大学计算机基础

普通高等院校“十四五”计算机基础系列教材

大学计算机基础

    占 俊 钱 伟◎主 编

席 奇 顾 勤 李淑兰◎副主编

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内 容 简 介

本书依据教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会编制的《大学计算机基础课

程教学基本要求》，并结合当前计算机的发展以及应用型本科院校的实际情况而编写，知

识点覆盖了全国计算机等级考试一、二级的内容。

本书以计算思维为引领，引导读者理解计算机的基本工作原理，在清晰阐述计算机基

础知识和应用技术的基础上，介绍计算机新技术的发展和应用，注重基础性和实用性。为

了帮助读者更好地掌握计算机基础知识和操作技术，本书还配有习题与上机实验指导《大

学计算机基础实验指导》（陈丽娟、饶国勇主编，中国铁道出版社有限公司出版）。

本书图文并茂、重点突出、通俗易懂、实用性强，既可作为各专业特别是理工科各专

业大学计算机课程的教材，又可作为各类计算机培训机构的教材或自学者的读物。

图书在版编目（CIP）数据

大学计算机基础/占俊，钱伟主编.—北京:中国

铁道出版社有限公司,2022.8

普通高等院校“十四五”计算机基础系列教材

ISBN978-7-113-29419-9

Ⅰ.①大…Ⅱ.①占…②钱…Ⅲ.①电子计算机-

高等学校-教材Ⅳ.①TP3

中国版本图书馆CIP数据核字（2022）第120248号

书名：大学计算机基础

作者：占 俊 钱 伟

策划：曹莉群          编辑部电话：（010）51873371

责任编辑：曹莉群

封面设计：刘 颖

责任校对：孙 玫

责任印制：樊启鹏

出版发行：中国铁道出版社有限公司（100054，北京市西城区右安门西街8号）

网  址：/51eds/

印  刷：三河市航远印刷有限公司

版  次：2022年8月第1版 2022年8月第1次印刷

开  本：787 mm×1 092 mm1/16印张：18字数：532千

书  号：ISBN978-7-113-29419-9

定  价：39.80元

版权所有 侵权必究

凡购买铁道版图书，如有印制质量问题，请与本社教材图书营销部联系调换。电话：（010）63550836

打击盗版举报电话：（010）63549461

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前 言

当前，信息技术日新月异，物联网、云计算、大数据、人工智能等新概念、新技

术的出现，在各个领域都引发了一系列革命性的突破。计算机课程的改革如同信息技

术的发展一样迅速，主要的变化是教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会提

出了以计算思维为切入点的大学计算机课程的教学改革思路，目的是着力提升大学生

的信息素养，在学生掌握一定计算机基础知识、技术和方法的基础上，培养学生的计

算思维能力，适应信息化社会对人才需求的新变化，以及利用计算机解决本专业领域

问题的能力。

本书以突出“应用”和强化“能力”为目标，结合目前计算机基础教育改革新理念、

新思想、新要求和新技术，以及多年来的教学改革实践和建设成果，组织教学工作一

线的教师和专家，经过数月研讨编写而成。为了贯彻和实施以计算思维为切入点的教

学改革，适应计算机基础教学的新变化，在大学计算机基础课程中增加了信息安全和

计算机新技术等内容。编者从教学实际出发，以提高应用能力为目的，结合计算机学

科的特点，有选择地确定了本书的具体内容，以期体现计算机最基本、最重要的概念、

思想和方法。

本书全面系统地介绍了大学计算机基础相关知识。全书共9章，包括计算与计算

机的基础知识、计算机系统、信息的表示、Windows10操作系统、文字处理、电子表

格处理、演示文稿制作、计算机网络基础知识、信息安全技术等内容。本书既注重基

础引导、应用能力的培养、操作技能的提高，同时还涵盖了全国计算机等级考试一级、

二级的相关知识点。

本书由景德镇学院占俊、钱伟任主编，由席奇、顾勤、李淑兰任副主编。本书编

写过程中得到了中国铁道出版社有限公司和编者学校的大力支持和帮助，在此表示衷

心感谢。

由于编者水平有限，书中难免会有不妥和疏漏之处，敬请各位读者批评指正。

编者

2022年5月

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目录

第1章 计算机基础������������������������1第2章 计算机系统����������������������36

1.1计算机的发展12.1计算机理论结构36

1.1.1早期计算机器的发展12.1.1图灵机基本工作原理36

1.1.2电子计算机的发展32.1.2冯•诺依曼计算机结构37

1.1.3微型计算机的发展62.1.3哈佛计算机基本结构40

1.2计算机技术特征与文化82.1.4新型计算机系统研究40

1.2.1计算机技术的主要特点82.2计算机工作原理43

1.2.2摩尔定律与计算机的发展102.2.1信息编码43

1.2.3计算机文化的主要特征112.2.2数据存储45

1.2.4信息素质的特征与评价132.2.3数据传输47

1.3计算思维的基本方法142.2.4数据计算49

1.3.1计算思维的基本特征142.2.5指令系统52

1.3.2计算机如何解决问题152.3计算机硬件系统53

1.3.3计算机不能解决的问题162.3.1系统组成53

1.3.4计算机主要应用领域182.3.2CPU性能56

1.4计算机新技术及应用192.3.3主板组成57

1.4.1物联网技术192.3.4存储设备59

1.4.2云计算技术202.3.5外围设备63

1.4.3大数据技术212.4计算机软件系统65

1.4.4移动互联网222.4.1软件的类型与功能65

1.4.5区块链252.4.2数据库类型和组成69

1.4.6人工智能272.4.3软件的编译与环境70

1.4.7虚拟现实322.4.4软件的安装与卸载72

思考与练习322.4.5计算机的技术指标73

思考与练习74

I

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大学计算机基础

第3章 信息的表示����������������������785.2.3页面排版132

3.1数值信息在计算机中的表示785.3制作表格137

3.1.1常用数制的基本概念785.3.1创建表格138

3.1.2不同数制的转换方法805.3.2编辑表格140

3.1.3二进制整数存储形式825.3.3格式化表格143

3.1.4二进制小数存储形式845.4插入对象144

3.1.5二进制补码运算方式865.4.1插入图片145

3.2非数值信息在计算机中的表示885.4.2插入图形对象148

3.2.1英文字符的表示885.4.3创建公式150

3.2.2汉字字符的表示915.5高效排版151

3.2.3国际统一字符编码945.5.1样式的创建及使用151

思考与练习985.5.2自动生成目录152

5.5.3邮件合并153

第4章 操作系统�����������������������100

5.6修订文档155

4.1Windows系统功能1005.7打印文档156

4.1.1Windows系统结构1005.8综合应用实例157

4.1.2Windows进程管理102思考与练习169

4.1.3Windows文件管理105

第6章 电子表格处理����������������172

4.2Windows系统应用107

4.2.1Windows基本操作1076.1电子表格处理概述172

4.2.2Windows系统安装1106.2电子表格处理的基本操作173

4.2.3Windows驱动程序1126.2.1创建工作簿173

4.2.4Windows系统优化1136.2.2创建工作表174

思考与练习1166.2.3编辑工作表181

6.2.4格式化工作表183

第5章 文字处理�����������������������118

6.2.5保存和保护工作簿186

5.1文字处理的基本操作1186.2.6打开工作簿187

5.1.1启动和退出Word20161186.3图表制作188

5.1.2熟悉Word2016工作界面1186.3.1创建图表189

5.1.3文档编辑1206.3.2编辑图表189

5.1.4保存和保护文档1226.4数据管理和分析190

5.1.5打开文档1236.4.1建立数据清单191

5.2文档排版1246.4.2数据排序191

5.2.1字符排版1246.4.3数据筛选192

5.2.2段落排版1276.4.4分类汇总194

II

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目录

6.4.5数据透视表1958.2.2网络层次结构245

6.4.6数据链接与合并计算1968.2.3网络互连模型246

6.4.7模拟分析和运算1998.2.4网络服务模型247

6.4.8常用数据统计分析函数8.3计算机网络组成248

及其应用2038.3.1拓扑结构248

6.4.9宏的简单应用2128.3.2传输介质249

6.5工作表的打印2138.3.3网络设备250

6.6综合应用实例2138.3.4网络构建252

思考与练习2188.4因特网基本服务253

第7章 演示文稿制作����������������2228.4.1网络地址254

8.4.2域名系统255

7.1演示文稿制作概述222

8.4.3因特网服务256

7.2制作一个多媒体演示文稿224

8.4.4HTML259

7.2.1建立演示文稿225

思考与练习260

7.2.2编辑演示文稿226

7.3定制演示文稿的视觉效果228第9章 信息安全技术����������������262

7.3.1美化幻灯片2289.1信息安全概述262

7.3.2统一设置幻灯片外观2289.1.1信息安全的主要威胁262

7.4设置演示文稿的播放效果2299.1.2信息系统不完善因素263

7.4.1设计动画效果2299.1.3信息安全的主要特征265

7.4.2播放演示文稿2319.1.4信息安全的一般原则265

7.5演示文稿的打印和输出2329.2计算机病毒及防护266

7.6综合应用实例2329.2.1计算机病毒的定义266

思考与练习2379.2.2计算机病毒的表现267

第8章 计算机网络��������������������2399.2.3计算机病毒的防护269

9.2.4恶意软件的防治272

8.1计算机网络的发展239

9.3网络安全防护技术273

8.1.1网络的基本功能239

9.3.1黑客攻击过程273

8.1.2网络的主要类型240

9.3.2安全体系结构275

8.1.3因特网发展概况241

9.3.3防止攻击策略277

8.2计算机网络结构243

9.3.4网络防火墙技术277

8.2.1网络通信协议243

思考与练习279

III

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第1章

计算机基础

计算机是一种由程序控制的信息处理工具，它能自动、高速地对信息进行存储、传送和处理。

计算机的广泛应用，推动了社会的发展与进步，对人类社会的生产和生活产生了极其深刻的影响。

本章主要介绍计算机的发展历程和机器计算的主要思想、计算机的主要类型、计算机的技术特

征和对社会的影响，以及计算思维的基本方法等。

1.1 计算机的发展

计算技术的发展历史是人类文明史的一个缩影。计算机的产生和发展经历了漫长拓展阅读

的历史过程，在这个过程中，科学家们经过艰难的探索，发明了各种各样的计算机，

推动了计算机技术的发展。

1.1.1 早期计算机器的发展

算盘作为主要的计算工具流行了相当长的一段时间，直到中世纪，欧洲哲学家们

计算工具的

提出一个大胆的问题：能否用机械来实现人脑活动的个别功能？最初的目的并不是制发展

造计算机，而是试图从某个前提出发，机械地得出正确的结论，即思维机器的制造。

1．机器计算的萌芽

1275年，西班牙学者雷蒙德·露利（R.Lullus）发明了一种称为“旋转玩具”的思维机器。

在旋转玩具中，数值可以由圆盘的旋转角度表示，数字的正、负可以由转动方向确定。旋转玩

具引起许多著名学者的研究兴趣，促使了能进行简单数学运算的计算机器的产生。数学家笛卡

尔（ReneDescartes，1596—1650）曾经预言：“总有一天，人类会造出一些举止与人一样的‘没

有灵魂的机械’来。”

1623年，德国的契克卡德（W.Schickard）教授为他的朋友天文学家开普勒（Kepler）设计

了一种能做四则运算的机器，但是这种机器没有实物作为佐证。

2．帕斯卡加法器

1642年，法国数学家布莱士·帕斯卡（BlaisePascal，1623—1662）制造了第一台能进行6

位十进制加法运算的机器（见图1-1）。帕斯卡加法器由一系列齿轮组成，利用发条作为动力装

置。帕斯卡加法器主要的贡献在于：某一位小齿轮或轴完成10个数字的转动，促使下一个齿轮

转动一个数字，从而解决了机器计算的自动进位问题。

1

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大学计算机基础

图1-1帕斯卡发明的加法器和它的内部齿轮结构（1642年）

3．莱布尼茨的二进制思想

1673年，德国数学家戈特费里德·威廉·莱布尼茨（GottfriedWilhelmLeibniz，1646—

1716）在帕斯卡加法器的思想和工作的影响下，制造了能进行简单加、减、乘、除的计算机

器。机器的关键部件是梯形轴，即齿长不同的圆柱，第一次实现了带有可变齿数的齿轮，这种

数字齿轮保证了乘除法的进行。

1679年莱布尼茨发明了一种算法，用两个数（1和0）代替原来的10个数。1701年他写信

给在北京的神父闵明我（Grimaldi）和白晋（Bouvet），告知自己的新发明，希望能引起他心目

中的“算术爱好者”康熙皇帝的兴趣。但是，关于这个神奇的数字系统，莱布尼茨只有几页异

常精练的描述，没有建立一个完整的二进制数计算的理论体系。

4．巴贝奇的自动计算机器

1822年，英国剑桥大学著名数学家查尔斯·巴贝奇（CharlesBabbage，1792—1871）设计

了差分机和分析机（见图1-2）。巴贝奇的目标是制作一台可以计算多项式的“差分机”（加法

机），用于快速编制对数、三角函数以及其他算术函数的数学用表。他整整用了10年时间，于

1822年完成了第一台差分机，它可以处理3个不同的5位数，计算精度为6位数字，可以演算出

几种函数表。

差分机由以前每次只能完成一次算术运算，发展为自动完成某个特定的完整运算过程。之

后，巴贝奇又设计了一种程序控制的通用分析机。这种分析机由3部分构成：第1部分是保存

数据的齿轮式寄存器，巴贝奇称为“堆栈”，它与差分机类似，但计算不在寄存器内进行，而

是由新的机构来实现；第2部分是对数据进行各种运算的装置，巴贝奇命名为“工场”；第3部

分是对操作顺序进行控制，并对所要处理的数据及输出结果加以选择的装置。为了加快运算的

速度，巴贝奇设计了先进的进位机构。他估计使用分析机完成一次50位数的加减法只要1s，

相乘则要1min。同时，在多年的研究制造实践中，巴贝奇写了世界上第一部关于计算机程序

的专著。分析机是现代程序控制计算机的雏形，设计理论非常超前，但限于当时的技术条件未

能最终形成产品。

图1-2巴贝奇发明的差分机和分析机复制品模型（1822年）

2

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第1章计算机基础

5．爱达与程序设计

爱达（AdaAugustaByron，1815—1852）是著名英国诗人拜伦之女，她对数学有极高的兴

趣。1842年，爱达花了9个月的时间翻译意大利数学家米那比亚（LuigiMenabrea）论述巴贝奇

著作《分析机概论》的备忘录。在爱达的译文里，她附加了许多注记，详细说明了用计算机进

行伯努利数的运算方式，这被认为是世界上第一个计算机程序，因此，爱达也被认为是世界上

第一位程序设计师。巴贝奇在他的著作《经过哲学家的人生》中写道：“我认为她（译注：爱

达）为米那比亚的备忘录增加了许多注记，并加入了一些想法。虽然这些想法是由我们一起讨

论出来的，但是最后写进注记里的想法确确实实是她自己的构想。我将许多代数运算的问题交

给她处理，这些工作与伯努利数的运算相关。在她送回给我的文件中，修正了我先前在程序里

的重大错误。”

爱达在文章中创造出了许多巴贝奇也未曾提到的新构想，爱达曾经预言：“这个机器未来

可以用来排版、编曲或是各种更复杂的用途。”爱达建立了循环和子程序的概念，为计算程序

拟定过算法，创作了第一份“程序设计流程图”。

6．布尔与数理逻辑

英国数学家布尔（G.Boole，1815—1864）的第一部著作是《逻辑的数学分析》。1854年，

布尔再次出版了《思维规律的研究——逻辑与概率的数学理论基础》。凭借这两部著作，布尔

建立了一门新的数学学科：布尔代数。布尔代数建立了一个完整的二进制数计算理论体系。

现代计算机理论的一个基本要求是所有信息都可用符号编码，而最简单的编码是采用二进

制。人们平时接触的各种复杂事物的信息都可以用简单的0、1表示吗？若表示出来了又可通过

哪种方式进行运算得到人们想要的结果呢？布尔完成了这项伟大的工作，他将人类的逻辑思维

简化为一些二进制数学运算（布尔代数），发明了用二进制语言描写和处理各种逻辑命题。虽

然计算机科学的发展证明了布尔代数的重大意义，但当时布尔的工作并没有得到充分的重视。

1.1.2 电子计算机的发展

现代计算机是指利用电子技术代替机械或机电技术的计算机，现代计算机经历了80多年

的发展，其中最重要的代表人物有英国科学家艾伦·麦席森·图灵（AlanMathisonTuring，

1912—1954）和美籍匈牙利科学家约翰·冯·诺依曼（JohnvonNeumann，1903—1957），他们

（见图1-3）为现代计算机科学奠定了基础。

图灵冯·诺依曼

图1-3为现代计算机科学奠定基础的杰出科学家图灵和冯·诺依曼

1．图灵与人工智能

1936年，图灵在他具有划时代意义的论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》中，论

述了一种理想的通用计算机，被后人称为“图灵机”。1950年，图灵发表了另一篇著名论文

3

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大学计算机基础

《计算机器与智能》，论文中指出：如果一台机器对于质问的响应与人类做出的响应完全无法区

别，那么这台机器就具有智能。这一论断称为图灵测试，它奠定了人工智能的理论基础。

图灵并不只是一位纯粹的抽象数学家，他还是一位擅长电子技术的工程专家。他设计制造

的破译机Bombe（炸弹）实质上是一台采用继电器的高速计算装置。图灵以独特的思想创造的

破译机，一次次成功地破译了德国法西斯的密码电文。

冯·诺依曼生前曾多次说：“如果不考虑查尔斯·巴贝奇等人早先提出的有关思想，现代

计算机的概念当属于艾伦·图灵”。由此可见，图灵对计算机科学影响巨大，为了纪念图灵的

杰出贡献，美国计算机协会（ACM）专门设立了图灵奖，它是计算机学术界的最高成就奖。

2．第一台现代电子数字计算机ABC

第一台现代电子数字计算机是ABC（Atanasoff-BerryComputer，阿塔纳索夫—贝瑞计算

机），它是美国科学家约翰·文森特·阿塔纳索夫（JohnVincentAtanasoff）和他的研究生克利福

特·贝瑞（CliffordBerry）在1937年设计，于1942年测试成功的（见图1-4）。1990年，阿塔纳

索夫获得了全美最高科技奖“国家科技奖”。

图1-4第一台现代电子数字计算机ABC复制品和设计草图（1939年）

ABC计算机采用二进制电路进行运算；存储系统采用不断充电的电容器，具有数据记忆功

能；输入系统采用了IBM公司的穿孔卡片；输出系统采用高压电弧烧孔卡片。

阿塔纳索夫提出了现代计算机设计最重要的3个基本原则：

①以二进制的方式实现数字运算和逻辑运算，以保证运算精度；

②利用电子技术实现控制和运算，以保证运算速度；

③采用计算功能与存储功能的分离结构，以简化计算机设计。

3．ENIAC计算机

1943年，第二次世界大战时期，美国因新式火炮弹道计算需要运算速度更快的计算机。宾

夕法尼亚大学莫尔学院36岁的物理学家约翰·莫克利（JohnMauchly）教授和他24岁的学生普

雷斯伯·埃克特（PresperEckert）博士，向军方代表戈德斯坦提交了一份研制ENIAC计算机的

设计方案，军方提供了48万美元的经费资助。1946年2月，莫克利成功研制出了ENIAC计算

机。ENIAC采用了18000多个电子管，10000多个电容器，7000个电阻，1500多个继电器，

功率为150kW，质量达30t，占地面积170m2。

莫克利在设计ENIAC之前曾经拜访过阿塔纳索夫，并一起讨论过ABC计算机的设计经验。

因此，他在ENIAC的设计中采用了全电子管电路，没有采用二进制。ENIAC的程序为外插型，

即用线路连接、拨动开关和交换插孔等形式实现。它没有存储器，只有20个10位十进制数的

寄存器，输入/输出设备有卡片、指示灯、开关等。ENIAC进行一个2s的运算，需要用两天的

时间进行准备工作，为此埃克特与同事们讨论过“存储程序”的设计思想，遗憾的是没有形成

4

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第1章计算机基础

文字记录。

ENIAC的任务是分析炮弹轨迹，它能在1s内完成5000次加法运算，也可以在0.003s的时

间内完成2个10位数乘法，一条炮弹轨迹的计算只需要20s，比炮弹的飞行速度还快。

4．冯·诺依曼与EDVAC计算机

1944年，冯·诺依曼专程到莫尔学院参观了还未完成的ENIAC，并参加了为改进ENIAC

而举行的一系列专家会议。冯·诺依曼对ENIAC计算机的不足之处进行了认真分析，并讨论了

全新的存储程序的通用计算机方案。当军方要求设计一台比ENIAC性能更好的计算机时，他提

出了EDVAC方案。

1945年，冯·诺依曼发表了计算机史上著名的论文First

Draft

of

a

Report

on

the

EDVAC

（EDVAC计算机报告的第一份草案），这篇手稿为101页的论文，称为“101报告”。在“101报

告”中，冯·诺依曼提出了计算机的五大结构，以及存储程序的设计思想，从而奠定了现代计

算机设计的基础。

1952年，EDVAC计算机投入运行，主要用于核武器的理论计算。EDVAC的改进主要有两

点：一是为了充分发挥电子元件的高速性能采用了二进制；二是把指令和数据都存储起来，让

机器能自动执行程序。EDVAC使用了大约6000个电子管和12000个二极管，占地面积约为

45.5m2，质量为7.85t，功率为56kW。EDVAC利用水银延时线作主存，可以存储1000个44

位的字，用磁鼓作辅存，并且具有加减乘除的功能，运算速度比ENIAC提高了240倍。EDVAC

系统结构如图1-5所示。

643241

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SEDVAC

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图1-5EDVAC系统结构草图（设计者不详）

5．IBMSystem360计算机

1964年由IBM公司设计的IBMSystem360是现代计算机最典型的代表产品，如图1-6所示。

IBM360采用晶体管和集成电路作为主要器件。IBMSystem360的贡献在于通用化、标准化、

系列化，而且从IBMSystem360开始有了计算机兼容的重要概念。

IBMSystem360计算机的开发过程可说是历史上最大的一次豪赌，为了研发这台大型计

算机，IBM征召了6万多名新员工，创建了5座新工厂，耗资50亿美元，历时5年时间进行研

制，而当时出货的时间不断延迟。IBMSystem360的系统结构设计师是吉恩·阿姆达尔（Gene

Amdahl，1922—2015，美国），项目经理是弗雷德里克·布鲁克斯（FrederickP.Brooks）。布鲁

克斯事后根据这项计划的开发经验，编写了《人月神话：软件项目管理之道》一书，记述了人

类工程史上一项里程碑式的大型复杂软件系统的开发经验。

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大学计算机基础

图1-6IBMSystem360计算机和机房工作现场（1964年）

现代计算机诞生后，计算机的基本元器件经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大

规模和超大规模集成电路4个发展阶段。计算机的运算速度显著提高，存储容量大幅增加。同

时，软件技术也有了较大的发展，出现了操作系统、编译系统、高级程序设计语言、数据库等

系统软件，计算机的应用开始进入许多领域。

1.1.3 微型计算机的发展

1．Altair8800微型计算机（牛郎星）

微型计算机（Microcomputer，简称微机）的研制起始于20世纪70年代。早期微型计算机

产品有Kenbak公司1971年推出的Kenbak-1，这台微型计算机没有微处理器，也没有操作系统。

1973年推出的Micral-N是第一台采用微处理器（Intel8008）的商用微型计算机，它同样没有操

作系统，而且销量极少。1975年推出的Altair8800（牛郎星）是第一台现代意义上的通用型微

型计算机。如图1-7所示，最初的Altair8800微型计算机包括：一个Intel8080微处理器、256B

存储器（后来增加为4KB）、一个电源、一个机箱和有大量开关和显示灯的面板。Altair8800

微型计算机当时的市场售价为375美元，与当时的大型计算机相比较，它非常便宜。

图1-7Altair8800微型计算机（1975年）

Altair8800微型计算机发明人爱德华·罗伯茨（EdwardRoberts，1942—2010，美国）是

美国业余计算机爱好者，他拥有电子工程学位。早期的牛郎星微型计算机非常简陋，既没有输

入数据的键盘，也没有输出计算结果的显示器。插上电源后，使用者需要用手拨动面板上的开

关，将二进制数“0”或“1”输进机器。计算完成后，面板上的几排小灯泡忽明忽灭，用发出

的灯光信号表示计算结果。

Altair8800完全无法与当时的IBMSystem360、PDP-8等大型计算机相比，更像是一台简

陋的游戏机，它只能勉强算是一台微型计算机。现在看来，正是这台简陋的Altair8800微型计

算机，掀起了一场改变整个计算机世界的革命。它的一些设计思想直到今天也具有重要的指

导意义，如开放式设计思想（如开放系统结构、开放外设总线等）、微型化设计方法（如追求

产品的短小轻薄）、OEM生产方式（如部件定制、贴牌生产等）、硬件与软件分离的经营模式

（早期计算机硬件和软件由同一厂商设计）、保证易用性（如非专业人员使用、DIY）等。Altair

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第1章计算机基础

8800的发明造就了一个完整的微型计算机工业体系，并带动了一批软件开发商（如微软公司）

和硬件开发商（如苹果公司）的成长。

2．苹果微型计算机AppleII

1976年，青年计算机爱好者斯蒂夫·乔布斯（Steve

Jobs，1955—2001，美国）和斯蒂夫·沃兹尼克亚（Steve

Wozniak）凭借1300美元，在家庭汽车库里开发出了

AppleI（苹果）微型计算机。1977年，乔布斯推出了经

典机型AppleII（见图1-8）。这台机器在当时的市场大受

欢迎，计算机从此进入了发展史上的黄金时代。

图1-8AppleII微型计算机（1977年）

AppleII微型计算机采用摩托罗拉（Motorola）公司

M6502芯片作为CPU，整数加法运算速度为50万次/s。它有4KB动态随机存储器（DRAM）、

16KB只读存储器（ROM）、8个插槽主板、1个键盘、1台显示器，以及固化在ROM芯片中的

BASIC语言，售价为1300美元。AppleII微型计算机风靡一时，成为当时市场上的主流微型计

算机。1978年苹果公司股票上市，3周内股票价格达到17.9美元，股票总值超过了福特汽车公

司，成为当时最成功的公司。

3．个人计算机IBMPC5150

微型计算机发展初期，大型计算机公司对它不屑一顾，认为那只是计算机爱好者的玩具而

已。但是苹果公司的AppleII微型计算机在市场取得了极大成功，以及由此而引发的巨大经济

利益，引起了大型计算机公司的高度重视。

1981年8月，IBM公司推出了第一台16位个人计算机IBMPC5150（见图1-9）。IBM公司

将这台计算机命名为PC（PersonalComputer，个人计算机）。现在PC已经成为计算机的代名

词。微型计算机终于突破了只为个人计算机爱好者使用的状况，迅速普及到工程技术领域和商

业领域。

ISAᘏ㒓᥹ষ

DRAM

CPU

䬂Ⲭ᥹ষ

IBMPC5150Џᵓ᱊ᤃ⬉⑤ᦦᑻ

图1-9IBMPC5150和主板（1981年）

IBMPC继承了开放式系统的设计思想，IBM公司公开了除BIOS（基本输入/输出系统）之

外的全部技术资料，并通过分销商传递给最终用户，这一开放措施极大地促进了微型计算机的

发展。第一台IBMPC采用了总线扩充技术，并且IBM公司放弃了总线专利权。这意味着其他

公司也可以生产同样总线的微型计算机，这给兼容机的发展开辟了巨大的空间。

进入20世纪90年代后，每当英特尔公司推出新型CPU产品时，马上会有新型个人计算机

推出。第一台个人计算机与目前个人计算机的性能比较如表1-1所示。个人计算机在过去40多

年里发生了许多重大变化。

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大学计算机基础

表1-1第一台个人计算机与目前个人计算机的性能比较

技术指标第一台个人计算机目前个人计算机

机器型号IBMPC5150HPLaptop15-dh0007TXPRC

推出日期1981年8月2019年5月

CPU型号Intel8088（1核）IntelCorei79750H（6核）

CPU频率4.77MHz2.6GHz

内存容量64KBDRAM16GBDDR4

主板类型XTATX

外存容量5.25英寸软驱160KB3.5英寸硬盘2TB

光驱规格无DVD刻录光驱

显示器单色11.5英寸CRT彩色23英寸LCD（触摸屏）

显示模式单色，720×350像素，文本处理彩色，1920×1080像素，3D图形处理

音频系统内置扬声器6声道集成声卡+音箱+麦克风

网络系统无1000Mbit/s网卡+无线网卡+蓝牙

操作系统DOS1.0（字符操作界面）Windows10（图形操作界面）

启动时间16s左右50s左右

操作方式87键键盘107键无线键盘+无线鼠标

其他接口1个LPT并口，2个COM串口8个USB接口，2个IEEE1394接口

市场价格3045美元12000元

通过表1-1可以看出，微型计算机在性能上得到了极大的提高，功能越来越强大，应用涉

及各个领域。有统计资料表明，微型计算机自20世纪70年代问世以来，至今已售出20亿台左

右。其中，75%用于办公，25%用于个人用途，桌上型微型计算机占了81.5%。根据

拓展阅读

国家统计局统计数据表明，2020年我国电子计算机整机产量累计值达4.05亿台，其产

量比上一年累计增长16%。

1.2 计算机技术特征与文化

计算机的类型

1.2.1 计算机技术的主要特点

计算机是一种相对其能力而言比较便宜，而且功能强大的工具。同一台计算机能够做许多

不同的工作，如科学计算、数据处理、图形设计、工业控制、文字排版、气象预报、游戏娱

乐、通信交流、语音识别等。因此，计算机在社会各个领域都有广泛的应用。要完全列举计算

机在各个领域中的应用几乎是一件不可能完成的任务。下面通过几方面来探讨计算机技术的主

要特点。

1．计算机的高速计算特点

19世纪一位外国数学家将圆周率π的值计算到小数点后面707位，共花费了15年的时间。

1984年一位日本人用计算机将π的值计算到1000万位，只用了24h。

英国气象学家刘易斯·弗莱·理查森（LewisFryRichardson，1881—1953）编写的《利用

数值方法做天气预报》一书中，讲述了如何进行气象预报的数值计算。为了求得准确的数据，

理查逊在1916年—1918年组织了大量人力进行了第一次数值气象预报尝试，由许多人用手摇计

算机进行了12个月的计算才完成，这次实验虽然失败了，但给了人们有益的启示。在理查森试

验的20年后，电子计算机的问世使数值气象预报得以实现。1950年，美国科学家第一次成功地

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