航系统一、卫星导航系统 卫星导航系统是利用覆盖全球的卫星进行卫星导航系统是利用覆盖全球的卫星进行空间定位空间定位的导航的导航系统，通常由部署在空间的卫星、建立在地面的控制系统系统，通常由部署在空间的卫星、建立在地面的控制系统（包括天线、监测站和主控站等）以及用户的接收终端（包括天线、监测站和主控站等）以及用户的接收终端3个部分构成。个部分构成。 经由联合国卫星导航委员会认经由联合国卫星导航委员会认定的全球卫星导航系统有美国的定的全球卫星导航系统有美国的全球定位系统全球定位系统(GPS)、俄罗斯的全、俄罗斯的全球卫星导航系统球卫星导航系统(GLONASS)、中、中

39、国的国的北斗卫星北斗卫星导航系统（导航系统（BDS）和欧盟的伽利略定位系统和欧盟的伽利略定位系统(GALILEO)。此外日本和印度也。此外日本和印度也都在发展区域导航系统。都在发展区域导航系统。二、地理信息系统二、地理信息系统 地理信息系统地理信息系统(Geographic Information System,GIS)是是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。地理信息系统技术可用于科学调查、资源管理、财产统。地理信息系统技术可用于科学调查、资源管理、财产管理、发展规划、绘图和路线规划等。管理、发展规划、绘图和路线规划等。三、订

40、售票系统三、订售票系统 售票系统是一个由大型售票系统是一个由大型数据库数据库和遍布全国乃至全世界的成和遍布全国乃至全世界的成千上万台千上万台计算机终端计算机终端组成的大规模计算机综合系统。组成的大规模计算机综合系统。四、道路监控系统四、道路监控系统 道路监控系统是公安指挥系统的重要组成部分，提供对现道路监控系统是公安指挥系统的重要组成部分，提供对现场情况最直观的反映，是实施准确调度的基本保障。重点场情况最直观的反映，是实施准确调度的基本保障。重点场所和监测点的前端设备将视频图像以各种方式（光纤、场所和监测点的前端设备将视频图像以各种方式（光纤、专线等）传送至交通指挥中心，进行信息的存储、处理和

41、专线等）传送至交通指挥中心，进行信息的存储、处理和发布，使交通指挥管理人员对交通违章、交通堵塞、交通发布，使交通指挥管理人员对交通违章、交通堵塞、交通事故及其它突发事件做出及时、准确的判断和响应。事故及其它突发事件做出及时、准确的判断和响应。1.2.4计算机在农业上的应用计算机在农业上的应用一、农情监测一、农情监测 农情监测的主要任务是监测耕地的变化、粮棉作物的种植农情监测的主要任务是监测耕地的变化、粮棉作物的种植面积、作物的长势和估产、自然灾害监测等。面积、作物的长势和估产、自然灾害监测等。二、专家系统二、专家系统 专家系统是以知识为基础，在特定问题领域内能像人类专专家系统是以知识为基础，在

42、特定问题领域内能像人类专家那样解决复杂现实问题的计算机系统。家那样解决复杂现实问题的计算机系统。三、农业生产实时控制系统三、农业生产实时控制系统农业生产实时控制系统主要用于农业生产实时控制系统主要用于耕耘灌溉作业、果实收获、畜牧耕耘灌溉作业、果实收获、畜牧生产过程自动控制、农产品加工生产过程自动控制、农产品加工自动化和农业生产工厂化等方面。自动化和农业生产工厂化等方面。四、农产品质量检测四、农产品质量检测 农产品品质检测是农产品进入市场前的一项重要农产品品质检测是农产品进入市场前的一项重要工作。工作。五、农业数据库的建立和使用五、农业数据库的建立和使用 目前，全世界已建立了目前，全世界已建立了

43、4个大型的农业信息数据个大型的农业信息数据库，即联合国粮农组织的农业数据库库，即联合国粮农组织的农业数据库(AGRIS)、国际食物信息数据库国际食物信息数据库(IFIS)、美国农业部农业联机、美国农业部农业联机存取数据库存取数据库(AGRICOLA)和国际农业与生物科学和国际农业与生物科学中心数据库中心数据库(CABI)等。等。1.2.5计算机在医学中的应用计算机在医学中的应用一、医学专家系统一、医学专家系统 医学专家系统是将著名医学专家或医生的知识和经验存储到医学专家系统是将著名医学专家或医生的知识和经验存储到知识库中，并建立与这些知识相关的规则库及获取知识的推知识库中，并建立与这些知识相关

44、的规则库及获取知识的推理模型，运用计算机模拟医学专家诊断、治疗的系统。理模型，运用计算机模拟医学专家诊断、治疗的系统。二、远程医疗系统二、远程医疗系统 远程医疗系统是计算机技术、网络技术、多媒体技术与医学远程医疗系统是计算机技术、网络技术、多媒体技术与医学相结合的产物，它能够实现涉及医学领域的数据、文本、图相结合的产物，它能够实现涉及医学领域的数据、文本、图像和声音等信息的存储、传输、处理、查询、显示及交互，像和声音等信息的存储、传输、处理、查询、显示及交互，从而在对患者进行远程检查、诊断、治疗以及医学教学中发从而在对患者进行远程检查、诊断、治疗以及医学教学中发挥重要的作用。挥重要的作用。三、

45、数字化医疗仪器三、数字化医疗仪器 数字化医疗检测仪器和治疗仪器是将计算机嵌入到医疗仪器数字化医疗检测仪器和治疗仪器是将计算机嵌入到医疗仪器中，利用计算机的强大的处理功能以数字化的形式进行处理中，利用计算机的强大的处理功能以数字化的形式进行处理和显示，或者使用计算机来控制治疗设备的动作。常见的有和显示，或者使用计算机来控制治疗设备的动作。常见的有超声波仪、心电图仪、脑电图仪、核磁共振仪、超声波仪、心电图仪、脑电图仪、核磁共振仪、X光机等。光机等。四、病院监护与健康护理四、病院监护与健康护理 病员监护系统可以对危重病人的血压、心脏、呼吸等进行全病员监护系统可以对危重病人的血压、心脏、呼吸等进行全方

46、位的监护，以防止意外的发生。方位的监护，以防止意外的发生。 监控护理系统可以让患者或者医务人员利用计算机来查询病监控护理系统可以让患者或者医务人员利用计算机来查询病人在康复期应该注意的有关事项，解答各种疑问，使得病人人在康复期应该注意的有关事项，解答各种疑问，使得病人尽快地恢复健康。尽快地恢复健康。五、医药研究五、医药研究 研制一种新药从化合物筛选到临床试验，一般需要研制一种新药从化合物筛选到临床试验，一般需要1015年年的时间。如果在药物研制的过程中使用高性能计算机进行模的时间。如果在药物研制的过程中使用高性能计算机进行模拟，可在较短的时间内从几十万甚至几百万种化合物中筛选拟，可在较短的时间

47、内从几十万甚至几百万种化合物中筛选出有效的药物成分。这不仅节省了大量资金，而且大大缩短出有效的药物成分。这不仅节省了大量资金，而且大大缩短了药物研发的周期。了药物研发的周期。1.3 计算模式计算模式 计算模式应包括组成计算机系统的各种计算模式应包括组成计算机系统的各种硬硬件、网络、系统软件、应用软件件、网络、系统软件、应用软件等要素的等要素的逻辑和物理配置逻辑和物理配置以及处于同一个网络中多以及处于同一个网络中多台计算机共同台计算机共同工作的方式工作的方式。 基于计算机技术和应用方式可以将计算模基于计算机技术和应用方式可以将计算模式划分为式划分为传统主机计算模式传统主机计算模式、个人普及计个人

48、普及计算模式算模式和和网络分布计算模式网络分布计算模式等等3种。种。l6144个通用处理器l5120个加速处理器l共享磁盘总容量为1PB 高性能计算高性能计算(HPC)是指使用很多是指使用很多处理器处理器（作为单（作为单个机器的一部分）或者某一集群中组织的个机器的一部分）或者某一集群中组织的几台计几台计算机算机（作为单个计算资源操作）的计算系统和环（作为单个计算资源操作）的计算系统和环境。境。 高性能计算机又称为超级计算机。超级计算机在高性能计算机又称为超级计算机。超级计算机在高性能计算中承担着重要的角色。高性能计算中承担着重要的角色。 目前世界上能够研制超级计算机的国家主要有中目前世界上能够

49、研制超级计算机的国家主要有中国、美国、日本、欧洲和印度等国家。国、美国、日本、欧洲和印度等国家。 中国的超级计算机主要有中国的超级计算机主要有 “银河银河”和和“天河天河”系系列、列、 “曙光曙光”系列、系列、 “神威神威”系列和系列和 “升腾升腾”系列等。系列等。 “天河二号天河二号”在在2014年年6月公布的全球超级计算月公布的全球超级计算机机500强榜单中，以每秒强榜单中，以每秒3.39亿亿次的计算速度亿亿次的计算速度位居榜首，成为全球最快的超级计算机。位居榜首，成为全球最快的超级计算机。1.3.1 高性能计算高性能计算 目前我国经科技部批准建立的国家级超级计算中心目前我国经科技部批准建

50、立的国家级超级计算中心有国家超级计算天津中心、国家超级计算深圳中心、有国家超级计算天津中心、国家超级计算深圳中心、国家超级计算长沙中心、国家超级计算济南中心和国家超级计算长沙中心、国家超级计算济南中心和国家超级计算广州中心等国家超级计算广州中心等5 5家。这些超级计算中心家。这些超级计算中心为石油勘探、生物医药、新材料、动漫与影视特效为石油勘探、生物医药、新材料、动漫与影视特效渲染、天气预报等领域提供高性能计算服务。渲染、天气预报等领域提供高性能计算服务。1.3.2 分布式计算分布式计算 分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能

51、力才能解决的问题分成个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。最终的结果。 一些本身非常复杂的但是却很适合于划分为大量一些本身非常复杂的但是却很适合于划分为大量的更小的计算片断的问题被提出来，然后由某个的更小的计算片断的问题被提出来，然后由某个研究机构通过大量艰辛的工作开发出计算用服务研究机构通过大量艰辛的工作开发出计算用服务端和客户端。服务端负责将计算问题分成许多小端和客户端。服务端负责将计算问题分成许多小的计算部

52、分，然后把这些部分分配给许多联网参的计算部分，然后把这些部分分配给许多联网参与计算的计算机进行并行处理，最后将这些计算与计算的计算机进行并行处理，最后将这些计算结果综合起来得到最终的结果。结果综合起来得到最终的结果。 SETIhome项目，是一项利用全球联网的计算机项目，是一项利用全球联网的计算机共同搜寻地外文明的科学实验计划。志愿者可以通共同搜寻地外文明的科学实验计划。志愿者可以通过运行一个免费程序下载并分析从射电望远镜传来过运行一个免费程序下载并分析从射电望远镜传来的数据来加入这个项目。的数据来加入这个项目。 Foldinghome是一个研究蛋白质折叠，误解，聚是一个研究蛋白质折叠，误解，

53、聚合及由此引起的相关疾病的分布式计算工程。它使合及由此引起的相关疾病的分布式计算工程。它使用联网式的计算方式和大量的分布式计算能力来模用联网式的计算方式和大量的分布式计算能力来模拟蛋白质折叠的过程，并指引我们近期对由折叠引拟蛋白质折叠的过程，并指引我们近期对由折叠引起的疾病的一系列研究。起的疾病的一系列研究。 欢迎访问欢迎访问“中国分布式计算总站中国分布式计算总站”1.3.3 网格计算网格计算 网格计算是专门针对复网格计算是专门针对复杂科学计算的新型计算杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组成同地理位置的电脑组成一

54、个一个“虚拟的超级计算虚拟的超级计算机机”，其中每一台参与，其中每一台参与计算的计算机就是一个计算的计算机就是一个“节点节点”，而整个计算，而整个计算是由成千上万个是由成千上万个“节点节点”组成的组成的“一张网格一张网格”。实际上，网格计算是分实际上，网格计算是分布式计算的一种。布式计算的一种。 网格计算可以将分布式的超级计算机集中起来，形成一个“强强联合”的、比单台超级计算机强大得多的超级计算平台，协同解决复杂的大规模的问题。 网格计算还可以将互联网中大量闲置的个人计算机资源有效的组织起来，形成超级的计算能力，进行大规模的数据处理或科学研究。 网格计算作为一个集成的计算与资源环境，能够吸收各

55、种计算资源，将它们转化成为一种随处可得的、可靠的、标准的而且相对经济的计算能力。最大程度地提高了现有网络计算资源的利用率，节省了大量的重复投资，使用户的需求能够得到及时满足。1.3.4 云计算云计算云计算(Cloud Computing)至今为止没有统一的定义，不同的组织从不同的角度给出了不同的定义。Gartner认为，云计算是一种通过Internet将可扩展、高弹性的IT相关能力以服务的形式提供出去的计算模式。美国国家标准与技术实验室对云计算的定义是“云计算是一个提供便捷的通过互联网访问一个可定制的IT资源共享池能力的按使用量付费模式（IT资源包括网络、服务器、存储、应用和服务），这些资源能

56、够快速部署，并只需要很少的管理工作或很少的与服务供应商的交互”。 从使用范围来分，云计算分为公有云、私有云和混合云3种。 从提供服务的形式来分，云计算分为IaaS、PaaS和SaaS等3个层次。 (1)IaaS（基础设施即服务） (2)PaaS（平台即服务） (3)SaaS（软件即服务）目前各大IT企业提供的云计算服务主要是根据自身的特点和优势来实现的。Google是云计算的发起者和重要的推动力量之一，其硬件条件的优势、大型数据中心和搜索引擎的支柱应用，促进了Google云计算的迅速发展。用户熟知的Google地图就是一个典型的应用。IBM公司于2007年推出了“蓝云”云计算平台，为客户带来了

57、即买即用的云计算平台。目前，IBM公司在中国无锡太湖新城科教产业园建立了一个云计算中心。Amazon是互联网上最大的在线零售商，它的弹性计算云是最早提供的远程云计算平台。苹果公司推出的“MobileMe”服务也是一种基于云存储和计算的解决方案。其他如思科、英特尔、惠普等各大公司以及国内的曙光、浪潮、阿里巴巴、金蝶、用友、腾讯、360等公司也纷纷开发了各自的云计算产品。此外，云输入、云杀毒、云存储、云视频以及云游戏等等，已经是普通用户经常使用的服务了。1.3.5 普适计算普适计算 普适计算是将计算机融入到人的生活环境中去，形成一个无时不在、无处不在而又不可见的计算环境。 普适计算的思想最早是由Mark Weiser 于1991 年提出的，他强调将计算机嵌入到环境或日常工具中去, 让计算机本身从人们的视线中消失, 让人们注意的中心回归到要完成的任务本身。 普适计算具有以下特性普适计算具有以下特性:无所不在性无所不在性。用户可以随。用户可以随时随地以各种接入手段获取计算服务；时随地以各种接入手段获取计算服务；嵌入性嵌入性。众多的计算和通信设备被布置或嵌入到生活环境中众多的计算和通信设备被布置或嵌入到生活环境中, 用户能够感觉到它和作用于它；用户能够感觉到它和作用于它；游牧性游牧性。用户和。用户和设备从一个环境转移到另一个环境时，依然能够获设备从一个环境转移到另一个环境时，