2010/2011学年第1学期。
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计算机基础知识。
计算机是20世纪最伟大的科学技术发明之一，是新技术革命的一支主力，也是推动社会向现代化迈进的活跃因素，对人类社会的生产、生活和学习产生了极其深刻的影响，是信息化社会的重要技术基础。
本章学习目标：
了解计算机的发展与应用；
理解计算机中数据的表示方法；
熟悉计算机的基本组成；
了解常用的微型计算机设备；
目录。1 计算机的发展与应用 1
1.1 计算机的诞生与发展 1
1.2 计算机的特点与应用 4
2 计算机中信息的表示 7
2.1 信息与数据 7
2.2 进制及转换 8
2.3 计算机中数的表示 11
2.4 计算机中字符编码 15
3 计算机的基本组成 19
3.1 计算机系统组成 19
3.2 硬件部件及功能 19
3.3 计算机软件 22
3.4 计算机的基本性能指标 23
4 微型计算机常用部件 25
4.1 主机部件 25
4.2 外存储设备 33
4.3 输入输出设备 36
电子计算机问世以来，计算机科学技术已成为当今社会发展最快的一门学科，尤其是微型计算机的诞生和计算机网络技术的应用，使计算机的应用渗透到社会的各个领域，有力地推动了信息社会的发展。
2024年，世界上第一台电子数字式计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学，取名为“电子数字积分计算机（electronic numerical integrator and calculator）”，简称eniac，见图 1-1。
图 1-1 eniac计算机。
eniac计算机共使用了18000多个电子管和1500多个继电器，占地170m2，重30吨，耗电150千瓦，每秒钟可以执行5000次加法运算。它虽然庞大笨重，但它的诞生，标志着人类文明的一次飞跃。
在eniac的研制过程中，美籍匈牙利科学家冯·诺依曼提出了将指令数据都存储起来，由程序控制计算机自动运行的观点，成为现代计算机发展的基石，被称为冯·诺依曼原理。简单地说电子计算机与以往其他各种计算机工具最大的不同在于能够在程序的控制下自动地完成各种任务。
电子计算机发展到现在已经60多年，在这60多年里计算机有了质的飞跃。人们依据计算机主机所使用的主要电子元器件，把计算机的历史划分为四代，见表 1，每一代的计算机在技术上都是一次新的突破。
表 1计算机发展历程。
自从计算机诞生以来，其强大的功能使得它被应用于各种社会领域，也是因为各种应用的需要，计算机被设计成不同功能、不同形状的许多种类，大到体积庞大功能强劲的巨型机，小到被嵌入在其他电子产品中的微控制器。
按照计算机的应用范围可以将其分为通用计算机和专用计算机。一般所见到的都是通用计算机。专用计算机是为工业控制、军事、航天等领域专门设计的计算机。
按照计算机的综合性能指标（运算速度、存储容量、输入输出能力、规模大小、软件配置），国际上流行的分类方法，将计算机分为巨型机、大型机、小型机、微型机等。
巨型机有极高的速度、超大的容量。用于国防尖端技术、空间技术、大范围长期性天气预报、石油勘探等方面。这类机器的运算速度可达每秒千亿次。
这类计算机在技术上朝两个方向发展，一是开发高性能器件，特别是缩短时钟周期，提高单机性能；一是采用多处理器结构，构成超并行计算机。通常由100台以上的处理器组成超并行巨型计算机系统，它们同时解算一个课题，达到高速运算的目的。
大型机具有超强的综合处理能力和极大的性能覆盖面。一台大型机中可以使用几十台微机或微机芯片，用以完成特定的操作。可同时支持上万个用户，支持几十个大型数据库。
大型机主要应用在**部门、银行、大公司、大企业等。
小型机的规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。小型机广泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。
微型计算机以其体积小、耗电省、性能可靠、结构紧凑、使用灵活、**便宜等特点，在近10年内得到了迅速的发展。平均每2～3个月就有新产品出现，1～2年产品就更新换代一次。平均每两年芯片的集成度可提高一倍，性能提高一倍，**降低一半。
目前，微型机已经广泛应用于办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统，多**技术等领域，并且已成为家庭的一种常用电器。
未来的计算机将朝巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。
所谓巨型化，是指运算速度更快、存储容量更大和功能更强。巨型机的运算速度可达每秒百亿次、千亿次甚至更高，其海量存储能力可以轻而易举地存储一个大型图书馆的全部信息。巨型机的研制水平、生产能力及应用程度，已成为衡量一个国家经济实力与科技水平的重要标志。
微型化是指计算机更加小巧灵便、价廉物美、软件丰富，功能更强。随着超大规模集成电路的进一步发展，膝上型、书本型、笔记本型、掌上型，手表型等微型化个人电脑将不断涌现，越来越受到人们的欢迎和青睐。
网络化是指将不同地方、不同区域、不同种类的计算机连接起来，实现信息共享，使人们更加方便地进行信息交流。现代计算机的应用已离不开计算机网络，先进的网络技术的应用，已引发了信息产业的又一次革命。
智能化是建立在现代科学基础上综合性很强的边缘学科。它是让计算机来模仿人的感觉、行为、思维过程，使计算机不仅具有计算、加工、处理等能力，还能够像人一样“看”、“说”、“听”、“想”和“做”，具有思维与逻辑推理、学习与证明的能力。未来的智能型计算机将会代替甚至超越人类某些方面的脑力劳动。
目前，新一代计算机正处在设想和研制阶段。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计算机系统，也就是说新一代计算机由处理数据信息为主转向处理知识信息为主，如获取知识、表达知识、存储知识及应用知识等，并有推理、联想和学习（如理解能力、适应能力、思维能力等）等人工智能方面的能力，能帮助人类开拓未知的领域和获取新的知识。在不久的将来，光速计算机、超导计算机以及人工智能计算机将问世。
计算机发明之初是为了解决计算问题，但是今天的计算机已应用于各个领域。和过去的计算工具相比，计算机主要有以下特点：
计算机的每一步操作都是由程序控制的。由于可以把程序存储在计算机的存储器中，所以对数据的处理，可以事先编好程序，基本上不需要人工干预就可完成预定的处理任务。计算机能够自动连续的工作正是其和其他计算工具的主要区别之一。
计算机除了可以做普通计算工具所做的算术运算外，还具有逻辑运算功能，因此，计算机不仅可以用于科学计算，还可用于工业控制、数据处理、人工智能、辅助设计、通讯等领域。
计算机的核心部件是由集成电路构成的，每秒钟可运算几十万次到几十亿甚至几百亿次。计算机的高速运算这一特点，使得以前根本无法完成的计算问题，现在有可能完成。
具有强大的存储信息能力是计算机的又一重要特点。计算机的存储器，尤其是外存，可以存放大量的信息，如一张普通光盘的存储容量是640m，常用闪存盘的存储容量是4g左右。计算机不仅能保存大量的文字、图像、声音等信息资料，还能对这些信息加以处理、分析和重新组合，以满足在各种应用中对这些信息的需求。
运算的精度主要取决于数据表示的有效位数，在计算机中和字长有关。在许多科学计算和工程设计中，对精度的要求很高，一般的计算工具难以满足。但使用计算机可以容易地实现百亿分之一以上的计算精度，对一些特殊应用还可以用软件的方法增加精度。
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