普通高等院校“十四五”計算機基礎系列教材

大學計算機基礎

????占?俊?錢?偉◎主?編

席?奇?顧?勤?李淑蘭◎副主編

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內?容?簡?介

本書依據教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會編制的《大學計算機基礎課

程教學基本要求》，并結合當前計算機的發展以及應用型本科院校的實際情況而編寫，知

識點覆蓋了全國計算機等級考試一、二級的內容。

本書以計算思維為引領，引導讀者理解計算機的基本工作原理，在清晰闡述計算機基

礎知識和應用技術的基礎上，介紹計算機新技術的發展和應用，注重基礎性和實用性。為

了幫助讀者更好地掌握計算機基礎知識和操作技術，本書還配有習題與上機實驗指導《大

學計算機基礎實驗指導》（陳麗娟、饒國勇主編，中國鐵道出版社有限公司出版）。

本書圖文并茂、重點突出、通俗易懂、實用性強，既可作為各專業特別是理工科各專

業大學計算機課程的教材，又可作為各類計算機培訓機構的教材或自學者的讀物。

圖書在版編目（CIP）數據

大學計算機基礎/占俊，錢偉主編.—北京:中國

鐵道出版社有限公司,2022.8

普通高等院校“十四五”計算機基礎系列教材

ISBN978-7-113-29419-9

Ⅰ.①大…Ⅱ.①占…②錢…Ⅲ.①電子計算機-

高等學校-教材Ⅳ.①TP3

中國版本圖書館CIP數據核字（2022）第120248號

書名：大學計算機基礎

作者：占?俊?錢?偉

策劃：曹莉群??????????編輯部電話：（010）51873371

責任編輯：曹莉群

封面設計：劉?穎

責任校對：孫?玫

責任印制：樊啟鵬

出版發行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區右安門西街8號）

網??址：/51eds/

印??刷：三河市航遠印刷有限公司

版??次：2022年8月第1版?2022年8月第1次印刷

開??本：787?mm×1?092?mm1/16印張：18字數：532千

書??號：ISBN978-7-113-29419-9

定??價：39.80元

版權所有?侵權必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質量問題，請與本社教材圖書營銷部聯系調換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

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前?言

當前，信息技術日新月異，物聯網、云計算、大數據、人工智能等新概念、新技

術的出現，在各個領域都引發了一系列革命性的突破。計算機課程的改革如同信息技

術的發展一樣迅速，主要的變化是教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會提

出了以計算思維為切入點的大學計算機課程的教學改革思路，目的是著力提升大學生

的信息素養，在學生掌握一定計算機基礎知識、技術和方法的基礎上，培養學生的計

算思維能力，適應信息化社會對人才需求的新變化，以及利用計算機解決本專業領域

問題的能力。

本書以突出“應用”和強化“能力”為目標，結合目前計算機基礎教育改革新理念、

新思想、新要求和新技術，以及多年來的教學改革實踐和建設成果，組織教學工作一

線的教師和專家，經過數月研討編寫而成。為了貫徹和實施以計算思維為切入點的教

學改革，適應計算機基礎教學的新變化，在大學計算機基礎課程中增加了信息安全和

計算機新技術等內容。編者從教學實際出發，以提高應用能力為目的，結合計算機學

科的特點，有選擇地確定了本書的具體內容，以期體現計算機最基本、最重要的概念、

思想和方法。

本書全面系統地介紹了大學計算機基礎相關知識。全書共9章，包括計算與計算

機的基礎知識、計算機系統、信息的表示、Windows10操作系統、文字處理、電子表

格處理、演示文稿制作、計算機網絡基礎知識、信息安全技術等內容。本書既注重基

礎引導、應用能力的培養、操作技能的提高，同時還涵蓋了全國計算機等級考試一級、

二級的相關知識點。

本書由景德鎮學院占俊、錢偉任主編，由席奇、顧勤、李淑蘭任副主編。本書編

寫過程中得到了中國鐵道出版社有限公司和編者學校的大力支持和幫助，在此表示衷

心感謝。

由于編者水平有限，書中難免會有不妥和疏漏之處，敬請各位讀者批評指正。

編者

2022年5月

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目錄

第1章?計算機基礎????????????????????????1第2章?計算機系統??????????????????????36

1.1計算機的發展12.1計算機理論結構36

1.1.1早期計算機器的發展12.1.1圖靈機基本工作原理36

1.1.2電子計算機的發展32.1.2馮?諾依曼計算機結構37

1.1.3微型計算機的發展62.1.3哈佛計算機基本結構40

1.2計算機技術特征與文化82.1.4新型計算機系統研究40

1.2.1計算機技術的主要特點82.2計算機工作原理43

1.2.2摩爾定律與計算機的發展102.2.1信息編碼43

1.2.3計算機文化的主要特征112.2.2數據存儲45

1.2.4信息素質的特征與評價132.2.3數據傳輸47

1.3計算思維的基本方法142.2.4數據計算49

1.3.1計算思維的基本特征142.2.5指令系統52

1.3.2計算機如何解決問題152.3計算機硬件系統53

1.3.3計算機不能解決的問題162.3.1系統組成53

1.3.4計算機主要應用領域182.3.2CPU性能56

1.4計算機新技術及應用192.3.3主板組成57

1.4.1物聯網技術192.3.4存儲設備59

1.4.2云計算技術202.3.5外圍設備63

1.4.3大數據技術212.4計算機軟件系統65

1.4.4移動互聯網222.4.1軟件的類型與功能65

1.4.5區塊鏈252.4.2數據庫類型和組成69

1.4.6人工智能272.4.3軟件的編譯與環境70

1.4.7虛擬現實322.4.4軟件的安裝與卸載72

思考與練習322.4.5計算機的技術指標73

思考與練習74

I

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大學計算機基礎

第3章?信息的表示??????????????????????785.2.3頁面排版132

3.1數值信息在計算機中的表示785.3制作表格137

3.1.1常用數制的基本概念785.3.1創建表格138

3.1.2不同數制的轉換方法805.3.2編輯表格140

3.1.3二進制整數存儲形式825.3.3格式化表格143

3.1.4二進制小數存儲形式845.4插入對象144

3.1.5二進制補碼運算方式865.4.1插入圖片145

3.2非數值信息在計算機中的表示885.4.2插入圖形對象148

3.2.1英文字符的表示885.4.3創建公式150

3.2.2漢字字符的表示915.5高效排版151

3.2.3國際統一字符編碼945.5.1樣式的創建及使用151

思考與練習985.5.2自動生成目錄152

5.5.3郵件合并153

第4章?操作系統???????????????????????100

5.6修訂文檔155

4.1Windows系統功能1005.7打印文檔156

4.1.1Windows系統結構1005.8綜合應用實例157

4.1.2Windows進程管理102思考與練習169

4.1.3Windows文件管理105

第6章?電子表格處理????????????????172

4.2Windows系統應用107

4.2.1Windows基本操作1076.1電子表格處理概述172

4.2.2Windows系統安裝1106.2電子表格處理的基本操作173

4.2.3Windows驅動程序1126.2.1創建工作簿173

4.2.4Windows系統優化1136.2.2創建工作表174

思考與練習1166.2.3編輯工作表181

6.2.4格式化工作表183

第5章?文字處理???????????????????????118

6.2.5保存和保護工作簿186

5.1文字處理的基本操作1186.2.6打開工作簿187

5.1.1啟動和退出Word20161186.3圖表制作188

5.1.2熟悉Word2016工作界面1186.3.1創建圖表189

5.1.3文檔編輯1206.3.2編輯圖表189

5.1.4保存和保護文檔1226.4數據管理和分析190

5.1.5打開文檔1236.4.1建立數據清單191

5.2文檔排版1246.4.2數據排序191

5.2.1字符排版1246.4.3數據篩選192

5.2.2段落排版1276.4.4分類匯總194

II

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目錄

6.4.5數據透視表1958.2.2網絡層次結構245

6.4.6數據鏈接與合并計算1968.2.3網絡互連模型246

6.4.7模擬分析和運算1998.2.4網絡服務模型247

6.4.8常用數據統計分析函數8.3計算機網絡組成248

及其應用2038.3.1拓撲結構248

6.4.9宏的簡單應用2128.3.2傳輸介質249

6.5工作表的打印2138.3.3網絡設備250

6.6綜合應用實例2138.3.4網絡構建252

思考與練習2188.4因特網基本服務253

第7章?演示文稿制作????????????????2228.4.1網絡地址254

8.4.2域名系統255

7.1演示文稿制作概述222

8.4.3因特網服務256

7.2制作一個多媒體演示文稿224

8.4.4HTML259

7.2.1建立演示文稿225

思考與練習260

7.2.2編輯演示文稿226

7.3定制演示文稿的視覺效果228第9章?信息安全技術????????????????262

7.3.1美化幻燈片2289.1信息安全概述262

7.3.2統一設置幻燈片外觀2289.1.1信息安全的主要威脅262

7.4設置演示文稿的播放效果2299.1.2信息系統不完善因素263

7.4.1設計動畫效果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信息安全的一般原則265

7.5演示文稿的打印和輸出2329.2計算機病毒及防護266

7.6綜合應用實例2329.2.1計算機病毒的定義266

思考與練習2379.2.2計算機病毒的表現267

第8章?計算機網絡????????????????????2399.2.3計算機病毒的防護269

9.2.4惡意軟件的防治272

8.1計算機網絡的發展239

9.3網絡安全防護技術273

8.1.1網絡的基本功能239

9.3.1黑客攻擊過程273

8.1.2網絡的主要類型240

9.3.2安全體系結構275

8.1.3因特網發展概況241

9.3.3防止攻擊策略277

8.2計算機網絡結構243

9.3.4網絡防火墻技術277

8.2.1網絡通信協議243

思考與練習279

III

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第1章

計算機基礎

計算機是一種由程序控制的信息處理工具，它能自動、高速地對信息進行存儲、傳送和處理。

計算機的廣泛應用，推動了社會的發展與進步，對人類社會的生產和生活產生了極其深刻的影響。

本章主要介紹計算機的發展歷程和機器計算的主要思想、計算機的主要類型、計算機的技術特

征和對社會的影響，以及計算思維的基本方法等。

1.1?計算機的發展

計算技術的發展歷史是人類文明史的一個縮影。計算機的產生和發展經歷了漫長拓展閱讀

的歷史過程，在這個過程中，科學家們經過艱難的探索，發明了各種各樣的計算機，

推動了計算機技術的發展。

1.1.1?早期計算機器的發展

算盤作為主要的計算工具流行了相當長的一段時間，直到中世紀，歐洲哲學家們

計算工具的

提出一個大膽的問題：能否用機械來實現人腦活動的個別功能？最初的目的并不是制發展

造計算機，而是試圖從某個前提出發，機械地得出正確的結論，即思維機器的制造。

1．機器計算的萌芽

1275年，西班牙學者雷蒙德·露利（R.Lullus）發明了一種稱為“旋轉玩具”的思維機器。

在旋轉玩具中，數值可以由圓盤的旋轉角度表示，數字的正、負可以由轉動方向確定。旋轉玩

具引起許多著名學者的研究興趣，促使了能進行簡單數學運算的計算機器的產生。數學家笛卡

爾（ReneDescartes，1596—1650）曾經預言：“總有一天，人類會造出一些舉止與人一樣的‘沒

有靈魂的機械’來。”

1623年，德國的契克卡德（W.Schickard）教授為他的朋友天文學家開普勒（Kepler）設計

了一種能做四則運算的機器，但是這種機器沒有實物作為佐證。

2．帕斯卡加法器

1642年，法國數學家布萊士·帕斯卡（BlaisePascal，1623—1662）制造了第一臺能進行6

位十進制加法運算的機器（見圖1-1）。帕斯卡加法器由一系列齒輪組成，利用發條作為動力裝

置。帕斯卡加法器主要的貢獻在于：某一位小齒輪或軸完成10個數字的轉動，促使下一個齒輪

轉動一個數字，從而解決了機器計算的自動進位問題。

1

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大學計算機基礎

圖1-1帕斯卡發明的加法器和它的內部齒輪結構（1642年）

3．萊布尼茨的二進制思想

1673年，德國數學家戈特費里德·威廉·萊布尼茨（GottfriedWilhelmLeibniz，1646—

1716）在帕斯卡加法器的思想和工作的影響下，制造了能進行簡單加、減、乘、除的計算機

器。機器的關鍵部件是梯形軸，即齒長不同的圓柱，第一次實現了帶有可變齒數的齒輪，這種

數字齒輪保證了乘除法的進行。

1679年萊布尼茨發明了一種算法，用兩個數（1和0）代替原來的10個數。1701年他寫信

給在北京的神父閔明我（Grimaldi）和白晉（Bouvet），告知自己的新發明，希望能引起他心目

中的“算術愛好者”康熙皇帝的興趣。但是，關于這個神奇的數字系統，萊布尼茨只有幾頁異

常精練的描述，沒有建立一個完整的二進制數計算的理論體系。

4．巴貝奇的自動計算機器

1822年，英國劍橋大學著名數學家查爾斯·巴貝奇（CharlesBabbage，1792—1871）設計

了差分機和分析機（見圖1-2）。巴貝奇的目標是制作一臺可以計算多項式的“差分機”（加法

機），用于快速編制對數、三角函數以及其他算術函數的數學用表。他整整用了10年時間，于

1822年完成了第一臺差分機，它可以處理3個不同的5位數，計算精度為6位數字，可以演算出

幾種函數表。

差分機由以前每次只能完成一次算術運算，發展為自動完成某個特定的完整運算過程。之

后，巴貝奇又設計了一種程序控制的通用分析機。這種分析機由3部分構成：第1部分是保存

數據的齒輪式寄存器，巴貝奇稱為“堆棧”，它與差分機類似，但計算不在寄存器內進行，而

是由新的機構來實現；第2部分是對數據進行各種運算的裝置，巴貝奇命名為“工場”；第3部

分是對操作順序進行控制，并對所要處理的數據及輸出結果加以選擇的裝置。為了加快運算的

速度，巴貝奇設計了先進的進位機構。他估計使用分析機完成一次50位數的加減法只要1s，

相乘則要1min。同時，在多年的研究制造實踐中，巴貝奇寫了世界上第一部關于計算機程序

的專著。分析機是現代程序控制計算機的雛形，設計理論非常超前，但限于當時的技術條件未

能最終形成產品。

圖1-2巴貝奇發明的差分機和分析機復制品模型（1822年）

2

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第1章計算機基礎

5．愛達與程序設計

愛達（AdaAugustaByron，1815—1852）是著名英國詩人拜倫之女，她對數學有極高的興

趣。1842年，愛達花了9個月的時間翻譯意大利數學家米那比亞（LuigiMenabrea）論述巴貝奇

著作《分析機概論》的備忘錄。在愛達的譯文里，她附加了許多注記，詳細說明了用計算機進

行伯努利數的運算方式，這被認為是世界上第一個計算機程序，因此，愛達也被認為是世界上

第一位程序設計師。巴貝奇在他的著作《經過哲學家的人生》中寫道：“我認為她（譯注：愛

達）為米那比亞的備忘錄增加了許多注記，并加入了一些想法。雖然這些想法是由我們一起討

論出來的，但是最后寫進注記里的想法確確實實是她自己的構想。我將許多代數運算的問題交

給她處理，這些工作與伯努利數的運算相關。在她送回給我的文件中，修正了我先前在程序里

的重大錯誤。”

愛達在文章中創造出了許多巴貝奇也未曾提到的新構想，愛達曾經預言：“這個機器未來

可以用來排版、編曲或是各種更復雜的用途。”愛達建立了循環和子程序的概念，為計算程序

擬定過算法，創作了第一份“程序設計流程圖”。

6．布爾與數理邏輯

英國數學家布爾（G.Boole，1815—1864）的第一部著作是《邏輯的數學分析》。1854年，

布爾再次出版了《思維規律的研究——邏輯與概率的數學理論基礎》。憑借這兩部著作，布爾

建立了一門新的數學學科：布爾代數。布爾代數建立了一個完整的二進制數計算理論體系。

現代計算機理論的一個基本要求是所有信息都可用符號編碼，而最簡單的編碼是采用二進

制。人們平時接觸的各種復雜事物的信息都可以用簡單的0、1表示嗎？若表示出來了又可通過

哪種方式進行運算得到人們想要的結果呢？布爾完成了這項偉大的工作，他將人類的邏輯思維

簡化為一些二進制數學運算（布爾代數），發明了用二進制語言描寫和處理各種邏輯命題。雖

然計算機科學的發展證明了布爾代數的重大意義，但當時布爾的工作并沒有得到充分的重視。

1.1.2?電子計算機的發展

現代計算機是指利用電子技術代替機械或機電技術的計算機，現代計算機經歷了80多年

的發展，其中最重要的代表人物有英國科學家艾倫·麥席森·圖靈（AlanMathisonTuring，

1912—1954）和美籍匈牙利科學家約翰·馮·諾依曼（JohnvonNeumann，1903—1957），他們

（見圖1-3）為現代計算機科學奠定了基礎。

圖靈馮·諾依曼

圖1-3為現代計算機科學奠定基礎的杰出科學家圖靈和馮·諾依曼

1．圖靈與人工智能

1936年，圖靈在他具有劃時代意義的論文《論可計算數及其在判定問題中的應用》中，論

述了一種理想的通用計算機，被后人稱為“圖靈機”。1950年，圖靈發表了另一篇著名論文

3

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大學計算機基礎

《計算機器與智能》，論文中指出：如果一臺機器對于質問的響應與人類做出的響應完全無法區

別，那么這臺機器就具有智能。這一論斷稱為圖靈測試，它奠定了人工智能的理論基礎。

圖靈并不只是一位純粹的抽象數學家，他還是一位擅長電子技術的工程專家。他設計制造

的破譯機Bombe（炸彈）實質上是一臺采用繼電器的高速計算裝置。圖靈以獨特的思想創造的

破譯機，一次次成功地破譯了德國法西斯的密碼電文。

馮·諾依曼生前曾多次說：“如果不考慮查爾斯·巴貝奇等人早先提出的有關思想，現代

計算機的概念當屬于艾倫·圖靈”。由此可見，圖靈對計算機科學影響巨大，為了紀念圖靈的

杰出貢獻，美國計算機協會（ACM）專門設立了圖靈獎，它是計算機學術界的最高成就獎。

2．第一臺現代電子數字計算機ABC

第一臺現代電子數字計算機是ABC（Atanasoff-BerryComputer，阿塔納索夫—貝瑞計算

機），它是美國科學家約翰·文森特·阿塔納索夫（JohnVincentAtanaso?）和他的研究生克利福

特·貝瑞（Cli?ordBerry）在1937年設計，于1942年測試成功的（見圖1-4）。1990年，阿塔納

索夫獲得了全美最高科技獎“國家科技獎”。

圖1-4第一臺現代電子數字計算機ABC復制品和設計草圖（1939年）

ABC計算機采用二進制電路進行運算；存儲系統采用不斷充電的電容器，具有數據記憶功

能；輸入系統采用了IBM公司的穿孔卡片；輸出系統采用高壓電弧燒孔卡片。

阿塔納索夫提出了現代計算機設計最重要的3個基本原則：

①以二進制的方式實現數字運算和邏輯運算，以保證運算精度；

②利用電子技術實現控制和運算，以保證運算速度；

③采用計算功能與存儲功能的分離結構，以簡化計算機設計。

3．ENIAC計算機

1943年，第二次世界大戰時期，美國因新式火炮彈道計算需要運算速度更快的計算機。賓

夕法尼亞大學莫爾學院36歲的物理學家約翰·莫克利（JohnMauchly）教授和他24歲的學生普

雷斯伯·埃克特（PresperEckert）博士，向軍方代表戈德斯坦提交了一份研制ENIAC計算機的

設計方案，軍方提供了48萬美元的經費資助。1946年2月，莫克利成功研制出了ENIAC計算

機。ENIAC采用了18000多個電子管，10000多個電容器，7000個電阻，1500多個繼電器，

功率為150kW，質量達30t，占地面積170m2。

莫克利在設計ENIAC之前曾經拜訪過阿塔納索夫，并一起討論過ABC計算機的設計經驗。

因此，他在ENIAC的設計中采用了全電子管電路，沒有采用二進制。ENIAC的程序為外插型，

即用線路連接、撥動開關和交換插孔等形式實現。它沒有存儲器，只有20個10位十進制數的

寄存器，輸入/輸出設備有卡片、指示燈、開關等。ENIAC進行一個2s的運算，需要用兩天的

時間進行準備工作，為此埃克特與同事們討論過“存儲程序”的設計思想，遺憾的是沒有形成

4

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第1章計算機基礎

文字記錄。

ENIAC的任務是分析炮彈軌跡，它能在1s內完成5000次加法運算，也可以在0.003s的時

間內完成2個10位數乘法，一條炮彈軌跡的計算只需要20s，比炮彈的飛行速度還快。

4．馮·諾依曼與EDVAC計算機

1944年，馮·諾依曼專程到莫爾學院參觀了還未完成的ENIAC，并參加了為改進ENIAC

而舉行的一系列專家會議。馮·諾依曼對ENIAC計算機的不足之處進行了認真分析，并討論了

全新的存儲程序的通用計算機方案。當軍方要求設計一臺比ENIAC性能更好的計算機時，他提

出了EDVAC方案。

1945年，馮·諾依曼發表了計算機史上著名的論文First

Draft

of

a

Report

on

the

EDVAC

（EDVAC計算機報告的第一份草案），這篇手稿為101頁的論文，稱為“101報告”。在“101報

告”中，馮·諾依曼提出了計算機的五大結構，以及存儲程序的設計思想，從而奠定了現代計

算機設計的基礎。

1952年，EDVAC計算機投入運行，主要用于核武器的理論計算。EDVAC的改進主要有兩

點：一是為了充分發揮電子元件的高速性能采用了二進制；二是把指令和數據都存儲起來，讓

機器能自動執行程序。EDVAC使用了大約6000個電子管和12000個二極管，占地面積約為

45.5m2，質量為7.85t，功率為56kW。EDVAC利用水銀延時線作主存，可以存儲1000個44

位的字，用磁鼓作輔存，并且具有加減乘除的功能，運算速度比ENIAC提高了240倍。EDVAC

系統結構如圖1-5所示。

643241

?

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S1S2S3

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SEDVAC

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圖1-5EDVAC系統結構草圖（設計者不詳）

5．IBMSystem360計算機

1964年由IBM公司設計的IBMSystem360是現代計算機最典型的代表產品，如圖1-6所示。

IBM360采用晶體管和集成電路作為主要器件。IBMSystem360的貢獻在于通用化、標準化、

系列化，而且從IBMSystem360開始有了計算機兼容的重要概念。

IBMSystem360計算機的開發過程可說是歷史上最大的一次豪賭，為了研發這臺大型計

算機，IBM征召了6萬多名新員工，創建了5座新工廠，耗資50億美元，歷時5年時間進行研

制，而當時出貨的時間不斷延遲。IBMSystem360的系統結構設計師是吉恩·阿姆達爾（Gene

Amdahl，1922—2015，美國），項目經理是弗雷德里克·布魯克斯（FrederickP.Brooks）。布魯

克斯事后根據這項計劃的開發經驗，編寫了《人月神話：軟件項目管理之道》一書，記述了人

類工程史上一項里程碑式的大型復雜軟件系統的開發經驗。

5

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大學計算機基礎

圖1-6IBMSystem360計算機和機房工作現場（1964年）

現代計算機誕生后，計算機的基本元器件經歷了電子管、晶體管、中小規模集成電路、大

規模和超大規模集成電路4個發展階段。計算機的運算速度顯著提高，存儲容量大幅增加。同

時，軟件技術也有了較大的發展，出現了操作系統、編譯系統、高級程序設計語言、數據庫等

系統軟件，計算機的應用開始進入許多領域。

1.1.3?微型計算機的發展

1．Altair8800微型計算機（牛郎星）

微型計算機（Microcomputer，簡稱微機）的研制起始于20世紀70年代。早期微型計算機

產品有Kenbak公司1971年推出的Kenbak-1，這臺微型計算機沒有微處理器，也沒有操作系統。

1973年推出的Micral-N是第一臺采用微處理器（Intel8008）的商用微型計算機，它同樣沒有操

作系統，而且銷量極少。1975年推出的Altair8800（牛郎星）是第一臺現代意義上的通用型微

型計算機。如圖1-7所示，最初的Altair8800微型計算機包括：一個Intel8080微處理器、256B

存儲器（后來增加為4KB）、一個電源、一個機箱和有大量開關和顯示燈的面板。Altair8800

微型計算機當時的市場售價為375美元，與當時的大型計算機相比較，它非常便宜。

圖1-7Altair8800微型計算機（1975年）

Altair8800微型計算機發明人愛德華·羅伯茨（EdwardRoberts，1942—2010，美國）是

美國業余計算機愛好者，他擁有電子工程學位。早期的牛郎星微型計算機非常簡陋，既沒有輸

入數據的鍵盤，也沒有輸出計算結果的顯示器。插上電源后，使用者需要用手撥動面板上的開

關，將二進制數“0”或“1”輸進機器。計算完成后，面板上的幾排小燈泡忽明忽滅，用發出

的燈光信號表示計算結果。

Altair8800完全無法與當時的IBMSystem360、PDP-8等大型計算機相比，更像是一臺簡

陋的游戲機，它只能勉強算是一臺微型計算機。現在看來，正是這臺簡陋的Altair8800微型計

算機，掀起了一場改變整個計算機世界的革命。它的一些設計思想直到今天也具有重要的指

導意義，如開放式設計思想（如開放系統結構、開放外設總線等）、微型化設計方法（如追求

產品的短小輕薄）、OEM生產方式（如部件定制、貼牌生產等）、硬件與軟件分離的經營模式

（早期計算機硬件和軟件由同一廠商設計）、保證易用性（如非專業人員使用、DIY）等。Altair

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第1章計算機基礎

8800的發明造就了一個完整的微型計算機工業體系，并帶動了一批軟件開發商（如微軟公司）

和硬件開發商（如蘋果公司）的成長。

2．蘋果微型計算機AppleII

1976年，青年計算機愛好者斯蒂夫·喬布斯（Steve

Jobs，1955—2001，美國）和斯蒂夫·沃茲尼克亞（Steve

Wozniak）憑借1300美元，在家庭汽車庫里開發出了

AppleI（蘋果）微型計算機。1977年，喬布斯推出了經

典機型AppleII（見圖1-8）。這臺機器在當時的市場大受

歡迎，計算機從此進入了發展史上的黃金時代。

圖1-8AppleII微型計算機（1977年）

AppleII微型計算機采用摩托羅拉（Motorola）公司

M6502芯片作為CPU，整數加法運算速度為50萬次/s。它有4KB動態隨機存儲器（DRAM）、

16KB只讀存儲器（ROM）、8個插槽主板、1個鍵盤、1臺顯示器，以及固化在ROM芯片中的

BASIC語言，售價為1300美元。AppleII微型計算機風靡一時，成為當時市場上的主流微型計

算機。1978年蘋果公司股票上市，3周內股票價格達到17.9美元，股票總值超過了福特汽車公

司，成為當時最成功的公司。

3．個人計算機IBMPC5150

微型計算機發展初期，大型計算機公司對它不屑一顧，認為那只是計算機愛好者的玩具而

已。但是蘋果公司的AppleII微型計算機在市場取得了極大成功，以及由此而引發的巨大經濟

利益，引起了大型計算機公司的高度重視。

1981年8月，IBM公司推出了第一臺16位個人計算機IBMPC5150（見圖1-9）。IBM公司

將這臺計算機命名為PC（PersonalComputer，個人計算機）。現在PC已經成為計算機的代名

詞。微型計算機終于突破了只為個人計算機愛好者使用的狀況，迅速普及到工程技術領域和商

業領域。

ISA????

DRAM

CPU

????

IBMPC5150?????⑤??

圖1-9IBMPC5150和主板（1981年）

IBMPC繼承了開放式系統的設計思想，IBM公司公開了除BIOS（基本輸入/輸出系統）之

外的全部技術資料，并通過分銷商傳遞給最終用戶，這一開放措施極大地促進了微型計算機的

發展。第一臺IBMPC采用了總線擴充技術，并且IBM公司放棄了總線專利權。這意味著其他

公司也可以生產同樣總線的微型計算機，這給兼容機的發展開辟了巨大的空間。

進入20世紀90年代后，每當英特爾公司推出新型CPU產品時，馬上會有新型個人計算機

推出。第一臺個人計算機與目前個人計算機的性能比較如表1-1所示。個人計算機在過去40多

年里發生了許多重大變化。

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大學計算機基礎

表1-1第一臺個人計算機與目前個人計算機的性能比較

技術指標第一臺個人計算機目前個人計算機

機器型號IBMPC5150HPLaptop15-dh0007TXPRC

推出日期1981年8月2019年5月

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

CPU頻率4.77MHz2.6GHz

內存容量64KBDRAM16GBDDR4

主板類型XTATX

外存容量5.25英寸軟驅160KB3.5英寸硬盤2TB

光驅規格無DVD刻錄光驅

顯示器單色11.5英寸CRT彩色23英寸LCD（觸摸屏）

顯示模式單色，720×350像素，文本處理彩色，1920×1080像素，3D圖形處理

音頻系統內置揚聲器6聲道集成聲卡+音箱+麥克風

網絡系統無1000Mbit/s網卡+無線網卡+藍牙

操作系統DOS1.0（字符操作界面）Windows10（圖形操作界面）

啟動時間16s左右50s左右

操作方式87鍵鍵盤107鍵無線鍵盤+無線鼠標

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

市場價格3045美元12000元

通過表1-1可以看出，微型計算機在性能上得到了極大的提高，功能越來越強大，應用涉

及各個領域。有統計資料表明，微型計算機自20世紀70年代問世以來，至今已售出20億臺左

右。其中，75%用于辦公，25%用于個人用途，桌上型微型計算機占了81.5%。根據

拓展閱讀

國家統計局統計數據表明，2020年我國電子計算機整機產量累計值達4.05億臺，其產

量比上一年累計增長16%。

1.2?計算機技術特征與文化

計算機的類型

1.2.1?計算機技術的主要特點

計算機是一種相對其能力而言比較便宜，而且功能強大的工具。同一臺計算機能夠做許多

不同的工作，如科學計算、數據處理、圖形設計、工業控制、文字排版、氣象預報、游戲娛

樂、通信交流、語音識別等。因此，計算機在社會各個領域都有廣泛的應用。要完全列舉計算

機在各個領域中的應用幾乎是一件不可能完成的任務。下面通過幾方面來探討計算機技術的主

要特點。

1．計算機的高速計算特點

19世紀一位外國數學家將圓周率π的值計算到小數點后面707位，共花費了15年的時間。

1984年一位日本人用計算機將π的值計算到1000萬位，只用了24h。

英國氣象學家劉易斯·弗萊·理查森（LewisFryRichardson，1881—1953）編寫的《利用

數值方法做天氣預報》一書中，講述了如何進行氣象預報的數值計算。為了求得準確的數據，

理查遜在1916年—1918年組織了大量人力進行了第一次數值氣象預報嘗試，由許多人用手搖計

算機進行了12個月的計算才完成，這次實驗雖然失敗了，但給了人們有益的啟示。在理查森試

驗的20年后，電子計算機的問世使數值氣象預報得以實現。1950年，美國科學家第一次成功地

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