描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装国际标准书号ISBN: 9787302416692丛书名: 全国高等院校应用型创新规划教材·计算机系列
本书共有8章，基础部分分别介绍了计算机基础知识、Windows 7操作系统的使用、文字处理软件Word 2010、电子制表软件Excel 2010、演示文稿软件PowerPoint
2010、计算机网络基础及安全维护、常用工具软件的使用；项目实践部分介绍了3个综合实训项目，包括财务图表的制作、学生档案查询系统、茶文化演示文稿，通过三个实例综合练习可以轻松将前面基础内容融会贯通。
本书内容丰富、层次清晰、通俗易懂、图文并茂、易教易学，注重知识性、基本原理和方法的介绍，更注重上机实践环节。
本书适合作为普通高校、大专院校和成人高等教育非计算机专业基础课的教材使用，也可作为各类计算机培训班的教材和自学参考书。本书配有电子课件、习题答案，并提供素材下载，以方便教学和读者使用。
本书内容丰富、层次清晰、通俗易懂、图文并茂、易教易学，注重知识性、基本原理和方法的介绍，更注重上机实践环节。
本书适合作为普通高校、大专院校和成人高等教育非计算机专业基础课的教材使用，也可作为各类计算机培训班的教材和自学参考书。本书配有电子课件、习题答案，并提供素材下载，以方便教学和读者使用。
第1章 计算机基础知识 1
1.1 计算机概述 2
1.1.1 计算机发展简史 2
1.1.2 计算机的特点 6
1.1.3 计算机的应用 6
1.1.4 计算机的分类 8
1.2 数制与编码 10
1.2.1 数制的基本概念 10
1.2.2 二进制、八进制、十进制和
十六进制数 11
1.3 计算机中字符的编码 12
1.3.1 西文字符的编码 12
1.3.2 汉字的编码 12
1.4 指令和程序设计语言 15
1.4.1 计算机指令 15
1.4.2 程序设计语言 15
1.5 计算机系统的组成 17
1.5.1 “存储程序控制”计算机
概念 17
1.5.2 计算机硬件系统的组成 17
1.5.3 计算机软件系统的组成 18
1.6 微型计算机的硬件系统 20
1.6.1 微型计算机的基本结构 20
1.6.2 微型计算机的性能指标 21
1.6.3 微型计算机的硬件及功能 22
1.7 小型案例实训 27
1.7.1 认识计算机硬件 27
1.7.2 动手组装PC 29
1.8 本章小结 31
习题 31
第2章 Windows 7操作系统的使用 33
2.1 启动和关闭Windows 7系统 34
2.1.1 启动Windows 7系统 34
2.1.2 关闭Windows 7系统 35
2.2 鼠标和键盘的操作 37
2.2.1 鼠标操作 38
2.2.2 鼠标指针 38
2.2.3 键盘的布局 39
2.2.4 键盘的调整 40
2.2.5 Windows键盘上的快捷键 40
2.3 Windows 7桌面的基本操作 41
2.3.1 桌面图标 41
2.3.2 任务栏 42
2.4 Windows 7窗口操作 43
2.5 菜单及对话框的操作 46
2.5.1 菜单的组成及操作 46
2.5.2 对话框的组成及操作 48
2.6 文件与文件夹操作 51
2.6.1 文件与文件夹的基本概念 51
2.6.2 浏览文件与文件夹 52
2.6.3 选择文件与文件夹 52
2.6.4 移动、复制文件和文件夹 53
2.6.5 删除、还原文件和文件夹 55
2.6.6 新建文件夹 56
2.6.7 重新命名文件和文件夹 56
2.6.8 寻找文件与文件夹 57
2.6.9 创建快捷方式 58
2.7 管理与设置 58
2.7.1 磁盘管理 58
2.7.2 设置显示器 60
2.7.3 【控制面板】的使用 60
2.8 汉字输入法介绍 61
2.8.1 输入法的切换 61
2.8.2 智能ABC输入法 62
2.9 其他附件程序的使用 63
2.9.1 记事本的使用 63
2.9.2 写字板的使用 64
2.9.3 画图软件的使用 64
2.10 小型案例实训 64
2.10.1 在记事本中输入汉字 64
2.10.2 文件夹的基本操作 65
2.11 本章小结 66
习题 67
第3章 文字处理软件Word 2010 69
3.1 初识Word 2010 70
3.1.1 启动Word 2010 70
3.1.2 退出Word 2010 71
3.1.3 Word 2010的工作环境 71
3.1.4 Word 2010的视图方式 73
3.2 文字编辑 76
3.2.1 文档的创建、保存 76
3.2.2 文字的输入 77
3.2.3 文本的选定 77
3.2.4 文本的复制 78
3.2.5 文本的移动 78
3.2.6 查找和替换 78
3.2.7 自动更正 79
3.2.8 多窗口编辑技术 80
3.3 文字段落设置 81
3.3.1 设置字符格式 81
3.3.2 设置段落格式 82
3.3.3 首字下沉 83
3.3.4 边框和底纹 84
3.3.5 分栏 87
3.3.6 格式刷 89
3.4 页面设置与打印 89
3.4.1 添加页眉、页脚和页码 89
3.4.2 页面设置 91
3.4.3 打印文档 92
3.5 高级排版 93
3.5.1 模板 93
3.5.2 绘制图形 93
3.5.3 艺术字 94
3.5.4 文本框 95
3.5.5 图片 96
3.5.6 SmartArt图形 99
3.6 表格处理 103
3.6.1 创建表格 103
3.6.2 编辑表格 104
3.6.3 设置表格格式 106
3.6.4 文本和表格之间的转换 108
3.6.5 数据的排序与计算 110
3.7 小型案例实训 112
3.7.1 制作个人简历 112
3.7.2 制作合作协议书 116
3.8 本章小结 118
习题 118
第4章 电子制表软件Excel 2010 121
4.1 Excel 2010基础知识 122
4.1.1 启动Excel 2010 122
4.1.2 Excel 2010的工作界面 123
4.1.3 工作簿与工作表 123
4.2 工作簿的管理 124
4.2.1 创建工作簿 124
4.2.2 工作表标签 125
4.2.3 保存工作簿 125
4.3 编辑单元格 126
4.3.1 选择单元格 126
4.3.2 移动、复制单元格 127
4.3.3 插入单元格 127
4.3.4 清除单元格 128
4.3.5 删除单元格 129
4.4 编辑工作表 132
4.4.1 插入工作表 132
4.4.2 重命名工作表 133
4.4.3 移动、复制工作表 134
4.4.4 删除工作表 134
4.4.5 显示、隐藏工作表 135
4.4.6 保护工作簿和工作表 135
4.4.7 窗口的拆分和冻结 137
4.5 工作表的格式化 138
4.5.1 调整表格列宽与行高 138
4.5.2 设置字体格式 139
4.5.3 设置对齐方式 139
4.5.4 自动套用系统默认格式 140
4.6 公式与函数 141
4.6.1 公式 141
4.6.2 自动填充公式 143
4.6.3 函数 143
4.6.4 插入函数 144
4.7 图表 148
4.7.1 创建图表 148
4.7.2 编辑图表 149
4.8 数据管理与分析 153
4.8.1 数据清单 153
4.8.2 数据排序 154
4.8.3 数据筛选 155
4.8.4 分类汇总和数据透视表 158
4.9 小型案例实训 160
4.9.1 公司损益表 160
4.9.2 企业资产结构分析图表 165
4.10 本章小结 166
习题 167
第5章 演示文稿软件
PowerPoint 2010 169
5.1 PowerPoint 2010概述 170
5.1.1 认识PowerPoint 2010 170
5.1.2 PowerPoint 2010的
启动与退出 170
5.1.3 主窗口的组成 171
5.1.4 视图方式 172
5.2 制作演示文稿 174
5.2.1 新建演示文稿 174
5.2.2 保存演示文稿 176
5.3 幻灯片的基本操作 176
5.3.1 插入幻灯片 176
5.3.2 删除幻灯片 176
5.3.3 复制、移动幻灯片 177
5.4 编辑演示文稿 177
5.4.1 添加文字 177
5.4.2 设置字体格式 178
5.4.3 插入图片 179
5.5 设置演示文稿的外观 184
5.5.1 设置母版 184
5.5.2 设计模板 185
5.5.3 背景设置 186
5.6 完善演示文稿 188
5.6.1 插入影片 188
5.6.2 插入声音 189
5.6.3 录制旁白 190
5.6.4 添加动画效果 190
5.7 播放演示文稿 196
5.7.1 设置放映时间 196
5.7.2 设置放映方式 197
5.7.3 启动放映 198
5.7.4 打包演示文稿 199
5.8 小型案例实训 199
5.8.1 制作电子相册 200
5.8.2 制作过光文字 203
5.9 本章小结 206
习题 206
第6章 计算机网络基础及安全维护 207
6.1 计算机网络概述及组成 208
6.2 计算机网络的功能和分类 208
6.3 网络协议与主机地址 209
6.3.1 主机地址 209
6.3.2 IP地址 210
6.3.3 子网的划分 210
6.4 域名和域名分析 211
6.5 局域网及其连接设备 211
6.5.1 局域网的定义 212
6.5.2 局域网的拓扑结构 212
6.5.3 局域网连接设备 214
6.6 全球的网络——Internet 214
6.6.1 Internet 概述 214
6.6.2 Internet的接入方式 215
6.6.3 Internet的服务 216
6.7 用IE浏览器浏览网页 216
6.7.1 IE浏览器概述 217
6.7.2 利用IE浏览器浏览网页 217
6.7.3 使用搜索引擎查询信息 217
6.7.4 保存网页信息 218
6.7.5 将网页添加到收藏夹 219
6.8 网上信函——电子邮件 219
6.8.1 申请电子邮箱 219
6.8.2 登录电子邮箱并发送
电子邮件 220
6.9 Internet的其他应用 221
6.9.1 论坛 221
6.9.2 博客和微博 221
6.9.3 即时通信 222
6.9.4 网上购物 222
6.9.5 网盘与云盘 222
6.10 计算机网络安全概述 223
6.10.1 计算机网络安全的定义 223
6.10.2 计算机网络攻击的
主要特点 223
6.10.3 计算机网络攻击的
主要途径 224
6.10.4 计算机网络安全维护的
简要措施 224
6.11 计算机病毒 225
6.11.1 计算机病毒的相关概念 225
6.11.2 计算机病毒的分类 225
6.11.3 计算机病毒的防治 226
6.12 防火墙技术 226
6.12.1 防火墙概述 227
6.12.2 防火墙的作用 227
6.12.3 防火墙的关键技术 227
6.12.4 防火墙的基本类型 228
6.12.5 防火墙的局限性 229
6.13 小型案例实训 229
6.13.1 查询火车票信息 229
6.13.2 金山毒霸的安装与使用 230
6.14 本章小结 231
习题 231
第7章 常用工具软件的使用 233
7.1 多媒体播放软件 234
7.1.1 暴风影音5的功能特点 234
7.1.2 暴风影音5的下载、
启动及屏幕介绍 234
7.1.3 暴风影音5的操作技巧 235
7.2 下载工具软件 236
7.2.1 迅雷7的主要特点 236
7.2.2 迅雷7的安装和启动 236
7.2.3 迅雷7的参数设置 237
7.2.4 使用迅雷7下载文件 237
7.2.5 管理下载文件 238
7.3 图片浏览软件 239
7.3.1 ACDSee的功能特点 239
7.3.2 ACDSee 18的安装和启动 239
7.3.3 ACDSee 18的基本功能 240
7.4 QQ聊天 241
7.4.1 注册QQ号码 241
7.4.2 登录QQ并设置个人信息 242
7.4.3 添加亲友的QQ号码 242
7.4.4 发送与接收文件 243
7.5 PDF文件阅读软件 243
7.5.1 Adobe Reader简介 243
7.5.2 PDF文件的特点 244
7.5.3 创建PDF文件 244
7.5.4 阅读PDF文件 245
7.5.5 编辑PDF文件 245
7.6 压缩与解压软件 246
7.6.1 WinRAR软件的特点 246
7.6.2 WinRAR软件的安装 246
7.6.3 使用WinRAR快速
压缩和解压缩 246
7.6.4 使用WinRAR创建自解压
可执行文件 247
7.7 小型案例实训 247
7.7.1 使用Media Player看电影 247
7.7.2 创建带密码的压缩文件 248
7.8 本章小结 248
习题 249
第8章 项目实践 251
8.1 财务图表的制作 252
8.1.1 制作表格 252
8.1.2 添加文字 254
8.1.3 计算表格数据 255
8.1.4 建立图表 255
8.2 建立学生档案查询系统 258
8.2.1 制作学生档案查询首页 258
8.2.2 制作学生档案查询页 260
8.2.3 制作学生档案资料库 264
8.2.4 制作学生入学成绩图表 266
8.2.5 创建链接 268
8.3 制作茶文化演示文稿 270
附录 Office 2010常用快捷键 276
习题答案 280
参考文献 281
如今已经进入了信息网络时代，掌握和熟练使用计算机是一项的基础能力。高等学校计算机应用基础课是各专业学生的公共必修课，与此同时，在近一两年内，不论是企业还是政府机构，已经将正确操作计算机当成是一项技能，主管部门不再安排特别的培训，而是要求所属员工在工作之余自我学习。因此，作为新时代的我们不能不掌握计算机这门课程。
本书从实用角度出发，系统讲述理论知识，并以实际软件案例作为例证，这些软件都是目前使用多也是流行的，本书正是基于这些软件的或适合的版本进行讲解的。
本书共分8章，内容包括计算机基础知识、Window 7操作系统的使用、文字处理软件Word 2010的使用、电子制表软件Excel 2010的使用、演示文稿软件PowerPoint 2010的使用、计算机网络基础及安全维护、常用工具软件的使用和项目实践。全书内容全面，教学任务设置合理，读者在学习过程中能够融会贯通、举一反三，逐步精通，成为实战高手。
本书主要有以下几大优点。
* 内容全面。本书几乎覆盖了所有的计算机应用基础知识。
* 语言通俗易懂，讲解清晰，前后呼应。书中以小的篇幅、易读懂的语言来讲述每一项功能和每一个实例。
* 实例丰富，技术含量高，与实践紧密结合。每一个实例都倾注了作者多年的实践经验，每一个功能操作都经过技术认证。
* 内容结构设置合理，版面美观，图例清晰，针对性强。每一个图例都经过作者的精心策划和编辑。只要仔细阅读本书，你就会发现从中能够学到很多知识和技巧。
本书主要由德州学院的王洪丰老师和江西农业大学的华晶老师编写。王洪丰老师多年来一直从事虚拟现实和数字图像处理方面的学术研究工作，先后在各级专业刊物上发表学术论文十余篇。他同时主持校级课题2项，参与山东省自然科学基金项目2项、市科技局科技项目1项。此外，他还参与了*?2014年与百度公司校企合作专业综合改革项目《信息素养应用能力培养研究——基于课程地图的分析视角》(项目编号：2014-B313)，本书的编写引入了该课题的研究成果。
其他参与本书编写或技术支持的还有唐琳、肖仁锋、吴小惠、张林、于海宝、王雄健、刘蒙蒙、李向瑞、荣立峰、王玉、刘峥、张云、刘杰、罗冰、陈月娟、陈月霞、刘希林、黄健、黄永生、田冰、徐昊、温振宁、刘德生、宋明、刘景君、张锋、相世强、徐伟伟、王海峰等老师，在此一并表示感谢。
在本书编写过程中，尽管集合了多位老师的智慧结晶，并且精益求精，但由于作者水平有限，书中难免存在疏漏或错误之处，希望广大读者批评指正。
编 者
第1章
计算机基础知识
本章要点：
* 计算机的发展史、特点、应用和分类。
* 计算机数制和编码。
* 计算机指令和程序设计语言。
* 计算机硬件和软件系统组成。
* 微型计算机硬件系统和性能指标。
* 如何组装计算机。
* 如何识别计算机硬件。
学习目标：
* 掌握计算机相关基础知识。
* 掌握数制和编码的内容。
* 掌握各种进制数之间的相互转换。
1.1 计算机概述
计算机俗称电脑，其英文名是Computer。它是一种能高速运算、具有内部存储能力、由程序控制其操作过程及自动进行信息处理的电子设备。目前，计算机已成为我们学习、工作和生活中使用广泛的工具之一。
1.1.1 计算机发展简史
计算机系统由计算机硬件和计算机软件构成。计算机硬件是指构成计算机系统的所有物理器件(集成电路、电路板以及其他磁性元件和电子元件等)、部件和设备(控制器、运算器、存储器、输入输出设备等)的集合；计算机软件是指用程序设计语言编写的程序，以及运行程序所需的文档、数据的集合。自计算机诞生之日起，人们探索的重点不仅在于建造运算速度更快、处理能力更强的计算机，而且在于开发能让人们更有效地使用这种计算设备的各种软件。
1946年，美国宾夕法尼亚大学研制成功了电子数字积分式计算机(Electronic Numerical Integrator And Calculator，ENIAC)，如图1-1所示。此台计算机结构复杂、体积庞大，但功能远不及现在的一台普通微型计算机。
ENIAC长30.48米，宽1米，占地面积约170平方米，它有30个操作台，约相当于10间普通房间的大小，其重达30吨，耗电量150千瓦时，造价48万美元。它包含17468个真空管、7200水晶二极管、1500个中转、70000个电阻器、10000个电容器、1500个继电器、6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法运算，计算速度是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。
ENIAC的诞生宣告了电子计算机时代的到来，其意义在于它奠定了计算机发展的基础，开辟了计算机科学技术的新纪元。
在ENIAC的研制过程中，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼总结并归纳了以下3个特点。
(1) 采用二进制：在计算机内部，程序和数据采用二进制代码表示。
(2) 存储程序控制：程序和数据存放在存储器中，即程序存储的概念。计算机执行程序时无须人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。
(3) 计算机的5个基本部件：计算机具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
从台电子计算机诞生到现在，计算机技术以前所未有的速度迅猛发展，经历了大型机阶段和微型机及网络阶段。
1. 大型计算机时代
人们通常根据计算机采用电子元件的不同将计算机的发展过程划分为电子管、晶体管、集成电路，以及大规模、超大规模集成电路4个阶段，分别称为代至第四代计算机。在这4个阶段的发展过程中，计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛。
1) 代计算机(1946—1958年)
(1) 主要元件是电子管。
(2) 内存储器采用水银延迟线，外存储器采用磁鼓、纸带、卡片等。
(3) 运算速度为每秒几千次到几万次，内存容量仅为1000～4000字节。
(4) 计算机程序设计语言还处于阶段，用一串0和1表示的机器语言进行编程，直到20世纪50年代才出现了汇编语言。但尚无操作系统出现，操作机器困难。
(5) 主要用于军事和科学研究。
(6) 体积庞大、造价昂贵、运算速度慢、存储容量小、可靠性差、不易掌握、维护困难。
(7) 代表性的机型为UNIVAC-I。
2) 第二代计算机(1958—1964年)
(1) 主要元件是晶体管。
(2) 大量采用磁芯作内存储器，采用磁盘、磁带等做外存储器。
(3) 运算速度提高到每秒几十万次，内存容量扩大到几十万字节。
(4) 应用已扩展到数据处理和事务处理。
(5) 体积小、重量轻、耗电量少、运算速度快、可靠性高、工作稳定。
(6) 代表性的计算机是IBM公司生产的IBM-7094机和CDC公司的CDC-1604机。
3) 第三代计算机(1964—1971年)
(1) 主要元件采用小规模集成电路(SSI)和中规模集成电路(MSI)。
(2) 开始采用性能优良的半导体存储器。
(3) 运算速度提高到每秒几十万到几百万次基本运算。
(4) 主要用于科学计算、数据处理以及过程控制。
(5) 功耗、体积、价格等进一步下降，而速度及可靠性相应提高。
(6) 代表性的机型为IBM-360计算机系列。
4) 第四代计算机(1971年至今)
(1) 主要元件采用大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。
(2) 主存储器采用集成度很高的半导体存储器。
(3) 运算速度可达每秒几百万次至上亿次。
(4) 应用领域不断向社会各个方面渗透。
(5) 体积、重量、功耗进一步减小。
2. 微型计算机的发展
1971年，世界上片4位微处理器4004在Intel(英特尔)公司诞生，标志着计算机进入了微型计算机时代。
微处理器是大规模和超大规模集成电路的产物。以微处理器为核心的微型计算机属于第四代计算机。通常人们以微处理器为标志来划分微型计算机，如286机、386机、486机、Pentium(奔腾)机、PentiumⅡ机、Pentium?Ⅲ机和Pentium 4机等。微型计算机的发展史实际上就是微处理器的发展史。微处理器一直遵循摩尔(Moore)定律，其性能以平均每18个月提高一倍的高速度发展着。Intel公司的芯片设计和制造工艺一直领导着芯片业界的潮流，在宏观上可划分为80×86时代和Pentium时代。
1) 代微型计算机
1978年，Intel公司推出了16位微处理器Intel 8086，1979年又推出了Intel 8088，其集成度是29000个晶体管，时钟频率为4.77MHz。它的内部数据总线是16位，外部数据总线是8位，属于准16位微处理器；地址总线为20位，寻址范围为1MB 内存。
1981年，IBM公司用Intel 8086芯片首次推出16位IBM PC(个人计算机)。1983年又推出了IBM PC/XT 机，使微型计算机进入一个迅速发展的实用时期。
2) 第二代微型计算机
1982年，全16位微处理器Intel 80286 芯片问世，其集成度为13.4万个晶体管，时钟频率达到了20 MHz，内、外部数据总线均为16位，地址总线为24位，寻址范围为16MB 内存。1984年，IBM公司以Intel 80286芯片为CPU推出IBM-PC/AT机。
3) 第三代微型计算机
1985年，Intel公司推出全32位微处理器芯片Intel 80386，其集成度为27.5万个晶体管，时钟频率为125MHz/33MHz，内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，寻址范围为4GB内存。
4) 第四代微型计算机
1989年，Intel 公司又研制出新型的个人计算机芯片Intel 80486。它是将80386和数字协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内，其集成度为120万个晶体管，时钟频率为25MHz/33MHz/50MHz。80486机的性能比带有80387协处理器的80386机提高了4倍。
5) 第五代微型计算机
1993年，Intel 公司推出Pentium芯片，这是一种速度更快的微处理器，被称为586或P5。它的集成度为310万个晶体管，时钟频率为60MHz/75MHz/90MHz/100MHz/120MHz/ 133MHz。1996年，Intel公司又相继推出了Pentium Pro和Pentium MMX处理器。Pentium Pro 集成度为550万个晶体管，时钟频率为150MHz/166MHz/180MHz/200MHz。
6) 第六代微型计算机
1997年，Intel公司推出了PentiumⅡ CPU芯片。可以说，PentiumⅡ是集Pentium Pro之精华与MMX技术完美结合的产品。
7) 第七代微型计算机
1999年，Intel公司推出新一代产品Pentium Ⅲ处理器，它的集成度达到800万个晶体管，时钟频率为450MHz/500MHz，目前已推出时钟频率为1GHz的Pentium Ⅲ芯片。以Pentium Ⅲ为CPU的微型计算机是当前的主流微机。但是时钟频率为1.5GHz的Pentium?4芯片已于2000年推出。因此，以Pentium 4为CPU的微机将替代Pentium Ⅲ机而成为第八代微型计算机。
3. 我国计算机技术的发展概况
我国计算机技术研究起步晚、起点低，但随着改革开放的深入和国家对高新技术的扶持、对创新能力的提倡，计算机技术的水平正在逐步地提高。我国计算机技术的发展历程如下所述。
(1) 1956年，开始研制计算机。
(2) 1958年，研制成功台电子管计算机——103机。
(3) 1959年，104机研制成功，这是我国台大型通用电子数字计算机。
(4) 1964年，研制成功晶体管计算机。
(5) 1971年，研制成功以集成电路为主要器件的DJS系列机。这一时期，在微型计算机方面，我国研制开发了长城、紫金、联想系列微机。
(6) 1983年，我国台亿次巨型计算机——“银河”诞生。
(7) 1992年，10亿次巨型计算机——“银河Ⅱ”诞生。
(8) 1995年，套大规模并行机系统——“曙光1000”研制成功。
(9) 1997年，每秒130亿浮点运算、全系统内存容量为9.15GB的巨型机——“银河Ⅲ”研制成功。
(10) 1998年，“曙光2000-Ⅰ”诞生，其峰值运算速度为每秒200亿次浮点运算。
(11) 1999年，“曙光2000-Ⅱ”超级服务器问世，峰值运算速度达每秒1117亿次，内存高达50GB。
(12) 1999年，“神威”并行计算机研制成功，其技术指标位居世界第48位。
(13) 2001年，中科院计算所成功研制我国款通用CPU——“龙芯”芯片。
(14) 2002年，我国台拥有完全自主知识产权的“龙腾”服务器诞生。
(15) 2005年，联想并购IBM PC，一跃成为全球第三大PC制造商。
(16) 2008年，我国自主研发制造的百万亿次超级计算机“曙光5000”获得成功。
(17) 2009年，国内首台百万亿次超级计算机“魔方”在上海正式启用。
(18) 2010年，中国曙光公司研制出世界排名第二的“星云”千万亿次超级计算机。同年，中国研制出“天河一号”超级计算机，位居世界。
近几年来，我国的高性能计算机和微型计算机的发展更为迅速。
1.1.2 计算机的特点
我们通常所说的计算机，全称应叫电子计算机。它可以存储各种信息，会按人们事先设计的程序自动完成计算、控制等许多工作。计算机又称作电脑，这是因为计算机不仅是一种计算工具，而且还可以模仿人脑的许多功能，代替人脑的某些思维活动。
实际上，电脑是人脑的延伸，是一种脑力劳动工具。计算机与人脑有许多相似之处，如人脑有记忆细胞，计算机有可以存储数据和程序的存储器；人脑有神经中枢处理信息并控制人的动作，计算机有中央处理器，可以处理信息并发出控制指令；人靠眼、耳、鼻、四肢感受信息并传递至神经中枢，计算机靠输入设备接收数据；人靠五官、四肢做出反应，计算机靠输出设备处理结果。计算机能按照程序引导步骤，在数据中储存、传送和加工处理，以获得输出信息，利用这些信息提高社会生产率以及改善人们的生活质量。计算机之所以具有如此强大的功能，能够应用于各个领域，这是由它的特点所决定的。
1) 处理速度快
当今计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次，微机也可达每秒亿次以上，使大量复杂的科学计算问题得以解决。
2) 计算精确度高
科学技术的发展特别是尖端科学技术的发展，需要高度精确的计算。一般计算机可以有十几位(二进制)甚至几十位有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几，是其他任何计算工具所望尘莫及的。
3) 逻辑判断能力强
计算机可以进行逻辑处理，也就是说它能够“思考”。计算机能把参加运算的数据、程序以及中间结果和后结果保存起来，并能根据判断的结果自动执行下一条指令以供用户随时调用。
4) 存储容量大
主存储器(内存)的容量越来越大；辅助存储器(外存)随着大容量的磁盘、光盘等外部存储器的发展，存储容量也达到海量。
5) 全自动功能
人们根据应用的需要，事先编制好程序。在编制好的程序控制下自动工作，不需要人工干预，工作完全自动化。
6) 适用范围广，通用性强
计算机预先将数据编制成计算机识别的编码，将问题分解成基本的算术运算和逻辑运算，再通过编制和运用不同的软件，就可以解决大部分复杂的问题。
1.1.3 计算机的应用
计算机问世之初，主要用于数值计算，“计算机”因此而得名。计算机的应用主要分为数值计算和非数值计算两大类。信息处理、计算机辅助计算、计算机辅助教学、过程控制等均属于非数值计算，其应用领域远远大于数值计算。据统计，目前计算机有?5000?多种用途，并且以每年?300～500?种的速度增加。计算机的主要应用领域可分为以下几个方面。
1. 科学计算(数值计算)
科学计算也称数值计算，是电脑早的应用领域，在科学研究和科学实践中，以前无法用人工解决的大量复杂的数值计算等问题，现在用电脑可快速、准确地解决。计算机计算能力的增加推进了许多科学研究的进展，如著名的人类基因序列分析计划、人造卫星的轨道测算等。
2. 信息处理(数据处理)
所谓信息处理，是指对大量数据进行加工处理，如收集、存储、传送、分类、检测、排序、统计和输出，再筛选出有用的信息。信息处理是非数值计算，与科学计算不同，处理的数据虽然量大，但计算方法简单。
3. 过程控制
过程控制又称实时控制，是指用计算机实时采集控制对象的数据，加以分析处理后，按系统要求对控制对象进行自动调节或自动控制。工业生产领域的过程控制是实现工业生产自动化的重要手段。利用计算机代替人对生产过程进行监视和控制，可以大大提高劳动生产率。
4. 计算机辅助设计和辅助制造
电脑辅助设计系统已广泛应用于飞机、船舶、建筑、超大规模集成电路等工程设计及制造过程中，同时在电脑辅助教学等领域也得到了应用。目前常见的电脑辅助功能主要有电脑辅助设计(CAD)、电脑辅助教学(CAI)、电脑辅助制造(CAM)、电脑辅助测试(CAT)等。
5. 网络与通信
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流。计算通信的应用主要有以下几个方面。
(1) 网络互联技术。
(2) 路由技术。
(3) 数据通信技术。
(4) 信息浏览技术。
(5) 网络技术。
6. 人工智能
人工智能是指通过设计具有智能的电脑系统，让电脑具有通常只有人类才具有的智能特性，如识别图形、声音，具有学习、推理能力，能够适应环境等。机器人是电脑在人工智能领域的典型应用。
7. 数字娱乐
运用计算机网络可以为计算机用户带来丰富多彩的娱乐活动，例如丰富的电影、电视资源、网络游戏等。另外，数字电视的发展也使传统的单向播放模式转变为交互模式。
8. 平面、动画设计及排版
现今大家看到的各种图书、杂志基本都是用电脑来排版，其中的封面、插页也是用电脑来设计的。同时，大家看到的各种电视广告、节目片头、某些电影的特技效果也是用电脑来制作的。
9. 现代教育
近些年来，随着计算机的发展和应用领域的不断扩大，它对社会的影响已经有了文化层次的含义。所以，在学校教学中，已把计算机应用技术本身作为文化基础课程安排于教学计划之中。
10. 家庭生活
越来越多的人已经认识到计算机是一个多才多艺的助手，对于家庭，计算机通过各种各样的软件可以从不同方面为家庭生活和事务提供服务，例如，家庭理财、家庭教育、家庭娱乐、家庭信息管理等。对于在职的各类人员，也可以通过运行专用软件或计算机网络在家里办公。
1.1.4 计算机的分类
依照不同的标准，计算机有多种分类方法，常见的分类有以下几种。
1. 按处理数据的类型分类
按处理数据的类型不同，可将计算机分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机。
1) 数字计算机
数字计算机所处理的数据都是以0和1表示的二进制数字，是不连续的数字量。处理结果以数字形式输出。数字计算机的优点是精度高、存储量大、通用性强。目前，常用的计算机大都是数字计算机。
2) 模拟计算机
模拟计算机所处理的数据是连续的，称为模拟量。模拟量以电信号的幅值来模拟数值或某物理量的大小，如电压、电流、温度等都是模拟量。所接收的模拟数据，经过处理后，仍以连续的数据输出，这种计算机称为模拟计算机。一般来说，模拟计算机解题速度快，但不如数字计算机精确，且通用性差。模拟计算机常以绘图或量表的形式输出。
3) 混合计算机
混合计算机则是集数字计算机和模拟计算机的优点于一身。
2. 按使用范围分类
按使用范围的大小，计算机可分为专用计算机和通用计算机。
1) 专用计算机
专用计算机是专门为某种需求而研制的，不能用作其他用途。专用计算机的特点是效率高、精度高、速度快。
2) 通用计算机
通用计算机广泛适用于一般科学运算、工程设计和数据处理等，具有功能多、配置全、用途广、通用性强的特点，市场上销售的计算机多属于通用计算机。
3. 按性能分类
依据计算机的主要性能(如字长、存储容量、运算速度、外部设备、允许同时使用一台计算机的用户多少和价格高低)进行分类，可分为超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站和服务器6类。这也是常用的分类方法。
1) 超级计算机(巨型机)
超级计算机又称巨型机。它是目前功能强、速度快、价格贵的计算机。一般用于气象、太空、能源和医药等领域与战略武器研制中的复杂计算，它们安装在国家高级研究机关中，可供几百个用户同时使用。这种机器价格昂贵，号称资源。世界上只有少数几个国家能生产这种机器，如美国克雷公司生产的Cray-1、Cray-2和Cray-3都是著名的巨型机。我国自主生产的银河-Ⅲ型百亿次机、曙光-2000型机和“神威”千亿次机都属于巨型机。巨型机的研制开发是一个国家综合国力和国防实力的体现。
2) 大型计算机
大型计算机通常使用多处理器结构，大型机也具有较高的运算速度，每秒钟一般在数亿次级水平，具有较大的存储容量，较好的通用性，功能较完备，但价格也比较昂贵。此类计算机通常用作银行、航空等大型应用系统中的计算机主机。大型机支持大量用户同时使用计算机数据和程序。过去对计算机的分类有过“中型计算机”这个级别，现在已经很难区分大型机和中型机，所以在许多情况下往往不加区分，特别是在计算机性能价格比不断变化的今天，对中型机的定义就更加模糊。
3) 小型计算机
小型计算机价格低廉，适合中小型单位使用，如?DEC?公司的?VAX?系列、IBM?公司的AS/4000系列。
4) 微型计算机
微型计算机的特点是小巧、灵活、便宜。不过通常一次只能供一个用户使用，所以微型计算机也叫个人计算机(Personal Computer)。后来又出现了体积更小的微机，如笔记本式、膝上型、掌上型微机等。
5) 工作站
工作站是介于PC和小型机之间的高档微型计算机，应用于图像处理、计算机辅助设计以及计算机网络领域。
6) 服务器
服务器通过网络对外提供服务。相对于普通PC来说，其稳定性、安全性、性能等方面的要求更高。
1.2 数制与编码
数制也称计数制，是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。人们通常采用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制。编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程，也称为计算机编程语言的代码，简称编码。编码在电子计算机、电视、遥控和通信等方面广泛使用。
1.2.1 数制的基本概念
虽然计算机能极快地进行运算，但其内部运算并不像人类在实际生活中使用的十进制，而是使用只包含0和1两个数值的二进制，其中还包括八进制、十六进制。
1. 数制的特点
按进位的原则进行计数，称为进位计数制，简称数制。不论是哪一种数制，其计数和运算都有共同的规律和特点。
1) 逢N进一
N是指数制中所需要的数字字符的总个数，称为基数。如：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等10个不同的符号来表示数值，这个“10”就是数字字符的总个数，也是十进制的基数，表示逢十进一。
2) 位权表示法
位权是指一个数字在某个固定位置上所代表的值，处在不同位置上的数字所代表的值不同，每个数字的位置决定了它的值或者位权。位权与基数的关系是：各进位制中位权的值是基数的若干次幂。
例如，十进制数803.77可以表示为：
(803.77)10 = 8×(10)2 + 0×(10)1 + 3×(10)0 + 7×(10)-1 + 7×(10)-2
位权表示法的方法：每一位数要乘以基数的幂次，幂次以小数点为界，整数自右向左0次方、1次方、2次方……，小数自左向右-1次方、-2次方、-3次方……。
2. 常用的数制
常用的数制有多种，在计算机中采用二进制。为了表示方便，人们还经常使用八进制数或十六进制数。
1) 二进制(Binary)
二进制数用0、1两个数码表示，遵循“逢二进一”的原则，二进制的基数是2。
2) 八进制数(Octal)
八进制数用0、1、2…7八个数码表示，遵循“逢八进一”的原则，八进制的基数是8。
3) 十进制(Decimal)
十进制数用0、1、2…9十个数码表示，遵循“逢十进一”的原则，十进制的基数是10。
4) 十六进制数(Hexadecimal)
十六进制数用0、1、2…9、A、B、C、D、E、F十六个数码表示，遵循“逢十六进一”的原则，十六进制的基数是16。
1.2.2 二进制、八进制、十进制和十六进制数
人们输入计算机的十进制被转换成二进制进行计算，计算后的结果又由二进制转换成十进制，这都由操作系统自动完成，并不需要人们手工去做。汇编语言，就必须了解二进制、八进制、十进制、十六进制，其规律如图表1-1所示。
表1-1 进制表特点
项 目
二 进 制
八 进 制
十 进 制
十六进制
基数
2
8
10
16
数码
0～1
0～7
0～9
0～9、A～F
进位原则
逢二进一
逢八进一
逢十进一
逢十六进一
位权
位权为2i
位权为8i
位权为10i
位权为16i
注：i=-m～n-1，m为自然数，n代表数的小数、整数部分的位数。
二进制是计算机中采用的数制，二进制有以下优点。
(1) 简单可行，容易实线。二进制仅有两个数码：0和1，可以用两种不同的稳定状态来表示。
(2) 运算规则简单。二进制计算规则非常简单。以加法为例，二进制加法规则是逢二进一。
(3) 适合逻辑运算。二进制中的0和1正好分别表示逻辑代数中的假值(False)和真值(True)。二进制数可用于代表逻辑值，容易实现逻辑运算。
但是，二进制也有明显的缺点，即数字冗长、书写麻烦且容易出错、不便阅读。因此，在计算机计数文献的书写中，常用十六进制表示。
二进制、十进制、十六进制是学习“数值”基本的内容，要求读者能做到在一定数值范围内直接写出二进制、十进制和十六进制的对应关系。表1-2列出了十进制数0～15与二进制、十六进制数的对应关系。
表1-2 十进制、二进制、十六进制的转换
十 进 制
二 进 制
十六进制
十 进 制
二 进 制
十六进制
0
0000
0
8
1000
8
1
0001
1
9
1001
9
2
0010
2
10
1010
A
3
0011
3
11
1011
B
4
0100
4
12
1100
C
5
0101
5
13
1101
D
6
0110
6
14
1110
E
7
0111
7
15
1111
F1.3 计算机中字符的编码
字符包括西文字符(字母、数字、各种符号)和中文字符，即所有不可做算术运算的数据。
字符编码的方法很简单，首先确定需要编码的字符总数，然后将每一个字符按顺序确定序号，序号的大小无意义，仅作为识别与使用这些字符的依据，字符形式的多少涉及编码的位数，对西文与中文字符，由于形式的不同，使用的编码不同。
由于计算机是以二进制的形式存储和处理数据的，因此字符也必须按特定的规则进行二进制编码才能进入计算机。
1.3.1 西文字符的编码
字符编码是表示字符的二进制编码，因为计算机中的数据都是用二进制编码表示的。计算机中常用的字符(西文字符)编码有两种：EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code，广义二进制编码的十进制交换码)码和?ASCII?码。微型计算机是采用ASCII码。
ASCII是美国信息交换标准代码(American Standard Code for Information Interchange)的缩写，被国际标准化组织指定为国际标准。ASCII码包括7位码和8位码两种版本，如表1-3所示。
表1-3 7位码和8位码的特点
版 本
特 点
7位码
国际通用码，称为ISO-646标准
占用一个字节，位置0
编码范围从00000000B～01111111B
表示27=128个不同的字符
8位码
占用一个字节，位置1，是扩展了的ASCII码，通常各个国家都将该扩展的部分作为自己国家语言文字的代码
编码范围从00000000B～11111111B
表示28=256个不同的字符
标准ASCII码中包括通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大、小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号共32个。
比较字符的大小其实就是比较字符ASCII码值的大小。一般来说，ASCII码值的大小规律为可见控制符号
1.3.2 汉字的编码
我国于1980年发布了国家汉字编码标准GB 2312—1980，即《信息交换用汉字编码字符集—基本集》(简称GB码或国标码)，国家标准代号是GB 2312—80，简称交换码或国标码。如表1-4所示是国标码的有关知识。
表1-4 国标码相关知识点
国标码的字符集
共收录了7445个图形符号和两级常用汉字等
有682个非汉字图形符和6763个汉字的代码
汉字代码中有一级常用汉字3755个，二级常用汉字3008个
国标码的存储
国标码可以说是扩展了的ASCII码
两个字节存储一个国标码
国标码的编码范围为：212H～7E7E
区位码
也称为国标区位码，是国标码的一种变形。它把全部一级、二级汉字和图形符号排列在一个94行×94列的矩阵中，构成一个二维表格，类似于ASCII码表。
区：矩阵中的每一行，用区号表示，区号范围是1～94
位：矩阵中的每一列，用位号表示，位号范围是1～94
区位码：汉字的区号与位号的组合(高两位是区号，低两位是位号)
实际上，区位码也是一种汉字输入码，其优点是一字一码，即无重码；缺点是难以记忆
区位码与国标码之间的关系
国标码=区位码+(2020)16
使用汉字的地区有中国内地、台湾及港澳地区，还有日本和韩国，这些地区和国家使用了与中国内地不同的汉字字符集，在中国台湾、香港等地区使用的汉字是繁体字，即BIG5码。
1. 汉字的处理过程
从汉字编码的角度看，计算机对汉字信息的处理过程实际上是各种汉字编码间的转换过程，这些编码主要包括：汉字输入码、汉字内码、汉字地址码、汉字字形码等，如图1-2所示。
图1-2 汉字信息处理系统的模型
1) 汉字输入码
汉字输入码是为使用户能够使用西文键盘输入汉字而编制的编码，也叫外码。汉字输入码是利用计算机标准键盘上按键的不同排列组合来对汉字的输入进行编码。一个好的输入编码应是：编码短，可以减少击键的次数；重码少，可以实现盲打；好学好记，便于学习和掌握。但目前还没有一种符合上述全部要求的汉字输入编码方法。
汉字输入码有许多种不同的编码方案，大致分为以下几类。
(1) 音码：以汉语拼音字母和数字为汉字编码，例如全拼输入法和双拼输入法。
(2) 音形码：以拼音为主，辅以字形字义进行编码，例如五笔字型输入法。
(3) 形码：根据汉字的字形结构对汉字进行编码，例如自然码输入法。
(4) 数字码：直接用固定位数的数字给汉字编码，例如区位输入法。
知识链接：同一个汉字在不同的输入码编码方案中的编码一般也不同，需根据汉字的字形结构对汉字进行编码，例如，使用全拼输入法输入“爱”字，就要输入编码“ai”(然后选字)，而用五笔字型的输入码是“ep”。
2) 汉字内码
汉字内码是在计算机内部对汉字进行处理、存储和传输而编制的汉字编码，应能满足存储、处理和传输的要求，不论用何种输入码，输入的汉字在机器内部都要转换成统一的汉字机内码，然后才能在机器内传输、处理。
在计算机内部为了能够区分是汉字还是ASCII码，将国标码每个字节的位由0变为1，变换后的国标码称为汉字内码。
汉字的国标码与其内码之间的关系：内码=汉字的国标码+(8080)16。
3) 汉字地址码
汉字地址码是指汉字库(这里主要指汉字字形的点阵式字模库)中存储汉字字形信息的逻辑地址码。在汉字库中，字形信息都是按一定顺序(大多数按照标准汉字国标码中汉字的排列顺序)连续存放在存储介质中的，所以汉字地址码也大多是连续有序的，而且与汉字机内码间有着简单的对应关系，从而简化了汉字内码到汉字地址码的转换。
4) 汉字字形码
汉字字形码是存放汉字字形信息的编码，它与汉字内码一一对应。每个汉字的字形码是预先存放在计算机内的，常称为汉字库。当输出汉字时，计算机根据内码在字库中查到其字形码，得知字形信息后就可以显示或打印输出了。
描述汉字字形的方法主要有点阵字形法和矢量表示法。
(1) 点阵字形法：用一个排列成方阵的点的黑白来描述汉字。这种方法简单，但放大后会出现锯齿现象，点阵规模越大，字形越清晰美观，所占存储空间越大(两级汉字大约占用256KB)。点阵字形法表示方式的缺点是字形放大后产生的效果差。
(2) 矢量表示方式：描述汉字字形的轮廓特征，采用数学方法描述汉字的轮廓曲线。如在Windows下采用的TrueType技术就是汉字的矢量表示方式，它解决了汉字点阵字形放大后出现锯齿现象的问题。矢量表示方式的特点是字形精度高，但输出前要经过复杂的数学运算处理；当要输出汉字时，通过计算机的计算，由汉字字形描述生成所需大小和形状的汉字点阵。
2. 各种汉字编码之间的关系
汉字的输入、输出和处理的过程，实际上是汉字的各种代码之间的转换过程。汉字通过汉字输入码输入到计算机内，然后通过输入字典转换为内码，以内码的形式进行存储和处理。在汉字通信过程中，处理机将汉字内码转换为适合于通信用的交换码，以实现通信处理。
在汉字的显示和打印输出过程中，处理机根据汉字机内码计算出地址码，按地址码从字库中取出汉字输出码，实现汉字的显示或打印输出，如图?1-3?所示表示了这些代码在汉字信息处理系统中的地位及它们之间的关系。
图1-3 各种汉字编码之间的关系
1.4 指令和程序设计语言
前面我们讲到，计算机能够按照要求自动完成工作是因为采用了存储程序控制，本节将对指令和程序设计语言进行讲解。
1.4.1 计算机指令
指令就是给计算机下达命令，告诉计算机要干什么，所要用到的数据出自哪里，操作结果又将送往何处。所以，指令包括操作码和地址码。
(1) 操作码：指出指令完成操作的类型，如加、减、乘、除、传送等。
(2) 地址码：指出参与操作的数据和操作结果存放的位置。
一条指令只能完成一个简单的操作，而一个比较复杂的操作则需要由许多简单操作组合而成，这就形成了程序。简单地说，程序就是一组计算机指令序列。一台计算机可能有多种多样的指令，这些指令的集合称之为该计算机的指令系统。
1.4.2 程序设计语言
程序设计语言是软件的基础和组成，是用来定义计算机程序的语法规则，是由单词、语句、函数和程序文件等组成。随着计算机技术的不断发展，计算机所使用的语言也快速地发展成为一种体系。
程序设计语言的基本成分有以下四种。
(1) 运算成分：用于描述程序中所包含的运算。
(2) 控制成分：用于描述程序中所包含的控制。
(3) 数据成分：用于描述程序所涉及的数据。
(4) 传输成分：用于表达程序中数据的传输。
程序设计语言也称为计算机语言，计算机语言主要分为以下3种。
1) 机器语言
机器语言是表示成数码形式的机器基本指令集，或者是操作码经过符号化的基本指令集，所有的指令集合称为指令系统。指令系统就是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言。
机器语言具有以下特征：
(1) 它是计算机能识别并且直接执行的语言；
(2) 每条指令是由0、1组成的一串二进制代码，可读性差，不易记忆；
(3) 用它编写的程序执行速度快，占用内存空间少；
(4) 编写程序难且繁，易出错，难调试修改；
(5) 直接依赖于机器；
(6) 由于不同型号计算机的指令系统不完全相同，故可移植性差。
2) 汇编语言
汇编语言是机器语言中地址部分符号化的结果，或进一步包括宏构造。汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，比用机器语言的二进制代码编程要方便些，在一定程度上简化了编程过程。
使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言(目标程序)，这种起翻译作用的程序叫汇编程序。翻译的机器语言再链接成可执行程序在计算机中执行，如图1-4所示。
图1-4 汇编语言的翻译过程
3) 高级语言
高级语言是接近于生活语言的计算机语言。常见的高级语言有Basic语言、Fortran语言、C语言和Pascal语言等。高级语言与汇编语言程序一样，它不能直接被计算机识别和执行，必须由翻译程序把它翻译成机器语言后才能被执行。翻译程序按翻译的方式分为解释方式和编译方式两种。
(1) 解释方式：解释方式是在程序的运行中，将高级语言逐句解释为机器语言，解释一句，执行一句，所以运行速度较慢。如Basic源程序的执行就是采用这种方式。
(2) 编译方式：编译方式是用相应的编译程序先把源程序编译成机器语言的目标程序，再把目标程序和各种标准库函数连接装配成一个完整的可执行机器语言程序。简单而言，一个高级语言源程序必须经过编译和连接装配两步后才能成为可执行的机器语言程序。
1.5 计算机系统的组成
计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是计算机的“躯干”，是物质基础。而软件系统则是建立在这个“躯干”上的“灵魂”。
下面将详细介绍“存储程序控制”概念，计算机硬件系统的组成以及计算机软件系统的组成。
1.5.1 “存储程序控制”计算机概念
“存储程序控制”原理，是将根据特定问题编写的程序存放在计算机存储器中，然后按存储器中存储程序的首地址执行程序的条指令，以后就按照该程序的规定顺序执行其他指令，直至程序结束执行。1945年，美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(J.Von Neumann)提出了现代计算机的理论基础。现代计算机已经发展到第四代，但仍遵循着这个原理。
“存储程序控制”原理的特点如下：
(1) 使用单一的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作；
(2) 存储单元是定长的线性组织；
(3) 存储空间的单元是直接寻址的；
(4) 使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作；
(5) 对计算进行集中的顺序控制；
(6) 计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成并规定了它们的基本功能；
(7) 采用二进制形式表示数据和指令；
(8) 在执行程序和处理数据时必须将程序和数据从外存储器装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动地调整从存储器中取出指令并加以执行。
1.5.2 计算机硬件系统的组成
现代计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，以存储器为中心，其基本框架如图1-5所示。
计算机的基本工作原理是应用了冯·若依曼原理，该原理是将程序和数据都事先存放在计算机的存储器中，然后在计算机程序的控制下自动完成算术运算和逻辑运算。计算机硬件系统各部分的功能如下。
1) 运算器
运算器也称为算术逻辑部件(Arithmetical and Logical Unit，ALU)，是执行各种运算的装置。主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。运算器由一个加法器、若干个寄存器和一些控制线路组成。
图1-5 计算机硬件系统的组成
2) 控制器
控制器(Control Unit，CU)是计算机的神经中枢，指挥计算机各个部件自动、协调地工作。主要功能是按预定的顺序不断取出指令进行分析，然后根据指令要求向运算器、存储器等各部件发出控制信号，让其完成指令所规定的操作。
3) 存储器
存储器(Memory)是计算机中用来存放程序和数据的，具备存储数据和取出数据的功能。存储器可分为两大类：一类是内部存储器，另一类是外部存储器。
4) 输入设备
输入设备(Input Device)的主要作用是把准备好的数据、程序、命令及各种信号信息转变为计算机能接收的电信号送入计算机。
5) 输出设备
输出设备(Output Device)的主要功能是将计算机处理的结果或工作过程按人们要求的方法输出。
注意：存储数据是指向存储器里“写入”数据，取出数据是指从存储器里“读取”数据。读写操作统称为对存储器的访问。
1.5.3 计算机软件系统的组成
计算机软件系统主要包括系统软件和应用软件。
1. 系统软件
系统软件是指控制和协调计算机外部设备、支持应用软件开发和运行的软件。其主要功能是负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使之可以协调工作。系统软件使计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的。
系统软件主要包括操作系统、语言处理系统、数据库管理程序和系统辅助处理程序等。
1) 操作系统
在系统软件中主要的是操作系统，它提供了一个软件运行的环境，用来控制所有计算机上运行的程序并管理整个计算机的软硬件资源。
操作系统是系统软件的重要组成部分，通常包括5大功能模块：处理器管理、内存管理、信息管理、设备管理和用户接口。
操作系统的发展过程如下：
(1) 单用户操作系统；
(2) 批处理操作系统；
(3) 分时操作系统；
(4) 实时操作系统；
(5) 网络操作系统；
(6) 微机操作系统。
2) 语言处理系统
语言处理系统是对软件语言进行处理的程序子系统，是系统软件的另一大类型，早期的代和第二代计算机所使用的编程语言一般是由计算机硬件厂家随机器配置的。
语言处理系统的主要功能是各种软件语言的处理程序，它把用户用软件语言书写的各种源程序转换成可为计算机识别和运行的目标程序，从而获得预期结果。
3) 数据库管理程序
数据库管理程序是应用广泛的软件，是有关建立、存储、修改和存取数据库中信息的技术。它把各种不同性质的数据进行组织，以便能够有效地进行查询、检索、管理这些数据，是运用数据库的主要目的。
数据库管理的主要内容包括数据库的调优、数据库的重组、数据库的重构、数据库的安全管控、报错问题的分析汇总和处理、数据库数据的日常备份。
4) 系统辅助处理程序
系统辅助处理程序主要是指一些为计算机系统提供服务的工具软件和支撑软件，如编辑程序、调试程序、系统诊断程序等。这些程序主要是为了维护计算机系统的正常运行，方便用户在软件开发和实施过程中的应用，如Windows中的磁盘整理工具程序等。实际上Windows?和其他操作系统，都有附加的使用工具程序。因而随着操作系统功能的延伸，已很难严格划分系统软件和系统服务软件。
2. 应用软件
在计算机软件系统中，应用软件的使用多，应用软件是为满足用户不同问题、不同领域的应用需求而提供的那部分软件。它可以拓宽计算机系统的应用领域，扩大硬件的功能。根据服务对象不同，应用软件可以分为通用软件和专用软件。
1) 通用软件
为了解决某一类问题所涉及的软件称为通用软件。
(1) 针对文字处理、表格处理、电子演示、电子邮件收发等办公软件，例如Microsoft Office、WPS等。
(2) 用于财务会计业务的财务软件。
(3) 用于机械设计制图的绘图软件，例如AutoCAD等。
(4) 用于图像处理的软件，例如Photoshop、Adobe Illustrator。
2) 专用软件
专门适应特殊需求的软件称为专用软件。例如，用户自己组织人力开发的能自动控制车床，并能将各种事务性工作集成起来的软件等。
1.6 微型计算机的硬件系统
微型计算机作为日常生活中常用的计算机，你可知道其硬件系统？本节将对微型计算机的硬件系统进行详解。
1.6.1 微型计算机的基本结构
前面已经讲到计算机系统的组成，微型计算机的基本组成结构，如图1-6所示。计算机硬件系统是指那些由电子元器件和机械装置组成的“硬”设备，如键盘、显示器、主板等，它们是计算机能够工作的物质基础。计算机软件系统是指那些能在硬件设备上运行的各种程序、数据和有关的技术资料，如Windows系统数据库管理系统等。
图1-6 微型计算机的基本组成结构
几乎所有的微型计算机都把主机部分、软盘驱动器、硬盘驱动器及电源等封装在主机箱内。从外观上看，有卧式、立式和笔记本等几种机型。典型的微型计算机如图1-7所示。
计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制，并实现数据输入、运算、输出等一系列根本性的操作。虽然计算机的制造技术从计算机出现到今天已经发生了很大的变化，但在基本的硬件结构方面，却一直沿袭着冯·诺伊曼的传统框架，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件构成。输入设备负责把用户的信息(包括程序和数据)输入到计算机中；输出设备负责将计算机中的信息(包括程序和数据)传送到外部媒介，供用户查看或保存；存储器负责存储数据和程序，并根据控制命令提供这些数据和程序，它包括内存(内存储器)和外存(外存储器)；运算器负责对数据进行算术运算和逻辑运算(即对数据进行加工处理)；控制器负责对程序所规定的指令进行分析，控制并协调输入、输出操作或对内存的访问。
1.6.2 微型计算机的性能指标
衡量微型计算机性能的好坏，通常有下列几项主要技术性能指标。
1. 字长
字长是指微机能直接处理的二进制信息的位数。字长越长，微机的运算速度就越快，运算精度就越高，内存容量就越大，微机的功能就越强。所以字长是微机的一个重要性能指标。按微机的字长可分为8位机(如早期的Apple E机)、16位机(如286微机)、32位机(如386、486奔腾机)和64位机(高档微机)等。
2. 存储容量
存储容量分为内存容量和外存容量，这里主要讲的是内存容量。内存容量越大，处理数据的范围就越广，运算速度一般也越快，处理能力就越强。目前微型计算机的内存容量已达到数GB。
3. 存取周期
存取周期是指对存储器进行一次完整的存取(即读/写)操作所需的时间，即存储器进行连续存取操作所允许的短时间间隔。存取周期越短，则存取速度越快。存取周期的大小影响微机运算速度的快慢。所以存取周期是微机的一个重要性能指标。微机中使用的是大规模或超大规模集成电路存储器，其存取周期在几十到几百毫微秒。
4. 主频
主频是指微机CPU的时钟频率。主频的单位是MHz(兆赫兹)。主频的大小在很大程度上决定了微机运算速度的快慢，主频越高，微机的运算速度就越快。所以主频是微机的一个重要性能指标。目前Pentium处理器的主频已达到1G～3GHz。
5. 运算速度
运算速度是指微机每秒钟能执行多少条指令。运算速度的单位用MIPS(百万条指令/秒)。由于执行不同的指令所需的时间不同，因此，运算速度有不同的计算方法。现在多用各种指令的平均执行时间及相应指令的运行比例来综合计算运算速度，即用加权平均法求出等效速度，作为衡量微机运算速度的标准。目前微机的运算速度在200～300MIPS。
除了上述5个主要技术指标外，还有其他一些因素，也对微机的性能起到了重要作用。
(1) 可靠性：是指微型计算机系统平均无故障工作时间。无故障工作时间越长，系统就越可靠。
(2) 可维护性：是指微机的维修效率，通常用故障平均排除时间来表示。
(3) 可用性：是指微机系统的使用效率，可以用系统在执行任务的任意时刻所能正常工作的概率来表示。
(4) 兼容性：兼容性强的微机，有利于推广应用。
(5) 性能价格比：这是一项综合评估微机系统性能的指标，包括硬件性能和软件性能。价格是整个微机系统的价格，与系统的配置有关。
1.6.3 微型计算机的硬件及功能
微机与其他类型计算机的工作原理和组成并无本质的区别，如图1-8所示的是微机总线结构，系统总线把CPU、存储器、输入输出设备连接起来，使微型计算机系统机构简洁、灵活、规范。
图1-8 微机总线结构示意图
其中CPU和内存储器构成了计算机的主机，是计算机系统的主体；输入/输出设备和辅助存储器(外存)统称为外部设备(简称外设)，它们是人与主机沟通的桥梁。
1. 主板
主机芯片都安装在一块电路板上，这块电路板称为主机板(主板)。为了与外围设备连接，在主机板上还安装有若干个接口插槽，可以在这些插槽上插入与不同外围设备连接的接口卡。主板上有控制芯片组、CPU插座、BIOS芯片、内存条插槽，主板上也集成了软驱接口、硬盘接口、并行接口、串行接口、USB接口、AGP总线扩展槽、PCI局部总线扩展槽、ISA总线扩展槽、键盘和鼠标接口以及一些连接其他部件的接口等。主板是微型计算机系统的主体和控制中心，它几乎集合了全部系统的功能，控制着各部分之间的指令流和数据流。随着计算机的发展，不同型号的微型计算机的主板结构是不一样的。图1-9所示为主板外观示意图。
2. 中央处理器
中央处理器(Central Processing Unit，CPU)是计算机硬件系统的核心，如图1-10所示。CPU?主要由运算器(ALU)和控制器(CU)两大部件组成，还包括若干个寄存器和高端缓冲存储器，它们通过内部总线连接。高速缓冲存储器是为了解决CPU与内存RAM速度不匹配而设计的，一般在几十KB到几百KB之间，存取速度为15～35ns。
图1-9 主板 图1-10 CPU
运算器是对数据进行加工处理的部件。它不仅可以实现基本的算术运算，还可以进行基本的逻辑运算，实现逻辑判断的比较及数据传递、移位等操作。控制器是负责从存储器中取出指令，确定指令类型，并译码，按时间的先后顺序，向其他部件发出控制信号，统一指挥和协调计算机各器件进行工作的部件。它是计算机的“神经中枢”。
中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。能够处理的数据位数是CPU的一个重要的品质标志。人们通常所说的16位机、32位机、64位机即指CPU可同时处理16位、32位和64位的二进制数据。IBM PC/AT及286机均是16位机，386、486及现在的奔腾系列机器均是32位机。其中，IBM PC/AT的CPU芯片为Intel 80286，而386机、486机、奔腾系列机器的CPU芯片分别以Intel 80386、80486、Pentium系列为代表。
3. 存储器
存储器的主要功能是存放程序和数据。使用时，可以从存储器中取出信息来查看、运行程序，称其为存储器的读操作；也可以把信息写入存储器、修改原有信息、删除原有信息，称其为存储器的写操作。存储器通常分为内存储器和外存储器。
1) 内存储器(内存)
内存又称为主存，它和CPU一起构成了计算机的主机部分，如图1-11所示为内存条示意图，它存储的信息可以被CPU直接访问。内存由半导体存储器组成，存取速度较快，但一般容量较小。内存中含有很多的存储单元，每个单元可以存放1个8位的二进制数，即1个字节(Byte，简称“B”)。通常1个字节可以存放0～255之间的1个无符号整数或1个字符的代码，而对于其他部分数据可以用若干个连续字节按一定规则进行存放。内存中的每个字节各有一个固定的编号，这个编号称为地址。CPU在存取存储器中的数据时是按地址进行的。存储器容量即指存储器中所包含的字节数，通常用MB作为存储器容量单位。内存储器通常可以分为随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和高速缓冲存储器(Cache)三种。其中特点、用途、分类如表1-5所示。
图1-11 内存条
表1-5 ROM和RAM的特点、用途和分类比较
只读存储器(ROM)
特 点
用 途
分 类
其中的信息只能读出不能写入；且只能被CPU随机读取；
内容永久性，断电后信息不会丢失，可靠性高
主要用来存放固定不变的控制计算机的系统程序和数据，如常驻内存的监控程序、基本I/O系统、各种专用设备的控制程序和有关计算机硬件的参数表等
可编程的只读存储器PROM；
可擦除、可编程的只读存储器EPROM；
按模型只读存储器MROM
随机存储器(RAM)
CPU可以随时直接对其读写；当写入时，原来存储的数据被冲掉；
有电时信息完好，但断电后数据会消失，且无法恢复
存储当前使用的程序、数据、中间结果与外存交换的数据
静态RAM(SRAM)全集成度低、价格高、存储速度快、不需要刷新；
动态RAM(DRAM)全集成度高、价格低、存储速度慢、需要刷新
2) 外存储器(外存)
外存储器又称为辅助存储器，它的容量一般都比较大，而且大部分可以移动，便于在不同计算机之间进行信息交流。在微型计算机中，常用的外存有硬盘、闪存和光盘3种。
(1) 硬盘存储器
目前的硬盘有两种：一种为固定式，如图1-12所示；另一种为移动式，如图1-13所示。所谓固定式就是固定在主机箱内，容量比较大，当容量不足时，可再扩充另一个硬盘。而移动式硬盘如同软盘一样，只是它的速度与容量都远远超过软盘。它可以轻松传输、携带、分享和存储资料，可以在笔记本和台式机之间，办公室、学校、网吧和家庭之间实现数据的传输，是私人资料保存的工具。同时它还具有写保护、无驱动、无须外接电源、高速度读写、支持80GB或更大容量硬盘等特点。
图1-12 硬盘 图1-13 移动硬盘
硬盘(Hard Disk)是微型机上主要的外部存储设备。它是由磁盘片、读写控制电路和驱动机构组成。
① 硬盘的结构。
* 磁头：磁头是硬盘中昂贵的部件，也是硬盘技术中重要和关键的一环。
* 磁道：当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫作磁道。
* 扇区：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。
* 柱面：硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。
② 硬盘的容量。
作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘主要的参数。硬盘的容量以兆字节(MB/MiB)或千兆字节(GB/GiB)为单位，1GB=1024MB，而1GiB=1024MiB。但硬盘厂商通常使用的是GB，也就是1GB=1000MB，而Windows系统，就依旧以“GB”字样来表示“GiB”单位(1024换算的)，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。
③ 硬盘的转速。
转速(Rotational Speed 或Spindle Speed)是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在1分钟内所能完成的转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per Minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。
(2) 闪存。
闪存又名优盘、U盘，如图1-14所示，是在存储速度与容量上介于软盘与硬盘之间的一种外部存储器。它具有如下特点：兼顾了USB 2.0、USB 1.1、USB 3.0接口的使用；具有写保护开关，用来防止误删除重要数据；无须安装设备驱动，即插即用。优盘有基本型、增强型和加密型3种。
USB接口的传输率：USB?1.1为12Mb/s，USB?2.0为480Mb/s，USB 3.0为5.0Gb/s。
(3) 光盘。
光盘(Optical Disc)是以光信息作为存储物的载体来存储数据的一种物品。光盘根据其制造材料和记录信息方式的不同一般分为三类：只读光盘、一次写入型光盘和可擦写光盘。
只读光盘(CD-ROM)是生产厂家在制造时根据用户要求将信息写到盘上，用户不能抹除，也不能写入，只能通过光盘驱动器读出盘中的信息。只读光盘以一种凹坑的形式记录信息。光盘驱动器内装有激光光源，光盘表面以凹坑的形式记录的信息，可以反射出强弱不同的光线，从而使记录的信息被读出。只读光盘的存储容量约为650 MB。
一次写入型光盘(CD-R)可以由用户写入信息，但只能写一次，不能抹除和改写(像Prom芯片一样)。信息的写入通过特制的光盘刻录机进行，它是用激光使记录介质熔融蒸发穿出微孔或使非晶膜结晶化，改变原材料特性来记录信息。这种光盘的信息可多次读出，读出信息时使用只读光盘用的驱动器即可。一次写入型光盘的存储容量一般为几百兆。
可擦写型光盘(CD-RW)片上镀有银、铟、硒或碲材质，这种材质能够呈现出结晶和非结晶两种状态，用来表示数字信息0和1。CD-RW的刻录原理与CD-R大致相同，通过激光束的照射，材质可以在结晶和非结晶两种状态之间相互转换，这种晶体材料的互换，形成了信息的写入和擦除，从而达到可重复擦除的目的。
4. 输入/输出设备
1) 输入设备
输入设备是外界向计算机传送信息的装置。其主要作用是把人们可读的信息，包括命令、程序、数据、文本、图形、图像、音频和视频等，将其转换为计算机能识别的二进制代码输入计算机，供计算机处理。输入设备是人与计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。例如，使用键盘输入信息时，敲击它的每个键位都能产生相应的电信号，再有电路板转换成相应的二进制代码送入计算机。
目前常用的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、摄像头、扫描仪、光笔、手写板、游戏杆、语音输入装置等。
2) 输出设备
输出设备的作用是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种为人们所认识的表示形式。在微型计算机中，常用的输出设备有显示器和打印机。此外，还有绘图仪等，也可以通过磁盘和磁带输出。
3) 其他输入/输出设备
目前，不少设备同时集成了输入和输出两种功能，例如，调制解调器(Modem)，它是数字信号和模拟信号之间的桥梁。一台调制解调器能将计算机的数字信号转换成模拟信号，通过电话线传送到另一台调制解调器上，经过解调，再将模拟信号转换成数字信号送入计算机，实现两台计算机之间的数据通信。另外还有光盘刻录机可作为输入设备，将光盘上的数据读入到计算机内存，也可作为输出设备将数据刻录到CD-R或CD-RW光盘。
5. 总线和接口
1) 总线
计算机中传输信息的公共通路称为总线(BUS)。一次能够在总线上同时传输信息的二进制位
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