第一章_计算机基础知识

计算机基础第一章 计算机基础知识,南京信息工程大学 计算机与软件学院,本章要求：,了解计算机的发展、特点及用途; 掌握计算机中使用的数制及数制间的转换;掌握计算机系统中数据、信息的表示形式 ;掌握计算机的主要组成部件及其功能;掌握理解多媒体计算机系统的基本组成掌握计算机病毒的定义、特点及分类 了解办公自动化的概念及办公自动化软件分类,主要内容,1.1 计算机概论1.2 计算机中的数制1.3 常见的信息编码1.4 计算机系统简介1.5 多媒体计算机 1.6 计算机病毒 1.7 办公自动化概述,什么是计算机,1.1 计算机概述,计算机是一种信息处理工具,1.1.1 计算机的发展概况,第一台电子计算机（ENIAC）,1946年2月由宾州大学研制成功,第一台电子计算机（ENIAC）,重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管,1.1.1 计算机的发展概况,1第一代（1946年1958年）：电子管阶段,电子管,1.1.1 计算机的发展概况,2第二代（1959年1964年）：晶体管阶段,晶体管,1.1.1 计算机的发展概况,3、第三代（1965年1970年）：集成电路阶段,集成电路,1.1.1 计算机的发展概况,4、第四代（1971年现在）：大规模/超大规模集成电路阶段,超大规模集成电路,计算机发展的几个阶段,1.1.2 计算机的发展趋势,未来的计算机以超大规模集成电路为基础巨型化（不是体积大，而是速度高、容量大、功能强）微型化（体积缩小、重量减轻）网络化（分散的计算机联成网）智能化（计算机将具有一定的“思维能力”）多媒体化,CRAY-,计算机发展巨型化,“巨型化”主要是指机器速度高、容量大、功能强。 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” 超级计算机应用： 天气预报、地震机理研究、 石油和地质勘探，卫星图像处理等 大量科学计算的高科技领域。,计算机发展巨型化,中国超级计算机： 国防科技大学研制的 “银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的“曙光1000” 、“曙光200I”和“曙光3000”,银河,计算机发展微型化,计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。,计算机发展网络化,计算机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。,计算机发展网络化,因特网的建立正在改变我们的世界，改变我们的生活。网络具有虚拟和真实两种特性，网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性，而网络通信、电子商务、网络资源共享则具有真实的特性。我们可以通过因特网购买生活必需品，交纳各种费用、教学、管理个人账务等等。,计算机发展智能化,第一代机器人机械手（1962年出现）第二代机器人具有“感觉”的机器人第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人”,1.1.3 计算机的特点,高速运算能力计算精度高和可靠的判断能力具有记忆和逻辑判断能力具有自动控制能力,1.1.4 计算机的分类,巨型计算机大型主机小型计算机个人计算机工作站,1.1.5 计算机的应用,（1）科学计算 （2）信息处理 （3）自动控制 （4）计算机辅助设计和辅助教学 （5）人工智能 （6）多媒体技术的应用,计算机的应用,（7）计算机网络的应用 （8）商务处理 （9）信息管理 （10）家用电器,1.2 计算机中的数制,计算机只认识“0”和“1”，任何信息必须转换成二进制形式数据后才能由计算机进行处理、存储和传输。数制（计数制）指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。编码是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息的技术。,1.2.1 二进制数,二进制数的特点：最多只有两个不同的数字符号，即 0 和 1 。逢二进一。 (基数为二，逢二进一，借一为二。)二进制优点：0，1两个状态易物理实现；运算规则简单。算术运算与逻辑运算容易沟通。,1.2.2 二进制与其它数制,进位计数制的三要素：数位：数码在一个数中所处的位置。基数：每个数位上所能使用的数码的个数。位权：处在某一位上的“1”所表示的数值的大小。,678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2,数码,基数,权,进位计数制,十进制(101.1)10110201011100110-1二进制(101.1)212202112012-1 (5.5) 10八进制(101.1)818208118018-1 (65.125)10十六进制 (101.1)16116201611160116-1 (257.625)10,二进制数与其它数制的对照表,二进制 十进制 八进制 十六进制 0000 0 0 0 0001 1 1 1 0010 2 2 2 0011 3 3 3 0100 4 4 4 0101 5 5 5 0110 6 6 6 0111 7 7 7 1000 8 10 8 1001 9 11 9 1010 10 12 A 1011 11 13 B 1100 12 14 C 1101 13 15 D 1110 14 16 E 1111 15 17 F,1.2.3 不同进制数之间的转换,十进制整数转换为二进制整数,规则：除二取余，直到商为零为止，倒排。例：将十进制数86转化为二进制 2 | 86 0 2 | 43 1 2 | 21 1 2 | 10 0 2 | 5 1 2 | 2 0 2 | 1 1 0 (86)10=(1010110)2,规则：乘二取整，直到小数部分为零或给定的精度为止，顺排。 例：将十进制数0.875转化为二进制数 0.875 2 1.75 0.75 2 1.5 0.5 2 1.0 (0.875)10=(0.111)2,十进制小数转换为二进制小数,例： (1999.8)10=1103+9 102+9 101+9 100+8 10-1,“权”,(1101.1)2=123+1 22+0 21+1 20+1 2-1 =（8+2+1+0.5+0.25）10 =（11.75）10,二进制数转换为十进制数,规则：按“权”展开，求和。,二进制转换为八进制,方法 三合一法整数部分：自右向左，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。小数部分：自左向右，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。例如：将（10100101.10111）2 转换成八进制数。 （10100101.10111）2 = (010 100 101 .101 110)2 =（ 2 4 5. 5 6）8,方法 一分为三法 八进制 0 1 2 3 4 5 6 7 二进制 000 001 010 011 100 101 110 111 例如：将（207.54）8转换成二进制： 2 0 7. 5 4 010 000 111.101 100 所以， （207.54）8=（010000111.101100）2 =（10000111.1011）2,八进制转换为二进制,二进制转换为十六进制,方法 四合一法整数部分：自右向左，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。小数部分：自左向右，四个一组，不够补零，每组对应一个十六进制数码。例： (11001111.01111)2 = (1100 1111 .0111 1000)2 = ( C F . 7 8)16,十六进制转换成二进制,方法 一分为四法十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111十六进制 8 9 A B C D E F二进制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111例如（1E4.2A）16=（0001 1110 0100. 0010 1010） 2 =（111100100.0010101） 2,1.2.4 二进制数在计算机内的表示,（1）整数的表示 计算机中整数一般用定点数表示。定点数指小数点在数中有固定的位置。整数(不带符号的整数)8位：0255，16位：065535带符号整数 符号位（0：正；1：负）最高位为符号位（原码表示法）8位：-128127，16位：-32768+32767,实数的表示,数符 尾数 阶符 阶码,计算机中实数一般用浮点数表示。浮点数指小数点在数中位置不固定。一个浮点数由阶码（指数）和尾数两部分组成。阶码：尾数中的小数点应当向左或向右移动的位数。尾数：表示数值的有效数字，其小数点约定在数符和尾数之间。例：100.101=2+30.100101,1.2.5 计算机中信息的表示,在计算机中把符号位和数值一起数码化来表示相应的真值，此编码称为机器码。有原码、反码、补码等方法。,数据在计算机中的表示方式,机器数,0,1,0,0,1,1,0,1,+77,符号位,真值,机器数/真值,计算机中信息的表示,原码：将整数化为二进制数，符号位置0（正数）或1（负数）负数的反码：符号位为1，绝对值部分与原码相反。负数的补码表示：符号位也是“1”，其余为反码的最低位加“1”。,原码表示法,原码的最高位为符号位；其余的位是真值X的绝对值。定点小数的原码,定点整数的原码,例+0.1001 原0.1001；-0.1001 原1.1001,例 x = -1011101 原 = 11011101,原码表示法,原码：用最高位表示符号位，符号位为0，则表示正数；符号位为1，则表示负数。,反码表示法,正数的反码同原码；负数的反码是将该负数的原码符号位不变，其他位取反。,例：X=-1101001 则-X原=01101001 X反=10010110,反码表示法,原码变反码规则为：正数的反码和其原码形式相同，负数的反码是将符号位除外，其他各位逐位取反。,补码表示法,正整数的补码与原码相同；负数的补码等于其反码末位加1。,例：X=-0.1011 则 X反= 1.0100 X补= 1.0101 X=-1011000 则 X反= 10100111 X补= 10101000,补码表示法,正数的补码和其原码形式相同，负数的补码是将它的原码除符号位以外逐位取反(即0变为1，1变为0)，最后在末位加1。,原码、反码、补码（续）,注意：-0与+0在补码表示法中相同，而在原码、反码表示却不同。相同位数的二进制补码，表示的范围比原码、反码多一个。正数的原码、反码、补码都相等，即表示方法只有一种。,带符号的机器数,+77,原码,反码,补码,数据在计算机中的表示方式,1,1,带符号的机器数,-77,原码,反码,补码,数据在计算机中的表示方式,1.3 常见的信息编码,十进制数的编码与表示西文信息的编码与表示中文信息的编码与表示,1.3.1 BCD码(二 - 十进制编码）,BCD(Binary Code Decimal)码是用若干个二进制表示一个十进制数的编码， BCD码有多种编码方法，常用的有8421码。8421码是将十进制数码09中的每个数分别用4位二进制编码表示，对于多位数，只须将它的每一位数字用8421码直接列出即可。 例如，十进制数转换成BCD码如下：(1209.56)10 (0001 0010 0000 1001.0101 0110 )BCD,十进制数与BCD编码的对照表,1.3.2 ASCII码,字符编码(Character Code)就是用二进制编码来表示字母、数字以及专门的符号。目前计算机中普遍采用的是ASCII(American Standard Code for Information Interchange)码，即美国信息交换标准代码。,西文信息的编码与表示,数字二进制数 字符 二进制编码 字符编码：每个字符对应一个整数值字符编码标准： ASCII码：美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange)规定：字节(位)最高位为,位给出128个编码。,标准ASCII字符集及其码表,ASCII码,128种字符：95个可见字符，33个控制字符,1.3.3 汉字编码,汉字也是字符，是中文的基本组成单位。汉字数量大(目前汉字的总数已超过6万个)、字形复杂、异体字多、同音字多。汉字信息的处理相对较复杂，汉字信息的处理一般包括汉字的编码、输入、输出、存储、处理与传输。,汉字信息处理的工作过程,汉字编码输入码,数码：由数字组成的编码，代码和汉字一一对应，无重码，但编码规则较难记忆，如区位码。音码：用汉字拼音字母组成的编码，容易学，但重码多，输入速度不高，如拼音码等。形码：把汉字的基本构件偏旁、部首和字根等分类，和不同的键相对应，如五笔字型码、表形码、首尾码等。音形码：根据汉字的读音并兼顾汉字字型而设计的编码，如自然码、声韵部形码、快速输入码等。,汉字编码汉字国标码,汉字字符集与编码1981年，GB2312-80国家标准，其字符及编码称为国标码又叫国际交换码。GB2312字符集的构成：一级常用汉字3755个，按汉语拼音排列二级常用汉字3008个，按偏旁部首排列非汉字字符682个一般用2个字节来存放汉字；汉字分区，每个区94个汉字；,GB2312汉字编码字符集,1980年颁布信息交换用汉字编码字符集基本集GB2312-1980GB2312字符集由三个部分构成：,非汉字字符,682个,GB2312汉字的编码,每一个GB2312汉字使用16位(2个字节)表示每个字节的最高位均为“1”例 : “中”的机内码 (11010110 11010000)B,汉字编码汉字的机内码,是指计算机系统内部为存储、处理和传输汉字而使用的代码，简称内码。 区位码 区号和位号各加上32 ,即得国标码 “ 中” 的区位码 为5448 , “ 中” 的国标码 为8680(十进制)国标码+8080H=机内码 汉字 国标码 汉字内码 中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B,汉字编码地址码,地址码指的是每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址，地址码和机内码要有简明的对应转换关系。,汉字编码字形码,GB2312国标汉字字符集的所有字符的形状描述信息集合在一起，称为字形信息库，简称字库 。点阵字库和矢量字库 点阵：汉字字形点阵的代码 有1616、2424、3232、4848等编码。 在输出汉字时，计算机要先到字库中去找到它的字形描述信息，然后再把字形送去输出。,汉字编码字形码,汉字字形点阵中每个点的信息用一位二进制码来表示，“1”表示对应位置处是黑点，“0”表示对应位置处是空白。例.1616点阵，每个汉字就要占32个字节（1616832）；,1.4 计算机系统简介,计算机系统包括：硬件系统和软件系统。硬件：指构成计算机的物理设备，即具有输入、存储、计算、控制和输出功能的实体部分。软件：指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需的所有文档的集合。,计算机系统的组成,1.4.1 计算机软件系统,微型计算机系统的软件分为系统软件和应用软件两类。系统软件一般包括操作系统、语言编译程序、数据库管理系统。应用软件是指计算机用户为某一特定应用而开发的软件。例如文字处理软件、表格处理软件、绘图软件、财务软件、过程控制软件等。,操作系统,操作系统是最基本、最重要的系统软件。负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提供操作、编程界面。 功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理。分类：单用户操作系统 、批处理操作系统 、分时操作系统 、实时操作系统 、网络操作系统 、分布式操作系统 。,语言编译程序,计算机语言（程序设计语言）：人和计算机交流信息使用的语言。分类：机器语言是一种用二进制代码“0”和“1”形式表示的，能被计算机直接识别和执行。汇编语言是一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言。机器不能直接识别和执行，必须由“汇编程序” (或汇编系统)翻译成机器语言程序才能运行。高级语言是一种比较接近自然语言和数学表达式的一种计算机程序设计语言。计算机不能识别和执行，要把用高级语言编写的源程序翻译成机器指令，通常有编译和解释两种方式。,数据库管理系统,数据库管理系统是有效地进行数据存储、共享和处理的工具。 应用范围：档案管理、财务管理、图书资料管理、仓库管理、人事管理等数据处理。 目前，微机系统常用的单机数据库管理系统有：DBASE、FoxBase、Visual FoxPro 等，适合于网络环境的大型数据库管理系统Sybase、Oracle、DB2、SQL Server 等。,联网及通信软件,网络技术飞速发展，出现了许多专门用于联网和网络管理的系统软件。 例如局域网操作系统Novell NetWare、Microsoft Windows NT；通信软件有Internet浏览器软件，如Netscape公司的Navigator、Microsoft公司的IE等。,应用软件,应用软件是提供某种特定功能的软件，一般都运行在操作系统之上，由专业人员根据各种需要开发。 大部分软件均为应用软件，如杀毒软件，办公软件，学习软件，游戏软件等等。企业级的应用软件主要包括各类管理信息系统、新近出现的ERP（企业资源计划）、CRM（客户关系管理）、SCM（供应链管理）系统和电子商务系统等。,1.4.2 计算机硬件系统,计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成。,运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备,CPU,John von Neumann冯诺依曼,冯诺依曼计算机,。,冯.诺依曼思想： 二进制计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成 存储程序工作原理,冯诺依曼计算机的结构与原理,(1) 计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；(2) 程序(指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；(3) 存储器中存放的指令和数据按地址进行存取 ；(4) 指令是由CPU一条一条顺序执行的。,“存储程序控制” 原理,将问题的求解步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数据都用二进位表示并预先存放在存储器中程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止,CPU的任务,CPU的主要任务是执行指令，它按指令的规定对数据进行操作,指令是什么？,指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。指令是构成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两个部分组成：,指出CPU应执行何种操作的一个命令词，例如加、减、乘、除、取数、存数等,指出该指令所操作(处理)的数据或者数据所在位置,举例: 10 02 06,把02存储单元和06存储单元中的内容相加，和数保存在02单元,指令在计算机中的执行过程,取指令：CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器指令译码：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里执行指令3.1 取操作数3.2 进行运算修改指令计数器，决定下一条指令的地址,1 取指令,4 修改指令计数器,3 执行指令,2 指令译码,指令执行周期,1. 处理器,图2-3 处理器组成,2. 存储器,存储器,存储器通常分为内存储器和外存储器,存放大量信息的外存储器,信息交流中心内存储器,存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。,位,字，字长,位、字节、字及字长,字节（8位）,数据存储的组织形式,每个记忆单元由8位二进制位组成。,1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB,0000H0001H0002HFFFFH,存储体结构图,存储位,存储单元（字节）,存储体,3. 输入输出设备,常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。,输入设备,功能：用来向计算机输入信息输入设备有多种，例如:键 盘 输入文字、符号和命令鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令扫描仪输入图片麦克风输入声音输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示,输出设备,输出设备(output devices)功能：从计算机输出信息输出设备有多种，例如:显示器输出文字、符号和图形打印机打印文字、符号和图形扬声器输出声音(多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式(文字、符号、图形、声音等),1.5 多媒体计算机,1.5.1 多媒体的基本概念媒体： 人与人之间进行信息沟通和交流的中介物称之为“媒体”。一般有两种含义：一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘等；二是指交流、传播信息的载体，如文字、图形图像、视频等。多媒体：人们将文字、图形、图像、音频、视频、动画所构成的复合体统称为多媒体。前三种称为静态媒体，后三种称为动态媒体。多媒体技术 ：多媒体技术是指计算机综合处理文本、图形、图像、声音、视频等多种媒体信息，使它们建立一种逻辑连接，并集成为一个交互性系统的技术。,多媒体技术的主要特性,多样性集成性交互性,1.5.2 多媒体计算机的关键技术,多媒体数据压缩技术多媒体数据存储技术集成电路制作技术多媒体数据库技术,1.5.3 多媒体计算机系统,多媒体计算机硬件系统 多媒体计算机硬件系统包括主机、多媒体接口卡和多媒体外部设备。多媒体计算机软件系统 多媒体计算机软件按功能可分为多媒体系统软件和多媒体应用软件。多媒体系统软件包括多媒体驱动软件、驱动器接口程序、多媒体操作系统、媒体素材制作软件及多媒体库函数、多媒体创作工具和开发环境；多媒体应用软件是在多媒体创作平台上设计开发的面向应用的软件。,1.6 计算机病毒,计算机病毒具有一定的破坏性，给人们的工作带来不便，因此