作者：崔强,罗南林
出版社：中国铁道出版社有限公司
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计算机应用基础任务教程试读：
前言
PREFACE随着计算机技术的发展与普及，计算机在人们的工作和生活中变得越来越重要，已经成为一种必不可缺的工具，在如今的社会中，不会使用计算机，将寸步难行。同时随着信息教育的大力推广，大学新生计算机知识的起点也越来越高，大学计算机基础课程的教学已经不再是零起点，很多学生在中学或者高中阶段都系统地学习了计算机基础知识，并具备相当的操作和应用能力，新一代大学生对大学计算机基础课程教学提出了更新、更高、更具体的要求。
计算机应用基础是一门实践性很强的公共基础课，是一门融理论、技能、实训于一体的课程。根据教育部的最新规定，结合公共课为专业课服务的宗旨，我们特意编写这本书。本书的一大特点是为学生提供一种案例式情景学习氛围，通过结合实际的案例，采用案例驱动、任务分解的模式来安排教材内容。实现理论与实践相结合，由浅入深、循序渐进地介绍计算机相关知识与操作技能。另外，为了加强学生的理论水平和实践能力，在每个案例的任务拓展后还加入了知识链接，为学生全面学习计算机相关知识奠定基础，扩大了知识面。
本书共分为6个单元（23个任务），单元1介绍了计算机基础知识，使学生了解计算机，特别是计算机硬件知识，培养学生能够简单维护计算机的能力；单元2介绍了Windows 7操作系统，培养学生优化计算机、管理计算机的能力；单元3介绍了Word 2010的基础知识和技能，培养学生使用Word进行文字处理的能力；单元4介绍了Excel 2010的基础知识和技能，培养学生使用Excel进行数据管理的能力；单元5介绍了PowerPoint 2010的基础知识和技能，培养学生使用PowerPoint制作演示文稿的能力；单元6介绍了网络基础知识和应用，培养学生配置和管理局域网的能力以及使用网络浏览器、管理网页的能力。
本书由崔强、罗南林任主编，张燕丽、陈玉琴、杨善友、吴伟姣、洪文圳、李梅任副主编。各单元的主要编写人员分工如下：杨善友负责编写单元1，张燕丽负责编写单元2，洪文圳负责编写单元3，崔强、李梅负责编写单元4，陈玉琴负责编写单元5，吴伟姣负责编写单元6。全书由罗南林、崔强策划、审稿、统稿并定稿。
为了方便教学，本书配有电子教案，以及各个单元的素材和习题答案，读者登录http://www.tdpress.com/51eds/下载相关资料。
本书结合学生、企业的实际案例，整合各个专业学生的不同需求，集合有丰富教学经验的一线教师完成编写，在本书的编写过程中，得到了许多专家和同仁的大力支持，谨此向他们表示最真挚的感谢。由于计算机技术发展迅速以及编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请专家和广大读者不吝批评指正。编者2017年11月单元1计算机基础知识【学习目标】
在计算机出现之初，人们对于计算机并不是很了解，毕加索就曾经说过“Computers are useless. They can only give you answers.”那个时候的计算机只具有简单的数据处理功能。
现如今，计算机已经广泛应用到各个领域之中，与人们日常工作、学习生活息息相关。计算机现在已经在金融、物流、通信、网络、监控、教育、传媒、医疗、电子政务和电子商务等各个领域中发挥着很重要的作用，成为人们生活中不可取代的工具。
通过本单元的学习，读者将掌握以下知识及技能：
● 现代计算机的特点、发展及应用
● 进位计数制及其转换方法
● 计算机系统组成的基本知识
● 计算机常用安全设置和杀毒软件的使用1.1任务1 认识计算机
任务描述
计算机已经是家喻户晓，计算机的使用规模也在不断扩大。它是20世纪人类最伟大的科学技术发明之一，是现代科学技术与人类智慧的结晶，对人类社会的生产和生活产生了极其深刻的影响。我们有必要深入认识计算机。
任务分析
认识计算机主要从计算机的发展历史、计算机的特点、计算机的应用领域、计算机中的数制和编码等方面去认识。
任务分解
本任务可以分解为以下4个子任务。
子任务1：了解计算机的发展简史
子任务2：了解计算机的特点及分类
子任务3：了解计算机的应用领域
子任务4：了解计算机中的数制和编码任务实施1.1.1 了解计算机的发展简史
步骤1：认识计算机的发展
世界上第一台通用计算机于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生，取名叫“电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator and Calculator）”，简称ENIAC。这台计算机使用了约18000个电子管，质量超过30t，功率为150kW，长30.48m，宽6m，2高2.4m，占地面积约170m ，每秒执行5000次加法或400次乘法指令，是手工计算的20万倍，造价48万美元。它的诞生有着划时代的意义，宣告了计算机时代的到来。
ENIAC是第一台正式投入运行的计算机，但它并不具备现代计算机“在机内存储程序”的主要特征。在ENIAC的研制过程中，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了著名的冯·诺依曼思想，并在此基础上成功地研制出了第一台“存储程序式”计算机——离散变量自动电子计算机EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer），这一思想奠定了现代计算机的基础。
冯·诺依曼思想主要包括以下3个方面的内容。（1）计算机由五大基本部件组成。五大基本部件包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。（2）计算机内部采用二进制。二进制只有“0”和“1”两个数码，具有运算规则简单、物理实现简单、可靠性高和运算速度快等特点。（3）采用存储程序控制计算机工作的原理。事先把需要计算机运行的程序和处理的数据以二进制形式存入计算机的存储器中，运行时在控制器的控制下，计算机从存储器中依次取出指令并执行指令。从而完成人们安排的工作，这就是存储程序控制的工作原理。
自第一台计算机诞生以来，根据计算机所采用的电子元器件的不同，计算机的发展经历了四个阶段：电子管时代（1946—1958年）、晶体管时代（1959—1964年）、小规模集成电路时代（1965—1970年）、大规模集成电路时代（1971年至今）。可以说，电子元器件技术的发展尤其是硅集成电路集成度的日益提高，使得计算机性能不断提高，体积不断缩小，而价格却不断下降，见表1-1。表1-1 计算机的发展简史
步骤2：认识微型计算机的发展
IBM公司于1981年推出第一台真正意义上的个人计算机（Personal Computer），型号为PC/XT，采用的CPU（中央处理器）型号为Intel 8088。自此以后，PC系列的微机机型得到了巩固和加强，并取得了迅速的发展，见表1-2。表1-2 微机发展简表续表
从表1-2中可以看出，微机的发展取决于微机中核心部件CPU技术的发展。CPU更新换代，则微机也更新换代。1.1.2 了解计算机的特点及分类
步骤1：认识计算机的特点
一般计算机具有以下几个显著特点：
1.运算速度快
运算速度是指计算机每秒能执行多少条指令。常用单位是MIPS，即每秒执行多少个百万条指令。例如：主频为3.1GHz的酷睿i5微机的运算速度为每秒31亿次，即3100MIPS。
2.计算精确度高
例如：如今微机内部数据位数为64位（二进制），可精确到19位有效数字（十进制）。圆周率π的计算，有人曾利用计算机算到小数点后200万位。
3.“记忆”能力强
计算机的存储器（内存储器和外存储器）类似于人的大脑，能够“记忆”大量的信息。它能把数据、程序存入，进行数据处理和计算，并把结果保存起来。
4.逻辑判断能力强
逻辑判断是计算机的又一基本能力，在程序执行过程中，计算机能够进行各种基本的逻辑判断，并根据判断结果来决定下一步该执行哪条指令。这种能力，保证了计算机信息处理的高度自动化。
5.支持人-机交互
计算机具有多种输入/输出设备，配上适当的支持软件后，可支持用户进行方便的人-机交互，并且界面友好，操作方便。
步骤2：认识计算机的分类
计算机按其功能和规模，一般可分为五大类。
1.巨型机
这类计算机价格昂贵，功能最强，主要用于战略武器的计算、空间技术、石油勘探、天气预报等领域，仅有少数国家能够生产。我国于20世纪80年代末、90年代中先后推出了自行研制的银河-Ⅰ、银河-Ⅱ、银河-Ⅲ等巨型机。2016年11月公布的世界超级计算机排名中，居首位的是我国自主芯片制造的“神威·太湖之光”，其浮点运算速度为每秒12.5亿亿次，也是全球唯一一台计算速度超过10亿亿次的超算。另外，我国的“天河二号”排名第二。
2.中型机
中型机一般以大型主机的形式存在，具有很强的数据处理能力，一般应用于大中型企事业单位的中央主机。例如：IBM公司生产的IBM 4300、3090及9000系列都属于这种类型。
3.小型机
其功能略逊于中型机，但它结构简单、成本较低、维护方便，适用于中、小企业用户。例如：美国DEC公司的VAX系列机型，IBM公司的AS/400系列等都属于小型机。
4.微型计算机
微型计算机又称个人计算机（Personal Computer），简称PC。价格便宜、功能齐全，广泛应用于个人用户，是最普及的机种。
5.工作站
工作站是一种高档微机，性能介于PC机和小型机之间。工作站一般配有高分辨率的大屏显示器及大容量存储器，具有较强的图形处理功能。1.1.3 了解计算机的应用领域
随着计算机技术的飞速发展，计算机的应用领域也不断地得到拓展。其主要应用领域为：
1.科学计算
科学计算是计算机应用最早的领域之一，同人工计算相比，计算机不仅速度快，而且精度高。科学计算是指在科学研究和工程技术中所提出的数值计算问题。例如：导弹弹道的计算、人造卫星轨迹的计算、天气预报等。
2.事务数据处理
事务数据处理是目前计算机应用最广泛的领域。例如：银行管理系统、财务管理系统、人事管理系统。大大提高了管理质量和管理效率。
3.实时控制
实时控制又称过程控制，是指计算机通过各种传感器及时采集数据，然后对被控对象进行自动调节或自动控制。例如：水泥生产自动控制、高炉炼铁自动控制等。
4.计算机辅助系统
计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是工程技术人员利用计算机进行相关设计的技术，它需要专门的应用软件来支持。例如：AutoCAD设计软件。
计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）是指在机械制造业中，利用计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程。
计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）是通过计算机软硬件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。
计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）是利用计算机进行辅助教学的技术。它是一个新的应用领域。利用计算机开展多媒体教学，具有直观、图文并茂、能调动学生学习兴趣等特点，具有广阔的应用前景。
5.计算机网络通信
计算机网络是计算机技术与现代通信技术结合的产物，它使不同地区的计算机之间实现软、硬件资源共享，大大促进各地区计算机间信息传输和处理，对现代社会人类的生活产生了深远的影响。例如：现代远程教育的开展、交通订票系统、电子商务活动等。可以说，现代计算机的应用已离不开计算机网络。1.1.4 了解计算机中的数制和编码
步骤1：了解信息和数据
信息（Information）在现实世界中是广泛存在的，例如：数字、字母、各种符号、图表、声音、图片等。但是，所有的信息计算机都不能直接处理，因为计算机内部采用二进制，也就是说，计算机内部只认识“0”和“1”两种信息。因此，任何形式的信息都必须通过一定的转换方式转变成计算机能直接处理的数据，我们将这个过程称为“数字化”。
数据（Data）是在计算机内部存储、处理和传输的各种“值”，对用户来说是信息。换句话说，数据是信息在计算机内部的表示形式。信息处理也就是数据处理。
信息技术（IT）就是对信息进行采集、转换、加工、处理、存储、传输的技术，它是由计算机技术和现代通信技术共同演绎的，其中计算机技术充当着核心角色。
步骤2：了解进位计数制
1.进位计数制
数制是人们对数量计数的一种统计规律。将数字符号按顺序排列成数位并遵照某种从低位到高位的进位方式计数来表示数制的方法称为进位计数制，简称计数制。进位计数制是一种计数方法，日常生活中广泛使用的是十进制，此外还大量使用其他进位计数制，如二进制、八进制、十六进制等。
那么，不同计数进位制的数怎么表示呢？为区分不同的数制，约R2定对于任一R进制的数N记作“（N） ”。如（1100） 表示二进制816数1100，（567） 表示八进制数567，（89AC） 表示十六进制数89AC。不用括号及下标的数默认为十进制数。此外还有一种表示数制的方法，即在数字的后面使用特定的字母表示该数的进制。具体方法是D（Decimal）表示十进制，B（Binary）表示二进制，O（Octal）表示八进制，H（Hex）表示十六进制。若某数码后面未加任何字母，则默认为十进制数。
无论使用哪种计数制，数制的表示都包含基数和位权两个基本的要素。（1）基数：指某种进位计数制中允许使用的基本计数符号的个数。（2）位权：指在某种进位计数制表示的数中用于表明不同数位上数值大小的一个固定常数。不同数位有不同的位权，某一个数位的数值等于这一位的数字符号与该位对应的位权相乘。R进制数的位权是R的整数次幂。例如，十进制数的位权是10的整数次幂，其个位的01位权是10 ，十位的位权是10 。
2.十进制
在日常生活中，人们习惯于采用十进制记数。看下面的例子：
通过上面的例子，我们可以总结出十进制记数的规律：（1）一个十进制数字有10个记数的数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，称为基数为10。（2）逢十进一。（3）数码在数字中所处的位置不同，则它所代表的数值是不同的。如上例的数码9，在个位数上表示9，在十位数上表示90，在百012位数上表示900……这里的个（10 ）、十（10 ）、百（10 ）……称为位权。可见位权的大小是以基数为底，以数码所在位置序号为指数的整数次幂。
因此，一个十进制数可以写成按位权展开的一个多项式。例如：210-1-2
999.99=9×10 +9×10 +9×10 +9×10 +9×10
3.二进制
计算机内部主要采用二进制处理信息，任何信息都必须转换成二进制形式后才能由计算机处理。
二进制所用到的数码个数有两个，分别是0、1，称为基数为2，逢二进一。二进制数的位权是2的整数次幂。例如，一个二进制数11010.001按位权展开的多项式为43210-12（11010.001） =1×2 +1×2 +0×2 +1×2 +0×2 +0×2 +0×-2-32 +1×2
二进制数的运算规则见表1-3。表1-3 二进制数的运算规则
由此可见，二进制具有运算规则简单且物理实现容易等优点。因为二进制中只有0和1两个数字符号，因此可以用电子器件的两种不同状态来表示二进制数。例如，可以用晶体管的截止和导通，或者电平的高和低表示1和0等，因此在计算机系统中普遍采用二进制。
但是二进制又具有明显的缺点，即数的位数太长且字符单调，使得书写、记忆和阅读不方便。为了克服二进制的缺点，人们在书写指令，以及输入和输出程序等时，通常采用八进制数和十六进制数作为二进制数的缩写。
4.八进制
八进制所用到的数码个数有8个，分别是0、1、2、3、4、5、6、7，称为基数为8，逢八进一。
5.十六进制
十六进制所用到的数码个数为16个，分别是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，称为基数为16，逢十六进一。
步骤3：了解计数制间的转换
各计数制之间可以相互转换，表1-4所列为各进制间数制对照表。表1-4 进制间数值对照表
每个二进制数、八进制数或十六进制数都可以写成按位权展开的一个多项式。2【例1】 写出二进制数（1011.01） 的按位权展开式。3210-1-22
解：（1011.01） =1×2 +0×2 +1×2 +1×2 +0×2 +1×2 3210-1-2
其中，2 ，2 ，2 ，2 ，2 ，2 是二进制数相应位的位权值。8【例2】 写出八进制数（516） 的按位权展开式。2108
解：（516） =5×8 +1×8 +6×8 210
其中，8 ，8 ，8 是八进制数相应位的位权值。16【例3】 写出十六进制数（8AE） 的按位权展开式。21016
解：（8AE） =8×16 +A×16 +E×16 210
其中，16 ，16 ，16 是十六进制数相应位的位权值。
1.其他进制数转换成十进制
方法：将其他进制数按位权展开后再相加即可。2【例4】 把二进制数（1011.01） 转换成十进制数。3210-1-22
解：（1011.01） =1×2 +0×2 +1×2 +1×2 +0×2 +1×2 10
=（11.25） 8【例5】 把八进制数（516） 转换成十进制数。2108
解：（516） =5×8 +1×8 +6×8 10
=（334） 16【例6】 把十六进制数（8AE） 转换成十进制数。21016
解：（8AE） =8×16 +A×16 +E×16
=8×256+10×16+14×110
=（2222）
2.十进制数转换成二进制数
方法：将一个十进制数（包含整数部分和小数部分）转换成二进制数时，先将十进制数的整数部分转换成二进制整数，采用的方法是“除2取余逆序”的方法，再将十进制数的小数部分转换成二进制小数，采用的方法是“乘2取整顺序”的方法。10【例7】 将十进制数（202.375） 转换成二进制数。10
解：第一步，先将十进制整数部分（202） 转换成二进制数，采用“除2取余逆序”的方法。102
所以（202） =（11001010） 10
第二步，再将十进制小数（0.375） 转换成二进制小数，采用“乘2取整顺序”的方法。102
所以（0.375） =（0.011） 102
故（202.375） =（11001010.011）
特别提示： 多数情况下，很多十进制小数连续乘以2取整后，结果仍不为0，此时只取二进制近似值到指定位数。
3.二进制数与八进制数之间的转换
1）将二进制数转换成八进制数
方法：三位并一位。以小数点为中心，分别向左、向右，每3位二进制数为一组用一个八进制数码来表示（不足3位的用0补足，其中整数部分左补0，小数部分右补0）。2【例8】 将二进制数（10010010.10001） 转换成八进制数。28
故（10010010.10001） =（222.42）
2）将八进制数转换成二进制数
方法：一位拆三位。将每个八进制数码用3位二进制数来书写。8【例9】 将八进制数（516.75） 转换成二进制数。82
故（516.75） =（101001110.111101）
4.二进制数与十六进制数之间的转换
1）二进制数转换成十六进制数
方法：四位并一位。从小数点开始，分别向左、向右，每4位二进制数为一组用一个十六进制数码来表示（不足4位的用0补足，其中整数部分左补0，小数部分右补0）。2【例10】 将二进制数（100111101.11001） 转换成十六进制数。216
故（100111101.11001） =（13D.C8）
2）十六进制数转换成二进制数
方法：一位拆四位。将每个十六进制数码用4位二进制数来表示。16【例11】 将十六进制数（6CF.1C） 转换成二进制数。162
故（6CF.1C） =（11011001111.000111）
步骤4：了解计算机的数据单位
在计算机内部，常用的数据单位有位、字节和字等。
1.位（bit，b）
它是指二进制数的一个位，音译为比特。位是表示计算机数据的最小单位。一个位就是二进制数的一个“0”或一个“1”。
2.字节（Byte，B）
字节是表示计算机数据的基本单位，通常把8个二进制位作为一个字节（B），即1B=8bit或1B=8b。
3.字（Word）
字是指计算机内部一次存储、传送、处理操作的信息单位。字所含有的二进制位数称为字长，它直接关系到计算机的计算精度、功能和速度。例如：字长为64位的计算机，即指该计算机内部一次能够传送和运算64位的二进制数。
4.其他数据单位
为表示存储器容量大小，除了以字节（Byte）为单位外，常用的容量单位还有：KB（KiloByte）、MB（MegaByte）、GB（GigaByte）、TB（TeraByte）、PB（PetaByte）、EB（ExaByte）、ZB（ZettaByte）和YB（YottaByte）。它们之间的换算关系为：10220
1KB=1024B=2 B 1MB=1024KB=1024 B=2 B330440
1GB=1024MB=1024 B=2 B 1TB=1024GB=1024 B=2 B
……
步骤5：了解计算机常用信息编码
1.ASCII码
ASCII码全名为American Standard Code for Information Interchange，即美国国家信息交换标准码，原为美国国家标准，现已成为在世界范围内通用的字符编码标准。7
ASCII码由7位二进制数组成，因此一共定义了2 =128个符号，其中有33个控制码，位于表的左首两列和右下角位置上，其余95个为数字、大小写英文字母和专用符号的编码。例如：字母A的ASCII码为1000001（十进制为65）。表1-5列出了ASCII码的编码表。表1-5 ASCII编码表
2.汉字的编码
1）汉字交换码（国标码）
1981年，我国颁布了“中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码”，代号为GB 2312—1980。它是汉字交换码的国家标准，又称“国标码”。该标准收录了汉字和图形符号7445个，包括6763个常用汉字和682个图形符号，其中常用汉字又分为两个等级，一级汉字有3755个，二级汉字有3008个。一级汉字按拼音排序，二级汉字按部首排序。
国标码规定，每个字符由一个2字节的二进制代码组成。其中，每个字节的最高位恒为“0”，其余7位用于组成各种不同的编码。因此，2个字节的代码共可表示128×128=16384个符号。目前国标码仅使用了其中7000多个编码，还可扩充。
2）汉字机内码
汉字机内码，简称内码，是计算机内部存储汉字时所用的编码。计算机既要处理汉字，又要处理西文。为了在计算机中区别某个编码值是汉字还是西文，可以利用一个字节编码的最高位来区别，若最高位为“0”，则视为ASCII码字符；若最高位为“1”，则视为汉字字符。
所以，在计算机内部要能同时处理汉字和西文，就必须在国标码的基础上，把2个字节的最高位分别由“0”改为“1”，由此构成了汉字机内码。汉字机内码与国标码的关系是（H表示十六进制）：
汉字机内码第一字节=国标码第一字节+80H
汉字机内码第二字节=国标码第二字节+80H
例如：汉字“吧”的国际码为3049H，即它的国际码第一字节为00110000，国际码第二为01001001。那么，汉字“吧”的机内码为B0C9H，即它的机内码第一字节为10110000，机内码第二字节为11001001。
3）汉字输入码（外码）
汉字输入码是指从键盘上输入的代表汉字的编码，又称汉字外码。例如：区位码、五笔字型码、拼音码、表形码等。
当用户向计算机输入汉字时，存入计算机内部的总是它的机内码，与所采用的输入法无关。输入码仅是供用户选用的编码，即“外码”，而机内码则是计算机识别的“内码”，其码值是唯一的。
为了便于使用，GB 2312—1980的国家标准将其中的汉字和其他符号按照一定的规则排列成为一个大的表格，在这个表格中，每一（横）行称为一个“区”，每一（竖）列称为一个“位”，整个表格共有94区，每区有94位，并将“区”和“位”用十进制数字进行编号：即区号为01～94，位号为01～94。
根据汉字的国家标准，用两个字节（16位二进制数）表示一个汉字。但使用16位二进制数容易出错，比较困难，因而在使用中都将其转换为十六进制数使用。国标码是一个四位十六进制数，区位码则是一个四位的十进制数，每个国标码或区位码都对应着唯一的汉字或符号，但因为十六进制数人们很少用到，所以大家常用的是区位码，它的前两位称为区码，后两位称为位码。
汉字区位码与国标码的关系是（H表示十六进制）：
汉字国标码第一字节=区位码第一字节+20H
汉字国标码第二字节=区位码第二字节+20H
4）汉字字形码
在输出汉字（如显示或打印汉字）时要用到汉字字形码。一个汉字的字形点阵数据构成了该汉字的字形码，所有汉字字形码的集合称为汉字字形库，简称汉字库。例如，汉字“你”的字形码如图1-1所示。
汉字的字形码分为16×16点阵、24×24点阵、32×32点阵、48×48点阵等，甚至还有108×108点阵、576×576点阵的字库。表示一个汉字字形的点数越多，打印的字体越美观，但汉字占用的存储空间也越大。例如：一个16×16点阵的汉字占用32个字节（Byte），则两级汉字共占用约256KB。其他点阵字库占用存储空间的情况，读者可自行计算。图1-1 汉字“你”的字形码
一般情况下，显示汉字使用16×16点阵，打印汉字可选用24×24、32×32或48×48点阵的字库，而108×108点阵、576×576点阵字库，主要用于精密照排系统中，且需要庞大的存储容量。
各种汉字编码的关系如图1-2所示。图1-2 汉字编码之间的关系
任务拓展
任务：认识超级计算机
任务描述：了解超级计算机的应用，以及我国在超级计算机领域的发展，如神威·太湖之光、天河二号。1.2任务2 购买与组装微型计算机
任务描述
小陈是一名大学一年级新生，为了大学学习的方便，需要购买一台学生用计算机，计划花费4200元左右。要求购买的计算机能做文字处理、表格处理、网页制作等工作，并对一般病毒有防毒和杀毒功能。
任务分析
实现本任务，首先要进行市场调查，了解硬件的行情，列出合理的采购计划及软硬件配置清单，采购后安装相应的应用软件。
任务分解
本任务可以分解为以下3个子任务。
子任务1：认识计算机系统的组成
子任务2：购买并配置计算机硬件
子任务3：安装计算机软件系统任务实施1.2.1 认识计算机系统的组成
一般来说，一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。硬件系统是指构成计算机的电子线路和各种机电装置的物理实体。软件系统是指为了运行、管理和维护计算机所编制的各种程序和相关数据的集合。没有配备任何软件的计算机称为“裸机”，裸机是无法正常工作的。计算机系统的基本组成如图1-3所示。图1-3 计算机系统的组成
从图1-3可以看出，计算机的硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中，运算器和控制器常常集成在一块集成电路芯片内，合称为中央处理器（Center Process Unit），简称CPU，它是计算机的核心部件。CPU和内存储器合称为计算机的主机，而外存储器和输入设备、输出设备一起，合称为外围设备，简称外设。五大部件之间的联系如图1-4所示。图1-4 计算机五大部件之间的联系示意图
控制器是计算机的指挥中枢，其作用是统一指挥和协调各个部件的工作。控制器从存储器中将程序取出并根据程序的要求向各部件发出操作命令。
运算器又称为算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit），简称ALU。其功能是完成各种算术运算和逻辑运算，运算时从存储器中取得原始数据，并将运算结果送回存储器中，整个过程都在控制器的指挥下进行工作。
存储器主要用来存放数据和程序，是计算机的记忆部件。存储器分为内存储器和外存储器。
输入设备的作用是接收用户输入的数据和程序，并将其数字化后保存到存储器中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
输出设备的作用是将存储器中存放的运算结果（二进制代码）转换成相应的字符或图形。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、投影仪等。1.2.2 购买并配置计算机硬件
步骤1：选购CPU
CPU又称微处理器，主要由运算器和控制器两大部件组成，它是微型计算机的核心部件，如图1-5所示。
CPU的主要任务就是取出指令，解释指令并执行指令。可以说CPU的性能决定了一台微机的性能，CPU的主要技术指标有字长和主频。
1.字长
指CPU内部一次基本操作所包含的二进制代码的长度。一般来说，字长越长，计算机的精度越高，处理速度越快。目前主流CPU的字长一般为64位。
2.主频
指CPU工作时的时钟频率。一般来说，CPU主频越高，则工作节拍越快，计算机运行速度也越高。目前主流CPU的主频一般在3GHz以上。表1-6列出了目前主流CPU的主要技术指标。图1-5 CPU表1-6 目前主流CPU的主要技术指标
根据市场调查，为小陈选购的CPU为：Intel酷睿i3 7350K。
步骤2：选购主板
微机的主机箱内有一块较大的电路板，称为主板或母板。它是微机最基本的也是最重要的部件之一，如图1-6所示。图1-6 主板
主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。
主板采用了开放式结构。主板上大都有6～15个扩展插槽，供PC机外围设备的控制卡（适配器）插接。通过更换这些插卡，可以对微机的相应子系统进行局部升级，使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。总之，主板在整个微机系统中扮演着举足轻重的角色。可以说，主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个微机系统的性能。
根据市场调查，为小陈选购的主板为：华硕PRIME B250M-PLUS。
步骤3：选购内存储器
内存储器简称内存，又称主存储器，如图1-7所示。图1-7 内存
内存的主要功能是直接与CPU进行数据交换，主要存放当前运行的程序、待处理的数据及运算结果。内存的存取速度和辅助存储器相比要快得多。
内存储器一般按字节分成许多个存储单元，每个存储单元都有一个编号，称为存储单元地址。CPU在内存中存取数据时可通过地址找到相应的存储单元。对存储单元进行存/取数据的操作称为写/读操作。
1.分类
内存一般分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
1）RAM（Random Access Memory）
RAM中信息既可以读，又可以写，主要用来存放用户的数据和程序，在计算机断电以后，RAM中存放的信息就会丢失。
RAM一般采用半导体存储器，半导体存储器由于结构上的不同又分为静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）。静态存储器体积大、功耗高、速度更快，但价格贵；而动态存储器体积小、功耗低、速度相对较慢，价格便宜，因此现在的主流RAM大都采用DRAM。
2）ROM（Read Only Memory）
ROM中的信息只能读，不能写入，它一般是由制造厂家一次性写入的，在计算机断电后，ROM中存放的信息不会丢失。
ROM中存放的是一段系统程序，称为基本输入/输出系统，简称BIOS。它的主要功能是启动计算机，完成加电自检并引导操作系统；提供许多设备的驱动程序，如键盘、显示器、硬盘、打印机、串口等。
2.Cache
Cache称为高速缓冲存储器，简称缓存，是一种速度更快的特殊的内存储器，它一般采用半导体存储器中存取速度更快的静态存储器（SRAM）。Cache的引入是为了协调高速的CPU与低速的RAM之间的速度差，以提高系统的整体性能。Cache一般分为三级，有一级Cache、二级Cache和三级Cache。早期的一级Cache集成在CPU内部，容量较小；二级Cache在主板上，容量相对大些，但从Pentium Pro开始，Cache已全部集成在CPU芯片中，Cache的容量一般在3～16MB，见表1-6。
3.主要技术指标
1）内存容量
主要指RAM容量，一般来说，内存容量越大，它所存储的数据及程序就越多，计算机运行速度就越快。目前常见的微机内存配置一般在2～16GB。
2）存取周期
存取周期是指对内存进行一次读/写操作所需的时间，显然，存取周期越短，则存取速度越快。
3）内存频率
内存频率是与存取周期相关的一个技术指标。内存频率越高，则存取周期越短，存取速度越快，实际上“内存频率”这个参数更常用。例如：目前的主流内存DDR4 DRAM，其内存频率一般在1333～3000MHz。
根据市场调查，为小陈选购的内存为：金士顿骇客神条Fury DDR4 2400 8GB。
步骤4：选购外存储器
外存储器简称外存，又称辅助存储器。辅助存储器一般存储容量较大，且关机断电后存放在其中的数据不会丢失，但存取速度相对较慢。正因为其存储速度较慢，所以，CPU并不直接与外存打交道。需要时先将外存中的信息调入内存，然后再与内存交换信息。
因此，目前微机中实际上采用了三个层次的存储体系，如图1-8所示，它是为解决存储器容量、速度与价格的矛盾提出来的。其中，Cache的读/写速度最快，RAM次之，辅助存储器再次之；从存储容量来看，辅助存储器容量最大，RAM次之，Cache再次之。
微机常用的外存储器有：磁盘存储器、光盘存储器或其他一些可移动存储器。磁盘存储器又分为软盘存储器和硬盘存储器。图1-8 微机的三级存储体系
1.软盘存储器
常用的软盘直径为3.5英寸，简称3寸盘。如图1-9所示。软盘盘片上涂有一层磁性材料，可由软盘驱动器中的磁头来读/写盘片上的信息。
软盘必须经过格式化才可使用。所谓格式化就是在软盘上划分磁道和扇区。3寸盘一般为双面，每面有80个磁道（从外向内，从0开始编号），每道18个扇区。软盘存储器容量可由下式计算：
软盘容量=磁道数×每磁道扇区数×每扇区字节数×磁盘面数
一般每扇区存放的字节数是固定的，都是512B（字节），因此，3寸盘的容量为1474560B（即1.44MB）。
3寸盘上有一个写保护口。若推动保护口上的滑块使保护口打开时，3寸盘就处于写保护状态，此时只能对该盘片进行读操作而不能进行写操作。软盘现已被淘汰。
2.硬盘驱动器
硬盘也是一种磁记录存储器，其存储原理与软盘存储器相似，只不过它是由多个金属盘片和多个磁头全部密封在一个容器内组成的，采用这种技术的硬盘称为温盘，如图1-10所示。图1-9 软盘图1-10 硬盘
硬盘的主要技术指标有：容量、转速、尺寸等。
1）容量
硬盘的容量越来越大，目前主流硬盘的容量已达500GB～2TB，其容量比内存大得多。
2）转速
指磁头读/写信息时围绕盘片旋转的速度。目前主流硬盘的转速都在7200r/min，而软盘的转速一般是300r/min，故硬盘不仅容量大，且读/写速度也比软盘快得多。
3）缓存
缓存是硬盘上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外部数据传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。目前硬盘的缓存大小有：8MB、16MB、32MB、64MB等几种。
3.固态硬盘
固态硬盘（Solid State Drives）简称固盘，如图1-11所示。图1-11 固态硬盘
固态硬盘是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、DRAM芯片）组成。
固态硬盘具有传统机械硬盘不具备的快速读/写、质量轻、能耗低以及体积小等特点，但其价格较为昂贵，容量较低。
4.光盘存储器
光盘存储器是一种新型存储设备，具有容量大、寿命长、价格低等特点。目前，一张CD光盘的容量约为700MB；DVD光盘单面4.7GB，双面8.5GB；蓝光光盘（BD）的容量则比较大，BD单面单层25GB、双面50GB、三层75GB、四层100GB。光盘的读/写是通过光盘驱动器来实现的。
光盘驱动器（简称光驱）的一个重要指标是光驱的“倍速”，即数据传输率。单倍速传输速度CD为150KB/s，DVD为1350KB/s，BD为4500KB/s。光驱倍速越大，存取速度越快。一般而言，光驱的读/写速度比硬盘慢。
光盘一般分为：只读型光盘（CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM）、一次写入光盘（CD-R、DVD-R、BD-R）和可擦写光盘（CD-RW、DVD-RW、DVD-RAM、BD-RW）三种类型。
5.可移动存储器
可移动存储器是指可方便携带的存储器，软盘就是一种可移动存储器。除软盘外，常用的可移动存储器还有移动硬盘、U盘等。
目前应用最广的可移动存储器要数U盘（通过USB接口接入），它是一种新型的半导体存储器，具有体积小、质量轻、容量较大、使用方便等特点，其存储容量一般为64GB～2TB。
根据市场调查，为小陈选购的硬盘：固态硬盘为金士顿G2 120GM.22280；机械硬盘为希捷的ST1000DM003，容量为1TB。
步骤5：选购基本输入设备
在微机中，最常用的输入设备是键盘和鼠标。
1.键盘
键盘是微机中最基本的输入设备，它主要提供字符、数字的数字化输入。目前，微机上常用的键盘有101键或104键。
键盘一般分为四个区域：打字键区、编辑键区、功能键区和数字键区。（1）打字键区。与标准英文打字机的键盘相似，包括数字、字母、各种符号及一些控制键。（2）编辑键区。位于打字键区和数字键区之间，主要用于光标定位的编辑操作。（3）功能键区。键盘最上一排，有【F1】～【F12】共12个功能键，它们的功能由具体的应用软件来确定。（4）数字键区。位于键盘最右面，主要为录入大量的数字提供方便。
2.鼠标
在Windows操作系统等图形界面环境下，鼠标已成为微机的另一必备的输入设备，它通过在屏幕上的坐标定位完成输入操作。
常用的鼠标有机械式和光电式两种，它们的定位机理不同，但在使用操作上是一样的。鼠标上有左、右两个按键，称为左键、右键，鼠标的基本操作有移动、单击（左键、右键）、双击（左键）、拖动等。
根据市场调查，为小陈选购的键盘、鼠标为：罗技MK260套装。
步骤6：选购基本输出设备
微机中常用的输出设备有显示器和打印机。
1.显示器
微机中常用的显示器有阴极射线管（CRT）显示器和液晶显示器（LCD）。如图1-12和图1-13所示。显示器的尺寸以屏幕对角线长度来表示，常用的有22英寸及27英寸等。图1-12 CRT显示器图1-13 液晶显示器
1）CRT显示器
CRT显示器通过显示适配器（显卡）与计算机相连。显卡由字符库、刷新存储器、控制电路和接口组成，以实现将计算机中的信息转换成模拟信号并在显示器上显示。常见的显卡有VGA（视频图形阵列）显卡和增强型VGA卡。
CRT显示器的显示质量不仅与CRT显示器有关，还与显卡有关。有关的技术因素有：CRT显示器点距、分辨率、扫描频率等。（1）点距。指一种给定颜色的一个发光点与它相邻的同色发光点之间的距离，这种距离不能用软件来更改。在相同分辨率下，点距越小，图像越清晰。目前显示器常见的点距有0.20mm和0.21mm。（2）分辨率。指屏幕上水平方向和垂直方向所显示的像素数，例如：分辨率1024×768表示显示器在水平方向能显示1024个点，在垂直方向能显示768个点，分辨率越高，则屏幕显示的像素点越多，图像也越清晰。（3）扫描频率。指屏幕在一秒内刷新的次数。一般而言，分辨率高的图像最好用75Hz以上的扫描频率才能达到屏幕稳定、不闪烁的画面效果。
由于CRT显示器块头大、功率高、发热大，刷新率不高有明显的闪烁感，不利于保护视力等缺点，如今基本被淘汰。
2）液晶显示器
LCD（Liquid Crystal Display）由液晶显示屏及相关控制电路组成，其核心部件就是液晶显示屏，简称液晶屏。液晶屏的基本结构是由两片玻璃基板与中间的液晶体组成的薄形盒，因此，它具有超薄、体积小、功耗低、无电磁辐射、显示质量高等优点。
目前市场上常用的液晶显示器为TN-LCD显示器，尺寸为22英寸、23英寸、24英寸等。液晶显示器有一个重要指标，即它的观看角度（视角）。一般而言，液晶显示器必须从正前方观看才能获得最佳视觉效果，若从其他角度观看，则画面的亮度会发暗、颜色会改变，甚至某些产品会由正像变为负像。目前效果最好的LCD显示器，其水平可视角度可达176º，垂直可视角度可达170º。
根据市场调查，为小陈选购的显示器为：三星S24E360HL。
2.打印机
打印机是以纸为介质的一种输出设备，它的输出结果称为硬拷贝。目前微机中应用最多的打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。
1）针式打印机
针式打印机主要由走纸机构、打印头和色带等部件组成，它是通过所打印出来的点阵来组成字符或图形的，如图1-14所示。
目前使用最多的是24针打印机，即打印头上有24根钢针。针式打印机结构简单，价格相对便宜，适用于打印量大、精度低的场合，尤其适应于多层纸打印场合，其缺点是打印速度较慢，噪音大，印字质量不高。
2）喷墨打印机
喷墨打印机是用喷墨代替针打，即通过精细的喷头将特制墨水喷在纸上产生字符或图形，如图1-15所示。图1-14 针式打印机
喷墨打印机价格便宜，打印质量高，具有彩色打印功能，但耗材昂贵。
3）激光打印机
激光打印机是激光技术和电子照相技术相结合的产物，如图1-16所示。它具有高速、高精度、低噪音等特点，但价格昂贵。图1-15 喷墨打印机图1-16 激光打印机
激光打印机的打印质量一般以其分辨率（dpi）来表示（每英寸点数）。目前激光打印机的分辨率一般为600dpi。
最终，建议小陈的个人计算机的硬件配置如表1-7所示。表1-7 建议个人计算机硬件配置清单续表
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