计算机应用基础thehaisuzone

1、计算机应用基础thehaisuzone第一章 计算机应用基础知识信息技术概论计算机基本结构和原理计算机软件系统数据通信技术简介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 信息技术应用与信息安全1.1.1 社会进入信息化的时代1. 游牧时代和农业时代2. 工业时代3. 信息时代游牧时代和农业时代游牧业: 狩猎 ,采摘野果农业: 农业和畜牧业工业时代农民 工人电 电灯 , ,电报 社会电气化 信息时代20世纪50年代末,计算机出现和普及.信息量,传播速度,处理速度,应用程度都几何级增长 -信息时代信息时代的基本特征信息成为

2、社会发展的三大资源之一社会信息化工作完成依赖于信息技术任务的完成变的高效率信息技术改变人们的工作方式信息技术嵌入到产品和服务中1.1.2 信息技术的发展 随着人类对外部世界的认识和控制能力的提高而逐步发展的.1. 古代信息技术发展阶段2. 近代信息技术发展阶段3. 现代信息技术发展阶段古代信息技术信息以声,光,文字,图形等方式进行.语言,文字,印刷术以文字为主要信息存储手段，以书信传递为主要传递方法。近代信息技术发展阶段1837,有线电报,莫尔斯密电码1876,贝尔,电磁 1878,爱迪生,炭精 1925,贝尔, 机1906,费森,无线电广播1939,美国,电视1945,克拉克,提出了卫星通信

3、的设想.现代信息技术发展阶段ABCENIAC基本特征基本特征: 计算机计算机,网络网络,光纤光纤,卫星通信卫星通信.1.1.3 现代信息技术的内容1. 信息获取技术2. 信息传输技术(通信技术)3. 信息处理技术(计算机技术)4. 信息控制技术 5. 信息存储技术1.1.4 信息技术应用及信息安全1. 在学习中应用信息技术2. 在生活中应用信息技术3. 在工作中应用信息技术4. 信息安全和信息应用中的法律及道德1.2 计算机基本结构和原理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1.2.1 计

4、算机基本结构1. 基本组成2. 二进制编码3. 程序和数据的存储4. 指令系统5. 指令的执行基本组成各部件之间的关系中央处理机(CPU)运算器控制器主存贮器(内存)辅助存贮器(外存)输入设备输出设备信息主机二进制编码正整数在计算机中的表示 例：十进制的 1234=1103+2102+3101+4100二进制的00111100=027+026+125+124+123+122+021+020权权数码数码基数基数二进制、八进制、十六进制数间的关系 八进制 对应二进制 十六进制对应二进制 十六进制 对应二进制0000000008100010011000191001201020010A10103011

5、30011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111对任意十进制数转换为二进制数的主要方法是：除2取余。例例 （60）10=（111100）2 6023021527232120001111八进制和十六进制八进制01234567二进制000001010011100101110111十六进制01234567二进制00000001001000110100010101100111十六进制89abcdef二进制10001001101010111100110111101111八进制和十六进制例1 101 101 110.110

6、 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36E.D4(H)3 6 E D 4程序和数据的存储随机存取存储器 对所有存储单元的存取速度一样 。顺序存取存取器 对存储单元按顺序存取,对各单元存取时间不同。指令系统指令:指挥硬件动作的命令,由操作码和操作数组成.操作码:要进行什么操作(加,减等)操作数:指示操作对象的内容(加数,被加数)例:操作码(跳转)- JMP M1 -操作数指令的执行取指令-指令译码-指令执行-存操作结果指令周期: 计算机完成一条指令所花的时间决定指令周期参数: CPU时钟频率3.06G Hz1.2.2 信息在

7、计算机内部的表示1. 西文字符在计算机中的存储2. 汉字在计算机中的存储3. 图像信息在计算机中的存储4. 声音信息在计算机中的存储西文字符在计算机中的存储 ACSII码码(American Standard Code for Information Interchange) 128个常用字符，用个常用字符，用7位二进制编码，从位二进制编码，从0到到127 控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94个。个。 例如：例如：“a”字符的编码为，对应的十进制数是字符的编码为，对应的十进制数是97； 换行换行 0AH 10 回车回车 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30

8、H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122ASCII码编码表0000010100111001011101110000NULDLESP0 Pp0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4￥4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；Kk1100FFFS，L、l|1101CRGS-=Mm1110SORS.Nn1111SIU

9、S/?O_oDEL汉字在计算机中的存储1.国标码 ：国标码规定用两个字节来表示一个汉字，每个字节的最高位都是“0”。 2.机内码 ：国标码与ASCII码属同一制式，最高位都为“0”，为了区分国标码和ASCII码，在计算机内存放汉字编码时使用机内码，即汉字编码的最高位为“1”。 3.机外码（也称汉字输入码）4.汉字字形码国标码 汉字国标码就是GB 2312-80为汉字规定的代码，也称为交换码。国标码是汉字编码的国家标准。在GB 2312-80代码表中，纵向分为093，共94行；横向也是093，共94列。行与列分别用七位二进制码表示，第一字节表示行，第二字节表示列。其值都从到。这正是ASCII 码

10、的可打印字符的编码。其范围为十六进制的217E。汉字国标码是将第一字节和第二字节连写而得到的。由于二进制形式太长，通常用十六进制表示。 例如： 汉字第一字节第二字节十六进制 区位码 啊 0100001 3021 1601 保 0110001 0100011 3123 1703 播 0110010 0100101 3225 1805汉字字模库汉字字模库汉字输出的方式有两种：显示和打印。不论哪一种输出方式，都是把一个汉字看成一个二维图形，并把笔划离散化，用点阵来表示汉字。点阵的每个点位只有两种状态：有笔画上的点或无笔划上的点。这就可以用一位二进制代码来表示。该位取值为1表示 “有点”，取值为0表示

11、 “无点”。那么，一个二进制代码串就可以表示点阵的一行。若干个代码串就表示整个汉字的点阵信息。在具体实现时，点阵上取值为1就显示或打印一个“点”，否则不显示或打印。如汉字“梅”就可用下页图所示的点阵图来表示。汉字的点阵表示汉字的点阵表示图象信息在计算机中的存储图形数字化的基本思想:把一副图象看成由许多彩色和各种级别灰度的点组成.把这种点称为像素.像素越多,排列越紧密,图象就越清晰.每个像素的颜色都被量化成一定数值.声音信息在计算机中的存储采样:按照一定频率,即每隔一段时间,测得模拟信号的模拟量值.如下页图如:CD采用的采样频率为44.1kHz.量化:将采样测得的模拟电压值,进行分级量化.按照整

12、个电压变化的最大幅度划分成几个区段,把落在某个区段的采样到的样本值归成一类,并给出相应的量化值;声音数字化时间数值5101520252010158 声音数字化时间数值8=1000B9=1001B15=1111B10=1010B20=10100B注意:数字化声音的质量取决于采样频率和量化分级的细密程度1.2.3 存储器及其管理1. 存储器器件的变革2. 现代信息存储技术3. 存储器的层次结构计算机硬件系统主机CPU主板内存硬盘主机 主机是指计算机机箱内的主要部件，包括主板、中央处理器CPU、内存储器、输入/输出接口插槽（I/O接口）、电源、硬盘，其主要部分是CPU和内存储器。 1. CPU CP

13、U(Central Processing Unit)中文名称是中央处理器，微型计中文名称是中央处理器，微型计算机的算机的CPU又称为微处理器，是计算机的核心部件，负责计算机又称为微处理器，是计算机的核心部件，负责计算机系统中最重要的算术运算和逻辑运算。系统中最重要的算术运算和逻辑运算。CPU是判断计算机性能高是判断计算机性能高低的首要标准，它一般安插在主板的低的首要标准，它一般安插在主板的CPU插座上。插座上。 CPU的主要性能指标有芯片型号，如的主要性能指标有芯片型号，如Pentium III；时钟频率，；时钟频率，如如800MHZ；字长，即计算机一次能处理的二进制位数，目前计；字长，即计算

14、机一次能处理的二进制位数，目前计算机的字长为算机的字长为32位，也有位，也有64位的，字长越长，计算机的运算速位的，字长越长，计算机的运算速度和效率越高。度和效率越高。CPU CPU目前主要生产厂商有美国的目前主要生产厂商有美国的Intel(英特尔英特尔)、AMD(超微超微)公司和中国台湾的公司和中国台湾的VIA(威盛威盛)等，等，Intel公公司是司是CPU市场的老大。如下图所示分别是市场的老大。如下图所示分别是Intel、AMD和和VIA公司的公司的CPU产品。产品。主主 板板 主板实际上就是一块电路板。主板上集成了各式各样的电子零件并布满了大量的电子线路，如下图所示。主板是整个计算机内部

15、结构的基础，无论是CPU、内存、显卡还是鼠标、键盘、声卡、网卡都是靠主板来协调工作的。因此，主板的好坏，将直接影响计算机性能的发挥。系统主板内存内存总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU串行串行接口接口USB接口接口芯片芯片组组 内存内存 内存或主存,也称半导体存储器，用于存放当前计算机正在执行或经常要使用的程序或数据，CPU可直接从内存中读取指令并执行，还可直接从内存中存取数据。 存储器的容量单位有：位(Bit)、字节（Byte）、千字节（KB）、兆字节（MB）和吉字节(GB)。Bit是最小的存储单位，可存放一位二进制数，8个Bit组成一个Byte，一个Byte可存放一个8位的二进制数或一

16、个英文字符的编码，两个字节存放一个汉字编码。目前一般微型计算机的内存配置为：256M,512M,1G等。存储容量的换算关系是： 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB内存 内存储器通常分为只读存储器（Read Only Memory 简称ROM）和随机存储器（Random Access Memory 简称RAM），只读存储器用于存储由计算机厂家为该机编写好的一些基本的检测、控制、引导程序和系统配置等，如系统的BIOS 即为ROM存储器。只读存储器的特点是存储的信息只能读出，不能写入，断电后信息不会丢失。 随机存储器的特点是既可以读出数据，也可以写入数据，因此随机存储器又

17、称为可读写存储器。用于存放当前正在使用或常要使用的程序和数据。随机存储器只能在加电后保存数据和程序，一旦断电则其内所保存的所有信息将自然消失。常见内存分类SDRAM(SynchronousDRAM,同步动态随机存取存储器) DDRSDRAM(DoubleDataRateSDRAM,二倍速率同步动态随机存取存储器) DDRII(DoubleDataRateSynchronousDRAM,第二代同步双倍速率动态随机存取存储器) SDRAMDDRSDRAM333MHz和400MHzDDRII533MHz和667MHz 现代信息存储技术1. 直接连接存储技术 硬盘,磁带2. 移动存储技术 闪存卡,CF

18、 ,SM,SD卡,优盘,移动硬盘3. 网络存储技术 NAS(网络附加存储) SAN(存储区域网络) 存储器的层次存储器的层次CPUCACHE主存（内存）主存（内存）辅存（外存）辅存（外存）外存或辅存外存或辅存一般是由磁性材料以及运用激光技术等实现的一般是由磁性材料以及运用激光技术等实现的存储器，分为硬磁盘、软磁盘、光盘等。外存存储器，分为硬磁盘、软磁盘、光盘等。外存容量很大，但存取速度很慢，通常使用容量很大，但存取速度很慢，通常使用DMA技术和技术和IOP技术来实现内存与外存之间的数据技术来实现内存与外存之间的数据直接传送直接传送高速缓冲存储器(Cache) 用途：设置在用途：设置在 CPU

19、和和 主存储器之间，主存储器之间，完成高速与完成高速与 CPU 交换信息，尽量避免交换信息，尽量避免 CPU不不必要地多次直接访问慢速的主存储器必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提从而提高计算机系统的运行效率。高计算机系统的运行效率。 实现：这是一个存储容量很小，但读写实现：这是一个存储容量很小，但读写速度更快的，以关联存储器方式运行、用静态速度更快的，以关联存储器方式运行、用静态存储器芯片实现的存储器系统。存储器芯片实现的存储器系统。 要求：有足够高的命中率，既当要求：有足够高的命中率，既当 CPU需需用主存中的数据时，多数情况可以直接从用主存中的数据时，多数情况可以直接从CACHE中得

20、到，称二者之比为命中率。中得到，称二者之比为命中率。硬盘分类SCSI应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点 IDE价格低廉、兼容性强 SATA串口硬盘 ,当今主流硬盘IDEIDE硬盘也叫ATA硬盘，是采用并行传输技术的硬盘,老机器主板全部提供2个IDE接口SCSI系统占用率低,速度快,可达15000RPM ,价格昂贵,多用于服务器.SATA速度快，易散热,安装方便.现在的主流.1.2.4 总线,外设和接口1. 计算机中的内部总线2. 外部设备3. 个人计算机的扩展总线4. 从RS-232到USB总总 线线 总线是连接微型机CPU、内存储器和外部设备（I/O设备）的公共信息

21、通道。在总线上传送数据、地址和控制三种信传送数据、地址和控制三种信号号。传送数据信号的线称为数据总线DB(Data Bus)，传送地址信号地址信号的线称为地址总线AB(Address Bus)，传送控制控制信号信号的线称为控制总线控制总线CB(Control Bus)，目前微型计算机的总线由这三种总线构成。 微型计算机常用的总线有以下几种: (1) ISA总线总线 ISA(Industry Standard Architecture)总线,简称AT总线。为工业标准体系结构总线，是一种16位总线，用于80286微机。 (2)EISA总线总线 EISA（Extension Industry Sta

22、ndard Architecture）总线, 为扩展工业标准体系结构总线，是ISA总线的扩展，是一种32位总线，目前这种总线用在服务器系统板上。 (3)VESA总线总线 VESA（Video Electronics Standard Architecture）总线, 简称VL总线, 是一种32位总线,主要用于386、486微型机。 (4)PCI总线总线 PCI（Peripheral Component Interconnect）总线, 是一种32位总线,也支持64位数据传送。这种总线具有一个管理层，用来协调数据传输，可以支持 34个扩展槽，数据传送率较高，目前主要用在服务器和Pentium微型

23、机系统板上。 (5)USB总线总线 USB（Universal Serial Bus）总线，它是由Intel公司提出的一种新型接口标准。利用它可以将一些低速设备（如键盘、鼠标、扫描仪）连接在一起。USB总线支持多个并行操作，能为设备提供电源。计算机中的内部总线总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路处理器处理器存储子存储子系统系统I/O子子系统系统总线分类地址总线地址总线: :传输地址信息传输地址信息数据总线数据总线: :传输数据信息传输数据信息控制总线控制总线: :传输控制信息传输控制信息内部总线：连接内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯

24、片内部）的各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件系统总线：连接计算机中各大部件外部总线：外部总线：连接计算机和外部设备连连接接对对象象传传输输对对象象并行总线并行总线: :通信速度快、实时性好通信速度快、实时性好串行总线串行总线: :简易、方便、灵活简易、方便、灵活 通通信信方方式式 总线微微处处理理器器地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线内存插槽内存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存储器存储器硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示键盘显示接口电路接口电路微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系微处理器、总线、存储器、接口电路和外

25、设逻辑关系 CPU存储器存储器CPU总线总线CPU总线总线/PCI总线桥（总线桥（北桥北桥）PCI总线总线/ISA总线桥（总线桥（南桥南桥）PCI图形图形适配器适配器PCI网卡网卡PCI硬盘硬盘控制器控制器PCI总线总线ISA总线总线ISA卡卡. . .ISA卡卡PCI总线结构框图总线结构框图外部设备磁盘,光盘驱动器,接口显示器,显示卡,键盘,鼠标打印机,扫描仪其他设备和接口(声卡,Modem,网卡)个人计算机的扩展总线PCI总线系统PCMCIA总线系统RS232 / USBRS232-COM11.2.5 微电子技术及其展望晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾2,30042,000,00032

26、 年年P43,500,000晶晶体体管管数数10K100K1M10M100M197519801985199519902000单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百万条百万条/每秒每秒0.1110255004004Pentium每每2年芯片能力增长一倍年芯片能力增长一倍808080888286838684862000年的年的微处理器微处理器1.3 计算机软件系统 软件（软件（Software）是计算机系统中各类程序、有关文）是计算机系统中各类程序、有关文档以及所需要的数据的总称档以及所需要的数据的总称。软件是计算机的灵魂，包括指挥、控制计算机各部分协调工作并完成各种功能的程序和数据。计算机系

27、统的软件极为丰富，通常分为系统软件和应用软件两大类。 系统软件一般是用来管理、维护计算机及协调计算机内部更有效地工作，主要包括操作系统、语言处理程序和一些服务性程序。 应用软件一般是为了某个具体应用开发的软件，如文字处理软件，杀毒软件，财会软件，人事管理软件等。计算机系统的抽象层次结构1.3.1 操作系统WindowsApple Mac OS XSun- SolarisIBM - AIXLinuxUnix操作系统的基本功能资源管理 处理器管理 ,存储器管理,输入输出管理,信息管理 ( 资源管理器)人机接口界面管理 操作系统是用户与计算机的接口. (图形用户界面)操作系统类型批处理操作系统分时操

28、作系统实时操作系统网络操作系统批处理操作系统 所谓批处理意指将用户作业一批一批地输入系统并暂存在外存中，组成一个后备作业列队，每次按一定的调度原则从后备作业中挑选一个或多个装入主机处理，作业完成后退出主机和后备作业装入主机运行均由系统自动实现，从而大大压缩了两个作业之间的转接时间，在系统中形成了一个自动转接的连续作业流，当一批作业运行完后，输出它们的运行结果，再接受下一批作业进入系统处理。 脱机服务方式，即用户在其作业运行期间不能在控制台或终端上请求系统的服务以直接干预其作业的运行过程。 DOS 分时操作系统 所谓“分时”，就是多个用户对系统资源进行时间上的分享。在分时环境下，一个计算机系统联有若干台本地或远程终端，每个用户可以在所占用的终端上以人-机会话的交互方式使用计算机。故分时系统又称为多用户交互式共享系统。分时系统具有以下三个特点： 多路性，交互性,独占性. Unix,Linux 实时操作系统 所谓“实时”就是“立即”或“及时”，具体含义是指系统能够及时响应随机发生的外部事件，并以足够快的速度完成对事件的处理。外部事件是指传感器或其它信号测量装置所采集的现场数据或终端用户提出的服务请求。 多用与工业控制。 实时系统具有如下三个特点