计算机信息系统导论/什么是计算机？

数据与信息

信息关系模型

表示的数据

数据每天都在商业、家庭和教育中通过计算机进行计算和处理。数据本质上是通常输入计算机的原始事实。我们称之为“原始”事实，因为它们是无组织的。它们可以以任何形式出现，从音频和视觉到文本和数字。当数据输入计算机时，它被视为输入。计算机计算数据并输出信息。由于此信息是输出，因此它成为以前原始事实的有序版本。此系统被认为是信息处理。数据也可以以其他形式出现，包括数字、实验和调查。输入计算机的大多数内容都成为数据，这就是为什么这个术语对于理解计算机及其运作方式至关重要。^[1] 信息是由数据产生的；它是知识的一种形式，计算机计算详细的信息。^[2]

当大多数人想到信息时，他们首先想到的是谷歌。谷歌允许您在短时间内访问大量信息。大多数人不知道的是，每当您将数据输入计算机时，计算机在幕后所做的就是这，大多数情况下甚至都没有把它当作“数据”。信息是获取问题答案的一种方式，因为它们是您输入进行处理的数据的输出。许多在线资源提供了无穷无尽的信息。没有信息，人们将没有可靠的学校和职业来源。有了信息，工作可以变得更加轻松，包括需要计算员工总工作时间的职位，或任何需要找到或计算的“总数据”。数据和信息非常有价值，毫无疑问是计算机的支柱。这两个组件可以通过在您输入内容的背后工作来帮助您的计算机变得用户友好，从而使数据有用且井井有条。^[3]

20世纪80年代的计算机

过去和现在的计算机

工业时代：第一台通用机械计算机由英国发明家查尔斯·巴贝奇于 1837 年提出并部分建造。它是一台分析机，包含一个算术逻辑单元 (ALU) 并允许基本的程序化流程控制。它使用穿孔卡进行编程，还具有集成内存。历史学家认为它是第一台通用计算机的设计概念。不幸的是，由于资金问题，分析机在巴贝奇生前从未建成。直到 1910 年，查尔斯·巴贝奇最小的儿子亨利·巴贝奇才能够完成这台机器的一部分，它能够执行基本的计算。分析机将是一台通用、完全程序控制的自动机械数字计算机。它被设计为包含四个组件：磨坊、存储器、阅读器和打印机 - 这些都是如今每台计算机必不可少的组件。^[4]

信息时代（从 1950 年开始至今）：也被称为计算机时代、数字时代或新媒体时代。数字计算是由克劳德·香农在 20 世纪 50 年代后期发明的。他设想的是用电气电路而不是电机建造的计算机。通过借鉴布尔代数 - 它将“1”的值赋予“真”语句，将“0”的值赋予“假”语句 - 他将“1”的值应用于打开的电路，将“0”的值应用于关闭的电路。香农还开创了信息论领域，该领域处理如何量化信息，如“比特”和“字节”。为了用“比特”表达信息，人们使用二进制数字，要么是“1”，要么是“0”。这些二进制数字可以描述从文字到图片到歌曲到视频再到最复杂的博弈软件的一切。^[5]

如今，任何学生都很难想象没有计算机的生活。然而，计算机仅仅存在于 20 世纪中叶。计算机行业从制造占据整个教室的计算机发展到如今可以装进学生背包的计算机。此外，与今天的计算机相比，早期的计算机价格昂贵得多，而且需要更多的能量。最后，在 20 世纪 80 年代，人们开始把这些外来物体放到家里。在那段时间里，人们不得不认真研究并耐心地使用这种方便的设备。^[6] 人们见证了计算机在短短四十年的时间里发生的巨大变化。今天的计算机更小、更轻、需要的能量更少，而且价格更低。然而，在当今一代人中，计算机对大多数人来说是司空见惯的，人们无法想象没有计算机的生活。

一个打开的机箱，显示了硬件。

我们这一代的计算机似乎已经融入到我们的日常生活之中，以帮助我们完成与我们多种需求相关的多种任务。因此，很难想象没有计算机的世界。然而，伴随着巨大的成功，也伴随着巨大的耐心。例如，在第一台计算机模型（1946-1957）中，机器需要某些输入，称为穿孔卡，以及重新编程计算机的体力劳动。计算机本身远不如今天那样有用、简单或方便。

第一代计算机是用数千个真空管制造的，需要体力劳动来重新连接计算机，而且一次只能解决一个问题。第二代计算机（1958-1963）引入了晶体管，取代了真空管。晶体管只是充当一个轻触开关，允许电子电路打开或关闭。第一代计算机和第二代计算机都继续使用穿孔卡作为输入。第二代计算机还引入了硬盘驱动器（硬件）和编程语言（FORTAN 和 COBOL）。不久之后（1964-1970），第三代计算机使用了一种集成电路系统，该系统在一个硅芯片上集成了许多晶体管和电子电路。第三代计算机开启了更小、更可靠的计算机的创新趋势。键盘和显示器现在被认为是计算机的输入/输出。最后，我们当前使用的计算机（实际上每个人都在使用）的开发开始了。第四代计算机始于 1971 年，当时人们可以将更多的晶体管放置在一个芯片上 - 微处理器。这一发现导致十年内创造了 IBM 的个人电脑，以及流行的苹果麦金塔电脑。消费者目前使用的输入、输出和存储设备包括：键盘、鼠标、显示器、打印机、扬声器、硬盘驱动器、闪存媒体和光盘。第五代计算设备基于人工智能，仍在开发中，尽管有一些应用程序，例如语音识别，正在今天使用。并行处理和超导体的使用正在帮助使人工智能成为现实。量子计算以及分子和纳米技术将在未来几年彻底改变计算机的面貌。第五代计算的目标是开发对自然语言输入做出响应，并且能够学习和自我组织的设备。^[7]

虽然从真空管到微处理器的转变似乎花了一些时间，但与数千年前文明的开始相比，这种进步发生得很快。然而，它也让人类意识到，创新需要尝试、错误和耐心。^[8]

硬件

硬件一词指的是用来制造计算机的组件。将组件分解为类别，您会发现四个主要类别

1. 输入
2. 输出
3. 存储
4. 处理

虽然这些是四个主要类别，但还需要考虑另外三个不属于这四个主要类别的组件

1. 机箱
2. 电源
3. 扩展卡

机箱

计算机机箱用于容纳计算机的基本组件。这为组件提供了封闭的空间和更轻松的组织方式。

电源

电源供应单元 (PSU) 用于为机箱内的所有组件供电。它通过将交流电转换为直流电来实现这一点，直流电由 PSU 调节。这意味着每个组件都需要一定量的电压才能工作，而电源将根据需要调节电压。

扩展卡

扩展卡用于增强系统的某些属性。例如，声卡可以通过提供环绕声功能来增强声音。另一个例子是显卡，它将增强系统的图形效果。

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  声卡
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  显卡

输入/输出

此类别指的是计算机用来接收数据并发送信息的组件。输入设备负责接收，而输出设备负责发送。一些输入设备的例子包括键盘、鼠标和游戏手柄。输出设备的例子包括打印机、显示器和扬声器。

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  键盘
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  鼠标
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  控制器
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  打印机
• 
  显示器
• 
  扬声器

内存

计算机中的内存可以分为两类：短期内存和长期内存。短期内存是随机存取内存 (RAM)，而长期内存是硬盘驱动器 (HDD) 或光盘驱动器 (CDD)。程序可以立即访问 RAM，从而使计算机更快地计算，但如果用户需要保存信息以备后用，则需要使用 HDD 或 CDD。

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  RAM
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  HDD
• 
  CDD

CPU

中央处理器 (CPU) 用于计算系统中使用的程序发送给它的命令。它执行所有算术和逻辑运算。它以一个小芯片的形式存在，该芯片连接到计算机主板。主板是所有其他设备连接的地方，以便它们能够互相通信。

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  CPU 芯片
• 
  主板

通信硬件

无线路由器的示例。

通信硬件对于让计算机用户访问互联网上的信息、将信息放到互联网上或与网络上的其他计算机用户互动非常重要。这种硬件包括调制解调器、路由器和网络适配器。调制解调器和路由器是将计算机用户连接到互联网的设备：信号从互联网服务提供商发送到调制解调器，调制解调器将它们转换为适当的形式，然后通过路由器发送到计算机（或者，当计算机用户将信息发送到互联网时，信号通过路由器发送到调制解调器，调制解调器会转换它们并将它们发送到互联网服务提供商）。 调制解调器和路由器可以是有线或无线的，越来越普遍的是无线，它们通过信号而不是物理连接与计算机通信。网络适配器是使计算机能够在小型本地网络上通信的设备。但是，有时计算机可能拥有一个完全由软件组成的网络适配器，称为虚拟适配器。如果使用它，例如在虚拟专用网络 (VPN) 上，则不需要任何硬件组件。

软件

显示软件如何与用户通信的图表。

计算机软件用于与计算机处理器通信，以指示执行某些操作。这是通过计算机编程语言完成的。软件可以分为两部分：系统软件和应用程序软件。

系统软件

系统软件指的是用于操作计算机组件的软件。它也为应用程序软件提供基础，使其能够执行所需的函数。系统软件通常包含在系统 CD 上，例如 Windows 7 CD。此 CD 提供操作系统、驱动程序、Windows 系统和实用程序软件。操作系统使计算机的各个部分能够相互通信。这是通过传输数据来完成的。这也是系统软件的特定组件，它允许运行应用程序软件。实用程序软件维护计算机系统。设备驱动程序建立连接到计算机的硬件的功能。Windows 系统是为您的显示器提供图形界面并允许用户配置所有连接设备的部分。

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  BIOS 菜单

应用程序软件

应用程序软件是由用户开发的程序和应用程序，以执行用户希望执行的函数。应用程序的工作方式是通过编程软件。编程软件是系统和用户想要运行的实际应用程序之间的中间人。一些编程语言的例子包括 Java、C++ 和 Visual Basic。一些应用程序软件的例子包括网络浏览器和视频游戏。

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  Mint 的循环重复
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  Firefox 徽标

两位绅士讨论编程理念。

计算机用户和专业人士

没有使用它们的人，计算机就什么也不是，普通用户和专业人士。普通用户是指任何出于一般目的使用计算机的人。这包括检查电子邮件、玩电脑游戏、写论文，等等。区分普通用户和专业人士的是，专业人士在计算机信息技术领域工作。该领域的职业示例包括计算机程序员、网页设计师、网络管理员和软件工程师。这些只是计算机信息技术领域中许多工作中的一部分。他们是设计硬件来制造计算机的人，他们确保企业网络安全，他们编写软件以有效地与用户和硬件通信，以及为普通用户开发最新最好的软件以供他们享受。