系统性学习计算机（一）

（1）什么是计算机？

计算机（computer）俗称电脑，是一种能够接收和存储信息，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，并且把处理结果输出到高度自动化的电子设备。计算机由硬件设备及软件系统组成。没有安装任何软件的计算机称为裸机。

（2）计算机是什么时候诞生的？

1、世界上第一台计算机ENIAC，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。

（3）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：
1、第一代计算机（从ENIAC问世～20世纪50年代初期），电子管时代，用光屏管或汞延时电路作存储器，输入输出采用穿孔纸带或卡片。软件处于初始阶段，没有系统软件，语言只有机器语言或汇编语言。应用以科学计算为主。
2、第二代计算机（20世纪50年代中期～20世纪60年代中期），晶体管时代，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。
3、第三代计算机（20世纪60年代中期～20世纪70年代初期），中小规模集成电路时代，主存储器开始采用半导体存储器，外存储器有磁盘和磁带，有了操作系统和标准化的程序设计语言和人机会话式的Basic语言。不仅应用于科学计算，还应用于企业管理、自动控制、辅助设计和辅助制造等领域。
4、第四代计算机（20世纪70年代中期至今），大规模超大规模集成电路时代，计算机的应用涉及各个领域如办公自动化、数据库管理、图像识别、语言识别、专家系统，并且进入了家庭。

（4）计算机分类
计算机可按用途、规模或处理对象等多方面进行划分。
1、按用途划分
（1）通用机：适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。
（2）专用机：用于解决某个特定方面的问题，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。
2、按规模划分
（1）巨型计算机：应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次，研制巨型机是衡量一个国家经济实力和科学水平的重要标志。
（2）大/中型计算机：具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用。
（3）小型计算机：规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。小型机在用作巨型计算机系统的辅助机方面也起了重要作用。
（4）微型计算机：中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理。
（5）工作站：以个人计算环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机，工作站不单纯是进行数值计算和数据处理的工具，而且是支持人工智能作业的作业机，通过网络连接包含工作站在内的各种计算机可以互相进行信息的传送，资源、信息的共享，负载的分配。
（6）服务器：在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服务器、计算服务器和通信服务器等。
3、按处理对象划分
（1）数字计算机：计算机处理时输入和输出的数值都是数字量。
（2）模拟计算机：处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。
（3）数字模拟混合计算机：输入输出既可是数字也可是模拟数据。

（5） 计算机的特点
计算机是一种高度自动化的信息处理设备。主要特点有处理速度快、计算精度高、记忆能力强、可靠的逻辑判断能力、可靠性高，通用性强,自动控制能力。
1、处理速度快：计算机的运算速度用MIPS（每秒钟执行多少百万条指令）来衡量。
2、计算精度高：数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数决定。
3、记忆能力强：存储器能存储大量的数据和计算机的程序。
4、可靠的逻辑判断能力：具有可靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点，是计算机能实现信息处理自动化的重要原因。
5、可靠性高，通用性强。

（6）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算速度。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。能常以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，单位来纳秒（ns,1ns=10-9s）。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。
其他指标：机器的兼容性（包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容）、系统的可靠性（平均无故障工作时间MTBF）、系统的可维护性（平均修复时间MTTR）、机器允许配置的外部设备的最大数目、计算机系统的汉字处理能力、数据库管理系统及网络功能等。性能/价格比是一项综合性评价计算机性能的指标。
（7）计算机的应用领域
计算机的，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。
1、科学计算：指计算机应用于完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。一般要求计算机速度快、精度高，存储容量相对大。科学计算是计算机最早的应用方面。
2、信息处理：信息处理主要是指非数值形式的数据处理，包括对数据资料的收集、存储、加工、分类、排序、检索和发布等一系列工作。信息处理包括办公自动化（OA）、企业管理、情报检索、报刊编排处理等。特点是要处理的原始数据量大，而算术运算较简单，有大量的逻辑运算与判断，结果要求以表格或文件形式存储、输出。要求计算机的存储容量大，速度则不怎么要求。信息处理目前应用最广，占所有应用的80％左右。
3、过程控制：把计算机用于科学技术、军事领域、工业、农业等各个领域的过程控制。且计算机控制系统中，需有专门的数字-模拟转换设备和模拟-数字转换设备（称为D/A转换和A/D转换）。由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。
4、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。
5、多媒体技术：把数字、文字、声音、图像和动画等多种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理（包括对这些媒体的录入、压缩和解压缩、存储、显示和传输等）的技术。目前多媒体计算机技术的应用领域正在不断拓宽，除了知识学习、电子图书、商业及家庭应用外，在远程医疗、视频会议中都得到了极大的推广。
6.、计算机通信：是计算机技术与通信技术结合的产物，计算机网络技术的发展将处在不同地域的计算机用通讯线路连接起来，配以相应的软件，达到资源共享的目的。
7、人工智能：研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。人工智能学科包括：知识工程、机器学习、模式识别、自然语言处理、智能机器人和神经计算等多方面的研究。

（8）网络计算机

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，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。

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（Boot ROM）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Boot ROM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Remote Initial Program Load 的缩写，此技术常用于Windows95 中。PXE 是RPL 的升级品，它是Preboot Execution Environment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、windows nt、windows2000、windows xp 、windows 7、Windows8、Windows10中 。

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 主机给B 主机传输数据时，数据包在以HUB 为架构的网络上是以广播方式传输的，对网络上所有节点同时发送同一信息，然后再由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。其实接收数据的一般来说只有一个终端节点，而现在对所有节点都发送，在这种方式下，很容易造成网络堵塞，而且绝大部分数据流量是无效的，这样就造成整个网络数据传输效率相当低。另一方面由于所发送的数据包每个节点都能侦听到，容易给网络带来一些不安全隐患。

交换机

交换机(Switch)是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它是集线器的升级换代产品，外观上与集线器非常相似，其作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区别：集线器采用的是共享带宽的工作方式，而交换机采用的是独享带宽方式。即交换机上的所有端口均有独享的信道带宽，以保证每个端口上数据的快速有效传输，交换机为用户提供的是独占的、点对点的连接，数据包只被发送到目的端口，而不会向所有端口发送，其它节点很难侦听到所发送的信息，这样在机器很多或数据量很大时，不容易造成网络堵塞，也确保了数据传输安全，同时大大的提高了传输效率，两者的差别就比较明显了。

路由器

路由器(Router)是一种负责寻径的网络设备，它在互联网络中从多条路径中寻找通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信。路由器用于连接多个逻辑上分开的网络，为用户提供最佳的通信路径，路由器利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径，路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径。路由器是产生于交换机之后，就像交换机产生于集线器之后，所以路由器与交换机也有一定联系，并不是完全独立的两种设备。路由器主要克服了交换机不能向路由转发数据包的不足。交换机、路由器是一台特殊的网络计算机，它的硬件基础CPU、存储器和接口，软件基础是网络互联操作系统IOS。

交换机、路由器和PC机一样，有中央处理单元CPU，而且不同的交换机、路由器，其CPU一般也不相同，CPU是交换机、路由器的处理中心。内存是交换机、路由器存储信息和数据的地方，CISCO交换机、路由器有以下几种内存组件：

ROM（Read Only Memory）存储交换机、路由器加电自检（POST：Power-On Self-Test）、启动程序（Bootstrap Program）和部分或全部的IOS。交换机、路由器中的ROM是可擦写的，所以IOS是可以升级的。

RAM（Random Access Memory）与PC机上的随机存储器相似，提供临时信息的存储，同时保存着当前的路由表和配置信息。

NVRAM(Nonvolatile Random Access Memory)存储交换机、路由器的启动配置文件。NVRAM是可擦写的，可将交换机、路由器的配置信息拷贝到NVRAM中。FLASH闪存，是可擦写的，也可编程，用于存储CISCO IOS的其它版本，用于对交换机、路由器的IOS进行升级。

接口用作将交换机、路由器连接到网络，可以分为局域网接口和广域网接口两种。由于交换机、路由器型号的不同，接口数目和类型也不尽一样。常见的接口主要有以下几种：

高速同步串口，可连接DDN，帧中继（Frame Relay），X.25，PSTN（模拟电话线路）。

同步/异步串口，可用软件将端口设置为同步工作方式。

AUI端口，即粗缆口。一般需要外接转换器（AUI-RJ45），连接10/100Base-T以太网络。

ISDN端口，可以连接ISDN网络(2B+D)，可作为局域网接入Internet 之用。

AUX端口，该端口为异步端口，主要用于远程配置，也可用于拔号备份，可与MODEM连接。支持硬件流控制（Hardware Flow Control）。

Console端口，该端口为异步端口，主要连接终端或运行终端仿真程序的计算机，在本地配置交换机、路由器。不支持硬件流控制。

（9）计算机硬件组成

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。 手提电脑中还自带锂电池，便于在无交流电的情况下，为手提电脑提供有效电源。

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。

CPU:

CPU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，处理器与主板的接口有很多种，常见的有LGA1150、LGA1151，LGA775等。

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、DDR II、DDR III、DDR IV四大类，每一类别又有频率的差异，一般来说频率越高数据读写速度越快，容量一般为1-64GB。

硬盘：

硬盘属于外部存储器，机械硬盘由金属磁片制成，而磁片有记忆功能，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、2.5、1.8、1.0英寸等，接口有IDE、SATA、SCSI、­­­­­­­­­­­­­­­­PCIE等，SATA最普遍。y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。固态硬盘用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成。固态硬盘在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致但是固态硬盘比机械硬盘速度更快。

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。

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。

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，它是用来建立局域网并连接到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。

调制解调器

英文名为“Modem”，俗称“猫”，即调制解调器。是拨号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。

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。

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×。

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、HDMI三类。

键盘

键盘是主要的人工学输入设备通常为104或105键，用于把文字、数字等输到电脑上，以及电脑操控,一般分为机械键盘和薄膜键盘两种。

鼠标

当人们移动鼠标时，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）。

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。

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。

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。

USB接口

USB ,英文Universal Serial BUS通用串行总线的缩写，而其中文简称为“通串线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。现已有数代USB接口问世，常见的有USB2.0、USB1.0、USB3.0等。