第1章-计算机基础知识

第1章 信息社会、计算机与因特网(目录),1.1 信息与计算机1.2 计算机系统 1.3 计算机使用中的道德问题,1.1 信息与计算机,21世纪是一个崭新的信息化时代。在信息社会中，信息是一种与材料和能源一样重要的资源，以开发和利用信息资源为目的的信息技术的发展彻底改变了人们工作、学习和生活的方式。在这一改变中，计算机起了举足轻重的作用，无论是从信息的获取和存储，还是从信息的加工、传输和发布来看，计算机是名副其实的信息处理机，是信息社会的重要支柱。本节讨论与信息和信息技术相关的基本知识、计算机的发展及其主要应用领域、因特网的发展及其主要应用领域。,1.1.1 信息与信息技术,1）什么是信息,控制论的观点：控制论的创始人美国数学家维纳认为，信息是我们适应外部世界、感知外部世界的过程中与外部世界进行交换的内容。意思是说，凡是我们通过感觉器官接收到的外部事物及其变化都含有信息；人们所表露的情感或表达的内容以及说的、写的、想的和做的，也都含有丰富的信息。 信息论的观点：信息论的创始人美国数学家香农说，信息是能够用来消除不确定性的东西，信息的功能是消除不确定性。例如，一个人在工作中遇到了问题，他到图书馆查阅了许多资料，如果仍不能解决问题，那么这个人就没有得到信息，因为他的不确定性问题没有消除；反之，他就获得了信息。 广义地说，信息就是消息。不过，人们一般说到的信息多指信息的交流。一般认为信息就是经过加工后的数据，它对接收者的决策或行为有现实或潜在的价值。虽然信息都是从数据中提取的，但并非一切数据都能产生信息。,2）信息技术,信息技术（Information Technology， IT ）是研究开发信息的获取、传输、存储、处理和应用的工程技术。信息技术能够延长或扩展人的信息功能。信息技术可能是机械的，也可能是激光的；可能是电子的，也可能是生物的。 信息技术主要包括传感技术，通信技术，计算机技术和缩微技术等。 传感技术的任务是延长人的感觉器官收集信息的功能；通信技术的任务是延长人的神经系统传递信息的功能；计算机技术则是延长人的思维器官处理信息和决策的功能；缩微技术是延长人的记忆器官存贮信息的功能。,1.1.1 信息与信息技术,1.1.2 信息社会与信息素养,1）信息社会,信息社会也称为信息化社会，一般是指这样一种社会：信息产业高度发达且在产业结构中占据优势，信息技术高度发展且在社会经济发展中广泛应用，信息资源充分开发利用且成为经济增长的基本资源。,2）信息素养,信息素养（InformationLiteracy）正在引起世界各国越来越广泛的重视，并逐渐加入从小学到大学的教育目标与评价体系之中，成为评价人才综合素质的一项重要指标。 信息素养这一概念是美国信息产业协会主席保罗泽考斯基（Panl Zurkow Ski）于1974年在美国提出的。1989年美国图书馆协会下属的“信息素养总统委员会”正式给信息素养下的定义为“要成为一个有信息素养的人，他必须能够确定何时需要信息，并已具有检索、评价和有效使用所需信息的能力。”,1998年美国图书馆协会和美国教育传播与技术协会制定了学生学习的九大信息素养标准：能够有效地和高效地获取信息；能够熟练地、批判性地评价信息；能够精确地、创造性地使用信息；能探求与个人兴趣有关的信息；能欣赏作品和其他对信息进行创造性表达的内容；能力争在信息查询和知识创新中做得最好；能认识信息对民主化社会的重要性；能履行与信息和信息技术相关的符合伦理道德的行为规范；能积极参与活动来探求和创建信息。,1.1.2 信息社会与信息素养,1.1.3 信息处理的历史与计算机,1）信息处理的历史,纵观人类社会信息处理的历史过程，可将其分为四个阶段。,信息处理的原始阶段。 信息处理的手工阶段。 信息处理的机电阶段。 信息处理的现代阶段。,1.1.3 信息处理的历史与计算机,2）计算机的发展,现代计算机孕育于英国、诞生于美国。人们称英国科学家图灵为“计算机理论之父”。世界上第一台电子数字计算机ENIAC1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，如图1.1所示。,目前，计算机在向以下五个方面发展：,巨型化 微型化 网络化 智能化 多媒体化,图1.1 第一台电子数字计算机ENIAC,3）计算机的特点,处理速度快 运算精度高 存储能力强 具有逻辑判断能力 可靠性高,4）计算机的分类,根据计算机用途的不同，可以将计算机分为通用计算机和专用计算机。通用计算机能解决多种类型的问题，应用领域广泛；专用计算机用于解决某个特定方面的问题，火箭上使用的计算机就是专用计算机。 根据计算机处理对象的不同，可以将计算机分为数字计算机、模拟计算机和数字模拟混合计算机。一般所说的计算机是指电子数字通用计算机。,1.1.3 信息处理的历史与计算机,5）计算机的应用,归纳起来，计算机的应用主要有以下几方面：,科学计算，也称数值计算。 信息处理，也称数据处理或事务处理。办公自动化(office automation，OA)就是计算机信息处理的典型应用。 自动控制。 计算机辅助系统。有计算机辅助设计(computer aided design，CAD)、计算机辅助制造(computer aided manufacturing，CAM)、计算机辅助测试(computer aided test，CAT)、计算机集成制造系统(computer integrated manufacturing，CIMS)和计算机辅助教学(computer aided instruction，CAI)。 人工智能。人工智能（artificial intelligence，AI）利用计算机来模仿人类的智力活动。,1.1.3 信息处理的历史与计算机,1.1.4 信息的表示,1）二进制数字表示,在计算机中，为什么使用二进制数，而不使用人们习惯的十进制数，原因如下：,二进制数在物理上最容易实现 二进制数运算简单 二进制数的“0”和“1”正好与逻辑命题的两个值“否”和“是”或称“假”和“真”相对应，为计算机实现逻辑运算和逻辑判断提供了便利的条件。,2）信息存储单位,位（bit），简记为b。一个二进制位只能表示0或1。 字节（byte），简记为B。千字节KB（kilobyte）、兆字节MB（megabyte）、千兆字节GB（gigabyte）和太字节TB（terabyte），其中1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。 字（word）。一个字通常由一个字节或若干个字节组成，是计算机进行信息处理时一次存取、加工和传送的数据长度。,3）非数字信息的表示,文本、图形图像、声音之类的信息，称为非数字信息。在计算机中用得最多的非数字信息是文本字符。由于计算机只能够处理二进制数，这就需要用二进制的“0”和“1”按照一定的规则对各种字符进行编码。计算机内部按照一定的规则表示西文或中文字符的二进制编码称为机内码。,西文字符的编码。ASCII码。,中文字符的编码。GB2312-80和GB18030国家标准。,Unicode编码。因特网信息交换的需求。,4）信息转换,不同的信息需要不同的编码方案。计算机的外部信息需要经过某种转换变为二进制信息后，才能被计算机所接收；同样，计算机的内部信息也必须经过转换后才能恢复信息的“本来面目”。这种转换通常是由计算机自动实现的。,图1.2 GB2312-80字符集及区位分布,1.1.4 信息的表示,信息社会的基础是计算机和互连计算机的网络。计算机网络萌芽于20世纪60年代，70年代兴起，80年代继续发展和逐步完善，而90年代则迎来了网络化的高潮。 因特网（Internet）作为当今世界上最大的计算机网络，将我们带入了一个完全信息化的时代，它正改变着人们的生活和工作方式。在信息社会里，人们必须学会在网络环境下使用计算机，通过网络进行交流，获取信息。 在英语中“Inter”的含义是“交互的”，“net”是指“网络”。简单地讲，因特网是一个计算机交互网络，又称“网络中的网络”，它是一个全球性的巨大的计算机网络体系，它把全球数万个计算机网络，数千万台主机连接起来，包含了难以计数的信息资源，向全世界提供信息服务。因特网的出现，是世界从工业化走向信息化的必然和象征，今天的因特网已经远远超过了一个网络的涵义，它是一个信息社会的缩影。,1.1.5 因特网,1）因特网的起源与发展,因特网最早来源于美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）的前身ARPA建立的ARPAnet，该网于1969年投入使用。最初，ARPAnet主要用于军事研究目的。1983年，ARPAnet分裂为两部分：ARPAnet和纯军事用的MILnet。其后，人们称呼这个以ARPAnet为主干网的计算机网络为因特网。作为因特网的早期主干网，ARPAnet试验并奠定了因特网存在和发展的基础。1986年，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）建立了五大超级计算机中心，为了使全国的科学家、工程师能够共享这些超级计算机，NSF建立了自己的计算机网络NSFnet。NSFnet于1990年6月彻底取代了ARPAnet而成为因特网的主干网。NSFnet对因特网的最大贡献是使因特网向全社会开放，而不象以前那样仅仅供计算机研究人员、政府部门使用。,因特网在我国发展的历史，可以粗略地划分为两个阶段：,第一阶段是实现和因特网电子邮件系统的互连（1983年-1993年）。 第二阶段是实现和因特网的完全互连，提供因特网的全功能服务。,目前，已经形成了中国科技网（CSTNET）、中国教育和科研计算机网（CERNET）、中国电信（CHINANET）、中国网通（CNCNET）四大主流网络。,1.1.5 因特网,2）因特网应用,信息浏览。WWW(World Wide Web，或简称为Web)中文译作“万维网”，是因特网最主要的应用，对大多数的用户来说，上网就是为了浏览Web。用户通过一个称为浏览器(Browser)的程序浏览Web。,信息检索。信息检索就是在因特网上检索所需要的信息。在因特网上利用搜索引擎(search engine)检索信息。常用的搜索引擎有：Google()、百度()等。,建立因特网的目的是共享信息，不同的信息共享方式代表不同的网络信息服务。,1.1.5 因特网,用浏览器浏览web,E-mail。E-mail，即电子邮件，是使用因特网进行信息传递的主要途径之一。电子邮箱地址组成如下：用户名电子邮件服务器名。它表示以用户名命名的电子邮箱是建立在符号“”后面说明的电子邮件服务器上，该服务器就是向用户提供电子邮政服务的“邮局。,BBS。BBS(bulletin board system)的中文名称叫做“电子公告板”。在BBS中可以和陌生的朋友交流；可以和网友一起讨论各种感兴趣的问题；可以从热心人那里得到各种帮助；当然也可以为其他人提供你掌握的信息。,ICQ。ICQ是英文“I see you（我找你）”的谐音，俗称“网上寻呼机”，它是以色列Mirabilis公司1996年开发出的一种即时信息传输软件。腾讯QQ是目前使用最广泛的中文ICQ软件。微软的MSN也有众多的用户。,Blog。Blog是继E-mail、BBS、ICQ之后出现的第四种网络交流方式。 Blog的全名应该是Weblog，中文意思是“网络日志”，后来缩写为Blog。在网络上发表Blog的构想始于1998年，但到了2000年才真正开始流行，目前Blog已成为家庭、团队、部门和公司之间越来越盛行的沟通工具。Blogger就是写Blog的人，这个名称最早由约翰巴杰在1997年12月提出，中文译作“博客”。,1.1.5 因特网,1.2 计算机系统,随着计算机功能的不断增强，应用范围不断扩展，计算机系统也越来越复杂，但其基本组成和工作原理还是大致相同的。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成。本节介绍与计算机系统相关的基础知识。,1.2.1 计算机硬件系统,计算机硬件系统由五个基本部分组成，它们是控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。控制器和运算器构成了计算机硬件系统的核心中央处理器CPU（Central Processing Unit）。存储器可分为内部存储器和外部存储器，简称为内存和外存。,图1.3 计算机硬件结构图,1）控制器 计算机硬件系统的各个组成部分能够有条不紊地协调进行工作，都是在控制器的控制下完成的。,2）运算器 运算器在控制器的指挥下，对信息进行处理，包括算术运算和逻辑运算。运算器内部有算术逻辑运算部件ALU（Arithmetical Logical Unit）和存放运算数据和运算结果的寄存器。,3）存储器 存储器的主要功能是存放程序和数据。存储器中有许多存储单元，所有的存储单元都按顺序编号，这些编号称为地址。存储器中所有存储单元的总和称为这个存储器的存储容量。存储容量的单位是千字节KB、兆字节MB、千兆字节GB和太字节TB。,1.2.1 计算机硬件系统,内存又叫做主存储器（简称主存），由大规模或超大规模集成电路芯片所构成。内存分为随机存取存储器（random access memoey，RAM）和只读存储器（read-only memory，ROM）两种。RAM用来存放正在运行的程序和数据，一旦关闭计算机（断电），RAM中的信息就丢失了。ROM中的信息一般只能读出而不能写入，断电后，ROM中的原有信息保持不变，在计算机重新开机后，ROM中的信息仍可被读出，因此，ROM常用来存放一些计算机硬件工作所需要的固定的程序或信息。 外存按存储材料可以分为磁存储器和光存储器。磁存储器中较常用的有硬盘，其工作原理是将信息记录在涂有磁性材料的金属或塑料圆盘上，靠磁头存取信息。硬盘由电路板、硬盘驱动器和硬盘片组成，硬盘驱动器和硬盘片被密封在一个金属壳中，并固定在电路板上。 CD（compact disk）意思是高密度盘，即光盘。 DVD（digital versatile disk）意思是数字多用途光盘。DVD和CD同属于光存储器, CD光盘的容量一般在650MB左右，DVD光盘的容量一般在4.7GB左右，它们的大小尺寸相同，但结构完全不同。CD和DVD通过光盘驱动器读取或写入数据。,图1.4 硬盘及其内部结构,图1.5 光盘驱动器,1.2.1 计算机硬件系统,4）输入设备,输入设备用于向计算机输入信息。一些常用的输入设备如下： 键盘 鼠标 笔输入设备 扫描仪 数码相机,图1.6 1.10 输入设备,1.2.1 计算机硬件系统,5）输出设备,输出设备的功能是用来输出计算机的处理结果。一些常用的输出设备如下： 显示器 打印机 绘图仪,图1.11 1.12 显示器,图1.13 打印机,图1.14 绘图仪,1.2.1 计算机硬件系统,其他的输入设备和输出设备有网卡、数码摄像头、声卡和音箱等。通常把控制器、运算器和内存称为计算机的主机。输入设备和输出设备以及外存称为计算机的外部设备。 在计算机中，各个基本组成部分之间是用总线（bus）相连接的。总线是计算机内部传输各种信息的通道。总线中传输的信息有三种类型：地址信息、数据信息和控制信息。,图1.15 计算机的总线结构,1.2.1 计算机硬件系统,1.2.2 计算机软件系统,计算机软件是计算机系统重要的组成部分，如果把计算机硬件看成是计算机的“躯体”，那么计算机软件就是计算机系统的“灵魂”。没有任何软件支持的计算机称为“裸机”，只是一些物理设备的堆积，几乎是不能工作的。只有配备了一定的软件，计算机才能发挥其作用。1）什么是计算机软件 计算机软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，它是包括程序，数据及其相关文档的完整集合。 程序是完成既定任务的一组指令序列。在程序正常运行过程中，需要输入一些必要的数据。文档是与程序开发、维护和使用有关的图文材料。程序和数据必须装入计算机内部才能工作，文档一般是给人看的，不一定装入计算机。,2）计算机软件的分类 计算机软件一般可以分为系统软件和应用软件两大类。 系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层，其他软件都通过系统软件发挥作用。系统软件与具体的应用领域无关。系统软件主要包括操作系统、程序设计语言及其开发环境、数据库管理系统等。 应用软件是指为解决某一领域的具体问题而开发的软件产品。随着计算机应用领域的不断拓展和广泛普及，应用软件的作用越来越大。 微软（Microsoft）公司的office是目前应用最广泛的办公自动化软件，主要包括字处理软件Word、电子表格软件Excel、演示文稿软件PowerPoint、数据库管理软件Access以及网页制作软件FrontPage等。 Adobe公司的Photoshop是图形图像处理领域最著名的软件。Photoshop提供的强大功能足以让创作者充分表达设计创意，进行艺术创作。 Flash MX是Macromedia公司出品的动画创作软件，主要应用于网页和多媒体制作。,1.2.2 计算机软件系统,3）计算机软件的发展 计算机软件的发展过程大致可分为三个阶段：,从第一台计算机上的第一个程序开始到高级程序设计语言出现之前为第一阶段（1946年-1956年）。,从高级程序设计语言出现以后到软件工程出现以前为第二阶段（1956年-1968年）。,软件工程出现以后迄今为第三阶段（1968年以后）。,1.2.2 计算机软件系统,4）操作系统 操作系统（Operating System，OS）是计算机系统中最重要的系统软件。操作系统能对计算机系统中的软件和硬件资源进行有效的管理和控制，合理地组织计算机的工作流程，为用户提供一个使用计算机的工作环境，起到用户和计算机之间的接口作用。 操作系统的主要功能有：,任务管理,存储管理,设备管理,文件管理,作业管理,5）程序设计语言 人们使用计算机，可以通过某种程序设计语言与计算机“交谈”，用某种程序设计语言描述所要完成的工作。程序设计语言包括：,机器语言,汇编语言,高级语言,1.2.2 计算机软件系统,6）语言处理程序 计算机必须配备一种工具，它的任务是把用汇编语言或高级语言编写的程序翻译成计算机可直接执行的机器语言程序，这种工具就是“语言处理程序”。语言处理程序包括：,汇编程序,解释程序,编译程序,7）数据库管理系统 数据库系统一般由计算机系统、数据库、数据库管理系统和相关人员组成。计算机系统提供了数据库系统运行必需的计算机软硬件资源。数据库是存储在计算机内的、有组织的、可共享的、互相关联的数据集合。 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）是数据库系统的核心，由一组用以管理、维护和访问数据的程序构成，提供了一个可以方便地、有效地存取数据库信息的环境。目前，常用的数据库管理系统有Access、SQL Server和Oracle等。用户通过数据库管理系统使用数据库。,1.2.2 计算机软件系统,世界上第一台电子数字计算机ENIAC诞生后，美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出了新的设计思想，主要有两点：其一是计算机应该以二进制为运算基础，其二是计算机应该采用“存储程序和程序控制”方式工作。并且进一步明确指出整个计算机的结构应该由5个部分组成：运算器、控制器、存储器和输入设备、输出设备。冯诺依曼的这一设计思想对后来计算机的发展起到了决定性的作用。,1.2.3 计算机基本工作原理,1）冯诺依曼的设计思想,虽然计算机技术发展很快，但冯诺依曼设计思想至今仍然是计算机内在的基本工作原理，是理解计算机系统功能与特征的基础。 指令是一种采用二进制表示的、要计算机执行某种操作的命令，每一条指令都规定了计算机所要执行的一种基本操作。程序就是完成既定任务的一组指令序列，计算机按照程序规定的流程依次执行一条条的指令，最终完成程序所要实现的目标。 计算机利用存储器来存放所要执行的程序，中央处理器依次从存储器中取出程序的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。这就是计算机的“存储程序和程序控制”工作原理。,2）计算机指令系统,一台计算机可以有许多指令，指令的作用也各不相同，所有指令的集合称为计算机的指令系统。 指令通常由两部分组成：操作码和地址码。操作码指明计算机应该执行的某种操作的性质与功能，比如加法；地址码则指出被操作的数据（操作数）存放在何处，即指明操作数所在的地址。,3）程序的自动执行,计算机执行程序的过程就是一条一条执行指令的过程，程序中的指令和需要处理的数据都存放在存储器中，由中央处理器负责从存储器中逐条取出并执行它所规定的操作。中央处理器执行每一条指令都需要分成若干步骤，每一步完成一个操作。一条指令的执行过程大致如下：,取出指令。中央处理器从存储器中取得一条指令。,分析指令。中央处理器对得到的指令进行分析。,获取操作数。中央处理器根据指令分析结果计算操作数的地址，并根据地址从存储器中获取操 作数。,运算。中央处理器根据操作码的要求，对操作数完成指定的运算。,保存。若有必要，可以将运算结果保存到存储器中。,修改指令地址。为中央处理器（CPU）获取下一条指令做好准备。,1.2.3 计算机基本工作原理,1.2.4 计算机的数字系统,1）认识进位记数制,人们日常生活中最熟悉的是十进制数，但在与计算机打交道时，会接触到二进制、八进制、十六进制数。无论哪种数制，其共同之处都是进位记数制。 如果数制只采用R个基本符号，则称为基R数制，R称为数制的“基数”，而数制中每一固定位置对应的单位值称为“权”。R进位计数制的编码符合“逢R进位”的规则，各位的权是以R为底的幂，一个数可以按权展开为多项式。 对于十进制来说，基数R为10，使用基本符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9来计数，遵循“逢十进一，借一当十”的计数规则。十进制数可以按权展开为多项式。例如： (256.47)10 = 2102 + 5101 + 6100 + 410-1 + 710-2 这里的102称为“权”（即我们所说的“百”位），十进制数“权”的一般形式为10n（n = ，2，1，0，-1，-2，）。 对于二进制来说，基数R为2，使用基本符号0、1来计数，遵循“逢二进一，借一当二”的计数规则。二进制数可以按权展开为多项式。例如： (10110.101)2 = 124 + 023 + 122 + 121 + 020 + 12-1 + 02-2+ 12-3,对于八进制来说，基数R为8，使用基本符号0、1、2、3、4、5、6、7来计数，遵循“逢八进一，借一当八”的计数规则。八进制数可以按权展开为多项式。例如： (2567)8 = 283 + 582 + 681 + 780 对于十六进制来说，基数R为16，使用基本符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其中AF分别对应十进制1015，遵循“逢十六进一，借一当十六”的计数规则。十六进制数可以按权展开为多项式。例如： (1CB.D8)16 = 1162 +12161 + 11160 +1316-1 + 816-2 为了区分一个数是几进制数，可以使用两种方法。一种方法是将要表示的数用小括号括起来，然后用一个下标表示该数是几进制数，如(10110.101)2表示一个二进制数。另一种方法是在数的后面加一个大写字母，其中，B表示二进制数，O表示八进制数，D表示十进制数，H表示十六进制数，如101B表示二进制数101。,1.2.4 计算机的数字系统,2）数制之间的转换,（1）二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数。基数为二、八、十六的数字，只要将各位数字与它的权相乘，其积相加，和数就是十进制数。(1110101)2=126+125+124+023+122+021+120 =64+32+16+0+4+0+1 =(117)10(1010.1001)2=123+022+121+020+12-1+02-2+02-3+12-4 =8+0+2+0+1/2+0+0+1/16 =(10.5625)10(76)8=781+680=56+6=(62)10(55.12)8=581+580+18-1+28-2=40+5+1/8+2/64=(45.15625)10(55)16=5161+5160=80+5=(85)10(F.B)16=15160+1116-1=15+11/16=(15.6875)10,1.2.4 计算机的数字系统,（2）十进制数转换为二进制数。十进制整数转换为二进制整数，可以用十进制整数连续地除以2，直至商为0，其余数即为二进制整数的各位数码。此方法称为除2取余法。十进制纯小数转换为二进制小数时，可连续地乘以2，直到小数部分为0，或达到所要求的精度为止（小数部分可能永不为0），从每次乘积的整数部分得到二进制纯小数的各位数码。此方法称为乘2取整法。对于十进制小数，可分别进行整数部分和小数部分的转换，然后再拼在一起。,1.2.4 计算机的数字系统,十进制数转换为二进制数计算,（3）二进制数与八进制数、十六进制数之间的相互转换。每位八进制数相当于3位二进制数，每位十六进制数相当于4位二进制数。 二进制数转换成八进制数的方法是：将二进制数从小数点开始分别向左（对二进制整数）或向右 （对二进制小数）每3位组成一组，每一组有3位二进制数，转换成八进制数码中的一个数字，中间的0不能省略，不足3位的补0。(11101100.1110111)2=(354.734)8011 101 100.111 011 100 3 5 4 . 7 3 4 八进制数转换成二进制数的方法是上面方法的还原，即将每一位八进制数写成相应的3位二进制数。(7351.65)8=(111011101001.110101)2111 011 101 001.110 101 7 3 5 1 . 6 5 二进制数与十六进制数的转换方法和二进制数与八进制数的转换方法相类似，只是一位十六进制数与4位二进制数相对应。(110000110001)2=(C31)161100 0011 0001 C 3 1(A8B)16=(101010001011)2 A 8 B1010 1000 1011,1.2.4 计算机的数字系统,3）二进制的运算,在计算机中，对二进制数可作两种基本运算：算术运算和逻辑运算。（1）算术运算包括加、减、乘、除，运算规则类似于十进制运算。加法规则：00=0 01=1 10=1 11=1（向高位进位）减法规则：00=0 01=1（向高位借位） 10=1 11=0若被减数小于减数，则将被减数与减数交换位置，按上述方法计算后，在两数的差前面加一个负号。 1011-1101= -(1101-1011)= -0010,1.2.4 计算机的数字系统,1.2.4 计算机的数字系统,乘法规则：00=0 01=0 10=0 11=1 11011011=10001111除法规则：01=1 11=1 110111101=1011,1.2.4 计算机的数字系统,（2）逻辑运算。逻辑运算包括与、或、非，是在对应的两个二进制数位之间进行的，不存在算术运算中的进位或借位情况。 逻辑与规则：00=0 01=0 10=0 11=1逻辑或规则：00=0 01=1 10=1 11=1逻辑非规则：,4）数值在计算机中的表示,（1）整数的表示。由于采用二进制，计算机也只能用“0”、“1”来表示数的正负，即把符号数字化。原码、反码和补码是把符号位和数值位一起编码的表示方法。这三种方法均将最高位作为符号位，规定符号位为“0”时表示正数，为“1”时表示负数。现在的计算机基本上采用补码。 原码。最高位为符号位，其余为数值部分，数值部分用二进制数的绝对值表示整数，这种表示方法称为原码表示法。通常用X原表示X的原码。假设以8位表示一个整数，则+87和-87的原码表示为：87原=0101011187原=11010111 应注意，数0的原码有两个值，有“正零”和“负零”之分。计算机遇到这两种情况都当作0处理。0原=000000000原=10000000 反码。正数的反码与原码相同，负数的反码则是保持符号位为1，将其原码的数值部分按位取反得到的。通常用X反表示X的反码。87反=0101011187反=10101000,1.2.4 计算机的数字系统,补码。正数的补码与原码相同，负数的补码则是保持符号位为1，将其原码的数值部分按位取反后加1得到的。通常用X补表示X的补码。87补=0101011187补=10101001（2）定点数和浮点数。所谓定点数和浮点数，是指在计算机中一个数小数点的位置是固定的，还是浮动的，如果一个数中小数点的位置是固定的，则叫定点数，否则为浮点数。浮点数表示的范围比定点数大得多，在相同的条件下浮点运算速度比定点快。目前的计算机都采用浮点数表示法，或同时具有定点和浮点两种表示法。 定点数表示法。定点数表示法通常把小数点固定在数值部分的最高位之前，或把小数点固定在数值部分的最后面。前者将数表示为纯小数，后者把数表示成整数。 纯小数表示法 整数表示法 小数点“.”在计算机中实际上是不表示出来的，是事先约定好固定在那里的。对于某种类型的计算机，一旦确定了一种小数点的位置，就不再改变了。,1.2.4 计算机的数字系统,浮点数表示法。在浮点数表示法中，任一个二进制数N可以表示成：N=2EM。式中E表示指数，是数N的阶码，是一个二进制整数；M表示数N的尾数。 因此，在计算机中，一个浮点数分为阶码和尾数两个部分。 例如，二进制数N=2+1010.1011101（相当于十进制数23.25），浮点数表示如下。 这里阶码和尾数都用原码表示，实际上一般用补码表示。,1.2.4 计算机的数字系统,1.2.5 个人计算机,个人计算机（Personal Computer，PC）一词源自于1978年IBM公司的第一部台式微型计算机的型号。今天，个人计算机是使用最广泛的计算机。,1）个人计算机的启动 个人计算机的启动分为冷启动和热启动。 冷启动是指计算机在关机状态下打开电源启动计算机的操作，又称加电启动或开机。 计算机在开机状态下，使用过程中因某种原因造成死机，此时可以用热启动的方式重新启动计算机。,2）个人计算机的主要性能指标 个人计算机的主要性能指标有：,主频,内存容量和存取周期,字长,高速缓冲存储器（Cache）,总线速度,计算机的运算速度是一项综合性的指标，是包括上述因素在内的多种因素的综合衡量，其单位是MIPS（MI/s，百万条指令/秒）。,1.2.5 个人计算机,3）微处理器 个人计算机中的中央处理器又称作微处理器，它将传统的运算器和控制器等集成在一块超大规模集成电路芯片上。目前微处理器生产厂家有Intel公司、AMD公司、IBM公司等。 第一代微处理器是1971年Intel公司研制的4位微处理器4004。 第二代微处理器是1974年Intel公司研制的8位微处理器8080。 第三代微处理器是Intel公司1978年和1979年研制的准16位微处理器8086和8088，以及在1982年推出的全16位微处理器80286。1981年，8088微处理器被首先应用于IBM PC计算机中。 2000年11月Intel公司正式发布了Pentium 4微处理器。,图1.16 Pentium 4微处理器的外观,1.2.5 个人计算机,2005年5月Intel公司推出了双核Pentium D微处理器，用于取代Pentium 4微处理器。双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力。“双核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等厂商提出的。 微处理器的发展基本遵循了摩尔定律。摩尔定律认为微处理器的性能通常18到24个月便能增加一倍。,1.2.5 个人计算机,4）主板 主板（main board）是个人计算机中除CPU之外，最基本、最重要的基础部件了。计算机中的其他部件都连接在主板上，因此主板性能的好坏直接影响计算机的总体性能。典型主板的结构如下图所示：,图1.17 主板结构,1.2.5 个人计算机,5）外部存储器,计算机的外存可用来长期保存信息，外存上的信息主要由操作系统进行管理，外存一般只和内存进行信息交换。,硬盘的接口类型可以分为IDE、SATA和SCSI三种。现在个人计算机上所有的硬盘都支持S.M.A.R.T（自监测、分析和报告技术），某些硬盘还采用了“液态轴承”技术，来降低硬盘片高速旋转产生的噪声和热量，提高硬盘的抗震能力。,现在个人计算机上流行配置的Combo光盘驱动器是指集CD-R、CD-RW 、DVD三者为一体的一种新型光盘驱动器。,常见的移动存储器有“优盘”、“移动硬盘”和“移动光盘”三种。一般使用USB接口。,图1.18 优盘,图1.19 移动硬盘,1.2.5 个人计算机,6）外部接口 计算机与输入输出设备及其它计算机的连接是通过外部接口实现的。常见的外部接口如下图所示。,图1.20 常用外部接口,1.2.5 个人计算机,7）多媒体计算机 媒体（Media）是指信息表示和传播的载体。例如，文字、声音、图形和图像等都是媒体。在计算机里这些媒体的定义有：,感觉媒体。直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉的信息的载体称为感觉媒体。例如，人类的各种语言、播放的音乐、自然界的各种声音、图形、静止或运动的图像等。,表现媒体。表现媒体是感觉媒体与计算机之间的各种输入输出设备，如键盘、鼠标、摄像机、话筒、显示器、打印机等。,表示媒体。这是为了加工、处理和传输感觉媒体而人为地进行研究、构造出来的一种媒体。一般指各种编码，如ASCII码、Unicode码、汉字编码等。,存储媒体。存储媒体用来存放各种表示媒体，如内存、软盘、硬盘、光盘等。,传输媒体。传输媒体是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体，如各种类型的网络电缆。,1.2.5 个人计算机,多媒体（multimedia）是多种媒体的综合，而多媒体技术是把数字、文字、声音、图形、图像和动画等各种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。,具有多媒体功能的计算机叫做多媒体计算机（MPC）。多媒体计算机包含5个基本部分：个人计算机、CD-ROM或DVD驱动器、声卡、音响或耳机、Windows操作系统。也可以配置视频卡，快速处理视频图像，为多媒体计算机与电视机、摄像机等设备的连接提供接口。现在配置的个人计算机几乎都是多媒体计算机。,1.2.5 个人计算机,1.3 计算机使用中的道德问题,20世纪40年代，随着计算机的出现，计算机安全问题也随之产生。随着计算机在社会各个领域的广泛应用和迅速普及，使人类社会步入信息时代，以计算机为核心的安全、保密问题越来越突出。本节对信息安全及其相关技术作了介绍。,1.3.1 计算机犯罪,利用计算机犯罪始于20世纪60年代末，20世纪70年代迅速增长，20世纪80年代形成威胁，成为社会关注的热点。计算机犯罪是指利用计算机作为犯罪工具进行的犯罪活动。例如利用计算机网络窃取国家机密，盗取他人信用卡密码，传播复制色情内容等。 计算机犯罪包括针对系统的犯罪和针对系统处理的数据的犯罪两种，前者是对计算机硬件和系统软件组成的系统进行破坏的行为，后者是对计算机系统处理和储存的信息进行破坏。 我国根据计算机犯罪的实际情况，已经出台和修正了一系列关于计算机信息系统安全、惩处计算机违法犯罪行为等方面的法律法规。,1）计算机犯罪的类型,侵入计算机系统罪,利用计算机实施的其他犯罪,窃取计算机系统数据及应用程序罪,破坏计算机系统罪,利用计算机进行经济犯罪,2）黑客和黑客程序 黑客（hacker）指的是喜欢挑战难度、寻找各类计算机系统的漏洞、破解各种密码的电脑高手，但他们中的大部分人并不搞破坏，所以他们强烈反对别人把hacker和cracker（破坏者，黑客们常称他们为“骇客”）混为一谈。 无论是“黑客”也好，“骇客”也罢，他们都会对网络上的目标主机发起攻击，是网络安全的头号杀手。除了常见的政治、经济或个人报复等方面的因素外，单从技术上讲，黑客入侵的动机是成为目标主机的主人。 黑客使用黑客程序入侵网络。所