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计算机概述
计算机概述
计算机(Computer)全称:
电子计算机,俗称电脑,是一种能够按照程序运行,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。
由硬件和软件所组成,没有安装任何软件的计算机称为裸机。
常见的形式有台式计算机、笔记本计算机、大型计算机等,较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。
概述
电子计算机是一种不需要人工直接干预,能够对各种数字信息进行算术和逻辑运算的快速电子设备,它的出现和发展是20世纪最重要的科学技术成就之一。
计算机已渗透到国民经济和社会的各个领域,极大地改变着人们的生活方式和工作方式,并成为推动社会发展的巨大生产力。
以微处理器为核心,配上大容量的半导体存储器及功能强大的可编程接口芯片,连上外设(包括键盘、显示器、打印机和软驱、光驱等外部存储器)及电源所组成的计算机,称为微型计算机简称微型机或微机,有时又称为PC(PersonalComputer)或MC(Microcomputer)。
微机加上系统软件,就构成了整个微型计算机系统(MSC,简称微机系统)。
微型计算机的问世和发展把计算机技术推向了社会,目前计算机已广泛应用到国民经济和国防建设的各个领域,并且在人们的日常生活中也发挥着不可缺少的作用。
简介
计算机(全称:
电子计算机;别称:
电脑,英文:
Computer)是20世纪最伟大的科学技术发明之一,对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响,并以强大的生命力飞速发展。
它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到目前社会的各个领域,已形成规模巨大的计算机产业,带动了全球范围的技术进步,由此引发了深刻的社会变革。
计算机已遍及学校、企事业单位,进入寻常百姓家,成为信息社会中必不可少的工具。
它是人类进入信息时代的重要标志之一。
计算机是由早期的电动计算器发展而来的。
1946年,世界上出现了第一台电子数字计算机“ENIAC”,用于计算弹道。
是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电工学院制造的。
1956年,晶体管电子计算机诞生了,这是第二代电子计算机。
只要几个大一点的柜子就可将它容下,运算速度也大大地提高了。
1959年出现的是第三代集成电路计算机。
最初的计算机由约翰·冯·诺依曼发明(那时电脑的计算能力相当于现在的计算器),有三间库房那么大,后逐步发展。
1946年面世的“ENIAC”,它主要是用于计算弹道。
是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院制造的,它的体积庞大,占地面积170多平方米,重量约30吨,消耗近150千瓦的电力。
显然,这样的计算机成本很高,使用不便。
这个说法被计算机基础教科书上普遍采用,事实上在1973年根据美国最高法院的裁定,最早的电子数字计算机,应该是美国爱荷华州立大学的物理系副教授约翰·阿坦那索夫和其研究生助手克利夫·贝瑞(CliffordE.Berry,1918-1963)于1939年10月制造的“ABC”(Atanasoff-Berry-Computer)。
之所以会有这样的误会,是因为“ENIAC”的研究小组中的一个叫莫克利的人于1941年剽窃了约翰·阿坦那索夫的研究成果,并在1946年时,申请了专利。
由于种种原因直到1973年这个错误才被扭转过来。
(具体情况参阅XX百科——“约翰·阿坦那索夫”词条,希望大家记住ABC和约翰·阿坦那索夫,希望以后的教科书能够修改这个错误)。
后来为了表彰和纪念约翰·阿坦那索夫在计算机领域内作出的伟大贡献,1990年美国前总统布什授予约翰·阿坦那索夫全美最高科技奖项----“国家科技奖”。
电脑硬件
(1)电源:
电源是电脑中不可缺少的供电设备,它的作用是将220V交流电转换为电脑中使用的5V,12V,3.3V直流电,其性能的好坏,直接影响到其他设备工作的稳定性,进而会影响整机的稳定性。
(2)主板:
主板是电脑中各个部件工作的一个平台,它把电脑的各个部件紧密连接在一起,各个部件通过主板进行数据传输。
也就是说,电脑中重要的“交通枢纽”都在主板上,它工作的稳定性影响着整机工作的稳定性。
(3)CPU:
CPU(CentralPrecessingUnit)即中央处理器,是一台计算机的运算核心和控制核心。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
作为整个系统的核心,CPU也是整个系统最高的执行单元,因此CPU已成为决定电脑性能的核心部件,很多用户都以它为标准来判断电脑的档次。
(4)内存:
内存又叫内部存储器或者是随机存储器(RAM),分为DDR内存和SDRAM内存,(但是SDRAM由于容量低,存储速度慢,稳定性差,现在已经被DDR淘汰了)内存属于电子式存储设备,它由电路板和芯片组成,特点是体积小,速度快,有电可存,无电清空,即电脑在开机状态时内存中可存储数据,关机后将自动清空其中的所有数据。
内存有DDR、DDRII、DDRIII三大类,容量1-8GB。
(5)硬盘:
硬盘属于外部存储器,由金属磁片制成,而磁片有记功能,所以储到磁片上的数据,不论在开机,还是关机,都不会丢失。
硬盘容量很大,目前已达TB级,尺寸有3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸、1.0英寸等,接口有IDE、SATA、SCSI等,SATA最普遍。
移动硬盘是以硬盘为存储介质,强调便携性的存储产品。
目前市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础的,而只有很少部分的是以微型硬盘(1.8英寸硬盘等),但价格因素决定着主流移动硬盘还是以标准笔记本硬盘为基础。
因为采用硬盘为存储介质,因此移动硬盘在数据的读写模式与标准IDE硬盘是相同的。
移动硬盘多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口,可以较高的速度与系统进行数据传输。
(6)声卡:
声卡是组成多媒体电脑必不可少的一个硬件设备,其作用是当发出播放命令后,声卡将电脑中的声音数字信号转换成模拟信号送到音箱上发出声音。
(7)显卡:
显卡在工作时与显示器配合输出图形,文字,显卡的作用是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动,并向显示器提供行扫描信号,控制显示器的正确显示,是连接显示器和个人电脑主板的重要元件,是“人机对话”的重要设备之一。
(8)网卡:
网卡是工作在数据链路层的网路组件,是局域网中连接计算机和传输介质的接口,不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配,还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。
网卡的作用是充当电脑与网线之间的桥梁,它是用来建立局网并连接到Internet的重要设备之一。
在整合型主板中常把声卡、显卡、网卡部分或全部集成在主板上。
(9)调制解调器:
英文名为“Modem”,俗称“猫”,即调制解调器。
是通过电话线上网时必不可少的设备之一。
它的作用是将电脑上处理的数字信号转换成电话线传输的模拟信号。
随着ADSL宽带网的普及,调制解调器逐渐退出了市场。
(10)软驱:
软驱用来读取软盘中的数据。
软盘为可读写外部存储设备,与主板用FDD接口连接。
现已淘汰。
(11)光驱:
电脑用来读写光碟内容的机器,也是在台式机和笔记本便携式电脑里比较常见的一个部件。
随着多媒体的应用越来越广泛,使得光驱在计算机诸多配件中已经成为标准配置。
目前,光驱可分为CD-ROM驱动器、DVD光驱(DVD-ROM)、康宝(COMBO)和刻录机等。
读写的能力和速度也日益提升,4×16×32×40×48×。
(12)显示器:
显示器有大有小,有薄有厚,品种多样,其作用是把电脑处理完的结果显示出来。
它是一个输出设备,是电脑必不可缺少的部件之一。
分为CRT、LCD、LED三大类,接口有VGA、DVI两类。
(13)键盘:
键盘是主要的输入设备通常为104或105键,用于把文字、数字等输到电脑上。
(14)鼠标:
当人们移到鼠标时,电脑屏幕上就会有一个箭头指针跟着移动,并可以很准确切指到想指的们位置,快速地在屏幕上定位,它是人们使用电脑不可缺少的部件之一。
键盘鼠标接口有PS/2和USB两种。
硬件的鼠标分为光电和机械两种(机械已被光电淘汰)
(15)音箱:
通过音频线连接到功率放大器,再通过晶体管把声音放大,输出到喇叭上,从而使喇叭发出电脑的声音。
一般的电脑音箱可分为2、2.1、3.1、4、4.1、5.1、7.1这几种。
音质也各有差异。
(16)打印机:
通过它可以把电脑中的文件打印到纸上,它是重要的输出设备之一。
目前,在打印机领域形成了针式打印机、喷墨打印机、激光打印机三足鼎立的主流产品,各自发挥其优点,满足各界用户不同的需求。
(17)视频设备,如摄像头、扫描仪、数码相机、数码摄像机、电视卡等设备,用于处理视频信号。
(18).内存盘闪存盘通常也被称作优盘,U盘,闪盘,是一个通用串行总线USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品,它采用的存储介质为闪存存储介质(FlashMemory)。
闪存盘一般包括闪存(FlashMemory)、控制芯片和外壳。
闪存盘是具有可多次擦写、速度快而且防磁、防震、防潮的优点。
闪盘采用流行的USB接口,体积只有大拇指大小,重量约20克,不用驱动器,无需外接电源,即插即用,实现在不同电脑之间进行文件交流,存储容量从1~32GB不等,满足不同的需求。
(19)移动存储卡及读卡器
存储卡是利用闪存(FlashMemory)技术达到存储电子信息的存储器,一般应用在数码相机、掌上电脑、MP3、MP4等小型数码产品中作为存储介质,所以样子小巧,有如一张卡片,所以称之为闪存卡。
根据不同的生产厂商和不同的应用,闪存卡有SmartMedia(SM卡)、CompactFlash(CF卡)、MultiMediaCard(MMC卡)、SecureDigital(SD卡)、MemoryStick(记忆棒)、TF卡等多种类型,这些闪存卡虽然外观、规格不同,但是技术原理都是相同的。
由于闪存卡本身并不能被直接电脑辨认,读卡器就是一个两者的沟通桥梁。
读卡器CardReader)可使用很多种存储卡,如CompactFlashorSmartMediaorMicrodrive存储卡等,作为存储卡的信息存取装置。
读卡器使用USB1.1/USB2.0的传输介面,支持热拔插。
与普通USB设备一样,只需插入电脑的USB端口,然后插用存储卡就可以使用了。
按照速度来划分有USB1.1和USB2.0,按用途来划分,有单一读卡器和多合一读卡器。
软件
所谓软件是指为方便使用计算机和提高使用效率而组织的程序以及用于开发、使用和维护的有关文档。
软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。
(1)系统软件
系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成,其主要功能包括:
启动计算机,存储、加载和执行应用程序,对文件进行排序、检索,将程序语言翻译成机器语言等。
实际上,系统软件可以看作用户与计算机的接口,它为应用软件和用户提供了控制、访问硬件的手段,这些功能主要由操作系统完成。
此外,编译系统和各种工具软件也属此类,它们从另一方面辅助用户使用计算机。
下面分别介绍它们的功能。
1)操作系统(OperatingSystem,OS)
操作系统是管理、控制和监督计算机软、硬件资源协调运行的程序系统,由一系列具有不同控制和管理功能的程序组成,它是直接运行在计算机硬件上的、最基本的系统软件,是系统软件的核心。
操作系统是计算机发展中的产物,它的主要目的有两个:
一是方便用户使用计算机,是用户和计算机的接口。
比如用户键入一条简单的命令就能自动完成复杂的功能,这就是操作系统帮助的结果;二是统一管理计算机系统的全部资源,合理组织计算机工作流程,以便充分、合理地发挥计算机的效率。
操作系统通常应包括下列五大功能模块:
1.处理器管理。
当多个程序同时运行时,解决处理器(CPU)时间的分配问题。
2.作业管理。
完成某个独立任务的程序及其所需的数据组成一个作业。
作业管理的任务主要是为用户提供一个使用计算机的界面使其方便地运行自己的作业,并对所有进入系统的作业进行调度和控制,尽可能高效地利用整个系统的资源。
3.存储器管理。
为各个程序及其使用的数据分配存储空间,并保证它们互不干扰。
4.设备管理。
根据用户提出使用设备的请求进行设备分配,同时还能随时接收设备的请求(称为中断),如要求输入信息。
5.文件管理。
主要负责文件的存储、检索、共享和保护,为用户提供文件操作的方便。
操作系统的种类繁多,依其功能和特性分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统等;依同时管理用户数的多少分为单用户操作系统和多用户操作系统;适合管理计算机网络环境的网络操作系统。
微机操作系统随着微机硬件技术的发展而发展,从简单到复杂。
Microsoft公司开发的DOS是一单用户单任务系统,而Windows操作系统则是一单用户多任务系统,经过十几年的发展,已从Windows3.1发展到目前的WindowsNT、Windows2000、WindowsXP、Windowsvista和Windows7,它是当前微机中广泛使用的操作系统之一。
Linux是一个原码公开的操作系统,目前已被越来越多的用户所采用,是Windows操作系统强有力的竞争对手。
2)语言处理系统(翻译程序)
人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或称程序设计语言。
计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。
如果要在计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序(下简称翻译程序)。
翻译程序本身是一组程序,不同的高级语言都有相应的翻译程序。
翻译的方法有两种:
一种称为“解释”。
早期的BASIC源程序的执行都采用这种方式。
它调用机器配备的BASIC“解释程序”,在运行BASIC源程序时,逐条把BASIC的源程序语句进行解释和执行,它不保留目标程序代码,即不产生可执行文件。
这种方式速度较慢,每次运行都要经过“解释”,边解释边执行。
另一种称为“编译”,它调用相应语言的编译程序,把源程序变成目标程序(以.OBJ为扩展名),然后再用连接程序,把目标程序与库文件相连接形成可执行文件。
尽管编译的过程复杂一些,但它形成的可执行文件(以.exe为扩展名)可以反复执行,速度较快。
运行程序时只要键入可执行程序的文件名,再按Enter键即可。
对源程序进行解释和编译任务的程序,分别叫做编译程序和解释程序。
如FORTRAN、COBOL、PASCAL和C等高级语言,使用时需有相应的编译程序;BASIC、LISP等高级语言,使用时需用相应的解释程序。
3)服务程序
服务程序能够提供一些常用的服务性功能,它们为用户开发程序和使用计算机提供了方便,像微机上经常使用的诊断程序、调试程序、编辑程序均属此类。
4)数据库管理系统
数据库是指按照一定联系存储的数据集合,可为多种应用共享。
数据库管理系统(DataBaseManagementSystem,DBMS)则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。
其主要功能是建立、消除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。
数据库系统主要由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)以及相应的应用程序组成。
数据库系统不但能够存放大量的数据,更重要的是能迅速、自动地对数据进行检索、修改、统计、排序、合并等操作,以得到所需的信息。
这一点是传统的文件柜无法做到的。
数据库技术是计算机技术中发展最快、应用最广的一个分支。
可以说,在今后的计算机应用开发中大都离不开数据库。
因此,了解数据库技术尤其是微机环境下的数据库应用是非常必要的。
(2)应用软件
为解决各类实际问题而设计的程序系统称为应用软件。
从其服务对象的角度,又可分为通用软件和专用软件两类。
计算机的特点
1.运算速度快
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。
例如:
卫星轨道的计算、大型水坝的计算、24小时天气预报的计算等,过去人工计算需要几年、几十年,而现在用计算机只需几天甚至几分钟就可完成。
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。
计算机控制的导弹之所以能准确地击中预定的目标,是与计算机的精确计算分不开的。
一般计算机可以有十几位甚至几十位(二进制)有效数字,计算精度可由千分之几到百万分之几,是任何计算工具所望尘莫及的。
3.有逻辑判断能力
随着计算机存储容量的不断增大,可存储记忆的信息越来越多。
计算机不仅能进行计算,而且能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果保存起来,以供用户随时调用;还可以对各种信息(如语言、文字、图形、图像、音乐等)通过编码技术进行算术运算和逻辑运算,甚至进行推理和证明。
4.有自动控制能力
计算机内部操作是根据人们事先编好的程序自动控制进行的。
用户根据解题需要,事先设计好运行步骤与程序,计算机十分严格地按程序规定的步骤操作,整个过程不需人工干预。
发展历史
(1)大型主机阶段
,20世纪40-50年代,是第一代电子管计算机。
经历了电子管数字计算机、晶体管数字计算机、集成电路数字计算机和大规模集成电路数字计算机的发展历程,计算机技术逐渐走向成熟。
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(2)小型计算机阶段
,20世纪60-70年代,是对大型主机进行的第一次“缩小化”,可以满足中小企业事业单位的信息处理要求,成本较低,价格可被接受;
(3)微型计算机阶段
,20世纪70-80年代,是对大型主机进行的第二次“缩小化”,1976年美国苹果公司成立,1977年就推出了AppleII计算机,大获成功。
1981年IBM推出IBM-PC,此后它经历了若干代的演进,占领了个人计算机市场,使得个人计算机得到了很大的普及;
(4)客户机/服务器
,即C/S阶段。
随着1964年IBM与美国航空公司建立了第一个全球联机订票系统,把美国当时2000多个订票的终端用电话线连接在了一起,标志着计算机进入了客户机/服务器阶段,这种模式至今仍在大量使用。
在客户机/服务器网络中,服务器是网络的核心,而客户机是网络的基础,客户机依靠服务器获得所需要的网络资源,而服务器为客户机提供网络必须的资源。
C/S结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力,很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器,大大减轻了服务器的压力;
(5)Internet阶段
,也称互联网、因特网、网际网阶段。
互联网即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。
互联网始于1969年,是在ARPA(美国国防部研究计划署)制定的协定下将美国西南部的大学(UCLA(加利福尼亚大学洛杉矶分校)、StanfordResearchInstitute(史坦福大学研究学院)、UCSB(加利福尼亚大学)和UniversityofUtah(犹他州大学))的四台主要的计算机连接起来。
此后经历了文本到图片,到现在语音、视频等阶段,宽带越来越快,功能越来越强。
互联网的特征是:
全球性、海量性、匿名性、交互性、成长性、扁平性、即时性、多媒体性、成瘾性、喧哗性。
互联网的意义不应低估。
它是人类迈向地球村坚实的一步;
(6)云计算时代
,从2008年起,云计算(CloudComputing)概念逐渐流行起来,它正在成为一个通俗和大众化(Popular)的词语。
云计算被视为“革命性的计算模型”,因为它使得超级计算能力通过互联网自由流通成为了可能。
企业与个人用户无需再投入昂贵的硬件购置成本,只需要通过互联网来购买租赁计算力,用户只用为自己需要的功能付钱,同时消除传统软件在硬件,软件,专业技能方面的花费。
云计算让用户脱离技术与部署上的复杂性而获得应用。
云计算囊括了开发、架构、负载平衡和商业模式等,是软件业的未来模式。
它基于Web的服务,也是以互联网为中心。
分类
超级计算机
超级计算机(supercomputers)通常是指由数百数千甚至更多的处理器(机)组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。
超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。
超级计算机拥有最强的并行计算能力,主要用于科学计算。
在气象、军事、能源、航天、探矿等领域承担大规模、高速度的计算任务。
在结构上,虽然超级计算机和服务器都可能是多处理器系统,二者并无实质区别,但是现代超级计算机较多采用集群系统,更注重浮点运算的性能,可看着是一种专注于科学计算的高性能服务器,而且价格非常昂贵。
网络计算机
(1)服务器(Server)
专指某些高性能计算机,能通过网络,对外提供服务。
相对于普通电脑来说,稳定性、安全性、性能等方面都要求更高,因此在CPU、芯片组、内存、磁盘系统、网络等硬件和普通电脑有所不同。
服务器是网络的节点,存储、处理网络上80%的数据、信息,在网络中起到举足轻重的作用。
它们是为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机,其高性能主要表现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。
服务器的构成与普通电脑类似,也有处理器、硬盘、内存、系统总线等,但因为它是针对具体的网络应用特别制定的,因而服务器与微机在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面存在差异很大。
服务器主要有网络服务器(DNS、DHCP)、打印服务器、终端服务器、磁盘服务器、邮件服务器、文件服务器等。
(2)工作站(Workstation)
是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础,主要面向专业应用领域,具备强大的数据运算与图形、图像处理能力,为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。
它属于一种高档的电脑,一般拥有较大屏幕显示器和大容量的内存和硬盘,也拥有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能以及联网功能。
无盘工作站是指无软盘、无硬盘、无光驱连入局域网的计算机。
在网络系统中,把工作站端使用的操作系统和应用软件被全部放在服务器上,系统管理员只要完成服务器上的管理和维护,软件的升级和安装也只需要配置一次后,则整个网络中的所有计算机就都可以使用新软件。
所以无盘工作站具有节省费用、系统的安全性高、易管理性和易维护性等优点,这对网络管理员来说具有很大的吸引力。
无盘工作站的工作原理是由网卡的启动芯片(BootROM)以不同的形式向服务器发出启动请求号,服务器收到后,根据不同的机制,向工作站发送启动数据,工作站下载完启动数据后,系统控制权由BootROM转到内存中的某些特定区域,并引导操作系统。
根据不同的启动机制,目前比较常用无盘工作站可分为RPL和PXE。
RPL为RemoteInitialProgramLoad的缩写,此技术常用于Windows95中。
PXE是RPL的升级品,它是PrebootExecutionEnvironment的缩写。
两者不同之处在于RPL是静态路由,而PXE是动态路由,其通信协议采用TCP/IP,实现了与Internet连接高效而可靠,它常用于Windows98、WindowsNT、Windows2000、WindowsXP中。
(3)集线器
集线器(HUB)是一种共享介质的网络设备,它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网,HUB本身不能识别目的地址。
集线器上的所有端口争用一个共享信道的带宽,因此随着网络节点数量的增加,数据传输量的增大,每节点的可用带宽将随之减少。
另外,集线器采用广播的形式传输数据,即向所有端口传送数据。
如当同一局域网内的A主
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