1.2 计算机系统基础

计算机系统一般包括硬件和软件。硬件是指计算机本身和被称为外围设备的部件，即操作数据的电子和机械设备。外围设备扩展了计算机的输入、输出和存储能力。

计算机硬件本身并不提供所谓的有用“智力工具”，为使计算机具有使用价值，还需要使用计算机软件。软件中的程序是一些指令的集合，它告诉计算机如何执行某个特定的任务。在与其他计算机连接后，人们可以共享信息，计算机的效用就更大了。

1.2.1 计算机分类

按照传统分类方法，依据计算机的处理能力，通常计算机被从低到高分成四类，即微型、小型、大型和巨型计算机。一台计算机被划归哪一类，主要由它的技术、功能、物理尺寸、性能和成本等因素来决定。随着技术的发展，分类标准也在发生变化，类别之间的界限并不十分清晰。当功能更强大的计算机出现后，分类界限也会随之上移。

微型计算机（见图1-4）一般用在家庭、办公场合和小型机构里，或者作为大型系统的工作终端（有时又称智能终端）。衡量微型计算机能力的一个指标是它的处理器速度。可以以单机方式使用微型计算机，也可以连接到其他计算机（网络），与别的用户共享数据和程序。但是，即使连接到其他计算机，它主要还是处理属于其自己（终端）的工作任务。

图1-4 微型计算机

小型计算机比微型计算机处理能力更强，它可以同时执行多个人的处理任务，这些人都通过终端与小型计算机相连。所谓终端实际上是—个由键盘和显示屏组成的输入/输出设备，没有处理数据的能力。当终端发出一个处理请求时，该请求被传送到小型计算机主机，主机按要求处理数据，然后把结果送回终端。

大型机是高速、昂贵的计算机，通常用在大型信息机构中，为大量数据提供集中化的存储、操作和管理。大型机可以为许多用户同时提供处理服务，用户只需在自己的终端输入处理请求。与小型计算机相比，大型机能为更多的用户服务。为了处理大量数据，当可靠性、安全性和集中控制等因素非常重要时，就要考虑使用大型机。

巨型计算机（又称超级计算机）实际上是一个巨大的计算机系统（见图1-5），一般每秒可执行百万亿条指令，主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报，整理卫星照片，原子核的探索，研究洲际导弹、宇宙飞船等，制定国民经济的发展计划。这些任务因其项目繁多，时间性强，要综合考虑各种各样的因素，依靠巨型计算机能较顺利地完成。

图1-5 巨型计算机及其内部

我国是世界上少数几个能够研制和生产超级计算机的国家之一。由国防科技大学研制的“银河”“天河”系列计算机不仅使我国成为世界上少数几个能发布中期数值天气预报的国家之一，而且对重大自然灾害的预报能力也明显提高。2014年11月17日世界超级计算机TOP500组织正式发布第42届世界超级计算机500强排名榜，国防科技大学研制的天河二号超级计算机（见图1-6），以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，并获得四连冠。

图1-6 银河巨型机I（左图）和天河二号超级计算机

本书主要讨论微型计算机，因为人们最有可能使用这种类型的计算机，然而，其概念大多同样适用于小型机、大型机和巨型计算机系统。

1.2.2 软件

软件用来指挥计算机执行某些特定的任务，告诉计算机如何与用户交互，如何处理用户数据等。没有软件的计算机，只是一个带有电源开关的“摆设”，就像没有唱片的唱机、没有CD盘片的CD播放机。如今软件得到迅速发展，对于成千上万形形色色的任务，都能找到完成这些任务的软件。

本书的大多数章节都以Windows 7和Office 2013为软件基础环境，来介绍相关的学习内容。但由于软件本身所具有的兼容性，读者在学习时所运用的具体计算机的软件环境即使有所不同（例如Windows XP和Office 2003），一般也不会影响对学习内容的理解。

1.2.3 微型计算机的兼容性

全世界有许许多多公司都在生产微型计算机，但这些微型计算机都基于有限的几种计算机平台，当前主要的微型计算机平台是PC和Mac。

美国苹果（Apple）公司首创了个人计算机，在现代计算机的发展中树立了众多里程碑，无论是在硬件界面设计，还是在软件界面设计，都起了关键的作用。苹果公司不但在世界上最先推出塑料机壳的一体化个人计算机，倡导图形用户界面和运用鼠标，而且采用连贯的工业设计语言不断推出令人耳目一新的计算机，如著名的苹果II型机（见图1-7）、Mac系列机、牛顿掌上计算机、Powerbook笔记本计算机等。1998年苹果公司推出了全新的iMac计算机。这些努力彻底改变了人们对计算机的看法和使用方式，使日常工作变得更加友善和人性化。由于苹果公司一开始就密切关注每个产品的细节，并在后来的一系列产品中始终如一地关注设计，从而成了有史以来最有创意的设计组织。

图1-7 苹果II计算机

PC（个人计算机）是基于IBM公司生产的第一台微型计算机（IBM PC）的体系结构，它使用标准的可购买部件。现在，包括惠普（HP）、联想[2]、戴尔（Dell）等许多公司都在生产PC。为PC设计的软件常被称为Windows软件，因此，也把PC平台称为Windows平台。

所谓兼容机，是指它们的运行方式在本质上相同。如果两个计算机平台可以使用相同的软件，连接相同的外设，就称它们是兼容的。但并不是所有的微型计算机都彼此兼容。PC和Mac机被视为不兼容的平台，因为它们不能使用相同的硬件设备，不能运行相同的软件，除非添加必要的硬件或软件来进行转换。过去，在不同平台间共享数据非常困难，甚至是不可能的。在当前广泛应用的微型计算机中，有90%是PC，因此，本书主要讨论PC平台。

1.2.4 外围设备

所谓“外围设备”是指那些可以附加到计算机系统中用来加强计算机功能的设备，例如，打印机是常用的外围设备。虽然键盘、显示器、鼠标和光盘驱动器等设备一般都包含在计算机的基本系统中，但有时也被归为外围设备。

外围设备能扩充或改变基本的计算机系统。例如，买计算机时—般配备鼠标，但用户可能更喜欢使用跟踪球；可能需要增加扫描仪输入图像来扩充计算机的功能；配置上网设备可以将计算机连接到电话系统中，从而可以访问存储在其他计算机中的信息等。

当购买一个外围设备时，通常附有专门设计的软件（设备驱动程序），Windows操作系统提供了“即插即用”功能以实现外围设备驱动程序的自动安装。

1.2.5 计算机网络

计算机网络是一组连接在一起，可共享数据、硬件和软件等的计算机和其他设备，网络用户可以向网上其他用户发送消息或在中心存储设备上检索数据。使用网络上的计算机与使用独立的计算机并无太多不同，只是你因此能访问更多数据，能与他人通信。

世界上最大的计算机网络是因特网（Internet），它提供了遍及全球数百万台计算机的互联，提供了许多信息服务，其中最常用的应用是万维网（WWW），简称为Web。

网络必须能阻止非授权访问以保护其所保存的数据。大多数机构通过要求用户使用唯一的用户名和密码进行登录以限制对网上软件和数据的访问。