第1章计算机应用基础知识.ppt

第1章计算机基础知识 本章学习目标1 1信息技术概述1 2计算机基本结构和原理1 3计算机软件系统1 4数据通信技术简介 退出 1 本章学习目标 本章主要讲解信息技术的发展 内容 应用及安全 计算机的应用领域和基本特点 计算机数据处理方式 微型计算机的系统组成 通过本章学习 读者应该掌握以下内容 l信息技术的内容 应用及安全l计算机应用领域 基本特点l计算机数据的表示l计算机的系统组成 返回本章首页 2 1 1信息技术概述 1 1 1社会进入信息化的时代1 1 2信息技术的发展1 1 3现代信息技术的内容1 1 4信息技术应用及安全 返回本章首页 3 1 1 1社会进入信息化的时代 一 信息的定义信息 information 是一种十分广泛的概念 从不同角度对 信息 进行研究 可以有不同的各有特色的定义和解释 1948年 信息论创始人香农认为信息是用来消除信息接收者某种认识上不确定性的东西 一般认为 信息是客观世界物质及其运动的属性及特征的反映 4 二 信息的分类从信息来源的角度 可以大体将信息分为两类 自然信息和社会信息 自然信息是指不依赖于人类社会 先于人类社会就在宇宙 自然界客观存在或随机发生的各种生物信息和非生命物质的物理信息 社会信息是指在人类社会实践中 为生存 生产和社会发展而产生 处理和利用的信息 自然信息和社会信息一起构成了当前人类社会的信息体系 人们每时每刻都自觉或不自觉地接受和传播信息 5 三 信息 数据 知识 信息 的含义往往容易与 数据 混淆 数据是反映客观事物属性的原始事实 而信息是由原始数据经过处理加工 按特定的方式组织起来的 对人们有价值的数据集合 由此可见 数据是对客观事实的真实记录 没有其他意义 信息是从关系数据中提炼出来的数据 它具有超出其本身的额外价值 同时信息是通过具体的数据形式被存储和传输的 因此数据又被看作是信息的载体 知识是经过加工并经过实践检验的条理化 序化 的信息 信息是知识的基础 并非所有信息都是知识 情报通常是指秘密的 新颖的一类信息 所有的情报都是信息 但不能说所有的信息都是情报 6 四 信息的主要特征普遍性 信息随物质及其运动而普遍存在 传递性 信息只有通过传递 发布 才能体现其价值 存储性 信息必须依附于物理载体存在 不存在没有载体的信息 可识别性 任何信息都可以被特定的对象所识别而发挥作用 转换性 信息可以由一种形态转换为另一种形态 如数据和信息在特定条件下可以相互转换 再生性 信息可以被再次处理 时效性 过时的信息没有利用价值 共享性 被共享后的信息不会消失 返回本节首页 7 1 1 2信息技术的发展 一 信息技术信息技术是指在信息的获取 整理 加工 传递 存储和利用过程中所采取的技术和方法 信息技术也可看作是代替 延伸 扩展人的感觉及大脑信息功能的一种技术 8 二 信息技术的发展信息技术按信息的载体和通信方式的发展大致分为如下几个发展阶段 古代信息技术 以文字记录为主要信息存储手段 以书信传递为主要信息传递方法 近代信息技术 以电通信为主的信息传输技术 大大加速了信息传递速度 现代信息技术 以光电信息存储技术为主要信息存储手段 以网络 光纤 卫星通信为主要信息传递方法 向高速 大容量 综合化 数字化 个人化方向发展这当中还经历了语言的产生 文字的发明 印刷术的发明 电信革命和计算机技术的发明及利用五次重大的变革 返回本节首页 9 现代信息技术就是采用先进的技术手段和科学方法 使信息的采集 处理 传输 存储 利用都建立在最先进的科学技术的基础上 包括信息获取技术 信息传输技术 通信 信息处理技术 计算机 信息控制技术 信息存储技术 后三者被称为 3C技术 它们是信息技术的主体 1 1 3现代信息技术的内容 返回本节首页 10 1 1 4信息技术应用及信息安全 一 信息技术的应用信息技术的应用已经渗透到人类社会的各个领域 现代信息技术与教育企业管理信息化电子商务办公自动化推动其他领域的发展 11 二 信息安全和信息应用中的法律及道德1 信息安全的隐患 1 计算机犯罪 以计算机为犯罪工具 进行欺诈 盗窃等犯罪行为 2 计算机病毒 指人为编制的一种寄生性的计算机程序 其特征有寄生性 传染性 隐蔽性 潜伏性和破坏性 常表现为占用系统资源和破环数据 计算机病毒按寄生方式分为系统型 文件型 混合型和宏病毒 按传染途径可分为驻留内存型和不驻留内存型 往往通过软盘复制 网络下载 电子邮件等方式传播 3 计算机设备 无意的 误操作 4 计算机设备物理性破坏 12 2 信息的安全措施 1 身份验证技术 2 访问控制技术 3 加密技术 4 防火墙技术 5 使用防病毒软件自动检测并定期更新 6 使用不间断电源系统 UPS 7 对重要数据定期备份保存 返回本节首页 13 1 2 1计算机基本结构1 2 2信息在计算机内部的表示1 2 3存储器及其管理1 2 4总线 外设和接口1 2 5微电子技术及其展望 1 计算机基本结构和原理 返回本章首页 14 1 2 1计算机基本结构 一 计算机的特点 处理速度快 运算精度高 超强记忆和逻辑判断功能 通用性5 自动信息处理二 计算机的应用领域 1 科学计算 数值计算 2 信息 数据 处理3 过程控制 实时控制 4 计算机辅助工程5 人工智能6 计算机模拟7 网络通信 15 三 计算机基本结构计算机系统通常是由硬件系统和软件系统两大部分组成的 硬件 hardware 是指实际的物理设备 包括计算机的主机和外部设备 软件 software 是指实现算法的程序和相关文档 包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需要的应用软件 16 17 JohnvonNeumann冯 诺依曼 计算机种类繁多 但基本原理是相同的 计算机硬件系统的结构沿用了美国著名数学家冯 诺依曼提出的模型 其基本思想是 采用二进制形式表示数据和指令采用存储程序的工作方式计算机硬件系统由运算器 控制器 存储器 输入 输出设备组成 四 微机的硬件系统 18 计算机由运算器 控制器 存储器 输入装置和输出装置五部件组成 数据总线 控制总线 19 运算器 数据的算术 逻辑运算 比较 移位等操作 存储器 存储程序和数据 运算之前接受输入设备送来的信息 运算过程中为其它部件提供信息 保存中间结果和最终结果 控制器 计算机的控制中心 实现 程序控制 的主要部件 它从存储器中逐条取指令 分析指令规定的操作 所需数据等 再按分析结果向各部分发控制信号 统一指挥计算机完成操作 输入设备 将数字 文字 图像等转换为计算机能识别的二进制编码 并输入到计算机内存储起来 以便加工处理 常用的有键盘 鼠标器 扫描仪等 输出设备 将计算机内数字形式的编码转换成人或其它设备所能接收和识别的信息形式 常用的有显示器 打印机 绘图仪等 20 五 微型计算机主机系统1 中央处理器 CPU 运算器和控制器在一个芯片上 执行预先编好放在存储器中的指令 是微机系统的核心 由 1 控制器 2 运算器2 存储器用于程序和数据的存储有 1 内存 主存 2 外存3 总线微机各部件之间的公共信息通路有 1 数据总线 2 控制总线 3 地址总线4 I O接口用来连接主机和外设的逻辑电路 返回本节首页 21 1 2 2信息在计算机内部的表示 计算机中的信息也称为数据 由于二进制电路简单 可靠且具有很强的逻辑功能 因此数据在计算机中均以二进制表示 并用它们的组合表示不同类型的信息 1 2 2 1计算机中常用的名词1 2 2 2什么是数制1 2 2 3数制间的相互转换1 2 2 4数据编码 返回本节首页 22 计算机中常用的名词 位 计算机中所有的数据都是以二进制来表示的 一个二进制代码称为一位 记为bit 位是计算机中最小的信息单位 字节 在对二进制数据进行存储时 以八位二进制代码为一个单元存放在一起 称为一个字节 记为Byte 字节是计算机中次小的存储单位 字 一条指令或一个数据信息 称为一个字 字是计算机进行信息交换 处理 存储的基本单元 字长 字长是CPU能够直接处理的二进制数据位数 它直接关系到计算机的精度 功能和速度 字长越长处理能力就越强 目前 常见的微机字长为64位 字长是衡量计算机性能的一个重要技术指标 指令 指挥计算机执行某种基本操作的命令称为指令 一条指令规定一种操作 由一系列有序指令组成的集合称为程序 容量 容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词 主要指存储器所能存储信息的字节数 是存储器的基本单位 常用的容量单位有B 字节 KB 千字节 MB 兆字节 GB 吉字节 TB 万亿字节 它们之间的关系是 1KB 1024B 1MB 1024KB 1GB 1024MB 1TB 1024GB 运算速度 运算速度是指计算机每秒所能执行的指令数 用MIPS为单位 百万条指令数每秒 它是计算机的主要技术指标之一 主频 主频是指计算机的时钟频率 单位用MHz或GHz表示 它是计算机的主要技术指标之一 返回本小节首页 23 数制即表示数的方法 按进位的原则进行计数的数制称为进位数制 简称 进制 1 数制的种类 二进制 八进制 十进制和十六进制2 数制的基数 1 十进制 基数为10 2 二进制 基数为2 3 八进制 基数为8 4 十六进制 基数为16 1 2 2 2什么是数制 24 3 数制的进位规则对于N进制数其规则是逢N进一 1 十进制数的特点是逢十进一 2 二进制数的特点是逢二进一 3 八进制数的特点是逢八进一 4 十六进制数的特点是逢十六进一 25 4 各进制之间的对应关系 返回本小节首页 26 1 2 2 3数制间的相互转换 1 十进制数转换为二进制数举例 105 625 D 1101001 101 B整数部分 除 取余法 105 2 52 2 26 2 13 2 6 2 3 2 1 1 0 1 0 0 1 1 27 小数部分 乘 取整法 0 6252 1 2502 0 5002 000 28 2 十进制数转换为八进制数 十六进制数转换方式同二进制数 只是把基数分别改为8和16 即整数部分除8取余或除16取余 小数部分乘8取整或乘16取整 举例 105 625 D 151 5 O 105 625 D 69 A H整数 小数 105 8 13 8 1 1 5 1 105 16 6 9 6 0 6258 5 000 0 62516 10 000 29 3 二 八 十六进制数转换成十进制数采用按权相加法 第n位为 举例 11001 101 B 1 24 1 23 0 22 0 21 1 20 1 2 1 0 2 2 1 2 3 16 8 1 0 5 0 125 25 625 D举例 312 1 O 3 82 1 81 2 80 1 8 1 192 8 2 0 125 202 125 D举例 312 1 H 3 162 1 161 2 160 1 16 1 768 16 2 0 0625 786 0625 D 30 表1 1不同数制各位的权数 用十进制数表示 31 4 二进制数转换成八 十六进制数三位二进制数对应一位八进制数 整数部分从低位向高位每3位一组 高位不足3位用0补足 小数部分从高位向低位每3位一组 低位不足3位用0补足 然后每组分别按权展开求和 四位二进制数对应一位十六进制数 转换方式同八进制数 只是每4位一组 按权展开求和得到的结果若为10 15的数 则分别用A F来表示 举例 1 101 001 101 151 5 O 1 101 001 101 B 151 5 O 110 1101 1010 B 6D A H 32 5 八 十六进制数转换成二进制数将八进制数或十六进制数的每一位用相应的3位 八进制 或4位 十六进制 二进制数代替 不足位数高位用0补足 最终结果的二进制数的最高位的0可省略 举例 315 O315 11001101 B 2BD H2BD 1010111101 B 011 001 101 0010 1011 1101 返回本小节首页 33 数据单位换算公式如下 1Byte 8Bit1KB 1024Byte1MB 1024KB 220Byte1GB 1024MB 230Byte1TB 1024GB 240Byte 1 2 2 4数据编码 1 数据的单位 34 2 数据与编码计算机信息处理 除了处理数值信息外 更多的是处理非数值信息 非数值信息是指字符 文字 图形等形式的数据 它不表示数量大小 只代表一种符号 所以又称符号数据 从键盘向计算机中输入的各种操作命令以及原始数据都是字符形式的 然而计算机只能存储二进制数 这就需要对符号数据进行编码 输入的各种字符由计算机自动转换成二进制编码存入计算机 35 1 ASCII码 美国标准信息交换代码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 规定 字节 位 最高位为 后 位给出128个编码 分别表示128种字符 95个可见字符 数字 大小写英文字母和专用符号的编码 33个控制码 起控制作用的 功能码 例 36 2 汉字编码 1 国标码汉字 字数多 字型复杂 汉字编码 双字节或多字节汉字编码标准 国家标准GB2312 80 信息交换用汉字编码字符集 基本集 收录汉字 一级常用汉字3755个 二级常用汉字3008个 和图形符号 682个 共计7445个 国标码规定一个汉字用两个字节来表示 每个字节只用7位表示 最高位未作定义 为了书写方便 常用4位十六进制数来表示一个汉字 例 37 2 内码内码是计算机内部对汉字信息进行加工 处理所使用的编码 一般用两个字节表示 16位二进制数表示 目前汉字的机内码尚未标准化 3 交换码交换码是专门用于汉字信息交换的统一编码 GB2312 80 国标码 即是一种交换码 4 外码外码即输入码 是利用键盘输入汉字时对汉字的编码 不管用何种输入码输入汉字 进入系统后将统一转换成内码存储 5 汉字字形码字形码是汉字的输出码 它是由汉字的字模信息所组成的 汉字外形是用16x16点阵形式来表示的 一个汉字占16行16列 每行有16个点 每个点用一个二进制位表示 1表示黑点 0表示白点 16个点用两个字节来表示 因此 一个16x16点阵的汉字的外形需要用32个字节来存放 图1 2 1 我 字的点阵外形及字形码图1 2 2汉字编码之间的关系 返回本小节首页 38 1 2 3存储器及其管理 1 内存储器按地址访问 与CPU一起构成主机 可与CPU直接传送数据 性能指标 存储容量和工作速度 CPU从内存读取数据 但内存速度比CPU处理指令的速度慢 使计算机系统运行效率降低 为了提高计算机整体的运算速度 常使用高速缓冲存储器Cache 当CPU从内存中某地址段内读取指令时 与该地址段连续的其他地址数据将同时传入Cache 之后CPU需要取指令时 将先从Cache中读取 如需要读取的指令在Cache中 即命中 则CPU直接从Cache中读取指令 由于Cache的速度高于内存 因此提高了计算机运行速度 内存组成 RAM 随机访问存储器 按单元地址存取 占内存大部分单元 动态RAM芯片 停电后信息丢失 ROM 只读存储器 只能读出不能写入 断电后信息不会丢失 39 2 外存储器磁盘 光盘等 以文件形式保存数据 通过接口与主机交换信息常见的外存储器有软盘 硬盘 光盘 活动盘 USB盘 U盘 1 直接连接存储技术 磁盘 磁带和光存储 2 移动存储技术 闪存卡 优盘和移动硬盘 3 网络存储技术 网络附加存储 NAS 存储区域网络 SAN 40 3 存储器的层次结构在计算机读取 存储信息时 面临的最大问题是速度和容量 通常 大量的软件 数据资料被存放在容量大的外部存储器中 而计算机执行指令时CPU从内存中读取需要的数据 随着CPU的速度越来越快 内存读取速度就称为一个瓶颈 为了解决这一问题 利用介于CPU和内存之间的高速缓冲存储器 Cache 与CPU处于同一速度级别的特点 使之形成Cache Memory Disk这样一个计算机存储器层次结构 这样可以弥补内存容量不大和速度相对较慢的缺陷 CPU能直接存放数据的是Cache和内存 返回本节首页 41 磁道 扇区和柱面 磁盘上信息记录在一组磁道上 从外到内顺序编号为第0道 第1道等 各盘面位置相同的磁道构成一个柱面 例如 软盘的正面 0号面 和反面 1号面 上的最外边的两个磁道构成0柱面 磁盘的每个圆形磁道又划分成若干个扇区 标准磁盘每扇区存储的数据量相同 512字节 磁盘读写方式 先磁头径向进退找磁道 再盘片旋转读一个扇区 磁盘容量计算 面数 道数 扇区数 字节数例 3寸软盘的容量 2 80 18 512 1 44MB 42 1 2 4总线 外设和接口 一 总线和接口计算机各部件之间信息交换离不开内部总线 按传输数据的类型有 数据总线 地址总线 控制总线 连接外设的端口称为接口 并行口LPT PRN常用来连接打印机 串行口RS 232C常用来连接鼠标 通用串行口USB2 0用来连接各种符合USB标准的设备 其传输速度快 被广泛应用 IEEE1394常用来连接DV设备 43 二 外部设备1 输入设备用来将数据输入到计算机中的外部设备 常见的输入设备有键盘和鼠标 1 键盘是计算机输入的主要设备 2 鼠标是为适应图形操作界面而使用的一种输入设备 种类有机械鼠 光电鼠 光学机械鼠 2 输出设备 1 显示器作用 输出程序运行的最终结果和中间结果 对数据的输入和编辑进行监督 显示器的分辨率 指显示器所能显示像素点的多少 一般用显示器每行像素点与每列像素点的乘积来表示 乘积越大 分辨率越高 2 打印机用来把计算机的输出结果在打印纸上打印出来 以提供可长久保留的可阅读文件的输出设备 一般通过LPT接口连接到系统总线上 返回本节首页 44 1 3计算机软件系统 所谓软件是指能指挥计算机工作的程序和程序运行时所需要的数据 以及与这些程序与数据有关的文字说明和图表资料 其中文字说明和图表资料又称为文档 计算机软件分两大类 系统软件和应用软件 1 3 1操作系统1 3 2计算机语言和工具类软件1 3 3应用软件 返回本章首页 45 1 3 1操作系统 系统软件是计算机系统必须配置的那部分软件 是管理 控制和维护计算机硬件和软件资源的软件 它又分为 1 操作系统如Windows2000 Linux Unix等 2 语言处理程序如汇编程序 编译程序 3 数据库管理系统如Foxpro Oracle等 4 系统维护工具如故障诊断程序 各种开发工具软件像计算机程序设计语言等 其中操作系统是最基本最重要的系统软件 其主要功能是管理 调度计算机系统的资源 并为用户方便地使用计算机提供友好的界面和良好的服务 其他的所有系统软件及各种应用程序都要依赖于操作系统的支持 46 一 操作系统的基本功能资源管理处理器管理存储器管理输入输出设备管理信息管理 47 二 人机接口界面管理操作系统是最靠近硬件的软件层 所有的应用程序和其他系统程序只有通过它才能使用计算机 所以操作系统是用户与计算机的接口 操作系统从早期的字符命令操作界面 发展到菜单式图形窗口操作界面 使人们操作计算机愈来愈方便 现在微软的Windows操作系统被广泛用于个人计算机 它具有与软件开发一体化 与数据库一体化 与通讯功能和网络管理功能一体化等特点 48 三 操作系统的类型批处理操作系统 把多个用户的任务变成规定形式的一批作业进行处理 分时操作系统 指多个进程共享同一台计算机 即CPU每间隔一段时间轮流控制各进程 实时操作系统 指对随机发生的事件作出及时响应 并对其进行实时控制和管理 网络操作系统 使网络上各计算机能方便有效地共享网络资源 为网络用户提供所需的各种服务的软件 返回本节首页 49 1 3 2计算机语言和工具类软件 一 计算机的指令系统指令 用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码 它由操作码和操作数两部分组成 操作码用于指示要进行什么操作 例如加 减 乘 除 移位等 操作数用于指示操作对象 例如加数 被加数 乘数 被乘数等 操作数大多数情况下是地址码 程序 就是由一连串指令按一定顺序组成的能完成某种任务的一系列二进制代码 指令系统 一种计算机所能识别的一组不同指令的集合 称为该种计算机的指令集或指令系统 50 二 计算机语言1 机器语言 是一种用二进制代码 以0和1表示的 能被计算机识别和执行的语言 是一种低级语言 该语言记忆 阅读 书写难 2 汇编语言 是一种面向机器的 用助记符表示的程序设计语言 与机器密切相关 通用性差 3 高级语言 比较接近自然语言和数学语言的程序设计语言 易学 易用 易于精通 但计算机不能识别和执行 4 编译和解释 用汇编语言和各种高级语言编写出来的程序称为源程序 将高级语言或汇编语言经编译后产生的机器语言程序称为目标程序 高级语言有编译执行和解释执行两类 编译型高级语言的源程序经过该语言的编译程序编译 变成目标程序 然后通过链接程序将目标程序链接成可执行程序 如COBOL语言 解释性高级语言的源程序由该语言的解释程序逐条解释并立即逐条执行 不产生目标程序 如BASIC语言 51 三 工具软件开发工具系统工具软件网络工具软件驱动程序杀毒软件 52 四 程序的执行过程 指令1 指令2 指令3 指令4 指令n 取指令 指令译码 取操作数 执行指令 存结果 指令周期 操作码 操作数 取指令 指令译码 取操作数 执行指令 存结果 返回本节首页 53 1 3 3应用软件 为解决用户某一特定的任务而编制的程序 例如 1 文字处理WPS Word Write 2 数据处理Excel SPSS 3 多媒体开发演示Authorware 4 计算机辅助CAD CAI CAT CAM 5 实时处理 6 管理信息系统MIS ERP 7 游戏软件 8 翻译软件金山词霸 9 图形图像处理软件Photoshop 返回本节首页 54 1 4数据通信技术简介 1 4 1数据通信的基本概念1 4 2常用通信系统1 4 3通信技术的发展 返回本章首页 55 1 4 1数据通信的基本概念 一 数据通信的系统概述数据通信研究计算机之间或计算机与数字终端设备之间使用数字信号进行通信的理论和方法 已经成为计算机信息技术领域中一个重要的方面 信息 通信传输过程中数据所包含内容数据 信息的载体 用二进制代码表示信号 模拟信号和数字信号 56 数据通信系统模型如下图 模拟信号对应调制解调器数