计算机应用基础（双语版） - 万水书苑-出版资源网

Chapter 1 Fundamental of Computer

计算机历史 

1.1  An Introduction of computer 

A  computer  is  a  general­purpose  device  that  can  be  programmed  to  carry  out  a  set  of  arithmetic or logical operations automatically. Since a sequence of operations can be readily changed,  the computer can solve more than one kind of problem. [1] 

According  to  modern  societies’  requirements,  Internet  becomes  one  of  the  most  important  current technologies.  And  computers is  the  most  important carrier.  With the advent  of  the  Internet  and higher bandwidth data transmission, programs and data that are part of the same overall project  can  be  distributed  over  a  network  and  embody  the  Sun  Microsystems  slogan:  "The  network  is  the  computer." 

1.1.1  Computer’s History 

Most histories of the modern computer begin with the Analytical Engine envisioned by Charles  Babbage following the mathematical ideas of George Boole, the mathematician who first stated the  principles  of  logic  inherent  in  today's  digital  computer.  Babbage's  assistant  and  collaborator,  Ada  Lovelace,  is  said to  have introduced  the ideas of  program loops and subroutines and  is  sometimes  considered the first programmer. Apart from mechanical calculators, the first really usable computers  began  with  the  vacuum  tube,  accelerated  with  the  invention  of  the  transistor,  which  then  became  embedded in large numbers in integrated circuits, ultimately making possible the relatively low­cost  personal computer. 

Modern  computers  inherently  follow  the  ideas  of  the  stored  program  laid  out  by  John  von  Neumann  in  1945.  Essentially,  the  program is  read  by  the  computer  one  instruction  at  a  time,  an  operation is performed, and the computer then reads in the next instruction, and so on. 

1.1.2  An Introduction of computer 

The first computer in the world was born in 15 th , February, 1946. The computer was named as  ENIAC,  is  shown  in  Fig  1.1  (Electronic  Numerical  Integrator  and  Computer),  at  the  U.S.  Army's  Aberdeen Proving Ground in Maryland. 

Whole  machine  was built in  a  metal  cabinet, which  weighed  30  tons and  was eight feet  high,  three feet deep, and 100 feet long.  The Computers were  using vacuum  tube technology,  the system

contained over 18,000 vacuum tubes that were cooling by 80 air blowers, Fig 1.2. 

Fig 1.1  the ever­first computer ENIAC 

Fig 1.2  ENIAC’s vacuum tubes 

Programs  were  loaded  into  memory  manually  using  switches,  punched  cards,  or  paper  tapes  (see Fig1.3 and 1.4). 

Fig 1.4  Punch card  1.1.3  Computers’ classified 

After ENIAC appeared, computers were developing faster and faster. Base on the main contents  and inner components, computers are classified as five generations. 

l  First Generation Computers 

The  first  generation  computers  employed  during  the  period  1940－1956,  which  used  the  vacuum tubes technology for calculation as well as for storage and control purpose.  Using vacuum  tubes brought some advantages in that period: 

(1)  Fastest  computing  devices  of  their  time,  for  example,  ENIAC  can  control  addition  5,000  times/sec. 

(2)  These  computers  were  able  to  execute  complex  mathematical  problems  in  an  efficient  manner. 

Also, the disadvantages had to be considered: 

(1) The functioning of these computers depended on the machine language.  (2) There were generally designed as special­purpose computers. 

(3) The use of vacuum tube technology makes these computers very large and bulky. 

(4) They were not easily transferable from one place to another due to their huge size and also  required to be placed in cool places. 

(5) They were single tasking because they could execute only one program at a time.  (6) The generated huge amount of heat and hence were prone to hardware faults. 

l  Second Generation Computers 

The  second  generation  computers  employed  during  the  period  1956－1963,  which  used  transistors in place of vacuum tubes in building the basic logic circuits. 

The advantages of this generation were:  (1) Fastest computing devices of their time;  (2) Easy to program because of the use assembly language;  (3) Could be transferred from one place to other very easily because they were small and light;  (4) Required very less power in carrying out their operations;  (5) More reliable, did not require maintenance at regular intervals of time.

Fig 1.5  Transistors  This generation had some disadvantages: 

(1) The input and output media were not improved to a considerable extent  (2) Required to be placed in air­conditioned places 

(3) The cost of these computers was very high and they were beyond the reach of home users  (4) Special­purpose computers and could execute only specific applications 

l  Third Generation Computers 

Generally,  the  third  generation  was  called  Integrated  Circuits  era  and  employed  during  the  period 1964－1975. 

The advantages of 3 rd generation were:  (1) Fastest computing devices; 

(2) Very productive; 

(3) Easily transportable from one place to another because of their small size;  (4) Use high­level languages; 

(5) Could be installed very easily and required less space;  (6) Can execute any type of application; 

(7) More reliable and require less frequent maintenance schedules.  They also provided so many disadvantages, such as : 

(1) The storage capacity of these computers was still very small; 

(2) The performance of these computers degraded while executing large applications, involving  complex computations because of the small storage capacity; 

(3) The cost of these computers was very high; 

(4) They were still required to be placed in air­conditioned places. 

l  Fourth Generation Computers 

The  fourth  generation  computers  employed  during  1975－1989  and  people  are  known  this  generation  as  Large  Scale  Integration  technology  and  Very  Large  Scale  Integration  technology.  Meanwhile, the term Personal Computer (PC) became known to the people during this era. 

Compare with other generation, this era’s advantages were: 

(1) Very powerful in terms of their processing speed and access time;  (2) Storage capacity was very large and faster;

(3) Highly reliable and required very less maintenance;  (4) User­friendly environment; 

(5) Programs written on these computers were highly portable;  (6) Versatile and suitable for every type of applications;  (7) Require very less power to operate. 

And the disadvantages were: 

(1) The soldering of LSI and VLSI chips on the wiring board was not an easy task and required  complicated technologies to bind these chips on the wiring board; 

(2)  The  working  of  these  computers  is  still  dependent  on  the  instructions  given  by  the  programmer. 

l  Fifth Generation Computers 

The different types of modern digital computers come under this category. 

Use  Ultra  Large  Scale  Integration  technology  that  allows  almost  ten  million  electronic  components  to  be  fabricated  on  one  small  chip.  Therefore,  this  category  brings  so  many  benefits  rather than disadvantages, such as: 

(1) Fastest and powerful computers till date; 

(2) Being able to execute a large number of applications at the same time and that too at a very  high speed; 

(3) Decreasing the size of these computers to a large extent; 

(4)  The  users  of  these  computers  find  it  very  comfortable  to  use  them because  of  the  several  additional multimedia features; 

(5) They are versatile for communications and resource sharing. 

Sometimes,  people  define  computers’  category  according  to  the  following  three  criteria:  operating principles, applications, or size and capability. 

If people only consider on operating principles, all computers can separate as 3 different types. 

l  Analog  computers,  which  represent  data  in  the  form  of  continuous  electrical  signals 

having a specific magnitude. 

l  Digital computers, which generally store and process data with the digital format. 

l  Hybrid  computers,  which  are  a  combination  between  analog  computer  and  digital 

computer for presenting the best features of those 2 types of computer. 

If based on applications, there are General purpose computers (work in all environments) and 

Special purpose computers (perform only a specified task). 

Base  on  their  abilities,  they  classified  computers  into  supercomputer,  mainframe  computer,  server,  and  personal  computer  (well  known  as  PC,  which  includes  handheld  computer,  desktop  computer, notebook computer and tablet computer). 

For  general  usage,  a  personal  computer  (PC)  is  a  microcomputer  designed  for  use  by  one  person at a time. Prior to the PC, computers were designed for (and only affordable by) companies  who  attached  terminals  for  multiple  users to a  single  large  computer  whose resources were shared  among  all  users.  The  term  "PC"  has  been  traditionally  used  to  describe  an  "IBM­compatible"

personal computer  in  contradistinction to an  Apple Macintosh  computer.  Although the  distinctions  have become less clear­cut in recent years, people often still categorize a personal computer as either  a PC or a Mac. 

A handheld  computer  is shown in Fig 1.6.  Usually the computer  contains small  keyboard or  touch­sensitive screen and is designed small enough to fix into a pocket. Also, it is wireless and easy  to  hold  when  users  are  using.  People  can  use  handheld  computer  with  some  basic  functions:  appointment book, address book, calculator, and notepad. 

Fig 1.6  Image for handheld computer 

A desktop  computer(see  Fig  1.7)  is  commonly  used  in  the  public,  which  contains  monitor,  keyboards,  mouse,  and  a  main  cabinet.  This  type  of  computer  is  popular  for  offices,  schools,  and  homes. 

Fig 1.7  Image for desktop computer 

A notebook computer (or called laptop) (see Fig 1.8) is a small lightweight personal computer  that  incorporates  a  screen,  a  keyboard,  storage  devices,  and  processing  components  into  a  single  portable unit. Notebook computer can run on power supplied by an electrical outlet or a battery. 

A tablet  computer(see  Fig  1.9)  is  a  recently  popular  portable  computing  device  featuring  a  touch­sensitive  screen.  A  tablet  configuration  lacks  of  a  keyboard  and  resembles  a  high­tech  clipboard.  When  tablet  computers  were  firstly  come  to  the  public  in  2002,  they  were  significantly

more popular than every other type of computers for normal user. 

Fig 1.8  Image for notebook computer  Fig 1.9  Image for tablet computer 

A supercomputer(see Fig 1.10) is a computer with a high­level computational capacity compared  to  a  general­purpose  computer.  Performance  of  a  supercomputer  is  measured  in  Floating­point  Operations  Per  Second  (FLOPS)  instead  of  Million  Instructions  Per  Second  (MIPS).  As  of  2015,  there are supercomputers which can perform up to quadrillions of FLOPS. [2] 

Supercomputers play an important role in the field of computational science, and are used for a  wide  range  of  computationally  intensive  tasks  in  various  fields,  including  quantum  mechanics,  weather  forecasting,  climate  research,  oil  and  gas exploration,  molecular  modeling  (computing  the  structures  and  properties  of  chemical  compounds,  biological  macromolecules,  polymers,  and  crystals),  and  physical  simulations  (such  as  simulations  of  the  early  moments  of  the  universe,  airplane  and  spacecraft  aerodynamics,  the  detonation  of  nuclear  weapons,  and  nuclear  fusion).  Throughout their history, they have been essential in the field of cryptanalysis. [3] 

Fig 1.10  IBM’s Blue Gene Supercomputer 

In  current  situation,  super  computers’  quantity  can  be  considered  as  the  modern  technology  measurements. Until 2014, the super computers’ numbers of each country are shown below: 

A mainframe (also known as "big iron") is a high­performance computer  used  for large­scale  computing  purposes  that  require  greater  availability  and  security  than  a  smaller­scale  machine  can

offer.  Historically,  mainframes  have  been  associated  with  centralized  rather  than  distributed  computing,  although  that  distinction  is  blurring  as  smaller  computers  become  more  powerful  and  mainframes become more multi­purpose (see Fig 1.1 and 1.12). 

Fig 1.11  Supercomputer in different countries June, 2014 

Fig 1.12  IBM Z9 Mainframe 

In  information  technology,  a  server  is  a  computer  program  that  provides  services  to  other  computer  programs (and their  users)  in the same or  other  computers. The  purpose  of a  server  is  to  “serve”  data  to  computers  connected  to  a  network.  Despite  impressive  performance  a  server  can  offer, these servers usually cannot use for entertainments  such as sound or DVD players, and other  fun accessories, so they are not suitable for a personal computers.

1.2  Numbering System 

Numbering system is used by people every day. The most common one is the decimal system,  which also has been known as Arabic number system. 

1.2.1  An overview of the Numbering System 

At present, there are so many different numbering systems have been used in several of fields.  The Binary Code, Octal Decimal Number and Hexadecimal Number are offering in computer world. 

Since we were little kids, we started the decimal numeral system and which is  a  based on the  Arabic numeral system. 

In the decimal numbers, it contains 10 basic numbers:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9.  It  uses  positional  notation  and  uses  same  symbols  for  different  orders  of  magnitude,  but  in  different places. For example, ones place, tens place, hundreds place.  All numbers can be presented as 10 0 ,10 1 ,10 2 ,10 3 , etc. Also, the decimals can be shown as 10 ­1 ,  10 ­2 . For example: In decimal, (2317.87)10 means:  (2317.87)10=2*10  3  +3*10 2 +1*10 1 +7*10 0 +8*10 ­1 +7*10 ­2 

Therefore, as a decimal number (present as D) we can follow the rule.  (D) 10= (Dn­1Dn­2……D1D0.D­1D­2……D­m) 10  = Dn­1*10  n­1  +Dn­2*10  n­2  +……+D1*10  1  +D0*10  0  +D­1*10  ­1  +D­2*10  ­2  +……+D­m*10  ­m  1.2.2  Binary Code 

Since  computer’s  born,  they  only  know  two  numbers  0  and  1.  People  bring  the  binary  numbering system to  communicate with them.  So in the  binary system,  it is  a  based  on the binary  representation  (0,  1).  Similar  with  decimal  numbering  system,  it  also  uses  positional  notation  and  uses  the  same  symbols  for  different  orders  of  magnitude,  but  in  different  places,  e.g.,  ones  place,  twos place, fours place. 

All numbers can present as 2 0 ,2 1 ,2 2 ,2 3 , etc. For example: (10010.11)2 means 

(10010.11)2=1*2  4 

+0*2 3 +0*2 2 +1*2 1 +0*2 0 +1*2 ­1 +1*2 ­2  =16+0+0+2+0+0.5+0.25 

=(18.75)10 

So, for any binary code B, we can present as:  (B) 2= (Bn­1Bn­2……B1B0.B­1B­2……B­m) 10  = Bn­1*10  n­1  +Bn­2*10  n­2  +……+B1*10  1  +B0*10  0  +B­1*10  ­1  +B­2*10  ­2  +……+B­m*10  ­m  1.2.3  Other Numbering System 

Normally, any numbering system N can be presented as:  (N)m= (Nn­1Nn­2……N1N0.N­1N­2……N­m) m  = Nn­1*m  n­1  +Nn­2*m  n­2  +……+N1*m  1  +N0*m  0  +N­1*m  ­1  +N­2*m  ­2  +……+N­m*m  ­m

In  this  system,  Ni can be  present as any  numbers, such  as 0.1.2……­m; N  and  m are integer. 

When  m=2,  8,  16,  or  10,  the  numbering  systems  are  Binary  code,  Octal  numbers,  Hexadecimal  numbers and Decimal numbers. 

1.2.4  Conversion between Different Numbering Systems  (1) Converting from other numbering systems to Decimal. 

Any numbering systems are easy to convert to decimal numbers by multiply power series, for  example:  (1001.101)2=1*2  3  +0*2 2 +0*2 1 +1*2 0 +1*2 ­1 +0*2 ­2 +1*2 ­3  =8+0+1+0.5+0+0.125  =9.625  (56)8=5*8  1  +6*8 0  =40+6  =46  (3CF.BA)16=3*16  2  +C*16 1 +F*16 0 +B*16 ­1 +A*16 ­2  =768+12*16+15*1+11*0.0625+10*0.00390625  =975+0.06640625  = (975.06640625)10 

(2) Converting from Decimal numbering system to other numbering system. 

l  Decimal transfer to Binary code 

Decimal  number  transfer  to Binary  code  should  follow  these  rules:  calculate  into  integer  part  and decimal part. Integer part should be divided by 2 and keep reminders, and decimal parts should  be multiplied by 2 and keep integers. For example: 

We convert (85.35)10 to Binary code. 

First of all, we calculate the integer part (85)10=(an­1 an­2... a1 a0 )2 

Division  Quotient  Remainder 

85/2  42  1  a0  42/2  21  0  a1  21/2  10  1  a2  10/2  5  0  a3  5/2  2  1  a4  2/1  0  1  a5 

Secondly, we calculate the decimal part (0.135)10=(a­1 a­2... a­m )2 

Multiplication  Fraction  Integer 

0.35*2  0.7  0  a­1 

0.7*2  0.4  1  a­2 

0.4*2  0.8  0  a­3 

And then, we add those two results (85.35)10= (110101.0101)2 

l  Decimal convert to Octal and Hexadecimal number 

Similar  with  conversion  between  decimal  and  binary  code,  decimal  convert  to  octal  number  should be divided by 8 and keep the reminders and decimal parts also should be multiplied by 8 and  keep integers. For hexadecimal numbers, we use 16 for division and multiplication. 

(3) Conversion between Binary to octal numbers 

l  Conversion between Binary to octal numbers 

The  converting  rule  is  separating  in  two  parts  base  on  the  decimal  point.  Before  the  decimal  point, the integer part should count 3 digits as a group from right to left. If the left digits cannot have  3 digits, we use 0 to fit in. The decimal part also counts 3 digits as a group from left to right. If the  left  digits  cannot  have  3  digits,  we  use  0  to  fit  in.  For  example,  we  convert  (110000110101.0010001011)2 to an octal number.  The integer part is (1110000110101)2.  001  110  000  110  101  1  6  0  6  5  The decimal part is (.0010001011)2 001  000  101  100  1  0  5  4 

So, we have the result (16065.1054)8 

l  Conversion between octal to Binary numbers 

We can transfer each octal digit to 3 binary digits, for example: (1765.03)8. 

1  7  6  5 .  0  3 

001  111  110  101.  000  011  (4) Conversion between Binary to Hexadecimal numbers 

l  Conversion between Binary to Hexadecimal numbers 

The  converting  rule  is  similar  with  octal  number  and  separating  in  two  parts  base  on  the  decimal point. Before the decimal point, the integer part should count 4 digits as a group from right  to left. If the left digits cannot have 4 digits, we use 0 to fit in. The decimal part also counts 4 digits  as a group from left to right. If the left digits cannot have 4 digits, we use 0 to fit in. For example, we  use same number (110000110101.0010001011)2 to transfer a hexadecimal number. 

The integer part is (1110000110101)2. 

0001  1100  0011  0101 

The decimal part is (.0010001011)2 

0010  0010  1100 

2  2  C 

Even though we use same binary code, we receive different result (1C35.22C)8 

l  Conversion between Hexadecimal to Binary numbers 

We can transfer each hexadecimal digit to 4 binary digits, for example :(1AE5.03)16. 

1  A  E  5.  0  3 

0001  1010  1110  0101.  0000  0011  For better calculation, we provide a table (Table 1.1). 

Table 1.1 

Decimal  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16 

Binary  0  1  10  11  100  101  110  111  1000  1001  1010  1011  1100  1101  1110  1111  10000 

Octal  0  1  2  3  4  5  6  7  10  11  12  13  14  15  16  17  20 

Hexadecimal  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  A  B  C  D  E  F  10 

1.3  Computer System 

A computer  system is  consisting  of  hardware  and  software.  Also,  data  and  human  beings  are  indispensable parts of computer system. 

1.3.1  Hardware 

Computer hardware (usually simply called hardware when a computing context is concerned) 

is the collection of physical elements that constitutes a computer system. Computer hardware is the  physical  parts  or  components  of a  computer,  such as the  monitor,  mouse,  keyboard,  computer  data  storage, hard disk drive (HDD), graphic cards, sound cards, memory, motherboard, and so on, all of  which are physical objects that are tangible. 

Hardware consists of different parts, which can be shown as below: 

Computer  Inner Devices  Outer Devices  CPU  ALU (Algorithm and Logic Unit)  CU (Control Unit)  Mainboard  Other Cards (Display Card, Voice Card, Modern Card, and etc.)  Memory  ROM (Read Only Memory)  RAM (Random Access Memory)  Storage  Input and Output Devices  Keyboard and Mouse  Monitor, Printer, and Projector

1. Processor 

The  processor  is  the  brain  of  a  computer,  which  is  the  logic  circuitry  that  responds  to  and  processes the  Basic instructions  that drives  a  computer.  The term processor  has  generally replaced  the term Central Processing Unit (CPU). The processor in a personal computer or embedded in small  devices is often called a microprocessor (see Fig 1.13). 

A  processor  combines  2  units,  one  is  ALU,  and  the  other  is  CU.  The  ALU  controls  all  the  logical  process,  for  example  AND,  OR,  XOR.  The  CU  mainly  charges  with  execution  of  the  instructions,  and  controls  the  data  sequence  of  in  and  out.  The  result  of  these  routed  data  movements  through  various  digital  circuits  (sub­units)  within  the  processor  produces  the  manipulated data expected by a software instruction (loaded earlier, likely from memory). 

When data and instruction are waiting for ALU and CU to process, there are some small units  can store them temporarily.  Those small  units also called  as register.  Depending on the processors,  the  registers  may  store  8,  16,  32,  or  64  bits.  Those  storage  sizes  control  processors’ performance,  which  also  call  words.  Therefore,  we  have  n­bits  processors,  such  as  32­bits  processor  or  64­bits  processor. 

Fig 1.13  a CPU processor 

2. Mainboard 

Mainboard  (Motherboard)  is  shown  below.  Since  Personal  Computer  (PC)  has  invented,  mainboard is the most important part to connect each computer parts (see Fig 1.14). 

The mainboard consists of: 

l  Central  Processor  Sockets  (or  slots)  in  which  one  or  more  microprocessors  may  be  installed. In the case of CPU's in ball grid array packages, such as the VIA C3, the CPU is  directly solidified to the motherboard. .[4] 

l  Memory slots into which the system's man memory is to be installed (typically in the form 

of DIMM modules containing DRAM chips). 

l  A  clock  generator  which  produces  the  system  clock  signal  to  synchronize  the  various  components,which connect with mainboard battery and charge with system timing. 

l  Slots of expansion cards (for example the interface to the system via the buses supported  by the chipset). 

l  Power  connectors,  which  receive  electrical  power  from  the  computer  power  supply  and  distribute  it  to  the  CPU,  chipset,  main  memory,  and  expansion  cards.  As  of  2007,  some  graphics  cards  (e.g.  GeForce  8  and  Radeon  R600)  require  more  power  than  the  motherboard  can  provide,  and  thus  dedicated  connectors  have  been  introduced  to  attach  them directly to the power supply. [5] 

l  Connectors  for  hard  drives,  typically  SATA  only.  Disk  drives  also  connect  to  the  power  supply. 

3. Other Cards 

When computers communicate with people or real world, these need some  devices to connect  each  other.  Some  cards  are  necessarily  responsible  for  this,  such  as  Display  Card,  Voice  Card,  Modem Card, etc. 

A  Video  Card  is  a  discrete  dedicated  circuit  board,  silicon  chip  and  necessary  cooling  that  provides  2D,  3D  and  sometimes  even  general  purpose  graphics  processing  calculations  for  a  computer.  Alternate  terms  include  graphics  card,  display  adapter,  video  adapter,  video  board  and  almost any combination of the words in these terms. 

Voice  card  is  responsible  for  transform  digital  signal  to  analog  signal,  in  order  to  play  voice  through speakers or headphones. 

A modem (the term is concatenated by Modulator and Demodulator) modulates outgoing digital  signals from a computer  or  other  digital device to analog signals  for a conventional copper twisted  pair telephone line and demodulates the incoming analog signal and converts it to a digital signal for  the  digital  device.  Currently,  there  are  so  many  different  modem card,  such  as  3G  card  and  cable  card. 

4. Memory 

Computer memory store massive 2 state data, 0 and 1. To choose 0 and 1 as computer’s status is  most  electrical  devices  have  2  different  situations,  “on”  and  “off”.  If  the  status  is  “On”,  1  can  be  stored. If the status is “Off”, 0 can be stored. 

All  data or information (text, video,  sound, and pictures), which is stored into a computer, are  all presented as many 1s and 0s. So when people consider storage capacity, those following units are  commonly used:

8 bits(b)=1 byte(B)  1024 bytes= 1 Kilobyte(KB)  1024 KB= 1 Megabyte(MB)  1024 MB= 1 Gigabyte(GB)  1024 GB= 1 Terabyte(TB)  1024 TB= 1 Petabyte(PB) 

In  computing,  memory refers to  the  computer  hardware  devices  used to  store information  for  immediate use and wait for CPU to process and sometimes it is synonymous with the term "primary  storage". Computer memory operates at a high speed, for example, random­access memory (RAM),  as a distinction from storage that provides slow­to­access program and data storage but offers higher  capacities.  If  needed,  contents  of  the  computer  memory  can  be  transferred  to  secondary  storage,  through a memory management technique called "virtual memory". 

For computer memory, there are 2 parts. One is RAM(random access memory), the other one is  ROM(read  only  memory).  ROM  is  "built­in"  computer  memory  containing  data  that  normally  can  only  be  read,  not  written  to.  ROM  contains  the  programming  that  allows  users’  computer  to  be  "booted  up"  or  regenerated  each  time  they  turn  it  on.  Unlike  a  computer's random access  memory  (RAM), the data in ROM cannot be lost when the computer power is reboot. The ROM is sustained  by a  small  long­life battery in  computer.  Therefore,  if  users ever  do the  hardware setup  procedure  with their computers, they effectively will be writing to ROM. Also, ROM should be seen as inner  devices. 

RAM  (random access  memory)  is the place in a  computer  where the operating system (see  Fig 1.15), application programs, and data in current use are kept so that they can be quickly reached  by the computer's processor. RAM is  much faster to read from and write to than the other kinds of  storage in a  computer,  the  hard  disk,  floppy disk,  and  CD­ROM. However,  the  data  in RAM stays  there only as long as people’s computer is running. When users turn the computer off, RAM loses its  data. When they turn computer on again, their operating system and other files are once again loaded  into RAM, usually from user’s hard disk. And RAM is considered as outer devices. 

5. I/O devices 

(1) Input Devices 

An input device is a peripheral (piece of computer hardware equipment), which used to transfer  data  and  control  signals  to  an  information  processing  system  such  as  a  computer  or  information  appliance.  Examples  of  input  devices  include  keyboards,  mouse,  scanners,  digital  cameras  and  joysticks. 

A  keyboard  like  Fig  1.16  is  a  human  interface  device  which  is  represented  as  a  layout  of  buttons. Each button,  or  key,  can be used to either  input  a  linguistic character  to a  computer,  or  to  invoke a particular function of the computer(for example F1 to F12, Wake up, PrintScreen or etc.).  They act as the main text entry interface for  most  users. It is  typewriter like  device composed of a  matrix of switches. 

Fig 1.16  The image of standard keyboard 

A  computer  mouse  is  a  pointing  device  that  detects  two­dimensional  motion  relative  to  a  surface. This motion is typically translated into the motion of a pointer on a display, which allows a  smooth control of the graphical user interface. Physically, a mouse consists of an object held in one's  hand, with one or more buttons. 

Fig 1.17  The image of mouse 

Pointing  devices  are  the  most  commonly  used  input  devices  today.  A pointing  device  is  any 

human interface device that allows a user to input spatial data into a computer. In the case of mouse  and  touchpads,  this  is  usually  achieved  by  detecting  movement  across  a  physical  surface.  Analog  devices, such as 3D mice, joysticks, or pointing sticks, function by reporting their angle of deflection.  Movements of the pointing device are echoed on the screen by movements of the pointer, creating a  simple, intuitive way to navigate a computer's graphical user interface (GUI). 

(2) Output Devices 

data  processing  carried  out  by  an  information  processing  system  (such  as  a  computer)  which  converts the electronically generated information into human­readable form (see Fig 1.18). 

A display device is an output device that visually conveys text, graphics, and video information.  Information  shown  on  a  display  device  is  called  soft  copy  because  the  information  exists  electronically and is displayed for a temporary period of time. Display devices include CRT monitors,  LCD monitors and displays, gas plasma monitors, and televisions. 

Fig 1.18  Output Devices Monitor and Printer 

In computers, a printer is a device that accepts text and graphic output in a digital signal from a  computer  and  transfers  to the  real  text  or  picture  to paper,  usually  to  some  standard  size  sheets  of  paper.  Printers  are  sometimes  chosen  by  customers  with  their  requirements  and  are  purchased  separately. Printers vary in size, speed, sophistication, and cost. In general, more expensive printers  are  used  for  higher­resolution  color  printing.  By  their  performance,  printers  can  be  classified  as  stylus printer, ink printer, and laser printer. 

A  digital  projector(see  Fig  1.19),  also  called  a  digital  projection  display  system,  is  a  specialized  computer  display  that  projects  an  enlarged  image  on  a  movie  screen.  Such  devices  are  commonly used in presentations or home theater. 

There are two main types of digital projection display systems. The older, less expensive type  employs  three  transparent  liquid­crystal­display  (LCD)  panels,  one  for  each  of  the  primary  colors  (red, green, and blue). A newer, more expensive scheme is known as Digital Light Processing (DLP),  a proprietary technology developed by Texas Instruments. 

6. Storage 

Except  memory,  in  a  computer  system,  there  are  so  many  different  types  of  storage  devices.  Flash  disk  (USB  disk),  CD,  and  portable  disks  are  all  commonly  used  in  computer  fields  (see  Fig  1.20 & 1.21). 

Nowadays,  Flash  disk  is  the  most  commonly  used  portable  storage.  The  storage  capacity  of  flash  disk  is  64KB,  128KB,  or  even  more.  People  carry  them  very  easily  and  also  have  enough  storage for normal files transfer from one computer to another. 

Fig 1.20  Normal storage (Flash disk and Portable disk) 

Portable  disk  normally  use  for  store  software  and  documents.  Users  can  input  large­scale 

documents into these storage devices. Compare with USB­disk, the portable disk has bigger capacity  and better  performance.  Using  portable disk,  users can  move files with higher  speed than the flash  disk. Data in the portable disk can be transferring to a computer for any time users’ want. 

CD  (Compact  Disc)  is  a  data  storage  format  in  the  digital  optical  disc.  This  format  was 

originally  developed  to store  and  play  only  sound  recordings,  but  was  later  adapted  for  storage  of  data (CD­ROM). Standard CDs have a diameter of 120 millimeters (4.7 in) and can hold up to about  80 minutes of uncompressed audio or about 700 MiB of data. 

Fig 1.21  The Image of Compact Disc  1.3.2  Software 

encoded information or  computer  instructions, in contrast  to the physical hardware from which the  system  is  built.  The  term is  roughly  synonymous  with  computer  program,  but  is  more  generic  in  scope. 

Base on the usage of computer system, software are divided into 3 catalogues: system software,  programming software and application software. 

1. System software 

System software is computer software designed to provide services to other software or set the  communication  between  human  and  computers.  Examples  of  system  software  include  operating  systems,  computational  science  software,  game  engines,  industrial  automation,  and  software  as  a  service application. 

The  operating  system  (common  examples  are  Microsoft  Windows  series,  Mac  OS  X,  Linux,  and Unix), allows the parts of a computer to work together by performing tasks like transferring data  between  memory  and  disks  or  rendering  output  onto  a  display  device  in  an  understandable  style­graphic.  It  provides a platform (hardware abstraction layer) to run high­level system software  and application software. 

2. Programming Software 

A  programming  tool  (or  software  development  tool)  is  a  type  of  computer  program  that  software  developers  use  to  create,  debug,  maintain,  or  otherwise  support  other  programs  and  applications.  Programming  Software  usually  refers  to  relatively  simple  programs,  that  can  be  combined  together  to  accomplish  a  task.  The  ability  to  use  a  variety  of  tools  productively  is  one  distinctive characteristic of a skilled software engineer. 

The  most  basic  tools  are  an  Integrated  Development  Environment  (IDE)  and  a  compiler  or  interpreter,  which  are  used  ubiquitously  and  continuously.  Other  tools  are  used  more  or  less  depending on the language,  development  methodology, and individual engineer, and are often used  for  a  discrete  task,  like  a  debugger  or  profiler.  IDE  also  may  be  discrete  programs,  executed  separately – often from the command line – or may be parts of a single large program. In many cases,  particularly for  simpler  use,  simple and special  techniques are used instead of a  tool, such as print  debugging  instead  of  using  a  debugger,  manual  timing  (of  overall  program  or  section  of  code)  instead of a profiler, or tracking bugs in a text file or spreadsheet instead of a bug tracking system. 

The  distinction  between  tools  and  applications  usually  is  not  very  clear.  For  example,  developers use simple databases (such as a file containing a list of important values) all the time as  tools. However a full­function database is usually thought of as an application or software in its own  right. 

3. Application Software 

An  application  program  (app  or  application  for  short)  is  a  computer  program  designed  to  perform  a  group  of  coordinated  functions,  tasks,  or  activities  for  the  benefit  of  the  user.  Mostly  common  used  software  are  all  application  software,  such  as  word  processor  (Microsoft  Word  or  WPS),  a  spreadsheet  (Excel),  an  accounting  application  (well­known  as  Enterprise  Resources  Planning  or  called  ERP),  a  web  browser  (Internet  Explorer  or  called  as  IE),  a  media  player

(Windows  Media  Player),  an  aeronautical  flight  simulator,  a  console  game  or  a  photo  editor  (Photoshop). The collective name of application software refers to all applications collectively. This  contrasts with system software, which is mainly involved with running the computer. 

Applications may be packed with the computer and its system software or published separately,  and may be coded as proprietary, open­source or university projects. 

1.4  Reference 

[2]  “The List: November 2015”, Top 500, Retrieved 24 January 2016. 

[3]  Lemke,  Tim,  “NSA  Breaks  Ground  on  Massive  Computing  Center”,  Retrieved  11  December 2013. 

[4]  “CPU  Socket  Types  Explained:  From  Socket  5  To  BGA  [MakeUseOf  Explains]”,  Retrieved 12 April 2015.  [5]  “Pinout of the PCI­Express Power Connector”,techPowerUp, Retrieved 2 October 2013. 

1.5  English­Chinese Key Terms 

Handheld computer  掌上电脑  Server  服务器 

Tablet computer  平板电脑  Keyboard  键盘 

Key  按键  Mainframe computer  大型机 

Memory  内存  Slots  插槽 

Personal computer  个人电脑  Motherboard (mainboard)  主板 

Modem  调制解调器  Notebook  笔记本电脑 

ALU (arithmetic logic unit)  算术逻辑单元  ASCII  美国信息交换标准代码 

IDE (Integrated Development Environment)  集成开发环境  CPU (Central Processing Unit)  中央处理单元