本节内容
计算机发展介绍
计算机硬件组成
计算机基本原理
计算机
在当今的时代，社会已经进入到第四工业革命时代。在这个时代，计算机是最常见的工具。计算机（computer）又俗称电脑。是现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。
由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。计算机发明者约翰·冯·诺依曼。
计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变革，计算机已遍及一般学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。
计算机的应用在中国越来越普遍，改革开放以后，中国计算机用户的数量不断攀升，应用水平不断提高，特别是互联网、通信、多媒体等领域的应用取得了不错的成绩。1996年至2009 年，计算机用户数量从原来的630万增长至6710 万台，联网计算机台数由原来的2.9万台上升至5940万台。互联网用户已经达到3.16 亿，无线互联网有6.7 亿移动用户，其中手机上网用户达1.17 亿，为全球第一位。
发展历史
计算工具的演化经历了由简单到复杂、从低级到高级的不同阶段，例 
ENIAC计算机 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发挥了各自的历史作用，同时也启发了现代电子计算机的研制思想。
ENIAC计算机1889年，美国科学家赫尔曼·何乐礼研制出以电力为基础的电动制表机，用以储存计算资料。
1930年，美国科学家范内瓦·布什造出世界上首台模拟电子计算机。
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”（ENIAC Electronic Numerical And Calculator）在美国宾夕法尼亚大学问世了。ENIAC（中文名：埃尼阿克）是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的，这台计算器使用了17840支电子管，大小为80英尺×8英尺，重达28t（吨），功耗为170kW，其运算速度为每秒5000次的加法运算，造价约为487000美元。ENIAC的问世具有划时代的意义，表明电子计算机时代的到来。在以后60多年里，计算机技术以惊人的速度发展，没有任何一门技术的性能价格比能在30年内增长6个数量级。
- 第1代：电子管数字机（1946—1958年）
硬件方面，逻辑元件采用的是真空电子管，主存储器采用汞延迟线 电子管数字计算机 、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。
电子管数字计算机特点是体积大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。
- 第2代：晶体管数字机（1958—1964年）
硬件方面的操作系统、高级语言及其编译程序应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）、性能比第1代计算机有很大的提高。
- 第3代：集成电路数字机（1964—1970年）
硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路（MSI、SSI），主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。
- 第4代：大规模集成电路机（1970年至今）
硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。
由于集成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上、从而出现了微处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机，就是我们常说的微电脑或PC机。微型计算机体积小，价格便宜，使用方便，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。另一方面，利用大规模、超大规模集成电路制造的各种逻辑芯片，已经制成了体积并不很大，但运算速度可达一亿甚至几十亿次的巨型计算机。我国继1983年研制成功每秒运算一亿次的银河Ⅰ这型巨型机以后，又于1993年研制成功每秒运算十亿次的银河Ⅱ型通用并行巨型计算机。这一时期还产生了新一代的程序设计语言以及数据库管理系统和网络软件等。
随着物理元、器件的变化，不仅计算机主机经历了更新换代，它的外部设备也在不断地变革。比如外存储器，由最初的阴极射线显示管发展到磁芯、磁鼓，以后又发展为通用的磁盘，现又出现了体积更小、容量更大、速度更快的只读光盘（CD—ROM）。
时代
| 时期 | 时间 | 典型计算机 | 描述 |
| 第一代计算机 （电子管） | 1946年 2月16日 | ENIAC | 美国宾夕法尼亚大学研制的人类历史上真正意义的第一台电子计算机，占地170平方米，耗电150千瓦，造价48万美元，每秒可执行5000次加法或400次乘法运算。共使用了18000个电子管。 |
| 1950年 | EDVAC | 第一台并行计算机，实现了计算机之父“冯.诺伊曼”的两个设想：采用二进制和存储程序。 |
| 第二代计算机 （晶体管） | 1954年 | TRADIC | IBM公司制造的第一台使用晶体管的计算机，增加了浮点运算，使计算能力有了很大提高 |
| 1958年 | IBM 1401 | 这是第二代计算机中的代表，用户当时可以租用。 |
第三代计算机 1964年开始出现,60年代 IBM360 计算机软件技术的进一步发展，尤其是操作系统的逐步成熟是第三代计算机的显著特点。
（集成电路） 末大量生产。（1964-1971）
| 时期 | 时间 | 典型计算机 | 描述 |
| 第四代计算机（大规模和超大规模集成电路） | 1970年 | IBM S/370 | 这是IBM的更新换代的重要产品，采用了大规模集成电路代替磁芯存储，小规模集成电路作为逻辑元件，并使用虚拟存储器技术，将硬件和软件分离开来，从而明确了软件的价值。 |
| 1975年4月 | Altair 8800 | MITS制造的，带有1KB存储器。这是世界上第一台微型计算机。 | |
| 1977年4月 | Apple II | NMOS6500 1MHz CPU，4KB RAM 16KB ROM，这是计算机史上第一个带有彩色图形的个人计算机 | |
| 1981年8月12日 | IBM PC | 采用了主频为4.77MHz的Intel 8088CPU，内存64KB,160KB软驱，操作系统是Microsoft提供的MS-DOS | |
| 1983年1月19日 | APPLE LISA | 第一台使用了鼠标的电脑，第一台使用图形用户界面的电脑。 | |
| 1983年3月8日 | IBM PC/XT | 采用INTEL8088 4.77MHz的CPU，256K RAM和40K ROM,10MB的硬盘，两部360KB软驱。 | |
| 1984年8月 | IBM PC/AT | 采用Intel 80286 6MHzCPU， 512KB内存，20MB硬盘和1.2M软驱。 | |
| 1986年9月 | Compaq Desktop PC | 采用了Intel 80386 16MHz CPU,640KB内存，20MB硬盘，1.2M软驱，是计算机史上第一台386计算机。 | |
| 1989年4月 | DELL 80486 | 采用Intel 80486DX CPU 640KB内存， 20MB硬盘，1.2M软驱。 | |
| 1996年 | 基本配置是奔腾或者奔腾MMX 的CPU，32M EDO或者SDRAM内存，2.1G硬盘，14寸球面显示器为标准配置。 | ||
| 1997年 | 基本配置开始向赛扬处理器过渡，部分高档的机器开始使用PentiumII CPU，同时内存也由早期的EDO过渡到SDRAM，4.3G左右的硬盘开始成为标准配置。 | ||
| 1998年 | 带有128K二级高速缓存的赛扬处理器成为广大装机者的最爱，同时64M内存和15寸显示器开始成为标准配置。 | ||
| 1999年 | 部分品牌厂商开始将PentiumIII CPU作为电脑的一个卖点，64M内存和6.4G硬盘开始成为电脑的标准配置。 | ||
| 2000年 | 66M和100M外频的赛扬处理器占领了大部分品牌或兼容机的市场，128M内存，10G以上的硬盘开始成为标准配置，17寸显示器慢慢进入家庭。 | ||
| 2001年至今 | Pentium 4 CPU和Pentium 4赛扬CPU开始成为电脑的标准配置，内存由SDRAM实现了向DDR的过渡，同时17寸CRT显示器或者15寸液晶显示器开始成为用户的首选，硬盘逐渐向40G以上的容量发展。 | ||
| 苹果 iMac G5(M9248CH/A) | 处理器类型PowerPC G5配置，主频1600MHz以上，内存容量256MB，硬盘容量80GB，显示器类型17”液晶。这是苹果电脑的创新，将主机的部件全部集成到显示器内部。显示器就是一台电脑。 |
机器组成
计算机是由硬件系统（hardware system）和软件系统（software system）两部分组成的。
传统电脑系统的硬体单元一般可分为输入单元、输出单元、算术逻辑单元、控制单元及记忆单元，其中算术逻辑单元和控制单元合称中央处理单元（Center Processing Unit,CPU)。
硬件系统
- 电源
电源是电脑中不可缺少的供电设备，它的作用是将220V交流电转换为电脑中使用的5V、12V、3.3V直流电，其性能的好坏，直接影响到其他设备工作的稳定性，进而会影响整机的稳定性。手提电脑在自带锂电池情况下，为手提电脑提供有效电源。
- 主板
主板是电脑中各个部件工作的一个平台，它把电脑的各个部件紧密连接在一起，各个部件通过主板进行数据传输。也就是说，电脑中重要的“交通枢纽”都在主板上，它工作的稳定性影响着整机工作的稳定性。
- CPU
CPU即中央处理器，是一台计算机的运算核心和控制核心。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。CPU由运算器、控制器、寄存器、高速缓存及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。作为整个系统的核心，CPU也是整个系统最高的执行单元，因此CPU已成为决定电脑性能的核心部件，很多用户都以它为标准来判断电脑的档次。
- 内存
内存又叫内部存储器或者是随机存储器（RAM），分为DDR内存和SDRAM内存，（但是SDRAM由于容量低，存储速度慢，稳定性差，已经被DDR淘汰了）内存属于电子式存储设备，它由电路板和芯片组成，特点是体积小，速度快，有电可存，无电清空，即电脑在开机状态时内存中可存储数据，关机后将自动清空其中的所有数据。 内存有DDR、DDR II、DDR III三大类，容量1-64GB。
- 硬盘
硬盘属于外部存储器，机械硬盘由金属磁片制成，而磁片有记忆功能，所以储到磁片上的数据，不论在开机，还是关机，都不会丢失。硬盘容量很大，已达TB级，尺寸有3.5、2.5、1.8、1.0英寸等，接口有IDE、SATA、SCSI等，SATA最普遍。移动硬盘是以硬盘为存储介质，强调便携性的存储产品。市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础的，而只有很少部分的是以微型硬盘（1.8英寸硬盘等）为基础，但价格因素决定着主流移动硬盘还是以标准笔记本硬盘为基础。因为采用硬盘为存储介质，因此移动硬盘在数据的读写模式与标准IDE硬盘是相同的。移动硬盘多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口，可以较高的速度与系统进行数据传输。固态硬盘用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成。固态硬盘在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致但是固态硬盘比机械硬盘速度更快。
- 声卡
声卡是组成多媒体电脑必不可少的一个硬件设备，其作用是当发出播放命令后，声卡将电脑中的声音数字信号转换成模拟信号送到音箱上发出声音。
- 显卡
显卡在工作时与显示器配合输出图形、文字，作用是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，是“人机对话”的重要设备之一。
- 网卡
网卡是工作在数据链路层的网路组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。网卡的作用是充当电脑与网线之间的桥梁，它是用来建立局域网并连接到Internet的重要设备之一。
在整合型主板中常把声卡、显卡、网卡部分或全部集成在主板上。
- 调制解调器
英文名为“Modem”，俗称“猫”，即调制解调器，类型 调制解调器 有内置式和外置式，有线式和无线式。调制解调器是通过电话线上网时必不可少的设备之一。它的作用是将电脑上处理的数字信号转换成电话线传输的模拟信号。随着ADSL宽带网的普及，内置式调制解调器逐渐退出了市场。
调制解调器- 光驱
光驱- 显示器
英文名为“monitor”，显示器有大有小，有薄有厚，品种多样，其作用是把电脑处理完的结果显示出来。它是一个输出设备，是电脑必不可缺少的部件之一。分为CRT、LCD、LED三大类，接口有VGA、DVI两类。
键盘
英文名为“Keyboard”，分为有线和无线，键盘是主要的人工学输入设备，通常为104或105键，用于把文字、数字等输到电脑上，以及电脑操控。
常见计算机键盘鼠标
英文名为“Mouse”，当人们移动鼠标时，电脑屏幕上就会有一个箭头指针跟着移动，并可以很准确指到想指的位置，快速地在屏幕上定位，它是人们使用电脑不可缺少的部件之一。 键盘鼠标接口有PS/2和USB两种。硬件的鼠标分为光电和机械两种（机械已被光电淘汰）。
- 音箱
音响- 打印机
打印机- 视频设备
如摄像头、扫描仪、数码相机、数码摄像机、电视卡等设备，用于处理视频信号。
- 闪存盘
英文名为“Flash disk”，闪存盘通常也被称作优盘，U盘，闪盘，是一个通用串行总线USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，它采用的存储介质为闪存存储介质（Flash Memory）。闪存盘一般包括闪存（Flash Memory）、控制芯片和外壳。闪存盘具有可多次擦写、速度快而且防磁、防震、防潮的优点。闪盘采用流行的USB接口，体积只有大拇指大小，重量约20克，不用驱动器，无需外接电源，即插即用，不同电脑之间进行文件交流，存储容量从1～128GB不等，满足不同的需求。
移动存储卡及读卡器
存储卡是利用闪存（Flash Memory）技术达到存储电子信息的存储器，一般应用在数码相机、掌上电脑、MP3、MP4等小型数码产品中作为存储介质，所以样子小巧，犹如一张卡片，所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用，闪存卡有Smart Media（SM卡）、Compact Flash（CF卡），Multi Media Card（MMC卡），Secure Digital（SD卡）、Memory Stick（记忆棒），TF卡等多种类型，这些闪存卡虽然外观、规格不同，但是技术原理都是相同的。由于闪存卡本身并不能直接被电脑辨认，读卡器就是一个两者的沟通桥梁。读卡器Card Reader）可使用很多种存储卡，如Compact Flash or Smart Media or Microdrive存储卡等，作为存储卡的信息存取装置。读卡器使用USB1.1/USB2.0的传输介面，支持热拔插。与普通USB设备一样，只需插入电脑的USB端口，然后插用存储卡就可以使用了。 按照速度来划分有USB1.1、USB2.0以及USB3.0，按用途来划分，有单一读卡器和多合一读卡器。
软件系统
所谓软件是指为方便使用计算机和提高使用效率而组织的程序以及用于开发、使用和维护的有关文档。软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。
1、系统软件
系统软件System software,由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成，其主要功能包括：启动计算机，存储、加载和执行应用程序，对文件进行排序、检索，将程序语言翻译成机器语言等。实际上，系统软件可以看作用户与计算机的接口，它为应用软件和用户提供了控制、访问硬件的手段，这些功能主要由操作系统完成。此外，编译系统和各种工具软件也属此类，它们从另一方面辅助用户使用计算机。下面分别介绍它们的功能。
、
1）操作系统（Operating System，OS）
操作系统是管理、控制和监督计算机软、硬件资源协调运行的程序系统，由一系列具有不同控制和管理功能的程序组成，它是直接运行在计算机硬件上的、最基本的系统软件，是系统软件的核心。操作系统是计算机发展中的产物，它的主
要目的有两个：一是方便用户使用计算机，是用户和计算机的接口。比如用户键入一条简单的命令就能自动完成复杂的功能，这就是操作系统帮助的结果；二是统一管理计算机系统的全部资源，合理组织计算机工作流程，以便充分、合理地
发挥计算机的效率。操作系统通常应包括下列五大功能模块：
（1）处理器管理：当多个程序同时运行时，解决处理器（CPU）时间的分配问题。
（2）作业管理：完成某个独立任务的程序及其所需的数据组成一个作业。作业管理的任务主要是为用户提供一个使用计算机的界面使其方便地运行自己的作业，并对所有进入系统的作业进行调度和控制，尽可能高效地利用整个系统的
资源。
（3）存储器管理：为各个程序及其使用的数据分配存储空间，并保证它们互不干扰。
（4）设备管理：根据用户提出使用设备的请求进行设备分配，同时还能随时接收设备的请求（称为中断），如要求输入信息。
（5）文件管理：主要负责文件的存储、检索、共享和保护，为用户提供文件操作的方便。
操作系统的种类繁多，依其功能和特性分为分批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统等；依同时管理用户数的多少分为单用户操作系统和多用户操作系统；适合管理计算机网络环境的网络操作系统。
微机操作系统随着微机硬件技术的发展而发展，从简单到复杂。Microsoft公司开发的DOS是一单用户单任务系统，而Windows操作系统则是一多户多任务系统，经过十几年的发展，已从Windows 3.1发展Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows vista、Windows 7和Windows 8等等。它是当前微机中广泛使用的操作系统之一。Linux是一个源码公开的操作系统，程序员可以根据自己的兴趣和灵感对其进行改变，这让Linux吸收了无数程序员的精华，不断壮大，已被越来越多的用户所采用，是Windows操作系统强有力的竞争对手。
2）语言处理系统（翻译程序）
人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或称程序设计语言。计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。如果要在计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序（下简称翻译程序）。翻译程序本身是一组程
序，不同的高级语言都有相应的翻译程序。翻译的方法有两种：
一种称为“解释”。早期的BASIC源程序的执行都采用这种方式。它调用机器配备的BASIC“解释程序”，在运行BASIC源程序时，逐条把BASIC的源程序语句进行解释和执行，它不保留目标程序代码，即不产生可执行文件。这种方式速度较慢，每
次运行都要经过“解释”，边解释边执行。
另一种称为“编译”，它调用相应语言的编译程序，把源程序变成目标程序（以.OBJ为扩展名），然后再用连接程序，把目标程序与库文件相连接形成可执行文件。尽管编译的过程复杂一些，但它形成的可执行文件（以.exe为扩展名）可以反复
执行，速度较快。运行程序时只要键入可执行程序的文件名，再按Enter键即可。
对源程序进行解释和编译任务的程序，分别叫作编译程序和解释程序。如FORTRAN、COBOL、PASCAL和C等高级语言，使用时需有相应的编译程序；BASIC、LISP等高级语言，使用时需用相应的解释程序。
3）服务程序
服务程序能够提供一些常用的服务性功能，它们为用户开发程序和使用计算机提供了方便，像微机上经常使用的诊断程序、调试程序、编辑程序均属此类。
4）数据库管理系统
数据库是指按照一定联系存储的数据集合，可为多种应用共享。数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS）则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。其主要功能是建立、消除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。数据库系统主要由数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）以及相应的应用程序组成。数据库系统不但能够存放大量的数据，更重要的是能迅速、自动地对数据进行检索、修改、统计、排序、合并等操作，以得到所需的信息。这一点是传统的文件柜无法作到的。
数据库技术是计算机技术中发展最快、应用最广的一个分支。可以说，在今后的计算机应用开发中大都离不开数据库。因此，了解数据库技术犹其是微机环境下的数据库应用是非常必要的。
2、应用软件
为解决各类实际问题而设计的程序系统称为应用软件。从其服务对象的角度，又可分为通用软件和专用软件两类。