《信息技術(shù)》課件-知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)

知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機的發(fā)展趨勢計算機的應用與分類計算機的起源與發(fā)展常見微型計算機的硬件設備操作系統(tǒng)基礎知識目

錄能力目標能夠描述計算機系統(tǒng)的組成能夠掌握如何選擇操作系統(tǒng)學習目標3知識目標了解計算機的起源與發(fā)展計算機的應用與分類了解計算機的發(fā)展趨勢了解計算機系統(tǒng)組成了解不同操作系統(tǒng)的特點目標分析教學重點教學難點計算機的應用和分類計算機組成操作系統(tǒng)計算機的組成操作系統(tǒng)知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)計算機的起源與發(fā)展計算機的起源世界上第一臺真正意義上的電子計算機于1946年在美國賓夕法尼亞大學正式投入運行，它的名稱是ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator），主要研制者是由莫克利（J.Mauchly）和他的學生?？颂兀↗.Eckert）。它使用了約18800個電子管，功率為174千瓦，占地約170平方米，重達30噸，每秒鐘可計算5000次加法運算。雖然說ENIAC的功能比不上當前最普通的一臺微型計算機，但它奠定了電子計算機的發(fā)展基礎，開辟了計算機科學技術(shù)的新紀元，被稱為人類第三次產(chǎn)業(yè)革命開始的標志。計算機的發(fā)展電子管計算機，也叫真空管計算機，主要元件是電子管，其體積較大，運算速度較低，僅為每秒幾千次，存儲容量僅幾千字節(jié)，程序設計語言采用機器語言和匯編語言。這一代計算機主要用于科學計算，只在重要部門或科學研究部門使用。代表機型有EDVAC、UNIVAC、IBM701等1.第一代電子計算機（1946—1958年）晶體管計算機，其主要元件是晶體管，運算速度可達每秒幾十萬次，內(nèi)存容量增至幾十萬字節(jié)。在軟件方面開始使用計算機算法語言，出現(xiàn)了ALGOL、FORTRAN和COBOL等高級程序設計語言，極大簡化了編程工作；出現(xiàn)了程序員、分析員和計算機系統(tǒng)專家等新職業(yè)，軟件產(chǎn)業(yè)由此誕生。代表機型有IBM7094和Honeywell800等。2.第二代電子計算機（1958—1964年）計算機的發(fā)展集成電路計算機，其主要元件是中小規(guī)模集成電路，運算速度達每秒幾十萬次到幾百萬次。高級程序設計語言在這一時期得到了很大發(fā)展，出現(xiàn)了操作系統(tǒng)和會話式語言。計算機開始應用到各個領域。代表機型有IBM360系列、DEC公司的PDP系列小型機等。3.第三代電子計算機（1964—1970年）大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機，主要元件采用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，運算速度達到每秒上億次，甚至上千萬億次的數(shù)量級，操作系統(tǒng)不斷完善。微型機在家庭得到了普及，并開始了計算機網(wǎng)絡時代。新一代計算機以處理知識信息為主，具有推理、聯(lián)想、學習和應用知識等人工智能方面的能力，如生物計算機、量子計算機、神經(jīng)網(wǎng)絡計算機等。4.第四代電子計算機（1970年至今）知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)計算機的應用與分類計算機的應用科學計算科學計算是指科學和工程中的數(shù)值計算，是計算機應用最早的領域。目前，科學計算仍然是計算機應用的一個重要領域，如應用于高能物理、工程設計、地震預測、氣象預報、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、計算物理、計算化學、生物控制論等新的學科。計算機的應用過程控制利用計算機對工業(yè)生產(chǎn)過程中的某些信號自動進行檢測，并把檢測到的數(shù)據(jù)存入計算機，再根據(jù)需要對這些數(shù)據(jù)進行處理。信息管理或數(shù)據(jù)處理現(xiàn)在廣泛利用計算機來加工、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、信息情報檢索等計算機輔助計算機輔助主要有計算機進行輔助設計算機輔助制造計算機輔助測試和計算機輔助教育等。計算機的應用人工智能人工智能研究怎樣讓計算機做一些通常認為需要智能做的事情，主要研究智能機器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(guān)的功能，如判斷、推理、證明、識別、感知、理解、設計、思考、規(guī)劃、學習和問題求解等思維活動。人工智能是計算機當前和今后相當長的一段時間的重要研究領域，目前在語言處理、自動定理證明、智能數(shù)據(jù)檢索、視覺系統(tǒng)、問題求解以及自動程序設計等領域取得了一些重要成果。計算機的分類按處理對象分類模擬計算機：用于處理連續(xù)的電壓、溫度、速度等模擬數(shù)據(jù)的計算機。其特點是參與運算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，運算過程是連續(xù)的。受元器件質(zhì)量的影響，模擬計算機計算精度較低，應用范圍較小，目前已很少使用。數(shù)字計算機：用于處理數(shù)字信號的計算機。其特點是輸入、輸出和參與運算的數(shù)據(jù)都是離散的數(shù)字信號，具有邏輯判斷功能。目前使用的計算機主要是電子數(shù)字計算機，簡稱電子計算機。計算機的分類按用途分類通用計算機：用于解決一般問題的計算機，其用途廣泛，功能齊全，適用于各個領域。目前，市面上出售的計算機一般都是通用計算機。專用計算機：用于解決某一特定方面問題的計算機，配有為解決某一特定問題而專門開發(fā)的軟件和硬件。專用計算機針對特定問題能顯示出其最有效、最快速和最經(jīng)濟的特性，但對于解決其他問題適用性較差。計算機的分類按規(guī)模分類巨型機：又稱超級計算機，是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大且價格最高的一類計算機。目前，巨型機的運算速度已達每秒億億次，多用于國家高科技領域和國防尖端技術(shù)的研究。大型機：包括大、中型計算機，這類計算機通用性好、運算速度較快，存儲容量較大，主要用于科學計算、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡服務器，一般供大型跨國公司和企業(yè)使用。小型機：結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)模較小、成本較低，一般用于工業(yè)自動控制，醫(yī)療設備、測量儀器的數(shù)據(jù)采集、整理、分析、計算等方面。微型機：又稱個人計算機，其核心部件是微處理器芯片，具有體積小、價格低、功能齊全、可靠性高、操作方便等優(yōu)點工作站：一種主要面向?qū)I(yè)應用領域，具備強大的數(shù)據(jù)運算與圖形、圖像處理能力的高性能計算機。知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)計算機的發(fā)展趨勢就電子計算機而言，當前主要朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡化、智能化和多媒體化的方向發(fā)展。

巨型化是計算機具有極高的運算速度、大容量的存儲空間、更加強大和完善的功能。通常，巨型計算機主要應用于天文、氣象、地質(zhì)和核技術(shù)、航天飛機、衛(wèi)星軌道計算等尖端科學技術(shù)領域。巨型機對于國家科學技術(shù)和國防建設都有著巨大的影響。研制巨型計算機的技術(shù)水平是衡量一個國家科學技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。巨型化微型化微型化是大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路發(fā)展的必然結(jié)果。信息技術(shù)發(fā)展功能與價格比的摩爾定律揭示，計算機芯片的集成度每18個月翻一番，而價格則減一半。隨著計算機芯片集成度越來越高，所完成的功能越來越強，計算機微型化的進程和普及率越來越快。計算機發(fā)展方向計算機發(fā)展方向網(wǎng)絡化是指計算機系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，以及基于計算系統(tǒng)互聯(lián)互通的物體之間、人與組織之間、網(wǎng)絡與網(wǎng)絡之間、虛擬世界與物理世界之間的互聯(lián)互通等。計算機網(wǎng)絡的作用不僅是實現(xiàn)資源共享，還提供一個分布式的計算平臺，極大提高計算機系統(tǒng)的處理能力。計算機網(wǎng)絡早已廣泛應用于社會的各個領域，而當下，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的物與物互聯(lián)也已經(jīng)逐漸普及。網(wǎng)絡化智能化智能化是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。智能化的研究包括模擬識別、物形分析、自然語言的生成和理解、博弈、定理自動證明、自動程序設計、專家系統(tǒng)、學習系統(tǒng)和智能機器人等等。目前，已研制出多種具有人的部分智能的“機器人”，可以代替人在一些危險的崗位上工作。據(jù)專家預測，機器人將是繼電腦普及后，下一個普及到家庭的電器產(chǎn)品。多媒體化是當前計算機領域中引人注目的熱點之一。多媒體技術(shù)利用計算機技術(shù)、通信技術(shù)和大眾傳播技術(shù)來綜合處理多種媒體信息。這些信息包括文本、視頻圖像、圖形、聲音、文字等。多媒體技術(shù)使多種信息建立了有機聯(lián)系，并使計算機朝著人類接收和處理信息的最自然的方式發(fā)展。多媒體化計算機發(fā)展方向

計算機未來發(fā)展領域當前，硅芯片越來越接近其物理極限，計算機的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)必然也將經(jīng)歷一次質(zhì)的飛越。未來的新型計算機可能在以下研究領域中取得突破。光子計算機量子計算機光子計算機是利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳輸以及存儲的一類新型計算機。當前光子計算機的許多關(guān)鍵技術(shù)，如光存儲技術(shù)、光電子集成電路等已經(jīng)取得重大突破。量子計算機是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學、邏輯運算和存儲量子信息的物理裝置。量子計算機利用量子位進行數(shù)據(jù)存儲，大大提升了存儲量。從計算速度上來說，量子計算機在解決問題上比現(xiàn)有計算機更有優(yōu)勢。此外，量子計算機對保密體系影響深刻。計算機未來發(fā)展領域分子計算機的運行靠的是分子晶體可以吸收以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。憑借著分子納米級的尺寸，分子計算機的體積將劇減。此外，分子計算機耗電可大大減少并能更長期地存儲大量數(shù)據(jù)。由蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的生物芯片，其運算速度比當今最新一代的計算機快10萬倍，能耗僅相當于普通計算機的1/10。分子計算機納米計算機是基于納米技術(shù)研究開發(fā)的新型高性能計算機。納米技術(shù)正從MEMS（微電子機械系統(tǒng)）起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應用納米技術(shù)研制的計算機內(nèi)存芯片，其體積不過數(shù)百個原子大小，相當于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計算機幾乎不需要消耗任何能源，但其性能要比今天的計算機強許多倍。納米計算機知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。存儲程序工作原理是當代計算機結(jié)構(gòu)設計的基礎，它使計算機的自動運算成為可能，是計算機與其他一切工具的根本區(qū)別。存儲程序工作原理就是在計算機中設置存儲器，將二進制編碼表示的計算步驟和數(shù)據(jù)一起存放在存儲器中，機器一經(jīng)啟動，就能按照程序指定的邏輯順序依次取出存儲內(nèi)容進行處理，自動完成程序所描述的處理工作。計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件等組成的各種計算機部件和計算機設備。這些部件和設備依據(jù)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機整體，稱為計算機硬件系統(tǒng)。它是計算機完成工作的物質(zhì)基礎。計算機硬件系統(tǒng)主要由五大部分組成，如圖3.1.1所示。圖3.1.1計算機硬件系統(tǒng)的五大組成部分計算機硬件系統(tǒng)輸入設備輸入設備是外界向計算機輸送信息的裝置。輸入設備的主要功能是，把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別的二進制代碼，通過輸入接口輸入計算機的存儲器中，供CPU調(diào)用和處理。運算器運算器的主要功能是對數(shù)據(jù)和信息進行運算和加工。運算器包括通用寄存器、狀態(tài)寄存器、累加器和關(guān)鍵的算術(shù)邏輯單元。運算器可以進行算術(shù)計算（加、減、乘、除等）和邏輯運算（與、或、非、異或、比較等）?？刂破骺刂破魇怯嬎銠C的管理機構(gòu)和指揮中心，它協(xié)調(diào)計算機各部件自動工作，并使整個處理過程有條不紊地進行。通常，把控制器和運算器合稱為中央處理器（CPU）。圖3.1.2存儲器分類計算機硬件系統(tǒng)存儲器計算機在運算之前，程序和數(shù)據(jù)通過輸入設備送入存儲器，計算機開始工作之后，存儲器還要為其他部件提供信息，也要保存中間結(jié)果和最終結(jié)果，因此存儲器的存入和取出的速度是計算機系統(tǒng)的一個非常重要的性能指標。存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩大類，簡稱內(nèi)存和外存。內(nèi)存儲器又稱為主存儲器，外存儲器又稱為輔助存儲器。常見的存儲器分類如圖3.1.2所示。計算機硬件系統(tǒng)輸出設備輸出設備是指從計算機中輸出信息的設備，其功能是將計算機處理的數(shù)據(jù)、計算結(jié)果等內(nèi)部信息轉(zhuǎn)換成人們習慣接受的信息形式（如字符、圖形、聲音等），然后將其輸出。常見的輸出設備有顯示器、打印機、投影儀、音箱、繪圖儀、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器等。計算機軟件系統(tǒng)軟件是指使計算機運行所需的程序、數(shù)據(jù)和有關(guān)的文檔的總和。其作用在于對計算機硬件資源的有效控制與管理，協(xié)調(diào)計算機各組成部分的工作，并在硬件提供的基本功能的基礎上擴展計算機的功能，提高計算機實現(xiàn)和運行各類應用任務的能力。計算機軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。計算機系統(tǒng)組成圖3.1.3計算機系統(tǒng)的組成計算機軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是圍繞計算機系統(tǒng)本身開發(fā)的軟件，是管理、監(jiān)控和維護計算機軟硬件資源、開發(fā)應用軟件的軟件。它處于最靠近硬件的部分，與具體應用領域無關(guān)，主要包括操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）、語言處理程序、系統(tǒng)支撐和服務程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）等。計算機軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)一組對計算機資源進行控制與管理的系統(tǒng)化程序集合，它是用戶和計算機硬件系統(tǒng)之間的接口，為用戶和應用軟件提供了訪問和控制計算機硬件的橋梁。語言處理程序用各種程序設計語言編寫的源程序，計算機是不能直接執(zhí)行，必須經(jīng)過翻譯才能執(zhí)行。系統(tǒng)支撐和服務程序這些程序它們都是為維護計算機系統(tǒng)的正常運行或支持系統(tǒng)開發(fā)所配置的軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用來建立存儲各種數(shù)據(jù)資料的數(shù)據(jù)庫，并進行操作和維護。系統(tǒng)軟件計算機軟件系統(tǒng)應用軟件為解決計算機各類應用問題而編寫的軟件稱為應用軟件。只為完成某一特定專業(yè)的任務，針對某行業(yè)、某用戶的特定需求而專門開發(fā)的軟件，如某個公司的管理系統(tǒng)等，都是應用軟件。知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)常見微型計算機的硬件設備微型計算機簡稱微機，是最普及的計算機，和一般計算機硬件系統(tǒng)一樣，也包括五大組成部分，不過，它更為緊湊和集中。微機的大部分設備都位于主機箱內(nèi)，這些設備是微機的主體，含有微處理器、主板、總線和擴展槽、內(nèi)存、適配器、硬盤、電源等。主機箱外部的設備一般有顯示器、鼠標、鍵盤、打印機、音箱等。微處理器微型計算機的CPU也稱為微處理器，是將運算器、控制器和高速緩存集成在一起的超大規(guī)模集成電路芯片，是計算機的核心部件。近年來，我國也開始了微處理器的研發(fā)，中科研制的龍芯3A4000設計為4核64位，主頻超過1.8GHz，比較適合筆記本平臺?！吧裢ぬ狻背売嬎銠C采用的是我國江南計算所自主研發(fā)的申威SW26010處理器。微處理器主板又稱為母板或系統(tǒng)板，是計算機的主體，主要用于管理和協(xié)調(diào)計算機系統(tǒng)，支持系統(tǒng)中各部件的正常運行。有了它，各種設備才能彼此溝通，使各種外部設備與計算機緊密連接在一起，形成一個有機的整體。主板上主要有CPU插槽、芯片組、內(nèi)存插槽、IDE插槽、AGP總線擴展槽、PCI插槽、BIOS芯片、外部設備接口等部分。其中，核心組成部分是芯片組。主板芯片組決定了主板的功能，主要由北橋芯片和南橋芯片組成。目前，能夠生產(chǎn)芯片組的廠家有Intel、AM等。主板外存的特點是存儲容量大、可靠性較高、價格低，在斷電后可以永久地保存信息。外存按存儲介質(zhì)的不同，可分為磁表面存儲器、光存儲器和半導體存儲器（閃存）。人們使用的磁表面存儲器主要是磁盤和磁帶，其中，磁盤又可分為硬盤和軟盤（已經(jīng)很少使用）。光盤存儲器和以U盤為代表的半導體存儲器（閃存）已成為移動存儲的主要方式。微機中的內(nèi)存一般指隨機存儲器。常用的內(nèi)存有同步動態(tài)隨機存儲器（SynchronousDRAM，）和雙倍數(shù)據(jù)傳輸速率同步動態(tài)隨機存儲器（DualDateRate）兩種。實際的內(nèi)存是由多個存儲器芯片組成的插件板（俗稱內(nèi)存條）。DDR4內(nèi)存是目前主流的內(nèi)存規(guī)格。內(nèi)存外存存儲器硬盤微機上重要的外存儲器，分固態(tài)硬盤、機械硬盤、混合硬盤三種。固態(tài)硬盤采用閃存顆粒來存儲，讀寫速度上有優(yōu)勢；機械硬盤采用磁性碟片來存儲，價格上有優(yōu)勢；混合硬盤是把機械硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤。閃存電子盤又稱U盤，已成為主流的可移動外存?？煞磸痛嫒?shù)據(jù)，不需要另外的硬件驅(qū)動設備，使用時只要插入計算機的USB插口即可。U盤容量較大，數(shù)據(jù)讀取速度快，體積小，存取時可靠性高。光盤存儲器利用激光技術(shù)存儲信息的裝置。目前，用于計算機系統(tǒng)的光盤可分為只讀型光盤、追記型光盤和可改寫型光盤等。光盤存儲介質(zhì)具有價格低、保存時間長、存儲量大等特點，在微機中被廣泛配置。存儲器總線是計算機各功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束。微機內(nèi)部信息的傳送是通過總線進行的，各功能部件通過總線連在一起。微機中的總線一般分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。目前，微型計算機的總線標準主要有PCI、AGP、USB和PCI-Express（PCI-E）等?？偩€輸入設備微型計算機常見的輸入設備是鍵盤和鼠標。鍵盤鼠標鍵盤是計算機常用的輸入設備，主要用來輸入文字。按其工作原理，可分為機械式鍵盤、塑料薄膜式鍵盤、導電橡膠式鍵盤和電容式鍵盤，其中常用的是電容式鍵盤。鼠標是一種手持式屏幕坐標定位設備，由于其外形酷似老鼠而得名。它不僅可用于光標定位，還可用來選擇菜單、命令和文件，是多窗口環(huán)境下必不可少的輸入設備。常用的鼠標器有機械式、光電式和無線鼠標。輸出設備微型計算機常用的輸出設備有顯示器、打印機。顯示器打印機計算機的顯示系統(tǒng)包括顯示器和顯示適配器。顯示器又稱監(jiān)視器，是微機最基本的必備的輸出設備。按照顯示原理，可分為陰極射線管（CRT）顯示器、離子顯示器等。按顯示器屏幕的對角線尺寸，可分為15英寸顯示器、17英寸顯示器和21英寸顯示器等打印機是微機常用的可選輸出設備，為用戶提供計算機處理的結(jié)果。利用打印機可以打印出各種資料。目前，常用的打印機可分為點陣式打印機、噴墨打印機和激光打印機。衡量打印機性能的重要指標有分辨率、打印速度、紙張大小。知識模塊1：信息技術(shù)及操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)基礎知識操作系統(tǒng)從早期的單用戶、單任務、字符界面的DOS操作系統(tǒng)，發(fā)展到了多用戶、多任務、圖形化界面的Windows操作系統(tǒng)、UNIX操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)等。是當前的三大主流操作系統(tǒng)之一，也是大型應用系統(tǒng)中最常用的操作系統(tǒng)，具有字符和圖形化兩種操作界面。是自由和開放源代碼的類UNIX操作系統(tǒng)，它除了繼承UNIX操作系統(tǒng)的特點外，還進行了許多改進，成為一個真正的多用戶的通用操作系統(tǒng)，大多數(shù)的超級計算機均采用Linux操作系統(tǒng)。是當前在計算機中最常用的操作系統(tǒng)，主要特點是圖形化的人機交互界面、豐富的管理工具和應用程序、多任務操作、與Internet的完美結(jié)合、即插即用硬件管理等。Windows操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)UNIX操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)基礎

Windows系列操作系統(tǒng)Microsoft公司從1983年開始研制Windows系統(tǒng)，最初的研制目標是在MS-DOS的基礎上提供一個多任務的圖形用戶界面。第一個版本的Windows1.0于1985年問世，它是一個具有圖形用戶界面的系統(tǒng)軟件。1987年推出了Windows2.0版，最明顯的變化是采用了相互疊蓋的多窗口界面形式，但這一切都沒有引起人們的關(guān)注。直到1990年推出的Windows3.0成為一個重要的里程碑，它以壓倒性的商業(yè)成功確定了Windows系統(tǒng)在個人計算機領域的壟斷地位。現(xiàn)今流行的Windows窗口界面的基本形式是從Windows3.0開始基本確定的。