1 什么是计算机？

计算机是一种能够按照指令对各种信息（文字、图片、图像、声音）进行加工和处理的电子设备。

                  

2 第一台电子计算机

1946年，美国宾夕法尼亚大学的John·W·Mauchly和J·Presper·Eckert发明了名为“ENIAC”的通用电子计算机。

1942年，爱荷华州立大学的John·Vincent·Atanasoff和Clifford·Berry发明了名为“ABC”的电子计算机。

第一的世纪之争：http://www.docin.com/p-1836163010.html

关于谁是真正的世界上的第一台电子计算机，阿塔纳索夫、莫奇利和爱克特曾经打了一场旷日持久的官司，美国法院开庭审理了135次之后，最后在1973年10月19日由美国的一个地方法院当众宣判：“莫奇利和爱克特没有发明第一台计算机，只是利用了阿塔纳索夫发明中的构思。”

扩展知识：第一台笔记本电脑

‍美国《电脑杂志》提出1982年由康柏推出的一款手提电脑（重14公斤）应该算是世界上的第一台笔记本电脑；IBM则认为1985年其开发的一台名为“PC Convertible”的膝上电脑才是真正意义上的世界上的第一台笔记本电脑；日本人则认为东芝公司在1985年推出的“T1000”才是世界上的第一台笔记本电脑。

对于“世界上的第一台笔记本”的争夺是相当激烈的，到目前为止还没有一个准确的定论，并且这个第一名相当具有争议性。‍

3 计算机发展史

第一代（1946-1958）：电子管，体积巨大、运算速度低、存储容量小、耗电量大、价格昂贵，主要用于科学计算。

第二代（1958-1965）：晶体管，速度提高、体积减小，主要用于科学计算、数据处理、事务处理和工业控制。

第三代（1965-1970）：中、小规模集成电路，出现操作系统，主要用于文字处理、企业管理、自动控制、交通管理和情报检索等。

第四代（1970-至今）：大规模和超大规模集成电路，性能大幅提高、体积进一步缩小、价格大幅降低。

扩展知识：第五代计算机将是神经网络计算机吗？

神经网络计算机是一种具有模仿人的大脑判断能力和适应能力、可并行处理多种数据功能的计算机。它可以判断对象的性质与状态，并能采取相应的行动，而且可同时并行处理实时变化的大量数据，并引出结论。

神经网络计算机除有许多处理器外，还有类似神经的节点，每个节点与许多点相连。若把每一步运算分配给每台微处理器，它们同时运算，其信息处理速度和智能会大大提高，并且具有联想记忆、视觉和声音识别能力。

神经网络计算机的信息不是存在存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中。若有节点断裂，计算机仍有重建资料的能力。

4 计算机的分类

根据计算机分类的演变过程，通常把计算机分为六大类：

（1）巨型机：又称为超级计算机，通常是指最大、最快、最贵的计算机，每秒可以计算亿次以上的浮点运算。我国研制的银河系列就属于巨型机，其中银河一号为亿次机、银河二号为十亿次机。

（2）小巨型机：又称为桌上型超级计算机，通常是指将巨型机缩小成个人计算机的大小，或者使个人计算机具备巨型机的性能。其典型产品如美国Convex公司的C系列和Alliant公司的FX系列。

（3）大型机：又称为大型主机，它使用专用的处理器指令集、操作系统和应用软件，具有高可靠性、高可用性、高服务性、高安全性。其典型产品如IBM公司的Z系列服务器。

（4）小型机：小型机是一种采用精简指令集处理器的高性能计算机，其性能和价格在微型机和大型机之间，目前主要是指UNIX服务器。其主要厂商由IBM、HP、浪潮和富士通等。

（5）工作站：工作站是一种具有高性能的微型计算机，通常配有高分辨率大屏、多屏显示器、大容量内存和硬盘，并具有较强的针对性，主要用于计算机辅助设计、图像处理、软件工程和大型控制中心。

（6）微型机：主要是指个人计算机，也是目前发展最快的计算机类型，其应用领域极其广泛。

4.1 个人计算机的分类

个人计算机（Personal Computer，PC），源自于1981年IBM公司推出的第一款桌上型计算机型号“PC”。通常我们将个人计算机分为四种类型：

（1）台式机：台式机一般需要放置在电脑桌或者专门的工作台上，具有性价比高、扩展性好、散热性好等优点，适合在固定环境中使用。

（2）一体机：一体机将主机与显示器集成在一起，其内部线路简洁，而外观体积缩小，提高了空间利用率。当然相对而言，其扩展性和散热性也有明显降低。

（3）笔记本：笔记本是一种高度集成化的计算机，具有体积小、重量轻等优点，便于携带，但同时其性价比、扩展性和散热性也远低于台式机。

（4）平板：平板是一种无须翻盖、没有键鼠，却功能完整的计算机，其构成组件与笔记本基本相同，只是输入采用触摸屏幕。其便携性比笔记本更胜一筹，当其性能通常也比较低，大多仅能满足日常办公和娱乐需要。

4.2 个人计算机的档次

根据个人计算机的整体性能，我们通常将其划分为三个档次：

（1）高端机（游戏本）：高端机通常配置专业级或发烧级显卡，同时配有最新技术的中央处理器和内存，并且内存容量大，具有极高的图形处理能力和硬件性能，能够满足大型游戏和3D建模工作的需要。

（2）中端机（商务本）：中端机通常配置主流级或入门级显卡和较高性能的CPU，具有一定的图形处理能力和主流的硬件性能，能够满足大多数办公和娱乐需要。

（3）低端机（轻薄本）：低端机通常采用集成显卡（核显）或配置低端入门级显卡，CPU性能通常较低，因此其图形处理能力和硬件性能普遍较低，仅能够满足日常办公和娱乐需要。

5 计算机的组成

I、硬件：计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种实际物理装置的总称。其作用是计算机软件的运行提供物质基础。包括主机和外部设备两大部分：

（1）主机：主机是计算机硬件的核心，由主板、中央处理器（CPU）、内存、显卡和电源组成。

i.主板：主板是构成计算机系统的主电路板，是其他计算机硬件的载体，同时也是计算机硬件之间的物理通路和逻辑通路。它直接影响计算机系统的整体性能，以及运行时的速度和稳定性。

ii.中央处理器：CPU是一块超大规模集成电路芯片，是整个计算机系统的核心，负责控制计算机各硬件协调工作，并进行各类算术运算和逻辑运算。它直接决定了计算机系统的整体性能。

iii.内存：计算机系统的内部存储器和主存储器，是一组或多组具有数据输入输出和数据存储功能的集成电路，是计算机系统中临时存储数据和程序的主要场所，同时也是CPU与其他计算机硬件进行信息沟通的桥梁。它直接影响计算机系统的运行速度、稳定性和兼容性。

iv.显卡：显卡是连接主机和显示器之间的图形处理、转换和传输设备，即对图形函数进行加速处理，并将计算机系统中要输出的数字信号转换转换为显示器能够识别的模拟信号。它直接决定了计算机系统的图形处理能力。

v.电源：电源是将普通市电（交流电）转换为计算机系统能够使用的电压（直流电）的设备，并其他计算机硬件供电。它直接影响计算机系统的稳定性和使用寿命。

（2）外部设备：由输入设备、输出设备、外部存储器和网络设备组成。

i.输入设备：输入设备是向计算机系统输入数据和信息的设备，即将人类能够识别的数据转换成计算机系统能够处理的二进制代码。主要包括键盘、鼠标和扫描仪等。

ii.输出设备：输出设备是接收计算机系统输出数据和信息的设备，即将计算机系统的处理结果以人类能够识别的形式展现出来。主要包括显示器、音响和打印机等。

iii.外部存储器：外部存储器是指除了内存和CPU缓存以外的存储器，主要用于存放需要长期存储的数据和信息。主要包括硬盘、光驱和移动存储器等。

iv.网络设备：网络设备是将计算机系统连接到网络中，并使其能与其他计算机系统进行数据交换的设备，即用于实现计算机系统之间的数据交换。主要包括网卡、交换机和路由器等。

II、软件：计算机系统中的程序及其文档。其作用是按照用户要求控制计算机硬件，并完成用户交给计算机系统的任务。包括系统软件和应用软件两大部分：

（1）系统软件：系统软件的主要作用是管理计算机硬件，从而使各个独立的计算机硬件能够协调工作，并使用户和应用软件可以将计算机系统当作一个整体，而不需要考虑底层硬件的工作方式。主要包括Windows、Linux、Mac OS等。

（2）应用软件：应用软件是在系统软件的基础上，为了满足用户在不同领域中的应用需求而被开发出来的软件。应用软件能够为不同需求的用户提供相应的功能，极大地扩展了计算机的应用领域范围。主要包括文字处理软件、信息管理软件和辅助设计软件等。

计算机的组成示意图

注意：从习惯上来说，通常我们将硬盘和光驱看做外部设备。

6 计算机的环境要求

环境因素对计算机系统的性能、运行速度和使用寿命都有很大的影响，因此为了保证计算机系统稳定、可靠地运行，就必须为其提供一个良好的运行环境。

（1）温度：计算机系统要求环境温度在5-30℃的范围内。

如果环境温度过低，就可能导致无法检测硬盘、开机时间长、运行噪音大、运行不稳定和光驱不读盘等故障。这是由于低温是的电机轴承中的润滑油过于粘稠，阻力增大，导致电机转速不稳，甚至无法转动。

如果环境温度过高，就可能导致蓝屏、死机、自动重启、运行不稳定和元器件损毁等故障。这是由于高温会极大缩短元器件寿命，同时导致CPU温度迅速上升，从而引发CPU温度报警机制或高温关机机制。

（2）湿度：计算机系统要求环境湿度在45%-65%的范围内。

如果环境湿度过低，就可能导致无动作、磁盘信息丢失和元器件损毁等故障。这是因为湿度低于30%时，就非常容易在机箱内部产生静电。

如果环境温度过高，就可能导致元器件漏电、元器件短路、触点锈蚀、导线霉断等故障。这是因为湿度高于80%时，元器件的表面就非常容易结露。

（3）清洁度：灰尘是计算机硬件的最大杀手，很多故障都是由于灰尘导致的，因此要求机箱内外笔记保持洁净。

如果灰尘过多，就可能导致元器件漏电、元器件接触不良和元器件短路等故障。这是因为灰尘中往往含有腐蚀性和导电性物质，同时灰尘也非常容易吸收空气中的酸性物质。同时，灰尘过多还可能导致机箱内部温度迅速升高，加速元器件老化，极大缩短元器件寿命。

扩展知识：台式计算机和笔记本电脑的定期清洁

‍理论上，台式计算机一般6个月左右进行一次清洁，笔记本电脑12个月左右进行一次清洁，就可以保证计算机的正常使用了。在实际的使用过程中，何时进行清洁主要是根据计算机的使用情况来定，即如果计算机运行噪音大、机箱温度偏高，那么这时就需要对计算机进行清洁了。‍

（4）供电：大多数计算机系统都是使用市电（交流、220V、50Hz），并要求电压波动在±10%左右。极限情况下，可以在150-265V的范围内工作。

如果电压过低，就可能导致无法开机、运行缓慢、运行不稳定、自动重启和突然关机等故障。这是由于低电压会使得CPU等部件的供电不足，导致这些部件运行效率降低，甚至无法工作。同时，电压过低还可能导致硬盘物理坏道（低电压使得硬盘电机动力不足，导致磁头不断摩擦盘片，逐渐形成物理性损坏）和元器件损毁（主要是对供电元器件造成损害，这是因为低电压引起电流过大，导致热量堆积，从而烧毁元器件）等故障。

如果电压过高，就可能导致突然关机和元器件损坏（主要是对供电元器件造成损害）等故障。这是因为高电压会产生电弧，从而击穿绝缘层、烧伤触点、烧毁电路。

扩展知识：突然断电和雷击的危害

‍突然断电和雷击等会在电网中产生电压尖峰（0.001秒以内的瞬间过压）和电涌（0.001－1秒内的瞬时电压），电压尖峰和电涌都会产生电弧，从而烧毁元器件。电压尖峰和电涌都是通过有线电路进入计算机，因此对有限网卡和供电元器件有极大的威胁，因此尽量避免突然断电的情况发生（尤其是非正常关机），同时在雷雨天气避免使用计算机。‍

扩展知识：使用UPS保护计算机

‍不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换为市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供稳定、不间断的电力供应。

当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，并给蓄电池进行充电，此时的UPS相当于一台稳压器。

当市电中断时，UPS立即将蓄电池的直流电能通过逆变器切换继续向负载提供正常的交流电，维持负载的正常运行。‍

（5）接地：接地是电器设备安全防护措施中最重要的环节，正确的接地可以提高计算机系统的抗干扰能力。

如果没有接地，就可能导致元器件损毁，甚至造成人身伤害。

扩展知识：火线、零线和地线

‍火线（相线）就是在电路中传输电流的线路；零线（中性线）主要用于工作回路，从变压器中性电接地后引出主干线；地线（保护线）将负载的外壳连接大地，用于防止触电事故的线路。其中火线有电，零线一般没有电（有些情况下零线也是会电人的），地线永远没有电。

根据国家现行标准，火线一般为黄色、绿色或红色，零线为黑色或蓝色，地线为黄绿相间。

i、单相两线插座的正确接法：左零右火，即左边接零线、右边接火线。

ii、单相三线插座的正确接法：左零右火上地，即左边接零线、右边接火线、上边接地线。‍

扩展知识：计算机中的地线

‍在计算机中地线一般有三种：

i、信号地线：主要用于减少电路的高频干扰。

ii、安全地线：主要用于防止触电和漏电，同时消除干扰信号和静电。

iii、功率地线：主要用于避免对小信号电路的干扰。

目前计算机系统都采用全机接地方式，即三种地线汇聚到一点后在与大地相连，这样既安全可靠又有较强的抗干扰能力。‍

（6）电磁场：电磁干扰可能会导致数据丢失、数据处理混乱、显示器失灵、音箱发出杂音等故障。因此，应该尽量避免在强电磁干扰的地方（变电站、配电房等）使用计算机，同时也应该尽量带有磁铁的设备（音箱等）放在显示器和硬盘附近。

课件