计算机的发展和应用

i计算机的发展和应用1第一章计算机的发展和应用计算机（Computer）是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序（这些程序是人们意志的体现）对输入的信息进行加工、处理，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。1、1.1．世界上第一台计算机ENIAC1，1946年2月在美国诞生，它不具备现代计算机的主要原理特征——存储程序和程序控制。2．世界上第一台按存储程序功能设计的计算机EDVAC，美国1946年开始设计，1950年研制完成。3．世界上第一台实现存储程序功能的计算机EDSAC，英国1947开始设计，1949年5月投入运行。2、1.2计算机的发展电子计算机的发展按电子逻辑器件可划分为4个阶段：时间电子元件运算速度软硬件发展及应用领域1ENIAC(电子数值积分计算机ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)，使用了18800个电子管，1500个继电器，占地170平方米,重达30吨，耗电140千瓦，耗资40多万美元，每秒可进行5000次加法或减法运算计算机硬件系统2第一代1946～20世纪50年代初期电子管几千~几万次/秒磁带作为存储器，没有系统软件，编程采用机器语言或汇编语言应用以科学计算为主第二代20世纪50年代中期～20世纪60年代中期晶体管几十~百万次/秒用磁芯和磁鼓做存储器，产生了高级程序设计语言和批量处理系统应用领域扩大至数据处理和事务处理，并逐渐用于工业控制第三代20世纪60年代中期～20世纪70年代初期中小规模集成电路百万~几百万次/秒主存储器采用半导体存储器，外存储器有磁盘和磁带，操作系统日益完善、高级语言种类进一步增加应用扩大于企业管理、自动控制、辅助设计和辅助制造等领域第四代20世纪70年代中期至今大规模超大规模集成电路几百万~几亿次/秒采用光盘作存储器，微型计算机出现，产生了图形操作系统和面向对象的程序设计语言应用涉及各个领域如办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统，并且进入家庭3、计算机的分类计算机可是否专用划分为通用计算机和专用计算机。通用机计算机是为了解决多种问题而设计的具有多种用途的计算机。专用计算机是针对某一特定用途而设计的计算机，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。根据处理信号的不同，计算机可以划分为数字计算机和模拟计算机。数字计算机是指其运算和处理的数据都是用离散数字量表示的。模拟计算机是指其运算和处理的数据都是用连续模拟量表示的，如连续的电压、温度、速度等模拟数据。根据计算机的性能，计算机可以划分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微机、工作站、服务器等。分类方法计算机类型按用途划分通用机通用机计算机是为了解决多种问题而设计的具有多种用途的计算机专用机专用计算机是针对某一特定用途而设计的计算机，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用根据处理信号划分数字计算机其运算和处理的数据都是用离散数字量表示的模拟计算其运算和处理的数据都是用连续模拟量表示的，如连续的电压、温度、速度等模拟数据根据规模划分计算机的发展和应用34、1.4计算机的性能指标计算机的主要技术性能指标有主频、字长、内存容量、存取周期、运算速度及其他指标。1．主频（时钟频率）：是指计算机CPU在单位时间内输出的脉冲数。它在很大程度上决定了计算机的运行速度。单位MHz。2．字长：是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。字长决定了计算机的运算精度。3．内存容量：是指内存贮器中能存贮的信息总字节数。通常以8个二进制位(bit)作为一个字节（Byte）。4．存取周期：存贮器连续二次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间，单位为纳秒。存储器完成一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间（或读写时间）。5．运算速度：是个综合性的指标，单位为MIPS（百万条指令/秒）。影响运算速度的因素，主要是主频和存取周期，字长和存储容量也有影响。5、1.5计算机的应用领域计算机的应用范围，按其应用特点可分为科学计算、信息处理、过程控制、计算机辅助系统、多媒体技术、计算机通信、人工智能。计算机系统组成5第二章计算机系统组成第一节计算机硬件系统1、计算机的硬件组成计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件是指组成计算机的各种物理设备，也就是我们在“认识计算机”中所介绍的那些看得见，摸得着的实际物理设备。它包括计算机的主机和外部设备。具体由五大功能部件组成，即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。这五大部分相互配合，协同工作。其简单工作原理为，首先由输入设备接受外界信息(程序和数据)，控制器发出指令将数据送入(内)存储器，然后向内存储器发出取指令命令。在取指令命令下，程序指令逐条送入控制器。控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求，向存储器和运算器发出存数、取数命令和运算命令，经过运算器计算并把计算结果存在存储器内。最后在控制器发出的取数和输出命令的作用下，通过输出设备输出计算结果计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五部分组成。2、中央处理器中央处理器(CPU)是计算机的核心部件，由运算器、控制器和寄存器组3部分组成。此外，为了匹配高速CPU与相对低速的内存之间的工作速度，CPU中往往集成了一级缓存（L1Cache）和计算机硬件系统6二级缓存（L2Cache），从而大大提高CPU的处理速度。二级缓存的容量还成为衡量CPU性能的重要指标。内存储器控制器寄存器运算器指令数据运算结果中央处理器操作命令图1CPU的组成1．运算器运算器用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算。运算器一般由基本逻辑部件（ArithmeticLogicUnit,ALU）和浮点运算器组成，以便同时进行整数和实数的运算。2．控制器控制器是CPU的指挥中心，它能解释指令的含义，控制运算器的操作，记录内部状态。控制器主要由程序计数器、指令寄存器、指令译码器和时序电路等部件组成。3．寄存器组寄存器组主要用来临时存放参加运算的数据和计算的中间结果，以减少CPU与外部数据的交换，加快CPU的运行速度。2.1.3存储器存储器是计算机用来存放程序和数据的记忆部件。计算机的存储器由两部分组成——内存储器和外存储器。内存储器简称内存，位于系统主机板上，用于存放当前需要运行的数据和相应指令，可与CPU直接进行信息交换，存取速度快，但是容量小、价格贵，系统关机或断电后内存中信息将丢失。外存储器简称外存，不能与CPU直接进行信息交换。外存的容量大、价格低，但是存取速度慢，用于存放长期保存的程序和数据。1．内存目前微型计算机中所用的内存分为随机存储器和只读存储器(1)随机存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，又称读写存储器RAM可以读出，也可以写入。读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容。断电后，存储内容立即消失，即具有易失性。RAM可分为动态（DynamicRAM）和静态（StaticRAM）两大类。DRAM的特点是集成度高，主要用于大容量内存储器；SRAM的特点是存取速度快，主要用于高速缓冲存储器。(2)只读存储器(ReadOnlyMemory，简称为ROM）ROM是只读存储器。顾名思义，它的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。原来存储的内容是采用掩膜技术由厂家一次性写入的，并永久保存下来。它一般用来存放专用的固定的程序和数，不会因断电而丢失。2．外存外存储器属于外部设备，通常包括磁盘存储器(包括软盘、硬盘)、光盘存储器、可移动存储器。计算机系统组成72.1.4显示器1．显示器和显示适配器显示器是计算机的主要输出设备，显示器必须配置正确的适配器才能构成完整的显示系统。目前计算机使用的显示器主要是阴极射线管显示器件(CRT,CathodeRayTube)、液晶显示器(LCD,LiquidCrystalDisplay)和发光二极管显示器(LED,LightEmittingDiode)。显示适配器，俗称显卡，是主机与CRT的连接部件，其作用是将计算机中的数据转变成视频信号输出。显卡较早的标准有：CGA(ColorGraphicsAdapter)标准(320×200，彩色)和EGA(EnhancedGraphicsAdapter)标准（640×350，彩色）。目前常用的是VGA(VideoGraphicsArray)标准。VGA适用于高分辨率的彩色显示器，其图形分辨率在640×480以上，能显示256种颜色，其显示图形的效果相当理想。在VGA之后，又不断出现SVGA，TVGA卡等，分辨率提高到800×600，1024X768，而且有些具有16.7兆种彩色，称为“真彩色“。2．显示器的性能指标显示器的主要性能指标有：(1)点距：指屏幕上相邻两个同色像素单元之间的距离，即两个红色（或绿、蓝）像素单元之间的距离。(2)刷新率：又称为“垂直扫描频率”，是指单位时间内电子枪对整个屏幕进行扫描的次数，通常以赫兹(Hz)表示。(3)分辨率和像素：分辨率指屏幕上像素的个数，像素指组成图像的最小单位。数值越大，图像也就越清晰。比如1024×768，其中“1024”表示屏幕上水平方向显示的点数，“768”表示垂直方向的点数。2.1.5打印机打印机(Printer)是计算机的输出设备，用于把文字或图形在纸上输出，供阅读和保存。打印机按工作机构可粗分为两类：击打式打印机和非击打式印字机。其中微机系统常用的打印机有：针式打印机(DotMatrixPrinter)是点阵式打印机,用针打在色带上,将颜色印在纸上；喷墨打印机(InkjetPrinter)也是一种点阵式打印机,只是它是将墨喷在纸上；激光打印机(LaserBeamPrinter)是光扫描和电子照相技术相结合的产物,原理类似于复印机。第二节2.2计算机软件系统计算机软件是能指挥计算机工作的程序与程序运行时所需要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料，其中文字说明和图表资料又称为文档。计算机软件分系统软件、应用软件两大类。2.2.1软件系统及其分类1．系统软件：系统软件是指控制和协调计算机及其外部设备，支持应用软件的开发和运行的软件。其主要的功能是进行调度、监控和维护系统等等。系统软件是用户和裸机的接口，主要包括：(1)操作系统软件,如DOS、WINDOWS98、WINDOWSNT、Linux,Netware等(2)各种语言的处理程序,如低级语言、高级语言、编译程序、解释程序(3)各种服务性程序,如机器的调试、故障检查和诊断程序、杀毒程序等(4)各种数据库管理系统,如SQLSever、Oracle、Informix、Foxpro等2．应用软件：为解决某个实际问题而由用户自己编写的程序。应用软件主要有以下几种：(1)用于科学计算方面的数学计算软件包、统计软件包(2)文字处理软件包(如WPS、WORD、Office2000)(3)图像处理软件包(如Photoshop、动画处理软件3DSMAX)(4)各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教育等专用软件2.2.2计算机程序设计语言2.2计算机软件系统8计算机程序设计语言分为机器语言、汇编语言和高级语言三种类型。1．机器语言：就是二进制语言,是计算机唯一能直接识别、直接执行的计算机语言，因不同的计算机指令系统不同，所以机器语言程序没有通用性。2．汇编语言：汇编语言是机器语言的进化，它和机器语言基本上是一一对应的，但在表示方法上用一种助记符表示。汇编语言和机器语言都是面向机器的程序设计语言，一般称为低级语言。3．高级语言：是独立于机器的算法语言，它克服于初级语言的缺点，接近于自然语言和数字公式的表示方式，因此用高级语言编写的程序易读、易记、通用性强。称之为面向用户的语言，如C语言、C++、Java等。微型计算机9第三章微型计算机第一节微型计算机总线结构微型计算机一般由主机箱、显示器、键盘、鼠标、打印机组成，主机箱里面一般有主板、硬盘、软驱、光驱、电源，主板上一般插有C