第1章 计算机与网络基础知识--1
青少年编程：NOIP/CSP 初赛篇
第1章 计算机与网络基础知识
1.1 计算机发展及应用
1、第一台电子计算机的诞生： ENIAC
1946 年，世界上第一台数字式电于计算机是 美国 宾夕法尼亚大学的物理学家约翰·莫
克利（John Mauchly）和工程师普雷斯伯·埃克特（J.hesper.Eckert）领导研制的取名为
ENIAC （Elecotmnic Nurnerical Integrator And Calculator）的计算机。
2、第一台具有存储程序功能的计算机： EDVAC 。
冯·诺伊曼（Neumann，John von）出生于匈牙利的
布达佩斯。冯·诺依曼依据存储程序的工作原理设计出
EDVAC。
EDVAC 由 运算器、控制器、存储器、输入设备和输
出设备 这五部分组成，同 ENIAC 相比，EDVAC 方案有两
个重大改进：（1）：采用了二进制；（2）：提出了“存储程
序 ”。
这种体系结构一直延续至今，现在使用的计算机，其
基本工作原理仍然是存储程序和程序控制，所以现在一
般计算机被称为冯诺依曼结构计算机。鉴于冯诺依曼在发明电子计算机中所起到关键性作
用，他被西方人誉为“计算机之父”。
ENIAC 长 30.48 米，宽 6 米，高 2.4 米，占地面积约 170 平方米，30 个操作台，重达 30
英吨，耗电量 150 千瓦，造价 48 万美元。
EDVAC 使用了大约 6000 个真空管和 12000 个二极管，占地 45.5 平方米，重达 7850 千
克，消耗电力 56 千瓦。
3、图灵机和图灵奖
关于图灵我们要知道的知识：图灵机、图灵实
验、图灵奖。
艾伦·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing），
英国数学家、逻辑学家，被称为计算机科学之父，
人工智能之父。
（1）图灵机：1936 年提出由三部分组成，包括
一条带子、一个读写头和一个控制装置, 用于将人
们使用纸笔进行数学运算的过程进行抽象，由一个
虚拟的机器替代人类进行数学运算。
（2）图灵实验：图灵试验是图灵提出的一个关
于机器人的著名判断原则。
此原则说：如果一个人使用任意一串问题去询问两个他不能看见的对象：一个是正常思
维的人；一个是机器，如果经过若干询问以后他不能得出实质的区别，则他就可以认为该机
器已具备了人的“智能”(Intelligence)。
图灵试验采用“问”与“答”模式，即观察者通过控制打字机向两个试验对象通话，其
中一个是人，另一个是机器。要求观察者不断提出各种问题，从而辨别回答者是人还是机器。
（3） 图灵奖 是美国计算机协会于 1966 年设立的，又叫“A.M.图灵奖”，专门奖励那
些对计算机事业作出重要贡献的个人，是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算
机界的诺贝尔奖”之称。
【NOIP2019 普及组】15. 以下哪个奖项是计算机科学领域的最高奖？（ ）
A.图灵奖 B.鲁班奖 C.诺贝尔奖 D.普利策奖
答案：A
解析：计算机基础-常识-重要人/事，图灵奖由美国计算机协会于 1966 年设立，其名称取自
计算机科学之父图灵，专门奖励对计算机事业做出重要贡献的个人，被誉为“计算机界的诺
贝尔奖”。
【NOIP2018 提高组】【不定项选择】5. 下列关于图灵奖的说法中，正确的有（ ）。
A. 图灵奖是由电气和电子工程师协会（IEEE）设立的。
B. 目前获得该奖项的华人学者只有姚期智教授一人。
C. 其名称取自计算机科学的先驱、英国科学家艾伦·麦席森·图灵。
D. 它是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算机界的诺贝尔奖”之称。
答案：BCD
解析：计算机基础-常识-重要人/事。
4、世界上第一位软件工程师
英国著名诗人拜伦的女儿Ada Lovelace(爱达)。由于她在程序设计上的开创性工作，
Ada Lovelace 被称为世界上“第一位程序员”，“世界上第一位软件工程师”。
5、计算机发展的四个阶段
第一代：电子管计算机（1946~1956）
第二代：晶体管计算机（1956~1963）
第三代：中小规模集成电路计算机（1964~1971）
第四代：大规模集成电路计算机（1971 年以后）
6、微型计算机的问世
第四代 1971——至今 超大规模集成电路的微型计算机个人 PC 应用到了各个领域。
7、计算机的应用
计算机的主要应用：
A、科学计算：利用计算机完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算，这也是
计算机最早的应用领域。
B、信息处理：数据的收集、存储、整理、分类、统计、加工、传播等，80%以上的计算
机主要用于数据处理。
C、自动控制：利用计算机即使采集检测数据，对控制对象进行自动调节和控制，目前
过程控制已经在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天部门得到了广泛的应用。
D、计算机辅助技术：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教
学（CAI）、计算机辅助测试（CAT）、辅助生产、辅助绘图等。
E、人工智能（Artificial Intelligence，AI）：计算机模拟人类的智能活动，比如感
知、判断、理解、学习、问题求解、图像识别等。
F、网络应用
1.2 计算机系统的基本结构
计算机系统由硬件和软件两部分组成。
1.3 硬件系统组成
1、冯·诺伊曼体系
冯·诺伊曼体系结构是现代计算机的基础，现在大多计算机仍是冯·诺伊曼计算机的组
织结构。其思想是，在计算机中设置存储器，将符号化的计算步骤存放在存储器中，然后依
次取出存储的内容，由一个被称之为控制器的部件进行译码，译码结果在一个被称为运算器
的部件中进行计算，从而实现计算机工作的自动化（运算器和控制器统称为 CPU）。
五个基本部分组成：（1）运算器，（2）控制器，（3）存储器，（4）输入设备，（5）输出
设备。
计算机的整个工作过程及基本硬件结构如图所示：
工作原理：输入设备获取数据存储到内存中，CPU 从内存中取出数据并进行处理，运算
完毕后在交给内存，内存将 CPU 处理过的数据交给输出设备，由输出设备进行数据的输出。
（1）中央处理器（CPU，Central Processing Unit）
由运算器、控制器和寄存器组成；
运算器：负责算术运算和逻辑运算；
控制器：负责计算机系统控制；
CPU 主要性能指标： 主频和字长 。
CPU 的品牌： Intel、AMD、IBM（服务器 CPU） 。
（2）存储器
用于保存各类程序的数据信息。存储器分为：主存储器和辅助存储器。
A、主存储器： 也称内存储器 ，属于主机的一部分。用于存放系统当前正在执行的数
据和程序，属于临时存储器。
主存储器的信息（内存）可以被 CPU 直接访问，内存由半导体存储器组成，存取速度快，
容量一般较小。内存中含有很多存储单元，每个存储单元可以存放 1 个 8 位二进制数（1 个
字节），内存中每个字节有一个固定的编号，这个编号称为地址，CPU 在存取存储器中的数
据是按地址进行的。
内存可分为： 只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和高速缓冲存储器 Cache 。
ROM：只读存储器，信息只能被读入，不能写入新信息，计算机断电后，ROM 中的信息不
会丢失，用于检查系统配置及提供基本的输入输出控制程序。
RAM：读写存储器，可读、可写， 断电后 RAM 中的信息全部丢失 。
高速缓冲存储器 Cache：由于 CPU 的速度不断提高，RAM 的读写速度很难满足 CPU 的要
求，因此在读写内存时会加入等待时间，对于高速 CPU 而言是一种浪费，Cache 主要用于 CPU
与内存之间设置高速小容量存储器，固化于主板，用于提升 CPU 的读写效率。
B、外存储器：又称为辅助存储器，容量一般较大，大部分可移动，用于计算机之间的
交流，外存一般有硬盘、闪存（优盘）、光盘、软盘，现在用得比较多的是 闪存和硬盘 。
2、计算机的三总线结构
总线是一组导线、是公共通路，微型计算机中各个组成部件之间的信息传输都是通过它
们来实现的。
地址总线(AB)是单向总线，用以传送 CPU 向外设或存储器发出的地址信息， 地址总线
的宽度决定可以访问存储器的容量大小 。
数据总线(DB)是双向总线，用以 CPU 与内存或接口之间传输数据信息。
控制总线(CB)是双向总线，有的作为输出，有的作为输入，用以 CPU 与内存或 I/O 接口
之间传送控制信息。
3、计算机主要的性能指标
（1）字长：字长是 CPU 的主要技术指标之一，指的是 CPU 一次能并行处理的二进制位
数，字长总是 8 的整数倍，通常 PC 机的字长为 16 位（早期），32 位，64 位。字长越长、表
示的数据范围就越大、计算出结果的有效位数就越多、能表示的信息也就越多、机器处理功
能就更强。
（2）运算速度：指的是计算机每秒钟能够执行的指令条数，一般用MIPS（Million of
Instruction Per Second，每秒百万条指令）为单位。
（3）主频：计算机 CPU 的时钟频率，一般主频越高，运算速度就越快（一个时钟周期
内完成的指令越多）。
（4）内存容量：内存储器能够存储信息的总字节数，目前计算机的内存储容量一般是
2GB、4GB、8GB 等。
注意：
区分字节和字长， 1 个字节（byte）= 8 位（bit） ，而字长是与芯片型号有关系的。
我们常说的 32 位和 64 位主要区别在于 CPU 单次执行的位数不同，32 位的系统一次执
行 32 位的数据，而 64 位的系统一次执行 64 位的数据，也就是 CPU 的寻址空间不同（寻址
空间一般指的是 CPU 对于内存寻址的能力。通俗地说，就是能最多用到多少内存）。
【NOIP2018 普及组】1.以下哪一种设备属于输出设备：（ ）
A.扫描仪 B. 键盘 C. 鼠标 D. 打印机
答案：D
解析：除了选项 D，其余的都是输入设备。
【NOIP2017 普及组】5.计算机应用的最早领域是（ ）。
A. 数值计算 B. 人工智能 C. 机器人 D. 过程控制
答案：A
【NOIP2016 普及组】4.以下不是 CPU 生产厂商的是（ ）。
A.Intel B. AMD C. Microsoft D. IBM
答案：C
解析：Microsoft 最著名的产品是家用操作系统以及 Office 系列的软件。Intel 和 Amd 是家
用 CPU 的生产厂商，IBM 是服务器 CPU 的生产厂商。
【NOIP2016 普及组】5.以下不是存储设备的是（ ）。
A. 光盘 B. 磁盘 C. 固态硬盘 D. 鼠标
答案：D
解析：鼠标是输入设备，不是存储设备
【NOIP2016 普及组】9.以下是 32 位机器和 64 位机器的区别的是（ ）。
A. 显示器不同 B. 硬盘大小不同
C. 寻址空间不同 D. 输入法不同
答案：C
【NOIP2016 提高组】2.可以将单个计算机接入到计算机网络中的网络接入通讯设备有（ ）。
【不定项选择题】
A. 网卡 B. 光驱 C. 鼠标 D. 显卡
答案：A