1、本章学习要点计算机的发展计算机的特点与应用计算机系统的组成微型计算机系统的安装与使用信息安全与职业道德本章学习要求了解电子计算机的特点、发展和应用领域；认识计算机系统的组成和典型微型计算机的基本配置；理解数据存储基本单位的基本概念和计算机的主要技术指标；掌握常用存储设备和外部设备的使用和维护方法；熟练掌握键盘的操作；了解计算机系统的安全知识。概况：1946年诞生第一台电子数字计算机 ENIAC以来，计算机科学成为了一门发展速度最快的学科。特别是微型计算机的诞生和计算机网络技术的发展，计算机应用技术更加广泛深入地渗透到社会和人们生活的各个领域。电子计算机：一种高速进行操作.具有内部存储能力.由程
2、序控制操作过程的电子设备。一.近代计算机的发展原始时代，人类主要用自身的附属物进行计数，如石子、绳结、小木棍等。特点：简单可靠，不便于保存计算结果。我国唐末出现的算盘，是人类经过加工制造出来的第一种计算工具。随着社会生产力的发展，计算更加复杂，研制和开发计算工具成为科学家们热衷的话题。17世纪以来，在计算工具发展上作出重要贡献几位科学家：1.法国物理学家帕斯卡（Blaise Pascal：16231662年）1642年发明了世界上第一台机械计算机-加法器（只能进行加法和减法运算，见图1-1）。加法器由一系列齿轮组成，利用齿轮传动原理，通过手工操作实现加发和减法运算。加法器中有10个分别刻着数字
3、0到9的轮子，利用齿轮啮合装置，低位的齿轮每转10圈，高位的齿轮转一圈，实现“逢十进一”的进位。为纪念帕斯卡在计算机领域开拓性的贡献，1971年发明的一种程序设计语言命名为“Pascal语言”。2.德国数学家莱布尼茨（Leibniz，16461716年）1674年，在帕斯卡的基础上制作了一台出更加完美的机械计算机-乘法器。乘法器可以进行加、减、乘、除四则运算（见图1-2）。莱布尼茨还提出“二进制”数的设计思想，以及二进制数的运算法则，对后来计算机的发展产生了深远的影响。1.1 计算机的发展3.英国数学家查尔斯巴贝奇（Charles Babbage，17921871年）1822年设计了第一台差分
4、机（图1-3）可以保存3个5位的十进制数，并且能进行加法运算，精确度可达到6位，还能打印结果。可以按设计者的控制自动完成一连串运算，体现了最早的程序设计思想，为现代计算机的发展开辟了道路。1834年，制成一台可以运转的分析机模型（图1-4）。能够存储1000个数字，加法速度为每秒钟一次，乘法的速度为每分钟一次。具备“输入”、“运算”、“输出”、“存储”四大现代计算机特征。1.1 计算机的发展4.阿达奥古斯塔(Ada Augusta，18151852年)英国著名诗人拜伦的女儿，协助巴贝奇完善了分析机的设计，发现了编程的基本要素，编写了伯努利数的程序，公认为世界上第一位软件工程师、第一位程序员。后
5、来一种程序设计语言被命名为ADA（阿达），以寄托人们对她的纪念和钦佩。1.1 计算机的发展5.美国哈佛大学霍华德艾肯（Howard Aiken，19001973年）1936年，霍华德艾肯在图书馆查阅参考资料时发现了巴贝奇的分析机论文，写了一篇自动计算机的设想的建议书，提出用机电方式（不是纯机械方法）构造新的“分析机”。1944年，在IBM公司资助下，研制出“马克1号”（Mark）机电式计算机（图1-5），正式名字是“自动顺序控制计算器”。1944年2月，Mark在哈佛大学正式运行，用来计算原子核裂变过程，编出的数学用表至今还在使用。1.1 计算机的发展Mark计算机的研制成功，也正是IBM走上
6、计算机产之路的开始。后来，霍华德艾肯继续主持了Mark和Mark计算机的研制工作，这已经属于电子计算机的范畴。Mark是电子计算机诞生前的最后一台大型计算机。由于人类社会已经跨进电子时代，这台计算机从投入运行开始已过时，但为研制电子计算机积累了重要的经验。1.1 计算机的发展二.电子计算机的诞生1.第一台数字电子计算机ENIAC的诞生1946年2月15日，在美国宾夕法尼亚大学莫尔学举行了人类历史上第一台数字电子计算机的揭幕典礼。第一台计算机命名为“电子数字积分机和计算机”，即ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）（图1-6）图
7、1-6 ENIAC计算机1.1 计算机的发展ENIAC计算机总共安装了16种型号的18000个真空管，1500个电子继电器，70000个电阻器，18000个电容器，占地面积170平方米，总重量达30吨，耗电140千瓦，堪称为“巨型机”。ENIAC能在1秒钟内完成5000次加法运算，在3/1000秒内完成两个10位数的乘法运算，运算速度至少超出马克1号1000倍以上。例如，计算炮弹发射到进入轨道的40个点，手工操作机械计算机需710小时，利用它仅用 3秒钟，速度提高了8400倍以上。ENIAC问世具有划时代的意义，预示着计算机时代的到来。1.1 计算机的发展ENIAC内部只有20个寄存器，编程序
8、在控制面板上用开关进行。运算时，先把少数数据送到寄存器内，大量的运算部件要像堆积木一样，由人工接线搭配成各种解题的布局。每换算一道题，就要重新搭接一次。进行几分钟的运算，需要几个人花上几小时甚至几天的时间作准备（图1-7）。1.1 计算机的发展以科学技术为标志，人类历史上发生了三次产业革命。蒸气机的发明标志着第一次产业革命的兴起；电的发现与应用掀起了第二次产业革命的浪潮；数字电子计算机的诞生拉开了第三次产业革命的序幕。1.1 计算机的发展2.约翰冯诺依曼（John Von Nouma，19031957）美藉匈牙利人约翰冯诺依曼（图1-8）是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大学、伊斯坦堡大学、
9、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑高等技术学院等校的荣誉博士，是美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院和意大利国立林且学院等院的院士。1954年任美国原子能委员会委员；1951年1953年任美国数学会主席。冯诺依曼首先提出在计算机内存储程序的概念，用单一处理部件来完成计算、存储及通信工作。“存储程序”成了现代计算机的重要标志。1.1 计算机的发展从1944年8月到1945年6月，在共同讨论的基础上，冯诺依曼撰写的存储程序通用电子计算机方案-EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）报告，详细阐述了新型计算机的设计思想，奠定了现代计算机
10、的发展基础。该报告直到现在仍被人们视为计算机科学发展史上里程碑式的文献。1.1 计算机的发展在EDVAC报告中，冯诺依曼提出了以下三点：新型计算机采用二进制（原来采用十进制）。十进制使电路复杂、体积庞大。难以找到10个不同稳定状态的机械或电气元件，机器的可靠性较低。二进制可使运算电路简单、体积小。实现两个稳定状态的机械或电器元件容易找到，机器的可靠性明显提高。1.1 计算机的发展采用“存储程序”的思想。程序和数据都以二进制的形式统一存放在存储器中，由机器自动执行。不同程序解决不同的问题，实现了通用计算的功能。把计算机从逻辑上划分为5个部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。1.1 计
11、算机的发展由于种种原因，EDVAC机器无法被立即研制。1951年，在极端保密的情况下，冯诺依曼支持的EDVAC计算机才宣告完成，不仅可以应用于科学计算，还可以用于信息检索领域。EDVAC用3563只电子管和10000只晶体二极管，采用1024个44比特水银延迟线装置来存储程序和数据，耗电和占地面积只有ENIAC的三分之一，速度比ENIAC提高了240倍。1.1 计算机的发展1946年6月，冯诺依曼等人在EDVAC方案的基础上，提出了更加完善的设计报告电子计算机逻辑设计初探。以上两份文件的综合设计思想，即著名的“冯诺依曼机”（或存储程序式计算机），核心是存储程序原则-程序和数据一起存储。这个概念
12、被誉为计算机发展史上的一个里程碑，标志着电子计算机时代的真正开始，指导着以后的计算机设计。1.1 计算机的发展真正实现存储程序的第一台电子计算机，是英国剑桥大学的威尔克斯（MVWilkes）根据冯诺依曼设计思想领导设计的EDSAC(电子延迟存储自动计算器)，于1949年5月制成投入运行。由于存储程序工作原理是冯诺依曼提出的，存储程序工作原理的计算机被称为“冯诺依曼式计算机”。至今为止，大多数计算机仍然采用冯诺依曼型计算机的组织结构。人们把“冯诺依曼计算机”当作现代计算机的重要标志。并把冯诺依曼誉为“计算机之父”。1.1 计算机的发展3.阿兰图灵（Alan Turing）阿兰图灵（图1-9）19
13、12年6月23日出生于英国伦敦，是世界上公认的计算机科学奠基人。1936年，图灵发表了划时代的论文-论可计算数及其在判定问题中的应用，论文中论述的“图灵机”是一种假想的计算机。图灵描述了一种假想的通用计算器-“图灵机”。1.1 计算机的发展图灵机由三部分组成（图1-10）控制装置读写头两端可无限延长的工作带工作带上被划分成一个个大小相同的方格，每个方格内记载着给定字母表上的符号；控制器带有读写头，且能在工作带上左右移动。随着控制器的移动，读写头可读出方格中的符号，也可改写方格中的符号。图灵机能进行多种运算，并可用于一些定理的证明。1.1 计算机的发展图灵机把程序和数据都以数码的形式存储在纸带上
14、，是“存储程序”型的。这种程序能把高级语言写的程序译成机器语言写的程序。通用图灵机实际上是现代通用数字计算机的数学模型。图灵机的思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础。为了纪念阿兰图灵在计算机领域奠基性的贡献，1966年，美国计算机协会（ACM，Association for Computing Machinery）决定设立“图灵奖”，是计算机领域的最高奖，相当于该领域的诺贝尔奖，奖励那些在计算机科学与技术发展中做出卓越贡献的杰出科学家。1.1 计算机的发展三.现代计算机的发展从1946年第一台电子数值积分计算机ENIAC诞生以来，根据逻辑元件划分，电子计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电
15、路、大规模和超大规模集成电路四个发展阶段。电子计算机不仅在体积、重量和消耗功率等方面显著减少，而且在硬件、软件技术方面有极大的发展，在功能、运算速度、存储容量和可靠性等方面都得到极大的提高。（表1-1）发展阶段性能指标 第一代（1946-1958年）第二代（1958-1964年）第三代（1964-1971年）第四代(1971年至今)逻辑元件电子管晶体管中、小规模集成电路大规模、超大规模集成电路 主存储器磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓半导体存储器半导体存储器 辅助存储器磁鼓、磁带磁鼓、磁带、磁盘磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘 处理方式机器语言、汇编语言作业连续处理、编译语言实时、分时处理，多道程序实时、
16、分时处理，网络结构运算速度(次/秒)几千几万几万几十万几十万几百万几百万百亿 主要特点体积大,耗电大,可靠性差,价格昂贵,维修复杂。体积较小,重量轻,耗电小,可靠性较高。小型化,耗电少,可靠性高。微型化,耗电极少,可靠性很高。1.1 计算机的发展1969年，美国Intel公司的工程师马西安霍夫（MEHoff）提出一个设想：把计算机的全部电路做在4个芯片上，即中央处理器芯片、随机存储器芯片、只读存储器芯片和寄存器电路芯片，从而制造出了世界上第一片4位微处理器，又称 Intel 4004，由此组成了第一台微型计算机 MCS4。1971年诞生的这台微型计算机，揭开了世界微型计算机发展的序幕。1.1
17、计算机的发展微机系统的中央处理器（CPU）由大规模或超大规模集成电路构成，做在一个芯片上，又称为微处理器MPU（MicroProcessing Unit）。微型计算机的发展历程，从根本上说就是微处理器的发展历程。微型计算机的换代，通常以其微处理器的字长和系统组成的功能来划分。1971年以来，微型计算机经历了4位、8位、16位、32位和64位微处理器的发展阶段。1.1 计算机的发展微型计算机（Microcomputer）又称个人计算机（Personal computer），是以微处理器芯片为核心构成的计算机。微型计算机除具有电子计算机的普遍特性外，还有一般电子计算机无法比拟的特性，如体积小、线路
18、先进、组装灵活、使用方便、价廉、省电、对工作环境要求不高等。微型计算机已经进入了几乎所有的行业，甚至渗透到办公室和家庭，并用于游戏和娱乐。1.1 计算机的发展巨型机的诞生也是第四代计算机的一个引人注目的成就。巨型机的运算速度可达每秒数千万次至数十亿次，处理速度极快、存储容量极大，在现代化的大规模工程建设、军事防御系统、国民经济宏观管理以及社会发展中的大范围统计、复杂的科学计算和数据处理等方面发挥着重要的作用。在大规模和超大规模集成电路技术的发展和各种应用背景的大力支持下，20世纪80年代初开始了对人工智能计算机的研究，并成为计算机科学中的一个重要分支。1.1 计算机的发展微型计算机的诞生推动了
19、计算机的普及和应用，加快了信息技术革命，使人类进入信息时代。多媒体计算机技术的应用，实现了文字、数据、图形、图像、动画、音响的再现和传输。Internet网把世界联成一体，形成信息高速公路，令人真正感到“天涯咫尺”。1.1 计算机的发展四.我国计算机事业的发展1953年1月，我国成立了第一个电子计算机科研小组。1956春，国家制定了发展我国科学的12年远景规划（即19561967年科学技术发展远景规划），把开创我国的计算技术事业等项目列为四大紧急措施之一，揭开了我国电子计算机发展的序幕。1.1 计算机的发展1.华罗庚（1910.111985.6）我国计算机技术的奠基人和最主要的开拓者之一。19
20、47年1948年，华罗庚在美国普林斯顿高级研究院任访问研究员，和冯诺依曼、哥德斯坦等人交往甚密。当时，冯诺依曼正在设计世界上第一台存储程序的通用电子数字计算机，冯诺依曼让华罗庚参观他的实验室，并经常和华罗庚讨论有关的学术问题。这时，华罗庚教授已经开始酝酿着回国后在中国开展电子计算机研制工作的计划。1.1 计算机的发展华罗庚教授1950年回国后，任清华大学教授、中国科学院数学所所长。1952年，从清华大学电机系物色了闵乃大、夏培肃和王传英三位科研人员在中国科学院数学所内建立了我国第一个电子计算机科研小组，开始设计和研制我国自己的电子计算机。1956年春，国家制定发展我国科学的12年远景规划后，华
21、罗庚教授担任计算技术规划组组长。1.1 计算机的发展1956年8月，成立由华罗庚教授为主任的科学院计算所筹建委员会，组织了计算机设计、程序设计和计算机方法专业训练班，首次派出一批科技人员赴苏联实习和考察。同年，夏培肃完成第一台电子计算机运算器和控制器的设计工作，同时编写了我国第一本电子计算机原理讲义。1.1 计算机的发展2.我国计算机系统的研制1958年与1959年，以前苏联计算机资料为蓝本，分别研制出我国最早期的计算机-103小型数字计算机和104大型通用数字计算机。1964年5月与10月分别研制出大型电子管计算机119机与J-501机。1965年，在119机上配置了BCY语言，为J-501
22、机配置了ALGOL语言。1.1 计算机的发展20世纪60年代中期，我国全面进入第二代电子计算机的研制时代，即晶体管计算机时代。当时研制和生产的计算机有109乙机、109丙机、441B机108机X-2机、121机和112机以及320机。其中，320机的运算速度为平均每秒27万次。这些机器一般都配有ALOGL或FORTRAN语言。1.1 计算机的发展1964年，我国已研制出集成电路，1965年开始集成电路计算机的研究。1971年，基本研制成功111机和112机。1973年，研制出百万次级的150机和655机。同年研制出100系列和200系列计算机。清华大学研制的130机与140机批量生产千余台。该
23、系列机配有14个软件系统，其中包括三个操作系统（XT-1、XT-2、XT-3）和FORTRAN、COBOL、BASIC语言，以及光笔等其它软件。1.1 计算机的发展20世纪80年代以后，随着国民经济发展和改革开放，我国计算机事业取得了可喜的成就。在大规模集成电路方面，我国已能批量生产相当于16位的CPU芯片、64位的存储芯片。中国科学院计算技术研究所研制成757向量机和KJ8920大型机。国防科技大学先后于1983年和1992年研制成巨型机银河和，它们都配有操作系统、高级语言编译程序等系统软件。1.1 计算机的发展国家智能计算机研究开发中心于1995年研制成大规模并行计算机曙光1000。在微机
24、生产方面，国产的微机在国内市场上已占有很大的比例。1985年6月，长城计算机公司与清华大学联合研制的0520机是我国最早的国产微型计算机。随着对微型计算机需求量的日益增长，我国微型计算机的装机量得到了高速增长，计算机得到了更广泛的普及和应用。1.1 计算机的发展五.计算机的发展趋势计算机朝着巨型化、微型化、智能化、网络化等方向发展。计算机本身的性能越来越优越，应用范围也越来越广泛，已成为工作.学习和生活中必不可少的工具。1.1 计算机的发展计算机技术的发展的主要特点：1.巨型化 2.微型化3.智能化 4.网络化5.多媒体技术的应用6.键盘输入方式向多种更简单、更方便的输入方式过渡。从发展趋势看
25、，未来的计算机将是计算机技术、微电子技术、光学技术、超导技术和电子仿生技术相互结合的产物；集成光路、超导器件、电子仿生技术等将进入计算机。计算机将会发展到一个更高、更先进的水平。一.计算机的特点与分类1.计算机的主要特点运算速度快运算速度：计算机在单位时间内执行指令的平均速度。可以用每秒钟能完成多少次操作（如加法运算），或每秒钟能执行多少条指令来描述。精确度高精确度主要表现为数据表示的位数，一般称为字长。字长越长精度越高。具有“记忆”和逻辑判断能力计算机可以把原始数据、中间结果、运算指令等信息存储起来，供使用者调用。电子计算机与其它计算装置的一个重要区别。计算机能在运算过程中随时进行各种逻辑判
26、断，并根据判断的结果自动决定下一步执行的命令。程序运行自动化计算机具有“记忆”能力和逻辑判断能力，因而计算机内部的操作运算都是自动控制进行的。程序送入计算机后，计算机就在程序的控制下自动完成全部运算并输出运算结果，不需要人的干预。2.计算机的分类根据用途及其使用范围，计算机可以分为通用计算机与专用计算机。通用计算机：通用性强，有很强的综合处理能力，能够解决各种类型的问题；专业计算机：功能单一，配备了解决特定问题的软、硬件，能够高速、可靠地解决特定的问题。根据计算机的运算速度、字长、存储容量、软件配置等多方面的综合性能指标，计算机可以分为巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、网络计算机
27、等。计算机技术的不断发展，分类标准也不断变化，以上分类只能适应某个时期。1巨型机（Supercomputer）又称超级计算机，指目前速度最快、处理能力最强、造价最昂贵的的计算机。将许多微处理器以并行架构的方式组合在一起，运算速度已可以达到每秒几万亿次浮点运算，容量相当大。巨型机的主要用途是处理超标量的资料，如人口普查、天气预报、人体基因排序、武器研制等，主要使用者为大学研究单位、政府单位、科学研究单位等。我国研制的“银河”和“曙光”等代表国内最高水平的巨型机属于这类计算机。2大型机（Mainframe）比巨大型机的性能指标略低，大型、通用，较快的处理速度和较强的综合处理能力，速度可达每秒数千万
28、次。完善的指令系统、丰富的外部设备和功能齐全的软件系统，强调的重点在于多个用户同时使用。一般作为大型“客户机/服务器”系统的服务器，或“终端/主机”系统中的主机，主要用于大银行、大公司、规模较大的高等学校和科研单位，处理日常大量繁忙的业务，如科学计算、数据处理、网络服务器和大型商业管理等。3小型机（Minicomputer）规模小、结构简单、设计研制周期短、便于采用先进工艺、易于操作、便于维护和推广。应用范围很广，如工业自动控制、大型分析仪器、测量仪器、医疗设备中的数据采集、分析计算等，也可以用作大型机、巨型机的辅助机，广泛用于企业管理以及大学和研究机构的科学计算等。4微型机（Microcom
29、puter）又称个人计算机（Personal Computer，PC），简称微机，俗称电脑，是大规模集成电路的产物。微型机以微处理器为核心，配上存储器、接口电路等芯片组成。体积小、重量轻、功耗小、价格低廉、适应性强和应用面广等优点，得到广泛的应用，成为现代社会不可缺少的重要工具。5工作站(Workstation)一种介于小型机和微型机之间的高档微型计算机。独到之处是有大容量的主存、大屏幕显示器，特别适合于计算机辅助工程。例如，图形工作站一般包括主机、数字化仪、扫描仪、鼠标器、图形显示器、绘图仪和图形处理软件等，可以完成对各种图形的输入、存储、处理和输出等操作。6.服务器（Server）具有强大
30、的处理能力、容量很大的存储器，以及快速的输入输出通道和联网能力，是一种在网络环境中为多个用户提供服务的共享设备。根据其提供的服务，可以分为文件服务器、邮件服务器、WWW服务器、FTP服务器等。7.网络计算机（Network Computer，NC）根据IBM、Oracle和Sun公司共同制定的网络计算机参考标准（Network Computer Reference Profile，NCRF），网络计算机是一种使用基于Java技术的瘦客户机系统。网络计算机与标准显示器、键盘和鼠标相连，没有硬盘驱动器，关机时，所有的应用程序和数据均保留在服务器或主机上。根据不同的应用建立方式，某些应用在服务器上执
31、行，某些应用在客户机上执行。网络计算机具有微机的功能，能够保障信息安全，避免安全隐患，因而更安全、更便宜。网络计算机针对Internet/Intranet标准而采用全新设计，开机时下载Java小应用程序（Java Applet）供本地使用，并与服务器上的应用连接，存取主机上的数据。由于下载频繁，只适用于高带宽的网络环境。二.计算机的应用根据计算机的应用特点，可以归纳为以下几大类。1.科学计算利用计算机解决科学研究和工程设计等方面的数学计算问题，又称为数值计算。科学计算的特点是计算量大，要求精确度高、结果可靠。利用计算机的高速性、大存储容量、连续运算能力，可以实现人工无法实现的各种科学计算问题。
32、例如，建筑设计中的计算；各种数学、物理问题的计算；气象预报中气象数据的计算；地震预测。2.信息处理（数据处理）对大量信息进行存储、加工、分类、统计、查询等操作，形成有价值的信息。计算方法比较简单，数据量比较大，包括数据的采集、记载、分类、排序、存储、计算、加工、传输、统计分析等方面的工作，结果一般以表格或文件的形式存储或输出，泛指非科学计算方面的、以管理为主的所有应用。例如，企业管理、财务会计、统计分析、仓库管理、商品销售管理、资料管理、图书检索等。3.实时控制（或称过程控制）用计算机及时地采集、检测被控对象运行情况的数据，通过计算机的分析处理后，按照某种最佳的控制规律发出控制信号，控制对象过
33、程的进行。通常用微控制器芯片或低档微处理器芯片，并做成嵌入式的装置。特殊情况下才用高级的独立计算机进行控制。实时控制在机械、冶金、石油化工、电力、建筑、轻工等各个部门都得到了广泛的应用，在卫星、导弹发射等国防尖端科学技术领域，更离不开计算机的实时控制。4.计算机辅助系统包括计算辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI）和计算机辅助测试（CAT）等。计算机辅助设计（CAD）：利用计算机帮助设计人员进行设计，使设计工作实现自动化或半自动化。计算机辅助制造（CAM）：利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作过程。计算机辅助教学（CAI）：利用计算机辅助教师进行教学，把教学
34、内容编成各种“课件”，学生可以选择不同的内容，使教学内容多样化、形象化，便于因才施教。如各种教学软件、试题库、专家系统等。计算机辅助测试（CAT）：利用计算机进行测试。将CAD、CAM、CAT技术有效地结合起来，可以使设计、制造、测试全部由计算机来完成，大大减轻科技人员和工人的劳动强度。5.系统仿真利用模型来模仿真实系统的技术。通过仿真模型可以了解实际系统或过程在各种因素变化的条件下，其性能的变化规律。例如，将反映自动控制系统的数学模型输入计算机，利用计算机研究自动控制系统的运行规律；利用计算机进行飞行模拟训练、航海模拟训练、发电厂供电系统模拟训练等。6.办公自动化（OA）以计算机或数据处理系
35、统来处理日常例行的各种事务工作，应具有完善的文字和表格处理功能，较强的资料、图像处理能力和网络通讯能力，可以进行各种文档的存储、查询、统计等工作。例如，起草各种文稿，收集、加工、输出各种资料信息等。办公自动化设备除计算机外，一般还包括复印机、传真机、通讯设备等。7.人工智能又称智能模拟，利用计算机系统模仿人类的感知、思维、推理等智能活动，是计算机智能的高级功能。研究和应用的领域包括模式识别、自然语言理解与生成、专家系统、自动程序设计、定理证明、联想与思维的机理、数据智能检索等。例如，用计算机模拟人脑的部分功能进行学习、推理、联想和决策；模拟名医生给病人诊病的医疗诊断专家系统；机械手与机器人的研
36、究和应用等。8.电子商务和电子政务通过计算机网络进行的商务和政务活动，是Internet技术与传统信息技术相结合产生的在Internet上展开网上相互关联的动态商务活动和政务活动。计算机已在各个领域、各行各业中得到广泛的应用，其应用范围已渗透到科研、生产、军事、教学、金融银行、交通运输、农业林业、地质勘探、气象预报、邮电通信等各行各业，并且深入到文化、娱乐和家庭生活等各个领域，其影响涉及社会生活的各个方面。一.计算机系统的组成原理完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件是计算机系统的物质基础，是可以看得见摸得着的机器部分；软件是计算机硬件系统的指挥者和操作对象，包括各种程序、数据
37、、文档等信息。硬件和软件的组合构成了计算机系统，二者相互依存。没有硬件，就不能构成计算机设备，没有软件，硬件就不能正常工作。1计算机的硬件系统包括构成计算机的各种部件和外部设备。尽管计算机技术不断发展，基本结构和工作原理都是采用冯.诺依曼提出的“存储程序式计算机”结构思想，即一台完整的计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成（图1-12）。其中，实线表示数据信息，虚线表示控制信息。运算器（Arithmetic Logical Unit，ALU）又称为算术逻辑单元 ALU（Arithmetic and Logical Unit），是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件。
38、算术运算即加、减、乘、除运算；逻辑运算即“与”、“或”、“非”、“比较”、“移位”等操作。运算器在控制器的控制下，从内存储或内部寄存器中取出数据并进行算术或逻辑运算。控制器（Control Unit，CU）统一控制和指挥计算机各个部件协调工作的部件。在控制器的控制下，计算机自动按照程序设定的步骤进行一系列指定的操作，以完成特定的任务。运算器和控制器合称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），是计算机系统的核心部件。存储器（Memory）存储程序和数据的部件。在控制器控制下对数据进行存/取操作。“读”：把数据从存储器中取出的过程“写”：把数据存入存储器的过程存储容
39、量用B、KB、MB、GB、TB等存储容量单位表示。由于CPU的处理速度非常高，要求存储器不仅存储容量大，而且读/写速度也要快。受技术和价格限制，存储容量和读/写速度很难完美统一。通常分为内存储器（内存）和外存储器（外存）。内存储器又称主存储器，由半导体器件构成，可以由CPU直接访问，存取速度快，存储容量相对于外存较小。划分为一个个存储单元，每个存储单元存放一组二进制代码（数据或指令）。每个存储单元都有一个唯一的编号，称作地址。内存分为只读存储器和随机存储器两类。只读存储器（Read Only Memory，ROM）：只能读出其中的数据，不能写入新的数据。即使中断电源，数据也不会丢失。一般用来存
40、放固定的、控制计算机的系统程序和参数表等。随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）：既可读出其中的数据，也可修改其中的数据或写入新的数据。中断电源，存放的数据将全部丢失。Cache（高速缓冲存储器）：在内存和CPU之间，用来存放当前正在执行的程序中使用频率很高的活跃部分，以便快速地向 CPU提供指令和数据，使访问存储器的速度与CPU的速度相匹配。Cache的存取速度比主存更快，容量更小。外存储器（辅助存储器）一般由磁性或光性材料构成，如软磁盘、硬磁盘、磁带、光盘等。存取速度慢、存储容量相对于内存大，可长久保存大量的信息。外存中的程序和数据必须先装入内存，CPU才可以处
41、理。输入设备（Input device）向计算机主机输入程序和数据的设备。计算机常用的输入设备有键盘、鼠标器等。输出设备（Output device）将计算机主机对数据处理后的结果显示、打印出来或存储到外存磁盘上的设备。计算机常用的输出设备有显示器、打印机等。外存储器、输入设备和输出设备统称为计算机的外部设备，简称外设。2计算机的软件系统冯.诺依曼型计算机的工作原理是“存储程序和程序控制”。为完成某一特定的任务，先将编写好的程序以及程序运行所需的数据通过输入设备输入到计算机中并存储在存储器中，然后在程序控制下逐条执行程序中的每条指令。软件是指计算机运行时所需的程序、数据及相关资料的总和。只有硬
42、件而无软件的计算机称作“裸机”，不能做任何工作。“裸机”与软件相结合才能构成一台完整的、可以进行正常工作的计算机系统。从计算机系统角度来看，软件可分为系统软件和应用软件两大类。系统软件指控制和协调计算机硬件及其外部设备、支持应用软件的开发和运行的软件。用户通过系统软件间接地使用计算机硬件资源，既方便用户，且提高工作效率。常用的系统软件有操作系统、程序设计语言及处理程序、数据库管理系统、各种服务性程序等。操作系统（Operating System，OS）控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程并方便用户充分且有效地使用计算机资源的程序集合。系统软件的核心，整个计算机系统的“管家”
43、，用户与计算机之间的接口。目前微型计算机上使用的操作系统主要有DOS、Windows、Unix、Linux等。程序设计语言及处理程序计算机语言是能够完整、准确地表达人的意图并控制计算机完成指定功能的符号系统，又称程序设计语言。程序设计语言可分为机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言：中央处理器可以直接识别并执行的语言，以二进制代码0或1表示，特点是程序执行效率高，但通用性差，直观性差，并且难懂、易错。汇编语言：用较直观、容易记忆和书写的助记符表示，又称符号语言。计算机只能直接理解并执行用机器语言编写的程序。汇编语言编写的源程序必须通过“汇编程序”翻译成机器语言程序（目标程序）后，才能使计算机接
44、受并执行。机器语言与汇编语言都是面向机器、依赖于硬件并与计算机硬件直接相关，不同种类的计算机，其机器语言与汇编语言也不相同。机器语言与汇编语言又被称为低级语言。高级语言独立于具体的计算机硬件、接近于人类的自然语言（英语）和数学语言符号。高级语言通用性和可移植性好，易读、易维护。高级语言源程序不能被计算机直接识别和执行，必须经过语言处理程序翻译成机器语言程序（目标程序），才能为计算机执行。计算机将源程序翻译成目标程序有两种方式：编译方式通过编译程序将源程序的全部语句翻译成目标程序，再经过连接程序的连接形成可执行程序。运行速度快。解释方式用解释程序将源程序中语句逐条翻译成计算机可以识别的机器代码，
45、翻译一条，执行一条，边翻译边执行。解释方式下不产生目标程序代码。执行速度慢，但人机对话性强，初学者较易懂易学。数据库管理系统（DBMS）数据库系统中对数据进行管理的系统软件，是数据库系统的核心。如果把数据库比作是一个数据的仓库，DBMS如同仓库的管理机构。服务性程序支持和维护计算机正常处理工作的系统软件。主要包括错误诊断、程序检查、自动纠错、测试程序和软硬件的调试程序等。应用软件为解决具体的实际应用问题而编制的程序。计算机应用领域广泛，应用软件的种类也特别多，常见的有科学计算程序、文字处理软件、计算机辅助教学软件、计算机辅助设计软件包（CAD）等。小结：计算机系统是一个由计算机硬件和计算机软件
46、构成的完整系统，硬件由主机和外部设备等组成，软件可分为系统软件和应用软件两大类。（图1-13）图1-13 计算机系统的组成二.微型计算机系统的硬件系统微型计算机是大规模集成电路技术与计算机技术相结合的产物。外观：由主机箱、显示器、键盘和鼠标等组成（图1-14）根据需要可以增加打印机、扫描仪、音箱等外部设备。主机机箱有卧式和立式两种。主机箱中有系统主板、外存储器、输入/输出接口电路、电源等。微型计算机属于冯.诺依曼体系结构，硬件系统由五大部分组成，但有自己的构造特点。设计特点主要体现在采用微处理器及总线结构等方面。通过大规模集成电路技术将运算器和控制器集成在一个体积小但功能强大的微处理器芯片上。
47、主机各部件之间通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连。图1-15从总线结构的角度表示硬件系统的逻辑结构。1总线微型计算机中各硬件组成部件之间传递信息的公共通道。各组成部件通过系统总线相互连接而形成计算机系统。内部总线：在CPU内部传输数据的通路；外部总线：CPU与内存和输入/输出设备接口间的通路。通常说的总线一般指外部总线。总线是整个微机系统的“大动脉”，对系统的功能和数据传送速度有极大的影响。一定时间内可传送的数据量称为总线的带宽。数据总线的宽度与计算机系统的字长有关。目前微机普遍采用PCI总线。2系统主板（Mainboard）又称系统板、母板等，微型计算机的核心部件。主板是
48、安装在主机机箱内的一块多层印刷电路板，外表两层印刷信号电路，内层印刷电源和地线。主板上有各种插槽、接口、电子元件，以及系统总线。主板性能对微机的总体指标将产生举足轻重的影响。主板一般集成了串/并行口、键盘/鼠标接口、USB接口、软驱接口和增强型（EIDE）硬盘接口（连接硬盘、IDE光驱等设备），并设有内存插槽等（图1-16）。主板上有CPU插座。除CPU以外的主要功能一般都集成到一组大规模集成电路芯片上，这组芯片名常用作主板名。芯片组与主板的关系象CPU与整机一样，芯片组提供了主板上的核心逻辑，直接影响主板甚至整机的性能。主板上一般有68个扩展插槽，是主机通过总线与外部设备联接的部分。扩展插槽
49、数反映了系统的扩展能力。3微处理器又称中央处理器（CPU）。负责完成指令的读出、解释和执行，微型机的核心部件。主要由运算器、控制器、寄存器组等组成，有的还包含高速缓冲存储器。Intel公司是最大的CPU制造厂家，制造了Intel X86系列的CPU，包括8086、8088、80286、80386、80486、Pentium、Pentium II、Pentium III、Pentium IV等。除Intel公司外，较著名的微处理器生产厂家还有AMD公司、Cyrix公司、IBM公司等。内存储器（内存）存放CPU运行时需要的程序和数据。分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两类。内存一般
50、指RAM。RAM中保存的数据在电源中断后将全部丢失。内存直接与CPU进行数据交换，存取速度要求与CPU的处理速度相匹配。主板大多采用内存条（SIMM）结构（图1-17）。5高速缓冲存储器（Cache Memory）为内存与CPU交换数据提供缓冲区，以解决内存与CPU速度的不匹配问题。Cache分为一级Cache和二级Cache。工作时，先将内存中数据暂存于Cache中，CPU直接与Cache进行数据交换。当Cache中没有所需数据时，CPU一边直接访问内存，一边将内存中当前或将来需要的数据调入Cache中，替换Cache中不用的数据。使用Cache后，CPU对内存存取速度的要求可以降低一些，但
