大學(xué)計算機基礎(chǔ)-中國鐵道出版社

應(yīng)用型本科院校“十三五”規(guī)劃教材·計算機公共課程類

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

主編彭梅陳雪?彭平

副主編李?滿?胡?珊?張永健

????姚勇娜?王凱麗

內(nèi)容簡介

本書以2015年教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會編制的《大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本

要求》為依據(jù)進行編寫，為廣州工商學(xué)院“十三五”質(zhì)量工程資助項目。本書在內(nèi)容選取上注重實用性和

代表性，突出應(yīng)用型本科特色；在內(nèi)容編排上將相關(guān)知識點分解到任務(wù)中，讓學(xué)生通過對任務(wù)的分析和實

現(xiàn)來掌握相關(guān)理論知識。全書共9章內(nèi)容，主要包括計算機文化與前沿技術(shù)、計算思維導(dǎo)論、Windows7應(yīng)

用、Word2010基礎(chǔ)應(yīng)用、Word2010高級應(yīng)用、Excel2010基礎(chǔ)應(yīng)用、Excel2010高級應(yīng)用、PowerPoint2010

應(yīng)用、和多媒體數(shù)據(jù)表示與處理。對于操作應(yīng)用性強的MicrosoftOffice辦公應(yīng)用軟件和多媒體數(shù)據(jù)處理均設(shè)

置任務(wù)，每個任務(wù)均按照“任務(wù)引導(dǎo)→任務(wù)步驟→任務(wù)實施→難點解析”的順序進行編排，既能覆蓋全書的

主要知識點和技能點，帶動教學(xué)的主要內(nèi)容，又能切合日常的工作、生活，實用性強。

本書不僅適合作為應(yīng)用型本科院校非計算機專業(yè)學(xué)生的計算機基礎(chǔ)教材，也可作為各類從業(yè)人員的職業(yè)

教育和在職培訓(xùn)的計算機入門教材，還可以作為廣大計算機愛好者的自學(xué)教材。在具體教學(xué)安排上，各校可

以根據(jù)教學(xué)學(xué)時、學(xué)生層次等具體情況，靈活選取教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)也可以不按本書的章節(jié)順序自行安排。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

大學(xué)計算機基礎(chǔ)／彭梅，陳雪，彭平主編.—2版.—北京：

中國鐵道出版社有限公司，2020.8

應(yīng)用型本科院?！笆濉币?guī)劃教材.計算機公共課程類

ISBN978-7-113-26983-8

Ⅰ.①大…Ⅱ.①彭…②陳…③胡…Ⅲ.①電子計算機-

高等學(xué)校-教材Ⅳ.①TP3

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2020）第102594號

書名：大學(xué)計算機基礎(chǔ)

作者：彭梅陳雪彭?平

策劃：唐旭?????????編輯部電話：（010）51873202

責(zé)任編輯：劉麗麗

封面設(shè)計：劉穎

責(zé)任校對：張玉華

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市航遠印刷有限公司

版次：2017年8月第1版2020年8月第2版2020年8月第1次印刷

開本：880mm×1230mm1/16印張：21.75?字數(shù)：683千

書號：ISBN978-7-113-26983-8

定價：59.80元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）51873659

《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》（第二版）以2015年教育部高校學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會編制的《大學(xué)

計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》為依據(jù)，是編者在多年基礎(chǔ)課程教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編寫的，至今已經(jīng)過去三

年了。為了適應(yīng)教學(xué)改革的需要，我們組織了《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》編寫組，來重新編寫這本教材。由于2020

年新冠肺炎的大爆發(fā)使原本編寫計劃受到影響，經(jīng)過大家克服困難，一本較好體現(xiàn)計算機通識課特點的教材

終于與大家見面了。本書在內(nèi)容編排上，將相關(guān)知識點分解到任務(wù)中，讓學(xué)生在任務(wù)完成過程中掌握知識和

方法；在編寫風(fēng)格上，強調(diào)任務(wù)先行，逐步為學(xué)生建立完整的知識體系。

本教材教學(xué)設(shè)計的特點如下：

（1）從“計算機文化與前沿技術(shù)”切入課程，通過介紹計算機發(fā)展過程中的典型事件和重要人物，培養(yǎng)

學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過引入與學(xué)生日常生活密切相關(guān)的計算機技術(shù)，講解信息技術(shù)的編碼知識。通過云計算、

大數(shù)據(jù)等知識，廣泛融入先進成果與技術(shù)，知識傳達具有先進性和實用性。計算思維基礎(chǔ)知識模塊主要講解

計算思維的概念和本質(zhì)、計算思維對其他學(xué)科的影響，幫助學(xué)生理解計算思維的本質(zhì)，即抽象和自動化。算

法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模塊給出了算法類問題的求解思路：數(shù)學(xué)建?！惴ú呗苑治觥鷶?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計→算法過程設(shè)計

→算法程序語言實現(xiàn)。

（2）在講授辦公軟件應(yīng)用時，通過對教學(xué)過程中是否有“培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)造能力”

的反思，采用“任務(wù)引導(dǎo)→任務(wù)步驟→任務(wù)實施→難點解析”的教學(xué)模式，并在其中融入計算思維的基本概念，

在注重培養(yǎng)學(xué)生實際操作能力的同時，更注重學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。案例以典型工作過程為載體設(shè)計課程內(nèi)

容及教學(xué)模式，圍繞復(fù)雜工作過程中綜合職業(yè)能力的形成來整合相應(yīng)的知識和技能，形成課程知識能力體系。

知識內(nèi)容的深度和廣度符合最新的大學(xué)計算機等級考試和相關(guān)考試要求。

本教材的特色如下：

（1）突出應(yīng)用型本科特色，注重計算思維培養(yǎng)。

大學(xué)計算機基礎(chǔ)作為本科學(xué)生最早接觸的信息類課程，對于提升學(xué)生信息意識、拓寬思維方式，并利

用計算機相關(guān)知識解決本專業(yè)領(lǐng)域問題的作用不言而喻。因此，將大學(xué)計算機課程由具體的計算機操作提

升到計算思維方式培養(yǎng)的高度，創(chuàng)建以計算思維、項目實施為核心的教學(xué)模式，為學(xué)生進行學(xué)科研究與創(chuàng)

新創(chuàng)業(yè)提供有力支撐。本教材就是基于上述教育理念，以計算思維為導(dǎo)向，以突出“應(yīng)用”和強化“能力”

為目標(biāo)，結(jié)合教育教學(xué)改革新理念、新思想、新要求及多年教學(xué)改革實踐和建設(shè)成果編寫而成的。在培養(yǎng)

學(xué)生掌握計算機應(yīng)用技能的同時，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生運用計算機科學(xué)知識進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計等計

算思維能力。

Ⅰ

（2）內(nèi)容選取充分考慮學(xué)生專業(yè)差異，注重學(xué)科交叉。

為編寫好這本教材，項目組每位老師整理、收集、查閱大量適合相關(guān)專業(yè)的實用原始數(shù)據(jù)，編撰、設(shè)計

適合各個本科專業(yè)的案例，針對計算機應(yīng)用要求的不同，精心組織教學(xué)，注重學(xué)科交叉。

本書所使用的素材和任務(wù)完成效果已上傳于中國鐵道出版社有限公司資源網(wǎng)站（http://www.tdpress.

com/51eds），讀者可自行下載所需要的資料。

本書由廣州工商學(xué)院計算機科學(xué)與工程系計算機文化基礎(chǔ)教研室組織編寫，為廣州工商學(xué)院“十三五”

質(zhì)量工程資助項目。全書由彭梅、陳雪、彭平任主編，李滿、胡珊、張永健、姚勇娜、王凱麗任副主編。參

與編寫工作的有趙勇俊、譚澤榮、王昆、鐘麗花、姚丹等老師。本書在編寫的過程中得到了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、老師

的大力支持，還得到了校企合作單位廣州大匠建材有限公司的全面配合，在此一并表示感謝！

在本書的編寫過程中，我們試圖將多年的改革經(jīng)驗和體會融入教材中與大家分享。當(dāng)然，由于編者水平

有限，書中難免有疏漏和欠妥之處，誠請各位讀者批評指正。愿與廣大同行為建設(shè)高質(zhì)量的計算機基礎(chǔ)課程

共同努力！

編者

2020年4月

Ⅱ

第1章計算機文化與前沿技術(shù)1

1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展2

1.1.1數(shù)與計算工具2

1.1.2計算機發(fā)展簡史3

1.1.3奠定現(xiàn)代計算機基礎(chǔ)的重要人物5

1.1.4計算機的類型6

1.1.5計算機的特點7

1.1.6計算機的應(yīng)用領(lǐng)域8

1.1.7計算機的發(fā)展方向9

1.2信息編碼10

1.2.1數(shù)制10

1.2.2各種數(shù)制的轉(zhuǎn)換12

1.2.3數(shù)據(jù)存儲單位14

1.2.4計算機中信息的編碼14

1.3網(wǎng)絡(luò)技術(shù)16

1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述16

1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)的組成17

1.3.3計算機網(wǎng)絡(luò)的分類18

1.3.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和TCP/IP19

1.3.5計算機網(wǎng)絡(luò)的功能19

1.3.6Internet20

1.3.7計算機網(wǎng)絡(luò)安全22

1.4前沿技術(shù)26

1.4.1云計算26

1.4.2大數(shù)據(jù)29

1.4.3人工智能31

1.4.4物聯(lián)網(wǎng)35

第2章計算思維導(dǎo)論38

2.1計算與計算思維39

2.1.1計算的含義40

2.1.2思維概述42

2.1.3計算思維概述43

2.1.4計算思維的方法46

2.2計算理論47

2.2.1可計算性問題47

Ⅰ

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

2.2.2計算復(fù)雜性48

2.2.3計算模型49

2.3典型問題的思維與算法50

2.3.1求解問題過程50

2.3.2數(shù)據(jù)有序排列——排序算法53

2.3.3漢諾塔求解——遞歸思想53

2.3.4國王婚姻問題——并行計算54

2.3.5旅行商問題——最優(yōu)化思想55

2.4計算思維的應(yīng)用55

第3章Windows7應(yīng)用58

3.1Windows7基本操作59

3.1.1Windows7的啟動與關(guān)閉59

3.1.2Windows7的桌面60

3.1.3窗口和對話框62

3.1.4菜單和工具欄64

3.1.5鼠標(biāo)和鍵盤65

3.1.6中文輸入法66

3.2文件和程序管理67

3.2.1文件和文件夾68

3.2.2資源管理器69

3.2.3文件和文件夾操作71

3.2.4安裝和卸載程序77

3.3控制面板78

3.3.1外觀和個性化設(shè)置78

3.3.2設(shè)置日期和時鐘81

3.3.3系統(tǒng)和安全81

3.3.4賬戶管理82

第4章Word2010基礎(chǔ)應(yīng)用86

4.1文檔基本操作——國旅公司簡介87

4.1.1任務(wù)引導(dǎo)87

4.1.2任務(wù)步驟88

4.1.3任務(wù)實施89

4.1.4難點解析97

4.2表格基本操作——國旅公司招聘表101

4.2.1任務(wù)引導(dǎo)101

4.2.2任務(wù)步驟102

4.2.3任務(wù)實施103

4.2.4難點解析118

4.3圖形圖像基本操作——巴厘島宣傳冊120

4.3.1任務(wù)引導(dǎo)120

4.3.2任務(wù)步驟120

Ⅱ

目錄

4.3.3任務(wù)實施122

4.3.4難點解析130

第5章Word2010高級應(yīng)用134

5.1郵件合并——年會邀請函135

5.1.1任務(wù)引導(dǎo)135

5.1.2任務(wù)步驟136

5.1.3任務(wù)實施137

5.1.4難點解析145

5.2長文檔編輯——畢業(yè)論文排版（1）148

5.2.1任務(wù)引導(dǎo)148

5.2.1任務(wù)步驟149

5.2.3任務(wù)實施150

5.2.4難點解析157

5.3長文檔編輯——畢業(yè)論文排版（2）160

5.3.1任務(wù)引導(dǎo)160

5.3.2任務(wù)步驟161

5.3.3任務(wù)實施162

5.3.4難點解析171

第6章Excel2010基礎(chǔ)應(yīng)用179

6.1表格基本編輯——2015年游客數(shù)據(jù)編輯180

6.1.1任務(wù)引導(dǎo)180

6.1.2任務(wù)步驟181

6.1.3任務(wù)實施182

6.1.4難點解析190

6.2數(shù)據(jù)簡單計算與統(tǒng)計——2015年游客數(shù)據(jù)分析193

6.2.1任務(wù)引導(dǎo)193

6.2.2任務(wù)步驟194

6.2.3任務(wù)實施194

6.2.4難點解析202

6.3迷你圖與圖表編輯——2015年游客數(shù)據(jù)圖207

6.3.1任務(wù)引導(dǎo)207

6.3.2任務(wù)步驟208

6.3.3任務(wù)實施208

6.3.4難點解析213

第7章Excel2010高級應(yīng)用216

7.1公式和函數(shù)高級應(yīng)用——計算職工工資217

7.1.1任務(wù)引導(dǎo)217

7.1.2任務(wù)步驟218

7.1.3任務(wù)實施219

7.1.4難點解析226

Ⅲ

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

7.2數(shù)據(jù)管理——SUV銷售統(tǒng)計229

7.2.1任務(wù)引導(dǎo)229

7.2.2任務(wù)步驟231

7.2.3任務(wù)實施232

7.2.4難點解析241

7.3數(shù)據(jù)管理高級應(yīng)用——SUV銷量分析245

7.3.1任務(wù)引導(dǎo)245

7.3.2任務(wù)步驟246

7.2.3任務(wù)實施247

7.3.4難點解析253

第8章PowerPoint2010應(yīng)用258

8.1母版編輯——制作企業(yè)模板文件259

8.1.1任務(wù)引導(dǎo)259

8.1.2任務(wù)步驟260

8.1.3任務(wù)實施261

8.1.4難點解析270

8.2演示文稿編輯——編輯企業(yè)宣傳手冊273

8.2.1任務(wù)引導(dǎo)273

8.2.2任務(wù)步驟274

8.2.3任務(wù)實施276

8.2.4難點解析288

第9章多媒體數(shù)據(jù)表示與處理293

9.1多媒體數(shù)據(jù)表示與處理概述294

9.1.1多媒體數(shù)據(jù)表示294

9.1.2多媒體數(shù)據(jù)處理296

9.2矢量繪圖——制作可愛風(fēng)格插畫298

9.2.1任務(wù)引導(dǎo)298

9.2.2任務(wù)步驟299

9.2.3任務(wù)實施300

9.2.4難點解析307

9.3Photoshop綜合運用——制作化妝品海報310

9.3.1任務(wù)引導(dǎo)310

9.3.2任務(wù)步驟311

9.3.3任務(wù)實施312

9.3.4難點解析320

9.4微信編輯器——廣州旅游攻略推文324

9.4.1任務(wù)引導(dǎo)324

9.4.2任務(wù)步驟326

9.4.3任務(wù)實施327

9.4.4難點解析336

Ⅳ

第1章

計算機文化與前沿技術(shù)

數(shù)與計算工具

計算機發(fā)展簡史

奠定現(xiàn)代計算機基礎(chǔ)的重要人物

計算機的產(chǎn)生和發(fā)展

計算機的類型和特點

計算機的應(yīng)用領(lǐng)域

計算機的發(fā)展方向

數(shù)制

各種數(shù)制的轉(zhuǎn)換

信息編碼

數(shù)據(jù)存儲單位

計算機中信息的編碼

計算機網(wǎng)絡(luò)概述

計算機網(wǎng)絡(luò)的組成和分類

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和TCP/IP

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

計算機網(wǎng)絡(luò)的功能

Internet

計算機網(wǎng)絡(luò)安全

云計算

大數(shù)據(jù)

前沿技術(shù)

人工智能

物聯(lián)網(wǎng)

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

1.1計算機的產(chǎn)生和發(fā)展

數(shù)，這種高度抽象的概念，是人類在生產(chǎn)和生活中逐漸形成的概念，以至于最終有了計算工具，來完成

計算，解決生產(chǎn)和生活中的問題。從人類活動有記載以來，對自動計算的追求就一直沒有停止過。通過簡要

地回顧計算機的歷史進程，就可以了解計算機是建立在人類千百年來不懈的追求和探索之上的。

1.1.1數(shù)與計算工具

數(shù)是量化事物多少的概念，它是拋開事物具體特征，對事物的高度抽象。從數(shù)的概念產(chǎn)生之日起，計數(shù)

和數(shù)的計算問題也相伴而生，并始終伴隨著人類的進化和人類文明的發(fā)展歷程，便有了計算工具，來完成

計算。

1．?dāng)?shù)與計算

數(shù)是人類最偉大的發(fā)明之一，是人類精確描述事物的基礎(chǔ)。古人如何記錄數(shù)？考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)，古人在樹

木或者石頭上刻痕劃印來記錄流失的日子。中國的先民采用“結(jié)繩而治”，就是用在繩上打結(jié)的辦法來記事

表達數(shù)的意思；后來又改為“書契”，即用刀在竹片或木頭上刻痕記數(shù)，用一畫代表“一”。今天的人們還常

用“正”字來記數(shù)，它表達的是“逢五進一”的意思。

考古發(fā)現(xiàn)，不同的文明和文字都有獨特的記數(shù)法，例如：中國數(shù)字、羅馬數(shù)字、阿拉伯?dāng)?shù)字等。但這

些不同的記數(shù)法中，阿拉伯?dāng)?shù)字的影響最為廣泛。中國人于公元前14世紀，發(fā)明了十進計數(shù)制，到了商代，

中國人就已經(jīng)能夠用0～9十個數(shù)字來表示任意大的自然數(shù)。英國皇家學(xué)會會員李約瑟教授認為：“如果沒

有十進制，就幾乎不能出現(xiàn)我們現(xiàn)在這個統(tǒng)一的世界了?！笔M制在計算機科學(xué)和計算技術(shù)的發(fā)展中起了非

常重要的作用，充分展示了中國古代勞動人民的獨創(chuàng)性，在世界計算史上有著重要的地位。

2．計算工具

計算工具的發(fā)展是從簡單到復(fù)雜，過程非常漫長，如公元前700年左右的算籌、算盤到17世紀30年代

之后的計算尺、機械式計算器，再到電子式計算機器，它們的記錄和計算數(shù)據(jù)功能也變得由簡單到復(fù)雜。

（1）算籌

中國的算籌出現(xiàn)于春秋戰(zhàn)國時期，即公元前770年至公元前221年，它是中國古代發(fā)明的計數(shù)和計算

工具，是世界上最古老的計算工具之一。古代的算籌實際上是一根根同樣長短和粗細的小棍子，一般長

為13～14cm，徑粗0.2～0.3cm，多用竹子制成，也有用木頭、獸骨、象牙、金屬等材料制成的，大約

二百七十幾枚為一束，放在一個布袋里，系在腰部隨身攜帶。

（2）算盤

算盤是用算珠代替算籌，用木棒將算珠穿起來，固定在木框上，用一定的指法撥動算珠代替移動算籌的

計算工具。算盤使用中人們總結(jié)出許多計算口訣，使計算的速度更快，這種用算盤計算的方法叫作珠算。即

使在計算機普及使用的今天，還有不少人將它作為計算訓(xùn)練工具。

（3）計算尺

計算尺發(fā)明于17世紀二三十年代，在JohnNapier對數(shù)概念發(fā)表后不久。牛津的埃德蒙·甘特（Edmund

Gunter）發(fā)明了一種使用單個對數(shù)刻度的計算工具，當(dāng)和另外的測量工具配合使用時，可以用來做乘除法。

1630年，劍橋的WilliamOughtred發(fā)明了圓算尺。1632年，他又組合了兩把甘特式計算尺，發(fā)明了被視為現(xiàn)

代計算尺的設(shè)備?，F(xiàn)代計算尺通常由三個互相鎖定的有刻度的長條和一個滑動窗口（稱為游標(biāo)）組成，如

圖1-1所示，在20世紀70年代之前使用廣泛，之后被電子計算器所取代。

2

第1章計算機文化與前沿技術(shù)

圖1-1計算尺

（4）機械式計算機器

1623年德國科學(xué)家威廉·契克卡德（WilhelmSchickard）教授為他的摯友天文學(xué)家約翰尼斯·開普勒

（JohannesKepler）制作了一種機械計算機器。這是人類歷史上的第一臺機械式計算機器，這臺機器能夠進行

六位數(shù)的加、減、乘、除運算。1642年，法國哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家帕斯卡（BlaisePascal）發(fā)明了世界上第一臺加

減法計算機。它是利用齒輪傳動原理制成的機械式計算機，通過手搖方式操作運算。1671年，著名的德國數(shù)

學(xué)家萊布尼茨（G.W.Leibnitz）制成了第一臺能夠進行加、減、乘、除四則運算的機械式計算機，如圖1-2所

示。最后，機械式計算機發(fā)展成為手搖或電動的臺式計算機。1833年，英國科學(xué)家巴貝奇（CharlesBabbage）

提出了制造自動化計算機的設(shè)想，他所設(shè)計的分析機，引進了程序控制的概念。盡管由于當(dāng)時技術(shù)上和工藝

上的局限性，這種機器未能完成制造，但它的設(shè)計思想，可以說是現(xiàn)代計算機的雛形。

（5）電子計算器

20世紀四五十年代，隨著電子計算器誕生，一種采用集成電路的便攜式的電子計算器也隨之出現(xiàn)，機械

式計算機隨之退出歷史舞臺。電子計算器（見圖1-3）只是簡單的計算工具，有些具備函數(shù)計算功能，有些

具備一定的存儲功能，但一般只能存儲幾組數(shù)據(jù)。使用的是固化的處理模塊或程序，只能完成特定的計算任務(wù)；

它不能自動地實現(xiàn)這些操作過程，必須由人來操作完成。

圖1-2萊布尼茨發(fā)明的機械式計算機圖1-3電子式計算器

1.1.2計算機發(fā)展簡史

在計算工具發(fā)展的漫漫征程中，使用工具的計算過程不能自

動化，需要人的直接參與，借助機器進行計算是人們永遠的追求。

追憶計算機的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，人們總是希望獲得更快的計算

速度，利用計算機伸展研究領(lǐng)域、擴展研究深度。

1．電子數(shù)字計算機的誕生

一般認為世界上的第一臺電子數(shù)字計算機是于1946年2月誕

生在美國賓夕法尼亞大學(xué)的ENIAC（ElectronicNumericalIntegrator

AndCalculator），如圖1-4所示，是由美國物理學(xué)家莫克利（John

Mauchly）教授和他的學(xué)生?？颂兀≒resperEckert）為計算彈道和

圖-誕生于美國賓夕法尼亞大學(xué)的

射擊特性而研制的。它用了近18000個電子管，6000個繼電器，14ENIAC

3

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

70000多個電阻，10000多只電容及其他器件。機器表面布滿了電表、電線和指示燈，總體積約90m3，

重30t，功率為150kW，機器被安排在一排2.75m高的金屬柜里，占地面積約170m2，其內(nèi)存是磁鼓、

外存為磁帶，操作由中央處理器控制，使用機器語言編程。ENIAC雖然龐大無比，但它的加減法運算速度

達到了5000次/秒，可以在0.003s時間內(nèi)完成兩個10位數(shù)的乘法，使原來近200名工程師用機械計算機

需7～10h的工作量，縮短到只需30s便能完成。

2．計算機的發(fā)展

科學(xué)家們經(jīng)過了艱難的探索，發(fā)明了各種各樣的“計算機”，這些“計算機”順應(yīng)了當(dāng)時的歷史發(fā)展，

發(fā)揮了巨大的作用，推動了計算機技術(shù)的不斷發(fā)展。

（1）以電子器件發(fā)展為主要特征的計算機的發(fā)展階段

從第一臺電子數(shù)字計算機誕生到今天，計算機技術(shù)獲得了迅猛的發(fā)展，功能不斷增強，所用電子器件不

斷更新，可靠性不斷提高，軟件不斷完善。直到現(xiàn)在，計算機還在日新月異地發(fā)展著。計算機的性能價格比

繼續(xù)遵循著著名的摩爾定律：芯片的集成度和性能每18個月提高一倍。表1-1列出了第一代至第四代計算

機主要特征。

表1-1第一代至第四代計算機主要特征

第一代第二代第三代第四代

年代

1946—1958年1959—1964年1965—1970年1971年至今

中小規(guī)模集成電路，開始

真空電子管晶體管大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路

采用半導(dǎo)體存儲器

元器件

體積較龐大，造價高昂，體積小、重量輕、可靠出現(xiàn)了影響深遠的微處理器，計算機向

體積大大縮小，重量更輕，

特點可靠性低，存儲設(shè)備為水性大大提高，主存采用磁巨型機和微型機兩極發(fā)展，運算速度極大

成本更低，可靠性更高

銀延遲線、磁鼓、磁芯芯，外存為磁帶、磁盤提高

微型機每秒幾百萬至幾千萬次，巨型機

運算速度每秒幾千至幾萬次每秒幾萬至幾十萬次每秒幾十萬至幾百萬次

每秒上億至千萬億次

匯編語言、高級語言多種高級語言深入發(fā)展，操作系統(tǒng)多樣

沒有系統(tǒng)軟件，使用機高級語言進一步發(fā)展，開

軟件系統(tǒng)開始出現(xiàn)，如Fortran、化，軟件配置更加豐富和完善，軟件系統(tǒng)

器語言編程始使用操作系統(tǒng)

ALGOL等工程化、理論化，程序設(shè)計部分自動化

科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域并走社會、生產(chǎn)、軍事和生活的各個方面，

應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算

事務(wù)管理、工業(yè)工程控制向系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化計算機網(wǎng)絡(luò)化

（2）計算機的未來發(fā)展

直到今天，人們使用的所有計算機，都采用美國數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（JohnvonNeumann）提出的“存儲程序”

原理為體系結(jié)構(gòu)，因此也統(tǒng)稱為馮·諾依曼型計算機。20世紀80年代以來，美國、日本等發(fā)達國家開始研

制新一代計算機，是微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、電子仿生技術(shù)等多學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物，目標(biāo)是希望

打破以往固有的計算機體系結(jié)構(gòu)，使計算機能進行知識處理、自動編程、測試和排錯，能用自然語言、圖形、

聲音和各種文字進行輸入和輸出，能具有人那樣的思維、推理和判斷能力。已經(jīng)實現(xiàn)的非傳統(tǒng)計算技術(shù)有：

利用光作為載體進行信息處理的光計算機；利用蛋白質(zhì)、DNA的生物特性設(shè)計的生物計算機；模仿人類大腦

功能的神經(jīng)元計算機；以及具有學(xué)習(xí)、思考、判斷和對話能力，可以辨別外界物體形狀和特征，建立在模糊

數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的模糊電子計算機等。未來的計算機還可能是超導(dǎo)計算機、量子計算機、DNA計算機或納米計算

機等。

3．我國計算機的發(fā)展歷史

我國的計算機事業(yè)創(chuàng)始于20世紀50年代中期。自1957年至今的60多年中，我國計算機的發(fā)展也經(jīng)歷

了第一代（電子管）、第二代（晶體管）、第三代（中小規(guī)模集成電路）和第四代（大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路）

4

第1章計算機文化與前沿技術(shù)

的發(fā)展過程。

（1）第一代計算機（1957—1964年）

我國從1957年開始研制通用數(shù)字電子計算機，1958年研制成功103型計算機（即DJS-1型），共生

產(chǎn)38臺。1959年9月研制成功104型計算機，1960年4月研制成功第一臺小型通用電子計算機（107型計算機），

1964年研制成功我國第一臺自行設(shè)計的大型通用數(shù)字電子管計算機119機，其平均浮點運算速度為每秒5萬

次，用于我國第一顆氫彈研制的計算任務(wù)。

（2）第二代計算機（1965—1972年）

1965年研制成功第一臺大型晶體管計算機（109乙機），在對109乙機加以改進的基礎(chǔ)上，兩年后又推

出了109丙機，在我國“兩彈”試驗中發(fā)揮了重要作用。

（3）第三代計算機（1973年至20世紀80年代初）

IBM公司1964年推出的360系列大型機是美國進入第三代計算機時代的標(biāo)志，我國到1970年初期才陸

續(xù)推出采用集成電路的大、中、小型計算機。1973年，北京大學(xué)與北京有線電廠等單位合作研制成功運算速

度為每秒100萬次的大型通用計算機。進入80年代，我國高速計算機，特別是向量計算機有新的發(fā)展。1983

年中國科學(xué)院計算所完成我國第一臺大型向量機——757機，計算速度達到每秒1000萬次。同年國防科大研

制成功銀河-Ⅰ億次巨型計算機。

（4）第四代計算機（20世紀80年代中期至今）

和國外一樣，我國第四代計算機的研制也是從微型機開始的。20世紀80年代初我國開始采用Z80、X86

和M6800芯片研制微型機。1983年12月研制成功與IBM-PC兼容的DJS-0520微型機。1992年研制成功銀

河-Ⅱ通用并行巨型機，峰值速度達每秒4億次浮點運算（相當(dāng)于每秒10億次基本運算操作）。1993年研制

成功“曙光一號”全對稱共享存儲多處理機。1995年推出第一臺具有大規(guī)模并行處理機（MPP）結(jié)構(gòu)的并行

機“曙光1000”（含36個處理機），峰值速度為每秒25億次浮點運算，實際運算速度上了每秒10億次浮點

運算這一高性能臺階。1997年研制成功銀河-Ⅲ百億次并行巨型計算機系統(tǒng)，并于1997—1999年先后推出具

有機群結(jié)構(gòu)的曙光1000A、曙光2000-Ⅰ、曙光2000-Ⅱ超級服務(wù)器。2000年推出每秒浮點運算速度3000億

次的曙光3000超級服務(wù)器。2004年上半年推出浮點運算速度每秒1萬億次的曙光4000超級服務(wù)器。2010年

11月14日，國際組織TOP500在其官方網(wǎng)站上公布了當(dāng)年全球超級計算機500強排行榜，中國首臺千萬億

次超級計算機系統(tǒng)“天河一號”以每秒2.56千萬億次浮點運算排名全球第一。

1.1.3奠定現(xiàn)代計算機基礎(chǔ)的重要人物

在計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展進程中，以下一些人物及其思想是不能不提的，正是這些科學(xué)家們的重要思

想奠定了現(xiàn)代計算機科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)。

布爾（G.Boole）：英國數(shù)學(xué)家布爾廣泛涉獵著名數(shù)學(xué)家牛頓、拉普拉斯、拉格朗日等人的數(shù)學(xué)名著，并

寫下了大量筆記，這些筆記中的思想在1847年收錄到他的第一部著作《邏輯的數(shù)學(xué)分析》中。1854年，已

經(jīng)擔(dān)任柯克大學(xué)教授的布爾又出版了《思維規(guī)律的研究——邏輯與概率的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)》。憑借這兩部著作，

布爾建立了一門新的數(shù)學(xué)學(xué)科——布爾代數(shù)，構(gòu)思了關(guān)于0和1的代數(shù)系統(tǒng)，用基礎(chǔ)的邏輯符號系統(tǒng)描述物

體和概念，為數(shù)字計算機開關(guān)電路的設(shè)計提供了重要的數(shù)學(xué)方法。

艾達·奧古斯塔（AdaAugusta）：計算機領(lǐng)域著名的女程序員，她是著名詩人拜倫的女兒。艾達在1843

年發(fā)表了一篇論文，指出機器將來有可能被用來創(chuàng)作音樂、制圖和在科學(xué)研究中運用。艾達為如何計算“伯

努利數(shù)”寫了一份規(guī)劃，首先為計算擬定了“算法”，然后制作了一份“程序設(shè)計流程圖”，被人們認為是世

界上“第一個計算機程序”。1979年5月，美國海軍后勤司令部的杰克·庫帕（JackCooper）在為國防部研

制的一種通用計算機高級程序設(shè)計語言命名時，將它起名為Ada，以表達人們對艾達的紀念和欽佩。

家香農(nóng)（C.Shannon）：美國數(shù)學(xué)香農(nóng)于1938年發(fā)明了以脈沖方式處理信息的繼電器開關(guān)，從理論到技

術(shù)徹底改變了數(shù)字電路的設(shè)計。1948年，他寫作了《通信的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》，被譽為“信息論之父”。1956年，香

5

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

農(nóng)率先把人工智能運用于計算機下棋，發(fā)明了一個能自動穿越迷宮的電子老鼠，以此驗證了計算機可以通過

學(xué)習(xí)提高智能。

阿蘭·圖靈（AlanTuring）：圖靈發(fā)表了一篇具有劃時代意義的論文——《論可計算數(shù)及其在判定問題

中的應(yīng)用》（OnComputerNumbersWithanApplicationtotheEntscheidungsProblem）中，論述了一種假想的通

用計算機，即理想計算機，被后人稱為“圖靈機”（TuringMachine，TM）。1939年，圖靈根據(jù)波蘭科學(xué)家的

研究成果，制作了一臺破譯密碼的機器——“圖靈炸彈”。1945年，圖靈領(lǐng)導(dǎo)一批優(yōu)秀的電子工程師，著手

制造自動計算引擎（AutomaticComputingEngineer，ACE），1950年ACE樣機公開表演，被稱為世界上最快、

最強有力的計算機。1950年10月，圖靈發(fā)表了《計算機和智能》（ComputingMachineryandIntelligence）的

經(jīng)典論文，進一步闡明了計算機可以有智能的思想，并提出了測試機器是否有智能的方法，人們稱之為“圖

靈測試”，圖靈也因此榮膺“人工智能之父”的稱號。1954年，42歲的圖靈英年早逝。從1956年起，每年

由美國計算機學(xué)會（AssociationforComputingMachinery，ACM）向世界最優(yōu)秀的計算機科學(xué)家頒發(fā)“圖靈獎”

（TuringAward），類似于科學(xué)界的諾貝爾獎，“圖靈獎”是計算機領(lǐng)域的最高榮譽。

維納（L.Wiener）：“控制論之父”，1940年，提出現(xiàn)代計算機應(yīng)該是數(shù)字式的，應(yīng)由電子元件構(gòu)成，采

用二進制，并在內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)。

馮·諾依曼（JohnvonNeumann）：美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼，提出了著名的“存儲程序”設(shè)計思想，

是現(xiàn)代計算機體系的奠基人。1944年，馮·諾依曼成為ENIAC研制小組的顧問，創(chuàng)建了電子計算機的系統(tǒng)

設(shè)計思想。馮·諾依曼設(shè)計了“電子式離散變量自動計算機”（ElectronicDiscreteVariableAutomaticCalculator，

EDVAC），明確規(guī)定了計算機的五大部件，并用二進制替代十進制運算。EDVAC最重要的意義在于“存儲程

序”。1946年6月，馮·諾依曼等人提出了更為完善的設(shè)計報告《電子計算機裝置邏輯結(jié)構(gòu)初探》。同年七八

月間，他們又在莫爾學(xué)院為美英20多個機構(gòu)的專家講授了課程“電子計算機設(shè)計的理論和技術(shù)”，推動了存

儲程序式計算機的設(shè)計與制造。EDVAC完成于1950年，只用了3536只電子管和1萬只晶體管，以1024個

44bit水銀延遲線來存儲程序和數(shù)據(jù)，消耗的電力和占地面積只有ENIAC的1/3。EDVAC完成后應(yīng)用于科學(xué)

計算和信息檢索，顯示了“存儲程序”的威力。

1946年，英國劍橋大學(xué)威爾克斯（M.Wilkes）教授到賓夕法尼亞大學(xué)參加了馮·諾依曼主持的培訓(xùn)班，

完全接受了馮·諾依曼的存儲程序的設(shè)計思想。1949年5月，威爾克斯研制成了一臺由3000只電子管為主

要元件的計算機，命名為電子存儲程序計算機（ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator，EDSAC），他也

因此獲得了1967年度的“圖靈獎”。EDSAC成為世界上第一臺程序存儲式數(shù)字計算機，以后的計算機都采

用了程序存儲的體系結(jié)構(gòu)，采用這種體系結(jié)構(gòu)的計算機被統(tǒng)稱為馮·諾依曼型計算機。

1.1.4計算機的類型

計算機發(fā)展到今天已經(jīng)成為一個龐大的家族，因此計算機種類很多，一般最為常見的分類方式是以規(guī)模

和處理能力分類。

不同規(guī)模和處理能力的計算機區(qū)別在于字長、存儲容量、指令系統(tǒng)規(guī)模、運算速度、外設(shè)配置等。隨著

集成電路和計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，從性價比看，今天的大型機可能就是明天的小型機，而今天的小型機就

可能是明天的微型機了。

按規(guī)模和處理能力分類，可將計算機分為以下幾種：

1．巨型機（Supercomputer）

巨型機是一種超級計算機，其運算速度達每秒數(shù)千萬億次浮點小數(shù)運算，甚至可以達到每秒萬萬億次以

上。巨型機存儲容量很大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能完善，價格昂貴。在計算機系列中，巨型機運算速度最高、系統(tǒng)

規(guī)模最大，具有最高一級的處理能力。截至2012年11月，全球超級計算機排行榜TOP500中，排名第一的

是美國泰坦（Titan），它是一款克雷XK7超級計算機，使用560640個AMD皓龍?zhí)幚砥骱诵暮?61632個英

偉達K20x加速器，性能達到了每秒1.759×1018次浮點運算。超級計算機泰坦的實物圖如圖1-5所示。

6

第1章計算機文化與前沿技術(shù)

2．大型機（Mainframe）

大型機通常使用多處理器結(jié)構(gòu)，具有很高的運算速度，具有較大的存儲容量和較好的通用性，功能較完備，

但價格也比較昂貴。通常用作銀行、航空等大型應(yīng)用系統(tǒng)中的計算機主機。大型機支持大量用戶同時使用計

算機數(shù)據(jù)和程序。IBM196大型機實物圖如圖1-6所示。

圖1-5超級計算機泰坦圖1-6IBM196大型機

3．小型機（Minicomputer）

小型機的運算速度和存儲容量低于大型機，但與終端和各種外圍設(shè)備連接比較容易，適于作為聯(lián)機系統(tǒng)

的主機或者工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化控制。早期的小型機也支持多用戶，不過隨著計算機規(guī)模與性價比的變化，

多用戶小型機慢慢淡出市場。現(xiàn)在的小型機主要被企業(yè)用作工程設(shè)計，或被政府機構(gòu)和大學(xué)用作網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，

也被研究機構(gòu)用來進行科學(xué)研究等。

4．工作站（Workstation）

工作站是一種以個人計算機和分布式網(wǎng)絡(luò)計算為基礎(chǔ)，主

要面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具備強大的數(shù)據(jù)運算與圖形圖像處理能力，

為滿足工程設(shè)計、動畫制作、科學(xué)研究、軟件開發(fā)、金融管理、

信息服務(wù)、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計開發(fā)的高性能計算機。工

作站的處理器性能和圖像處理能力通常都非常高，但從外形上

很難把它和一般微機區(qū)別開來，有時也把它叫作“高檔微機”。

圖1-7所示為惠普Z820圖形工作站。2010年視覺效果（Weta

Digital）公司利用惠普Z800工作站為大片《阿凡達》制作了大

圖1-7惠普Z820圖形工作站

量的CGI（計算機視覺成像）和特效。

5．微型計算機（Microcomputer）

微型計算機簡稱微機，個人計算機（PersonalComputer，PC）是其最具代表性的一種，一般用作桌面系統(tǒng)，

因此也稱臺式機，特別適合個人事務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)終端等應(yīng)用。大多數(shù)用戶使用的都是這種類型的計算機，它

已經(jīng)進入了家庭。微機也被應(yīng)用在控制、工程、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。微機發(fā)展最顯著的特征就是易于使用并且價格

低廉。有關(guān)微機的組成及部件在后面章節(jié)中有進一步的介紹。

6．嵌入式計算機

嵌入式計算機是把處理器、存儲器及接口電路直接嵌入設(shè)備中并執(zhí)行專用功能的計算機，其運行的是固

化的軟件，即固件（Firmware），終端用戶很難修改固件。嵌入式計算機系統(tǒng)是對功能、可靠性、成本、體積、

功耗等有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，其在應(yīng)用數(shù)量上遠遠超過了通用計算機，在家電、制造業(yè)、過程控制、

通信、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。

1.1.5計算機的特點

計算機的基本特點主要包括以下幾個方面：

1．高速的運算能力

計算機具有高速的運算速度，現(xiàn)在的計算機的速度甚至達到每秒幾十億次乃至上百億次。例如，為了將

7

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

圓周率p的近似值計算到707位，一位數(shù)學(xué)家曾為此花十幾年的時間，而如果用現(xiàn)代的計算機來計算，可能

瞬間就能完成，同時可達到小數(shù)點后200萬位。

2．計算精度高

一般的微型機可以達到十幾位有效數(shù)字，巨型機還可以達到更高的精確度。計算機可以完成人力難以完

成的高精度控制或高速操作任務(wù)。

3．邏輯判斷準(zhǔn)確

計算機可以進行各種邏輯判斷，具有可靠的判斷能力。這種邏輯判斷能力是通過程序?qū)崿F(xiàn)的，可以實現(xiàn)

計算機工作的自動化，從而保證計算機控制的判斷可靠、反應(yīng)迅速、控制靈敏。

4．記憶能力強

在計算機中有容量很大的存儲裝置，不僅可以長久性地存儲大量的文字、圖形、圖像、聲音等信息資料，

還可以存儲指揮計算機工作的程序。

5．能自動完成各種工作

計算機能自動控制和操作，只要將事先編制好的應(yīng)用程序輸入計算機，計算機就能自動按照程序規(guī)定的

步驟完成預(yù)定的處理任務(wù)。

1.1.6計算機的應(yīng)用領(lǐng)域

計算機的應(yīng)用領(lǐng)域已滲透到社會的各行各業(yè)，正在改變著傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)、工作和生活方式，推動著社會的

發(fā)展。目前，計算機的主要應(yīng)用領(lǐng)域可以概括為以下幾個方面：

1．科學(xué)計算（或數(shù)值計算）

科學(xué)計算是指利用計算機來完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計算。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)工作中，

科學(xué)計算問題是大量的和復(fù)雜的。利用計算機的高速計算、大存儲容量和連續(xù)運算的能力，可以實現(xiàn)人工無

法解決的各種科學(xué)計算問題。例如，建筑設(shè)計中為了確定構(gòu)件尺寸，通過彈性力學(xué)導(dǎo)出一系列復(fù)雜方程，長

期以來由于計算方法跟不上而一直無法求解。而計算機不但能求解這類方程，并且引起彈性理論上的一次突

破，出現(xiàn)了有限單元法。

目前，科學(xué)計算仍然是計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。如高能物理、工程設(shè)計、地震預(yù)測、氣象預(yù)報、航

天技術(shù)等。由于計算機具有高運算速度和精度以及邏輯判斷能力，因此出現(xiàn)了計算力學(xué)、計算物理、計算化學(xué)、

生物控制論等新的學(xué)科。

2．?dāng)?shù)據(jù)處理（或信息處理）

數(shù)據(jù)處理是目前計算機應(yīng)用最廣泛的一個領(lǐng)域。利用計算機來加工、管理與操作任何形式的數(shù)據(jù)資料，

如企業(yè)管理、物資管理、報表統(tǒng)計、賬目計算、信息情報檢索等。據(jù)統(tǒng)計，80%以上的計算機主要用于數(shù)據(jù)

處理，這類工作量大面寬，決定了計算機應(yīng)用的主導(dǎo)方向。

數(shù)據(jù)處理從簡單到復(fù)雜已經(jīng)歷了如下三個發(fā)展階段：

①電子數(shù)據(jù)處理（ElectronicDataProcessing，EDP），它是以文件系統(tǒng)為手段，實現(xiàn)一個部門內(nèi)的單項

管理。

②管理信息系統(tǒng)（ManagementInformationSystem，MIS），它是以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為工具，實現(xiàn)一個部門的全

面管理，以提高工作效率。

③決策支持系統(tǒng)（DecisionSupportSystem，DSS），它是以數(shù)據(jù)庫、模型庫和方法庫為基礎(chǔ)，幫助管理決

策者提高決策水平，改善運營策略的正確性與有效性。

目前，數(shù)據(jù)處理已廣泛地應(yīng)用于辦公自動化、企事業(yè)計算機輔助管理與決策、情報檢索、圖書管理、電

影電視動畫設(shè)計、會計電算化等等各行各業(yè)。信息正在形成獨立的產(chǎn)業(yè)，多媒體技術(shù)使信息展現(xiàn)在人們面前

的不僅是數(shù)字和文字，也有聲情并茂的聲音和圖像信息。

8

第1章計算機文化與前沿技術(shù)

3．計算機輔助技術(shù)

（1）計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign，CAD）

計算機輔助設(shè)計是利用計算機系統(tǒng)輔助設(shè)計人員進行工程或產(chǎn)品設(shè)計，以實現(xiàn)最佳設(shè)計效果的一種技術(shù)。

它已廣泛地應(yīng)用于飛機、汽車、機械、電子、建筑和輕工等領(lǐng)域。例如，在電子計算機的設(shè)計過程中，利用

CAD技術(shù)進行體系結(jié)構(gòu)模擬、邏輯模擬、插件劃分、自動布線等，從而大大提高了設(shè)計工作的自動化程度。又如，

在建筑設(shè)計過程中，可以利用CAD技術(shù)進行力學(xué)計算、結(jié)構(gòu)計算、繪制建筑圖紙等，這樣不但提高了設(shè)計速度，

而且可以大大提高設(shè)計質(zhì)量。

（2）計算機輔助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）

計算機輔助制造是利用計算機系統(tǒng)進行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過程。例如，在產(chǎn)品的制造過程

中，用計算機控制機器的運行，處理生產(chǎn)過程中所需的數(shù)據(jù)，控制和處理材料的流動以及對產(chǎn)品進行檢測等。

使用CAM技術(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率和改善勞動條件。

將CAD和CAM技術(shù)集成，實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)自動化，這種技術(shù)被稱為計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）。它的

實現(xiàn)將真正做到無人化工廠（或車間）。

（3）計算機輔助測試（ComputerAidedTesting，CAT）

計算機輔助測試是指利用計算機進行復(fù)雜而大量的測試工作。

（4）計算機輔助教學(xué)（ComputerAidedInstruction，CAI）

計算機輔助教學(xué)是利用計算機系統(tǒng)使用課件來進行教學(xué)。課件可以用高級語言來開發(fā)制作，它能引導(dǎo)學(xué)

生循環(huán)漸進地學(xué)習(xí)，使學(xué)生輕松自如地從課件中學(xué)到所需要的知識。CAI的主要特色是交互教育、個別指導(dǎo)

和因人施教。

4．過程控制（或?qū)崟r控制）

過程控制是利用計算機及時采集檢測數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速地對控制對象進行自動調(diào)節(jié)或自動控制。采用

計算機進行過程控制，不僅可以大大提高控制的自動化水平，而且可以提高控制的及時性和準(zhǔn)確性，從而改

善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。因此，計算機過程控制已在機械、冶金、石油、化工、紡織、水電、

航天等部門得到了廣泛的應(yīng)用。

例如，在汽車工業(yè)方面，利用計算機控制機床、控制整個裝配流水線，不僅可以實現(xiàn)精度要求高、形狀

復(fù)雜的零件加工自動化，而且可以使整個車間或工廠實現(xiàn)自動化。

5．人工智能（或智能模擬）

人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術(shù)

及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新興的科學(xué)技術(shù)。人工智能是利用計算機模擬人類的智能活動，諸如感知、判斷、理解、學(xué)習(xí)、

問題求解和圖像識別等?，F(xiàn)在人工智能的研究已取得不少成果，有些已開始走向?qū)嵱秒A段。例如，能模擬高

水平醫(yī)學(xué)專家進行疾病診療的專家系統(tǒng)，以及具有一定思維能力的智能機器人，等等。

6．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

計算機技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)的建立，不僅解決了一個單位、一個

地區(qū)、一個國家中計算機與計算機之間的通信，各種軟硬件資源的共享，也大大促進了文字、圖像、視頻和

聲音等各類數(shù)據(jù)的傳輸與處理。例如：銀行服務(wù)系統(tǒng)、交通售票系統(tǒng)、網(wǎng)上各種信息的查詢等。

1.1.7計算機的發(fā)展方向

自從1946年世界上第一臺電子計算機誕生以來，電子計算機已經(jīng)走過了半個多世紀的歷程。從第一代

電子管計算機到現(xiàn)在正在開發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，計算機的體積不斷變小，但性能、速度卻在不斷提高。然而，

人類的追求是無止境的，科學(xué)家們一刻也沒有停止研究更好、更快、功能更強的計算機。從目前的研究方向看，

未來計算機將向著以下幾個方面發(fā)展。

9

大學(xué)計算機基礎(chǔ)

1．巨型化

巨型化是指計算機的運算速度更高、存儲容量更大、功能更強。目前正在研制的巨型計算機其運算速度

可達每秒百億次。

2．微型化

微型計算機已進入儀器、儀表、家用電器等小型儀器設(shè)備中，同時也作為工業(yè)控制過程的心臟，使儀器

設(shè)備實現(xiàn)“智能化”。隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā)展，筆記本式、掌上型等微型計算機必將以更優(yōu)的性能價

格比受到人們的歡迎。

3．網(wǎng)絡(luò)化

隨著計算機應(yīng)用的深入，特別是家用計算機越來越普及，一方面希望眾多用戶能共享信息資源，另一方

面也希望各計算機之間能互相傳遞信息進行通信。

計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。計算機網(wǎng)絡(luò)已在現(xiàn)代企業(yè)的管理中發(fā)揮著越來

越重要的作用，如銀行系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)等。

4．智能化

計算機人工智能的研究是建立在現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)之上的。智能化是計算機發(fā)展的一個重要方向，新一代計

算機，將可以模擬人的感覺行為和思維過程的機理，進行“看”“聽”“說”“想”“做”，具有邏輯推理、學(xué)

習(xí)與證明的能力。

許多科學(xué)家也認為以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的集成技術(shù)日益走向它的物理極限，要解決這個矛盾，必須開發(fā)

新的材料，采用新的技術(shù)。于是人們努力探索新的計算材料和計算技術(shù)，致力于研制新一代的計算機，如生

物計算機、光計算機和量子計算機等。

1.2信?息?編?碼

隨著計算技術(shù)的不斷發(fā)展，信息與物質(zhì)、能源一起成為人類社會賴以生存和發(fā)展的三大資源。人們通過

獲取信息來認識外部世界，通過交換信息來與人交流、建立聯(lián)系，通過運用信息來組織生產(chǎn)、生活，推動社

會的進步。

信息是表現(xiàn)事物特征的普遍形式，往往以音頻、視頻、氣味、色彩等形式表現(xiàn)，它能被人類和其他生物

的感覺器官（包括傳感器）所接受，再經(jīng)過加工處理后用文字、符號、聲音、動畫、圖像等媒體形式再現(xiàn)，

成為可利用的資源。

信息技術(shù)的基礎(chǔ)就是研究如何將日常所感受到的信息用計算機技術(shù)進行表達，即信息的編碼、存儲和

交換。

1.2.1數(shù)制

1．?dāng)?shù)制的概念

數(shù)制，又稱進位計數(shù)制，是指用統(tǒng)一的符號規(guī)則來表示數(shù)值的方法，它有3個基本術(shù)語：

①數(shù)符：用不同的數(shù)字符號來表示一種數(shù)制的數(shù)值，這些數(shù)字符號稱為“數(shù)符”。

②基數(shù)：數(shù)制所允許使用的數(shù)符個數(shù)稱為“基數(shù)”。

③權(quán)值：某數(shù)制中每一位所對應(yīng)的單位值稱為“權(quán)值”，或稱“位權(quán)值”，簡稱“權(quán)”。

在進位計數(shù)制中，使用數(shù)符的組合形成多位數(shù)，按基數(shù)來進位、借位，用權(quán)值來計數(shù)。一個多位數(shù)可以

表示為

n

i

N=×∑ARi（1-1）

im=?

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第1章計算機文化與前沿技術(shù)

式（1-1）中：i為某一位的位序號；Ai為i位上的一個數(shù)符，0≤Ai≤R-1，如十進制有0，1，2，…，8，9

共10個數(shù)符；R為基數(shù)，將基數(shù)為R的數(shù)稱為R進制數(shù)，如十進制的R為10；m為小數(shù)部分最低位序號；n

為整數(shù)部分最高位序號（整數(shù)部分的實際位序號是從0開始，因此整數(shù)部分為n+