计算机基础知识
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
计算机（computer）俗称电脑，是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。
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。
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，同时也启发了电子计算机的研制和设计思路。
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。
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第1代：电子管数字机（1946—1958年）
ENIAC计算机 电子管数字计算机
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、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。
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。
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第2代：晶体管数字机（1958—1964年）
硬件方的操作系统、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。
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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，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。
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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。特点是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。
| 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 | IBM1401 |
这是第二代计算机中的代表，用户当时可以租用 | |
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第三代计算机 （集成电路） |
60年代中期到70年代前期 | IBM360 | 计算机采用集成电路作为基本器件，功耗、体积、价格进一步下降，速度和可靠性相应的提高。 |
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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。
硬件系统
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。-
光驱
光驱
英文名为“Optical Disk driver”，电脑用来读写光碟内容的机器，也是在台式机和笔记本便携式电脑里比较常见的一个部件。随着多媒体的应用越来越广泛，使得光驱在计算机诸多配件中已经成为标准配置。光驱可分为CD-ROM驱动器、DVD光驱（DVD-ROM）、康宝（COMBO）和DVD刻录机（DVD-RAM）等。读写的能力和速度也日益提升，4× 16× 32× 40× 48×。演变
早期的计算机
我们先从最早的计算机讲起，人们在最初设计计算机时采用这样一个模型：
其实这个模型很简单，举个简单的例子，你要处理的信息是1+1，你把这个信息输入到计算机中后，计算机的内部进行处理，再把处理后的结果告诉你。
早期计算机的输入设备十分落后，根本没有现在的键盘和鼠标，那时候计算机还是一个大家伙，最早的计算机有两层楼那么高。人们只能通过扳动计算机庞大的面板上无数的开关来向计算机输入信息，而计算机把这些信息处理之后，输出设备也相当简陋，就是计算机面板上无数的信号灯。所以那时的计算机根本无法处理像现在这样各种各样的信息，它实际上只能进行数字运算。
当时人们使用计算机也真是够累的。但在当时，就算是这种计算机也是极为先进的了，因为它把人们从繁重的手工计算中解脱出来，而且极大地提高了计算速度。
内部存储器
随着人们对计算机的使用，人们发现上述模型的计算机能力有限，在处理大量数据时就越发显得力不从心。为此人们对计算机模型进行了改进，提出了这种模型：
就是在中央处理器旁边加了一个内部存储器。这个模型的好处在于。先打个比方说，如果老师让你心算一道简单题，你肯定毫不费劲就算出来了，可是如果老师让你算20个三位数相乘，你心算起来肯定很费力，但如果给你一张草稿纸的话，你也能很快算出来。
可能你会问这和计算机有什么关系？其实计算机也是一样，一个没有内部存储器的计算机如果让它进行一个很复杂的计算，它可能根本就没有办法算出来，因为它的存储能力有限，无法记住很多的中间的结果，但如果给它一些内部存储器当“草稿纸”的话，计算机就可以把一些中间结果临时存储到内部存储器上，然后在需要的时候再把它取出来，进行下一步的运算，如此往复，计算机就可以完成很多很复杂的计算。
纸带机
随着时代的发展，人们越来越感到计算机输入和输出方式的落后，改进这两方面势在必行。在输入方面，为了不再每次扳动成百上千的开头，人们发明了纸带机。纸带机的工作原理是这样的，纸带的每一行都标明了26个字母、10个数字和一些运算符号，如果这行的字母A上面打了一个孔，说明这里要输入的是字母A，同理，下面的行由此类推。这样一个长长的纸带就可以代表很多的信息，人们把这个纸带放入纸带机，纸带机还要把纸带上的信息翻译给计算机，因为计算机是看不懂这个纸带的。
这样虽然比较麻烦，但这个进步确实在很大程度上促进了计算机的发展。在发明纸带的同时，人们也对输出系统进行了改进，用打印机代替了计算机面板上无数的信号灯。打印机的作用正好和纸带机相反，它负责把计算机输出的信息翻译成人能看懂的语言，打印在纸上，这样人们就能很方便地看到输出的信息，再也不用看那成百上千的信号灯了。
键盘和显示器
不过人们没有满足，他们继续对输入和输出系统进行改进。后来人们发明了键盘和显示器。这两项发明使得当时的计算机和我们现在使用的计算机有些类似了，而且在此之前经过长时间的改进，计算机的体积也大大地缩小了。键盘和显示器的好处在于人们可以直接向计算机输入信息，而计算机也可以及时把处理结果显示在屏幕上。
外部存储器
可是随着人们的使用，逐渐又发现了不如意之处。因为人们要向计算机输入的信息越来越多，往往要输入很长时间后，才让计算机开始处理，而在输入过程中，如果停电，那前面输入的内容就白费了，等来电后，还要全部重新输入。就算不停电，如果人们上次输入了一部分信息，计算机处理完了，也输出了结果；人们下一次再需要计算机处理这部分信息的时候，还要重新输入。对这种重复劳动的厌倦导致了计算机新的模型的产生。
这回的模型是这样的：
这回增加了一个外部存储器。外部存储器的“外部”是相对于内部存储器来说的，在中央处理器处理信息时，它并不直接和外部存储器打交道，处理过程中的信息都临时存放在内部存储器中，在信息处理结束后，处理的结果也存放在内部存储器中。可是如果这时突然停电，那些结果还会丢失的。内部存储器（或简称内存）中的信息是靠电力来维持的，一旦电力消失，内存中的数据就会全部消失。也正因为如此，人们才在计算机模型中加入了外部存储器，把内存中的处理结果再存储到外部存储器中，这样停电后数据也不会丢失了。
外部存储器与内存的区别在于：它们的存储机制是不一样的，外部存储器是把数据存储到磁性介质上，所以不依赖于是否有电。这个磁性介质就好比家里的歌曲磁带，磁带上的歌曲不管有没有电都是存在的。当时人们也是考虑到了磁带这种好处，所以在计算机的外部存储器中也采用了类似磁带的装置，比较常用的一种叫磁盘。
磁盘本来是圆的，不过装在一个方的盒子里，这样做的目的是为了防止磁盘表面划伤，导致数据丢失。
有了磁盘之后，人们使用计算机就方便多了，不但可以把数据处理结果存放在磁盘中，还可以把很多输入到计算机中的数据存储到磁盘中，这样这些数据可以反复使用，避免了重复劳动。
文件系统
可是不久之后，人们又发现了另一个问题，人们要存储到磁盘上的内容越来越多，众多的信息存储在一起，很不方便。这样就导致了文件的产生。
这和我们日常生活中的文件有些相似。我们日常生活中的文件是由一些相关信息组成，计算机的文件也是一样。人们把信息分类整理成文件存储到磁盘上，这样，磁盘上就有了文件1、文件2……。
操作系统
可是在使用过程中，人们又渐渐发现，由人工来管理越来越多的文件是一件很痛苦的事情。为了解决这个问题，人们就开发了一种软件叫操作系统。
其实操作系统就是替我们管理计算机的一种软件，在操作系统出现之前，只有专业人士才懂得怎样使用计算机，而在操作系统出现之后，不管你是否是计算机专业毕业，只要经过简单的培训，你都能很容易地掌握计算机。
有了操作系统之后，我们就不直接和计算机的硬件打交道，不直接对这些硬件发号施令，我们把要的事情告诉操作系统，操作系统再把要作的事情安排给计算机去做，等计算机做完之后，操作系统再把结果告诉我们，这样就省事多了。
在操作系统出现之前，人们通过键盘给计算机下达的命令都是特别专业的术语，而有了操作系统之后，人们和计算机之间的对话就可以使用一些很容易懂的语言，而不用去死记硬背那些专业术语了。
操作系统不但能在计算机和人之间传递信息，而且还负责管理计算机的内部设备和外部设备。它替人们管理日益增多的文件，使人们能很方便地找到和使用这些文件；它替人们管理磁盘，随时报告磁盘的使用情况；它替计算机管理内存，使计算机能更高效而安全地工作；它还负责管理各种外部设备，如打印机等，有了它的管理，这些外设就能有效地为用户服务了。
也正因为操作系统这么重要，所以人们也在不断地改进它，使它的使用更加方面，功能更加强大。对于咱们现在使用的微机来说，操作系统主要经历了DOS、Windows 3.X、Windows95和Windows98、windows2000、windows2003、windowsXP、windows vista、windows7和最新的windows8这几个发展阶段。
在DOS阶段，人们和计算机打交道，还是主要靠输入命令，“你输入什么命令，计算机就做什么，如果你不输入，计算机就什么也不做”。在这一阶段，人们还是需要记住很多命令和它们的用法，如果忘记了或不知道，那就没有办法了。所以说，这时的计算机还是不太好用，操作系统也处于发展的初级阶段。Windows的出现在很大程度上弥补了这个不足，人们在使用Windows时，不必记住什么命令，只需要用鼠标指指点点就能完成很多工作。
软件系统
应用软件
上面说的是硬件的工作原理，那么在软件上，我们又是如何使用计算机的呢？
在前面我们讲过，我们可以通过操作系统给计算机布置工作，操作系统也可以把计算机的工作结果告诉我们。可是操作系统的功能也不是无限的，实际上计算机的很多功能是靠多种应用软件来实现的。操作系统一般只负责管理好计算机，使它能正常工作。而众多的应用软件才充分发挥了计算机的作用。但这些应用软件都是建立在操作系统上的，一般情况下，某一种软件都是为特定的操作系统而设计的，因为这些软件不能直接和计算机交换信息，需要通过操作系统来传递信息。
硬件和软件的结合
这就是所谓的“硬”、“软”结合。硬件就是我们能看见的这些东西：主机、显示器、键盘、鼠标等，而软件是我们看不见的，存在于计算机内部的。打个比方，硬件就好比人类躯体，而软件就好比人类的思想，没有躯体，思想是无法存在的，但没有思想的躯体也只是一个植物人。一个正常人要完成一项工作，都是躯体在思想的支配下完成的。电脑和这相类似，没有主机等硬件，软件是无法存在的；而一个没有软件的计算机也只是一堆废铁。
操作系统对文件的管理
还有一个重要的概念没有讲，就是操作系统是如何管理文件的呢？其实也很简单，文件都有自己的名字，叫文件名，用来区分不同的文件的。计算机中的文件有很多，成千上万，光用名字来区分也不利于查找，所以计算机中又有了文件夹的概念，把不同类型的文件存储在不同的文件夹中，查找起来就快多了，也不会太乱。文件多了，可以分别存储在不同的文件夹中，而当文件夹多了之后，再把一些相关的文件夹存储在更大的文件夹中，这样管理文件是比较科学的。
计算机分类
知道了计算机的基本组成与周边装置，也知道其实计算机的CPU种类非常的多，再来我们想要了解的是，计算机如何分类？ 计算机的分类非常多种，如果以计算机的复杂度与运算能力进行分类的话，主要可以分为这几类：
- 超级计算机(Supercomputer)
超级计算机是运作速度最快的计算机，但是他的维护、操作费用也最高！主要是用於需要有高速计算的计画中。 例如：国防军事、气象预测、太空科技，用在模拟的领域较多。详情也可以参考： 国家高速网络与计算中心http://www.nchc.org.tw的介绍！ 至於全世界最快速的前500大超级计算机，则请参考：http://www.top500.org。 - 大型计算机(Mainframe Computer)
大型计算机通常也具有数个高速的CPU，功能上虽不及超级计算机，但也可用来处理大量数据与复杂的运算。 例如大型企业的主机、全国性的证券交易所等每天需要处理数百万笔数据的企业机构， 或者是大型企业的数据库服务器等等。 - 迷你计算机(Minicomputer)
迷你计算机仍保有大型计算机同时支持多使用者的特性，但是主机可以放在一般作业场所， 不必像前两个大型计算机需要特殊的空调场所。通常用来作为科学研究、工程分析与工厂的流程管理等。 - 工作站(Workstation)
工作站的价格又比迷你计算机便宜许多，是针对特殊用途而设计的计算机。在个人计算机的效能还没有提升到目前的状况之前， 工作站计算机的性能/价格比是所有计算机当中较佳的，因此在学术研究与工程分析方面相当常见。 - 微计算机(Microcomputer)
又可以称为个人计算机，也是我们这里主要探讨的目标！体积最小，价格最低，但功能还是五脏俱全的！ 大致又可分为桌上型、笔记型等等。
若光以效能来说，目前的个人计算机效能已经够快了，甚至已经比工作站等级以上的计算机运算速度还要快！ 但是工作站计算机强调的是稳定不当机，并且运算过程要完全正确，因此工作站以上等级的计算机在设计时的考量与个人计算机并不相同啦！ 这也是为啥工作站等级以上的个人计算机售价较贵的原因。
计算机上面常用的计算单位 (容量、速度等)
计算机的运算能力是由速度来决定的，而存放在计算机储存设备当中的数据容量也是有单位的。
- 容量单位
计算机依有没有通电来记录信息，所以理论上它只认识 0 与 1 而已。0/1 的单位我们称为 bit。但 bit 实在太小了， 并且在储存数据时每份简单的数据都会使用到 8 个 bits 的大小来记录，因此定义出 byte 这个单位，他们的关系为：
1 Byte = 8 bits
不过同样的，Byte 还是太小了，在较大的容量情况下，使用 byte 相当不容易判断数据的大小，举例来说，1000000 bytes 这样的显示方式你能够看得出有几个零吗？所以后来就有一些常见的简化单位表示法，例如 K 代表 1024，M 代表 1024K 等。 而这些单位在不同的进位制下有不同的数值表示，底下就列出常见的单位与进位制对应：
| 进位制 | K | M | G | T | P |
| 二进位 | 1024 | 1024K | 1024M | 1024G | 1024T |
| 十进位 | 1000 | 1000K | 1000M | 1000G | 1000T |
一般来说，档案容量使用的是二进位的方式，所以 1 GBytes 的档案大小实际上为：1024x1024x1024 Bytes 这么大！ 速度单位则常使用十进位，例如 1GHz 就是 1000x1000x1000 Hz 的意思。
- 速度单位
CPU的运算速度常使用 MHz 或者是 GHz 之类的单位，这个 Hz 其实就是秒分之一。而在网络传输方面，由於网络使用的是 bit 为单位，因此网络常使用的单位为 Mbps 是 Mbits per second，亦即是每秒多少 Mbit。举例来说，大家常听到的 8M/1M ADSL 传输速度，如果转成档案容量的 byte 时，其实理论最大传输值为：每秒 1Mbyte/ 每秒125Kbyte的上传/下载容量喔！
| 例题：
假设你今天购买了500GB的硬盘一颗，但是格式化完毕后却只剩下460GB左右的容量，这是什么原因？
答：
因为一般硬盘制造商会使用十进位的单位，所以500GByte代表为500*1000*1000*1000Byte之意。 转成档案的容量单位时使用二进位(1024为底)，所以就成为466GB左右的容量了。
硬盘厂商并非要骗人，只是因为硬盘的最小物理量为512Bytes，最小的组成单位为磁区(sector)， 通常硬盘容量的计算采用『多少个sector』，所以才会使用十进位来处理的。相关的硬盘信息在这一章后面会提到的！
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进制
进制也就是进位制，是人们规定的一种进位方法。 对于任何一种进制---X进制，就表示某一位置上的数运算时是逢X进一位。 十进制是逢十进一，十六进制是逢十六进一，二进制就是逢二进一，以此类推，x进制就是逢x进位。
二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”，由18世纪德国数理哲学大师莱布尼兹发现。当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统，数据在计算机中主要是以补码的形式存储的。计算机中的二进制则是一个非常微小的开关，用“开”来表示1，“关”来表示0。
20世纪被称作第三次科技革命的重要标志之一的计算机的发明与应用，因为数字计算机只能识别和处理由‘0’.‘1’符号串组成的代码。其运算模式正是二进制。19世纪爱尔兰逻辑学家乔治布尔对逻辑命题的思考过程转化为对符号"0''.''1''的某种代数演算，二进制是逢2进位的进位制。0、1是基本算符。因为它只使用0、1两个数字符号，非常简单方便，易于用电子方式实现。
常用的进制用2进制、10进制、16进制， 互相之间如何转换？
字符编码
字符编码（英语：Character encoding）也称字集码，是把字符集中的字符编码为指定集合中某一对象（例如：比特模式、自然数序列、8位组或者电脉冲），以便文本在计算机中存储和通过通信网络的传递。常见的例子包括将拉丁字母表编码成摩斯电码和ASCII。其中，ASCII将字母、数字和其它符号编号，并用7比特的二进制来表示这个整数。通常会额外使用一个扩充的比特，以便于以1个字节的方式存储。
在计算机技术发展的早期，如ASCII（1963年）和EBCDIC（1964年）这样的字符集逐渐成为标准。但这些字符集的局限很快就变得明显，于是人们开发了许多方法来扩展它们。对于支持包括东亚CJK字符家族在内的写作系统的要求能支持更大量的字符，并且需要一种系统而不是临时的方法实现这些字符的编码。
ASCII
ASCII码于1961年提出，用于在不同计算机硬件和软件系统中实现数据传输标准化，在大多数的小型机和全部的个人计算机都使用此码。ASCII码划分为两个集合：128个字符的标准ASCII码和附加的128个字符的扩充和ASCII码。比较EBCDIC。其中95个字符可以显示。另外33个不可以显示。 标准ASCII码为7位，扩充为8位。
目前使用最广泛的西文字符集及其编码是 ASCII 字符集和 ASCII 码（ ASCII 是 American Standard Code for Information Interchange 的缩写），它同时也被国际标准化组织（ International Organization for Standardization, ISO ）批准为国际标准。
基本的 ASCII 字符集共有 128 个字符，其中有 96 个可打印字符，包括常用的字母、数字、标点符号等，另外还有 32 个控制字符。标准 ASCII 码使用 7 个二进位对字符进行编码，对应的 ISO 标准为 ISO646 标准。下表展示了基本 ASCII 字符集及其编码：
字母和数字的 ASCII 码的记忆是非常简单的。我们只要记住了一个字母或数字的 ASCII 码（例如记住 A 为 65 ， 0 的 ASCII 码为 48 ），知道相应的大小写字母之间差 32 ，就可以推算出其余字母、数字的 ASCII 码。
虽然标准 ASCII 码是 7 位编码，但由于计算机基本处理单位为字节（ 1byte = 8bit ），所以一般仍以一个字节来存放一个 ASCII 字符。每一个字节中多余出来的一位（最高位）在计算机内部通常保持为 0 （在数据传输时可用作奇偶校验位）。
由于标准 ASCII 字符集字符数目有限，在实际应用中往往无法满足要求。为此，国际标准化组织又制定了 ISO2022 标准，它规定了在保持与 ISO646 兼容的前提下将 ASCII 字符集扩充为 8 位代码的统一方法。 ISO 陆续制定了一批适用于不同地区的扩充 ASCII 字符集，每种扩充 ASCII 字符集分别可以扩充 128 个字符，这些扩充字符的编码均为高位为 1 的 8 位代码（即十进制数 128~255 ），称为扩展 ASCII 码。
通过了解字符的存储编码，可以解决很多由编码不匹配引起的问题，比如网页乱码、邮件乱码，本文简单扼要地阐明了ASCII编码、EBCDIC编码、GB2312编码、Unicode编码、UTF-8编码、以及Base64编码。
编码
在显示器上看见的文字、图片等信息在电脑里面其实并不是我们看见的样子，即使你知道所有信息都存储在硬盘里，把它拆开也看不见里面有任何东西，只有些盘片。假设，你用显微镜把盘片放大，会看见盘片表面凹凸不平，凸起的地方被磁化，凹的地方是没有被磁化；凸起的地方代表数字1，凹的地方代表数字0。硬盘只能用0和1来表示所有文字、图片等信息。那么字母”A”在硬盘上是如何存储的呢？可能小张计算机存储字母”A”是1100001，而小王存储字母”A”是11000010，这样双方交换信息时就会误解。比如小张把1100001发送给小王，小王并不认为1100001是字母”A”，可能认为这是字母”X”，于是小王在用记事本访问存储在硬盘上的1100001时，在屏幕上显示的就是字母”X”。也就是说，小张和小王使用了不同的编码表。小张用的编码表是ASCII，ASCII编码表把26个字母都一一的对应到2进制1和0上；小王用的编码表可能是EBCDIC,只不过EBCDIC编码与ASCII编码中的字母和01的对应关系不同。一般地说，开放的操作系统（LINUX 、WINDOWS等）采用ASCII 编码，而大型主机系统（MVS 、OS/390等）采用EBCDIC 编码。在发送数据给对方前，需要事先告知对方自己所使用的编码，或者通过转码，使不同编码方案的两个系统可沟通自如。
ASCII码使用7位2进制数表示一个字符，7位2进制数可以表示出2的7次方个字符，共128个字符。EBCDIC码使用8位，可以表示出2的8次方个字符，256个字符。
无论是ASCII码还是EBCDIC码，都无法对拥有几万个的汉字进行编码。因为上面已经提过，7位2进制数最多对应上128个字符，8位最多对应上256个字符。
0~31及127（共33个）是控制字符或通信专用字符（其余为可显示字符），如控制符：LF（换行）、CR（回车）、FF（换页）、DEL（删除）、BS（退格）、BEL（振铃）等；通信专用字符：SOH（文头）、EOT（文尾）、ACK（确认）等；ASCII值为8、9、10和13分别转换为退格、制表、换行和回车字符。它们并没有特定的图形显示，但会依不同的应用程序而对文本显示有不同的影响。
32~126（共95个）是字符（32sp是空格），其中48~57为0到9十个阿拉伯数字，65~90为26个大写英文字母，97~122为26个小写字母，其余为一些标点符号、运算符号等。
MBCS
为了扩充ASCII编码，以用于显示本国的语言，不同的国家和地区制定了不同的标准，由此产生了 GB2312, BIG5, JIS 等各自的编码标准。这些使用 2 个字节来代表一个字符的各种汉字延伸编码方式，称为 ANSI 编码，又称为"MBCS（Muilti-Bytes Charecter Set，多字节字符集）"。在简体中文系统下，ANSI 编码代表 GB2312 编码，在日文操作系统下，ANSI 编码代表 JIS 编码，所以在中文 windows下要转码成gb2312,gbk只需要把文本保存为ANSI 编码即可。 不同 ANSI 编码之间互不兼容，当信息在国际间交流时，无法将属于两种语言的文字，存储在同一段 ANSI 编码的文本中。一个很大的缺点是，同一个编码值，在不同的编码体系里代表着不同的字。这样就容易造成混乱。导致了unicode码的诞生。
其中每个语言下的ANSI编码，都有一套一对一的编码转换器，Unicode变成所有编码转换的中间介质。所有的编码都有一个转换器可以转换到Unicode，而Unicode也可以转换到其他所有的编码。
GB2312
GB2312 也是ANSI编码里的一种，对ANSI编码最初始的ASCII编码进行扩充，为了满足国内在计算机中使用汉字的需要，中国国家标准总局发布了一系列的汉字字符集国家标准编码，统称为GB码，或国标码。其中最有影响的是于1980年发布的《信息交换用汉字编码字符集 基本集》，标准号为GB 2312-1980,因其使用非常普遍，也常被通称为国标码。GB2312编码通行于我国内地；新加坡等地也采用此编码。几乎所有的中文系统和国际化的软件都支持GB 2312。
GB 2312是一个简体中文字符集，由6763个常用汉字和682个全角的非汉字字符组成。其中汉字根据使用的频率分为两级。一级汉字3755个，二级汉字3008个。由于字符数量比较大，GB2312采用了二维矩阵编码法对所有字符进行编码。首先构造一个94行94列的方阵，对每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”，然后将所有字符依照下表的规律填写到方阵中。这样所有的字符在方阵中都有一个唯一的位置，这个位置可以用区号、位号合成表示，称为字符的区位码。如第一个汉字“啊”出现在第16区的第1位上，其区位码为1601。因为区位码同字符的位置是完全对应的，因此区位码同字符之间也是一一对应的。这样所有的字符都可通过其区位码转换为数字编码信息。GB2312字符的排列分布情况见表1－4。
表1－4 GB2312 字符编码分布表
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分区范围
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符号类型
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第01区
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中文标点、数学符号以及一些特殊字符
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第02区
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各种各样的数学序号
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第03区
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全角西文字符
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第04区
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日文平假名
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第05区
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日文片假名
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第06区
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希腊字母表
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第07区
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俄文字母表
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第08区
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中文拼音字母表
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第09区
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制表符号
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第10－15区
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无字符
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第16－55区
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一级汉字（以拼音字母排序）
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第56－87区
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二级汉字（以部首笔画排序）
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第88－94区
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无字符
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GB2312字符在计算机中存储是以其区位码为基础的，其中汉字的区码和位码分别占一个存储单元，每个汉字占两个存储单元。由于区码和位码的取值范围都是在1－94之间，这样的范围同西文的存储表示冲突。例如汉字‘珀’在GB2312中的区位码为7174，其两字节表示形式为71，74；而两个西文字符‘GJ’的存储码也是71,74。这种冲突将导致在解释编码时到底表示的是一个汉字还是两个西文字符将无法判断。
为避免同西文的存储发生冲突，GB2312字符在进行存储时，通过将原来的每个字节第8bit设置为1同西文加以区别，如果第8bit为0，则表示西文字符，否则表示GB2312中的字符。实际存储时，采用了将区位码的每个字节分别加上A0H（160）的方法转换为存储码，计算机存储规则是此编码的补码，而且是位码在前，区码在后。例如汉字‘啊’的区位码为1601，其存储码为B0A1H，其转换过程为：
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区位码
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区码转换
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位码转换
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存储码
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1001H
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10H+A0H=B0H
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01H+A0H=A1H
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B0A1H
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GB2312编码用两个字节(8位2进制)表示一个汉字，所以理论上最多可以表示256×256=65536个汉字。但这种编码方式也仅仅在中国行得通，如果您的网页使用的GB2312编码，那么很多外国人在浏览你的网页时就可能无法正常显示，因为其浏览器不支持GB2312编码。当然，中国人在浏览外国网页(比如日文)时，也会出现乱码或无法打开的情况，因为我们的浏览器没有安装日文的编码表。
GBK
GBK即汉字内码扩展规范，K为扩展的汉语拼音中“扩”字的声母。英文全称Chinese Internal Code Specification。GBK编码标准兼容GB2312，共收录汉字21003个、符号883个，并提供1894个造字码位，简、繁体字融于一库。GB2312码是中华人民共和国国家汉字信息交换用编码，全称《信息交换用汉字编码字符集——基本集》，1980年由国家标准总局发布。基本集共收入汉字6763个和非汉字图形字符682个，通行于中国大陆。新加坡等地也使用此编码。GBK是对GB2312-80的扩展，也就是CP936字码表 (Code Page 936)的扩展（之前CP936和GB 2312-80一模一样）。
基本简介
GB 2312的出现，基本满足了汉字的计算机处理需要，但对于人名、古汉语等方面出现的罕用字，GB 2312不能处理，这导致了后来GBK及GB 18030汉字字符集的出现。
GBK采用双字节表示，总体编码范围为8140-FEFE，首字节在81-FE 之间，尾字节在40-FE 之间，剔除 xx7F一条线。总计23940 个码位，共收入21886个汉字和图形符号，其中汉字（包括部首和构件）21003 个，图形符号883 个。P-Windows3.2和苹果OS以GB2312为基本汉字编码， Windows 95/98则以GBK为基本汉字编码。
Big5
在台湾、香港与澳门地区，使用的是繁体中文字符集。而1980年发布的GB2312面向简体中文字符集，并不支持繁体汉字。在这些使用繁体中文字符集的地区，一度出现过很多不同厂商提出的字符集编码，这些编码彼此互不兼容，造成了信息交流的困难。为统一繁体字符集编码，1984年，台湾五大厂商宏碁、神通、佳佳、零壹以及大众一同制定了一种繁体中文编码方案，因其来源被称为五大码，英文写作Big5，后来按英文翻译回汉字后，普遍被称为大五码。
大五码是一种繁体中文汉字字符集，其中繁体汉字13053个，808个标点符号、希腊字母及特殊符号。大五码的编码码表直接针对存储而设计，每个字符统一使用两个字节存储表示。第1字节范围81H－FEH，避开了同ASCII码的冲突，第2字节范围是40H－7EH和A1H－FEH。因为Big5的字符编码范围同GB2312字符的存储码范围存在冲突，所以在同一正文不能对两种字符集的字符同时支持。
Unicode
如上ANSI编码条例中所述，世界上存在着多种编码方式，在ANSi编码下，同一个编码值，在不同的编码体系里代表着不同的字。在简体中文系统下，ANSI 编码代表 GB2312 编码，在日文操作系统下，ANSI 编码代表 JIS 编码，可能最终显示的是中文，也可能显示的是日文。在ANSI编码体系下，要想打开一个文本文件，不但要知道它的编码方式，还要安装有对应编码表，否则就可能无法读取或出现乱码。为什么电子邮件和网页都经常会出现乱码，就是因为信息的提供者可能是日文的ANSI编码体系和信息的读取者可能是中文的编码体系，他们对同一个二进制编码值进行显示，采用了不同的编码，导致乱码。这个问题促使了unicode码的诞生。
Unicode当然是一个很大的集合，现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样，比如，U+0639表示阿拉伯字母Ain，U+0041表示英语的大写字母A，“汉”这个字的Unicode编码是U+6C49。
UTF-8
为了提高Unicode的编码效率，于是就出现了UTF-8编码。UTF-8可以根据不同的符号自动选择编码的长短。比如英文字母可以只用1个字节就够了。
UTF-8的编码是这样得出来的，以”汉”这个字为例：
“汉”字的Unicode编码是U+00006C49，然后把U+00006C49通过UTF-8编码器进行编码，最后输出的UTF-8编码是E6B189。
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