要学习计算机知识,就要先弄明白一个概念,什么是计算机? 计算机是一个工具,是科学计算、信息管理(信息的加工和处理)的工具,犹如石器时代 的石刀、石斧,农业文明时期的铁器,工业文明时期的蒸汽机。而计算机则是这个时代必须 掌握的一个工具、一门技术。“电脑”,其专业术语称为微型计算机。“电脑”的“脑”字,是指 它对人脑的模拟,包括我们使用的手机、平板等移动设备。 计算机有什么用? 在学习和工作上,如编辑文档、做表格、处理图片、编写程序、制作短视频等方面。 在娱乐和生活上,如在线聊天、发朋友圈、打游戏、听音乐、看电影等,总之我们学习和工 作以及生活的方方面面都已经离不开计算机了。 计算机基本原理就是要学习计算机的基础,我们把基础知识分解成4个学习任务,需要 一一完成。 ● 认识微型计算机的硬件、软件。 ● 购买、配置中小型企业办公室计算机、个人计算机、笔记本电脑。 ● 掌握计算机科学的基本理论,具有从事计算机科学学习研究的坚实基础。 ● 具有刻苦钻研精神,努力学习高端科学技术。 ● 树立学好计算机技术基础知识,为学好本课程奠定基础的意识。 课程思政及素养培养目标如表1-1所示。 表1-1 课程内容与课程思政及素养培养目标关联表 知 识 点知识点诠释思政元素培养目标及实现方法 初识计算机 计算机基本概念、 发展历史、工作原 理,计算机的分类 和应用 在学习计算机发展的世界历史时,突 出我国计算机发展的辉煌历程,激发 当代大学生的爱国意识、提高文化自 信、树立为科技做贡献的理想 培养学生认知计算机发 展的知识点,从而知晓 做每一件事时,只有每 个阶段都坚持不懈,才 能出做出成绩 001 续表 知 识 点知识点诠释思政元素培养目标及实现方法 认识微型计算 机的硬件 计算机硬件、存储 器、数制 华为的通信设备和技术、芯片设计、 5G技术、研发能力等方面全球领先, 华为的计算机硬件和通信方面的设 计和制造能力,让美国感到害怕,进 而用举国之力进行打压。还有同样 像华为一样的大批中国企业,逐渐充 实着中国的实力,从而中国制作到中 国创造 培养学生要充分认识到 学习方法的重要性,在 学习过程中,提升自己 的抗压能力,从而在未 来的竞争中脱颖而出 认识计算机的 软件 计算机的操作系 统和应用软件 计算机应用软件WPS软件内存占用 低、体积小,安装和运行都非常快捷, 是一款优秀的国产办公自动化编辑 软件,民族优秀的软件产品,是中国 人的骄傲,让我们完全降低对外国同 类软件的依赖 培养学生的逻辑思维能 力,快速拓展自己的知 识面和巩固学习成果 认识和选购笔 记本电脑 笔记本电脑的基本 结构和选购要点 青年学生一定要掌握现代科技和工 具,学好技能,报效国家,成为一个有 用的人 培养学生笔记本电脑各 方面知识,了解笔记本 电脑的方便易用 任务1 初识计算机 ● 认识计算机基本概念、发展历史。 ● 认识计算机的工作原理。 ● 认识计算机的分类。 ● 认识计算机的应用。 ● 了解计算机基本概念。 ● 认识计算机发展简史。 ● 掌握计算机工作原理。 小明是一位大一新生,计算机的应用已经深入各个专业,由于自己的专业需求,小明要 购买一台计算机。为了配置一台适合自己使用且性价比高的计算机,小明需要深入了解计 算机的基本概念、发展历史、工作原理、分类、功能应用,能够掌握计算机的基本知识,从而自 002 己选购一台心仪的计算机。 学习情境1:了解计算机的发展 1.早期的计算机 1943—1946年美国宾夕法尼亚大学研制的电子数字积分器和计算机(electronic numericalandcomputer,ENIAC)是早期电子多用途计算机,长30.48米,宽6米,高2.4米, 占地面积约170平方米,如图1-1所示。一般认为它是现代计算机的始祖。 图1-1 早期的计算机ENIAC 2.计算机发展阶段 根据计算机所采用的物理器件的发展,一般把计算机的发展分成四个阶段,习惯上称为 四代。第 一代:电子管计算机时代(从1946年到20世纪50年代后期),其主要特点是采用电 子管作为基础器件。 第二代:晶体管计算机时代(从20世纪50年代中期到60年代后期),采用的主要器件逐 步由电子管改为晶体管,缩小了体积,既降低了功耗,提高了速度和可靠性,也降低了价格。 第三代:集成电路计算机时代(从20世纪60年代中期到70年代前期),计算机采用集 成电路作为基本器件,功耗、体积、价格进一步下降,速度和可靠性相应地提高。 第四代:大规模集成电路计算机时代(从20世纪70年代初至今),70年代初,半导体存 储器迅速取代了磁芯存储器,并不断向大容量、高速度发展,开启了现代计算机的篇章。 学习情境2:了解计算机的工作原理 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 计算机的工作过程是通过输入设备(键盘或鼠标等)输入用户的操作命令或数据,计算 机的处理单元(微处理器)接收到输入命令后,进行运算并将结果在计算机的输出设备(显示 003 器或打印机等)上输出,也可以将结果保存在计算机的存储器(硬盘或软盘)上。因此,计算 机对于某种输入命令所要进行的对应操作,是由事先保存在计算机中的程序决定的,如图1-2 所示。 图1-2 冯·诺依曼体系 最新的计算机系统结构有了很大的新发展,但系统运行和内部基本结构上变化不大,仍 是冯·诺依曼体系结构。 学习情境3:了解计算机的分类 根据计算机规模、结构分成4个类型,分别是:巨型机、大型机、小型机、微型机。 (1)巨型机,现代科学技术,尤其是国防技术的发展,需要有很高运算速度、很大存储容 量的计算机。随着集成电路、微处理器的发展,出现了阵列结构的巨型机。中国的天河二号 和神威·太湖之光都先后成为过全球最快超级计算机之首。 (2)大型机,代表各个时期先进计算技术的大型通用计算机。 (3)小型机,规模小、结构简单所以设计试制周期短,便于及时采用先进工艺,生产量 大,硬件成本低。小型机可以进行分析和测量仪器的数据采集、整理、计算等。 (4)微型机,微型机的出现与发展,掀起计算机大普及的浪潮,经过了4位、8位、16位、 32位、64位微处理器的发展,如图1-3所示。 图1-3 微型机———华为商用台式计算机 004 本书所说的计算机基本原理,主要以微型机为主,因为微型机与我们的生活学习最为密 切相关。 学习情境4:了解计算机的应用 计算机的应用原则上应该分成科学计算和非数值计算两大类。后者包括信息处理、过 程控制、计算机辅助设计、计算机辅助教学、人工智能等,其应用范围远远超过前者。计算机 的应用已形成了一门专门的学科,它主要包括以下几方面的内容。 1.科学计算 科学计算即纯数值计算,主要用于解决科学研究领域的一些复杂的数学问题,通常计算 量大而且精度要求高。例如:气象预报、人造卫星轨道的计算等都属于这方面的应用。 2.过程控制 过程控制是指利用计算机对生产或其他过程中的数据及时采集,并按最佳方案实现自 动化。过程控制可以提高自动化程度、减轻劳动强度、提高生产效率、降低生产成本、保证产 品质量的稳定。 3.信息处理 信息处理是计算机应用最广泛的领域之一。信息处理是指用计算机对各种形式的信息 (如文字、图像、声音等)收集、存储、加工、分析和传送的过程。当今社会,计算机在信息处理 领域的应用,对办公自动化、管理自动化乃至社会信息化都起着积极的促进作用,如图1-4 所示。 图1-4 计算机应用软件WPS 4.计算机辅助系统 计算机辅助系统包括辅助设计、辅助制造、辅助教学。计算机辅助设计简称为CAD,它 是利用计算机帮助人们进行各种工程和复杂产品的设计。CAD技术不仅提高了设计质量, 005 而且提高了自动化程度,大大缩短了新产品的设计与试制周期,从而成为生产现代化的重要 手段,如图1-5所示。计算机辅助制造简称为CAM,它是利用计算机直接控制零件的加工, 实现无图纸加工。计算机辅助教学简称为CAI,它是指利用多媒体和网络技术,使得网上教 学和远程教学得以实现。 图1-5 计算机应用软件AUTOCAD 任务2 认识微型计算机的硬件 ● 了解微型计算机。 ● 认识微型计算机硬件组成。 ● 认识计算机的存储器。 ● 了解数制在计算机中的表示。 ● 认识计算机的存储器(内存和外存)。 ● 能够掌握常用数制及其转换。 ● 认识二进制的算术运算及逻辑运算。 通过任务1的学习,小明了解计算机的基本概念、发展历史、工作原理、分类、功能和应 用,但还觉得不够了解计算机,想要进一步学习硬件组成、存储、数制及其转换。 006 学习情境1:微型计算机的分类 微型计算机的特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便,从单纯的计算工具发展成 为能够处理数字、符号、文字、语言、图形、图像、音频、视频等多种信息的强大多媒体工具,微 型机分以下类型。 (1)台式机:台式机是应用非常广泛的微型计算机,是一种独立分离的计算机,体积相 对较大,主机、显示器等设备一般都是相对独立的,需要放置在电脑桌或者专门的工作台上, 因此命名为台式机,如图1-3所示。 (2)一体机:一体机是由一台显示器、一个键盘和一个鼠标组成的计算机。它的芯片、 主板与显示器集成在一起,显示器就是一台计算机,因此只要将键盘和鼠标连接到显示器 上,机器就能使用,如图1-6所示。 图1-6 一体机 (3)笔记本电脑:笔记本电脑是一种小型、可携带的个人计算机,通常质量为1~3kg。它 和一体机架构类似,但是它具有更好的便携性。笔记本电脑提供了键盘和触控板,如图1-7 所示。 图1-7 华为笔记本电脑 007 学习情境2:认识微型计算机硬件组成 微型计算机的台式机是我们办公和学习常用的。其硬件分成主机、外部设备和周边设 备3个部分。主机是指机箱里面即插即用板卡和芯片,如图1-8所示。外部设备是指显示 器、绘图仪、鼠标和键盘。周边设备是指打印机、音箱、移动硬盘、U 盘等。 图1-8 华为台式计算机主机 1.主机 1)主板 主板是计算机中最重要的部件之一,是整个计算机工作的基础,与其他配件采用即插即 用的连接方式,插在主板上的硬件有:CPU、内存条、显卡、声卡、网卡等。同主板连接的硬 件有:机箱电源、硬盘、光驱、软驱和外设件键盘、鼠标等,如图1-9所示。 图1-9 计算机主板 2)CPU CPU 是中央处理器的简称,它作为计算机系统的运算和控制核心,是信息处理、程序运 行的最终执行单元。CPU 自诞生以来,在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大 008 发展,如图1-10所示。 图1-10 CPU 3)内存条 内存条是主板上的存储部件。在计算机内部,CPU 直接与内存沟通,用来存储数据,存 放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序,如图1-11所示。 4)显卡 显卡的全称是显示器适配卡,现在的显卡都是3D 图形加速卡,它是连接主机与显示器 的接口卡。显卡的作用是将主机的输出信息转换成字符、图形和颜色等信息,传送到显示器 上显示,如图1-12所示。 图1-11 内存条 图1-12 显卡 5)硬盘 计算机硬盘是计算机最主要的存储设备。硬盘(harddiskdrive,HDD )由一个或者多 个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬 盘,被永久性地密封固定在硬盘驱动器中,图1-13所示。 图1-13 硬盘 009 2.外部设备 1)显示器 显示器(display)通常也被称为监视器。显示器是属于计算机的I/O 设备,即输入输出 设备,如图1-14所示。 图1-14 显示器 2)键盘 键盘是最常用也是最主要的输入设备,通过键盘,可以将英文字母、数字、标点符号等输 入计算机中,从而向计算机发出命令、输入数据等,如图1-15(左)所示。 图1-15 键盘鼠标套装 3)鼠标 鼠标的标准称呼应该是“鼠标器”,英文名mouse。鼠标的使用是为了使计算机的操作 更加简便,鼠标按其工作原理分为机械鼠标和光电鼠标,如图1-15(右)所示。 3.周边设备 1)音箱 音箱是计算机的音频设备,它通过声卡输出声音,如图1-16所示。 2)打印机 打印机可以将文字和图像的打印输出,如图1-17所示。 3)投影仪 投影仪又称投影机,是将图像或视频投射到幕布上的设备,如图1-18所示。 4)U 盘 U 盘全称USB闪存盘,它是一种使用USB接口的微型高容量移动存储设备,在计算机 010