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课程简介 教材 大学计算机基础 周贤善主编 大学计算机基础实验指导与测试 周贤善主编中国铁道出版社 2009年7月总学时72学时 理论教学36 课内上机36 学分4 5考核方式全校统考 闭卷 试卷密封后 流水化形式阅卷 卷面成绩x60 上机x30 作业 考勤成绩x10 第1章计算机基础知识 1 1计算机概述1 2计算机系统1 3信息安全和社会责任 1 1计算机概述 1 1 1计算机的发展 世界第一台电子计算机 1946年诞生 电子数字积分计算机 electronicnumericalintegratorandcalculator ENIAC 每秒5000次加法运算重达30吨 占地170平方米耗电140千瓦18000个电子管价值40万美元 计算机的四个发展阶段 第一代计算机所使用的主要元件是 电子管 1946 1958 特点 体积大 速度低5000 几万次 秒语言 机器语言应用 科学计算和军事应用 第二代计算机所使用的主要元件是 晶体管 1958 1964 特点 速度快 几十万次 秒语言 高级语言应用 数据处理 工程设计 过程控制 第三代计算机所使用的主要元件是 集成电路 1964 1970 特点 速度更快 几百万次 秒语言 多种高级语言 出现了操作系统应用 许多科学技术领域 第四代计算机所使用的主要元件是 超大规模集成电路 1971 至今 中国自行开发的第一个计算机心脏 龙芯 特点 速度更快 数百亿次 秒 出现网络操作系统和分布式操作系统应用渗透了人类社会的各个领域 未来的计算机 新一代计算机 核心思想 把程序设计的过程改变为逻辑设计过程 在硬件结构方面采用非冯 诺依曼结构 如 光电子计算机 生物电子计算机 是微电子技术 光学技术 超导技术 电子仿生技术 人工智能技术等多学科互相结合的产物 具有更广阔的应用前景 1 1 2计算机的特点 1 运算速度快2 计算精度高3 具有记忆能力4 具有逻辑判断的能力5 具有自动控制的能力6 具有友好的人机交互界面 按性能分类 高性能计算机 巨型机或大型机 数量不多 却有重要和特殊的用途 微型计算机 台式机 笔记本式计算机 个人数字助理 PAD 工作站 一种高档微型机 开放性系统结构高分辨率 大容量内外存 图形功能较强 与网络中的用户结点同名不同义 服务器 需要安装网络软件 硬件配置稍高 1 1 3计算机的分类 1 1 4计算机的主要应用领域 1 科学计算 如导弹的发射 宇宙飞船的飞行轨迹计算等2 数据处理 计算机应用中最广泛的领域 3 自动控制 常用于电力 冶金 石油化工 机械等工业 4 计算机辅助系统 CAD CAM CAI 5 人工智能AI 军事 化学 气象学 地质学以及医疗诊断等领域6 网络应用 网络技术的应用推动着信息社会更快向前发展 7 多媒体技术应用 在各行各业中深入发展 1 2 1计算机中的信息表示 基本概念 信息 数值 文字 语音 图形和图象 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 1 2计算机系统 1 计算机采用二进制编码 各种信息在计算机中的转换过程 位 字节 位 bit 每一个二进制数0和1所占的数位 是信息存储的最小单位 字节 Byte 8个二进制位 是计量存储容量的基本单位 简称B 1B 8bit1KB 1024B1MB 1024KB1GB 1024MB 2计算机中的信息单位 常用的数据单位有位 字节和字 字 Word 字是指计算机内部一次基本动作可同时处理的二进制代码 字所含有的二进制位数成为字长 每一个字符有一个唯一的编码 国际上广泛采用的是美国标准信息交换码AmericanStandardCodeforInformationInterchange 简称ACSII码 常用字符有128个 编码从0到127 见P9 空格编码 20H32 0 9 30H 39H48 57 A Z 41H 5AH65 90 a z 61H 7AH97 122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 ASCII码 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 混合码自然码 4 汉字编码 国家标准 信息交换用汉字编码字符集 基本集 GB2312 80 国标码 一级汉字 常用字 按拼音排序 3755个 二级汉字 非常用字 在一级汉字后按偏旁部首排序 3008个 3 汉字机内码 汉字的区位码和国标码是惟一的 标准的 而机内码的表示则可能随系统的不同而使用不同的方法 将国标码的两个字节的最高位均改为 1 这样就得到了汉字字符的机内编码 简称机内码 2 汉字交换码为了便于各计算机系统之间能够准确无误地交换汉字信息 必须规定一种专门用于汉字信息交换的统一编码 汉字交换码 字形编码即字的形状的二进制数编码 点阵方式 汉字字形点阵的代码16 16 24 24 32 32 48 48 点数越多 显示或打印的字体越美观 但编码占用的存储空间也越大 4 汉字字形码 16个二进制位 每行有2字节 共有16行 所以一个16 16点阵汉字字模 需要32个字节来保存 16个二进制位 5 Unicode编码 ISO制定的统一字符编码标准用两个字节表示一个字符 世界上几乎所有的书面语言都可用其表示 计算机系统 硬件系统 软件系统 主机 外部设备 内存 CPU 控制器 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM EPROM EEPROM 输入设备 外存储器 硬盘 软盘 光盘 系统软件 操作系统 语言处理程序 系统服务程序 数据库管理系统 应用软件 文字处理 表格处理 实时控制 运算器 1 2 2计算机系统的组成与工作原理 输出设备 1计算机系统的基本组成 计算机的工作过程人们预先编制程序 利用输入设备将程序输入到计算机内 并转换成二进制代码 计算机在控制器的控制下 从内存中逐条取出程序中的指令交给运算器去执行 并将运算结果送回存储器指定的单元中 当所有任务完成后 程序执行结果利用输出设备输出 2 计算机的基本工作原理 冯 诺依曼 JohnvonNeumann 思想 1 采用二进制表示数据和指令 2 采用存储程序方式 计算机的工作过程 转换成二进制代码 1100110011001111101010101010100010011001 存储器 存放到 控制器 发出指令 运算器 1 2 3计算机硬件系统 1 运算器 ALU 算术运算和逻辑运算 2 控制器 控制整个计算机其它所有部件的工作 运算器和控制器一起称为中央处理器 CPU 3 存储器 具有记忆功能 用来保存信息 如数据 指令和运算结果等 1 内存储器 内存或主存 直接与CPU相连接 存储容量较小 但速度快 用来存放当前运行程序的指令和数据 并直接与CPU交换信息 2 外存储器 外存或辅存 内存的扩充 存储容量大 价格低 但速度慢 一般用来存放大量暂时不用的程序 数据和中间结果 外存只能与内存交换信息 常用的外存有磁盘 光盘 软盘 U盘等 4 输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 光笔 数字化仪等 5 输出设备 显示器 打印机 绘图仪等 软件分类 系统软件 操作系统 语言处理程序 服务程序 应用软件 数据库管理系统 诊断程序 反病毒程序 备份程序 文件压缩程序 卸载程序 软件分类 设备驱动程序 文字处理软件表格处理软件信息管理软件图形 图像处理软件网络通信软件 1 2 4计算机软件系统 1 系统软件 系统软件是用于计算机管理 监控 维护和运行的软件 包括操作系统 语言处理系统 数据库管理系统和各种服务程序 1 操作系统 功能 管理和控制计算机系统的所有硬 软件资源 裸机 操作系统 虚拟机 统一管理和调度资源 提高使用效率和经济效益 不须了解计算机的软 硬件细节 提高工作效率 目的 源程序 可执行程序 目标程序 编辑程序 解释或编译程序 联接程序 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 2 程序设计语言和语言处理程序 3 数据库管理系统 4 设备驱动程序 5 服务程序 诊断程序 SCANDISK 反病毒程序 KV3000 金山毒霸 数据备份程序 Windows中的备份程序 文件压缩程序 ARJ WinZip 卸载程序 Windows中的添加 删除程序 2 应用软件 1 文字处理软件 2 表格处理软件 3 信息管理软件 4 图形 图像处理软件 5 网络通信软件 微型计算机的硬件资源是指计算机系统中可以看得见摸得着的物理装置 即机械器件 电子线路等设备 1 2 5微型计算机系统 主板 AT结构和ATX结构ATX新型主板结构规范 优化板上元件布局配合ATX电源 实现软关机MODEM远程遥控开 关机需要配合专门的ATX机箱使用 1 系统主板 主板是计算机最重要的部件之一 是微型计算机中各种设备的连接载体 表征微机运算速度的指标是CPU的主频 单位MHz 兆赫兹 GHz 主频越高 微机的运算速度越快 2 微处理器 即中央处理器 CPU 它是一个大规模集成电路芯片 是微型计算机的核心部件 微处理器主要包括三大部分 运算器 控制器 内部寄存器组 微型计算机CPU的主导产品是Intel公司的Pentium系列 IntelCPU的发展史 世界上第一个微处理器4004 80286微处理器Intel最后一块16位CPU Intel486 Intel最后一代以数字编号的CPU IntelPentium 奔腾时代的开始 Intel第一块64位微处理器 1 随机存取存储器 RandomAccessMemory 简称RAM RAM通常指计算机主存 特点是可读可写 断电后信息丢失 2 只读存储器 ReadonlyMemory 简称ROM ROM中一般存放计算机系统管理程序 特点是只读 断电后信息不丢失 3 主存储器 暂时 速度快 容量小 价格高 主存储器又称为内存储器 其容量也是微机的主要性能指标之一 目前微机的内存一般为256MB 512MB 1G 甚至更多 按功能分两种 高速缓冲存储器Cache 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 L2 二级 Cache 主板上 Cache L1 一级 Cache CPU内部 1 软盘 常用软盘容量为1440KB 约为1 44M 2面 80磁道 18扇区 512字节 1 44MB 512B 0 5KB 为每个扇区的字节数 4 外存储器 永久 速度慢 容量大 价格低 常用的是尺寸为3 5英寸的软盘 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成 当软盘处于写保护状态时 信息只读 注意 在驱动器工作指示灯亮时不得抽取软盘 以防损坏 新软盘必须经过格式化后方可使用 有些软盘在出售前已做过格式化 硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成 是微机系统的主要外存储器 或称辅存 硬盘有一个重要的性能指标是存取速度 存储容量的计算和软盘类似 目前常见的硬盘存储容量有40GB 60GB 80GB 100GB等 2 硬盘 3 优盘又名 闪存盘 采用快闪存储器 FlashMemory 为存储介质 使用USB接口 即插即用的新一代可移动存储装置 4 移动硬盘容量大 成本低 速度快 兼容性好 即插即用有良好的抗震性能 移动硬盘与台式机硬盘的主要区别之一 6 光盘 5 磁带存储器 光盘是一种利用激光技术存储信息的装置 目前常用光盘有三类 只读型光盘CD ROM 只读 存储容量大 容量650MB左右 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速 1倍速率 150KB 秒24倍速 150Kbps 24 3 6Mbps 一次写入型光盘CDR 一次可写 不能修改 可抹型 可擦写型 光盘CD RW 可反复擦写一万次 保存50年以上 有可换性 高容量和随机存取等优点 但速度慢 一次投资高 a 只读光盘 CD ROM b 一次性写入光盘 CDR c 可擦写型光盘 CD RW 顺序存取存储器 容量很大 但查找速度慢 5 总线与接口 1 总线 BUS 指计算机系统中能够为多个部件共享的一组公共信息传输线路 按功能和传输信息的种类可以分为三类 数据总线 DB 地址总线 AB 和控制总线 CB 按照总线所连接部件的不同 可分为 内部总线 系统总线和扩展总线 常见的总线标准 PCI总线 AGP总线等 鼠标接口 键盘接口 USB接口 并行端口 串行端口 游戏操纵杆端口 音频端口 串行端口 3 外部接口指计算机系统中各组成部分之间进行信息交换的功能部件 主机与输入输出设备之间的接口称为输入输出接口 简称I O接口 2 扩展槽扩展槽与系统总线或扩展总线相连 主板上有一系列扩展槽 用来插入各种外设的适配卡 再去连接各种外设 6输入 输出设备 2 输出设备显示器 打印机 绘图仪等 绘图仪 7微型计算机的主要性能指标 1 主频主频就是CPU的工作频率 单位是MHz 兆赫 GHz 千兆赫 2 字长字长是CPU在一次操作中能直接处理二进制数的最大位数 32 64位 3 内存容量 4 高速缓冲存储器 Cache 5 总线速率总线速率决定了CPU和高速缓存 内存和输入输出设备之间的信息传输速率 计算机的运算速度是一项综合性的指标 其单位是MIPS 百万条指令 秒 其它性能指标 计算机的故障诊断能力 容错能力 维护手段以及机器的可靠性和稳定性等多种因素 1 3信息安全和社会责任 1 3 1信息与信息安全1 信息和信息素养信息 文字 声音 图形 图像等以及经过科学收集 存储 分类 检测等处理后的信息产品集合 信息素养 是信息时代公民的基本技能 它不仅是每个社会成员的一种基本生存能力 更是 学习型社会 及终身学习的必备素质 我国学者认为 信息素养主要包括3个方面的内容 信息意识 信息能力和信息品质 2 信息安全 信息安全 指计算机信息系统的硬件 软件 网络及其系统中的数据受到保护 不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏 更改 泄漏 系统连续可靠正常的运行 信息服务不中断 安全策略 1 安全立法 法律是规范人们一般社会行为的准则 2 安全管理 安全管理主要指一般的行政管理措施 即介于社会和技术措施之间的组织单位所属范围内的措施 3 安全技术 安全技术措施是计算机系统安全的重要保障 也是整个系统安全的物质技术基础 21世纪是信息时代 信息已成为继物质 能源之后的人类赖以生存的第三大资源 社会的信息化已成为当今世界发展的潮流和核心 而信息安全在信息社会中将扮演极为重要的角色 它直接关系到国家安全 企业经营和人们的日常生活 1 3 2计算机病毒及防治 计算机病毒的定义 病毒是指编制者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者数据 影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码 2 计算机病毒的特性 传染性 隐蔽性 潜伏性 可触发性 多态性 破坏性 3 计算机病毒的分类 1 传统单机病毒根据病毒寄生方式的不同 传统单机病毒可分为三类 引导型病毒 是指寄生在磁盘引导区或主引导区的计算机病毒 它是一种开机即可启动的病毒 先于操作系统而存在 典型的病毒有大麻 Stoned 2708病毒 火炬病毒 Brain 小球病毒 Girl病毒等 文件病毒 是指能寄生在文件中的计算机病毒 这类病毒可以感染可执行文件 即文件扩展名为com exe等 也可以感染obj doc dot等文件 例如CIH病毒 源代码病毒 SrcVir 宏病毒 复合型病毒 兼有文件型病毒和引导型病毒的特点 典型的有Flip病毒 新世纪病毒 One half病毒等 3 计算机病毒的分类 2 现代网络病毒网络病毒根据破坏机制不同 一般可分为两大类 蠕虫病毒 是以计算机为载体 以网络为攻击对象 利用网络的通信功能自我复制和扩散的程序 传播非常迅速 大量地消耗计算机资源和网络通信带宽 导致整个计算机系统及其网络的崩溃 成为拒绝服务攻击的工具 如冲击波病毒 Worm MSBlast 木马病毒 是指在正常访问的程序 邮件附件或网页中包含了可以控制用户计算机的程序 这些隐藏的程序非法入侵并监控用户的计算机 窃取用户的帐号和密码等机密信息 木马病毒一般通过电子邮件 及时通信工具 如MSN和QQ等 和恶意