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计算机基础知识 第一讲 1 1什么是计算机 计算机是一种能按照事先存储的程序 自动 高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置 什么是计算机 1 2计算机的产生 计算机的产生 计算机之父 冯 诺依曼冯 诺依曼美藉匈牙利人 1903年12月28日生于匈牙利的布达佩斯 1957年2月8日 在华盛顿去世 终年54岁 冯 诺依曼对人类的最大贡献是对计算机科学 计算机技术和数值分析的开拓性工作 1945年 冯 诺依曼在于ENIAC研究小组共同讨论的基础上发表了 存储程序通用电子计算机方案 确定计算机采用了 二进制 代码表示数据和指令 以前的一些 计算机 的指令不是使用二进制的 它是现代计算机能够自动 准确 快速地按照人们的意图进行运行的基础 世界上第一台计算机 ENIAC世界上第一台计算机 ENIAC 诞生于1946年的美国 它使用了1 8万个电子管 占地面积达到170平方米 重约36吨 它标志着计算工具进入到电子计算机时代 我国第一台电子管数字计算机DJS 1型 103机 在1958年试制成功 P2 计算机的产生 1 3计算机的发展 电子计算机的发展按照主要电子元件划分 经历了四个时代 第一代电子管计算机 1946 1954年 特点 采用电子管为主要逻辑部件 总体结构以运算器为中心 软件上主要采用机器语言 应用以科学计算为主 第二代晶体管计算机 1955 1964 特点 采用晶体管为主要元件主存储器采用磁芯 外存储器采用磁鼓磁带 应用主要以数据处理为主 第三代集成电路计算机 1965 1974 特点 基本逻辑采用中小规模集成电路 软件技术进一步成熟 有操作系统 编译系统等软件 第四代 超 大规模集成电路计算机 1975 至今 特点 采用 超 大规模集成电路 不仅注重数学运算 更注重于逻辑推理或模拟人的 智能 计算机的发展 1 4计算机的发展趋势 1巨型化趋势 用在许多科学领域 另外研制巨型机的技术水平也是一个国家科学技术和工业发展水平的重要标志 2微型化趋势 随着集成电路制造技术的不断提高 在一块很小的硅片上 可以集成数以万计门电路 现在的微型机在功能上已经超出了早期的巨型计算机 3智能化趋势 利用计算机来模仿人类的较高层次的智能 如视觉 听觉和触觉等感知能力 联想 推理 学习等思维能力 4网络化趋势 是目前计算机发展的最明显的趋势 所谓计算机网络 是指将许多分布在各地的独立的计算机用通讯线路连接起来 构成可以相互传输信息的网络结构 5多媒体技术 利用计算机技术 通讯技术和大众传播技术等综合处理多种媒体信息 文本 视频图像 图形 声音等 计算机的发展趋势 1 5计算机的应用领域 计算机的应用领域 科学计算 是计算机最早的应用领域 信息处理 是目前计算机应用的最主要方面 过程控制 用计算机及时采集检测数据 按最佳值迅速对控制对象进行自动控制或自动调节 计算机辅助系统 包括计算机辅助设计 CAD 计算机辅助制造 CAM 计算机辅助教学 CAI 等 计算机通信 21世纪是以计算机通信为主的信息时代 人工智能 是计算机应用研究最前沿的学科领域 2 1计算机的系统 计算机的系统 计算机硬件设备 操作系统系统软件 应用软件用户程序 2 2计算机的硬件 计算机的硬件 一台计算机的硬件包括 P11输入设备 计算机获取外部信息的设备 输出设备 用来输出计算机的处理结果 存储器 是计算机中记忆和暂存的部件 用来存放程序和数据运算器 是对数据进行运算的部件 控制器 是计算机的指挥中心 主要作用是使计算机能自动地执行程序 注 运算器和控制器合称为中央处理器 CPU 2 3计算机的硬件 计算机的硬件 计算机硬件系统 主机 外部设备 中央处理器 内存储器 运算器 控制器 输入设备 键盘 鼠标 数字化仪 扫描仪等 输出设备 显示器 打印机 绘图仪等 外存储器 磁盘 磁带 光盘等 其他 2 3 1存储器 存储器 1 存储器是计算机中记忆和暂存的部件 用来存放程序和数据 它的基本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取出信息 2 3 2存储器 存储器 2 内存储器 主存 与中央处理器 CPU 直接相连 存放正在运行的程序和数据 随机存储器 RAM 可随机读写 断电丢失 只读存储器 ROM 只能读不能写 断电不丢失 外存储器 辅存 硬磁盘存储器软磁盘存储器光盘存储器 利用激光可聚集成能量高度集中的极细光束这一特点 来实现高密度数据的存储 只读型光盘读写型光盘U盘 是一种可移动的硬盘 可随意存储大容量数据 2 3 4中央处理器 CPU 中央处理器 又称CPU 是由运算器和控制器两部分组成 主要功能是取出 解释并执行指令 在微型机使用的CPU也称为微处理器 运算器 是对数据进行运算的部件 它能够快速地对数据进各种基本的运算 包括算术运算和逻辑运算 控制器 是计算机的指挥中心 主要作用是使计算机能自动地执行程序 它根据人们事先编好的程序来对计算机进行控制的 2 4计算机的软件 计算机的软件 1 计算机软件 是计算机程序加上这些程序的文档资料 程序 为达到某一目的而编制的计算机指令序列 是计算机自动完成任务的依据 是各种指令的集合 文档资料包括程序的使用说明 程序开发过程中各阶段的文字记录等资料 计算机软件一般分为系统软件和应用软件两大类 系统软件 是管理 控制和维护计算机的各种软件 它充分发挥各种资源的效能 方便用户使用 应用软件 为解决某一应用问题而编制的一些软件 如 Word WPS等 2 5计算机的软件 计算机的软件 2 2 6应用软件 程序设计语言 机器语言 直接用计算机指令作为语句与计算机交换信息的语言 是二进制语言 是计算机唯一能识别 直接执行的计算机语言 汇编语言 一种由机器语言 符号化 而成的程序设计语言 如ADD表示加法 高级语言 使用接近于人类自然语言思维逻辑的程序设计语言 用高级语言编制的程序必须通过翻译程序的翻译或用编译程序编译成目标程序后才能执行 计算机常用数制及转换 3 1计算机常用数制及转换 计算机常用的数制有 十进制 Decimal 二进制 Binary 八进制 Octal 十六进制 Hexadecimal 十进制 十进制数由0 1 2 9共十个不同的数码表示A An 1 10n 1 An 2 10n 2 A1 101 A0 100 A 1 10 1 A m 10 m注 n和m分别代表A的整数和小数部分的位数 二进制 二进制数由0 1共两个不同的数码表示B Bn 1 2n 1 Bn 2 2n 2 B1 21 B0 20 B 1 2 1 B m 2 m注 n和m分别代表B的整数和小数部分的位数 八进制 二进制数由0 1 2 7共八个不同的数码表示C Cn 1 8n 1 Cn 2 8n 2 C1 81 C0 80 C 1 8 1 C m 8 m注 n和m分别代表C的整数和小数部分的位数 十六进制 二进制数由0 1 2 9 A B C D E F共十六个不同的数码和字母表示D Dn 1 16n 1 Dn 2 16n 2 D1 161 D0 160 D 1 16 1 D m 16 m注 n和m分别代表D的整数和小数部分的位数 4 1计算机的性能指标 计算机的性能指标 主频 即CPU的时钟频率 单位MHz 兆赫兹 字长 计算机信息处理中能同时处理的二进制数据长度 字长越长则计算机的处理数据的能力越强 其计算精度越高 内存容量 主存储器中能存放的信息总量 单位 字节 B 由8个二进制组成一个字节 可以存放一个英文字符 1个中文字符 2B千字节 KB 1024个字节 1KB 1024B兆字节 MB 1024千字节 1MB 1024KB吉字节 GB 1024兆字节 1GB 1024MB存取周期 连续两次独立的读写所需的时间 运算速度 计算机每秒所能执行的加法指令数 5 1计算机病毒 计算机病毒 早在1949年 电脑的先驱者冯 诺伊曼在他的一篇文章 复杂自动装置的理论及组织的行为 中 即提出一种会自我繁殖的程序的可能 现在称为病毒 但没引起注意 十年之后 在贝尔实验室中 这个概念在一个电子游戏中形成了 这个电子游戏叫 CoreWar 这个游戏由三个年轻的工程师完成 道格拉斯 麦耀莱 维特 维索斯基和罗伯特 莫里斯 后来那个编写蠕虫病毒的莫里斯的父亲 1988年冬天 正在康乃尔大学攻读的莫里斯 把一个被称为 蠕虫 的电脑病毒送进了美国最大的电脑网络 互联网 1988年11月 日下午 点 互联网的管理人员首次发现网络有不明入侵者 它们仿佛是网络中的超级间谍 狡猾地不断截取用户口令等网络中的 机密文件 利用这些口令欺骗网络中的 哨兵 长驱直入互联网中的用户电脑 入侵得手 立即反客为主 并闪电般地自我复制 抢占地盘 短短12小时内 已有6200台采用Unix操作系统的SUN工作站和VAX小型机瘫痪或半瘫痪 不计其数的数据和资料毁于这一夜之间 造成一场损失近亿美元的空前大劫难 这位美国国家计算机安全中心 隶属于美国国家安全局NSA 首席科学家的儿子 康奈尔大学的高材生 在1988年的第一次工作过程中戏剧性地散播出了网络蠕虫病毒后 Hacker 一词开始在英语中被赋予了特定的含义 在此次的事故中成千上万的电脑收到了影响 并导致了部分电脑崩溃 5 2计算机病毒特点及其防范 计算机病毒及其防范 计算机病毒是一种认为蓄意编制的具有自我复制能力并且可以制造计算机系统故障的计算机程序 计算机病毒的防范 预防计算机病毒的主要方法是切断病毒的传播途径单机之间计算机病毒传染的主要媒介是软盘 移动存储设备 网络上的病毒可以直接由网络操作系统传播 1 破坏性 可以破坏计算机的软件 硬件 系统资源2 传染性 能够自我复制 并将自己的备份嵌入到其他程序 感染别的计算机3 隐蔽性 潜伏在其他文件中 不易被发现4 潜伏性与激发性 可以长期潜伏在文件中 不会因为长时间不使用而消失 有些病毒进入计算机后并不是立即发作的 需要一定的时间或条件 6 1计算机网络 计算机网络 计算机网络就是把分布在不同地点的多个计算机物理地连接起来 按照网络协议互相通信 以共享软件 硬件和数据资源为目标的系统 6 1 1计算机网络形成与发展 计算机网络形成与发展1 计算机网络发展的四个阶段 1 计算机 终端通信网络 以单计算机为中心的联机系统 缺点 1 主机负荷重 既要承担通信工作 又要承担数据处理 足迹的效率低2 通信线路的利用率低3 属于集中控制方式 可靠性低 6 1 1计算机网络形成与发展 计算机网络形成与发展2 计算机网络发展的四个阶段 2 计算机 计算机网络 以多个主机通过通信线路互联起来 计算机网络形成与发展3 6 1 1计算机网络形成与发展 计算机网络发展的四个阶段 3 具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络 OSI模型 6 1 1计算机网络形成与发展 计算机网络形成与发展4 计算机网络发展的四个阶段 4 高速计算机网络 采用高速网络技术 综合业务数字网的实现 多媒体和智能型网络的兴起 Internet技术的广泛应用网络计算技术的研究与发展宽带城域网与接入网技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展 6 1 2计算机网络的分类 计算机网络的分类 计算机网络通常是按通信距离划分的 通常划分为 局域网 LAN 无线局域网 WirelessLAN 广域网 WAN 互联网 Internet 企业内部网 Intranet 按使用目的和结构分类 按使用目的分 资源共享网络 数据处理网络 数据传输网络等按网络结构分 星型 环形 总线型 树型 网状型等 6 1 3计算机网络的拓扑结构 计算机网络的拓扑结构1 星型 环形 优点 结构简单便于管理组网容易网络延迟时间短误码率低 缺点共享能力较差通信线路利用率不高中央结点负担过重 优点 简化了路径选择的控制可靠性较高实时性强 缺点结点过多时传输效率低故扩充不方便 计算机网络的拓扑结构2 6 1 3计算机网络的拓扑结构 总线型 树型 优点 易于扩展 故障隔离较容易 缺点各个节点对根的依赖性太大 优点 所需电缆少 结构简单 又是无源工作 有较高的可靠性 易于扩充 缺点 传输距离有限 通信范围受到限制 故障诊断和隔离较困难 分布式协议不能保证信息的及时传送 不具有实时功能 6 1 3计算机网络的拓扑结构 计算机网络的拓扑结构3 网络型 特点优点可靠性高资源共享方便有好的通信软件支持下通信效率高缺点贵 结构复杂软件控制麻烦 6 1 4计算机网络协议 计算机网络协议1 OSI模型 OSI开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划分成七个层次 每个层次完成不同的功能 这七层由低层至高层分别是 物理层 数据链路层 网络层 运输层 会话层 表示层和应用层 TCP IP 使用最为广泛的通信协议便是TCP IP协议 连入Internet的计算机进行的信息交换和传输都需要采用该协议 而且 在Windows2000 2003网络环境中实现局域网内部资源共享 或与其他操作系统的连接与通信 TCP IP是使用最频繁的 TCP 传输控制协议IP 互联网协议 6 1 4计算机网络协议 计算机网络协议2 OSI模型 应用层会话层表示层传输层网络层数据链路层物理层 应用层会话层表示层传输层网络层数据链路层物理层 计算机A 计算机B 应用层传输层网际层网络接口层 6 1 4计算机网络协议 计算机网络协议3 TCP IP协议 应用层传输层网际层网络接口层 计算机A 计算机B 6 1 4计算机网络协议 计算机网络协议4 OSI模型与TCP IP协议的比较 6 2Internet的主要功能 Internet的主要功能 Internet的主要功能有 信息浏览与查询 通过Internet可以实时看到世界各地的新闻 天气预报和世界重大事件等电子邮件 电子邮件服务是只网上用户利用计算机相互通信 联络的一种方式文件传输 FTP是文件传输协议的缩写 它可使用户发送或接收任意长的程序文件或数据文件 包括拷贝大型数据库远程登录 用户可以通过Internet登陆到另一台计算机电子商务 用户可以借助Internet商品买卖 资金流转和物品流通等信息交流及其他 如BBS 网络会议 6 3Internet 电子邮件和网络文件的地址 Internet电子邮件和网络文件的地址 访问服务器要用IP地址或域名 收发电子邮件要使用电子邮件地址 访问网络中的文件 则要使用文件地址IP地址和域名IP地址是一个32位的二进制数 如 202 96 0 133由于数字形式的IP地址不便于用户记忆和使用 人们又建立了一套与IP地址相对应的域名管理系统域名的格式为 电子邮件地址的一般格式为 网络文件地址Internet上存储特定信息的地方称为站点 每个站点都有一个地址 称作通用资源定位符 URL 7 1Windows windows MicrosoftWindows是一个为个人电脑和服务器用户设计的操作系统 它有时也被称为 视窗操作系统 它的第一个版本由微软公司发行于1985年 并最终获得了世界个人电脑操作系统软件的垄断地位 所有最近的Windows都是完全独立的操作系统 7 1 1Windows发展史 Windows发展史1 Windos之前 MS DOS是MicrosoftDiskOperatingSystem的简称 意即由美国微软公司 Microsoft 提供的磁盘操作系统 在Windows95以前 DOS是PC兼容电脑的最基本配备 而MS DOS则是最普遍使用的PC兼容DOS 7 1 1Windows发展史 Windows发展史2 Windos1 0 1985年11月 MicrosoftWindows1 0发布 最初售价为100美圆 当时被人所青睐的GUI电脑平台是GEM及Desqview X 因此用户对Windows1 0的评价并不高 MicrosoftWindows1 0是微软第一次对个人电脑操作平台进行用户图形界面的尝试 Windows1 0本质上宣告了MS DOS操作系统的终结 7 1 1Windows发展史 Windows发展史3 Windos95 1995年最轰动的事件 莫过于8月期间windows95发布 当时微软视窗95以强大的攻势进行发布 包括了商业性质的RollingStones的歌曲 StartMeUp 很多没有电脑的顾客受到宣传的影响而排队购买软件 但他们甚至根本不知道Windows95是什么 在强大的宣传攻势和Windows3 2的良好口碑下 windows95在短短4天内就卖出超过一百万份 出色的多媒体特性 人性化的操作 美观的界面令windows95获得空前成功 业界也将windows95的推出看作是微软发展的一个重要里程碑 7 1 1Windows发展史 Windows发展史4 WindosNT4 0 1996年8月 NT4 0发布 增加了许多对应管理方面的特性 稳定性也相当不错 这个版本至今仍被不少公司使用 此版本是为各种嵌入式系统和产品设计的一种压缩的 具有高效的 可升级的操作系统 OS 其多线性 多任务 全优先的操作系统环境是专门针对资源有限而设计的 这种模块化设计使嵌入式系统开发者和应用开发者能够定做各种产品 例如家用电器 专门的工业控制器和嵌入式通信设备 微软的战线从桌面系统杀到了服务器市场 又转攻嵌入式行业 微软帝国的雏形基本已经形成 7 1 1Windows发展史 Windows发展史5 Windos98 1998年6月25日 Windows98发布 这个新的系统是基于Windows95上编写的 它改良了硬件标准的支持 提供了InternetExplorer5 WindowsNetmeeting3 InternetConnectionSharing 对DVD ROM和对USB的支持 微软敏锐地把握住了即将到来的互联网络大潮 捆绑的ie浏览器最终在几年后敲响了网景公司的丧钟 同期也因为触及垄断和非法竞争等敏感区域而官司不断 7 1 1Windows发展史 Windows发展史6 Windos2000 在千禧年的钟声后 迎来了WindowsNT5 0 为了纪念特别的新千年 这个操作系统也被命名为Windows2000 Windows2000包含新的NTFS文件系统 EFS文件加密 增强硬件支持等新特性 向一直被unix系统垄断的服务器市场发起了强有力的冲击 最终硬生生地从ibm hp sun公司口中抢下一大块地盘 Windows2000Professional即专业版Windows2000Server即服务器版Windows2000AdvancedServer即高级服务器版Windows2000DatacenterServer即数据中心服务器版 7 1 1Windows发展史 Windows发展史7 WindosXP 2001年10月25日 WindowsXP发布 它微软把所有用户要求合成一个操作系统的尝试 和以前的系统相比稳定性有所提高 而为此付出的代价是丧失了对基于DOS程序的支持 由于微软把很多以前是由第三方提供的软件整合到操作系统中 XP受到了猛烈的批评 这些软件包括防火墙 媒体播放器 以及它与MicrosoftPasport网络服务的紧密结合 这都被很多计算机专家认为是安全风险以及对个人隐私的潜在威胁 这些特性的增加被认为是微软继续其传统的垄断行为的持续 WindowsXP