计算机应用基础(Windows 7+Office 2010)

单元1计算机基础知识 电子计算机(Electronic Computer)，一般简称为计算机(Computer)，是一种能够自动、高速、精确地存储和处理信息的电子设备。由于计算机具有计算、模拟、分析问题、事务处理和实时控制等能力，因此被看作人脑的延伸，通常也称为“电脑”。计算机出现后，已经对现代社会的发展产生了巨大影响。而网络技术、多媒体技术等新技术的发展，更有力地推动了计算机技术在全球、全社会范围内的广泛应用。会使用计算机已经成为一个现代人必须具备的基本技能，成为衡量人们知识与能力必不可少的重要标准。 大纲要求： 计算机的起源和发展； 计算机的特点； 计算机的分类； 计算机的应用领域及未来发展趋势； 计算机系统的组成及主要性能指标。 数制的概念； 二进制数、八进制数、十进制数及十六进制数之间的转换规则及方法； 二进制数的加、减、乘、除的运算特点及规则。 数据的编码、字符的编码、汉字的编码的方法及形式。 多媒体技术概述。 病毒的概念、特点及预防方法。 1.1计算机概述 1.1.1计算机的起源和发展 1. 计算机的起源 在漫长的人类进化和文明发展过程中，人类的大脑逐渐有了一种特殊的本领，这就是把直观形象变成抽象的数字，从而进行抽象思维活动。正是由于能够在“象”和“数”之间相互转换，人类才真正具备认识世界的能力。随着人类文明的进步，在16世纪末，计算尺的出现开创了模拟计算的先河，直到20世纪中叶，计算尺才被袖珍计算器取代。 从17世纪到19世纪末长达200多年的时间里，一批批科学家相继进行机械式计算机的研制，其中代表人物有帕斯卡、莱布尼茨、巴贝奇等。这个时期出现了类似计算机的机械，虽然很简单，但是许多工作原理和思想已经接近现代计算机。 第二次世界大战的爆发从某种程度上推动了计算机的产生。1943年，贝尔实验室把U型继电器装入计算机设备中，制成了M2型机，这是*早的编程计算机之一。此后的两年中，贝尔实验室相继研制成功了M3型和M4型计算机，但都与M2型类似，只是存储器容量更大些。1944年8月7日，由IBM出资，美国人霍德华·艾肯(Howard Aiken)负责研制的马克1号计算机在哈佛大学正式运行，它装备了15万个元器件和长达800km的电线，每分钟能够进行200次以上运算。女数学家格雷斯·霍波(Grace Hopper)为它编制了计算程序，并声明该计算机可以进行微分方程的求解。 2. **台计算机的诞生 1946年2月14日，美国宾夕法尼亚大学摩尔学院教授莫契利(J.Mauchiy)和埃克特(J.Eckert)共同研制成功了ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)计算机。 世界上**台通用数字计算机就此诞生。ENIAC作为能够模拟人类思维的电子计算机，它具有严谨的逻辑数学理论基础和精密的体系结构。ENIAC的诞生，宣告人类从此进入电子计算机时代。 这台计算机总共安装了17468只电子管，7200多个二极管，70000多个电阻器，10000多只电容器和6000多只继电器，电路的焊接点多达50多万个，机器被安装在一排2.75m高的金属柜里，占地面积为170m2左右，总重量达到30t，其运算速度达到每秒5000次加法，可以在3/1000s时间内做完两个10位数乘法。 3. 计算机的发展 ENIAC诞生后短短的几十年间，计算机的发展突飞猛进。随后半个多世纪，人们根据计算机所采用的电子元件不同，将计算机的发展分为四个阶段： 电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路。每一次更新换代都使计算机的体积和耗电量大大减小，功能大大增强，应用领域进一步拓宽。特别是体积小、价格低、功能强的微型计算机的出现，使计算机迅速普及。微型计算机进入了办公室和家庭，在办公室自动化和多媒体应用方面发挥了很大的作用。目前，计算机的应用已扩展到社会的各个领域。 1) **代计算机(1946—1957年) 采用电子管作为逻辑元件是**代计算机的标志。电子管的特点是体积大、功耗大、运算速度慢、价格昂贵、可靠性差。1950年问世的**台并行计算机EDVAC，首次实现了冯·诺依曼体系的两个重要思想： 存储程序和采用二进制。**代计算机没有系统软件，使用机器语言或汇编语言来编制程序，主要用于科学计算和工程计算。 2) 第二代计算机(1958—1964年) 采用晶体管作为逻辑元件是第二代计算机的标志。与电子管相比较，晶体管的体积小、重量轻、寿命长、功耗低、价格较便宜、可靠性有所提高、运算速度每秒达几十万次至几百万次。在这一阶段出现了高级程序设计平台，高级语言FORTRAN和COBOL得到广泛应用，并提出操作系统概念。晶体管时代的计算机除了应用在科学计算机领域，还应用在数据处理和实时控制领域。 3) 第三代计算机(1965—1970年) 采用中小规模集成电路作为逻辑元件成为第三代计算机的重要特征。集成电路作为逻辑元件的计算机体积更小、功耗更低、运算速度更快，可达到每秒几百万次甚至几千万次，可靠性更加稳定。这个时代的计算机设计思想已经逐步走向标准化、模块化和系统化。 4) 第四代计算机(1970年以后) 随着集成电路的迅速发展，采用大规模和超大规模集成电路的第四代计算机的性能飞速提高，体积越来越小，价格越来越低，运算速度可达每秒上亿次。在系统结构方面，处理机系统、分布式系统及计算机网络研究快速发展。系统软件不仅实现了自动化，而且正在向智能化方向发展，各种应用软件层出不穷。 1.1.2计算机的特点与分类 1. 计算机的特点 1) 运算速度快 运算速度是计算机的一个重要性能指标。计算机的运算速度通常用每秒执行定点加法的次数或平均每秒执行指令的条数来衡量。运算速度快是计算机的一个突出特点。计算机的运算速度已由早期的每秒几千次(如ENIAC机每秒钟仅可完成5000次定点加法)发展到现在的*高可达每秒几千亿次乃至万亿次。 计算机高速运算的能力极大地提高了工作效率，把人们从浩繁的脑力劳动中解放出来。过去用人持久工作才能完成的计算，计算机可以“瞬间”完成。曾有许多数学问题，由于计算量太大，数学家们终其毕生也无法完成，使用计算机则可轻易地解决。 2) 计算精度高 在科学研究和工程设计中，对计算结果的精度有很高的要求。一般的计算工具只能达到几位有效数字(如过去常用的四位数学用表、八位数学用表等)，而计算机对数据结果的精度可达到十几位、几十位有效数字，根据需要甚至可达到任意的精度。 3) 存储容量大 计算机的存储器可以存储大量数据，使计算机具有了“记忆”功能。目前计算机的存储容量越来越大，已高达千兆数量级的容量。计算机具有“记忆”功能，这是与传统计算工具的一个重要区别。 4) 具有逻辑判断功能 计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外，还具有比较、判断等逻辑运算的功能。这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提。思维能力本质上是一种逻辑判断能力，也可以说是因果关系分析能力。借助于逻辑运算，可以让计算机做出逻辑判断，分析命题是否成立，并可根据命题成立与否做出相应的对策。例如，数学中有个“四色问题”，不论多么复杂的地图，使相邻区域颜色不同，*多只需四种颜色就够了。100多年来不少数学家一直想去证明它或者推翻它，却一直没有结果，成了数学中著名的难题。1976年两位美国数学家终于使用计算机进行非常复杂的逻辑推理验证了这个著名的猜想。 5) 自动化程度高，通用性强 由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在计算机内，工作时按程序规定进行操作，一步一步地自动完成，一般无须人工干预，因而自动化程度高。这一特点是一般工具所不具备的。 计算机通用性的特点表现在几乎能求解自然科学和社会科学中一切类型的问题，能广泛地应用于各个领域。 2. 计算机的分类 1) 按照计算机处理数据类型的不同 按照计算机处理数据类型的不同，一般常将电子计算机分为数字计算机(Digital Computer)、模拟计算机(Analogue Computer)和混合计算机三大类。 (1) 数字计算机。数字计算机是通过电信号的有无来表示数，并利用算术和逻辑运算法则进行计算的。它具有运算速度快、精度高、灵活性大及便于存储等优点，因此适合应用于科学计算、信息处理、实时控制和人工智能等领域。我们通常所用的计算机，一般都是数字计算机。 (2) 模拟计算机。模拟计算机是通过电压的大小来表示数，即通过电的物理变化过程来进行数值计算的。其优点是速度快，适合于解高阶的微分方程。在模拟计算和控制系统中应用较多，但通用性不强，信息不易存储，且计算机的精度受到了设备的限制。目前已经很少生产。没有数字计算机应用普遍。 (3) 混合计算机。混合计算机是把模拟计算机与数字计算机结合在一起应用于系统仿真的计算机系统。由于数字计算机是串行操作的，运算速度受到限制，但运算精度很高； 而模拟计算机是并行操作的，运算速度很高，但精度较低。把两者结合起来可以互相取长补短，因此混合计算机主要应用于一些严格要求实时性的复杂系统的仿真。 2) 按照计算机不同用途分类 按照计算机的用途可将其划分为专用计算机(Special Purpose Computer)和通用计算机(General Purpose Computer)。 (1) 专用计算机。专用计算机具有使用面窄甚至专机专用的特点，它是为了解决一些专门问题而设计制造的。因此，它可以增强某些特定的功能，而忽略一些次要功能，使专用计算机能够高速度、高效率地解决某些特定的问题。一般来说，模拟计算机通常都是专用计算机。在军事控制系统中，广泛地使用了专用计算机。 (2) 通用计算机。通用计算机具有功能多、配置全、用途广、通用性强等特点，人们通常所说的以及本书所介绍的计算机就是指通用计算机。根据通用计算机的性能指标又可以将计算机分为以下5类。 ① 巨型机。研制巨型机是现代科学技术，尤其是国防尖端技术发展的需要。核武器、反导弹武器、空间技术、大范围天气预报、石油勘探等都要求计算机有很高的运算速度和很大的存储容量，一般大型通用机远远不能满足要求。很多国家竞相投入巨资开发速度更快、性能更强的超级计算机。巨型机的研制水平、生产能力及其应用程度已成为衡量一个国家经济实力和科技水平的重要标志。目前，巨型机的运算速度可达每秒几百亿次。这种巨型机1秒内所做的计算量相当于一个人用袖珍计算器每秒做一次运算、一天24小时、一年365天连续不停地工作31709年。这种计算机使研究人员可以研究以前无法研究解决的问题，例如研究更先进的国防尖端技术、估算100年以后的天气、更详尽地分析地震数据以及帮助科学家计算毒素对人体的影响等。 巨型机从技术上向两个方向发展： 一方面是开发高性能器件，缩短时钟周期，提高单机性能，目前巨型机的时钟周期在2~7ns。另一方面是采用多处理器结构，提高整机性能。 在实践中，有些科学技术题目需要并行计算。20世纪80年代中期以来，超并行计算机的发展十分迅速，这种超并行巨型计算机通常是指由100台以上的处理器所组成的计算机网络系统，它是用成百上千甚至上万台处理器同时计算一个课题，以达到高速运算的目的。这类大规模并行处理的计算机将是巨型计算机的重要发展方向。 ② 大型机。大型机具有极强的综合处理能力和强大的性能覆盖面。在一台大型机中可以使用几十台微型机或微型机芯片，可以完成复杂的指令操作。同时可以支持上万个用户，支持几十个大型数据库，主要用于政府部门、银行、大企业等。 ③ 小型机。小型机规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺。这类机器由于可靠性高，对运行环境要求低，易于操作且便于维护，用户使用机器不必经过长期的专门训练。因此小型机对广大用户具有很强的吸引力，加速了计算机的推广普及。 小型机应用范围广泛，如用在工业自动控制、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，也用作大型、巨型计算机系统的辅助机，并广泛运用于企业管理以及大学和研究所的科学计算等。 ④ 工作站。工作站是一种高档的微型机系统。它具有较高的运算速度，既具有大、中、小型机的多任务、多用户能力，又兼具微型机的操作便利和良好的人机界面。它可连接多种输入、输出设备，其*突出的特点是图形性能优越，具有很强的图形交互处理能力，因此在工程领域、特别是在计算机辅助设计(CAD)领域得到了广泛运用。人们通常认为工作站是专为工程师设计的机型。由于工作站出现得较晚，一般都带有网络接口，采用开放式系统结构，即将机器的软、硬件接口公开，并尽量遵守国际工业界流行标准，以鼓励其他厂商、用户围绕工作站开发软、硬件产品。目前，多媒体等各种新技术已普遍集成到工作站中，使其更具特色。它的应用领域也已从*初的计算机辅助设计扩展到商业、金融、办公领域，并频频充当网络服务器的角色。 ⑤ 微型机。微型机又称为个人计算机。它具有体积小、价格低、功能较全、可靠性高、操作方便等突出优点，现已应用于社会生活的各个领域。 1.1.3计算机的应用领域与发展趋势 1. 计算机的应用领域