计算机应用基础（Windows 7+Office 2010)

本书对接了计算机等级考试制定的考试大纲；对不常用或在中学就学习过的内容舍去。对日常工作和学习中需要且经常使用的知识和技能重点介绍、积极引入。
本书采用了项目驱动法的编写模式，在每个章节的开始处都给出有代表性的实例，使学生一开始就能从“可视化”的实例中对学习目标有一个整体认识，明白学习这些知识能做什么，大概需要学习哪些知识。随后，以实例为主线介绍相关的知识。

 

本书根据计算机等级考试制定的考试大纲编写，从培养学生的实践能力出发，内容包括计算机基础知识、Windows 7操作系统、Word 2010的应用、Excel 2010的应用、PowerPoint 2010的应用、因特网的基础与简单应用。
本书既可以作为高等院校和高等职业学院的计算机公共基础课的教学教材，也可以作为全国计算机等级考试一级考试参考用书和计算机应用培训教材。

单元1计算机基础知识

1.1计算机概述

1.1.1计算机的起源和发展

1.1.2计算机的特点与分类

1.1.3计算机的应用领域与发展趋势

1.2计算机的系统组成

1.2.1硬件系统与软件系统

1.2.2程序设计语言与计算机指令

1.2.3微型计算机系统

1.3计算机的运算基础

1.3.1数制

1.3.2数制间的转换

1.3.3二进制数的运算

1.4数据编码

1.4.1数据的编码

1.4.2字符的编码

1.4.3汉字的编码

1.5多媒体技术

1.5.1多媒体的特征

1.5.2媒体的数字化

1.5.3多媒体数据压缩

1.6计算机病毒

习题

单元2Windows 7操作系统

2.1操作系统简介

2.1.1常用操作系统简介

2.1.2文件系统

2.1.3关于设备

2.2初识Windows 7

2.2.1图形用户界面技术

2.2.2Windows 7操作系统简介

2.3Windows 7基础操作与基本术语

2.3.1安装、启动和退出Windows 7

2.3.2Windows 7的基本术语

2.4Windows 7基本要素

2.4.1桌面

2.4.2窗口

2.4.3菜单

2.4.4剪贴板及其使用

2.4.5文件与文件夹

2.5Windows 7系统环境设置

2.5.1控制面板

2.5.2中文输入法的安装与删除

2.5.3调整鼠标和键盘

2.5.4更改日期和时间

2.5.5添加和删除程序

2.6Windows 7桌面小工具

2.6.1时钟

2.6.2幻灯片

2.6.3源标题

2.6.4小工具

2.6.5Aero桌面

习题

单元3Word 2010的应用

3.1基本文档编辑

3.1.1认识Word

3.1.2文本录入与编辑

3.1.3字符和段落格式设置

3.2页面其他格式应用

3.2.1边框和底纹应用

3.2.2设置分栏和首字下沉

3.2.3项目符号和编号的应用

3.2.4设置中文版式

3.2.5设置页眉页脚

3.2.6页面设置和打印

3.3任务： 表格制作

3.3.1插入表格

3.3.2表格编辑

3.3.3表格格式设置

3.3.4表格公式应用

3.4任务： 图文混排

3.4.1图片的插入和编排

3.4.2艺术字的插入和编辑

3.4.3文本框的应用

3.4.4绘制图形

3.4.5SmartArt图形的使用

3.4.6图表的应用

3.5任务： Word长文档编辑排版综合应用

实训31基本Word文档制作

实训32表格制作

实训33图文混排

实训34图形绘制和公式编辑

实训35长文档编辑

单元4Excel 2010的应用

4.1认识Excel 2010

4.1.1启动Excel 2010

4.1.2工作簿和工作表的基本操作

4.1.3单元格的基本操作

4.2报表制作

4.3任务： 函数应用

4.3.1函数应用

4.3.2单元格引用

4.4任务： 图表制作

4.5任务： 数据管理与分析

实训41报表制作

实训42公式与函数

实训43图表制作

实训44数据管理

单元5PowerPoint 2010的应用

5.1演示文稿的基本操作

5.1.1认识PowerPoint

5.1.2演示文稿的基本操作

5.2制作幻灯片

5.2.1演示文稿的创建和保存

5.2.2插入和设置文本框

5.2.3段落升级与降级

5.2.4插入图片

5.2.5插入表格

5.2.6插入图表

5.2.7插入SmartArt图形

5.2.8插入形状

5.2.9插入艺术字

5.2.10插入音频对象

5.3编辑演示文稿

5.3.1幻灯片的管理

5.3.2删除幻灯片上的对象

5.3.3忽略母版的背景图案和颜色

5.3.4修改幻灯片母版

5.3.5幻灯片配色方案

5.4幻灯片动态效果

5.4.1设置幻灯片切换效果

5.4.2设置幻灯片动画效果

5.4.3隐藏幻灯片

5.4.4设置放映方式

5.4.5录制培训视频

5.4.6放映幻灯片

5.5超链接的应用

5.5.1链接到指定幻灯片

5.5.2添加动作按钮

5.5.3取消超链接

5.6演示文稿打印、打包

5.6.1打印演示文稿

5.6.2演示文稿打包

实训51演示文稿的建立

实训52演示文稿的修饰

实训53插入SmartArt图形

实训54设置幻灯片放映动画效果

实训55设置超链接

实训56母版和模板的使用

单元6因特网的基础与简单应用

6.1计算机网络的概念和分类

6.1.1计算机网络的概念

6.1.2计算机网络的功能

6.1.3数据通信常识

6.1.4计算机网络的分类

6.1.5局域网

6.1.6网络互联设备

6.2因特网基础

6.2.1因特网概述

6.2.2TCP/IP协议

6.2.3因特网的接入方式

6.3因特网的简单应用

6.3.1浏览器及其使用

6.3.2电子邮件

习题

参考文献

本书根据计算机等级考试制定的考试大纲进行编写。为了计算机基础教学改革的需要，本书在编写中采用了以下3个原则。
（1） 在内容取舍上以实用为原则，不拘于陈规。对不常用或在中学就学习过的内容舍去。对日常工作和学习中需要且经常使用的知识和技能重点介绍、积极引入。故本书使用了Office 2010版，且书中涉及其他的软件，均常见且易于获取。
（2） 在编写方式上以方便教学的组织实施为原则，既便于老师的教，也便于学生的学。为此，在每个章节的开始处都给出有代表性的任务实例，使学生一开始就能从“可视化”的任务实例中对学习目标有一个整体认识，明白学习这些知识能做什么，大概需要学习哪些知识。然后，以任务实例为主线介绍相关的知识。实践证明，这样的教学方式能够起到事半功倍的效果，也会受到广大师生的欢迎。
（3） 在任务实例、习题和实训题方面以突出重点为原则，精心设计。本书的每章末都附有习题或实训题，习题用于巩固和加深对重点知识的理解和掌握，实训题则用于提高学生掌握重点技能的能力。这些任务实例、习题和实训题都是经过编者精心筛选和设计的，习题部分尽量避免操作性太强和偏离重点的问题，实训题则尽量将需要掌握的技能融入与实际应用相贴近的实训任务中。
全书共6个单元。
单元1主要介绍计算机的基础知识，包括计算机的发展、计算机中信息的表示形式、计算机的基本结构与工作原理、计算机系统的组成、计算机多媒体以及计算机病毒的防治等计算机基础知识。
单元2主要介绍Windows 7操作系统的基本操作方法。
单元3主要介绍Word 2010文字处理软件，包括Word 2010的基本操作方法、基本编辑功能、格式化文本的排版功能、表格制作功能、图文混排功能和打印预览功能，以及汉字的输入方法。
单元4主要介绍电子表格软件Excel 2010，包括Excel 2010的基本操作方法、基本编辑功能、格式化工作表的设置方法、数学公式与常用函数的使用、图表的应用、数据管理，以及打印工作表等功能。
单元5主要介绍演示文稿软件PowerPoint 2010，包括PowerPoint 2010的基本操作方法、幻灯片的创建和编辑、幻灯片图形的创建和处理、幻灯片图表和组织结构图的制作、演示文稿的放映控制和打印等。
单元6主要介绍计算机网络基础，包括浏览器的基本使用方法，Outlook Express收发电子邮件的方法。
本书由金耘、刘利华主编，谭永红、石元聆、刘莉、张帅副主编。希望我们的努力能对高等职业技术学院计算机基础教学工作有所帮助，但由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请广大读者批评指正。
编者
2018年5月

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

计算机在工业、农业、科研等各业领域中的广泛应用，已经产生显著的经济效益和社会效益，引起了产业结构、产品结构、经营管理和服务方式等方面的重大变革。计算机还广泛应用于人们的日常生活中，是人们的学习工具和生活工具。越来越多的人在工作、学习和生活中与计算机发生直接的或间接的联系。
1) 科学计算
科学计算又称数值计算，是计算机的传统应用领域。在科学研究和工程技术中，有大量的复杂计算问题，利用计算机高速运算和大容量存储能力，可以进行人工难以完成或者根本无法完成的复杂的数值计算，一般要求计算机运算速度快、精度高、存储容量大。科学计算一般应用在高能物理、工程设计、地震预测、气象预报、航天技术等方面。
2) 数据处理
数据处理又被称为数据管理。数据处理包括对数据资料的收集、加工、分类、排序、检索、发布等一系列工作。信息数据管理是目前计算机应用广泛的一个领域。据统计，80％以上的计算机主要用于数据处理，这类工作量大、工作面宽。数据处理是计算机应用的主导方向。信息处理包括办公自动化、企业管理、情报检索等。
3) 计算机辅助系统
计算机辅助系统有计算机辅助教学(CAI)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、计算机集成制造(CIMS)等系统。常见的是CAD、CAM和CAI。
计算机辅助设计是指利用计算机来帮助设计人员进行工程或产品设计，以提高设计工作的自动化程度、节省人力和物力、实现设计效果为目的的一种技术。目前，CAD技术已经在飞机、汽车、机械、电子、土木建筑、服装等设计中得到了广泛的应用。例如，在电子计算机的设计过程中，利用CAD技术进行体系结构模拟、逻辑模拟、插件划分、自动布线等，从而大大提高了设计工作的自动化程度。在建筑设计过程中，可以利用CAD技术进行力学计算、结构计算、绘制建筑图纸等，这样不但提高了设计速度，而且可以大大提高设计质量。
计算机辅助制造是利用计算机系统进行生产设备的管理、控制和操作的过程。例如，在产品的制造过程中，用计算机控制机器的运行，处理生产过程中所需的数据、控制和处理材料的流动以及对产品进行检测等。使用CAM技术可以提高产品质量、降低成本、缩短生产周期，提高生产率和改善劳动条件。
实际应用时，经常将CAD和CAM技术集成，实现设计生产自动化，这种技术被称为计算机集成制造系统CIMS。它的出现为无人化工厂或车间提供了基础。
计算机辅助教学是指利用计算机帮助教师讲授和帮助学生学习的自动化系统，使学生能够轻松自如地从中学到所需要的知识。课件可以用制作工具或高级语言来开发制作，它能引导学生循环渐进地学习，使学生轻松自如地从课件中学到所需要的知识。CAI的主要特色是交互教育、个别指导和因人施教。具体来说，CAI综合应用了多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，克服了传统教学方式上单一、片面的缺点。CAI的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现化的教学目标。
4) 过程控制
过程控制又被称为实时控制，是指及时地采集、检测数据，使用计算机快速地进行处理并自动地控制被控对象的动作，实现生产过程的自动化。此外，计算机在实时控制中还得具有故障检测、报警和诊断等功能，以保证生产出来产品质量符合设计要求。例如，在汽车工业方面，利用计算机控制机床、控制整个装配流水线，不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化，而且可以使整个车间或工厂实现自动化。
5) 人工智能
人工智能(AI)是计算机当前重要的应用领域，也是今后计算机发展的主要方向。人工智能主要目标是赋予计算机人脑一样的功能。计算机通过语音识别、图像识别、读取知识库、人机交互、物理传感等方式，获得音视频的感知输入，然后从大数据中进行学习，得到一个有决策和创造能力的大脑。人工智能学科包括模式识别、语言处理、专家系统、神经计算、知识工程、机器学习等多方面研究。
目前，人工智能技术取得了一些进展，典型的例子就是模式识别，其中指纹识别技术已经得到了广泛应用，目前正在发展的人脸识别技术也将进入应用领域，如刷脸解锁。计算机辅助翻译极大地提高了翻译效率； 手写输入技术已经在手机上得到了应用； 语音输入在不断完善。
在2017年，出现了个击败人类职业围棋选手、个战胜围棋世界冠军的人工智能程序——阿尔法狗(AlphaGo)，由谷歌(Google)旗下的团队开发，其主要工作原理是“深度学习”，也就是神经计算。围棋界公认阿尔法围棋的棋力已经超过人类职业围棋水平。它的出现标志着人工智能技术出现了重大突破。
人工智能的发展离不开物联网、大规模并行计算、大数据、深度学习算法的支持。有了物联网，计算机就有了感知世界的触角； 大规模并行计算赋予了计算机模仿人脑的神经网络的物理结构； 大数据是计算机进行学习的基础； 深度学习算法让计算机能像人脑一样进行思考、分析、判断，是人工智能核心的技术。
在不久的将来，我们能看到更多的人工智能的新应用。很多公司对自动驾驶技术的研发投入，自动驾驶的商业应用初见端倪； 除了应用很早的工业机器人外，目前已经能够在市场上看到很多教育机器人、聊天机器人、儿童老人陪护机器人等产品，随着人工智能的进一步发展，相信会有智能化程度更高的机器人进入人们的生活。随着机器人的普及，很多旧的工作岗位会消失，但是很多与之相关的新工作将诞生，可以预见机器人修理工作将在未来一段时间成为热门职业。
6) 云计算
云计算的构成包括硬件、软件和服务。用户不再需要购买复杂的硬件和软件，只需要支付相应的费用给“云计算”服务商，通过网络就可以方便地获取所需的计算、存储等资源。云计算的核心是对大量网络连接的计算资源进行统一的管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务。利用云计算，数据在云端，软件在云端，在任何时间、任意地点、任何设备登录后就可以进行计算服务。
7) 网络通信
网络通信是指通过电话交换网等方式将计算机连接起来，实现资源共享和信息交换。计算机通信主要应用于网络互联技术、路由技术、数据通信技术、信息浏览技术、网络技术等方面。
2. 计算机的发展趋势
1) 巨型化
巨型计算机的运行速度可以达到每秒百亿次、万亿次，随着科学技术发展需要，更多部门要求计算机具有更高的运行速度，更大的存储容量，因此巨型机是计算机研究发展的一个必要方向。目前，巨型机广泛应用在天气预报、地震机理研究、航天研究、卫星图像研究等方面。
2) 微型化
微型计算机体积更小、重量更轻、价格更低、速度更快，更便于应用于各种场合和环境。例如，笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑等都是计算机微型化研究发展的成果。
3) 智能化
计算机智能化是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是未来计算机要实现的目标。智能化的研究领域很多，其中有代表性的领域是专家系统和机器人。目前已研制出的机器人可以代替人从事危险环境的劳动，就是计算机智能化的一个重要表现。
4) 网络化
计算机网络是计算机通信技术和计算机应用技术相互渗透的产物。计算机网络化大大缩小了时空界限，人们可以通过Internet与世界各地的其他用户自由地进行通信，可以共享计算机硬件资源、软件资源和信息资源。“网络就是计算机”的概念被事实一再证明，被世人逐步接受。
互联网络之前，通信业务极大地与时间、距离相关联。互联网络经济的商业模式与传统商务操作过程相比，互联网络可以为企业节省约40%的商务开销。这正是互联网络经济的真正驱动力。但是，Internet欠缺高性能、高可靠、高安全保证等。为此，美国几年前就开展了下一代互联网络的研究工作，即Internet 2的研发项目。它要解决的问题是： 下一代IP、多协议标记交换、多播、网络管理、服务质量保证及网络安全等。
5) 多媒体化
计算机多媒体化是指以计算机为中心把处理多种媒体信息的技术集成在一起，它是用来扩展人与计算机交互方式的多种技术的综合。多媒体技术则为人机之间的信息交流提供了全新的手段，其包括高保真度的声音、高质量的图像、二维和三维动画，甚至是活动影像。
6) 未来新一代计算机
(1) 模糊计算机。模糊计算机建立在模糊数学基础上，除具有一般计算机功能外，还具有学习、思考、判断及对话能力，可以识别外界物体的形状和特征，甚至可以帮助人从事复杂的脑力劳动。模糊计算机可以用于地震灾情判断、疾病的诊治、发酵工程控制、海空导航巡视等多个领域。
(2) 生物计算机。微电子技术和生物工程这两项高科技的相互渗透为研制生物计算机提供了可能。利用DNA化学反应，通过酶的相互作用，可以使某基因代码通过生物化学反应转变为另外一种基因代码，转变前的基因代码可以作为输入数据，反应后的基因代码可以作为运算结果。未来的生物计算机在基因编程、疑难病症防治等领域应用有独特优势。例如，生物计算机的出现，使在人体内、在细胞内运行的计算机研制成为可能，它能够充当监控装置，发现潜在的致病变化，还可以在人体内合成所需的药物，治疗癌症、心脏病、动脉硬化等各种疑难病症。
(3) 光子计算机。光子计算机是一种利用光信号进行数字运算、信息存储和处理的新型计算机，运用集成电路把光开关、光存储器等集成在一片芯片上，再利用光导纤维连成计算机。目前处于研究阶段。
(4) 超导计算机。用超导材料来替代半导体制造计算机。超导计算机具有超导逻辑电路和超导存储器，运算速度是传统计算机无法比拟的。它的耗电仅为半导体器件计算机的几千分之一，它执行一条指令只需十亿分之一秒，比半导体元件快几十倍。以目前的技术制造出的超导计算机的集成电路芯片只有3~5mm2大小。但是超导计算机使用的超导材料必须在低温下运行，这是超导计算机走向商用和普及的障碍。目前科学家正在研究能在常温下使用的超导材料。
(5) 量子计算机。量子计算机中的数据使用量子位存储。由于量子具有叠加效应，一个量子位可以是0或1，也可以既存储0又存储1，因此量子位可以存储两个数据。同样数量的存储位量子计算机的存储量比传统计算机大很多。
当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。如果将传统计算机比作自行车，量子计算机就好比飞机。举个例子，使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为100年，而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需0.01s。迄今为止，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。很多实验室也研制了自己的量子计算机。
1.2计算机的系统组成
计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是计算机系统的物质基础，一般由运算器、存储器、键盘、显示器、打印机等组成。软件系统又分为系统软件和应用软件。
计算机是依靠硬件和软件协同工作来执行、完成某个具体任务或解决某个具体问题的。一般情况下，人们把不安装任何软件的计算机称为裸机。在裸机上，因为没有软件的支持，计算机硬件无法发挥功能。计算机硬件是计算机软件的基础，任何软件都是建立在硬件基础上的，任何软件运行和使用都离不开硬件的支持。硬件提供了使用工具，软件提供了方法和手段。计算机硬件发展和计算机软件发展是相辅相成的。计算机系统的组成如图11所示。

计算机系统硬件系统主机中央处理器运算器

控制器

内部存储随机存储器

只读存储器

I/O设备接口

外部设备外存储设备磁盘硬盘

软盘

光盘

磁带机

输入设备键盘
鼠标
扫描仪

输出设备显示器

打印机

绘图仪

……

软件系统系统软件操作系统
（DOS、Windows、NetWare、Linux）

数据库管理

语言处理系统

网络通信管理程序

应用软件

图11计算机系统组成

1.2.1硬件系统与软件系统
1. 计算机硬件的体系结构

到目前为止，计算机仍沿用由冯·诺依曼提出的基于总线的计算机硬件系统。其基本设计思想为： 以二进制形式表示程序和数据； 程序和数据事先存放在存储器中，计算机运行时，依次从存储器中逐条读取指令，执行一系列的基本操作，后完成复杂的运算任务。冯·诺依曼体系结构中，硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。
2. 五大硬件部件
1) 运算器
运算器(Arithmetical and Logical Unit，ALU)由算术逻辑部件、数据寄存器和累加器等部分组成，主要负责对信息进行加工和运算。它也是控制器的执行部件： 接受控制器的指示，按照算术运算规则进行加、减、乘、除、乘方和开方等算术运算，还进行与、或、非等逻辑运算以及移位、求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器，处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。运算器与控制器共同组成了CPU的核心部分。
运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法对运算器的性能影响极大。一般微处理器常以4个、8个、16个、32个二进制位作为处理数据的基本单位。大多数通用计算机则以16、32、64位作为运算器处理数据的长度。能对一个数据所有位同时进行处理的运算器称为并行运算器。如果一次只处理一位，则称为串行运算器。有的运算器一次可处理几位(通常为6或8位)，一个完整的数据分成若干段进行计算，称为串/并行运算器。运算器往往只处理一种长度的数据，有的也能处理几种不同长度的数据。运算器的主要功能是进行算术运算和逻辑运算。
2) 控制器
控制器(Control Unit)是计算机的指挥中心，负责决定执行程序的顺序，给出执行指令时计算机各部件需要的操作控制命令，协调和指挥整个计算机系统的操作。控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。控制器的主要功能包括： 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中位置，对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作； 指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。
控制器根据事先给定的命令发出控制信息，使整个计算机指令执行过程一步一步地进行，是计算机的神经中枢。
3) 存储器
存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备，用于保存信息，如数据、指令和运算结果等。
存储器一般分为内存储器和外存储器两种。
(1) 内存储器(内存)。内存储器直接与CPU相连接，储存容量较小，但速度快，用于存放当前运行程序的指令和数据，并直接与CPU交换信息。内存储器由许多储存单元组成，每个单元能存放一个二进制数或一条由二进制编码表示的指令。内存储器由随机存储器和只读存储器构成。
(2) 外存储器(外存)。外存储器是内存储器的扩充。它储存容量大，价格低，但储存速度慢，一般用于存放大量暂时不用的程序、数据及中间结果，需要时可成批地与内存进行信息交换。外存只能与内存交换信息，不能被计算机系统的其他部件直接访问。常用的外存有磁盘、移动硬盘、光盘等。
4) 输入设备
计算机在与人进行会话、接收人的命令或是接收数据时，需要的设备就是输入设备(Input Device)。输入设备可以把数据送入到计算机内部的设备。它接收用户的程序和数据，并转换成二进制代码送入计算机的内存中存储起来，供计算机运行时使用。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、游戏杆、手写笔等。