信息技术与计算机

第1章信息技术与计算机[目的要求]了解计算机特点、历史、类型和应用领域；掌握计算机主要硬件设备的基本知识和多媒体计算机系统知识；掌握ASCII码值的比较。掌握二进制与十进制的互相转换及计算机的系统组成和结构功能。掌握键盘的键位分布及五笔字型输入法规则（86版）。[教学内容]一、计算机概述1、计算机的特点：1）具有逻辑判断能力,能在程序控制下自动地进行工作。2）运算速度快：每秒可达到百万次或亿万次。3）计算精度高：精度可达十位、十六位有效数字，计算机中字长越长，计算机精度越高。4）存储容量大：计算机中所存数据量很大，且保留时间长。5）具有逻辑判断和记忆能力：拥有一定人脑的功能。6）自动化和灵活性：计算机采用存储程序实现了高度的自动化和灵活性。2、计算机的发展世界上第一台数字式电子计算机ENIAC于1946年2月14日正式启用。ENIAC每秒可完成5000次加法或300次乘法运算，它使用了18800个电子管，占地170平方米，重达30吨，每小时耗电150千瓦，耗资40万美元。1）计算机的发展历程：计算机从原理上分成模拟式计算机和数字式计算机。模拟机是以连续变化的物理量表示所测量的数据来模拟某一变化过程，它主要用于仿真研究。数字机则以数字量表示数据。模拟机所做的工作都可由数字机来完成。按照计算机所用的逻辑元件（电子器件）来划分计算机的时代，其发展历史简况如下：（1）第一代电子计算机，1946年到1958年。特点是：基本逻辑电路由电子管组成；内存储器用延迟线或磁鼓（后期采用了磁芯）；外存储器采用磁带；机器的总体结构以运算器为中心。（2）第二代电子计算机，1958年到1964年。特点是：基本逻辑电路由晶体管电子元件组成；内存采用磁芯；外存采用磁鼓；总体结构改为以存储器为中心。（3）第三代电子计算机，1964年到1970年。特点是：基本逻辑电路由小规模集成电路组成。（4）第四代电子计算机，1970年以后。采用中、大规模集成电路构成逻辑电路，组件以子系统功能为基础。2）计算机发展趋势目前计算机正朝着并行处理与人工智能两大方向发展，但这除了要靠计算机技术本身的进步外，还受到其他相关学科研究进展的制约，因此预计未来第五代计算机的实际应用还有较长时间。计算机更新换代的鲜明特点是：体积缩小、重量减轻、成本降低、可靠性能提高。当前计算机的发展趋势概括为四化：巨型化、微型化、网络化和智能化。3、计算机的分类（1）巨型机：运算速度快，每秒可达1亿次以上。（2）大型机：运算速度在100万～几千万次/秒，字长32～64位，主存容量在几十兆字节左右。（3）中型机：性能和规模处于大型机和小型机之间。（4）小型机：结构简单、规模较小、操作简单、成本较低（5）微型机：简称微机或PC机。体积小、价格低、功能全、操作方便。（6）工作站：就是一台高档微机。独特之处在于：易于联网、有大量内存、配置大屏幕显示器和较强的网络通信功能。4、计算机的应用领域(1)信息系统、数据处理当前计算机的应用主要用于数据处理，如银行系统、财会管理、经营管理、图书管理、订票系统、资料检索等。(2)过程控制生产过程的控制，如机械、冶金、化工、电力、建材等部门。(3)计算机辅助设计CAD（计算机辅助设计）CAI（计算机辅助教学）CAM（计算机辅助制造）OA（办公自动化）CAT（计算机辅助测试）CAE（计算机辅助工程）(4)科学计算可以实现人工无法实现的各种科学计算问题。(5)人工智能包括计算机专家咨询系统、机器人。(6)娱乐与文化教育(7)产品艺术造型设计(8)计算机通信(9)电子商务二、微型计算机系统的基本组成1、计算机的基本结构冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点：(1)计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。(2)计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。(3)将编好的程序送人内存储器中，然后启动计算机工作，计算机勿需操作人员干预，能自动逐条取出指令和执行指令。2．中央处理器CPU微处理器（中央处理器，CPU）是电脑中最关键的部件，是由超大规模集成电路（VLSI）工艺制成的芯片，它由控制器、运算器、寄存器组和辅助部件组成。运算器简称ALU，运算器是用来进行算术运算和逻辑运算的元件。控制器负责从存储器中取出指令、分析指令、确定指令类型并对指令进行译码，按时间先后顺序负责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调工作。寄存器组是用来存放当前运算所需的各种操作数、地址信息、中间结果等内容。将数据暂时存于CPU内部寄存器中，加快CPU的操作速度。它是计算机的核心，用于数据的加工处理的部件并使计算机各部件自动协调地工作。CPU品质的高低直接决定了一个计算机系统的档次。反映CPU品质的最重要的指标是主频与字长。字长：CPU能同时处理的二进制数据的位数（bit），决定了计算机的运算精度和运行速度。主频：CPU在单位时间内发出的脉冲数，单位是MHz。主频越高，CPU速度越快。3、总线结构微型计算机结构是以总线为核心的将微处理器、存储器、输入/输出设备智能地连接在一起的。所谓总线，是指微型计算机各部件之间传送信息的通道。CPU内部的总线为内部总线，连接微型计算机系统各部件的总线称为外部总线。1．地址总线地址总线是单向的。地址总线的位数决定了CPU的寻址能力，也决定了微型机的最大内存容量。2．数据总线数据总线用于传输数据。数据总线的传输方向是双向的，是CPU与存储器、CPU与I/O接口之间的双向传输。3．控制总线控制总线是CPU对外围芯片和I/O接口的控制以及这些接口芯片对CPU的应答、请求等信号组成的总线。4、内部存储器存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据。存储器分两大类：称为主存储器（内存）；另一种存储设备称为辅助存储器（外存）。内部存储器（内存）分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。ROM存储器中的信息只能读出而不能随意写入，RAM是一种读写存储器，其内容可以随时根据需要读出，也可以随时重新写入新的信息。在计算机断电后RAM中的信息会丢失。5、主板主板是电脑系统中最大的一块印刷电路板，由印刷电路板、CPU插座、控制芯片、CMOS只读存储器、CACHE存储器、各种扩展插槽、键盘插座、各种连接插座和各种开关及跳线组成的。CMOS只读存储器：CMOS只读存储器中装载着BIOS程序。负责处理主板与操作系统之间的接口问题，功能是：对CPU、主板芯片以及有关的接口部件进行初始化；对电脑进行开机自检；帮助系统从驱动器中寻找DOS的引导系统，并向RAM中装入DOS；运行Setup程序对系统的硬件进行设置。当开机后，用户按Del键或F1键即可设置BIOS参数。I/O扩充插槽：在主板上备有一些扩充插槽，用来插入部件或连接外部设备。通过扩充插槽接通总线，就可以实现与CPU的信息交换，从而实现系统的扩充和与外设的连接。目前主板上的扩充插槽有ISA插槽、PCI插槽、AGP插槽。外围设备连接口：主机与外部设备通过外设接口连接。目前主机上一般都设有两个串行接口（COM1和COM2）、两个并行接口（LPT1、LPT2）、新型通用串行总线接口（USB）以及鼠标、键盘接口，如图1.2.6所示。通常，COM1用于连接鼠标，COM2用于连接外置Modem；LPT1用于连接打印机，LPT2用于连接扫描仪；小口径的鼠标接口连接在PS/2接口上；对于数码相机等新式输入输出设备，一般都连接在USB接口上。芯片组：为简化主板结构，将复杂的电路元件集成为性能可靠的几块芯片，这些芯片分别由“北桥”和“南桥”组成，并统称为“芯片组”。功能是控制与管理整个计算机的硬件以及数据传递。6、外部存储器外部存储器包括软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、磁带存储器等几大类。(1)软盘驱动器：是电脑中最早使用的数据存储器之一。软盘是一种两面涂有磁性物质的聚脂薄膜圆形盘片。软盘存储器由软磁盘、软盘驱动器和软盘驱动器适配器三个部分组成。(2)硬盘存储器：简称为硬盘由硬盘片、硬盘控制器、硬盘驱动器及连接电缆组成。其特点是：存储容量大、存取速度快。(3)光盘存储器：光盘是利用激光进行读写信息的圆盘。光盘存储器系统是由光盘片、光盘驱动器和光盘控制适配器组成。常见的光盘存储器和类型有CD-ROM，CD-R，CD-RW和DVD-ROM等(4)其他外部存储设备：为适应大规模的信息交换，现在又出现了“光盘库”。它是一种能够自动交换光盘盘片和读写数据的装置。7、输入设备输入设备是向计算机输入程序、数据和命令的部件，常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、话筒等。(1)键盘：计算机必备的标准输入设备，用户的程序、数据以及各种对计算机的命令都可以通过键盘输入。(2)鼠标：据其使用原理可分为：机械鼠标、光电鼠标和光电机械鼠标。按键数可分为：两键鼠标、三键鼠标和多键鼠标(3)扫描仪：将各种形式的图像信息输入计算机的重要工具。(4)光笔：用一支定位笔在一块与计算机相连的书写板上写字，根据压敏特性或电磁感应原理将笔在运动中的坐标位置不断送入计算机，使计算机中的识别软件通过采集到的笔的轨迹来识别所写的字，再把代码作为结果存储。(5)数字化仪：一种图形输入设备，它可将各种图纸的图形信息转换成计算机可识别的数字信号输入计算机中。它与绘图仪一起常用于工程设计单位。(6)麦克风：用话筒可以进行语音输入。其硬件系统是由声卡和话筒（麦克风）组成。(7)数码相机：是一种无胶片相机，是集光、电、机于一体的电子产品。(8)其他输入设备：触摸屏、条形码阅读器、PC游戏手柄、光电阅读仪等。8、输出设备输出设备是用来输出经过计算机运算或处理后所得的结果，并将结果以字符、数据、图形等人们能够识别的形式进行输出。常见输出设备有显示器、打印机、投影仪、绘图仪、声音输出设备等。(1)显示器：由监视器和显示控制适配器（显示卡）组成。显示器可以分为单色显示器和彩色显示器两种。显示器的主要技术指标有屏幕尺寸、点距、显示分辨率、灰度和颜色深度及刷新频率。分辨率：屏幕能显示像素的数目，像素是可以显示的最小单位。分辨率越高，则像素越多，能显示的图形就越清晰。灰度：指像素点亮度的级别数，在单色显示方式下，灰度的级数越多，图像层次越清晰。颜色深度：指计算机中表示色彩的二进制位数刷新频率：指每秒钟内屏幕画面刷新的次数。刷新频率越高，画面闪烁越小，通常是75Hz～90Hz。(2)打印机：可将计算机的运行结果直接在纸上输出。按打印技术分为击打式和非击打动式；按印字方式分为串式打印机、行式打印机和页式打印机；按构成字符的方式分为字模式和点阵式；按打印宽度分为宽行和窄行打印机。(3)绘图仪：是一种输出图形硬拷贝的输出设备。(4)声音输出设备：包括声卡和扬声器两部分。声卡可分为8位、16位、32位、64位，位数越高，效果越好。声卡的总线接口有ISA和PCI两种，PCI已经成为主流。声卡除了发声以外，还提供录入、编辑、回放数字音频和进行MIDI音乐合成的能力。扬声器主要有音箱和耳机两类。(5)投影机：通过与计算机的连接，可以把计算机的屏幕内容全部投影到银幕上。9、电源与机箱微机电源要求输入220V、50Hz的交流电，经过变压整流稳压后，输出四种直流电，供微机不同部件使用。如果电压的波动范围超过允许值180～230V时，就需要使用稳压器。为了降低电源的温度，电源内需安装了风扇。如果对供电可靠性要求较高可使用不间断电源（UPS）。计算机可以靠其内部电源滤波电容存储的能量在断电的情况下维持工作50ms。因而要求不间断电源必须能在小于50ms的时间间隔内恢复送电，才能保证计算机的正常运行。10、微型计算机硬件发展展望微机硬件朝着两大方向努力。第一，功能强大。微机的运算速度、存储器容量大大加强，已经超过了所谓的小型机或中型机；第二，体积不断减小。半导体材质不断改进，目前已研制出了铜芯片，使计算机的结构与形式发生了变化。笔记本电脑因其体积小、功能强并且易于移动而迅速发展，此外，掌上电脑也作为一款便携机发展迅速。所以说微机