1、計算機基礎知識計算機的發展、類型及其應用領域簡介 _2一、計算的發展 _2二、計算機的組成 _31. 硬件系統 _ 3（ 1）電腦最主要的三塊 _ 3（ 2 ）電腦的硬件 _ 32. 軟件系統 _ 5（ 1）系統軟件 _ 5（ 2）應用軟件 _ 6三、計算機的類型_71. 超級計算機 _ 72. 微型計算機 _ 73. 嵌入式計算機 _ 74. 網絡計算機 _ 8（ 1）服務器 _ 8（ 2）工作站 _ 8（ 3）集線器 _ 8（ 4）交換機 _ 8（ 5）路由器 _ 95. 工業控制計算機 _ 9四、計算機的應用領域_ 101. 科學計算 ( 或數值計算 ) _ 102. 數據處理 ( 或信

2、息處理 ) _ 103. 輔助技術 ( 或計算機輔助設計與制造 ) _ 10計算機輔助設計(Computer Aided Design,簡稱 CAD) _ 10計算機輔助制造 (Computer Aided Manufacturing, 簡稱 CAM) _ 11 計算機輔助教學 (Computer Aided Instruction, 簡稱 CAI) _ 114. 過程控制 ( 或實時控制 ) _ 115. 人工智能 ( 或智能模擬 ) _ 116. 網絡應用 _ 127. 多媒體技術 _ 128. 娛樂 _ 12簡介計算機（ computer ）俗稱電腦，是一種用于高速計算的電子計算機器，可

3、以進行數值計算，又可以進行邏輯計算， 還具有存儲記憶功能。 計算機技術的迅猛發展， 促使人類走向豐富多彩的信息社會。一、計算的發展世界上第一臺電子數字式計算機奠定了電子計算機的發展基礎，ENIAC于 1946 年 2 月 15 日誕生在美國賓夕法尼亞大學。開辟了一個計算機科學技術的新紀元，標志著人類第三次產它業革命的開始。ENIAC誕生后短短的幾十年間，計算機的發展突飛猛進。主要電子器件相繼使用了真空電子管，晶體管，中、小規模集成電路和大規模、超大規模集成電路，引起計算機的幾次更新換代。每一次更新換代都使計算機的體積和耗電量大大減小， 功能大大增強， 應用領域進一步拓寬。特別是體積小、價格低、

4、功能強的微型計算機的出現，使得計算機迅速普及，進入了辦公室和家庭， 在辦公自動化和多媒體應用方面發揮了很大的作用。 目前，計算機的應用已擴展到社會的各個領域。計算機發展大體說來分為四代，如下圖所示：發展年份類型軟件應用第一代46-57電子管機器語言匯編語言科學計算第二代58-64晶體管高級語言數據處理、工業控制第三代65-71中小規模集成電路操作系統文字處理、圖形處理第四代71- 至今大規模和超大規模集成電路數據庫、網絡等社會的各個領域第五代人工智能和大數據云服務的結合其中第五代計算機指具有人工智能的新一代計算機，它具有推理、聯想、判斷、決策、學習等功能。 計算機的發展將在什么時候進入第五代

5、?什么是第五代計算機 ?對于這樣的問題， 已經有一個明確統一的說法了。二、計算機的組成計算機是由硬件系統（hardware system）和軟件系統（software system）兩部分組成的。1. 硬件系統從硬件上來說，電腦都是由最主要的三塊：主機（主要部分）、輸出設備（顯示器）、輸入設備（鍵盤和鼠標）組成。而主機是電腦的主體，然后從這三塊里面又分為若干個小塊，主要表現在主機上，主機箱里面包括：主板、 CPU、內存、電源、顯卡、聲卡、網卡、硬盤、軟驅、光驅等硬件。從基本結構上來講，電腦可以分為五大部分：運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備。（1）電腦最主要的三塊主機（主要部分）：主機

6、是指計算機除去輸入輸出設備以外的主要機體部分。 也是用于放置主板及其他主要部件的控制箱體（容器 Mainframe ）。通常包括 CPU、內存、硬盤、光驅、電源、以及其他輸入輸出控制器和接口。輸出設備 （顯示器） ：輸出設備負責將計算機處理的中間結果和最終結果以人們能夠識別的字符、表格、圖形或圖像等形式表示出來。最常用的輸出設備有顯示器、打印機和繪圖儀等。輸入設備（鍵盤和鼠標）： 輸入設備負責將外部的各種信息或指令傳遞給電腦，然后由電腦處理。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、數字照相機、電子筆等。（ 2）電腦的硬件主板： 主板是電腦中各個部件工作的一個平臺， 它把電腦的各個部件緊密連接在一起

7、，部件通過主板進行數據傳輸。也就是說，電腦中重要的“交通樞紐”都在主板上，它工作的穩定性影響著整機工作的穩定性。各個CPU ：CPU 即中央處理器，是一臺計算機的運算核心和控制核心。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。CPU由運算器、控制器、寄存器、高速緩存及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態的總線構成。作為整個系統的核心，CPU 也是整個系統最高的執行單元，因此CPU 已成為決定電腦性能的核心部件，很多用戶都以它為標準來判斷電腦的檔次。內存：內存又叫內部存儲器或者是隨機存儲器（ RAM ），分為（但是 SDRAM 由于容量低，存儲速度慢，穩定性差，已經被DDR DDR內存和

8、 SDRAM 內存，淘汰了）內存屬于電子式存儲設備，它由電路板和芯片組成，特點是體積小，速度快，有電可存，無電清空，即電腦在開機狀態時內存中可存儲數據，關機后將自動清空其中的所有數據。內存有DDR 、DDR II 、 DDR III 三大類，容量 1-64GB 。電源： 電源是電腦中不可缺少的供電設備，它的作用是將220V 交流電轉換為電腦中使用的5V 、 12V 、3.3V 直流電，其性能的好壞，直接影響到其他設備工作的穩定性，進而會影響整機的穩定性。手提電腦在自帶鋰電池情況下，為手提電腦提供有效電源。顯卡： 顯卡在工作時與顯示器配合輸出圖形、文字，作用是將計算機系統所需要的顯示信息進行轉換

9、驅動， 并向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，是“人機對話”的重要設備之一。聲卡： 聲卡是組成多媒體電腦必不可少的一個硬件設備，其作用是當發出播放命令后，聲卡將電腦中的聲音數字信號轉換成模擬信號送到音箱上發出聲音。網卡： 網卡是工作在數據鏈路層的網路組件，是局域網中連接計算機和傳輸介質的接口，不僅能實現與局域網傳輸介質之間的物理連接和電信號匹配，還涉及幀的發送與接收、幀的封裝與拆封、 介質訪問控制、 數據的編碼與解碼以及數據緩存的功能等。網卡的作用是充當電腦與網線之間的橋梁，它是用來建立局域網并連接到Internet 的重要設備之一。硬盤： 硬盤

10、屬于外部存儲器，機械硬盤由金屬磁片制成，而磁片有記憶功能，所以儲到磁片上的數據，不論在開機，還是關機，都不會丟失。硬盤容量很大，已達TB 級，尺寸有3.5 、2.5 、 1.8 、 1.0 英寸等，接口有IDE 、 SATA 、 SCSI等， SATA 最普遍。移動硬盤是以硬盤為存儲介質，強調便攜性的存儲產品。光驅：英文名為“ Optical Diskdriver ”，電腦用來讀寫光碟內容的機器，也是在臺式機和筆記本便攜式電腦里比較常見的一個部件。隨著多媒體的應用越來越廣泛， 使得光驅在計算機諸多配件中已經成為標準配置。光驅可分為 CD-ROM驅動器、 DVD 光驅（ DVD-ROM ）、康寶

11、（ COMBO ）和 DVD 刻錄機 （ DVD-RAM ）等。讀寫的能力和速度也日益提升，4× 16× 32 × 40 × 48×。調制解調器：英文名為“Modem ”，俗稱“貓”，類型有內置式和外置式，有線式和無線式。調制解調器是通過電話線上網時必不可少的設備之一。它的作用是將電腦上處理的數字信號轉換成電話線傳輸的模擬信號。隨著 ADSL 寬帶網的普及，內置式調制解調器逐漸退出了市場。鍵盤：英文名為“Keyboard ”，分為有線和無線，鍵盤是主要的人工學輸入設備，通常為104 或 105 鍵，用于把文字、數字等輸到電腦上，以及電腦操控。鼠

12、標：英文名為 “ Mouse ”，當人們移動鼠標時， 電腦屏幕上就會有一個箭頭指針跟著移動，并可以很準確指到想指的位置， 快速地在屏幕上定位， 它是人們使用電腦不可缺少的部件之一。 鍵盤鼠標接口有 PS/2 和 USB 兩種。硬件的鼠標分為光電和機械兩種（機械已被光電淘汰）。2.軟件系統所謂軟件是指為方便使用計算機和提高使用效率而組織的程序以及用于開發、使用和維護的有關文檔。軟件系統可分為系統軟件和應用軟件兩大類。如果把計算機比喻為一個人的話，那么硬件就表示人的身軀。而軟件則表示人的思想、靈魂。一臺沒有安裝任何軟件的計算機我們把它稱之為“裸機”。（1）系統軟件系統軟件是指控制和協調計算機及外部

13、設備 , 支持應用軟件開發和運行的系統，是無需用戶干預的各種程序的集合， 主要功能是調度， 監控和維護計算機系統； 負責管理計算機系統中各種獨立的硬件，使得它們可以協調工作。系統軟件使得計算機使用者和其他軟件將計算機當作一個整體而不需要顧及到底層每個硬件是如何工作的。一般來講， 系統軟件包括操作系統和一系列基本的工具（比如編譯器，數據庫管理，存儲器格式化，文件系統管理，用戶身份驗證，驅動管理，網絡連接等方面的工具）。具體包括以下四類：操作系統： 操作系統是管理、控制和監督計算機軟、硬件資源協調運行的程序系統，由一系列具有不同控制和管理功能的程序組成， 它是直接運行在計算機硬件上的、 最基本的系

14、統軟件，是系統軟件的核心。操作系統是計算機發展中的產物，它的主要目的有兩個：一是方便用戶使用計算機，是用戶和計算機的接口。 比如用戶鍵入一條簡單的命令就能自動完成復雜的功能， 這就是操作系統幫助的結果；二是統一管理計算機系統的全部資源，合理組織計算機工作流程，以便充分、合理地發揮計算機的效率。（Windows、 Linux 、 Dos、 Unix 等操作系統都屬于系統軟件。)語言處理系統 （翻譯程序） ：人和計算機交流信息使用的語言稱為計算機語言或稱程序設計語言。 計算機語言通常分為機器語言、 匯編語言和高級語言三類。 如果要在計算機上運行高級語言程序就必須配備程序語言翻譯程序（下簡稱翻譯程序

15、）。翻譯程序本身是一組程序，不同的高級語言都有相應的翻譯程序。翻譯的方法有兩種，一種稱為“解釋”，另一種稱為“編譯”。對源程序進行解釋和編譯任務的程序，分別叫作編譯程序和解釋程序。如FORTRAN 、COBOL 、PASCAL和 C 等高級語言，使用時需有相應的編譯程序；BASIC 、LISP 等高級語言，使用時需用相應的解釋程序。服務程序： 服務程序能夠提供一些常用的服務性功能，它們為用戶開發程序和使用計算機提供了方便，像微機上經常使用的診斷程序、調試程序、編輯程序均屬此類。數據庫管理系統：數據庫是指按照一定聯系存儲的數據集合，可為多種應用共享。數據庫管理系統（ Data Base Mana

16、gement System， DBMS）則是能夠對數據庫進行加工、管理的系統軟件。 其主要功能是建立、消除、維護數據庫及對庫中數據進行各種操作。數據庫系統主要由數據庫（ DB）、數據庫管理系統（DBMS）以及相應的應用程序組成。數據庫系統不但能夠存放大量的數據，更重要的是能迅速、自動地對數據進行檢索、修改、統計、排序、合并等操作，以得到所需的信息。這一點是傳統的文件柜無法作到的。數據庫技術是計算機技術中發展最快、應用最廣的一個分支。可以說， 在今后的計算機應用開發中大都離不開數據庫。 因此，了解數據庫技術猶其是微機環境下的數據庫應用是非常必要的。（2）應用軟件應用軟件是為了某種特定的用途而被開

17、發的軟件。 它可以是一個特定的程序，瀏覽器。也可以是一組功能聯系緊密，可以互相協作的程序的集合，比如微軟的比如一個圖像Office軟件。也可以是一個由眾多獨立程序組成的龐大的軟件系統，比如數據庫管理系統。軟件一般是用某種程序設計語言來實現的。通常采用軟件開發工具可以進行開發。不同的軟件一般都有對應的軟件許可， 軟件的使用者必須在同意所使用軟件的許可證的情況下才能夠合法的使用軟件。 從另一方面來講， 某種特定軟件的許可條款也不能夠與法律相抵觸。三、計算機的類型計算機及相關技術的迅速發展帶動計算機類型也不斷分化，形成了各種不向種類的計算機。人們把沒有安裝任何軟件的計算機稱為裸機。 隨著科技的發展，

18、 現在新出現一些新型計算機有：生物計算機、光子計算機、量子計算機等。1. 超級計算機超級計算機 （Supercomputers ）也就是俗稱的高性能計算機，或者以前說的巨型機。通常是指由數百數千甚至更多的處理器（機）組成的、能計算普通PC機和服務器不能完成的大型復雜課題的計算機。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、 存儲容量最大的一類計算機，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標志。超級計算機擁有最強的并行計算能力，主要用于科學計算。在氣象、軍事、能源、航天、探礦等領域承擔大規模、高速度的計算任務。在結構上， 雖然超級計算機和服務器都可能是多處理器系統，超級計算機較多采用集群系統， 更注

19、重浮點運算的性能，二者并無實質區別， 但是現代可看著是一種專注于科學計算的高性能服務器，而且價格非常昂貴。2. 微型計算機計算機第四時代的大規模集成電路及超大規模集成電路的發展是微型計算機得以產生的前提。通過集觸電路技術將計算機的核心部件運算器和控制器集成在一塊大規模或放大規模集成電路芯片上，統稱為中央處理器 (CPU，Central Processing Unit) 。中央處理器是微型計算機的核心部件，是微型計算機的心臟。目前微型計算機已廣泛應用于辦公、學習、娛樂等社會生活的方方面面，是發展最快、應用最為普及的計算機。 我們日常使用的臺式計算機、 電腦一體機、 筆記本計算機、 掌上計算機、平

20、板電腦等都是微型計算機。3. 嵌入式計算機嵌入式計算機是指嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的專用計算機系統。嵌人式計算機系統是以應用為中心，以計算機技術為是礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般出以嵌入式微處理器、外圍硬件設備、 嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等4 個部分組成， 用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。它是計算機市場中增長最快的領域，也是種類繁多， 形態多種多樣的計算機系統。嵌入式系統幾乎包括了生活中的所有電器設備，例如，我們日常生活中使用的電冰箱、全自動洗衣機、空調、電飯煲、數碼產品等都采用嵌入式計

21、算機技術。嵌入式系統的核心部件是嵌入式處理器，分成4 類，即嵌入式微控制器（Micro ContrllerUnit ， MCU，俗稱單片機）、嵌入式微處理器（Micro Processor Unit，MPU ）、嵌入式DSP 處理器（ Digital Signal Processor， DSP） 和嵌入式片上系統（System on Chip ，SOC）。嵌入式微處理器一般具備4 個特點：1、對實時和多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時操作系統的執行時間減少到最低限度；2、具有功能很強的存儲區保護功能，這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了

22、避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用， 需要設計強大的存儲區保護功能， 同時也有利于軟件診斷；3、可擴展的處理器結構，以能迅速地擴展出滿足應用的高性能的嵌入式微處理器；4、嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，功耗只能為mw 甚至 w 級。4. 網絡計算機（ 1）服務器服務器是指在網絡環境下為網上多個用戶提供共享信息資源和各種服務的一種高性能計算機，在服務器上需要安裝網絡操作系統、 網絡協議和各種網絡服務軟件。 服務器主要為網絡用廣提供文件、數據庫、應用及通信方面的服務。（ 2）工作站是一種以個人計算機和分布式網絡計算為基礎

23、，主要面向專業應用領域， 具備強大的數據運算與圖形、圖像處理能力，為滿足工程設計、動畫制作、科學研究、軟件開發、金融管理、信息服務、 模擬仿真等專業領域而設計開發的高性能計算機。工作站最突出的特點是具有很強的圖形交換能力， 因此在圖形圖像領域特別是計算機輔助設計領域得到了迅速應用。典型產品有美國 Sun 公司的 Sun 系列工作站。（3）集線器集線器（ HUB）是一種共享介質的網絡設備，它的作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個局域網， HUB 本身不能識別目的地址。集線器上的所有端口爭用一個共享信道的寬帶，因此隨著網絡節點數量的增加，數據傳輸量的增大，每節點的可用帶寬將隨之減少。另外

24、，集線器采用廣播的形式傳輸數據，即向所有端口傳送數據。 如當同一局域網內的A 主機給 B 主機傳輸數據時，數據包在以HUB 為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，對網絡上所有節點同時發送同一信息， 然后再由每一臺終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。其實接收數據的一般來說只有一個終端節點，而對所有節點都發送，在這種方式下，很容易造成網絡堵塞， 而且絕大部分數據流量是無效的，這樣就造成整個網絡數據傳輸效率相當低。 另一方面由于所發送的數據包每個節點都能偵聽到，容易給網絡帶來一些不安全隱患。（4）交換機交換機 （Switch ）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法把要傳輸的

25、信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備， 它是集線器的升級換代產品，外觀上與集線器非常相似， 其作用與集線器大體相同。 但是兩者在性能上有區別：集線器采用的是共享帶寬的工作方式，而交換機采用的是獨享帶寬方式。 即交換機上的所有端口均有獨享的信道帶寬， 以保證每個端口上數據的快速有效傳輸， 交換機為用戶提供的是獨占的、 點對點的連接， 數據包只被發送到目的端口，而不會向所有端口發送， 其它節點很難偵聽到所發送的信息， 這樣在機器很多或數據量很大時，不容易造成網絡堵塞， 也確保了數據傳輸安全， 同時大大的提高了傳輸效率， 兩者的差別就比較明顯

26、了。（5）路由器路由器 （Router ）是一種負責尋徑的網絡設備，它在互聯網絡中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網絡路徑提供給用戶通信。 路由器用于連接多個邏輯上分開的網絡， 為用戶提供最佳的通信路徑， 路由器利用路由表為數據傳輸選擇路徑， 路由表包含網絡地址以及各地址之間距離的清單， 路由器利用路由表查找數據包從當前位置到目的地址的正確路徑， 路由器使用最少時間算法或最優路徑算法來調整信息傳遞的路徑。 路由器是產生于交換機之后， 就像交換機產生于集線器之后，所以路由器與交換機也有一定聯系，并不是完全獨立的兩種設備。路由器主要克服了交換機不能向路由轉發數據包的不足。5. 工業控制計算機是一種

27、采用總線結構，對生產過程及其機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的計算機系統總稱。簡稱工控機。它由計算機和過程輸入輸出（I/O ）通過兩大部分組成。計算機是由主機、輸入輸出設備和外部磁盤機、磁帶機等組成。在計算機外部又增加一部分過程輸入/ 輸出通道，用來完成工業生產過程的檢測數據送入計算機進行處理；另一方面將計算機要行使對生產過程控制的命令、 信息轉換成工業控制對象的控制變量的信號，再送往工業控制對象的控制器去。由控制器行使對生產設備運行控制。工控機的主要類別有： IPC（ PC總線工業電腦） 、PLC（可編程控制系統）、 DCS（分散型控制系統）、 FCS（現場總線系統）及CNC（數控系統）五種

28、。四、計算機的應用領域計算機的應用領域已滲透到社會的各行各業， 正在改變著傳統的工作、 學習和生活方式， 推動著社會的發展。計算機的主要應用領域如下：1. 科學計算 ( 或數值計算 )科學計算是指利用計算機來完成科學研究和工程技術中提出的數學問題的計算。在現代科學技術工作中， 科學計算問題是大量的和復雜的。 利用計算機的高速計算、 大存儲容量和連續運算的能力，可以實現人工無法解決的各種科學計算問題。例如，建筑設計中為了確定構件尺寸， 通過彈性力學導出一系列復雜方程， 長期以來由于計算方法跟不上而一直無法求解。 而計算機不但能求解這類方程， 并且引起彈性理論上的一次突破，出現了有限單元法。2.

29、數據處理 ( 或信息處理 )數據處理是指對各種數據進行收集、存儲、整理、分類、統計、加工、利用、傳播等一系列活動的統稱。據統計， 80以上的計算機主要用于數據處理， 這類工作量大面寬， 決定了計算機應用的主導方向。數據處理從簡單到復雜已經歷了三個發展階段，它們是：電子數據處理(Electronic Data Processing,簡稱 EDP), 它是以文件系統為手段，實現一個部門內的單項管理。管理信息系統(Management Information System,簡稱MIS), 它是以數據庫技術為工具，實現一個部門的全面管理，以提高工作效率。決策支持系統(Decision Support

30、System,簡稱DSS), 它是以數據庫、模型庫和方法庫為基礎，幫助管理決策者提高決策水平，改善運營策略的正確性與有效性。目前，數據處理已廣泛地應用于辦公自動化、企事業計算機輔助管理與決策、情報檢索、圖書管理、 電影電視動畫設計、 會計電算化等等各行各業。信息正在形成獨立的產業， 多媒體技術使信息展現在人們面前的不僅是數字和文字，也有聲情并茂的聲音和圖像信息。3. 輔助技術 ( 或計算機輔助設計與制造 )計算機輔助技術包括CAD、 CAM和 CAI 等。計算機輔助設計(Computer Aided Design,簡稱 CAD)計算機輔助設計是利用計算機系統輔助設計人員進行工程或產品設計，以實

31、現最佳設計效果的一種技術。它已廣泛地應用于飛機、汽車、機械、電子、建筑和輕工等領域。例如，在電子計算機的設計過程中，利用CAD技術進行體系結構模擬、邏輯模擬、插件劃分、 自動布線等，從而大大提高了設計工作的自動化程度。又如，在建筑設計過程中，可以利用CAD技術進行力學計算、結構計算、 繪制建筑圖紙等，這樣不但提高了設計速度，而且可以大大提高設計質量。計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing,簡稱CAM)計算機輔助制造是利用計算機系統進行生產設備的管理、 控制和操作的過程。 例如， 在產品的制造過程中， 用計算機控制機器的運行， 處理生產過程中所需的數據， 控制和處理材料的流動以及對產品進行檢測等。