计算机的发展、特点和应用

1.计算机的发展

1.1世界上第一台电子计算机于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生，名字为ENIAC，标志着计算机时代的到来。

1.2美籍匈牙利人冯· 诺依曼（被誉为“现代电子计算机之父”）型计算机——EDVAC（当时速度最快的计算机）

原理：

  1.2.1计算机内部所有的数据的存储和运算都是以二进制的形式进行的。

  1.2.2一台完整的计算机必须包含输入设备、运算器、控制器、存储器和输出设备。

  1.2.3程序和数据存放在存储器中，即存储程序的概念。计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。

1.3计算机发展的四个阶段

一般根据计算机所采用的物理器件，将计算机的发展分为4 个阶段

第一代（1946—1959）电子管，处理速度（每秒指令数）：几千条

第二代（1959—1964）晶体管，处理速度（每秒指令数）：几万至几十万条

第三代（1964—1972）中小规模集成电路，处理速度（每秒指令数）：几十万至几百万条

第四代（1972至今）大规模、超大规模集成电路，处理速度（每秒指令数）：上千万至万亿条

2．计算机的特点、用途

2.1计算机的特点

1）高速、精确的运算能力

2）准确的逻辑判断能力

3）强大的存储能力

4）自动功能

5）网络与通信功能

6）过程控制

7）计算机辅助：

  计算机辅助设计——CAD(助记：D=design)

  计算机辅助制造——CAM(助记：M=manufacture)

  计算机辅助教育——CAI(助记：I=instruction)

  计算机辅助技术——CAT(助记：T=technology)

  计算机仿真模拟——Computer Simulation

计算机网络功能的重要意义是：改变了人类交流的方式和信息获取的途径．

2.2计算机的应用

1）人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，AI），是用计算机模拟人类的某些智力活动。

2）多媒体应用

多媒体是包括文本（Text）、图形（Graphics ）、图像（Image ）、音频（Audio）、视频（Video ）、动画( Animation ）等多种信息类型的综合。多媒体技术是指人和计算机交互地进行上述多种媒介信息的捕捉、传输、转换、编辑、存储、管理，并由计算机综合处理为表格、文字、图形、动画、音频、视频等视听信息有机结合的表现形式。

3）嵌人式系统

有许多特殊的计算机用于不同的设备中，包括大量的消费电子产品和工业制造系统，都是把处理器芯片嵌人其中，完成特定的处理任务。这些系统称为嵌人式系统。如数码相机、数码摄像机以及高档电动玩具等都使用了不同功能的处理器。

3.计算机的分类

3.1按计算机处理数据的类型可以分为：

模拟计算机：参与运算的数值由不间断的连续量表示，其运算过程是连续的。其计算精度较低，应用范围较窄，目前已很少生产。

数字计算机：参与运算的数值用离散的数字量表示，其运算过程按数字位进行计算。由于具有逻辑判断等功能，是以近似人类大脑的“思维”方式进行工作，所以又被称为“电脑”。

数字和模拟计算机

3.2按计算机的用途可以分为：

通用计算机：能解决多种类型的问题，通用性强，如PC

专用计算机：配备有解决特定问题的软件和硬件，能够高速、可靠地解决特定问题，如在导弹和火箭上使用的计算机大部分都是专用计算机。

3.3按计算机的性能、规模可以分为：

巨型机、大型通用机、微型计算机、工作站及服务器等。

4.未来计算机的发展趋势

4.1电子计算机的发展方向

从类型上看，电子计算机技术正在向巨型化（功能）、微型化（体型）、网络化（共享）和智能化（人脑）方向发展。

4.2未来新一代的计算机

一般来说，信息技术包含三个层次的内容：信息基础技术、信息系统技术和信息应用技术。

4.3现代信息技术的发展趋势

信息技术发展趋势可以概括为数字化、多媒体化、高速度、网络化、宽频带、智能化等。

5.电子商务

是一种崭新的商务手段，从根本上改变传统经济活动中的交易方式和流通方式。电子商务是现代信息技术和现代商业技术的结合体（信息+商业）。

按照参加主体将电子商务分为：

企业间的电子商务（B2B）,如阿里巴巴；

企业与消费者间的电子商务（B2C），如天猫、京东、当当；

消费者与消费者间的电子商务（C2C），如淘宝、微商；

非商务的电子商务（No-business EC）

企业内的电子商务（Intrabusiness EC）

信息的表示与存储

1.数据与信息

1.1数据：是对客观事物的符号表示。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。

1.2信息：

既是对客观事物变化和特征的反映，又是事物之间相互作用、相互联系的表征；

信息必须数字化编码，才能传送、存储和处理；

信息具有针对性和实效性。

1.3数据与信息的区别：

数据是信息的载体，无意义；

信息是数据处理之后产生的结果，有意义。

2.计算机中数据的单位

2.1位（bit）

位是度量数据的最小单位，在数字电路和计算机技术中采用二进制表示数据，代码只有0 和l ，采用多个数码（0和1的组合）来表示一个数，其中的每一个数码称为1 位（bit ）。

2.2字节(Byte)

一个字节由8位二进制数组成。

字节是信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位。

千字节 1 KB=1024B=2的10次方B

兆字节 1 MB =1024KB=2的20次方B

吉字节 1 GB =1024MB=2的30次方B

太字节 1 TB =1024 GB=2的40次方B

2.3字长

是指计算机一次能够并行处理的二进制数，也称为计算机的一个“字”。随着电子技术的发展，计算机的并行能力越来越强，计算机的字长通常是字节的整倍数，如8 位、16 位、32 位，发展到今天微型机的64 位，大型机已达128 位。

字长是计算机的一个重要指标，直接反映一台计算机的计算能力和精度。字长越长，计算机的数据处理速度越快，处理能力越强。

3.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。计算机中的数据都是用二进制编码表示的，用以表示字符的二进制编码称为字符编码。

3.1西文字符的编码

最常用的字符编码是 ASCII码 。ASCII 码有7 位码和8 位码两种版本。国际通用的是7 位ASCII码，用7 位二进制数表示一个字符的编码，共有2^7 =128 个不同的编码值，相应可以表示128 个不同字符的编码。计算机用一个字节（8个二进制位）存放一个7位ASCII码，最高位设为0。

ASCII码的排列，有大小之分：空格<数字<大写字母<小写字母

3.2汉字的编码

    3.2.1  国标码（GB2312 一1980）

含7445图形符号和两级常用汉字等。

一个国标码，用两个字节表示，每个字节的最高位为0。

一个7位ASCII码，用一个字节（8个二进制位）存放，最高位为0。

    3.2.2区位码

区位码是区号（行号）和位号（列号）构成，高两位是区号，低两位是位号。

行：阵中的每一行，用区号表示，区号范围1~94

位：阵中的每一列，用位号表示，位号范围1~94

区位码可以表示94*94=8836个汉字。

    3.2.3区位码转换成国标码

例：“中”的区位码（5448）转换为国标码

3.汉字的处理过程

内码=国标码+8080H

例：“中”的国标码（5650H）转换为汉字内码 5650H+8080H=D6D0H

计算机硬件系统

冯• ‘诺依曼模型决定了计算机由输人、存储、运算、控制和输出五个部分组成。

1.运算器

又称算术逻辑部件（ALU ），是计算机处理数据形成信息的加工厂，它的主要功能是对二进制数码进行算术运算（加、减、乘、除）或逻辑运算（与、或、非、异）。

性能指标：字长和运算速度。

字长：指计算机运算部件一次能同时处理的二进制位数。作为存储数据，字长越长，计算机的运算精度就越高；作为存储指令，字长越长，计算机的处理能力就越强。

运算速度：计算机每秒钟所能执行加法指令的数目，常用百万次/秒（MIPS）表示。

2.控制器

（ControlUnit , CU）是计算机的心脏，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作。基本功能是根据指令计数器中指定的地址从内存取出一条指令，对其操作码进行译码，再由操作控制部件有序地控制各部件完成操作码规定的功能。

2.1机器指令

通常由操作码和操作数两部分组成

1）操作码：指明指令所要完成操作的性质和功能。

2) 操作数：指明操作码执行时的操作对象，可以是源操作数和目的操作数（操作数的存储单元地址）。

2.2 指令的执行过程

2.3 CPU

控制器和运算器是计算机的核心部件，统称为中央处理器（CPU）

3.存储器

自动完成程序或数据的存取，是计算机系统中的记忆设备。存储器分为内存（又称主存）和外存（又称辅存）两大类。

层次结构

4.输入／输出设备

输人设备（Input devices , I  设备)：将信息输入计算机，键盘、鼠标、触摸屏、摄像头、扫描仪、光笔、手写输人板、游戏杆、语音输入装置等；

输出设备（Output devices，O设备）：将结果反馈给人，显示屏、打印机、绘图仪、影像输出、语音输出、磁记录设备等；

5.计算机结构

5.1 直接连接

最早的计算机基本上采用直接连接的方式，运算器、存储器、控制器和外部设备等组成部件之中的任意两个组成部件，相互之间基本上都有单独的连接线路。

5.2 总线结构

现代计算机普遍采用总线结构，所谓总线（Bus）就是系统部件之间传送信息的公共通道，各部件由总线连接并通过它传递数据和控制信号。总线一般又分为如下三部分：数据总线、地址总线、控制总线

计算机软件系统

计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

1.软件的概念

1.1 程序

程序是按照一定顺序执行的，能够完成某一任务的指令集合。

程序=算法（解决问题的方法）+数据结构（数据的组织形式）

1.2 程序设计语言

程序设计语言是软件的基础和组成。

高级程序的编译过程（将高级语言程序翻译成目标程序的软件）：

1.3 进程和线程

进程：是指进行中的程序，程序+执行=进程。

线程：是细化了的进程，是CPU调度和分配的基本单位。

2.软件系统及组成

计算机软件分为系统软件和应用软件两大类。

计算机软件分类

计算机病毒及其防治

计算机病毒是人为编写的一段程序代码或是指令集合，能够通过复制不断感染其他程序、文件等，实质上是一种特殊的计算机程序。主要通过移动存储介质（如U盘、移动硬盘）和计算机网络两大途径进行传播。

1.计算机病毒的特征和分类

1.1 概念：是指编制或者在计算机程序中插入破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。

1.2 计算机病毒的特征

计算机病毒一般具有寄生性（寄生在可执行程序中，享有该程序的一切权利）、破坏性、传染性（计算机病毒只有运行时，才具有传染性）、潜伏性和隐蔽性的特征。

1.3 计算机病毒的分类

按计算机病毒的感染方式，分为如下五类。

引导扇型病毒、文件型病毒、混合型病毒、宏病毒、网络病毒

1.4 计算机感染病毒的常见症状

1）磁盘文件数目无故增多；

2）系统的内存空间明显变小；

3）文件的日期/时间值被修改成新近的日期/时间；

4）感染病毒后的可执行文件的长度通常会明显增加；

5）正常情况下可以运行的程序却突然因内存不足而不能装入；

6）程序加载时间或程序执行时间比正常的明显变长；

7）计算机经常出现死机现象或不能正常启动。

2. 计算机病毒感染的预防和清除

1）计算机应定期安装系统补丁，安装有效的杀毒软件并根据实际需求进行安全设置。同时，定期升级杀毒软件并经常查毒、杀毒；

2）未经检测过是否感染病毒的文件、光盘及U盘等移动存储设备在使用前应首先用杀毒软件查毒后使用；

3）尽量使用具有查毒功能的电子邮箱，尽量不要打开陌生的可疑邮件；

4）浏览网页、下载文件时要选择正规的网站；

5）关注流行病毒的感染途径、发作形式及防范方法，做到预先防范，感染后及时查毒，避免遭受重大损失；

6）有效管理系统内建的Administrator账户、Guest账户以及用户创建的账户，包括密码管理、权限管理等；

7）禁用远程功能，关闭不需要的服务；

8）修改IE浏览器中与安全相关的设置。

1.7  Internet基础及应用

Internet 基础及应用

1.计算机网络与数据通信

计算机网络:以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合，即分布在不同地理位置上的具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路互相连接起来，实现数据传输和资源共享的系统。

数据通信:指在两个计算机或终端之间以二进制的形式进行信息交换，传输数据。

2.计算机网络的分类

2.1 局域网（Local Area Network,LAN）

是一种在有限区域内使用的网络，其传递距离一般在几公里之内，因此适用于一个部门或一个单位组建的网络。（校园网、企业网）

2.2 城域网（Metropolitan Area Network,MAN）

将不同的局域网通过网间连接形成一个覆盖城市或地区范围的网络。

2.3 广域网（Wide Area Network,WAN）

又称远程网，覆盖的地域范围要比局域网大得多，从几十公里到几千公里，将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。

3.网络拓扑结构

计算机将构成网络的节点和连接节点的线路抽象成点和线，用几何关系表示网络结构，从而反映出网络中各实体的结构关系。

环形网络

星形网络

总线形网络

树形网络

4.Internet 基础

4.1 Internet 的起源与发展

我国于1994年4月正式接入因特网。

1996年初，中国的Internet已经形成了四大具有国际出口的网络体系：

中国科技网（CSTNET）、中国教育和科研计算机网（CERNET）、中国公共计算机互联网（CHINANET）、中国金桥信息网（CHINAGBN）

4.2 TCP\IP协议的工作原理

TCP\IP是用于因特网计算机通信的一组协议。

1）IP协议（网际协议）

是TCP\IP协议体系中的网络层协议，主要是将不同类型的物理网络互联在一起。IP的另一个功能是路由选择，即从网上某个节点到另一个节点的传输路径的选择，将数据从一个节点按路径传输到另一个节点。

2）TCP协议

即传输控制协议，位于传输层。如远程登录协议TELNET、简单邮件传输协议SMTP、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP等。

4.3 Internet IP地址和域名工作原理

  4.3.1 IP地址

IP协议有：IPv4协议和IPv6协议。

IPv4地址是一个32位二进制数，采用点分十进制数（4个节点；每个数<=256(2^8)）表示，便于记忆。

例如：

  4.3.2 域名

实质是用一组由字符组成的名字代替IP地址。

从右至左分别是第一级域名（或称顶级域名），第二级域名，……，直至主机名。

其结构是：主机名 . 第n级域名 . 第二级域名 . 第一级域名。

例如：新浪网址

  4.3.3 DNS原理

从域名到IP地址或从IP地址到域名的转换由域名解析服务器DNS完成。

  4.3.4 接入Internet

1）ADSL（非对称数字用户线路）：

由电信服务部门安装语音分离器和ADSL调制解调器和拨号软件。

2）ISP（Internet Service Provider）：

是Internet服务提供商。ISP提供的功能主要有：分配IP地址和网关及DNS、提供联网软件、提供各种因特网服务、接入服务。

3）无线连接

需要一台无线AP，AP很像有线网络中的集线器或交换机，是无线局域网络中的桥梁。