大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 克特 J. Prespen Eckert 和物理学家约翰 莫奇勒 John W. Mauchly 博士 通常 根据计算机所采用的物理器 件 可将计算机的发展分为四个阶段 电子管数字计算 机 晶体管数字计算机 中小规模集

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1 模块 1 概 论 计算机是 20 世纪人类最伟大的科技发明之一, 并深刻地改变着人们的工作 学习 生活 甚至思维方式 本模块从介绍计算机基本知识开始, 通过学习计算机组成部件的性能参数, 指 导读者选购一台合适的计算机 项目 1.1 计算机的诞生 发展及系统组成 项目描述 本项目通过介绍计算机的诞生 分类情况, 重点讲解计算机的软 / 硬件组成和性能指标, 为以后选购计算机打下良好的基础 项目目标 计算机的诞生过程及原因 掌握计算机系统的硬件组成和软件组成 了解微型计算机的主要性能指标 项目实施 任务 1 了解计算机的发展历史 任务 2 认识冯 诺伊曼结构计算机 任务 3 熟悉计算机的硬件组成 任务 4 熟悉计算机的软件组成 任务 5 了解计算机的主要性能指标 任务 1 了解计算机的发展历史 在人类文明发展的历史长河中, 计算工具的演化经历了从简单到复杂 从低级到高级的不同阶段, 例如从 结绳记事 中的绳结到算筹 算盘 计算尺 机械计算机等 它们在不同的历史时期各自发挥了作用, 同时也孕育了电子计算机的雏形和设计思路 1. 计算机的产生和发展 1946 年 2 月 14 日, 由美国军方定制的世界上第一台电子计算机 电子数字积分计算机 (Electronic Numerical Integrator And Calculator,ENIAC) 在美国宾夕法尼亚大学问世, 目的在于计算炮弹及火箭 导弹武器的弹道轨迹, 如图 1.1 所示 主要发明人是电气工程师普雷斯波 埃

2 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 克特 J. Prespen Eckert 和物理学家约翰 莫奇勒 John W. Mauchly 博士 通常 根据计算机所采用的物理器 件 可将计算机的发展分为四个阶段 电子管数字计算 机 晶体管数字计算机 中小规模集成电路数字计算机 大规模 超大规模集成电路计算机 计算机的特点 图 1.1 ENIAC 计算机 作为高速 自动进行科学计算和信息处理的电子计 算机与过去的计算工具相比 具有以下 6 个主要特点 1 运算速度快 计算机最显著的特点就是能以很高的速度进行算术运算和逻辑运算 其运算速度可达万万 亿次运算每秒 由于计算机运算速度快 使得如航空航天 天文气象等数据处理和数值计算等 过去无法快速处理的问题得以解决 2 计算精度高 电子计算机具有其他计算工具无法企及的计算精度 一般可达十几位 几十位 几百位以 上的有效数字精度 事实上 计算机的计算精度可根据实际需要而定 3 具有存储和 记忆 能力 计算机中的存储器能够用来存储程序 数据和运算结果 随着多媒体技术的出现 计算机 不但可以用来记录数字和符号 还可以记录声音 图像和影视等多媒体信息 4 能自动连续地运行 因为计算机具有存储和逻辑运算能力 所以它能把输入的程序和数据存储起来 在运行时 逐条取出指令并执行 实现了运算的连续性和自动化 5 可靠性高 随着微电子学和计算机技术的发展 现代电子计算机连续无故障运行时间可达几万 几 十万小时 具有极高的可靠性 用于控制宇宙飞船和人造卫星的计算机可以长时间可靠地运行 6 具有逻辑判断能力 对运算结果进行比较称为逻辑判断 例如 判断锅炉温度大于还是小于某个额定值 判断 某人的年龄是否在 20 岁以上等 计算机判断能力是计算机有别于其他传统计算工具的关键点 3 计算机的分类 计算机种类很多 可以从不同的 角度对计算机进行分类 按照 1989 年电气与电子工程师协会 IEEE 提 出的运算速度分类法 计算机可分为 巨型机 小巨型机 大型机 小型机 工作站和微型机 6 种 近年来我国巨 型机的研发取得了很大的成绩 中国 科学院的 曙光 系列和中国国防科 学技术大学的 天河 系列都是杰出 代表 其中后者如图 1.2 所示 下文 所称计算机指的是图 1.3 所示的微型计算机 2 图 1.2 天河一号 巨型机

3 模块 1 图 1.3 概论 微型计算机 当前计算机的 5 种发展趋势为巨型化 微型化 网络化 智能化和多媒体化 任务 2 认识冯 诺伊曼结构计算机 冯 诺伊曼 Von Neumann 1903 年 12 月 28 日 1957 年 2 月 8 日 见图 1.4 出生于匈牙利 20 世纪最杰出的美国籍犹太人数学家之一 现代计算机创始人之一 1946 年 6 月 冯 诺伊曼在其设计报告 电子计算机装置逻辑结构初探 一文中 系统地阐述了计算机的逻辑设计思想 主要有如下 3 点 1 采用二进制来表示各种指令和数据 2 将指令和数据同时放在存储器中 3 计算机的硬件由控制器 运算器 存储器 输入设备和输出设备 5 大部分组成 这一设计思想是计算机发展史上的一个里程碑 标志着计算机时代 图 1.4 冯 诺伊曼 的真正开始 因此 冯 诺伊曼也被誉为 现代计算机之父 一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成的 如图 1.5 所 示 硬件系统是构成计算机系统的各种物理设备的总称 是机器的实体 又称为硬设备 它通 常由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备构成 其中运算器和控制器共同组成了中 央处理器 软件系统是运行 管理和维护计算机的各类程序与文档的总称 它可以提高计算机 的工作效率 扩展计算机的功能 计算机硬件系统是计算机的躯体 软件系统是计算机的灵魂 图 1.5 计算机系统组成 3

4 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 任务 3 熟悉计算机硬件组成 1. 运算器 (Arithmetic and Logic Unit) 运算器又称为算术逻辑单元, 主要完成算术运算和逻辑运算 运算过程中, 运算器不断地从内存储器取得数据, 运算后又把结果送回内存储器保存起来 整个运算过程是在控制器的统一指挥下, 按程序中设计的操作顺序进行的 2. 控制器 (Control Unit) 控制器是计算机的指挥中心, 是对计算机发布命令的 决策机构, 用来协调和指挥整个计算机系统的操作 它本身不具有运算功能, 而是通过读取各种指令, 并对其进行翻译和分析, 而后对各部件进行相应的控制 随着电子技术的发展和电路集成化程度的提高, 运算器和控制器被集成到了一个芯片中, 该芯片称为中央处理器 (Central Processing Unit,CPU) 3. 存储器 (Memory Unit) 存储器是用来存储数据和程序的部件 对存储器操作有两种方式 : 从存储器中取出原来记录的内容, 并且不破坏存储器中的内容, 这种操作称为对存储器的 读 ; 用新的内容覆盖存储器中原来的内容, 这种操作称为对存储器的 写 根据功能的不同, 存储器可分为内存储器和外存储器两类, 简称内存和外存 4. 输入设备 (Input Device) 输入设备是把程序 数据等转换成计算机能够接受的二进制代码, 并存放于存储器中的部件 它用于向计算机输入信息, 通过输入设备, 人们可以把程序 数据和操作命令等输入计算机进行处理 5. 输出设备 (Output Device) 输出设备是把计算机处理的结果从内存中输出, 并转换成人们能够识别的形式的部件 它用于输出计算机的信息 任务 4 熟悉计算机系统软件组成计算机软件是指运行在计算机上的程序 运行程序所需的数据和相关文档的总称 计算机软件系统一般分为两大类, 包括系统软件和应用软件 1. 系统软件系统软件是指管理计算机资源 分配和协调计算机各部分工作 增强计算机功能 使用户能方便地使用计算机而编制的程序 常用的系统软件有操作系统 程序设计语言 数据库管理系统等 2. 应用软件应用软件是为某种应用或解决某类问题所编制的应用程序 应用软件处于软件系统的最外层, 直接面向用户, 为用户服务 根据服务对象来分, 应用软件可分为通用软件和专用软件两类 4

5 模块 1 概论 1 通用软件 这类软件通常是为解决某一类问题而设计的 并且这类问题是大多数人都要遇到和需要解 决的 例如微软的 Office 办公软件包含了 Word Excel PowerPoint Visio 等组件 这类软件 的内部程序之间可以共享数据 从而达到功能互补 协调操作的作用 2 专用软件 这类软件通常是为特定用户解决某一具体问题而开发的 它在计算机系统软件和通用软件 的支持下开发和运行 如游戏软件 财务专业管理软件 人事管理信息系统等 任务 5 了解计算机的主要性能指标 针对计算机的不同用途 对其部件的性能指标要求有所不同 用做科学计算为主的计算机 对主频要求较高 用做数据库管理的计算机 对存储容量 存取速度和外存储器的读写速度要 求较高 1 主频 主频又称为时钟频率 单位一般是 MHz 或 GHz 表示 CPU 内数字脉冲信号振荡的速度 一般来说 主频越高 一个时钟周期里完成的指令数就越多 当然 CPU 的速度就越快 目前 Intel 酷睿 i7 3770K 四核 8 线程 芯片的主频可达 3.5GHz 2 字长 字长是衡量计算机的重要性能指标之一 字长就是 CPU 可以同时处理数据的二进制位数 它反映了 CPU 的寄存器和数据总线的数据位数 在很大程度上决定着计算机的内存最大容量 文件的最大长度 数据在计算机内的传输速度 计算机的处理速度和精度等重要指标 微型计 算机字长有 4 位 8 位 16 位 目前主要为 32 位或 64 位 3 存储容量 存储容量包括内存容量和外存容量 内存容量越大 处理的数据范围越广 运算速度也越快 外存储容量是指磁盘和光盘等的容量 一般将一位二进制数称为 1 个二进制位 bit 8 个二进 制位记为 1 字节 Byte 内存容量一般用 KB 1024B MB 1024KB 或 GB 1024MB 来表示 安装 Windows 7 操作系统至少需要 1GB 内存 目前 微型计算机内存配置已超过 4GB 4 存取周期 存取周期也称读写周期 是计算机一次完成读 取 或写 存 信息所需的时间 它的单 位是 MIPS Million Instruction Per Second 百万条指令每秒 5 外设扩展能力 一台微型计算机可配置的外部设备的数量和类型 对整个系统性能有重大影响 例如显示 器的分辨率 多媒体接口功能和打印机型号等 都是外部设备选择中要考虑的问题 6 软件配置情况 软件配置情况直接影响着微型计算机系统的使用和性能的发挥 通常 应配置的软件有操 作系统 计算机程序设计语言以及工具软件等 另外还可配置数据库管理系统和各种应用软件 除以上主要指标外 还有兼容性 可靠性 可维护性 输入 / 输出数据传输率等指标可考 5

6 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 察计算机的性能优劣 项目小结 本项目通过 5 个任务介绍了计算机的发展历史 计算机系统的硬件组成和软件组成, 最后简单介绍了计算机的主要性能指标 其主要内容如下 : 1. 计算机发展根据电子元器件分为四代, 即第一代电子管, 第二代晶体管, 第三代中小规模集成电路, 第四代大规模 超大规模集成电路 2. 计算机具有运算速度快 计算精度高 具有存储和 记忆 能力 能自动连续地运行 可靠性高等特点 ; 其种类大体可分为巨型机 小巨型机 主机 小型机 工作站 微型机 3. 计算机系统由硬件和软件组成, 其中硬件主要包括控制器 运算器 存储器 输入设备和输出设备五大部分, 计算机软件主要分为系统软件和应用软件 4. 衡量计算机的主要性能指标是 CPU 字长 主频 内存大小及操作系统等 同步训练 1. 通过 Internet 查找资料, 写一份 500 字介绍冯 诺伊曼的资料 2. 查找我国巨型计算机的相关资料, 写出 曙光 天河 银河 等的发展情况 3. 通过 Internet 搜集被称为 蓝色巨人 的 IBM 公司的相关资料 4. 通过 中关村在线 网站, 查找目前主流计算机的配置情况 项目 1.2 计算机各个部件的性能参数 6 项目描述 从外观角度看, 一台典型的计算机主要由主机箱 显示器 键盘 鼠标 打印机等组成 主机包括主板 中央处理器 内存 显卡 声卡 硬盘 光盘驱动器等设备 购买一台计算机 时, 需要了解组成计算机各个部件的性能参数 项目目标 了解组成计算机的各个部件 掌握计算机 CPU 内存等部件的主要参数和性能 能根据自己的需求, 选择一台性价比较高的计算机 项目实施 任务 1 认识主板 任务 2 认识中央处理器 任务 3 认识内存储器 任务 4 认识外存储器 任务 5 认识输入 / 输出设备 任务 6 认识计算机接口 微型计算机的硬件是由主板 中央处理器 (CPU) 内存 I/O 接口和外部设备等部件构成 的, 其基本组成如图 1.6 所示

7 模块 1 图 1.6 任务 1 概论 微型计算机的基本组成 认识主板 主板又称为系统板 或母板 是位于机箱内底部的一块大型印制电路板 是计算机主要 的核心部件 主板要完成计算机系统管理和协调任务 支持各种 CPU 功能卡和各总线接口 的正常运行 主板通常由 CPU 插槽 CMOS 芯片 键盘接口 直流电源供电插座和 BIOS 基 本输入 / 输出系统 等组成 目前 市场上的主板主要有华硕 技嘉 微星 磐正等 其中华 硕 B85M-G 主板如图 1.7 所示 图 1.7 华硕 B85M-G 主板示意图 主板的性能主要由芯片组决定 Intel 芯片组主要有 9 系列 X99 Z97 H97 8 系列 Z87 H87 B85 和 7 系列 B75 H77 Z75 Z77 X79 AMD 芯片组主要有 APU A85 A55 A75 9 系列 X 990FX 和 8 系列 G 890GX 890FX 任务 2 认识中央处理器 中央处理器 CPU 制作在一块集成电路芯片上 也称微处理器 Micro Processor Unit MPU 计算机使用中央处理器处理数据 使用存储器来存储数据 CPU 是计算机硬件的核心 主要包括运算器和控制器两大部分 控制着整个计算机系统的工作 计算机的性能主要取决于 CPU 的性能 7

8 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 目前世界上生产微型计算机 CPU 的厂商主要有美国的 Intel 公司和 AMD 公司 通常我们 所说的 Intel 酷睿 i AMD FX-8150 等, 都是指 CPU 的型号, 如图 1.8 和图 1.9 所示 图 1.8 Intel 的 CPU 图 1.9 AMD 的 CPU CPU 的主要参数是内核的个数 主频大小 二级缓冲大小及生产工艺 表 1.1 为 Intel 公司第四代 Haswel CPU, 制作工艺是 22nm, 适合于 Z97/Z87/H87/B85 主板使用 表 1.2 为 AMD 主流 CPU 型号 表 1.1 Intel CPU 主要型号 型号 核心 参数 ( 主频 /L3/TDP) 型号 核心 参数 ( 主频 /L3/TDP) 赛扬 G1840 双核 2.8G/2MB/53W 酷睿 i 四核 3.5G/6MB/84W 奔腾 G3420 双核 3.2G/3MB/53W 酷睿 i5 4690K 四核 3.5G/6MB/88W 酷睿 i 双核 3.5G/3MB/54W 酷睿 i 四核 3.4G/8MB/84W 酷睿 i 四核 3.2G/6MB/84W 酷睿 i7 4770K 四核 3.5G/8MB/84W 酷睿 i 四核 3.3G/6MB/84W 酷睿 i 四核 3.6G/8MB/88W 酷睿 i5 4670K 四核 3.4G/6MB/84w 酷睿 i7 4790K 四核 4.0G/8MB/88W 表 1.2 AMD CPU 主要型号 FM2/FM2 + 接口 型号 核心 参数 ( 主频 /L3/ 制程 / 核显 ) A K 四核 3.7G/4MB/28nm/R7 A K 四核 3.5G/4MB/28nm/R7 A K 四核 4.1G/4MB/32nm/HD8670D A K 四核 3.8G/4MB/32nm/HD7660D A8 6600K 四核 3.9G/3MB/32nm/HD8570D A6 6400K 双核 3.9G/1MB/32nm/HD8470D X4 860K 四核 3.7G/4MB/28nm X4 760 四核 3.8G/4MB/32nm X4 740( 盒 ) 四核 3.2G/4MB/32nm X4 730 双核 2.8G/4MB/32nm FM1 接口 型号 核心 参数 ( 主频 /L3/ 制程 / 核显 ) A8-3870K 四核 3.0G/4MB/32nm/HD6550D A8-3850( 盒 ) 四核 2.9G/4MB/32nm/HD6550D A6-3650( 盒 ) 四核 2.7G/4MB/32nm/HD6530D 型号 核心 参数 ( 主频 /L3/ 制程 / 核显 ) 8

9 模块 1 概论 续表 A 盒 三核 2.1G/3MB/32nm/HD6530D A 盒 双核 2.7G/1MB/32nm/HD6410D X4 651 盒 四核 3.0G/4MB/32nm X4 641 盒 四核 2.8G/4MB/32nm X4 631 盒 四核 2.6G/4MB/32nm AM3 + 接口 型号 任务 3 核心 参数 主频 /L3/ 制程 FX8350 盒 八核 4.0G/8MB/32nm FX8320 盒 八核 3.5G/8MB/32nm FX6350 盒 六核 3.9G/8MB/32nm FX6300 盒 六核 3.5G/8MB/32nm FX4300 盒 四核 3.8G/4MB/32nm 认识内存储器 内存是计算机中用来存放指令和数据 并能由微处理器直接读写的存储器 计算机在工作时 整个处理过程用到的指令和数据都存放在内存中 它由大规模半导体集成电路芯片组成 其特 点是存取速度快 但容量有限 不能长期保存所有数据 它的容量大小会直接影响整机系统的 速度和效率 内存以内存条的形式组织 内存条插在主板的内存插槽中 其外观如图 1.10 所示 一个内存条上安装有多个 RAM 芯片 通常 微型计算机的内存容量是指 RAM 它是计算机性 能的一个重要指标 目前一般内存选配容量为 2 8GB 用户可以自己购买额外的内存条来扩 充计算机的内存容量 图 GB DDR 内存条 按照存取方式 内存储器分为随机读 / 写存储器 Random Access Memory RAM 只 读存储器 Read Only Memory ROM 和高速缓冲存储器 Cache 三类 内存一般指的是 RAM 1 RAM 是一种读写 / 存储器 其内容可以随时根据需要读出或写入 CPU 在工作时直 接从 RAM 中读数据 而 RAM 中的数据来自外存 并随着程序的不同而随时变化 RAM 的特 点主要有两个 一是存储器中的数据可以反复使用 只有向存储器写入新数据时存储器中的内 容才被更新 二是 RAM 中的信息随着计算机的断电会自然消失 所以说 RAM 是计算机中数 据的临时存储区 要想长期保存数据 必须将数据存储在外存中 2 ROM 中的数据是由设计者和制造商事先编制好并固化在里面的一些程序 使用者不 能随意更改 断电后其中的信息不会丢失 ROM 主要用于检查计算机系统的配置情况并提供 最基本的输入 / 输出控制程序 如存储 BIOS 参数的 CMOS 芯片 3 Cache 是在 CPU 与内存之间设置的一级或两级高速小容量特殊存储器 称为高速缓 冲存储器 集成在 CPU 中 在计算机工作时 系统先将数据由外存读入 RAM 再由 RAM 读 9

10 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 入 Cache, 然后 CPU 直接从 Cache 中取得数据进行操作, 解决了内存和外存之间速度不匹配的问题 内存性能的主要参数有容量 频率 延迟值 主要类型有 DDR DDR2 DDR3, 现在主要是 DDR3, 如金士顿 4GB DDR 任务 4 认识外存储器 外存储器的特点是存储容量大, 信息能永久保存, 但相对内存储器而言存取速度慢 目前, 常用的外存储器有硬盘 光盘和可移动外存 1. 硬盘硬盘是计算机主要的外部存储设备, 用于存放计算机操作系统 各种应用程序和数据文件 硬盘大部分组件都密封在一个金属外壳内, 目前有机械硬盘 (Hard Disk,HD) 和固态硬盘 (Solid State Disk,SSD) 两种, 如图 1.11 所示 图 1.11 硬盘及其内部结构机械硬盘是由若干盘片组成的盘片组, 主要由磁盘盘片 磁头组件及磁头传动结构组成 固态硬盘用来在计算机中代替机械硬盘 固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而支持的硬盘, 固态硬盘中已经没有可以旋转的盘状结构, 但是依照人们的命名习惯, 这类存储器仍被称为 硬盘 新一代的固态硬盘普遍采用 SATA-3 接口, 常见的内存颗粒理论擦写寿命为 5000 ~ 次其特点是读写速度快 功耗低 无噪声 抗震动 热量低 体积小 工作温度范围大, 缺点是价格高, 数据丢失后难以恢复 机械硬盘的内部部件要比固态硬盘复杂, 内部存在固态硬盘没有的电动机和风扇, 而且固态硬盘要比机械硬盘在工作的时候安静许多 在一般情况下, 计算机中使用的基本上都是机械硬盘, 但随着固态硬盘的发展, 固态硬盘渐渐成为用户选购的首选 10

11 模块 1 概论 硬盘在使用前要经过分区和格式化 分区是将硬盘空间划分成若干逻辑磁盘 每个磁盘可 以单独管理 单独格式化 一个逻辑盘出现问题不会影响到其他逻辑盘 格式化是在硬盘上划 分磁道 扇区 并建立存储文件的根目录 格式化时 逻辑盘上的文件会被删除 因此格式化 前应做好备份 硬盘的参数有容量 平均寻道时间 转速和接口等 硬盘的容量大小和硬盘驱动器的速度 也是衡量计算机性能的指标之一 2 光盘 光盘是通过激光束来记录和读取二进制信息的光存储产品 光盘采用聚碳酸酯制成 轨道中 凹痕和凸痕记录二进制的 0 和 1 上面覆盖一层薄铝反射层 最后再覆盖上一层透明胶膜保 护层 保护层的一面可以印刷产品标记 根据激光束及反射光的强弱不同 使用光驱可以完成信 息的读写 按照读写类型划分 光盘大致可分为 CD 系列和 DVD 系列 如图 1.12 和图 1.13 所示 图 1.12 CD 光盘 图 1.13 DVD 光驱 3 可移动外存储器 常见的可移动外存储设备有闪存卡 U 盘和移动硬盘 如图 1.14 所示 闪存卡 Flash Memory Card 基于半导体技术 具有低功耗 高存储密度 高读 / 写速度等 闪存卡种类繁多 有 Compact Flash CF 卡 索尼公司的 Memory Stick MS 和 Scan Disk SD 卡等 目前 基于闪存技术的闪存卡主要面向数码相机 智能手机等产品 可通过读卡器读取 闪存卡的信息 U 盘又称为闪盘 是闪存芯片与 USB 芯片结合的产物 具有体积小 便于携带 兼容性 好等特点 目前 容量通常为 4 64GB 移动硬盘又称为 USB 硬盘 是一种容量更大的移动存储设备 能在一定程度上满足需要 经常传送大量数据的用户的需求 容量可达几百 GB 到几 TB (a) 闪存卡 (b) U 盘 图 1.14 任务 5 (c) 移动硬盘 可移动外存储器 认识输入 / 输出设备 1 输入设备 输入设备是将数字 字符 图像 声音等形式的信息输入到计算机中的设备 基本的输入 设备有键盘 鼠标 扫描仪等 11

12 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 1 键盘 键盘是计算机系统的重要输入设备 也是计算机与外界交换信息的主要途径 键盘上通常 有 104 个键 分为主键盘区 数字键盘区 功能区和编辑区 如图 1.15 所示 目前 键盘大 多采用 USB 接口或无线方式与主机相连 随着用户层次的多样化 键盘的功能也在不断扩展 增加了多媒体功能键 如上网快捷键 音量开关键等 支持人体工程学 具有防水功能 2 鼠标 鼠标是增强键盘输入功能的重要设备 利用它可以快捷 准确 直观地使光标在屏幕上定 位 对于屏幕上较远距离的光标移动 用鼠标比用键盘移动光标方便 同时鼠标有较强的绘图 能力 是视窗操作系统必不可少的输入工具 目前 鼠标大多采用 USB 接口或无线方式与主 机相连 外观如图 1.16 所示 图 1.15 图 1.16 键盘 鼠标 3 其他输入设备 其他输入设备有扫描仪 触摸显示屏 条形码阅读器 手写笔 摄像头等 如图 1.17 所示 扫描仪是图像和文字的输入设备 可以将图形 图像 文本或照片等直接输入计算机 扫描仪 的主要技术指标有分辨率 灰度值或颜色值 扫描速度等 条形码阅读器是用来扫描条形码的 装置 可以将不同的黑白条纹转换成对应的编码输入到计算机中 (a) 扫描仪 (b) 触摸显示屏 (c) 条形码阅读器 图 1.17 (d) 手写笔 (e) 摄像头 其他输入设备 2 输出设备 输出设备将主机内的信息转换成数字 文字 符号 图形 图像或声音进行输出 常用的 输出设备有显示器 打印机和绘图仪等 1 显示器 显示器是计算机输出的 软拷贝 设备 显示器按照工作原理分为阴极射线管显示器 Cathode Ray Tube CRT 液晶显示器 Liquid Crystal Display LCD 等 是计算机必备的输出设备 如图 1.18 所示 图 显示器

13 模块 1 概论 显示器的主要技术指标包括以下几项 屏幕尺寸 用屏幕对角线尺寸来度量 以英寸为单位 如 19 英寸 24 英寸等 点距 显示器所显示的图像和文字都是由称为像素的 点 组成的 点距是屏幕上相邻两 个像素点之间的距离 点距是决定图像清晰度的重要因素 点距越小 图像越清晰 分辨率 指屏幕上每行和每列所能显示的像素点数 如 等 分辨 率越高 显示效果越清晰 高清晰度图像在低分辨率的显示器上无法 全部显示 显示器通过显卡与主机相连 显卡又称为显示适配器 它将 CPU 送来的影像数据处理为显示器可以接受的格式 再送到显示屏上形成 影像 其外观如图 1.19 所示 为了加快显示器速度 显卡中配有显示 图 1.19 存储器 当前主流的显存容量为 1GB 或 2GB 显卡 2 打印机 打印机是计算机输出的 硬拷贝 设备 目前打印机主要通过 USB 接口与主机相连 其 外观如图 1.20 所示 (a) 针式打印机 (b) 激光打印机 图 1.20 (c) 喷墨打印机 常见打印机 根据打印机方式可将打印机分为击打式打印机和非击打式打印机 击打式打印机主要是针 式打印机 又称为点阵打印机 其结构简单 打印的耗材费用低 特别是可以进行多次打印 目前针式打印机主要应用在票据打印领域 非击打式打印机常用的有激光打印机和喷墨打印机 这类打印机的优点是分辨率高 无噪 声 打印速度快 但价格比较贵 喷墨打印机还能进行大幅面打印 彩色喷墨打印机可以打印 彩色图像 3 绘图仪 绘图仪是输出图形的主要设备 绘图仪在绘图软件的支持下绘制出 复杂 精确的图形 是各种计算机辅助设计 CAD 系统不可缺少的工具 绘图仪的性能指标主要有绘图笔数 图纸尺寸 打印分辨率 打印 速度和绘图语言等 绘图仪的外观如图 1.21 所示 图 1.21 绘图仪 3 输入 / 输出设备 同一设备既可以将信息输入计算机 又可以将计算机内的信息输出 这种设备称为输入 / 输出设备 常用的输入 / 输出设备是触摸屏 触摸屏通过用户手指在屏幕上触摸来模拟鼠标的操作 如手指的点击相当于鼠标的单击 如图 1.22 所示 近年来 伴随着智能手机 平板电脑等电子产品风靡全球 触摸屏市场进入 了高速增长期 触摸屏的工作原理和传输信息的介质 分为电阻屏 电容屏 红外屏和超声屏 当前智能手机通常采用多点触控的电容屏 13

14 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 图 1.22 触摸屏 任务 6 认识计算机接口 I/O 设备的适配器通常称为接口, 它是计算机与外部设备之间通过总线进行连接的逻辑部件, 其外观如图 1.23 所示 1.USB 接口 USB(Universal Serial Bus) 接口是现代应用最为广泛的接口, 可以独立供电, 使用 USB 通用串行总线接口技术 USB 接口的特点是传输速度快 支持热插拔 连接灵活 通过 USB 连接的设备有 U 盘 键盘 鼠标 摄像头 移动硬盘 外置光驱 USB 网卡 打印机 手机和数码相机等 USB 接口的速度与版本有关,USB 2.0 的最大传输速率为 480Mbps,USB 3.0 的最大传输速率可达 5Gbps 2. 硬盘接口硬盘接口有 IDE 接口 SCSI 接口 SATA 接口, 目前微机上主要使用 SASA 接口 串行高级技术附件 (Serial Advanced Technology Attachment,SATA) 是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口, 采用串行方式传输数据, 纠错能力强, 可使硬盘超频 3. 其他外部接口其他外部接口还有 PS/2 键盘接口 PS/2 鼠标接口 IEEE 1394 接口等 PS/2 键盘接口是蓝色的, 鼠标接口是绿色的 IEEE 1394 现在只应用于音频 视频等多媒体方面, 主要连接数码设备 (a) USB 接口 (b) SATA 接口 (c) PS/2 接口 (d) IEEE 1394 接口 图 1.23 计算机常用接口 项目小结本项目通过六个任务介绍了构成微型计算机的基本组成部件及其性能和参数 其主要内容如下 : 1.CPU 是计算机数据处理的核心部件, 内存是计算机的工作场所, 选购计算机时首先要确定 CPU, 然后确定与其配套的主板 内存 硬盘等 CPU 主要分为 AMD 和 Intel 两大类 14

15 模块 1 概论 2. 内存选购的主要依据是操作系统, 不同操作系统对内存大小要求不一样, 选购原则是以适用为主, 现在 4GB 和 8GB 内存为主流 3. 计算机的另一个主要部件是硬盘 硬盘分为机械和固态两种, 机械硬盘的主要参数是容量和转数, 其特点是容量大 价格低 固态硬盘的读写速度快 价格高 其实, 最佳配置是一个小容量的固态硬盘加一个大容量的机械硬盘 光盘逐渐会被淘汰 4. 输入设备主要是键盘和鼠标 常用键盘分为电容和机械两种, 机械键盘主要为专业游戏玩家设计, 价位高, 耐用性好 鼠标也分为机械式和光电式, 机械式已被淘汰 输入设备的主要参数是功能键的多少和移动精度, 即分辨率 DPI 5. 输出设备主要是显示器和打印机 显示器种类较多, 其主要参数是分辨率 尺寸大小等 能否把显示效果体现出来主要看显卡的性能 打印机主要有针式 激光 喷墨三种类型 同步训练 1. 通过中关村在线 ( 太平洋电脑( 电脑之家 ( 等计算机网站, 了解当前计算机三大件即 CPU 内存 硬盘(SSD) 的报价情况, 并通过对比, 选出性价比最高的产品 2. 通过计算机相关网站查找关于主板的相关信息 主要包括 Intel 和 AMD 主板芯片组的类型 接口 制作工艺及使用的 CPU 等, 列举出主板品牌华硕 微星等的经典产品 3. 通过查阅资料写出机械键盘的种类, 分析它们各有什么特点, 对比普通键盘和机械键盘各自的优缺点 同样可查找鼠标的品牌和各类, 并说明专业游戏玩家鼠标和普通使用者使用的鼠标有什么不同 4.CPU 技术发展很快, 而影响计算机性能的瓶颈往往是显示卡 除了主板集成显卡和 CPU 集成显卡, 独立显卡的型号也种类繁多, 高性能显卡和入门级显卡性能与价格相差很大 请通过计算机网站提供的信息, 写出技嘉 盈通 华硕 祺祥 昂达 映众 迪兰等品牌的高 中 低端显卡的型号, 并进行性价对比 项目 1.3 选购计算机 项目描述 小李计划开个网店, 需要购置一台计算机, 计算机首先要能满足工作需要, 闲睱之余也可 供娱乐之用 在查阅了中关村在线 太平洋电脑 IT168 等网站提供的信息后, 经过分析 筛选, 购买到了自己满意的计算机 本项目主要通过分析当前主流计算机的配置情况, 了解如何选购 一台适合自己使用的计算机 项目目标 掌握计算机的选购方法 掌握选购台式计算机的技能 项目实施 任务 1 确定需求定位和选购原则 任务 2 选购台式计算机 15

16 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 任务 1 确定需求定位和选购原则计算机更新速度比较快, 用户在购买计算机之前, 一定要根据自己购买计算机的用途和经济实力, 有针对性地选择适合自己使用的计算机 1. 购置计算机的需求定位计算机的用途越来越广泛, 已经渗透到生活的各个方面 不同的用户对计算机的性能需求是不同的, 根据用户选购计算机的目的, 可选择不同配置的计算机 计算机用户分为以下几类 (1) 家庭或办公用户以日常应用为主, 比如上网下载 看电影 听音乐 使用 Office 软件等 对这部分用户来说, 过高的配置会导致计算机资源的浪费 用户可以考虑购买集成显卡和声卡的主板, 一般配置的计算机就能满足需要 (2) 游戏爱好者游戏爱好者, 特别是 3D 游戏爱好者, 必须选购功能强大的独立显示卡和高性能的显示器, 这样才能保证在玩 3D 等大型游戏时, 画面清晰流畅, 声音悦耳逼真, 使用户产生身临其境的感觉, 真正地体会游戏带来的乐趣 (3) 专业设计者计算机类的大型数据库管理系统 数学类的 MATLAB 软件 艺术设计类的 3D MAX 建筑设计和机械设计类的 CAD 系统软件, 都是比较耗资源的, 对 CPU 内存 显示器和硬盘都有一定的要求, 只有选购一台性能均衡的计算机, 才能保证应用程序的高速运行 (4) 户外使用者户外使用者主要考虑计算机的便携性, 笔记本电脑是最佳选择 此时要着重考虑电池的续航时间, 而且越轻便越好 2. 计算机的选购原则 (1) 价格与品牌兼顾有些用户在选购计算机时往往会忽略计算机的品牌而只重视计算机的售价, 事实上知名品牌的产品虽然价格高一些, 但是无论产品的技术 产品性能还是售后服务都是有保证的, 而有些厂商为了降低产品的成本, 通常会使用一些较次的配件, 其品质和售后服务很难得到保证 (2) 考虑整体性能购买计算机时主要关心核心部件的性能, 如 CPU 档次 内存容量 硬盘大小等, 有可能会忽略计算机的主板 显示器 显示卡甚至电源等的性能, 形成性能上的某个短板, 从而影响计算机整体性能的发挥 (3) 外观因素计算机已经从一种高科技产品走进寻常百姓家 对家庭用户来说, 选择一台款式新颖 与家庭环境相匹配的计算机也很重要 相对而言, 大品牌都很注重外观设计, 甚至在人体工程学等方面下了较大的功夫, 以满足用户多样性的需求 (4) 售后服务与普通家电产品相比, 计算机售后服务更为重要, 计算机的维护包括硬件维护与软件更新 用户在购买计算机之前, 一定要先了解售后服务条款, 然后再决定是否购买 16

17 模块 1 概论 任务 2 选购台式计算机 1. 台式计算机分类台式计算机根据用途不同又分为商用计算机和家用计算机 其区别是商务计算机更侧重稳定性 安全性 售后服务和技术支持 ; 而家用计算机往往会考虑计算机的性能 多媒体能力和外观等因素 典型的台式计算机是由主机和外设组成的, 而为了美观和方便, 很多厂家又推出了一体机, 一体机可视为笔记本电脑的放大版, 其特点是美丽 简洁, 但同价位的产品在性能上比传统台式机要差一些 根据品牌的不同, 台式机又可分为品牌机和 DIY(Do It Yourself) 攒机 品牌机如联想 戴尔和惠普等都是一线品牌, 优点是质量可靠, 服务周到, 缺点是不能根据用户的不同需求去订制, 而随着电子商务的发展, 在天猫 京东 苏宁易购等大型电商网站, 许多公司都可以根据用户的个人需要进行订制, 并逐渐形成自己的品牌, 如宁美国度 名龙堂 京天华盛等 DIY 品牌 DIY 的特点是价格便宜, 性价比高, 但在质量和售后服务上和一线品牌尚有差距 2. 台式机主流配置方案分析根据当前计算机硬件的发展, 针对不同用户, 设计了不同的配置参考方案, 见表 1.3 表 1.3 计算机主流配置案例 家庭或办公用户 游戏爱好者 专业设计者 硬件硬件硬件型号型号名称名称名称 型号 CPU Intel Core i CPU Intel Core i CPU Intel Xeon E3-1230v3 主板 技嘉 B85M-D3H 主板 华擎玩家至尊 B85 杀手版 主板 华硕 Vanguard B85 内存 威刚万紫千红 DDR G 内存 威刚 DDR G 内存 芝奇 RipjawsX DDR G(4 2) SSD SSD 金士顿 V300 系列 120GB SSD Intel G 机械希捷 Barracuda 1TB 64M 机械机械西部数据 1TB STAT3 64M 硬盘 SATA3 硬盘硬盘 希捷 ST2000DM001 2T 显卡 CPU 自带 显卡 影驰 GTX760 名人堂 显卡 蓝宝石 R9 290X 4G GDDR5 OC 电源 航嘉冷静王标准版 电源 航嘉 MVP500 电源 海韵 G-550 显示器可选择 24 英寸 宽屏 高清液晶显示器 以下对三种方案进行分析 (1) 家庭或办公用户配置方案分析 : 一般家庭或办公用户对计算机有三个基本要求 : 一是能够流畅而快速地运行软件, 二是硬件性能稳定, 三是偶尔能看高清视频, 这和追求图形性能的游戏计算机或专业计算机有本质的区别 方案中的 i 性能良好, 内置了可以媲美入门独立显卡 AMD7640G 和 HD6550 的核心显卡 HD4400,4GB 的内存, 可以满足高清视频和一般的日常应用 (2) 游戏爱好者方案分析 : 大多数游戏并不支持多线程处理, 都是针对双核进行优化的, 所以针对网络游戏用户, 在 CPU 和其他配置方面可以稍低一些 在 CPU 上选择性价比较高的 I5-4590, 内存方面则使用双通道的 8GB(4GB 2), 可以满足多开的需要 此外显卡没有选择发烧级的 GTX980 GTX970, 而是选择了性价比较高的主流显卡 GTX760, 玩网络游戏可以特效全开, 玩单机游戏也能开到中到高的特效, 应该能够满足大多数用户的需要 17

18 大学计算机基础 以能力为导向的项目化教程 (3) 专业设计者方案分析 :Intel Xeon E V3 拥有 3.3GHz 的基准频率和 3.7GHz 的加速频率, 性能非常接近桌面级的 I7-4770K, 但价格却仅为后者的 70% 左右, 性价比较高 华硕 B85 主板和芝奇 (G. Skill) 的内存能提供非常可靠的运行,SSD 固态硬盘则使计算机性能提升很大,R9-290X 显卡性能强劲, 对运行专业设计软件有很大帮助, 考虑到专业设计者需要存储大量的数据, 故配置 2TB 大容量硬盘 总之, 购置计算机时要在价格和性能方面理性选配, 可根据上述参考方案选择联想 惠普 戴尔 华硕 宏碁等品牌机, 也可选择电商网站提供的 DIY 攒机, 真正实现个人订制 项目小结 本项目首先确定计算机需求定位, 然后描述了购买计算机的几个原则, 并对主流计算机的配置进行分析, 为用户选购计算机进行了指导 普通办公处理或上网对计算机的硬件配置要求最低, 游戏对硬件的配置要求要高一些, 专业制图对硬件配置要求更高 更专业, 特别是对显示卡的要求较高 选购时还应考虑产品是否有良好的知名度, 选购部件时, 要注意各个部件之间的搭配要均衡 选购计算机时是选择品牌机还是选择组装机, 要综合考虑价格 性能 售后服务 配置扩展性和自己的动手能力等各方面的因素 同步训练 1. 到计算机网站调研计算机选购和组装行情, 分别针对网站开发和 3D 游戏两种不同用途, 制订相应的计算机配置方案 列出每种方案的硬件配件清单, 包括品牌型号 主要性能参数 单价 总价, 并说明配置理由 2. 显示器是计算机组成中的一个主要组成部分, 但大多数用户只知道显示器的尺寸大小 分辨率的大小 其实显示器品牌和种类很多, 请根据相关信息就显示器的品牌 尺寸 分辨率 接口 面板进行分析, 比较不同类型面板的优点和缺点 项目 1.4 学习数制与编码 18 项目描述 在计算机系统中, 数字和符号都是用电子元件的不同状态表示的, 即以电信号的开关状态 表示 根据这一特点, 计算机采用二进制来实现数据的运算和存储 本项目通过 5 个任务的学 习, 使读者掌握计算机中常用的数制和信息编码 项目目标 学习数码 基数和位权的概念 掌握进制之间的转换 熟悉字符和汉字编码 项目实施 任务 1 学习数制的基本概念 任务 2 熟悉数制之间的转换方法 任务 3 了解信息的编码方法

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