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1 计算机基础知识 2 目录 1 2微型计算机的组成 1 3数字化信息编码与数据表示 1 1计算机概述 3 总学时 9学时 1 目的 要求 1 计算机的发展 分类 基本特点 性能指标及应用领域 2 计算机中数据的表示方式及常用计数制之间的转换 二进制 十进制 八进制和十六进制之间的转换 3 计算机系统的基本组成 硬件系统和软件系统 各组成部分的功能及相应关系 4 存贮器种类 存贮容量 位 字节 字 kb mb gb tb等概念 5 汉字在计算机中的表示 汉字输入编码的基本概念 6 汉字输入方法的分类 熟练掌握一种汉字输入方法 2 重点 难点重点 计算机系统的组成 软件 硬件组成及组成部分的功能及相应关系 难点 数据表示 硬件 软件 3 教学方法 讲授 利用教学课件演示 上机操作 4 1 1计算机概述 一 计算机的分类和分代 第一台计算机 1 分代 电子计算机 具有快速运算 逻辑判断和存储功能的现代化电子设备 1946年2月诞生 数字积分计算机 eniac 运算速度每秒5000次 5 第一台电子计算机eanic 1 1计算机概述 6 2 分类 按用途分类 通用机 专用机 特殊配置 功能单一 解决特定问题 按综合性能指标分类 巨型机 大型机 小型机 工作站 微型计算机 pc机 网络计算机 大型 通用 较快 较强 作 客户机 服务器 的服务器 作 终端 主机 的主机 规模小 结构简单 设计试制周期短工艺先进 使用维护简单 介于pc与小型机之间高分辨率 大容量内外存 图形功能较强 小 巧 轻 使用方便 价格便宜中央处理器 一个芯片 基于java技术的瘦客户机系统 通用性强 综合能力强 解决各种问题 速度最快 处理能力最强 曙光4000a平均运算速度的第秒8万亿次 世界排名第十 1 1计算机概述 7 量子计算机 20年后量子电脑叫板人脑移动式计算机笔记本式计算机工作站智能计算机 计算 感知 记忆 推理 学习等功能的计算机数据流计算机神经计算机 以人工神经网络为基础构成的计算机台式计算机dna计算机 和传统硅技术相比 具有的巨大存储能力网络计算机光计算机超导计算机绿色计算机 符合环境保护要求的计算机多媒体计算机过程控制计算机容错计算机生物计算机 生物计算机离智能并不遥远 3 计算机种类 1 1计算机概述 8 计算机的应用类型1 科学计算2 数据处理3 电子商务4 过程控制5 cad cam cims6 多媒体技术7 人工智能 计算机的主要应用领域1 工商 电子商务 cad cam2 教育 多媒体教育 远程教育3 医药 cat mri 远程医疗4 政府 电子政府5 娱乐 虚拟现实 电影特技6 科研 数据采集 计算分析7 家庭 家庭信息化 计算机的发展趋势 巨型化 微型化 网络化 智能化 多媒体化 1 1计算机概述 二 计算机的应用 9 三 计算机系统的组成和工作原理 计算机系统 1 1计算机概述 计算机系统 任何计算机系统都由硬件系统和软件系统组成 10 1 计算机硬件系统 冯 诺依曼思想 1 五大模块 控制器 运算器 存储器 输入 输出设备2 二进制 计算机内部采用二进制3 程序与数据一样存放在内存 存储程序原理 1 1计算机概述 11 控制器 控制整个计算机其它所有部件的工作 运算器 算术运算和逻辑运算 存储器 存放程序和数据 分内存储器和处存储器 存储器有关术语 位 bit 存放一位二进制数0或1 字节 byte 8个二进制位为一个字节 地址 整个内存被分成若干个存储单元 每个存储单元一般可存放8位二进制 每个存储单元可以存放数据和程序代码 为了能有效地存取该单元内的内容 每个单元必须有唯一的编号 称为地址 来标识 1 1计算机概述 12 输入设备 用来接受用户输入的原始数据 并将它们转变为计算机可以识别的形式 二进制 存放到内容中 键盘 鼠标 扫描仪 光笔 数字化仪等 输出设备 用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式 显示器 打印机 绘图仪等 容量单位间的关系 1kb 210b 1024b1mb 210kb 1024kb1gb 210mb 1024mb1tb 210gb 1024gb 1 1计算机概述 13 软件分类 2 计算机软件软件 程序 数据 文档 1 1计算机概述 控制计算机的运行 管理计算机的各种资源 并为应用软件提供支持和服务的一类软件 利用计算机的软硬件资源为某一专门应用目的而开发的软件 14 1 操作系统管理和控制计算机系统的所有资源 包括硬件和软件 人与计算机的接口 人和机器的界面 cui gui 统一管理和调度资源 提高使用效率和经济效益 不需了解软硬件细节 提高工作效率 目的 系统软件 1 1计算机概述 15 2 语言处理程序 机器语言 高级语言 汇编语言 面向过程 basic pascal fortran c等 面向对象 c java visualbasic等 面向问题的语言 1 1计算机概述 16 3 实用程序 操作系统自己带一些 第三方开发 反病毒程序 kv3000 金山毒霸 rising 瑞星 备份程序 windowsxp windows7中的备份程序 文件压缩程序 arjwinzip 卸载程序 windows中的添加 删除程序 1 1计算机概述 17 3 计算机基本工作原理 1 指令 让计算机完成某个操作发出的命令 一台计算机所有的指令集合 称为该计算机的指令系统 3 指令的执行 有序的指令集合 2 程序 取指周期 执行周期 4 程序的执行cpu不断地取指令 执行指令 基本概念 指令要完成的操作 参加运算的数或者所在的单元地址 1 1计算机概述 18 1 2微型计算机系统的组成 1 2 1微型计算机硬件系统 常见微机系统 19 微机基本结构 显示器 键盘和主机 1 2微型计算机系统的组成 20 微型计算机主机构成 cpu系统主板 又称主机板或母板 硬盘驱动器cd rom驱动器软盘驱动器显示器适配器内存电源 1 2微型计算机系统的组成 21 1 cpu centralprocessingunit 运算器和数据线的位数反映了cpu的档次 80386以下的cpu为16位 80386及以上的cpu为32位的cpu cpu的功能是计算机主要技术指标之一 人们习惯用cpu的档次来大体表示微机的规格 最具代表性的微处理器系列 美国intel公司其它公司 ibm apple motorola amd cyrix cpu的主要性能指标 主频 cpu的内部工作频率 主频越高 cpu内指令执行速度越快 字长 计算机一次能够并行处理的二进制代码的位数 标志计算机的精度 1 2微型计算机系统的组成 22 2 系统主板 主板 at结构和atx结构atx新型主板结构规范 pc99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识 方便识别 1 2微型计算机系统的组成 23 存储器 内部存储器 外部存储器 1 2微型计算机系统的组成 24 3 内部存储器 cache 1 随机存取存储器 randomaccessmemory 简称ram ram通常指计算机主存 使用动态随机存储器 制作成内存条形式出现 cpu对它们既可读出又可写入数据 16m 32m 64m 128m 256m 2 只读存储器 readonlymemory 简称rom cpu对它们只取不存 其信息用户无法修改 断电时信息不会丢失 rom中一般存放计算机系统管理程序 3 高速缓冲存储器cache是介于cpu和内存之间的一种可高速存取信息的芯片 用于解决它们之间的速度冲突问题 1 2微型计算机系统的组成 25 4 外部存储器 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成 读写软盘时 磁头直接接触盘面 常用软盘容量为1 44mb新型磁盘具有100mb 250mb容量 1 软盘 磁盘容量 磁道数 扇区数 面数 扇区字节数 1 2微型计算机系统的组成 26 一个硬盘由若干个磁性圆盘组成 一个圆盘有2个面 为0面 1面 硬盘的磁道 扇区柱面 各面上磁道相同的磁道全称为柱面 2 硬盘 硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时 磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定 1 2微型计算机系统的组成 27 3 光盘 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速 一倍速率 150kb 秒常用 只读型光盘cd rom一次性可写入光盘cd r 需要光盘刻录机完成数据的写入后继产品dvd rom dvd rom一倍速率是1 3mb 秒 1 2微型计算机系统的组成 28 5 i o input output 总线与扩展槽 总线是计算机中的传输数据信号的通道 按并行方式传输信息 扩展槽的作用 isapcipci eusb 1 2微型计算机系统的组成 29 6 输入 输出设备 输入设备 输出设备 微机上不可少的两种输入输出接口是并行端口和串行端口 并行端口可以同时传送8路信号 传输距离相对较近 设备名 lpt 串行端口在一个方向一次只能传送1路信号 设备名 com 处理结果 数字 字符 图像 声音 键盘 鼠标 光笔 触摸屏 数字化仪等 显示器 打印机 绘图仪等 1 2微型计算机系统的组成 30 1 2 2多媒体微型计算机系统 1 多媒体概念多媒体 multimedia 包含数值 文字 声音 图形 图像等信息的载体 1 2微型计算机系统的组成 31 2 多媒体技术的应用 交互式有线电视系统视频会议系统多媒体演示系统 文化教育技术培训商业零售业观光旅游 1 2微型计算机系统的组成 32 1 3数据在计算机中的表示 一 基本概念信息 数值 文字 语音 图形和图像 信息必须数字化编码 才能传送 存储和处理 二进制的优点 物理上容易实现 可靠性强 运算简单 通用性强 33 二 数制转换 1 进位计数制数制 数的表示系统称为数制 基数 一个数制所包含的数字符号的个数称为该数制的基数 基r数制 用r个基本符号表示数值 r称为该数制的基 基数 基本符号的个数 数符 不同进制的数学符号r确定 数符为0 1 2 3 r 1r值符号r进制数制100 1 2 3 4 5 6 7 8 9十进制20 1二进制80 1 2 3 4 5 6 7八进制0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f十六进制进位方法 逢r进一 借一当r权 数位代表的不同数值的意义称为 权 或 权值 例 215 8 2 102 1 101 5 100 8 10 1 1 3数据在计算机中的表示 34 计算机中常用的各种进制数的表示 数值按权的展开 1 3数据在计算机中的表示 35 计算机中常用的各种进制数的表示 1 3数据在计算机中的表示 36 1 r进制转化成十进制an a1a0 a 1 a m r an rn a1 r1 a0 r0 a 1 r 1 a m r mai是数码 r是基数 ri是权 不同的基数 表示是不同的进制数r进制转化成十进制 数码乘以各自的权的累加 例 10101 b 1 24 0 23 1 22 1 20 21 101 11 b 22 1 2 1 2 2 5 75 101 o 82 1 65 71 o 7 8 1 57 101a h 163 16 10 4106 2 不同进制之间的转换 1 3数据在计算机中的表示 37 整数部分 除以r取余数 直到商为0 余数从右到左排列 小数部分 乘以r取整数 整数从左到右排列 100 d 144 o 64 h 1100100 b 2 十进制转化成r进制 1 3数据在计算机中的表示 38 3 八进制和十六进制转化成二进制 2c1d h 0010110000011101 b 10110000011101 b 2c1d7123 o 111001010011 b 111001010111 b 7123 4 二进制转化成八进制和十六进制整数部分 从右向左进行分组 小数部分 从左向右进行分组 转化成八进制三位一组 转化成十六进制四位一组 不足补零 1101101110 11010100 b 36f d4 h 36fd41101101110 110101 b 1556 65 o 155665 1 3数据在计算机中的表示 每一个八进制数对应二进制的三位 每一个十六进制数对应二进制的四位 39 1 机器数符号位 将一个数的最高位定义为符号位 其余表示数值 0 表示正1 表示负机器数 一个数及其符号在机器中的数值化表示 真值数 把机器外部由正 负号表示的数称为真值数 三 数值的表示 例 十进制数 44二进制数 101100真值数 101100机器数 10101100 2 数的定点和浮点表示 1 3数据在计算机中的表示 40 定点小数表示 指小数点准确固定在数据某一个位置上的小数 任一个小数表示 n nsn 1n 2n 3 n m n 1 定点整数表示 整数最小单位是1 小数点在数值最低位右边 2n 1 n 2n 1 1最大数 127最小数 128 0 n 2n 1最大数 255 m 1位 n位 例 0 75 10 0 11 2 0 75 10 0 11 2 1 3数据在计算机中的表示 41 浮点数表示 阶码 数符 110 011 b 1 10011 2 10 11001 1 2 10 0 110011 2 11 阶符 尾数 n 数符 尾数 2阶符 阶码尾数的位数决定数的精度 阶符决定小数点的位置阶码的位数决定数的范围 浮点数 指尾数部分小数点可随阶的不同而左右浮动的数 数0 110011 2 11在计算机中的表示 假设一个数占两个字节 科学记数法 1234567 123456 7 101 12345 67 102 0 1234567 107 1 3数据在计算机中的表示 42 3 带符号数的表示 7 00000111 7 10000111 1 原码 数x的原码表示为 x 原 说明 数符位0表示正 1表示负正数 数值部分就是x的二进制表示负数 数值部分就是x绝对值的二进制表示 7 10 111 2 7 10 111 2 机器数 一个数及其符号在机器中的表示数值化 真值 机器数所代表的数 以整数为例 假定一个数在机器中占用8位 0 00000000 0 10000000 1 3数据在计算机中的表示 43 7 00000111 0 00000000 7 11111000 0 11111111 7 00000111 7 11111001 2 反码 数x的反码表示为 x 反 3 补码 数x的补码表示为 x 补 说明 正数 反码与原码相同负数 数符位仍为 数值位x的绝对值按位取反 说明 正数 补码与原码相同负数 补码等于反码加1在补码中 0有唯一的编码 利用补码能够方便运算 0 00000000 0 00000000 1 3数据在计算机中的表示 44 四 字符的表示 西文字符 中文字符 1 西文字符的编码每一个字符有一个唯一的编码 1 acsii码 americanstandardcodeforinformationinterchange 用一个字节 用7位二进制编码 一位作为奇偶校验 正常情况下最高位为0 常用字符有128个 编码从0到127 字符名称十六进制编码十进制编码二进制编码空格20h32d0100000 0 9 30h 39h48 570110000 0111001 a z 41h 5ah65 901000001 1011010 a z 61h 7ah97 1221100001 1111010 控制字符 0 32 127 普通字符 94个 每个字符占一个字节 用7位 最高位不用 一般为0 例如 a 字符的编码为1100001 对应的十进制数是97 注意 0 9十个字符的低4位正好是其二进制形式 1 3数据在计算机中的表示 45 2 ebcdic码 用于大型机器中 extendedbinarycodeddecimalinterchangecode扩展的二 十进制交换码 采用8位基本原则码表示 有256个编码状态 但只选用其中一部分 25 00100101 bcd25 1 3数据在计算机中的表示 46 2 汉字编码 2 汉字内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式 国标码 gb2312 80 及其机内码一级汉字 3755个 二级汉字 3008个 汉字分区 每个区94个汉字 每个汉字占两个字节 汉字区位码国标码汉字内码中54488680 0101011001010000 b 1101011011010000 b华27105942 0011101100101010 b 1011101110101010 b 机内码 最高位为1 1 汉字输入码音码类全拼 双拼 微软拼音 自然码和智能abc等形码类五笔字型法 郑码输入法等 注意 区位码 区号 位号国标码 区号 32 位号 32 机内码 将二进制的国标码每个字节的最高位变为1 1 3数据在计算机中的表示 47 3 汉字字形码 矢量 存储的是描述汉字字形的轮廓特征 点阵和矢量方式区别 前者特点编码 存储方式简单 无需转换直接输出 但字形放大后产生的效果差 而且同一种字体不同的点阵需要不同的字库 矢量方式特点正好与前者相反 4 汉字地址码汉字地址码 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 汉字字形码通常有两种表示方式 点阵和矢量表示方式 点阵 汉字字形点阵的代码16 16 24 24 32 32 48 48 1 3数据在计算机中的表示 48 5 其他汉字编码ucs码 unicode码 gbk码 big5码等 国际标准 通用多八位编码字符集ucs universalcodeset 世界各种文字的统一的编码方案 一个字符占4个字节 分为 基本多文种平面 bmp 0组0平面 包含字母 音节及表意文字等 组 平面 行 字位 最高位为0 例如 a 41h ascii 00000041h ucs 大 3473h gb2312 00005927h ucs 1 3数据在计算机中的表示 49 unicode码另一国际标准 采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字 其字符集内容与ucs的bmp相同 gbk码gbk等同于ucs的新的中文编码扩展国家标准 2字节表示一个汉字 第一字节从81h feh 最高位为1 第二字节从40h feh 第二字节的最高位不一定是1 big5编码台湾 香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准 包括440个符号 一级汉字5401个 二级汉字7652个 共计13060个汉字 1 3数据在计算机中的表示 50 五 声音媒体的表示 1 声波采样与数字化 采样频率f 1 t 每秒钟的采样次数 采样点精度 存放采样点振幅值a的二进制位数 声道数 声音通道的个数 立体声为双声道 每秒钟存储声音容量的公式为 采样频率 采样精度 位数 声道数 8 字节数 1 3数据在计算机中的表示 51 2 声音文件 wave格式文件 wav 记录了真实声音的二进制采样数据 通常文件较大 midi格式文件 mid 数字音乐的国际标准 记录的是音符数字 文件小 mpeg音频文件 mp1 mp2 mp3 采用mpeg音频压缩标准进行压缩的文件 目前使用最多的是mp3文件格式 wave和midi文件均可压缩成mpeg格式文件 1 3数据在计算机中的表示 52 六 图形和图像媒体的表示 1 概述图形和图像图形 绘图软件绘制的由直线 圆 圆弧 任意曲线等组成的画面 图形文件中存放的是描述图形的指令 图像 由图像输入设备输入的画面 数字化后以位图形式存储 动画和视频 图形和图像的动态形式 动画 每一幅画面通过软件对图像素材进行编辑制作而成 视频 将视频信号源 电视机 摄像机等 经过采样和数字化后保存 1 3数据在