第1章認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)

數(shù)計(jì)學(xué)院付蘇嘉第一章

認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)的分代特征計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)計(jì)算機(jī)組成及工作原理PC的配件及選購(gòu)指南學(xué)習(xí)組裝兼容機(jī)的目的實(shí)踐環(huán)節(jié)：了解PC主機(jī)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)（computer）俗稱電腦，是一種用于高速計(jì)算的機(jī)器，可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，又可以進(jìn)行邏輯計(jì)算，還具有存儲(chǔ)記憶功能。是能夠按照程序運(yùn)行，自動(dòng)、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。1.計(jì)算機(jī)概述計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)所組成，沒(méi)有安裝任何軟件的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)。計(jì)算機(jī)按用途可分為超級(jí)計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)五類(lèi)。

利用較先進(jìn)的動(dòng)力或處理媒介的計(jì)算機(jī)有生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等。

計(jì)算機(jī)能夠增強(qiáng)人們執(zhí)行智能任務(wù)的能力，因此被稱為“智力工具”。它擅長(zhǎng)于執(zhí)行快速計(jì)算、大型表格分類(lèi)和大型數(shù)據(jù)庫(kù)檢索等任務(wù)，并且支持多媒體的處理，可以完成條理有序的工作。

因此，為了更好地掌握計(jì)算機(jī)的知識(shí)，首先需要了解什么是計(jì)算機(jī)，以及計(jì)算機(jī)的發(fā)展等。2.計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史、分代特征

早期的計(jì)算工具：人類(lèi)利用工具輔助算數(shù)已有數(shù)千年的歷史，其中，專(zhuān)門(mén)用來(lái)算數(shù)的工具是算盤(pán)，最早由中國(guó)人所發(fā)明，用骨架及鐵絲構(gòu)成，鐵絲上串有算珠，以算珠的排列位置作為計(jì)數(shù)結(jié)果。20世紀(jì)初期，希臘人在一艘約西元(公元)前65年遇難的沉船上，找到已有兩千年歷史的安提凱希拉儀器（AntikytheraMechanism），據(jù)信用途是計(jì)算天體運(yùn)行周期，協(xié)助古人籌備宗教節(jié)日和提醒谷物收割。此器件由37道青銅齒輪和刻度盤(pán)組成，齒輪彼此咬合，有一組齒輪的作用甚至是模擬月球的運(yùn)動(dòng)方式。1642年，法國(guó)數(shù)學(xué)家帕斯卡為稅務(wù)員父親發(fā)明了滾輪式加法器2（Pascaline），可通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行加法運(yùn)算。1801年，法國(guó)人雅卡爾（Joseph-MarieJacquard）發(fā)明提花織布機(jī)（JacquardLoom），利用打孔卡（PunchedCard）控制織花圖樣，這是可編程化機(jī)器的里程碑。因此也有人稱現(xiàn)代計(jì)算機(jī)為“以光速運(yùn)行的織布機(jī)”。美國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家何樂(lè)禮（HermanHollerith）在1890年開(kāi)發(fā)出一種排序機(jī)，利用打孔卡儲(chǔ)存資料，協(xié)助美國(guó)人口調(diào)查局對(duì)統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行自動(dòng)化制表，結(jié)果不出3年就完成戶口普查工作。何樂(lè)禮在1896年成立制表機(jī)器公司，幾經(jīng)并購(gòu)，后來(lái)成為國(guó)際商業(yè)機(jī)器有限公司（IBM）的一部分。直到1970年代為止，不少電腦設(shè)備仍以IBM的卡片作為處理媒介。20世紀(jì)80年代后期，打孔卡片不再成為主流的存儲(chǔ)介質(zhì)，而被電子媒介——磁帶和光盤(pán)所取代。2012年2月24日新聞一則：仍在工作的老兵：IBM402電動(dòng)制表機(jī)早期的卡片編程是如何進(jìn)行的？打孔內(nèi)容如下：0100110101100101011100110111001101100001011001110110010100100000011101000110111100100000010000110110000101110011011101000111000001101001011100000110010100111010001000000111100101101111011101010111001000100000011011000110000101110101011011100110010001110010011110010010011101110011001000000111001001100101011000010110010001111001001000000110011001101111011100100010000001110000011010010110001101101011011101010111000000101110二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制：077101115115097103101032116111032067097115116112105112101058032121111117114032108097117110100114121039115032114101097100121032102111114032112105099107117112046十進(jìn)制通過(guò)ASCII碼表轉(zhuǎn)換（為了突出顯示，空格用“_”代替）：Message_to_Castpipe:_your_laundry's_ready_for_pickup.全部連起來(lái)：MessagetoCastpipe:yourlaundry'sreadyforpickup.英文翻譯成中文：給卡斯派普的訊息：您洗好的衣服正在準(zhǔn)備包裝。首代馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)及其機(jī)種第一部成功運(yùn)作的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)電腦是1948年曼徹斯特大學(xué)的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)機(jī)（Small-ScaleExperimentalMachine），又稱“寶貝”。微處理器的誕生連帶刺激微電腦的發(fā)展，輕便小巧，物廉價(jià)美的電腦成為個(gè)人及小公司唾手可得的工具，微電腦在1970年代初登場(chǎng)，到了1980年代后就已經(jīng)成為家家戶戶都可看到的產(chǎn)品了。第一款量販的個(gè)人電腦據(jù)稱是出自蘋(píng)果電腦公司的創(chuàng)辦人之一斯蒂夫·沃茲尼亞克。

電腦逐漸成為微電腦架構(gòu)的天下，再加上來(lái)自大型電腦的特色后，現(xiàn)如今已主宰大部分的電腦市場(chǎng)。華人中的計(jì)算機(jī)界名人：王安他發(fā)明了除磁帶和磁盤(pán)之外的另一種磁性存儲(chǔ)設(shè)備——磁環(huán)(又稱磁圈，工作原理參考右手定則)，在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上占有重要的一席，但由于他對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)的錯(cuò)誤預(yù)計(jì)，沒(méi)有及時(shí)調(diào)整研發(fā)策略，生產(chǎn)與IBM兼容機(jī)程序兼容的產(chǎn)品，導(dǎo)致對(duì)市場(chǎng)發(fā)展判斷失誤，最終在20世紀(jì)90年代初宣告公司破產(chǎn)。其研究成就在電子科技產(chǎn)品研究史上與貝爾、愛(ài)迪生等齊名。計(jì)算機(jī)的發(fā)展像任何新生事物一樣，也經(jīng)歷了一個(gè)不斷變革與完善的過(guò)程。目前，根據(jù)計(jì)算機(jī)所采用物理器件的不同，可以將計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分為以下幾個(gè)時(shí)代。

1．第一代電子管計(jì)算機(jī)（1946-1955）

2．第二代晶體管計(jì)算機(jī)（1956-1963）

3．第三代集成電路計(jì)算機(jī)（1964-1971）

4．第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1972-現(xiàn)在）

5.第五代智能型計(jì)算機(jī)，仍在研制當(dāng)中第一臺(tái)公認(rèn)的電子（驅(qū)動(dòng)）計(jì)算機(jī)1946年，美國(guó)制造的埃尼亞克（ENIAC，全名為電子數(shù)值積分計(jì)算器）一般被認(rèn)為是世上第一部一般用途的電子計(jì)算機(jī)，公認(rèn)是有效利用電子學(xué)的大型電腦。埃尼阿克是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)第三代-中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第四代——超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)第五代——智能型計(jì)算機(jī)——尚在研制中3.計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)微型化：一個(gè)錯(cuò)誤的預(yù)言：“人們沒(méi)有理由想要在家里擁有一臺(tái)電腦。”———數(shù)字設(shè)備公司總裁肯·奧爾森(1977年)還有有一位計(jì)算機(jī)專(zhuān)家預(yù)言：未來(lái)的電腦重量能夠控制在25公斤以內(nèi)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)重量均以噸計(jì)。而現(xiàn)在各類(lèi)筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)等電子產(chǎn)品的重量均可達(dá)到1公斤以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的微型化。網(wǎng)絡(luò)化：互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得地球上各個(gè)地方的人們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交流、分享不同的信息和文化，同時(shí)也促進(jìn)了電子商務(wù)、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展。而隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷增加，人們可以在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)點(diǎn)播，觀看電視節(jié)目，發(fā)表自己的意見(jiàn)和評(píng)論；網(wǎng)絡(luò)媒體作為繼報(bào)紙、廣播、電視后興起的一個(gè)新興媒體，正在茁壯成長(zhǎng)。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)上，如何更安全的共享或保密信息，預(yù)防病毒對(duì)信息安全的破壞，成為網(wǎng)絡(luò)化研究的一個(gè)重要方向。智能化：第五代計(jì)算機(jī)的研究方向：電腦是否能夠思考，人工智能是否還是想象？

戰(zhàn)勝國(guó)際象棋大師卡斯帕羅夫的“深藍(lán)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，是如何工作的？前四代計(jì)算機(jī)都是基于馮.諾依曼的“存儲(chǔ)程序工作原理”而設(shè)計(jì)的，使計(jì)算機(jī)能夠獨(dú)立思考將是智能化研究的一個(gè)重要方向。授課素材：影片《終結(jié)者2》這是一部拍攝于1991年的經(jīng)典科幻影片，施瓦辛格扮演的機(jī)器人T800穿越時(shí)候去拯救主人公約翰.康納，與液態(tài)機(jī)器人T1000展開(kāi)了驚心動(dòng)魄的戰(zhàn)斗象棋、圍棋計(jì)算復(fù)雜度簡(jiǎn)介：

國(guó)際象棋一局棋所有的著法有多少呢？國(guó)際象棋中每方共有8兵、2車(chē)、2象、2馬、1后、1王共16個(gè)子，其中8個(gè)兵為32種走法（直行、斜吃、吃過(guò)路兵、升變），2個(gè)車(chē)為32種走法，2個(gè)馬為16種走法，2個(gè)象為32種走法，后為32種走法，王為8種走法，合計(jì)152種走法，加上比較特殊的王車(chē)易位攻擊153種，兩方合計(jì)306種下法，這就是每一個(gè)回合所有的可能性，那么在n個(gè)回合內(nèi)的所有走法就是306的n次方。國(guó)際象棋的棋局一般在50到100回合之間，取最大值100，那么可以算出國(guó)際象棋大致的變化總數(shù)為306的100次方，這個(gè)數(shù)字大約是3.74×10^248。

一局圍棋的著法非常簡(jiǎn)單，第一步為361種可能性，第二步為360，第三步為359······所以總數(shù)為361!，考慮到實(shí)際比賽中步數(shù)超過(guò)350的不多（并非沒(méi)有）所以我們不考慮300步以后的情況，因此照這種計(jì)算方法可以算出圍棋的所有可能變化總數(shù)為361*360*359*358······*65*64*65*63*62*61，這個(gè)數(shù)字大約等于1.73×10^686。

4.計(jì)算機(jī)組成及工作原理

計(jì)算機(jī)種類(lèi)繁多，不同類(lèi)型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)也有所區(qū)別，即便是同一類(lèi)型的計(jì)算機(jī)，其硬件系統(tǒng)的組成也不盡相同。但是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)發(fā)展至今，從組成結(jié)構(gòu)上看仍舊由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備這五大部分組成。個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的配件：由主機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)，以及音箱等部分組成，而我們能夠看到的主機(jī)實(shí)際上只是機(jī)箱的外觀，其內(nèi)部還安裝有眾多的計(jì)算機(jī)配件。通常，我們將安裝在機(jī)箱內(nèi)部的設(shè)備稱為內(nèi)部設(shè)備，而對(duì)于顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤(pán)等位于機(jī)箱外的設(shè)備稱之為外部設(shè)備。從外部看到的微機(jī)系統(tǒng)主機(jī)顯示器音箱鼠標(biāo)鍵盤(pán)5.PC配件及選購(gòu)指南

主機(jī)由主機(jī)箱（簡(jiǎn)稱機(jī)箱）和CPU、主板、內(nèi)存等安裝在機(jī)箱內(nèi)部的各種配件組成。在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用戶執(zhí)行的每項(xiàng)操作都由主機(jī)內(nèi)的多個(gè)配件，或與其他配件聯(lián)合完成，主要負(fù)責(zé)了數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)等工作，是計(jì)算機(jī)的重要組成部分。

在計(jì)算機(jī)中，除主機(jī)外的所有設(shè)備都被統(tǒng)稱為外部設(shè)備。常用的外部設(shè)備包括顯示器、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，現(xiàn)如今音箱也已成為很多計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。

選購(gòu)計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵是應(yīng)該滿足自己的使用需求，根據(jù)計(jì)算機(jī)性能的優(yōu)劣、價(jià)格的高低、商家服務(wù)質(zhì)量的好壞等具體問(wèn)題來(lái)選擇適合于自己的計(jì)算機(jī)，并確定計(jì)算機(jī)的配置方案。

在購(gòu)買(mǎi)計(jì)算機(jī)前，首先明確購(gòu)買(mǎi)計(jì)算機(jī)的用途。只有用途明確，才能建立正確的選購(gòu)思路。

1．家用上網(wǎng)型

2．商務(wù)辦公型

3．圖形設(shè)計(jì)型

4．游戲娛樂(lè)型

一臺(tái)計(jì)算機(jī)功能的強(qiáng)弱或性能的好壞，不是由某項(xiàng)指標(biāo)來(lái)決定，而是由硬件的各部分總體配置來(lái)決定的。但對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)，可以從以下幾項(xiàng)指標(biāo)來(lái)簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的性能。

1.運(yùn)算速度

2.字長(zhǎng)

3.內(nèi)存儲(chǔ)器的容量

4.外存儲(chǔ)器的容量

市場(chǎng)上的計(jì)算機(jī)主要分為兩大類(lèi)，即“品牌機(jī)”和“兼容機(jī)”。

1．認(rèn)識(shí)品牌機(jī)和兼容機(jī)

2．品牌機(jī)與兼容機(jī)的區(qū)別

3．哪些用戶需要購(gòu)買(mǎi)品牌機(jī)現(xiàn)在CPU大多是64位的，即每次能處理2的64次方(萬(wàn)億次)那么大的數(shù)據(jù)；但大多都以32位字長(zhǎng)運(yùn)行，只有在64位操作系統(tǒng)軟件輔助下才能更好地發(fā)揮作用運(yùn)算速度越高，圖形和數(shù)據(jù)的處理能力越強(qiáng)，以玩3D大型游戲?yàn)槔?，浮點(diǎn)運(yùn)算能力越強(qiáng)的CPU