信息技術基礎 課件 第1章計算機系統(tǒng)基礎

《信息技術基礎》第1章計算機系統(tǒng)基礎目

錄了解計算機01040203Windows10操作系統(tǒng)基礎計算機系統(tǒng)組成計算機的信息表示1.1了解計算機01計算機發(fā)展到今天，和我們的生活已經密不可分。網上沖浪，網絡購物，銀行轉賬，即時通訊等都必須借助計算機來實現。如今，我們的生活如果沒有了計算機，將會失去很多便利。計算機從誕生之初到現在，已經有了七十多年的發(fā)展歷史，發(fā)展速度極其迅猛，這里簡要回顧一下計算機的發(fā)展歷程。大數據技術，就是從海量的各種類型的數據中快速獲得有價值信息的技術。1.1了解計算機1.第一代計算機電子管計算機(1946-1958年)世界上第一臺電子計算機“ENIAC”于1946年2月14日在美國賓夕法尼亞大學誕生，是美國人莫克利（John

W.Mauchly）和艾克特（J.Presper

Eckert）發(fā)明的，“ENIAC”由大量的電子管組成，主要用于科學計算1.1.1計算機的發(fā)展第二代計算機晶體管計算機(1959-1964年)第二代計算機采用的主要元件是晶體管，稱為晶體管計算機，如圖所示。此時，計算機軟件有了較大發(fā)展，程序語言也出現了Fortran、Cobol等計算機高級語言，采用了監(jiān)控程序，這是操作系統(tǒng)的雛形。1.1.1計算機的發(fā)展第三代計算機中小規(guī)模集成電路計算機(1965-1970年)最初的集成電路可在幾平方毫米的單晶硅片上集成十幾個到上百個電子元件。此時，計算機開始采用中小規(guī)模的集成電路元件，這一代比上一代體積更小、耗電更少、功能更強、壽命更長，應用領域擴大、性能比上一代有很大提高。1.1.1計算機的發(fā)展第四代計算機大規(guī)模集成電路計算機(1971年至今)這個時期的計算機的體積、重量、功耗進一步減少，運算速度、存儲容量、可靠性都有很大提高。1.1.1計算機的發(fā)展各種類型的計算機雖然在處理對象、規(guī)模、性能和用途等方面有所不同，但它們都具備以下幾個主要特點：（1）高速、精確的運算能力目前世界上已知運算速度最快的超級計算機是美國橡樹嶺國家實驗室開發(fā)的超級計算機“前沿”，運算峰值速度超過每秒100億億次，這也是國際上公告的首臺每秒能執(zhí)行百億億次浮點運算的超級計算機（E級超算）。超級計算機具有極強的處理能力，特別是能在地質、能源、氣象、航空航天以及各種大型工程等領域中發(fā)揮重要作用。（2）邏輯處理能力計算機能夠進行邏輯處理，也就是說它能夠“思考”和“判斷”，這是計算機科學一直為之努力實現的“智能化”研究方向。雖然它現在的“思考”和“判斷”還局限在某一方面，尚不具備人類復雜的思考能力，但是在某些專業(yè)領域例如信息查詢等方面，它已經能夠根據要求進行迅速地匹配和檢索，其速度是人類無法企及的。計算機的特點1.1.2計算機的特點、分類與應用（3）強大的存儲能力計算機能存儲大量的文字、圖像、聲音、視頻等各種信息，“記憶力”大得驚人。它可以輕易地“記住”一個大型圖書館的所有資料。計算機強大的存儲能力不僅體現在容量驚人，還在保存時間上非常持久，對于需要長期保存的數據或資料，無論是文字、圖像、聲音、視頻或其他形式，計算機均能圓滿地完成任務。（4）自動控制能力高度自動化是計算機與其他計算工具的本質區(qū)別。計算機可以將預先編程好的一組指令（程序）先“記”下來，然后自動地逐條取出指令并執(zhí)行，其工作過程完全自動化，不需要人工干預，而且可以反復運行，適用于很多不適宜人工操作的工作場景，如大型配電站、核電站等。（5）網絡和通信能力計算機技術和網絡技術發(fā)展到今天，已能形成了國際互聯(lián)網（Internet），連接了全世界150多個國家和地區(qū)的數億臺各式計算機。連接到互聯(lián)網的所有計算機用戶均可進行網上沖浪、共享資料、交互信息等。網絡互聯(lián)改變了人類傳統(tǒng)的交流方式和信息獲取的途徑，讓全世界變成了一個地球村，大大提高了活動效率，對人類的發(fā)展具有重要意義。計算機的特點1.1.2計算機的特點、分類與應用計算機的分類1.1.2計算機的特點、分類與應用在數字電子計算機中，按應用范圍將其劃分為通用計算機和專用計算機。專用計算機是為了解決一個或一類特定問題而設計的計算機。它的硬件和軟件的配置依據解決特定問題的需要而專門設計，并不求全。專用計算機功能單一，配置有解決特定問題的固定程序，運行高效，穩(wěn)定可靠。而通用計算機具有功能多、配置全、用途廣、通用性強等特點，我們通常所說的計算機指的是通用計算機。在通用計算機中，人們又按照計算機的運算速度、字長、存儲容量、軟件配置等多方面的綜合性能指標將其分為巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站和嵌入式計算機等。計算機的分類1.1.2計算機的特點、分類與應用在數字電子計算機中，按應用范圍將其劃分為通用計算機和專用計算機。專用計算機是為了解決一個或一類特定問題而設計的計算機。它的硬件和軟件的配置依據解決特定問題的需要而專門設計，并不求全。專用計算機功能單一，配置有解決特定問題的固定程序，運行高效，穩(wěn)定可靠。而通用計算機具有功能多、配置全、用途廣、通用性強等特點，我們通常所說的計算機指的是通用計算機。在通用計算機中，人們又按照計算機的運算速度、字長、存儲容量、軟件配置等多方面的綜合性能指標將其分為巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站和嵌入式計算機等。計算機的應用1.1.2計算機的特點、分類與應用（1）科學計算科學計算主要是使用計算機進行數學方法的實現和應用。今天的計算機計算能力十分強大，計算機的廣泛使用推進了許多科學研究的進展，如2002年完成的著名的人類基因序列分析等。現在，科研工作者使用計算機測算人造衛(wèi)星的軌道、進行氣象預報等，如中國國家氣象局使用計算機快速、及時地對氣象衛(wèi)星云圖數據進行分析處理，完成天氣預測報告。這些工作成果如果脫離了計算機的輔助，是根本不可能實現的。（2）數據處理數據處理的另一種說法是“信息處理”。隨著計算機科學技術的發(fā)展，計算機的“數據”不再是“數”那么簡單，而是出現了更多其他的數據形式，如文字、圖像、聲音、視頻等。數據處理就是對這些數據進行輸入、分類、加工、存儲、合并、整理以及查詢、統(tǒng)計、生成報表等。數據處理是目前計算機應用最多的一個領域，伴隨而生就是數據庫技術。數據庫技術在數據管理、決策支持等方面均有著至關重要的作用，它能夠有效地提高決策者的管理水平，幫助進行科學決策。（3）實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)是指能夠及時收集、檢測數據，進行快速處理并自動控制被處理對象進行實時操作的計算機系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的核心是計算機能夠控制整個處理過程，包含數據的輸入和輸出?，F代工業(yè)生產的過程控制基本上都以計算機控制為主，傳統(tǒng)的過程控制方法如比例控制、微分控制、積分控制等現在都可以通過計算機來實現。計算機實時控制不但意味著控制手段的改變，更重要的是大大提高了適應性，它可以通過參數設定、改變流程來實現不同的過程控制，有助于提高生產質量和生產效率。（4）計算機輔助計算機輔助是計算機應用的一個非常廣泛的領域，幾乎所有過去由人工進行的設計流程如今都可以讓計算機輔助完成部分甚至全部工作。計算機輔助技術是以計算機為工具，輔助人在特定應用領域內完成任務的理論、方法和技術，主要包括計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，CAD）、計算機輔助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）、計算機輔助教學（ComputerAidedInstruction，CAI）、計算機輔助測試（ComputerAidedTesting，CAT）等。計算機的應用1.1.2計算機的特點、分類與應用（5）網絡和通信因特網按照地理范圍分類可分為局域網、城域網、廣域網，它們彼此互聯(lián)，構成了全球范圍內巨大的計算機網絡系統(tǒng)，網絡可以實現網上沖浪、共享資料、交互信息等。計算機網絡發(fā)展到今天，所涉及的技術種類繁多。而計算機通信如今幾乎是現代通信的代名詞，如移動通信就是一種基于計算機技術的通信方式。（6）人工智能人工智能（ArtificialIntelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。（7）數字娛樂數字娛樂是指以動漫、卡通、網絡游戲等基于數字技術的娛樂產品。隨著計算機技術和互聯(lián)網產業(yè)的蓬勃發(fā)展，數字娛樂開始出現在每個人的身邊。數字娛樂涉及移動內容、互聯(lián)網、游戲、動畫、影音、數字出版和數字化教育培訓等多個領域，數字娛樂產業(yè)以強力的發(fā)展支持了新經濟，在新興的文化產業(yè)價值鏈中，數字娛樂產業(yè)是創(chuàng)造性最強、對高科技的依存度最高、對日常生活滲透最直接、對相關產業(yè)帶動最廣、增長最快、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮牟糠帧＃?）嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成．是能夠獨立進行運作的器件。其軟件內容只包括軟件運行環(huán)境及其操作系統(tǒng)。硬件內容包括信號處理器、存儲器、通信模塊等在內的多方面的內容。相比于一般的計算機處理系統(tǒng)而言，嵌入式系統(tǒng)存在較大的差異性，它不能實現大容量的存儲功能，因為沒有與之相匹配的大容量介質，大部分采用的存儲介質有E-PROM、EEPROM等，軟件部分以API編程接口作為開發(fā)平臺的核心。計算機的發(fā)展趨勢巨型化微型化網絡化01020304智能化計算機的發(fā)展趨勢1.1.3計算機的發(fā)展趨勢計算機未來的發(fā)展趨勢主要有巨型化、微型化、網絡化、智能化等四個方面。1.巨型化指計算機具有極高的運算速度、大容量的存儲空間以及更加強大和完善的功能，主要用于航空航天、軍事、氣象、人工智能、生物工程等學科領域。2.微型化是大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路發(fā)展的必然。從第—塊微處理器芯片問世以來，計算機產業(yè)的發(fā)展速度與日俱增。計算機芯片的集成度每18個月翻一番，而價格則減一半，這就是信息技術發(fā)展中功能與價格比的摩爾定律。隨著計算機芯片的集成度越來越高，其所能夠完成的功能也越來越強。因此，計算機微型化的進程和普及率將會越來越快。3.網絡化是計算機技術和通信技術緊密結合的產物。尤其自20世紀90年代以來，隨著因特網的飛速發(fā)展，計算機網絡已廣泛應用于政府、學校、企業(yè)、科研、家庭等領域，越來越多的人接觸并了解到計算機網絡的概念。計算機網絡將不同地理位置上具有獨立功能的不同計算機通過通信設備和傳輸介質互連起來，在通信軟件的支持下，實現網絡中的計算機之間共享資源、交換信息、協(xié)同工作。計算機網絡的發(fā)展水平已成為衡量國家現代化程度的重要指標，在社會經濟發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。4.智能化讓計算機能夠模擬人類的智力活動，如學習、感知、理解、判斷、推理等能力。具備理解自然語言、聲音、文字和圖像的能力，具有說話的能力，使人機能夠用自然語言直接對話。它可以利用已有的和不斷學習到的知識，進行思維、聯(lián)想、推理，并得出結論，能解決復雜問題，具有匯集記憶、檢索有關知識的能力。計算機硬件系統(tǒng)1.2.1計算機硬件系統(tǒng)所謂計算機硬件，是指組成計算機的各種物理設備，也就是看得見、摸得著的實際物理設備，包括計算機的主機和外部設備。自第一臺計算機ENIAC發(fā)明以來，計算機系統(tǒng)的技術已經得到了很大的發(fā)展，但計算機硬件系統(tǒng)的基本結構沒有發(fā)生變化，仍然屬于馮·諾依曼體系計算機，由運算器，控制器，存儲器，輸入設備和輸出設備5部分組成。這五大部分相互配合，協(xié)同工作。其簡單工作原理為，首先由輸入設備接受外界信息（程序和數據），控制器發(fā)出指令將數據送入（內）存儲器，然后向存儲器發(fā)出取指令命令。在取指令命令下，程序指令逐條送入控制器?？刂破鲗χ噶钸M行譯碼，并根據指令的操作要求，向存儲器和運算器發(fā)出存數、取數和運算命令，經過運算器計算并把計算結果存在存儲器內。最后在控制器發(fā)出的取數和輸出命令的作用下，通過輸出設備輸出計算結果。1.2.2計算機軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件支撐軟件應用軟件01020304分布式軟件系統(tǒng)1.3計算機的信息表示1.3.1常用數制十進制二進制十六進制010203字符編碼1.什么是編碼編碼是信息從一種形式轉換為另一種形式的過程規(guī)范，簡單來講就是語言的翻譯標準和依據。字符編碼2.常用編碼（1）ASCIIASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標準代碼）是基于拉丁字母的一套計算機編碼系統(tǒng)。它主要用于顯示現代英語，而其擴展版本EASCII則可以部分支持其他西歐語言，并等同于國際標準ISO/IEC646。ASCII編碼由1個字節(jié)即8bit來標識字符編碼表映射關系，如果按字節(jié)來算最多支持256個字符映射，但是由于最高位始終為0，因此支持的字符實際上變少了。字符編碼2.常用編碼（2）Unicode當人們發(fā)現ASCII編碼明顯不夠用后，美國國家標準學會又出臺了幾套ISO的編碼規(guī)范來兼容其他中歐等國家的語言，但是兼容性還是有不少問題。最終美國加州的Unicode組織發(fā)明了Unicode編碼（萬國碼、單一碼），最早Unicode也是通過最高16位2字節(jié)來進行映射，經過幾番修改后，Unicode最終可以以最長32位4字節(jié)的空間來映射最多231個字符。Unicode固然統(tǒng)一了編碼方式，但是它的效率不高，比如UCS-4規(guī)定用4個字節(jié)存儲一個字符，那么每個英文字母前都必然有三個字節(jié)是0，這對存儲和傳輸來說都很浪費資源。字符編碼2.常用編碼（3）UTF-8（8位元，UniversalCharacterSet/UnicodeTransformationFormat）是針對Unicode的一種可變長度字符編碼。它可以用來表示Unicode標準中的任何字符，而且其編碼中的第一個字節(jié)仍與ASCII相容，使得原來處理ASCII字符的軟件無須或只進行少部分修改后，便可繼續(xù)使用。因此，它逐漸成為電子郵件、網頁及其他存儲或傳送文字的應用中，優(yōu)先采用的編碼。字符編碼2.常用編碼1.3.4漢字編碼1.GB23121974年8月，中國開始了748工程，其中包括了用計算機來處理中文漢字，并展開了相關各項研究工作，直到1980年公布了GB2312-80漢字編碼的國家標準。GB2312標準共收錄6763個漢字，其中一級漢字3755個，二級漢字3008個；同時收錄了包括拉丁字母、希臘字母、日文、平假名及片假名字母、俄語在內的682個字符。看上去GB2312已經考慮的很全面了，一個GB2312漢字占2個字節(jié)，但是6763個漢字對于計算機來說仍然是不夠用的。2.GBK由于GB2312的局限性，GBK在保證不和GB2312、ASCII沖突(即兼容GB2312和ASCII)的前提下應運而生了，GBK在沿用了GB2312每個漢字占2個字節(jié)的方式下，又增加了許多漢字，使可編碼漢字達到了20902個，另外含有984個漢語標點符號、部首等。值得注意的是，這20902個漢字中還包含了繁體字。字符編碼3.GB18030GB18030全稱《信息技術中文編碼字符集》，共收錄七萬多個漢字和字符，它在GBK的基礎上增加了中日韓語中的漢字和少數民族的文字及字符，完全兼容GB2312，基本兼容GBK。GB18030發(fā)布過兩個版本，第一版于2000年發(fā)布，稱為GB18030-2000，第二版于2005年發(fā)布，稱為GB18030-2005。與GBK不同的是，GB18030是變長多字節(jié)字符集，每個字或字符可以由一個、兩個或四個字節(jié)組成，所以它的編碼空間是很大的，最多可以容納161萬個字符。GB18030在其標準中以碼表形式定義了除去代理對外的全部Unicode碼位的定義，因此算得上是一種Unicode的變換格式（UTF）。由于GB18030基本上是繞開已分配的碼點去指定需要對應的Unicode，其變換和UTF-8相比要復雜得多。在日常實現上，常常會直接使用一個偏移量表。1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎微軟于2014年10月1日啟動了window10預覽版測試計劃，通過全球幾百萬會員的測試和反饋來改進Windows的界面和功能，并于2015年7月29日發(fā)布了Windows10的第一個正式版10240，2015年11月推送了更加穩(wěn)定的TH21511版本，面向符合要求的Windows7和Windows8.1用戶在一年內免費升級。1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎Windows10的啟動和關閉（1）啟動。對一臺成功安裝了Windows10操作系統(tǒng)的計算機加電，即可自動啟動Windows10操作系統(tǒng)并進入Windows10操作系統(tǒng)界面，如圖所示。整個屏幕畫面稱為“桌面”。桌面上的每一個圖標通常表示一個應用程序或一個文件夾。雙擊圖標，就可以運行相應的應用程序或打開相應的文件夾。Windows10的桌面由桌面背景、桌面圖標、“開始”按鈕和屏幕最下面的任務欄等組成，桌面就是工作區(qū)。在計算機上做的每一件事情都顯示在被稱為“窗口”的框架中。1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎Windows10的啟動和關閉（2）關閉。關閉Windows10相當于關閉計算機。單擊桌面左下角的“開始”按鈕，在彈出的“開始”菜單中單擊“關機”按鈕，計算機就會先關閉所有打開的應用程序，再關閉Windows10，最后關閉計算機。如圖所示。1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎鼠標操作一般情況下，對Windows10的操作既可以使用鼠標，也可以使用鍵盤，但有些操作只能使用鼠標。由于鼠標一般為雙按鈕加滾輪款式，因此在必要時還會經常輔以鍵盤操作。與鼠標操作相關的術語描述如圖所示。1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎圖標和窗口操作（1）圖標操作。將鼠標指針指向一個位于桌面上的圖標，如圖所示。單擊該圖標即選定該圖標；雙擊該圖標則可啟動并執(zhí)行該圖標所代表的應用程序或打開一個文件夾窗口；右擊該圖標則會彈出快捷菜單，移動鼠標指針至菜單中的某個選項并單擊，則可對該圖標本身進行相應的操作?？偨Y如下：單擊選中，雙擊運行或打開，右擊彈出快捷菜單。1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎（2）任務欄與駐留任務指示器的使用。由用戶啟動并執(zhí)行的應用程序的名稱及其所操作的文件名稱，以按鈕的形式出現在任務欄內。此時稱這個正在執(zhí)行的應用程序為一個“任務”。若任務按鈕呈凹陷形狀，則表示相應的應用程序處在前臺；若任務按鈕呈隆起形狀，則表示相應的應用程序處在后臺。駐留任務指示器是以小圖標的形式顯示在任務欄的右側，表示在操作系統(tǒng)啟動時連帶啟動的各種常駐后臺的應用程序任務。當鼠標指針指向駐留任務指示器的某個圖標時，會在鼠標指針的上方出現一個該圖標所對應的應用程序名稱的提示。如圖所示。

1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎3）窗口操作在Windows10操作系統(tǒng)內執(zhí)行的應用程序都具有類似的窗口結構。Windows10操作系統(tǒng)的窗口結構有3種類型：程序窗口、文件夾窗口和對話框窗口。文件夾窗口如圖所示。1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎菜單操作Windows10的菜單主要以快捷菜單和下拉菜單呈現。①快捷菜單?？旖莶藛瓮ǔ２浑`屬于某個具體的應用程序而獨立存在?？旖莶藛我话闶窃谝褑拥膽贸绦騼葐螕艋蛴覔裟硞€按鈕而彈出的。②下拉菜單。如果在一個功能按鈕的旁邊出現“∨”按鈕，則單擊該按鈕就會彈出下拉菜單，菜單中顯示該功能中所有可以實現的操作選項。如圖所示。

1.4Windows10操作系統(tǒng)基礎對話框操作由于對話框多用于執(zhí)行中的應用程序與用戶的交互，因而對話框的組成成分較多。以“頁面設置”對話框為例，說明對話框常用的組成成分。如圖所示。1.4Windows