计算技术应用 1

计算机应用基础（Windows10+Office2016）（第3版）学习单元1

计算机认知学习目标【知识目标】识记：计算机的发展、分类。领会：计算机的应用领域；计算机中数据的表示、存储与处理；计算机的系统组成。【技能目标】能够综合运用计算机硬件的技术指标来配置计算机并验机。能够对数据进行数制、编码转换。【素质目标】通过学习计算机的发展历程，树立“四个意识”，增强民族自豪感，厚植爱国主义情怀。通过了解计算机的体系结构与信息化表示，培养分析问题和解决问题的能力。任务1计算机的产生与发展任务引述在人类文明的历史长河里，电子计算机无疑是20世纪人类最伟大的技术发明之一。计算机是一系列历史演变的产物，是许许多多科学家智慧与努力的结晶。现在计算机已经成为人们生活中不可或缺的一部分，它既可以进行数值运算，又可以进行逻辑运算，还具有存储记忆功能，甚至可以模拟人类思维。本任务主要介绍计算机的产生与发展历程，以及其分类、特点和应用领域等。工序1.1计算机的产生

约在西周时期，我国出现了算筹。我国著名科学家祖冲之以算筹为计算工具，计算出圆周率在3.1415926和3.1415927之间，成为世界上最早把圆周率精确推算到小数点后7位的科学家。骨质算筹如图1-1所示。

图1-1

骨质算筹

我国汉代发明的算盘被认为是最早的计算器，广泛应用于商业贸易，一直使用至今，如图1-2所示。图1-2

算盘

17世纪，计算工具有了重要的进步。1623年，德国科学家威廉·契克卡德（WilhelmSchickard）设计了人类有史以来第一台机械计算机，这台机器能够进行6位数的加减乘除运算。1642年，法国科学家布莱士·帕斯卡（BlaisePascal）发明了著名的帕斯卡加法器，首次确立了计算机器的概念。帕斯卡加法器如图1-3所示。1822年，英国科学家查尔斯·巴贝奇（CharlesBabbage）制造出了第一台差分机，它可以处理3个不同的5位数，计算精度达到6位小数。差分机如图1-4所示。

图1-3

帕斯卡加法器

图1-4

差分机

1946年2月，世界上第一台通用电子数字计算机（ElectronicNumericalIntegratorandComputer，ENIAC）在美国研制成功，如图1-5所示。

ENIAC由美国宾夕法尼亚大学摩尔电气工程学院为美国陆军军械部阿伯丁弹道研究实验室研制，用于炮弹弹道轨迹的计算。图1-5

ENIAC工序1.2计算机的发展历程

第一代计算机（1946～1957

年）是电子管计算机，包括

ENIAC

及离散变量电子自动计算机（ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer，EDVAC）。第二代计算机（1958～1964年）是晶体管计算机。第三代计算机（1965～1970年）是中小规模集成电路计算机。第四代计算机（1971年至今）是大规模集成电路计算机。工序1.3计算机的分类

1．按照用途分类

按照用途，计算机可分为通用计算机和专用计算机。（1）通用计算机用于科学计算、数据处理、过程控制等，以解决各类问题。（2）专用计算机是高效、经济的计算机，通常针对某一任务设计，具有针对性强、提供特定服务、定制化等特点。2．按照运算速度分类

按照1989年由电气电子工程师学会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）科学巨型机委员会提出的运算速度分类法，计算机可分为巨型机、大型机、小型机和微型计算机等。3．按照所处理的数据类型分类

按照所处理的数据类型，计算机可分为模拟计算机、数字计算机和混合计算机等。4．按照工作模式分类

按照工作模式，计算机可分为服务器和工作站。工序1.4计算机的特点

1．运算速度快2．计算精度高3．存储容量大4．具有逻辑运算功能5．自动化程度高6．网络与通信功能发达7．通用性强工序1.5计算机的应用领域

1．科学计算2．信息处理3．过程控制4．计算机辅助工程计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）计算机辅助教学（ComputerAidedInstruction，CAI）计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufactureSystem，CIMS）5．多媒体技术应用6．网络通信7．电子商务8．人工智能9．计算思维10．在线学习工序1.6计算机史上的名人

1.6.1图灵——计算机科学之父

阿兰·图灵（AlanTuring，1912年6月23日—1954年6月7日），英国数学家、逻辑学家。1936年，图灵提出了一种抽象的计算模型——图灵机（TuringMachine），如图1-6所示。图灵机是一种思维模型，其基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程。

图1-6

图灵机

图灵把这样的过程看作下列两种简单的动作。①在纸上写上或擦除某个符号。②把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置。

在每个阶段，一个人要决定下一步的动作，依赖于此人当前所关注的纸上某个位置的符号和此人当前思维的状态。为了模拟人的这种运算过程，图灵构造出一台假想的机器，该机器由以下几部分组成。（1）一条无限长的纸带。纸带被划分为一个接一个的格子，每个格子内有一个来自有限字母表的符号，字母表中有一个特殊的符号表示空白。纸带上的格子从左到右依次编号为0、1、2……纸带的右端可以无限伸展。（2）一个读写头。该读写头可以在纸带上左右移动，它能读出当前所指的格子内的符号，并能改变当前格子内的符号。（3）一个状态寄存器（即图灵机思维模型中的控制器），用来保存图灵机当前所处的状态。图灵机的所有可能状态的数目是有限的，并且有一个特殊的状态，即停机状态。（4）一套控制规则。它根据当前图灵机所处的状态以及当前读写头所指的格子内的符号来确定读写头的下一步动作，并改变状态寄存器的值，令图灵机进入一个新的状态。

图灵机能够识别运算过程中的每一步并获得答案，通过执行程序来完成任何设定好的任务。1.6.2香农——现代信息论创始人

克劳德·艾尔伍德·香农（ClaudeElwoodShannon，1916年4月30日—2001年2月24日）是美国数学家、信息论的创始人，如图1-7所示。其于1936年获得密歇根大学学士学位，1940年在麻省理工学院获得硕士和博士学位，1941年进入贝尔实验室工作。1956年，香农成为麻省理工学院客座教授，并于1958年成为终身教授，1978年成为名誉教授。香农于2001年2月24日去世，享年85岁，贝尔实验室和麻省理工学院发表的讣告都尊崇香农为信息论及数字通信时代的奠基人。图1-7

香农1.6.3冯·诺依曼——现代电子计算机之父

约翰·冯·诺依曼（JohnvonNeumann，1903年12月28日—1957年2月8日），美籍匈牙利数学家、计算机科学家、物理学家，他提出的计算机工作原理直到现在还被各种计算机使用着。

人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，以知识处理为基础，具有智能接口，能进行逻辑推理，完成判断和决策任务；可以模拟或替代人的部分智能活动，并支持自然的人机交互；具有推理、联想、判断、决策、学习等功能。未来计算机的主体或许将是神经网络计算机，这类计算机用线路结构模拟人脑神经元之间的联系，其处理器由光材料和生物材料制造而成，具有模糊化和并行处理能力，可以在知识库的基础上处理不完整的信息。

在未来社会中，计算机、网络、通信技术将会深度融合，把人类从重复、枯燥的信息处理中解脱出来，从而改变人类的工作、生活和学习方式，为人类开辟出更大的生存和发展空间。工序1.7计算机的发展趋势任务2

信息的数字化表示任务引述信息有两种形态：一种是经过收集、整理和组织的数据，是人类可识别和理解的信息形态；另一种是输入计算机中的数字、字母和符号，即能够被计算机识别和理解的信息形态。人们使用计算机进行信息处理时，自然会好奇计算机如何识别和转化这些信息。本任务主要讲解计算机如何用0和1来进行数字化编码，进行数据的存储、传输和处理等操作。工序2.1数制转换2.1.1数据在计算机中的存储单位

位（bit）又叫比特，是计算机最小的存储单位，通常用“b”来表示，一位可存放一个二进制数，即0或1。

字节（Byte，B）是计算机的基本存储单位。1Byte等于8bit，1个字节可以存储一个字母，2个字节可以存储一个汉字。其他存储单位还有KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB、NB、DB，每级为前一级的1024倍，如1KB=1024B，1MB=1024KB。

字（Word）是计算机中占据一个单独的地址（内存储器单元的编号）并作为一个基本单元（由一个或多个字节组合而成）处理的一组二进制数。

字长是字的位数，即CPU在单位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的数量。2.1.2数制的概念

数制也称为“记数制”，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。在日常生活中，人们常用的是十进制，计算机则采用二进制，主要原因是二进制运算简单、稳定可靠、逻辑性强。除了这两种数制之外，常用的数制还有八进制和十六进制。任何一种数制都包含两个基本要素：基数和位权。1．基数

基数是指数制所使用的数码个数。例如，二进制的基数为2，十进制的基数为10。2．位权位权是指数制中某一位上的1所表示的数值大小（所处位置的价值）。位权与基数的关系：各数制中位权的值恰好是基数的若干次幂，因此，任何一种数制表示的数都可以写成按位权展开的形式。2.1.3常用记数制及表示法1．十进制

十进制数由数码0～9组成，位权为10i-1，记数按逢十进一的规则进行，用D（Decimal）表示。表示法：(345.59)10或345.59D。2．二进制

二进制数由数码0、1组成，位权为2i-1，记数按逢二进一的规则进行，用B（Binary）表示。表示法：(10110.11)2或10110.11B。3．十六进制

十六进制数由数码0～9、A、B、C、D、E、F组成，位权为16i-1，记数按逢十六进一的规则进行，用H（Hexadecimal）表示。表示法：(1A3F.16)16或1A3F.16H。4．八进制

八进制数由数码0、1、2、3、4、5、6、7组成，位权为8i-1，记数按逢八进一的规则进行，用O（Octal）/Q表示八进制数。表示法：(34.76)8或34.76O/Q。十进制二进制八进制十六进制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F表1-1

常用的数制表示法2.1.4常用数制转换

任何一个数都可以用不同的进制来表示。例如，十进制数(57)10可以用二进制表示为(111001)2，也可以用八进制表示为(71)8，或用十六进制表示为(39)16，它们所代表的数值是一样的。

计算机是处理数字信息的工具，虽然它与外界交互时通常采用人们熟悉的形式（如十进制数、文字、图形、图像、声音等），但在其内部，数据是以二进制形式存储的。所以，任何信息最终都必须转换成二进制形式的数据，计算机才能对其进行处理、存储和传输，如图1-8所示。图1-8

数据在计算机中的转换二进制位权……2827262524232221202−12−22−3……十进制数……25612864321684210.50.250.125……表1-2

位权表

数制转换的方法多种多样，其中，位权表可以用于二进制数和十进制数之间的转换，如表1-2所示。1．二进制数转换为十进制数

二进制数码与其对应的位权的乘积之和，即与该二进制数对应的十进制数。二进制位权2524232221202−12−22−3十进制数321684210.50.250.125二进制数100101101表1-3

二进制数转换为十进制数的位权对应关系2．十进制数转换为二进制数

十进制数转换为二进制数有以下两种方法。第一种方法是位权相减法，即用十进制数逐一减去对应的最大二进制位权，使用到的位权对应的二进制位为1，其余为0。二进制位权262524232221202−12−22−3十进制数64321684210.50.250.125二进制数1000010101表1-4

十进制数转换为二进制数的位权转换3．二进制数与八进制数、十六进制数的相互转换

在编写计算机的程序时，通常将二进制数写成八进制数或十六进制数。由表1-2可知，3位二进制数恰好是1位八进制数，4位二进制数恰好是1位十六进制数。因此，把二进制数转换成八进制数时，可分别将整数部分自右向左和小数部分自左向右按3位一组进行分组，不够3位则用0补齐。反之，将八进制数转换为二进制数时，把每位八进制数用对应的3位二进制数表示即可。

二进制数与十六进制数的转换和二进制数与八进制数的转换相仿，只是按4位进行分组。2.1.5二进制数的3种表示方法

在计算机中，有符号数有原码、补码和反码3种表示形式。

原码表示法规定，符号位用数码0表示正号，用数码1表示负号，数值部分按一般二进制形式表示。2004年7月，PHP5.0正式发布，其核心是Zend引擎2代，引入了新的对象模型和大量的新功能。2015年12月3日，PHP7.0正式发布，对比PHP5.6，其性能整整提升了2倍，并且引入了类型声明，支持匿名类。2020年11月26日，PHP8.0正式发布，它对各种变量判断和运算采用更严格的验证判断模式，支持即时编译，新增static类型、mixed类型、命名参数和注释等。1．算术运算

计算机中常用的算术运算有加（+）、减（−）、乘（*）、除（/）四则运算，其他的运算（如函数运算、指数运算、对数运算及一些复杂运算）都可以转化为四则运算，再进行计算。算术运算的核心是加法运算，通过加法器（全加器）实现。2.1.6数制的基本运算（1）二进制加法运算的规则是“逢二进一”。（2）八进制加法运算的规则是“逢八进一”。（3）十六进制加法运算的规则是“逢十六进一”（在此要注意，A要换为10，C要换为12，才可以进行加法运算）。2．关系运算

所谓关系运算，就是比较两个数据，判断它们之间的关系。关系运算包括“大于（>）”“小于（<）”“等于（=）”“不等于（<>）”等。3．逻辑运算

常用的逻辑运算有“或”运算（逻辑加“OR”或“∨”）、“与”运算（逻辑乘“AND”或“∧”）、“非”运算（逻辑非“NOT”或“～”）及“异或”运算（逻辑异或“XOR”或“⊕”）。（1）逻辑或运算。

逻辑或又称逻辑加，可用符号“+”或“∨”来表示。（2）逻辑与运算。

逻辑与又称逻辑乘，可用符号“×”或“∧”来表示。（3）逻辑非运算。

逻辑非又称逻辑否定，实际上就是将逻辑变量求反。（4）逻辑异或运算。

逻辑异或又称半加运算，其运算法则相当于不带进位的二进制加法，可用符号“⊕”来表示。工序2.2汉字编码

2.2.1数字编码

二进制编码的十进制（BinaryCodedDecimal，BCD）编码是常见的数字编码。人们向计算机输入的数或输出设备显示的数通常是十进制数，不过，这样的十进制数在计算机中要用二进制来表示。由于一位十进制数所用的数码只有0～9共10个数字，可以从具有16种不同组合的4位二进制数中取1种表示一位十进制数，这就是BCD编码。十进制数BCD编码十进制数BCD编码00000810001000191001200101000010000300111100010001401001200010010501011300010011601101400010100701111500010101表1-5

十进制数对应的BCD编码2.2.2字符编码

目前，计算机中主要用美国信息交换标准代码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，ASCII）表示字母、数字、符号及控制符号。ASCII已被国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）定为国际标准，所以又称为“国际5号代码”。ASCII有7位ASCII和8位ASCII两种。7位ASCII被称为基本ASCII，是国际通用的。8位ASCII被称为扩展ASCII，是8位二进制字符编码。

7位ASCII即7位二进制字符编码，可表示128个字符，每个字符编码占一个字节，其中包括34种控制字符、52个英文大小写字母、10个阿拉伯数字、32个其他字符和运算符。用一个字节（8位二进制）表示7位ASCII时，最高位为0，它的范围为00000000B～01111111B。

数字的ASCII是连续的，为了方便记忆，可将数字0～9对应的编码记为48～57，字母A～Z对应的编码记为65～90，a～z对应的编码记为97～122，对应的大小写字母的ASCII相差32。基本ASCII如表1-6所示。低4位，即第0、1、2、3位高3位第4、5、6位0000010100111001011101110000NULDLE空格0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB'7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>N^n~1111SIUS/?O_oDEL表1-6

基本ASCII2.2.3汉字编码

汉字的输入、处理和输出的过程，实际上是汉字各种代码相互转换的过程。汉字代码主要分为输入码、国标码、机内码、地址码和字形码，图1-9展示了这些汉字代码在汉字信息处理系统中的位置以及它们之间的关系。图1-9

汉字编码

汉字信息处理系统对每种汉字输入方法都规定了汉字输入计算机的代码，即汉字输入码，由键盘输入汉字时输入的是汉字的输入码。计算机识别汉字时，要把汉字的输入码转换成机内码，以便进行处理和存储。为了将汉字以点阵的形式输出，计算机还要将汉字的机内码转换成汉字的字形码。在计算机和其他系统或设备需要信息、数据交换时，必须采用国标码。1．输入码

所有汉字信息处理系统都需要有自己的输入码体系，使汉字与键盘能建立对应关系。目前，常用的输入码有拼音码、五笔字型码、自然码等。好的编码应具备编码规则简单、易学好记、操作方便、重码率低、输入速度快等优点，每个人可根据自己的需要进行选择。2．国标码

1980年，我国国家标准总局发布了国家标准GB2312—1980《信息交换用汉字编码字符集基本集》，即国标码。国标码中收集了常用汉字和图形符号7445个，其中图形符号682个，汉字6763个，按照汉字的使用频度将汉字分为两级，第一级为常用汉字3755个，第二级为次常用汉字3008个。为了避开ASCII字符中的不可打印字符0100001～1111110（其十六进制数为21～7E），国标码表示汉字的范围为2121～7E7E（十六进制数）。3．机内码

计算机接收输入码后，要将其转换成机内码进行存储、运算和传送。汉字的机内码通常用2个字节来表示。为了和西文符号进行区分，机内码的最高位设为“1”。机内码通常用汉字在字库中的物理位置表示，可以是汉字在字库中的序号，也可以是汉字在字库中的存储位置。

汉字的机内码、国标码和区位码之间的关系如下。（机内码前两位）=（国标码前两位）+80H=（区位码）+A0H（机内码后两位）=（国标码后两位）+80H=（区位码）+A0H

把用十六进制表示的机内码的前两位和后两位连起来，即可得到完整的用十六进制表示的机内码。在计算机内部，汉字代码都用机内码，在磁盘上记录汉字代码时也使用机内码区位码是国标码的另一种表现形式，把国标码中的汉字、图形符号组成一个94×94的方阵，分为94个区，每区包含94个位，其中区的序号为01～94，位的序号为01～94。

94个区可以分为以下4组。（1）01～15区：包含各种图形符号、制表符和一些主要国家的语言字母，其中，01～09区为标准符号区，共有682个常用符号；10～15区为自定义符号区，可留给用户自己定义。（2）16～55区：第一级汉字区，共有3755个常用汉字，以拼音为序排列。（3）56～87区：第二级汉字区，共有3008个次常用汉字，以部首为序排列。（4）88～94区：自定义汉字区，可留给用户自己定义。4．地址码

地址码是汉字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码。5．字形码

在显示或打印汉字时，通常会用到字形码，又称输出码。汉字字形是指铅字排版时汉字的大小和形状，在计算机中指组成汉字的点阵。尽管汉字字形有多种变化，笔画繁简不一，但都是方块字且大小相同，都可以写在同样的方块中。把一个方块看作m行n列的矩阵，共有m×n个点，称为汉字点阵。例如，16×16点阵的汉字共有256个点。

汉字点阵和字形的对应关系如下：有笔画处的点为1，无笔画处的点为0。这样，汉字的点阵就可以对应若干字节的字形码。这种表示汉字点阵的方法称为汉字字形的数字化表示法。例如，“口”字的16×16点阵字形如图1-10所示。图1-10

“口”字的16×16点阵字形任务3计算机系统的基本构成任务引述一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两个组成部分。硬件是软件的载体，软件是硬件的“灵魂”。计算机如果只有软件，则没有运行的基础；如果只有硬件，则无法完成任何工作。硬件构成了一台计算机的物理框架，软件则让计算机能够实际运行。本任务主要介绍计算机的硬件系统和软件系统的工作原理、基本组成，以及它们是如何相辅相成、协同工作的。工序3.1计算机系统的组成

计算机系统的组成如图

1-11

所示。

硬件系统是指计算机的物理设备，软件系统是指在硬件设备上运行的各种程序及文档。它们之间相互依存、相互配合、协同工作。

图

1-12

展示了软件、硬件和用户的关系。图1-11

计算机系统的组成图1-12软件、硬件和用户的关系工序3.2冯·诺依曼体系结构

冯·诺依曼提出的EDVAC方案明确了计算机由5个部分组成，包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，并描述了这5个部分的职能和关系。冯·诺依曼大胆地提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。另外，冯·诺依曼还提出预先编制计算程序，然后由计算机按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作，即计算机应该按照程序顺序执行。这就是著名的冯·诺依曼理论。EDVAC确立了现代计算机硬件的基本结构，即冯·诺依曼体系结构，如图1-13所示。

从ENIAC到当前的计算机采用的都是冯·诺依曼体系结构。该体系结构体现了现代计算机最基本的工作原理。图1-13

冯·诺依曼体系结构（1）计算机硬件系统由输入数据和程序的输入设备、存储程序和数据的存储器、完成数据加工处理的运算器、控制程序执行的控制器、输出处理结果的输出设备组成，这是计算机的五大基本元件。（2）存储器采用二进制形式存储指令和数据。（3）人们将需要执行的程序和数据预先存入存储器中，使计算机能自动高速地按顺序取出存储器中的指令加以执行，能够按照要求将处理结果输出给用户。工序3.3计算机硬件系统

计算机的硬件系统由以下5个部分组成。1．运算器

运算器又称算术逻辑单元，负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理，在计算机中相当于算盘，其结构如图1-14所示。图1-14

运算器的结构2．存储器

存储器用于保存或“记忆”数据和程序。在存储器中，保存一个数的16个触发器称为一个存储单元。每个存储单元的编号称为地址。存储器存储单元的总数称为存储容量，常用单位有KB、MB、GB、TB。存储容量越大，计算机可存储的信息越多。3．控制器控制器是整个计算机的控制指挥中心，是发号施令的部件，负责将任务从内存储器中取出进行分析、控制，并协调输入、输出操作或内存储器访问。4．输入设备输入设备负责把用户的程序和数据（如文字、图形、图像、声音等）转换为二进制代码，并输入计算机的存储器中。常用的输入设备有键盘和鼠标，以及扫描仪、手写输入设备、触摸屏、条形码阅读器等。5．输出设备

输出设备负责从计算机中取出程序执行结果或其他信息，供用户查看，即将计算机存储器中二进制形式的信息转换为人们习惯接受的形式。

常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

计算机工作流程：针对特定任务编写程序；通过输入设备将程序和数据输入存储器；中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）根据内部程序从存储器中取出指令，同时更新程序计数器，使其指向下一条指令地址，然后这些指令被送到控制器中进行分析、识别；控制器根据指令的含义发出相应的命令，CPU根据指令分析结果执行命令，通过输出设备输出处理结果，如图1-15所示。图1-15

计算机硬件系统1．CPU

判断一台计算机性能的好坏，首先要看CPU，它是计算机的运算核心和控制核心，如图1-16所示。其功能主要是解释计算机指令及处理计算机软件中的数据。CPU

从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令进行译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行一系列的微操作，从而完成指令的执行。3.3.1运算控制设备图1-16

CPU（1）CPU的功能。①指令控制：程序的顺序控制称为指令控制。程序是一个指令序列，这些指令的顺序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序执行。②操作控制：一条指令的功能由若干操作信号的组合实现，CPU产生并管理这些信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行操作。③时间控制：对各种操作实施时间上的定时称为时间控制。在计算机中，各种指令的操作信号及指令的整个执行过程都受到时间上的严格控制。④数据加工：数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。（2）CPU的性能指标。①主频：也称时钟频率，单位是兆赫兹（MHz）或吉赫兹（GHz），用来表示CPU运算、处理数据的速度。理论上，CPU的主频越高，运算速度就越快。运算速度的单位是百万条指令每秒（MillionInstructionsPerSecond，MIPS）。②外频：系统总线的工作频率，即CPU的基准频率。外频速度越高，CPU就可以同时接收越多的来自外部设备的数据，从而使整个系统的速度进一步提高。③倍频：CPU主频与外频之间的比例关系。在相同的外频下，倍频越高，CPU的频率就越高。④字长：CPU在单位时间内（同一时间）能一次性处理的二进制数的位数。能处理字长为8位的二进制数据的CPU通常称为8位的CPU。同理，32位的CPU能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。早期的CPU字长为8位、16位、32位。如今，市面上的CPU字长大多为64位。⑤缓存：缓存是CPU的重要性能指标之一，缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大。CPU内缓存的运行频率极高，一般和处理器同频。通常，缓存容量越大，CPU处理速度就越快。2．主板

主板又叫主机板（MainBoard）、系统板（SystemBoard）和母版（MotherBoard），是计算机的核心，CPU是附着在主板上面的，如图1-17所示。图1-17

主板

主板的性能是影响整台计算机性能的重要因素。主板安装在机箱内，是计算机最基本的部件，是安装所有计算机配件的平台，是连接微处理器与其他部件的桥梁。一块主板性能优越与否，很大程度上取决于基本输入/输出系统（BasicInputOutputSystem，BIOS）程序的管理功能是否合理、先进。

要选择一款合适的主板，首先要考虑以下原则。工作稳定，兼容性好。功能完善，扩展能力强。使用方便，可以在BIOS中对尽量多的参数进行调整。厂商有更新及时、内容丰富的网站，维修方便快捷。3．显卡

显示接口卡（VideoCard）又称显示适配器（VideoAdapter），简称显卡，如图1-18所示。图形处理单元（GraphicsProcessingUnit，GPU）是计算机显卡的核心组件，负责处理图形和视频数据，其功能已从最初的图形渲染扩展到多个领域，GPU的核心功能主要包括图形渲染与显示，如3D图形加速、2D图形处理、多屏输出等，其扩展功能包括计算加速、AI训练等。图1-18

显卡

购买显卡时需要考虑的性能指标如下。（1）显卡频率。（2）显存。（3）显存类型。3.3.2存储设备1．内存储器

内存储器（以下简称内存）容量是衡量计算机性能的重要指标。图1-19所示为DDR4内存条。内存用来存储运行的程序和数据，能够被CPU直接访问，是其他硬件设备与CPU沟通的“桥梁”。按照工作原理，内存可以分为随机存储器（RandomAccessMemory，RAM）、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM），RAM是其中最重要的存储器。（1）ROM。（2）RAM。

图1-19DDR4内存条2．硬盘

硬盘是计算机非常重要的外存储器，它由一个盘片组和硬盘驱动器组成，被固定密封在一个盒内，如图1-20所示。图1-20

硬盘（1）硬盘的使用注意事项。在硬盘工作的时候，千万不要强行切断电源在硬盘工作的时候，要尽量避免震荡如果硬盘够用，则没有必要对其进行压缩（2）硬盘的性能指标。①容量：指硬盘可存储的信息量，一般以吉字节（GB）或太字节（TB）为单位，目前市面上的硬盘容量一般为500GB～2TB。②转速：指硬盘内主轴的转动速度，即硬盘盘片在一分钟内所能达到的最大转数，单位为

r/min。转速是衡量硬盘档次的重要参数之一，也是决定硬盘内部传输速度的关键因素之一。③缓存：指硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部和外界接口之间的缓冲器。④传输速率：指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。目前，FastATA接口硬盘的最大外部传输速率为16.6MB/s，而UltraATA接口硬盘的传输速率可达到33.3MB/s。⑤平均访问时间：平均访问时间（AverageAccessTime）即“平均寻道时间”，指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均寻道时间通常为8～12ms，而SCSI硬盘的平均寻道时间应小于或等于8ms。3．固态盘

固态盘由控制单元和存储单元组成，简单来说，它就是用固态电子存储芯片阵列制成的，如图1-21所示。图1-21

固态盘4．光驱

光盘驱动器简称光驱，是一种结合光学、机械及电子技术的产品，如图

1-22

所示。

图1-22

光驱（1）数据传输速率。

数据传输速率是CD-ROM驱动器最基本的性能指标，该指标直接决定了光驱的数据传输速率，通常以KB/s为单位。最早出现的CD-ROM驱动器的数据传输速率只有150KB/s，当时有关国际组织将该速率定为单速，之后出现的光驱的数据传输速率与单速是倍数关系。（2）CPU占用率。CPU占用率指CD-ROM驱动器在维持一定的转速和数据传输速率时占用CPU的时间。该指标是衡量光驱性能的一个重要指标。（3）高速缓存容量。

这个指标通常会用Cache表示，也有些厂商用BufferMemory表示。它的容量大小直接影响了光驱的运行速度。（4）平均访问时间。

它是衡量光驱性能的一个指标，指从检测光头定位到开始读盘这个过程所需要的时间，单位是ms，与数据传输速率有关。5．U盘和移动硬盘U盘全称为“USB闪存盘”，如图1-23所示。它是一个USB接口的无须物理驱动器的微型高容量移动存储产品，可以通过USB接口与计算机连接，实现即插即用。由于U盘具有存储容量大、体积小、存取速度快、携带方便等特点，因此是目前市面上比较受欢迎的移动存储产品。

移动硬盘用于在计算机之间交换大量数据，是一种强调便携性的存储产品，如图

1-24

所示。市场上绝大多数的移动硬盘是以标准硬盘为基础的。移动硬盘的数据读写模式与标准IDE硬盘是相同的。

图1-23

U盘

图1-24

移动硬盘

移动硬盘具有以下特点。（1）容量大。（2）体积小。（3）数据传输速率高。（4）使用方便。（5）可靠性高。1．鼠标

鼠标分为有线鼠标和无线鼠标两种，如图

1-25

和图

1-26

所示。

有线鼠标按其工作原理及其内部结构的不同可以分为机械式、光电式和光学式。3.3.3输入设备

图1-25

有线鼠标

图1-26

无线鼠标2．键盘

键盘是一种指令和数据输入装置，如图

1-27

所示，是

PC

最基本的配置之一。按照应用形式，键盘可以分为台式机键盘、笔记本计算机键盘、手机键盘、工控机键盘、速录机键盘、双控键盘和超薄键盘等。图1-27

键盘3．触摸屏

触摸屏是一种附加在显示器上的辅助输入设备。借助这种设备，用手指直接触摸屏幕上显示的某个按钮或某个区域，即可达到相应的选择目的。触摸屏为人机交互提供了更简单、更直观的输入方式。按触摸原理的不同，触摸屏大致可分为5类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波触摸屏、红外线式触摸屏和压感式触摸屏。4．扫描仪

扫描仪通过光学识别系统从数据源直接捕获数据，利用它可以迅速地将图形、图像、文本从外部环境输入计算机，如图1-28所示。

图1-28

扫描仪

当前常用的扫描仪主要采用两种光电转换技术：电荷耦合检测器（ChargeCoupledDetector，CCD）和接触式图像传感器（ContactImageSensor，CIS）。CCD扫描仪利用感光单元将光信号转为电信号，具有较广的动态范围和高精度，适合专业图像处理和文档扫描，如办公文档、照片及图纸等。

扫描仪的技术指标有以下几项。（1）分辨率（2）灰度层次（3）扫描速度（4）扫描幅面5．语音输入设备

语音输入设备（Voice-InputDevice）能直接将人类的语言转换成数字信号并输入计算机。广泛使用的语音识别系统由麦克风、声卡和语音输入软件系统组成，这些系统使得用户能用语言命令进行文档处理和操作计算机。6．其他输入设备

常见的输入设备还有手写笔（用来输入文字）、游戏杆（游戏中使用）、数字化仪（用来输入图形、图像）、数字摄像机（可输入动态视频数据）、条形码阅读器、磁卡阅读器、光笔输入器等。1．液晶显示器

液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）如图1-29所示，为平面超薄的显示设备，采用一定数量的彩色或黑白像素显示图像，液晶面板放置于背光源前方。液晶显示器功耗很低，因此备受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面，配合背部灯管构成画面。3.3.4输出设备图1-