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計算機基礎及MSOffice應用第1章

計算機基礎知識

電子數字計算機是20世紀重大科技發明之一。在人類科學發展的歷史上，還沒有哪門學科像計算機科學這樣發展得如此迅速，并對人類的生活、學習和工作產生如此巨大的影響。人們把21世紀稱為信息化時代，其標志就是計算機的廣泛應用。計算機是一門科學，但也成為信息社會中必不可少的工具。因此，越來越多的人認識到，掌握計算機尤其是微型計算機的使用，是有效學習和成功工作的基本技能。

本章從計算機的基礎知識講起，為進一步學習與使用計算機打下必要的基礎。通過本章學習，應掌握以下幾點：1．計算機的發展簡史、特點、分類及其應用領域。2．數制的基本概念，二進制和十進制整數之間的轉換。3．計算機中數據的表示、存儲與處理。4．計算機中數據、字符和漢字的編碼。5．多媒體技術的概念與應用。6．計算機的性能和技術指標。7．計算機病毒的概念和防治。

1.1計算機的發展

在人類文明發展的歷程中，曾發明和使用過許多輔助計算工具。如遠古時期的“繩”，戰國時的“算籌”，我們祖先發明的算盤，歐洲人的計算尺、計算器、手搖或機械計算機。計算工具的發明和利用，極大地擴展和提高了人腦的功能。隨著基礎理論的研究與先進思想的出現，也推動了計算機的發展。

1.1.1計算機的發展

1946年，由賓夕法尼亞大學的物理教授莫克利和工程師?？颂仡I導的科研小組開發了世界上第一臺多用途計算機ENIAC。這臺機器共用了18000個電子管，占地170平方米，功率150千瓦，重達30噸。每秒可運行約5000次加減運算，它雖然龐大笨重，卻標志著計算機時代的到來。1946年，匈牙利出生的美籍數學家馮·諾依曼提出了在數學計算機內部的存儲器中存放程序的概念，即“存儲程序”的思想，該設計思想對后來計算機的發展產生了深遠影響。后人稱采用該結構的計算機為“馮·諾依曼計算機”。目前，絕大多數電子計算機都是“馮·諾依曼計算機”。因此，馮·諾依曼被譽為“現代計算機之父”。

關于馮·諾依曼提出的存儲程序的概念，有以下特點：

（1）采用二進制代碼表示指令和數據。

（2）采用存儲程序方式，將事先編制好的程序存入存儲器中，計算機在程序運行時就能自動地、連續地從存儲器中依次取出指令并且運行。

馮·諾依曼計算機具有數據存儲、操作判斷與控制、數據處理、數據輸入與輸出5大功能對應5個功能部件，即存儲器、控制單元、算術邏輯運算單元、輸入單元和輸出單元，各部件的操作及其相互之間的聯系由控制單元集中控制。

計算機自從誕生之日起，就以驚人的速度發展。到目前為止，電子計算機已經經歷了4個發展階段。表1-1所示為計算機發展的四個階段。我國計算機的發展概況如下：1958年研制成功第一臺電子管計算機。1964年研制成功第二代晶體管計算機。1971年研制成功以集成電路為主要器件的DJS系列機。1983年研制成功億次巨型計算機——“銀河”。1995年研制成功第一套大規模并行機系統——“曙光”。2008年研制成功百萬億次超級計算機——“曙光5000”。2009年研制成功中國第一臺千萬億次超級計算機——“天河一號”。1.1.2計算機的特點、用途和分類1．計算機的特點

計算機是能高速、精確、自動進行科學計算及信息處理的現代化設備。與其他工具相比，計算機具有以下特點：（1）運算速度快、精度高

計算機的運算速度是指在單位時間內執行指令平均條數。目前，計算機的運算速度已經達到數萬億次/秒。計算精度主要取決于字長。目前最新的微處理器的字長為64位。（2）存儲容量大

計算機具有強大的存儲數據的能力。目前常用來存儲信息的硬盤，單盤容量已達到200GB。（3）具有邏輯判斷能力

計算機的工作原理是基于邏輯的，所以它還是具有邏輯判斷能力，從而能完成許多復雜問題的分析。（4）具有自動運行能力

計算機能按照存儲在其中的程序自動運行。一旦計算機啟動，控制單元就順序地訪問存儲器、讀出指令，逐條解釋執行指令，不需人直接干預。計算機還具有一些其他的特性，如通用性強、適用范圍廣、具有網絡與通信功能等。2．計算機的用途

隨著計算機的不斷發展，20世紀末計算機的應用已滲透到社會各行各業，改變著傳統的工作、學習和生活方式。

當前，計算機的應用可分為科學計算、數據處理、過程控制、計算機輔助、多媒體應用、網絡與通信、人工智能等多個方面。（1）科學計算

科學計算是指用計算機來完成科學研究和工程技術中所需要的數學計算，這是計算機最早的，也是最重要的應用領域。由于計算機具有計算速度快、精度高、儲存容量大以及能夠連續運算的特點，所以它不僅提高了工作效率，還解決了一些人工無法解決的復雜計算問題。（2）數據處理

數據處理也稱非數值計算，是指對大量的數據進行加工處理，如收集、存儲、歸納、分類、整理、檢索、統計、分析等。（3）過程控制

過程控制也稱實時控制，是指用計算機及時采集、檢測工業生產過程中的狀態參數，按照相應的標準或最優化的目標，迅速對控制對象進行自動調節或控制。（4）計算機輔助

計算機輔助設計（CAD）就是用計算機幫助設計人員進行設計。

計算機輔助制造（CAM）就是用計算機進行設備的管理、控制和操作的過程。

計算機輔助還包括：計算機輔助教學（CAI）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助技術（CAT）。（5）多媒體應用

多媒體是一種以交互方式，將文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種媒體信息，經過計算機設備的獲取、操作、編輯、存儲等綜合處理后，將這些媒體信息以單獨或合成的形態表現出來的技術和方法。（6）網絡與通信

將一個建筑物內的計算機和世界各地的計算機通過電話交換網等方式連接起來，就可以構成一個巨大的計算機網絡系統，做到資源共享，相互交流。計算機網絡的應用所涉及的主要技術是網絡互聯技術、路由技術、數據通信技術，以及信息瀏覽技術和網絡安全技術等。

計算機通信幾乎就是現代通信的代名詞，如目前發展勢頭已經超過傳統固定電話的移動通信就是基于計算機技術的通信方式。（7）人工智能人工智能（AI）是用計算機模擬人類的智能活動，如判斷、理解、學習、圖像識別、問題求解等。它是在計算機科學控制論、仿生學和心理學等學科基礎上發展起來的一門交叉學科。人工智能始終是計算機科學領域中一個重要的研究方向。3．計算機的類型

計算機發展到今天，已是琳瑯滿目，種類繁多。分類方法各不相同，分類標準也不是固定不變的，只能針對某一個時期而言。（1）按處理數據的類型分類

按處理數據的類型分可分為數字計算機、模擬計算機及數字和模擬計算機。（2）按用途分類

按用途分可分為通用計算機和專用計算機。（3）按性能規模分類

按性能規模分可分為巨型機、大型機、小型機、微型機和工作站。巨型機

巨型機的特點是運算速度快、存儲容量大。目前世界上只有少數國家能生產巨型機。我國目前自主研發的“銀河”就屬于巨型機。主要用于核武器、空間站技術、大范圍天氣預報、石油勘探等領域。大型機

大型機的特點是通用性強，具有很強的綜合處理能力，性能覆蓋面廣，主要應用于公司、銀行、政府部門。通常人們稱大型機為企業計算機。小型機

小型機規模小、結構簡單、設計周期短，便于及時采用先進工藝。其特點是可靠性高，對運行環境要求低，易于操作且便于維護。微型機

微型計算機又稱個人計算機，它是日常生活中使用最多、最普遍的計算機。具有價格低、性能強、體積小、功耗低的特點。工作站

工作站是一種高檔的微型計算機。它具有較高的運算速度，具有大型機、小型機的多任務、多用戶功能，具有微型機的操作便利和良好的人機界面。它可以連接到多種輸入/輸出設備。具有易于聯網、處理功能強的特點。其應用領域也從最初的計算機輔助擴展到商業、金融、辦公領域，并充當網絡服務器的角色。

計算機技術的發展日新月異。計算機的應用已滲透到科學技術的各個領域，并擴展到工業、農業、軍事、商業以及家庭生活中。從現在的技術角度來說，21世紀初將得到快速發展并具有重要影響的新技術有：人工智能、網絡計算、中間件技術和云計算等。1.人工智能

人工智能是研究開發能與人類智能相似的方式作出反應的智能機器。人工智能能讓計算機更接近人類的思維，實現人機交互。1.1.3計算機的新技術2.網絡計算

網絡計算是一種分布式計算，它研究如何把一個需要非常巨大的計算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多計算機進行處理，最后把這些計算結果綜合起來得到最終結果。

網絡計算的特點如下：（1）能夠提供資源共享，實現應用程序的互相連接。（2）協同工作，共同處理一個項目。（3）基于國際的開發技術標準。（4）可以提供動態服務，適應變化。3.中間件技術

為解決分布異構問題，人們提出了中間件的概念。中間件是位于操作系統和應用軟件之間的通用服務。也許很難給中間件一個嚴格的定義，但中間件應具有如下的特點：（1）滿足大量應用的需要。（2）運行于多種硬件和操作系統平臺。（3）支持分布計算，提供跨網絡硬件和操作系統平臺的透明性的應用或服務交換。（4）支持標準協議。（5）支持標準的接口。4.云計算

云計算是分布式計算、并行計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。美國國家標準與技術研究院定義：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問。進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務）。這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作或與服務供應商進行很少的交互。

云計算的特點是：超大規模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴展性、按需服務、價廉。1.1.4未來計算機的發展趨勢1．計算機的發展趨勢

隨著新技術、新發明的不斷出現和科學技術水平的提高，計算機技術也將高速發展。以目前計算機科學的現狀和趨勢上看，它將向巨型化、微型化、網絡化和智能化四個方向發展。（1）巨型化

巨型化是指計算機具有極高的運算速度，大容量的存儲空間，更加強大和完善的功能，主要應用于航空航天、軍事、尖端科技等領域。（2）微型化

大規模及超大規模集成電路的出現使計算機芯片集成度越來越高，所完成的功能越來越強，使計算機迅速向微型化發展。（3）網絡化

計算機網絡是計算機技術和通信技術緊密結合的產物。計算機網絡將不同地理位置上具有獨立功能的不同計算機通過通信設備和傳輸介質互連起來。在通信軟件的支持下，實現網絡中的計算機之間共享資源、交換信息、協同工作。（4）智能化

智能化指計算機能夠模擬人類的智力活動，如學習、感知、理解、判斷、推理等能力。具備理解自然語言、聲音、文字和圖像的能力。2．未來新一代的計算機

隨著計算機技術的發展，計算機性能的大幅度提高不容置疑。目前，一些新的計算機正在加緊研究。這些計算機是模糊計算機、生物計算機、光子計算機、超導計算機、量子計算機。（1）模糊計算機

在日常生活中，人們使用大量的模糊概念，如“休息一會”、“有何打算”、“再來一點兒”都是模糊不清的說法。由模糊陳述或判斷所表示的概念屬于模糊概念。要解決這種模糊問題只能通過模糊推理才能得到結果?，F有的計算機都沒有這種功能，只有模糊計算機才有。1964年英國人查理創立了模糊信息理論。依照模糊理論，判斷問題不是以是、非兩種絕對值，而是取許多值。用這種模糊的不確切的判斷進行工程處理的計算機就是模糊計算機。1985年第一個模糊邏輯片設計制造成功，它1秒內能進行8萬次模糊邏輯推理。（2）生物計算機

生物計算機又稱仿生計算機，是以生物芯片取代在半導體硅片上集成數以萬計的晶體管制成的計算機。它的主要原材料是生物工程技術產生的蛋白質分子。從生物計算機中提取信息困難是目前生物計算機沒有普及的主要原因。（3）光子計算機

光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存儲和處理的新型計算機。它由激光器、光學反射鏡、透鏡濾波器等光學元件和設備構成，靠激光束進入反射鏡組成陣列進行信息處理，以光子代替電子，光運算代替電運算。1990年初美國貝爾實驗室研制成世界上第一臺光子計算機。由于光子計算機具有運算速度快、信息存儲容量大、能量消耗小的優點。目前許多國家都投入巨資進行光子計算機的研究。（4）超導計算機1911年，荷蘭物理學家昂內斯發現，一些材料在接近零下273.15攝氏度時，會失去電阻，流入它們中的電流會暢通無阻，可進行無損耗的流動。超導計算機運算速度快且電能消耗極低，但超導計算機的組件必須在超低溫的條件下工作。（5）量子計算機

量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究。研究可逆計