[科普中国]-计算机技术

计算机技术的内容非常广泛，可粗略分为计算机系统技术、计算机器件技术、计算机部件技术和计算机组装技术等几个方面。计算机技术包括：运算方法的基本原理与运算器设计、指令系统、中央处理器(CPU)设计、流水线原理及其在CPU设计中的应用、存储体系、总线与输入输出。

介绍计算机是具备数据存储、修改功能，并实现对相关逻辑与数据的计算，是现代化智能电子设备。作为集成网络、计算、媒体等技术为一体的电子设备1。

计算机技术是指计算机领域中所运用的技术方法和技术手段2，或指其硬件技术、软件技术及应用技术。计算机技术具有明显的综合特性，它与电子工程、应用物理、机械工程、现代通信技术和数学等紧密结合，发展很快。

第一台通用电子计算机ENIAC就是以当时雷达脉冲技术、核物理电子计数技术、通信技术等为基础的。电子技术，特别是微电子技术的发展，对计算机技术产生重大影响，二者相互渗透，密切结合。应用物理方面的成就，为计算机技术的发展提供了条件：真空电子技术、磁记录技术、光学和激光技术、超导技术、光导纤维技术、热敏和光敏技术等，均在计算机中得到广泛应用。

机械工程技术，尤其是精密机械及其工艺和计量技术，是计算机外部设备的技术支柱。随着计算机技术和通信技术各自的进步，以及社会对于将计算机结成网络以实现资源共享的要求日益增长，计算机技术与通信技术也已紧密地结合起来，将成为社会的强大物质技术基础。

离散数学、算法论、语言理论、控制论、信息论、自动机论等，为计算机技术的发展提供了重要的理论基础。计算机技术在许多学科和工业技术的基础上产生和发展，又在几乎所有科学技术和国民经济领域中得到广泛应用。

系统技术计算机作为一个完整系统所运用的技术。主要有系统结构技术、系统管理技术、系统维护技术和系统应用技术等。

系统结构技术

它的作用是使计算机系统获得良好的解题效率和合理的性能价格比。电子器件的进步,微程序设计和固体工程技术的进步，虚拟存储器技术以及操作系统和程序语言等方面的发展，均对计算机系统结构技术产生重大影响。它已成为计算机硬件、固件、软件紧密结合，并涉及电气工程、微电子工程和计算机科学理论等多学科的技术。

系统管理技术

计算机系统管理自动化是由操作系统实现的。操作系统的基本目的在于最有效地利用计算机的软件、硬件资源，以提高机器的吞吐能力、解题时效，便利操作使用，改善系统的可靠性，降低算题费用等。

系统维护技术

计算机系统实现自动维护和诊断的技术。实施维护诊断自动化的主要软件为功能检查程序和自动诊断程序。功能检查程序针对计算机系统各种部件各自的全部微观功能，以严格的数据图形或动作重试进行考查测试并比较其结果的正误，确定部件工作是否正常。

系统应用技术

计算机系统的应用十分广泛。程序设计自动化和软件工程技术是与应用有普遍关系的两个方面。程序设计自动化，即用计算机自动设计程序，是使计算机得以推广的必要条件。早期的计算机靠人工以机器指令编写程序，费时费力，容易出错，阅读和调试修改均十分困难。

器件技术电子器件是计算机系统的物质基，计算机复杂逻辑的最基层线路为“与门”、“或门”和“反相器”。由此组成的高一层线路有“组合逻辑”和“时序逻辑”两类。这些逻辑由电子器件来实现，通常以电子器件在技术上的变革作为计算机划代的标志。计算机器件技术，从50年代的真空电子器件到80年代的超大规模集成电路，经历了几个重大发展阶段，使机器组装密度提高约4个数量级，速度约提高5～6个数量级，可靠性提高约4个数量级（以器件失效率为比较单位），功耗降低约3～4个数量级（以单个“门”为比较单位），价格降低约4～5个数量级（以单个“门”为比较单位）。器件技术的进步大大提高了计算机系统的性能价格比。

部件技术计算机系统是由数量和品种繁多的部件组成的。各种部件技术内容十分丰富，主要有运算与控制技术、信息存储技术和信息输入输出技术等。

①运算与控制技术

计算机的运算和逻辑功能主要是由中央处理器、主存储器、通道或I/O处理器以及各种外部设备控制器部件实现的。中央处理器处于核心地位。运算算法的研究成果对加速四则运算，特别是乘除运算有重要作用，随着器件价格的降低，从逻辑方法上大大缩短进位与移位的时间。

指令重叠、指令并行、流水线作业以及超高速缓冲存储器等技术的应用，可提高中央处理器的运算速度。微程序技术的应用，使原来比较杂乱和难以更动的随机控制逻辑变得灵活和规整，它把程序设计的概念运用于机器指令的实现过程，是控制逻辑设计方法上的一大改进，但因受到速度的限制，多用于中、小型计算机、通道和外部设备部件控制器中。早期计算机的各种控制，均集中于处理器，使系统效率很低。

多道程序和分时系统技术的产生和各种存储器和输入输出部件在功能和技术上的发展，使计算机系统内部信息的管理方法与传输成为重要问题，计算机的控制从集中式走向分布式，出现了存储器控制技术与通道、外部设备部件控制技术等。

②信息存储技术

存储技术使计算机能将极其大量的数据和程序存放于系统之中，以实现高速处理。由于存储手段在容量、速度、价格三者之间存在尖锐矛盾，存储器不得不采取分级的体系，形成存储器的层次结构，自上至下可分为超高速缓冲存储器、高速主存储器（又称内存储器）和大容量外存储器等。主存储器是存储体系的核心，直接参与处理器的内部操作，因此它应具有与处理器相适应的工作速度和足够大的容量。50年代以来虽出现多种基于不同物理原理的存储方法，但均未获得理想的结果。50年代中期,铁氧体磁心存储器问世，沿用达20年之久，直到70年代中期，MOS存储器技术兴起后才逐步被淘汰。

MOS存储器在速度、价格、功耗、可靠性及工艺性能等方面均有很大优越性，是主存储器比较理想的手段。主存储器的工作速度，一直未能跟上处理器，一般慢5～10倍。为充分发挥处理器潜力，出现了超高速缓冲存储器。超高速缓冲存储器通常以与处理器同类的双极型器件构成，使二者速度相匹配，但由于价格较高，容量一般只有主存储器的几百分之一。

计算机巨量的数据，存储于速度较慢价格较低的外存储器中，外存储器主要有磁盘机和磁带机。存储器的层次结构相对缓和了速度、容量、价格三者之间的矛盾，但给用户带来存储空间调度的困难。为此，一般以硬件自动调度缓存空间，使之透明于用户；以虚拟存储方法（见虚拟存储器），在操作系统软件的支持下，实施主存与外存之间的自动调度。

③信息输入输出技术

输入输出设备是计算机送入数据和程序、送出处理结果的手段。输入的基本方法是以穿孔卡片或纸带为载体，经卡片或纸带输入机将数据和程序送入计算机，70年代初期出现的键控软盘数据输入方法（即数据输入站）已逐渐普及。将文字、数据的印刷（或手写）体直接读入计算机的光文字阅读机已经实现，语音图像直接输入计算机的技术也已取得一定成果。

在输出方面，最普通的是建立在击打技术基础上的各类打印机，但速度受到机械运动的限制。非击打技术的输出设备能显著提高速度，主要有将电压直接加在电介质涂覆纸张以取得静电潜像的静电式打印机；靠激光在光导鼓上扫描而形成静电潜像的激光静电式打印机；利用喷墨雾点带电荷后受电极偏转而形成文字的喷墨式打印机等。作为轻便输出手段，则以利用热敏纸张遇热变色原理的热敏打印机比较流行。人机对话输出多采用以显像管进行图像文字显示的终端设备。计算机的输入输出技术正向智能化发展。

组装技术组装技术同计算机系统的可靠性、维修调试的方便性、生产工艺性和信息传递的延迟程度有密切的关系。计算机电子器件的可靠性随着环境温度和湿度的升高而下降，尘埃的积聚可能造成插件或底板的短路或断路，因此制冷和空调是组装技术需要解决的重要问题。常用的方法有：将液态氟里昂引入插件冷却片的直接制冷法；用氟里昂使水冷却，再将冷水引入插件冷却片的水冷法；用氟里昂使空气冷却，再将冷空气送入机仓的强制风冷法等。前两者工艺结构较为复杂，故多采用风冷。组装技术需要解决的另一个问题是提高组装密度。计算机器件进入亚纳秒级后，几厘米长的导线所产生的信号延迟已足以影响机器的正常工作，使组装密度问题更加突出。计算机电子器件的变革，对组装技术产生极大影响，组装技术的进步始终与计算机的换代相协调，不断向小型、微型化发展。在电子管时期，一个“门”即是一个插件，以焊钉、导线钎焊而成。晶体管使组装密度提高一个数量级，每一个插件可包含若干个“门”，组装采用单面或双面印制板。集成电路将过去的插件吸收到器件内部，同时采用多层印制的插件板与底板，以及绕接连线工艺，大大提高了组装密度。大规模和超大规模集成电路门阵列的应用，使组装实现微型化，典型的方法是将集成电路的裸芯片焊接在多达30余层的陶瓷片上，构成模块，然后将模块焊接于十余层的印刷底板上。

发展趋势1946年2月14日在美国的宾夕法尼亚大学诞生了历史上的第一台电子计算机，名字叫做肯尼亚克，这台计算机是为了导弹的弹道计算设计出来的。20 世纪 50 年代，由于计算机的成本高昂，计算机的主要服务对象是军事部门，包括导弹计算和与军事相关的空间计算等。随着计算机成本的逐步降低，到 20 世纪 60 年代和 80 年代后，计算机除应用于军用单位以外，很多政府部门和大型的科研机构，甚至一些比较有实力的企业部门也开始应用计算机进行管理。因特尔四位 CPU 微处理器的诞生推动了计算机的进一步发展和推广，1982 年诞生了首台个人计算机。个人计算机的发展使得整个计算机的成本快速下降，计算机也从一个只能用于军事部门和有实力的科研或企业部门，转入到一般的小公司和家庭。20 世纪 90 年代开始，很多企业和家庭也使用了计算机。同时计算机向两极分化：一方面是往微、往小、往便宜发展进入家庭；另一个向高、向难、向大发展，仍然运用于军事、科学技术。3

计算机技术面临着一系列新的重大变革。诺伊曼体制的简单硬件与专门逻辑已不能适应软件日趋复杂、课题日益繁杂庞大的趋势，要求创造服从于软件需要和课题自然逻辑的新体制。并行、联想、专用功能化以及硬件、固件、软件相复合，是新体制的重要实现方法。计算机将由信息处理、数据处理过渡到知识处理，知识库将取代数据库。自然语言、模式、图像、手写体等进行人-机会话将是输入输出的主要形式，使人-机关系达到高级的程度。砷化镓器件将取代硅器件。

方法在学电脑之前，先消除对电脑的紧张感，其实学电脑是很轻松的事，电脑并不神秘，只是一种工具，电脑的内部工作原理很复杂，但不需要了解那些深奥的原理，只要知道怎样使用就行了，电脑的使用是比较简单的，和使用电视机，录像机没有什么区别，使用遥控器选择电视频道，该频道的节目就出现在电视屏幕上，同样，只要给电脑些指令，就会按照要求工作，其次，别被电脑那些”高深”的词汇吓倒，诸如“Windows”，“鼠标”，“控制面板”>>。它们只是一些部件及文件的名字，不需要深入理解其意。

再次，应了解一点电脑知识的组成及发展，电脑知识分硬件部分的知识和软件部份的知识，硬件部分的知识，如计算机组成原理，硬件的组装，电工电子学等，软件部分的知识，如操作系统(win-dows)的使用，语言程序的使用，办公软件office的使用，一般非计算机专业用户先只要熟练掌握软件部分的知识就足够了，当熟知这些知识后，自然就能由此及彼，由表及里地掌握电脑的其它知识了。

常用知识1、电脑基础知识：能熟练使用键盘及盲打中、英文字；

2、Windows；熟练使用操作系统的知识；

3、办公软件应用：熟练处理日常工作、制表、数据处理及输出；

4、数据库应用：把日常对数据做的工作利用数据库语言编程，由电脑批量完成；

5、图形图像处理：专对图形图像处理的软件；

6、安装调试维修：对计算机进行组装，了解各部分功能。

学习方法软件知识发展更新是很快的，例如操作系统软件从1988年的DOS2.0到Windows10已更新多个版本。其实电脑知识的更新并不是完全的改头换面，只是在原有的功能上进行扩充改善，让电脑向智能化发展，和人更贴近，掌握了软件又掌握了更新后的软件，使用到了新扩充的功能，会更了解电脑，前面已在学习电脑之前对电脑作了一些了解，该抛掉对电脑的紧张感，以轻松的心情谈论一下电脑学习方法了。

传统方法，循序渐进

按刚才对电脑知识的分类一步一步从电脑基础知识开始学，学了初级学中级，然后再学电脑的其它分支。这种学习在开始时，可能见效不快，但学到后面你会感到对电脑了解更全面，学电脑的其它软件更容易。也就是说通过知识的积累对电脑知识的理解力加强了，学到一定程度，当把电脑各方面的知识都有个了解时，会觉得电脑不过如此。

需要什么就学什么

如果工作需要某方面的电脑知识，就可以着手学习这方面的电脑知识，不用担心不懂电脑的其它方面的知识，通过认真学习需要的电脑知识，同样可以学好电脑，直接应用到工作中，协助工作，做出更好的成绩。电脑知识就是这样能分开学，当熟悉这方面的知识，可再学另一方面的电脑知识，即是由此及彼的学习，同样能完全彻底的掌握电脑。电脑是一种工具，是协助工作和生活的，需要用什么就学什么。这已经足够了。

多上机，多动手

学好电脑的关键就是“上机”，一定要多上机多动手，这样才能把所学到的电脑知识应用起来，才会对计算机的各种脾性更了解。一般来说，上机和学习的课时比最好为3：1，你学一个钟头，上机三个钟头，与学习一个钟头而不上机，效果是完全不同的。在上机过程中会发现很多问题，可以自己动手改善。上机的重要性还体现在学电脑时，甚至对计算机一无所知的情况下，又需要使用它，只要开机，按书上提示直接操作它，就可在几分钟之内掌握它，使用它了。

总之，根据需要选择一种学习方法，经常操作计算机，会很快学好电脑，电脑会成为很好的帮手。

培养目标本专业培养德、智、体全面发展，具有计算机应用技术的基础理论知识，具备计算机及相关设备的维护与维修、行业应用软件、平面图像处理、广告设计制作、动画制作、计算机网络及网站建设与管理、数据库管理与维护等应用能力和操作能力的高等技术应用性人才。

主要课程计算机应用基础、计算机组装与维护、Visual Basic语言、专业英语、计算机平面与动画设计、计算机网络基础与局域网络的建设与管理、数据库的开发与应用、广告设计与制作、网站建设与网页设计、多媒体设计与制作。

就业方向毕业生主要面向银行、证券、交通系统各单位、交通信息化与电子政务建设与应用部门、各类计算机专业化公司、广告设计制作公司、汽车营销技术服务等从事IT行业工作。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 博士 - 西北农林科技大学