计算机应用基础知识PPT课件.ppt

第1章计算机应用基础知识 2 第1章计算机应用基础知识 1 1计算机的发展与应用1 2计算机系统组成原理1 3微型计算机系统的硬件与组装1 4计算机中信息的表示1 5信息安全与计算机病毒防治 3 1 1计算机的发展与应用 1 1 1计算机的诞生与发展1 1 2计算机的特点1 1 3计算机的分类1 1 4计算机的应用 4 1 1 1计算机的诞生与发展 机电式计算机由于机电部件动作反映速度较慢 1946年美国宾西法尼亚大学莫克利和埃克特等人成功研制了第一台通用的电子计算机 电子数字积分和计算机 ENIAC 这台计算机占地近168平方米 重量达30吨 每秒钟可进行5000次加法运算或50次乘法运算 还可以进行平方 立方 正弦和余弦等其他复杂的运算 与使用微分机相对比 计算60秒弹道轨迹所需要的时间从20小时减少到只需要30秒钟 5 按照计算机采用的电子器件来划分计算机的年代1 第一代计算机 电子管计算机 1946 1957年 主要采用电子管作为逻辑部件 水银延迟线或磁鼓作为程序的存储设备 穿孔卡片作为输入已知数据和输出计算结果的设备 它们造价昂贵 而且体积大 运算速度低 可靠性差 2 第二代计算机 晶体管计算机 1958 1964年 晶体管是1947年末美国贝尔实验室的发明 它比电子管体积小 寿命长 而且更可靠 采用晶体管作为逻辑部件 磁芯作为存储设备 其性能比第一代计算机提高了几十倍 6 3 第三代计算机 中小规模集成电路计算机 1965 1969年 1961年初德州仪器公司发明了集成电路 集成电路将电子元件集成到一块半导体晶片上 因此体积更小 功能更强 成本更低 4 第四代计算机 大规模 超大规模集成电路计算机 1970 1970年Intel公司研制了第一块微处理器芯片4004并取得了巨大的成功 微处理器成为新一代计算机的主要逻辑部件 它使微型计算机的出现成为可能 5 新一代计算机 光电子或生物电子计算机 研究过程中 从20世纪80年代开始 美国 日本等国家开始研制新一代计算机 其主要研究方向为智能计算机 神经网络计算机 生物计算机及光子计算机等方向 7 1 1 2计算机的特点 1 运算速度快2 计算精度高3 有记忆存储能力4 有逻辑判断能力5 有自动执行能力 8 1 1 3计算机的分类 1 按工作原理分类电子数字计算机和电子模拟计算机2 按应用领域分类通用计算机和专用计算机3 按性能规模分类巨型机 大型机 中型机 小型机和微型机 9 1 1 4计算机的应用 1 科学计算2 数据处理3 过程控制4 辅助设计与制造5 人工智能6 网络应用 10 1 2计算机系统组成原理 1 2 1硬件系统的基本组成及工作原理1 2 2软件系统的概念及分类 11 1 2计算机系统组成原理 系统是指由若干相互独立而又相互联系的部分所组成的整体 计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成 硬件系统主要由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备五个部分组成 软件系统主要由系统软件和应用软件两个部分组成 12 1 2 1硬件系统的基本组成及工作原理 硬件是指构成计算机的设备实体 一台计算机由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备五个部分组成 它们通过总线连接在一起 13 1 硬件系统基本组成硬件系统由五大部件组成 这五大部分通过系统总线完成指令操作 1 运算器运算器又称为算术逻辑部件 是用来进行数据运算的功能部件 数据运算包括算术运算和逻辑运算的功能部件 2 控制器控制器是对输入的指令进行分析 并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件 是计算机的指挥系统 在微型计算机中将运算器和控制器集中在一片芯片上 统称为中央处理器 CPU 或微处理器 它是计算机的核心和关键部件 14 3 存储器存储器是具有记忆能力的部件 用于存放程序或数据 存储器可以分为内部存储器和外部存储器 内部存储器简称内存 存取速度快 是CPU能够直接读写的存储器 内存按存储信息的原理分为随机存储器 RAM 和只读存储器 ROM 外部存储器简称外存 存取速度相对较慢 不能被计算机直接读写 主要用来存储暂时不用又需要长期保存的程序或数据 是辅助的存储设备 外存主要指软盘 硬盘 光盘和移动存储等设备 15 4 输入设备输入设备是用来输入程序和数据的部件 常见的输入设备有键盘 鼠标 光笔 扫描仪和数字化仪 5 输出设备输出设备是用来输出结果的部件 常见的输出设备有显示器 打印机和绘图仪 计算机的各个部件通过一组被成为总线 BUS 的公用信号线联系起来 地址总线 AB 数据总线 DB 控制总线 CB 16 2 工作原理计算机的基本工作原理是冯 诺依曼在1946年首先提出来的 经历了四代计算机的发展 现在计算机的基本结构仍然采用冯 诺依曼的理论体系 它的设计思想可以概括为以下三点 1 计算机应该包括运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备五大基本部件 2 计算机内部应该采用二进制来表示数据和指令 3 计算机应该采用程序存储方法 将数据和程序预先送到内部存储器中 计算机在运行程序时能够自动依次取出指令并执行指令 17 1 2 2软件系统的概念及分类 软件是指计算机程序及相关数据和文档根据软件的用途将其分为系统软件和应用软件两大类系统软件处于硬件和应用软件之间 具有计算机各种应用所需的通用功能 是支持应用软件的平台 应用软件是用户为解决实际问题而开发的专门程序 18 1 系统软件管理 监控 维护计算机正常工作的软件包括操作系统 程序语言处理系统 数据库管理系统 诊断维护系统和其它系统实用程序等 2 应用软件指所有面向实际问题和具体用户群的应用程序的总和包括数值处理软件 文字处理软件 表格处理软件 图像处理软件等专业软件 也包括电子商务 电子税务 电子政务等行业软件 甚至包括个人事务管理及娱乐软件等 随着计算机的发展 系统软件与应用软件之间的界限正逐渐淡化 昂贵的商业系统软件中常常附带方便用户使用的简易应用软件组 而应用软件为了提高性能也常常具备系统软件的部分功能和特点 19 3 计算机系统的层次关系计算机是按层次结构组织起来供用户使用的硬件系统位于整个计算机系统的最内层 它是所有软件的物质基础 操作系统直接接触硬件系统的第一层软件 它提供对其它上层软件的支持 没有操作系统的计算机被称为 裸机 是不能直接工作的 20 1 3微型计算机系统的硬件与组装 1 3 1微型计算机的硬件1 3 2微型计算机的性能指标随着计算机技术的发展 微型计算机的性能不断增强 价格不断下降 得到了广泛的应用 成为各应用领域的主流机型 下面详细介绍微机的主要硬件相关知识 21 1 3 1微型计算机的硬件 微型计算机硬件系统可分为主机和外设两大部分1 主板 MainBoard 主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板 主要用于连接和固定其它配件 并负责管理和协调各部件 主板主要包括CPU插座 内存插槽 硬盘与光驱数据线插槽 软驱数据线插槽 显卡插槽 键盘和鼠标插口 输入输出扩展插槽 串行和并行插口 通用串行总线插口等连接部分和控制芯片组等固定部分 22 2 处理器 CPU CPU是整个微机系统的核心部件CPU的性能主要根据字长 主频和内部体系结构来衡量 下表给出了不同发展时期的IntelCPU系列的型号和性能微处理器年份字长最大主频808619781610MHz8028619821625MHz80386DX19853240MHz80486DX198932100MHzPentium199332233MHzPII199732450MHzPIII1999321GHzPIV2001643 0GHz以上 23 3 内存内存是与处理器直接相连的存放数据和程序的存储器主要用于存储当前需要执行的程序和需要处理的数据按存储信息的原理分为随机存储器和只读存储器4 磁盘 1 软磁盘常见的软磁盘有5 25英寸直径的1 2MB软盘和3 5英寸直径的1 44MB软盘 前者已经被淘汰 后者也正处于被移动存储设备取代的过程中 24 软磁盘存储的信息是按磁道和扇区组织的磁道是以轴心为圆心的一个个同心圆每个磁道又按角度均匀地划分成扇区 每个扇区可以记录512个字节的信息 新的磁盘在使用前应经过格式化 格式化就是对磁盘进行划分磁道和扇区 使用过的磁盘也可以重新格式化 但格式化操作会清除磁盘的原有信息 2 硬盘硬盘是按柱面 磁头号和扇区的格式组织存储信息的 每个盘片的上下各有一个磁头 各盘片的同一编号的磁道组成一个柱面 同一柱面上的磁道和扇区的划分方法与软盘基本相同 硬盘将盘片 磁头等都封闭在机壳中 在计算机工作时应该尽量不要移动计算机 以免剧烈的震动使磁头撞击在高速旋转的盘片上造成损伤 25 3 光盘光盘 CompactDisk 是指利用激光存储技术进行信息读写的盘片 光盘用盘片的凸凹不平表示记录的 0 和 1 信息一张光盘通常可以存储650MB的数据 最早的单速光盘驱动器数据传输速率为150KB s 现在的光盘驱动器基本都达到了50倍以上的数据传输速度 另一种大容量的光存储盘片是DVD 它的大小和厚度与CD相同 但是可以存储更多的容量 4 移动存储设备移动存储设备通常是指闪存盘或移动硬盘 它们通过USB接口与计算机连接 即扩充了存储容量又便于携带 26 4 显示器与显示卡显示器是用来显示字符和图像的标准输出设备微型机显示器分为阴极射线管显示器 CRT 液晶显示器 LCD 两种 显示卡通常是指插在主板扩展插槽中的一块独立的电路板 专门为显示器提供接口 显示卡不仅可以提供对显示器的连接功能 还具有了二维图形或三维图形的运算功能 使CPU可以更专注于处理其它计算事务 现在微型机的显示卡的性能主要体现在显示分辨率 颜色数以及各种三维图形运算技术的支持程度方面 27 5 键盘 鼠标 打印机 1 键盘键盘是用来输入数字和标点符号等字符的标准输入设备 标准键盘可以分为四个区域 分别为 打字键区 编辑键区 数字键区和功能键区 28 2 鼠标鼠标是适用于图形软件界面的常用输入设备通常用于确定位置或选取目标常用鼠标有机械式和光电式两种 3 打印机打印机是常用的输出设备 它可以将处理结果打印在纸张上长期保存 打印机分为点阵式打印机 针式打印机 喷墨打印机和激光打印机三种 29 6 微型计算机的组装微型计算机的组装顺序通常是先组装主机再连接外部设备 1 主机的组装将含有电源的机箱 主板 CPU 内存 软驱 硬盘 光驱 显示卡等配件以及螺丝刀 螺丝等工具准备好 按以下顺序操作安装各配件 将主板固定在机箱底部 并将机箱内电源线及各开关控制线连接到主板上 将CPU插入主板的CPU插槽将内存插入主板的内存插槽将显示卡插入主板的显示卡插槽 将软驱 硬盘和光驱固定在机箱前部框架内 并连接数据线和电源线 将机箱左侧的盖板盖上 并固定住 30 2 外部设备的连接将显示器数据线连接到位于机箱后侧的显示卡接口上 并将电源插入插排 将键盘线连接到位于机箱后侧的主板键盘接口上将鼠标线连接到位于机箱后侧的主板鼠标接口上将打印机数据线连接到位于机箱后侧的主板打印机接口上或USB接口上 并将电源插入插排 将音箱或耳机线连接到位于机箱后侧的主板耳机插孔上 31 1 3 2微型计算机的性能指标 衡量一台微机的性能不能单纯的看处理器型号和速度 要综合考虑各部分是否能够相互协调充分发挥整体优势 需要从以下几方面来考虑 CPU字长CPU主频CPU内部体系结构内存的容量和速度外部设备的配置软件的配置 32 字长是CPU能直接处理的二进制数据的位数通常与CPU内部的寄存器位数或数据总线的位数有关 字长越长 处理速度越快 精度也越高 主频是CPU工作时的频率每个CPU有一个时钟针脚 CLOCK 提供给CPU与其它设备协调同步的频率 在CPU内经过倍频处理后成为CPU执行指令的工作频率 主频越高 相同时间内CPU执行的指令就越多 处理速度也越快 CPU体系结构指CPU内部的设计 33 内存是为CPU直接提供数据的部件内存的容量和速度直接成为处理器效率的瓶颈外部设备对计算机的性能也起到重要的影响作用在硬盘上开辟一定的区域作为虚拟内存的来满足程序对运行存储空间的需求转速慢或数据传输速度慢的硬盘也会影响整机的工作效率 软件是用户控制计算机的主要接口 从操作系统到应用软件都需要进行适合的配置才能充分发挥整机的效率 经常将软件升级到较新较稳定的版本有利于计算机安全高效的运行 34 1 4计算机中信息的表示 1 4 1计算机中采用二进制的原因1 4 2计算机中常用的数制及转换1 4 3计算机中的信息编码 35 1 4 1计算机中采用二进制的原因 1 电路简单计算机的逻辑部件是由电路构成的 逻辑电路通常只有两个状态 这两种状态刚好可以表示二进制的0和1两个数码 2 工作可靠电路的两种状态相对比较稳定 因此在数据存储 传输和处理中不容易出错 3 简化运算二进制由于基数少 因此运算法则更简单 4 逻辑性强计算机除了要处理数学运算外还要处理逻辑判断既逻辑运算 二进制的0和1更好可以对应逻辑代数中的真与假 36 1 4 2计算机中常用的数制及转换 1 进位计数制 1 基数一种进位计数制中所使用的不同基本符号的个数 例如十进制其基数为10 二进制基数为2 2 位权在进位计数制中 把一个数中各位数字为1时代表的数值大小称为位权 例如十进制数的21 5共有3个位 从左到右的位权值分别为101 102和10 1 37 2 不同数制的相互转换 1 二进制到十进制的转换采用乘权求和的方法 既将二进制的各位数字与位权相乘求和得到转换结果 例如 1101 1 2 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2 1 13 5 10 38 2 十进制到二进制的转换采用整数部分除二取余小数部分乘二取整的方法 例如要将 24 375 10转换为二进制 可以先转换整数部分 过程如下 24 2 12余数为012 2 6余数为06 2 3余数为03 2 1余数为11 2 0余数为1当除至商为0时 将余数按逆序排列 就得到了转换结果的二进制整数部分 即 24 10 11000 2 39 然后在对小数部分进行转换过程如下 0 375 2 0 75整数部分为00 75 2 1 5整数部分为10 5 2 1 0整数部分为1当乘至小数部分为0时 将整数部分按顺序排列 就得到了转换结果的二进制小数部分 即 0 375 10 0 011 2 将转换后的整数和小数部分结合在一起就得到了最终的转换结果 24 375 0 11000 011 2 需要注意的是并不是所有十进制小数都能在有限的位数内转换为二进制数 例如0 1就是其中一个 因此在手工计算数制转换时达到一定位数就应停止 而计算机在运算和存储一些浮点数时由于使用二进制也容易产生较小的误差 40 3 二进制与八进制的转换先将二进制数按3位为一组分组不足3位的整数部分在前面补0 小数部分在后面补0 按照每3位二进制数码对应1位八进制数码进行转换 1位八进制数012345673位二进制数000001010011100101110111例如要将 1101 01 2转换为八进制 001101 010 2 15 2 8八进制到二进制的转换是将八二进制数的每1位对应上表转换为3位二进制数 例如 2 1 8 010 001 2 10 001 2 41 4 二进制与十六进制的转换按照每4位二进制数码对应1位十六进制数码进行转换1位十六进制数012345674位二进制数000000010010001101000101011001111位十六进制数89ABCDEF4位二进制数10001001101010111100110111101111例如 111100110 10111 2 000111100110 10111000 2 1E6 B8 16 42 1 4 3计算机中的信息编码 计算机内部处理的数据分为数值型数据和非数值型数据两大类数值型数据指能进行算术运算的数据非数值数据指字符 图像 声音等不能进行算术运算的数据 为了表示所存储的数据 人们采用约定的基本符号 按照一定的组合规则 表示出复杂多样的信息 从而建立起信息与编码之间的对应关系 计算机内部的数值型数据和非数值型数据都使用二进制编码 43 1 数值型数据的编码在计算机中数值型数据的编码有很多种形式 前面介绍的二进制形式就是其中一种 二进制数在计算机内进行存储和运算时还需要按照一定的方法确定符号位和小数点的位置 因此计算机内的数值型数据又分为定点数和浮点数 为了运算方便 还约定了原码 反码 补码等编码形式 44 2 字符型数据的编码 1 西文字符的ASCII编码ASCII编码的全称是美国标准信息交换码最初是美国国家标准 后来被国际组织采用 标准ASCII编码用七位二进制数表示一个字符 共128个字符 2 汉字字符的编码汉字是象形文字 不能直接将汉字对应到ASCII编码的字符集中 需要分别对输入 存储和输出进行编码 汉字输入码 内部码和汉字交换码 汉字字形码 45 1