《计算机应用基础》莫骅主审；都基焱，钱宗峰编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《计算机应用基础》

【作　者】莫骅主审；都基焱，钱宗峰编

【丛书名】普通高等教育计算机类系列教材

【页 数】 326

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2020.07

【ISBN号】978-7-111-66034-7

【分 类】电子计算机-高等学校-教材

【参考文献】 莫骅主审；都基焱，钱宗峰编. 计算机应用基础. 北京：机械工业出版社, 2020.07.

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图书目录：

《计算机应用基础》内容提要：

《计算机应用基础》内容试读

第1章计算机基础知识

1.1概述

计算机是20世纪重大科技发明之一。在人类科学发展的历史上，还没有哪门学科像计算机科学这样发展得如此迅速，对人们的生活、学习和工作产生如此巨大的影响。人们把21世纪称为信息时代，其标志就是计算机的广泛应用。计算机既是一门科学，也是信息社会中必不可少的工具。因此，必要的计算机基础知识以及一定的计算机操作技能，是现代人能力素质的重要组成部分。

1.1.1计算机的发展

1.计算机的发展过程

第一台计算机一电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator And Computer,ENIAC)于1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学，是莫克利(Mauchley)教授和他的学生埃克特(Eckert)为帮助军方计算弹道轨迹而研制的。

ENIAC以电子管为主要元件，每秒钟完成5000多次加法运算，300多次乘法运算，

比当时最快的计算工具快300倍，主要应用领域为数值计算。该机器共使用18000多个电子管、1500多个继电器，占地170m2,耗电150kW,重大约30t。使用ENIAC计算时先要按照计算步骤编好指令，再按照指令连接好外部线路，最后启动机器运行并输出结果。每一个计算题目都要重复上述过程，十分繁琐且不易掌握，所以只有少数专家才能使用。

ENIAC虽是一台计算机，但它还不具备现代计算机“在机内存储程序”的主要特征。

1946年6月，曾担任ENIAC小组顾问的美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(Von Neumann)教授发表了《电子计算机逻辑结构初探》论文，并为美国军方设计了第一台存储程序式计算机(Electronic Discrete Variable Automatic Computer,.EDVAC),即电子离散变量计算机。与

ENIAC相比，EDVAC有两点重要的改进：①采用二进制，提高了运行效率；②指令存人计

算机内部。

1959年，第二代计算机出现，其特征是：以晶体管为主要元件，内存为磁心存储器，

外存为磁盘或磁带；运算速度为每秒几万到几十万次；使用高级语言（如FORTRAN、CO

BOL等)编程。其主要应用领域为数值计算、数据处理及工业过程控制。

1965年，第三代计算机出现，其特征是：以集成电路为主（集成电路就是由晶体管、电阻、电容等电子元器件集成的一个小硅片)，内存为半导体存储器，外存为磁盘；运算速度为每秒几十万次到几百万次；用高级语言编程；以操作系统来管理硬件资源。其主要应用领域为信息处理（处理数据、文字、图像等）。

1970年左右，第四代计算机出现，其特征是：以大规模及超大规模集成电路为主（一

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计算机应用基础

个芯片上可集成数十个到上百万个晶体管)，内存为半导体存储器，外存为磁盘；运算速度为每秒几百万次到上亿次。其应用领域扩展到各个方面。此时，微型计算机也开始出现，并在20世纪80年代得到了迅速推广。

20世纪80年代，日本首先提出了第五代计算机的研制计划，其主要目标是使计算机具有人类的某些智能，如听、说、识别对象，并且具有一定的学习和推理能力。

目前，科学家正在研究的新一代计算机有神经网络计算机和生物计算机等。

2.计算机的发展趋势

由于技术的更新和应用的推动，计算机一直处在飞速发展之中。无论是基于何种机理的计算机，都朝着多极化、网络化、智能化、多媒体化方向发展。

(1)多极化自20世纪90年代开始，计算机在提高性能、降低成本、普及和深化应用等方面的发展趋势仍在继续推进，巨型机、大型机、小型机、微型机有着各自的应用领域，形成一种多极化的形式。

(2)网络化计算机网络是信息社会的重要技术基础。网络化可以充分利用计算机的宝贵资源并扩大其使用范围，为用户提供方便、及时、可靠和灵活的信息服务。

(3)智能化智能化是指使计算机可模拟或部分代替人的感觉，并具有类似人类的思维能力，如推理、判断、感觉等，从而使计算机成为智能计算机。对智能化的研究包括模式识别、自然语言的生成与理解、定理自动证明、自动程序设计、学习系统和智能机器人等内容，这是一个需要长期努力才可以实现的目标。

(4)多媒体化计算机数字化技术的发展进一步改善了计算机的表现能力，使得计算机可处理数字、文字、图像、图形、视频及音频等多种信息。多媒体计算机将真正改善人机界面，使计算机向人类接收和处理信息的最自然方式发展。

1.1.2计算机的特点与分类

1.计算机的特点

曾有人说，机械可以使人类的体力得以放大，那么可以说，计算机可以使人类的智慧得以放大。作为人类智力劳动的工具，计算机具有以下主要特征。

(1)高速、精确的运算能力现代巨型计算机系统的运算速度已达到每秒数万万亿次。过去人工需要几年、几十年才能完成的大量、复杂的科学计算工作，现在使用计算机完成同样的工作则只需短短几天、几小时甚至几分钟。同时，由于计算机采用二进制运算，其运算精度与计算机的字长密切相关，目前主流微型计算机的字长为64位。

(2)强大的存储能力计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”（存储）大量的数据和程序，并将处理或计算结果保存起来。存储器不但能存储大量的信息，而且可以快速、准确地存入人和取出这些信息。

(3)准确的逻辑判断能力计算机可以对字母、符号、汉字和数字的大小和异同进行判断、比较，从而确定如何处理这些信息。另外，计算机还可以根据已知的条件进行判断和分析，确定要进行的工作。因此，计算机可以广泛应用于非数值数据处理领域，如信息检索、图形识别及各种多媒体应用领域。

(4)运行过程自动化计算机的内部操作是根据人们事先编制好的程序自动执行的，不需人工干涉。只要将程序设计好，并输入到计算机中，计算机就会依次取出指令、执行指

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计算机基础知识第1章

令规定的动作，直到得出需要的结果为止。

(5)具有网络与通信功能通过计算机网络技术可以将不同城市、不同国家的计算机连接在一起形成一个计算机网，在网上的所有计算机用户可以共享资料和交流信息，从而改变人类的交流方式和信息获取方式。

2.计算机的分类

计算机发展到今天，已是种类繁多。虽然分类方法各不相同，分类标准也并非固定不变，但却只能针对某一个特征

(1)按照处理数据的类型分类计算机可以分为数字计算机、模拟计算机。

数字计算机中的数据都是用0和1构成的二进制数表示的，其基本运算部件是数字逻辑电路。模拟计算机是以连续变化的电压/电流（模拟量）标志运算量，它可以模拟对象变化过程中的物理量。相比而言，模拟计算机比数字计算机的计算精度低、通用性差，主要用于模拟计算、过程控制和一些科学研究领域。

(2)按照使用范围分类计算机可以分为通用计算机和专用计算机。

通用计算机的功能多、通用性强、用途广泛，可用于解决各类问题。与通用计算机相比，专用计算机的功能单一，具有某个方面的特殊性能，通常用于完成某种特定工作，如军事上的计算机火炮控制系统，飞机自动驾驶、导弹自动导航等计算机控制系统。

(3)按照性能分类计算机可以分为超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站和服务器。

超级计算机是计算机中价格最贵、功能最强的计算机，主要用于尖端科学领域，如战略武器的设计、空间技术、石油勘探、中长期天气预报等，美国CDC公司的Cay系列机、我国研制的银河和曙光系列机等均属此类。

大型计算机通常具有大容量的内存和外存，可进行并行处理，具有速度高、容量大、处理和管理能力强的特点。一般用于为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，承担主服务器的功能，在信息系统中起着核心作用。

小型计算机是一种供中小企业（或某一部门）完成信息处理任务的计算机，具有结构简单、成本低廉、不需要长期培训就可以维护和使用的特点，但其可以支持的并发用户数目比较少。

微型计算机具有轻、小、（价）廉、易（用）等特点，由用户直接使用，一般只处理一个用户的任务，分为台式机和便携机两大类。

工作站是介于小型机和微型机之间的一种高档计算机，具有较强的数据处理能力、高性

能的图形功能和内置的网络功能，如HP、SUN公司生产的工作站。这里所说的工作站与网

络中所说的工作站含义有所不同，后者大多数情况下是指一台普通的个人计算机。

服务器具有功能强大的处理能力、容量很大的存储器，以及快速的输入、输出通道和联网能力。通常它的处理器采用高端微处理芯片组成。

1.1.3计算机的应用

计算机问世之初，主要用于数值计算，“计算机”也因此得名。而今的计算机几乎和所有学科相结合，在经济社会各方面起着重要的作用，在各行各业中得到了广泛应用。

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计算机应用基础

1.科学计算

科学计算主要是使用计算机进行数学方法的实现和应用，是计算机最早且最重要的应用领域，这从它的名称Calculator就可以看出。该领域对计算机的要求是速度快、精度高、存储容量大。在科学研究和工程设计中，对于复杂的数学计算问题，如核反应方程式、卫星轨道、材料的受力分析、天气预报等的计算，航天飞机、汽车、桥梁等的设计，使用计算机可以快速、及时、准确地获得计算结果。

2.实时控制

实时控制系统是指能够及时收集、检测数据，进行快速处理并自动控制被处理对象操作的计算机系统。这个系统的核心是计算机控制整个处理过程，实时控制不但是控制手段的改变，更重要的是它适应性的大大提高，它可以通过参数设定、改变处理流程实现不同过程的控制，有助于提高生产质量和生产效率。

3.数据处理与信息加工

数据处理是指非科技工程方面的所有计算、管理和任何形式数据资料的处理，包括办公自动化(Office Automation,OA)和管理信息系统(Management Information System,

MIS),如企业管理、进销存管理、情报检索、公文函件处理、报表统计、飞机票订票系

统等。数据处理与信息加工已深入到社会的各个方面，它是计算机特别是微型计算机的主要应用领域。

4.计算机辅助

计算机辅助是计算机应用的一个非常广泛的领域，计算机辅助系统包括计算机辅助设计(Computer--Aided Design,CAD)、计算机辅助制造(Computer--Aided Manufacturing,CAM)、计算机辅助教育(Computer--Aided Instruction,CAI)、计算机辅助测试(Computer-Aided

Test,CAT)、计算机仿真模拟(Computer Simulation)等。

计算机辅助设计是指利用计算机来辅助设计人员进行设计工作。例如，机械设计、工程

设计、电路设计等，利用CAD技术可以提高设计质量、缩短设计周期、提高设计自动化水

平。计算机辅助制造是指利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作，从而提高产品质量、降低成本、缩短生产周期，并且能够大大改善制造人员的工作条件。计算机辅助教育是指利用计算机帮助学习的自学系统，即将教学内容、教学方法和学生的学习情况等存储在计算机中，使学生在轻松自如的环境中完成课程的学习。计算机铺助测试是指利用计算机进行大量的复杂测试工作。计算机仿真模拟是计算机辅助的重要方面，如核爆炸和地震灾害的模拟，可以帮助人们进一步认识被模拟对象的特征。

5.人工智能

人工智能的主要目的是用计算机来模拟人的智能，其主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计出可以展现某些近似人类智能行为的计算机系统。目前的主要应用方向有：机器人、专家系统、模式识别、智能检索和逻辑推理等。

6.网络与通信

将一个建筑物内的计算机和世界各地的计算机通过各种传输介质和通信设备连接起来，就可以构成一个巨大的计算机网络系统，实现资源共享。计算机网络应用所涉及的主要技术是网络互联技术、路由技术、数据通信技术，以及信息浏览技术和网络安全等。

计算机通信几乎就是现代通信的代名词，如众所周知的移动通信就是基于计算机技术的

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计算机基础知识第1章

通信方式。

7.数字娱乐

运用计算机网络可进行娱乐活动，这对许多计算机用户来说是非常熟悉的。网络上有各种丰富的电影、电视资源，有通过网络和计算机进行的游戏，甚至还有国际性的网络游戏组织和赛事。数字娱乐的另一个重要发展方向是VR游戏(Virtual Reality Game)一只要戴上虚拟头盔，就可以进入一个可交互的虚拟场景中，看到的就是虚拟的游戏世界。

1.1.4新一代计算机

计算机的核心部件是芯片，随着科技水平的发展，芯片的制造技术也在不断的进步，芯片的革新是推动计算机发展最为根本的动力。

目前，以硅为基础的芯片在制造技术方面是有限的。随着晶体管的尺寸越来越小，芯片的发热带来的问题也越来越明显，电子的运行也很难控制，这时晶体管就不再可靠了。因此，下一代计算机无论从结构体系、工作原理还是从制造技术上都将发生革命性的改变。目前，可以通过纳米技术、光技术、生物技术、量子技术等来实现下一代计算机的研发制造。利用这些技术研究新一代计算机就成为研究的焦点。

1.模糊计算机

1956年，英国人查德创立了模糊信息理论。依照模糊信息理论，对问题的判断不是以是、非两种绝对值或0与1两种数码来表示，而是取许多模糊值，如接近、几乎、差不多等来表示。用这种模糊的、不确切的判断进行工程处理的计算机就是模糊计算机。模糊计算机是建立在模糊数学基础上的计算机。除具有一般计算机的功能外，模糊计算机还具有学习、思考、判断和对话能力，可以立即辨识外界物体的形状和特征，甚至可以帮助人类从事复杂的脑力劳动。

1985年，第一个模糊逻辑芯片设计制造成功。它1s能进行8万次模糊逻辑推理。日前，正在制造能进行64.5万次/s模糊推理的逻辑芯片。将模糊逻辑芯片和电路组合在一起，就能制成模糊计算机。

日本科学家把模糊计算机应用在地铁管理上。距离东京以北320km的仙台市地铁列车，在模糊计算机控制下自1986年以来一直安全、平稳地行驶着。车上的乘客可以不必攀扶拉手吊带。因为在列车行进中，模糊逻辑“司机”判断行车情况的错误要比人类司机少70%。1990年，松下公司把模糊计算机装在洗衣机里，它能根据衣服的肮脏程度和衣服的质料来调节洗衣程序。我国有些品牌的洗衣机也装上了模糊逻辑片。人们还把模糊计算机装在吸尘器里，可以根据灰尘量及地毯的厚实程度自动调整吸尘器功率。模糊计算机还能用于地震灾情判断、疾病诊断、发酵工程控制和海空导航巡航等方面。

2.生物计算机

生物计算机(Biological Computer)又称仿生计算机，以生物芯片取代在半导体硅片上集成数以万计的晶体管制成计算机，涉及计算机科学、大脑科学、神经生物学、分子生物学、生物物理、生物工程、电子工程、物理学和化学等有关学科。

1986年，日本开始研究生物芯片，研究有关大脑和神经元网络结构的信息处理、加工原理，建立全新的生物计算机原理，探讨适于制作芯片的生物大分子的结构和功能以及如何通过生物工程（用脱氧核糖核酸重组技术和蛋白质工程）来组装这些生物分子功

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计算机应用基础

能元件。

3.光子计算机

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存储和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，通过激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理，以光子代替电子，光运算代替电运算。光的并行高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高运算速度。光子计算机还具有与人脑相似的容错性，系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。光子在光介质中传输所造成的信息畸变和失真极小，光传输、转换时能量消耗和散发热量极低，对环境条件的要求比电子计算机低很多。

1990年年初，美国贝尔实验室研制成功世界上第一台光子计算机。由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可达1万亿次每秒。它的存储量是现代电子计算机的几万倍，还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。目前，许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合，在不久的将来，光子计算机将成为人类普遍使用的工具。

4.量子计算机

20世纪60年代，人们发现能耗导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。量子计算机的出现就是为了解决计算机中的能耗问题，其概念源于对可逆计算机的研究。

5.超导计算机

1911年，荷兰物理学家昂尼斯发现有一些材料，当它们冷却到-268.98℃时，会失去电阻，流入它们中的电流会畅通无阻，没有任何损耗，即超导现象。

超导计算机及其部件是利用超导技术生产的，其性能是一般电子计算机无法相比的。超导计算机运算速度比电子计算机快100倍，而电能消耗仅是电子计算机的千分之一。如一台大中型计算机，每小时耗电10kW,那么同样一台超导计算机只需几节干电池就可以了。

1.1.5习题

一、选择题

1.世界上第一台计算机的诞生是在()。

A.1945年

B.1946年

C.1947年

D.1948年

2.计算机与计算器的本质区别是()。

A.运算速度不一样

B.体积不一样

C.是否具有存储能力

D.自动化程度的高低

3.第一代计算机采用的电子逻辑元件是()。

A.晶体管

B.电子管

C.集成电路

D.超大规模集成电路

4.计算机根据运算速度、存储能力、功能强弱、配套设备等因素可划分为()。

A.台式计算机、便携式计算机、膝上型计算机

B.电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机

C.超级计算机、大型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站和服务器

D.8位机、16位机、32位机、64位机

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···试读结束···