第1章 计算机基础知识(1)

1、第1章计算机基础知识学习目标学习目标了解计算机的基础知识；掌握计算机常用数制和编码；掌握计算机的基本结构和系统组成；了解多媒体的基础知识；了解计算机安全知识；目录目录1.1 计算机概述1.2 计算机常用的数制和编码1.3 常见的信息编码1.4 计算机系统的组成1.5 多媒体1.6 计算机安全1 1.1.1计算机概述计算机概述计算机（computer）俗称电脑，是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。1.1.11.1.1计算机的发展计算机的发展1.大型机阶段（20世纪40-50年代

2、）（1）第1代：采用电子管制作（2）第2代：采用晶体管制作。（3）第3代：采用中、小规模集成电路制作。（4）第4代：采用大规模、超大规模集成电路制作2.小型机阶段（20世纪60-70年代）3.微型机阶段（20世纪70-80年代）4.客户机/服务器阶段：即C/S阶段5.互联网阶段6.云计算时代1.1.2 1.1.2 计算机的特点计算机的特点1.运算速度快2.计算精确度高3.记忆能力强4.可靠的逻辑判断能力5.有自动控制能力1.1.3 1.1.3 计算机的应用计算机的应用计算机的应用已渗透到人类社会生活的各个领域，成为未来信息社会的强大支柱。计算机的应用范围，按其应用特点，可以划分以下几个方面。1

3、.科学计算（或称为数值计算）2.过程检控3.信息管理（或称数据处理）4.辅助系统5.人工智能6.语言翻译1.2 1.2 计算机常用的数制与编码计算机常用的数制与编码数制也称进位计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。编码是采用少量的基本符号，选用一定的组合原则，以表示大量复杂多样的信息的技术。计算机是信息处理的工具，任何信息必须转换成二进制数据后才能被计算机进行处理、存储和传输。1.2.1 1.2.1 数制数制我们习惯使用的十进制数由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个不同的符号组成，每一个符号处于十进制数中不同的位置时，它所代表的实际数值是不一样的。例如1976可表示

4、成：11000910071061110391027101 6100式中每个数字符号的位置不同，它所代表的数值也不同，这就是经常所说的个位、十位、百位、千位、的意思。1.2.1 1.2.1 数制数制数位：是指数码在一个数中所处的位置。基数：是数制所使用的数码个数。例如：二进制数基数是2，每个数位上所能使用的数码为0和1两个数码。在数制中有一个规则，如果是N进制数，必须是逢N进1。对于多位数，处在某一位上的“1”所表示的数值的大小，称为该位的位权。例如，二进制第2位的位权为2，第3位的位权为4。十进制第2位的位权为10，第3位的位权为100。例如：二进制数1011表示十进制数11，如下所示：(10

5、11)2 1230221211208021111.2.1 1.2.1 数制数制1.二进制具有两个不同的数码符号0、1，其基数为2；二进制数的特点是逢二进一。一个二进制数各位的权是以2为底的幂。2.八进制具有八个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7，其基数为8；八进制数的特点是逢八进一。一个八进制数各位的权是以8为底的幂。3.十六进制具有十六个不同的数码符号09、AF，其基数为16，十六进制数的特点是逢十六进一。十六进制的权是以16为底的幂。1.2.2 1.2.2 数制转换数制转换1.十进制数与二进制数之间的转换(1) 十进制数与二进制数之间的转换采用“除2取余法”，把被转换的十进制整数

6、反复地除以2，直到商为0，所得的余数(从末位读起)就是这个数的二进制表示。例如，将(215)10转换成二进制整数的方法如下：于是，(215)10(11010111)21.2.2 1.2.2 数制转换数制转换(2) 十进制小数转换成二进制小数采用“乘2取整法”，将十进制小数连续乘以2，选取进位整数，直到满足精度要求为止。例如，将十进制小数(0.6875)10 转换成二进制小数的方法。将十进制小数0.6875连续乘以2，把每次所进位的整数，按从上往下的顺序写出。于是，( 0.6875)10(0.1011)2同理，十进制小数转换成八进制小数的方法是“乘8取整法”或“十-二-八”，十进制小数转换成十六

7、进制小数的方法是“乘16取整法”或“十-二-十六”。1.2.2 1.2.2 数制转换数制转换(3) 二进制数转换成十进制数将二进制数按权展开求和的方法可以将二进制数转换成十进制数。(abc)2=(a*22+b*21+c*20)10同理，非十进制数转换成十进制数的方法是把各个非十进制数按权展开求和即可。(abc)x=(a*x2+b*x1+c*x0)101.2.2 1.2.2 数制转换数制转换2.二进制数与八进制数之间的转换(1)二进制数转换成八进制数采用“三位一并法”，将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左3位一组，小数部分从左向右3位一组，不足三位用0补足即可，每组对应一位八进制数即可得到八

8、进制数。例如，将(100011101110.1011)2化为八进制数的方法如下：100 011 101 110.101 100 4 3 5 6 . 5 4于是，(100011101110.1011)2(4356.54)81.2.2 1.2.2 数制转换数制转换(2)八进制数转换成二进制数采用“一分为三法”，以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应的三位二进制数取代，然后将其连在一起即可。例如，将(4237.432)8转换为二进制数的方法如下： 4 2 3 7 . 4 3 2 100 010 011 111 . 100 011 010于是，(4237.432)8(100010011111.1

9、00011010)21.2.2 1.2.2 数制转换数制转换3.二进制数与十六进制数之间的转换(1) 二进制数转换成十六进制数采用“四位一并法”，将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左4位一组，小数部分从左向右4位一组，不足四位用0补足即可，每组对应一位十六进制数即可得到十六进制数。例如，将(100011101110.1011)2二进制数转换为十六进制数。1000 1110 1110.1011 8 E E . B于是，(100011101110.1011)2(8EE.B)161.2.2 1.2.2 数制转换数制转换(2) 十六进制数转换成二进制数采用“一分为四法”，以小数点为界，向左或向右每

10、一位十六进制数用相应的四位二进制数取代，然后将其连在一起即可。例如，将(4AB.E1)16转换成二进制数。 4 A B . E 1 0100 1010 1011 . 1110 0001于是，(4AB.E1)16(10010101011.11100001)21.2.31.2.3计算机系统中的数据计量单位计算机系统中的数据计量单位位：计算机存储数据时的最小单位是位(bit)，一个bit可以存储一个二进制数。字节：8个二进制位构成1个字节(Byte)，它是存储空间的基本计量单位。1个字节可以储存1个英文字母或者半个汉字，换句话说，1个汉字占据2个字节的存储空间。字：字由若干个字节构成，字的位数叫做字

11、长，不同档次的机器有不同的字长。字是计算机进行数据处理和运算的单位。例如一台8位机，它的1个字就等于1个字节，字长为8位。如果是一台16位机，那么，它的1个字就由2个字节构成，字长为16位。KB： 1 1KB=1024B KB=1024B 。MB： 1MB=1024KB 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB1GB=1024MB 1TB=1024GB1.3 1.3 常见的信息编码常见的信息编码我们已经知道，计算机中的数据是用二进制表示的，而人们习惯用十进制数，那么输入输出时，数据就要进行十进制和二进制之间的转换处理，因此，必须采用一种编码的方法，由计算机自己来承担这种

12、识别和转换工作。字符编码汉字编码ASCIIEBCDIC区位码机内码输入码字形码字符编码方式：ASCII和EBCDICASCII码是美国信息交换标准码ASCII码由7位二进制数组成，在计算机中用一个字节（8位）表示，最高二进制位为0注意：数字的Ascii码小于字母的Ascii码,大写字母的Ascii码小于小写字母的Ascii码例：已知“c”的Ascii码是99D,则“f”的Ascii码是多少？1.3.1 1.3.1 字符编码字符编码1.区位码和国标码区位码共收录汉字和图形符号7445个，共94区94位国标码又称交换码，它与区位码关系是 国标码高位字节=(区号)16+20H 国标码低位字节=(位号

13、)16+20H2.汉字内码（机内码）汉字内码占两个字节（英文字符占一个字节）汉字内码高位字节=(区号)16+A0H汉字内码低位字节=(位号)16+A0H例：中的区位码为5448D，求其国标码及内码3.汉字输入码汉字输入码又称汉字外码1.3.2 1.3.2 汉字汉字的编码的编码4.汉字字型码 汉字字形码一般可分为点阵字形码、矢量字形码 点阵字形码有16点阵(1616)、32点阵(3232)、48点阵(4848)等等 点阵字形码占用存储空间较多，其中每一个点占用一个二进制位(bit)，例如一个16点阵字形码占用1616个二进制位(bit)，即32字节。软件软件系统系统硬件硬件系统系统计算机计算机系

14、统系统外设外设主机主机硬件硬件系统系统应用应用软件软件系统系统软件软件软件软件系统系统1.4.1 1.4.1 计算机系统计算机系统1.4.2 1.4.2 计算机的基本结构计算机的基本结构1.运算器2.控制器3.存储器（1）内存储器（2）外存储器4.输入输出设备1.4.3 1.4.3 计算机的性能指标计算机的性能指标内存容量内存容量运算速度运算速度存取周期存取周期字长主频计算机性能指标主要有以上几项计算机性能指标主要有以上几项1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统微型计算机是计算机的一种。微机系统的硬件系统是指计算机系统中可以看得见摸得着的物理装置，即机械器件、电子

15、线路等设备，如图所示。1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统1.CPU在个人计算机中，运算器和控制器通常被整合成一块集成电路芯片上，称为中英处理器（CPU）CPU的主要功能是从内存储器中取出指令，解释并执行指令。CPU的运行速度通常用主频表示，以赫兹(Hz)为计量单位。在评价PC时，首先看其CPU是哪一种类型，在同一档次中还要看其主频高低。CPU的主要生产厂商有Intel公司、AMD公司等。图1-6所示为Intel公司生产的CPU。1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统2.内存储器内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥

16、梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存(Memory)也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。 内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。（1）只读存储器（ROM）（2）随机存储器（RAM）（3）高速缓冲存储器（Cache）1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统3.主板每台PC的主机机箱内部都有一块比较大的电路板，称为主板。主

17、板是连接CPU内存、及各种适配器（如显卡、声卡、网卡等）和外围设备的中心枢纽。主板为CPU、内存等提供安装插槽；为各种外部存储器、打印和扫描等I/O设备提供连接的接口。目前的主流主板按板型结构标准可分为ATX、Micro-ATX和BTX三种。1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统4.显卡显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，是“人机对话”的重要设备之一。显卡的基本结构：（1）GPU（2）显存（3）BIOS（4）PCB板1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统

18、微型计算机中的硬件系统5.外存储器外存储器(简称外存)又称辅助存储器。外存储器主要由磁表面存储器和光盘存储器等设备组成。磁表面存储器可分为磁盘、磁带两大类。（1）硬盘1）机械硬盘一个硬盘一般由多个盘片组成，盘片的每一面都有一个读写磁头。硬盘在使用时，要对盘片格式化成若干个磁道（称为柱面），每个磁道再划分为若干个扇区。硬盘的存储容量计算：存储容量磁头数柱面数扇区数每扇区字节数（512B）1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统2）固态硬盘固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，其芯片的工作温度范围很宽,商规产品（070）工规产品（-4085）。新一代的固态硬盘普

19、遍采用SATA-2接口、SATA-3接口、MSATA接口和CFast接口。固态相较于机械硬盘有很多优点：读写速度快防震抗摔性低功耗无噪音工作温度范围大轻便1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统（2）移动硬盘移动硬盘（Mobile Hard disk）顾名思义是以硬盘为存储介质，计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。市场上绝大多数的移动硬盘都是以标准硬盘为基础的，但价格因素决定着主流移动硬盘还是以标准笔记本硬盘为基础。因为采用硬盘为存储介制，因此移动硬盘在数据的读写模式与标准IDE硬盘是相同的。移动硬盘多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口，可

20、以较高的速度与系统进行数据传输。截至2009年，主流2.5英寸品牌移动硬盘的读取速度约为15-25MB/s，写入速度约为8-15MB/s。1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统（3）U盘U盘，全称USB闪存驱动器。它是一种使用USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，通过USB接口与电脑连接，实现即插即用。U盘的称呼最早来源于朗科科技生产的一种新型存储设备，名曰“优盘”，使用USB接口进行连接。U盘连接到电脑的USB接口后，U盘的资料可与电脑交换。而之后生产的类似技术的设备由于朗科已进行专利注册，而不能再称之为“优盘”，而改称谐音的“U盘”。后来，U盘这

21、个称呼因其简单易记而因而广为人知，是移动存储设备之一。1.4.4 1.4.4 微型计算机中的硬件系统微型计算机中的硬件系统（4）光盘光盘存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。目前用于计算机系统的光盘有三类：只读型光盘、一次写入型光盘和可抹型（可擦写型）光盘。CD光盘的最大容量大约是700MB，DVD盘片单面4.7GB，最多能刻录约4.59G的数据（因为DVD的1GB=1000MB，而硬盘的1GB=1024MB）（双面8.5GB，最多约能刻8.3GB的数据），蓝光（BD）的则比较大，其中HD DVD单面单层15GB、双层30GB；BD单面单层25GB、双面50GB、三层75GB、四层100GB

22、。1.4.5 1.4.5 基本输入输出设备基本输入输出设备1.键盘键盘（Keyboard）是用户与计算机进行交流的主要工具，是计算机最重要的输入设备，也是微型计算机必不可少的外部设备。2.鼠标1）机械鼠标 2）光学鼠标1.4.5 1.4.5 基本输入输出设备基本输入输出设备3.显示器显示器通常也被称为监视器。显示器是属于电脑的I/O设备，即输入输出设备。它可以分为CRT、LCD等多种。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。CRT显示器 液晶显示器1.4.5 1.4.5 基本输入输出设备基本输入输出设备4.打印机打印机（ Printer ）是计算机产生硬拷

23、贝输出的一种设备，提供用户保存计算机处理的结果。打印机的种类很多，按工作原理可粗分为击打式打印机和非击打式打印机。目前微机系统中常用的针式打印机（又称点阵打印机）属于击打式打印机；喷墨打印机和激光打印机属于非击打式打印机。（1）针式打印机 （2）喷墨打印机 （3）激光打印机1.4.5 1.4.5 基本输入输出设备基本输入输出设备5.扫描仪扫描仪（Scanner）是一种高精度的光电一体化的高科技产品，它是将各种形式的图像信息输入计算机的重要工具。是继键盘和鼠标之后的第三代计算机输入设备，如图1-15。它是功能极强的一种输入设备。人们通常将扫描仪用于计算机图像的输入，而图像这种信息形式是一种信息量

24、最大的形式。从最直接的图片、照片、胶片到各类图纸图形以及各类文稿资为都可以用扫描仪输入到计算机中进而实现对这些图像形式的信息的处理、管理、使用、存贮、输出等。1.4.5 1.4.5 基本输入输出设备基本输入输出设备6.手写笔手写笔的出现是为了输入中文，使用者不需要再学习其它的输入法就可以很轻松的输入中文，当然这还需要专门的手写识别软件。7.数码相机与普通相机不同，数码相机并不使用胶片，而是使用固定的或者是可拆卸的半导体存储器来保存获取的图像。数码相机可以直接连接到计算机、电视机或者打印机上。8.总线总线是PC硬件系统用来连接CPU等各种部件的公共信息通道，通常由数据总线、地址总线、和控制总线三

25、部分组成。1.4.6 1.4.6 软件系统软件系统软件系统操作系统桌面操作系统服务器操作系统嵌入式操作系统语言处理数据库联网通信应用软件文字处理软件表格处理软件实时控制软件等1.5 1.5 多媒体多媒体1.5.1 多媒体概述在计算机和通信领域，我们所指的信息的正文、图形、声音、图像、动画，都可以称为媒体。从计算机和通信设备处理信息的角度来看，我们可以将自然界和人类社会原始信息存在的式数据、文字、有声的语言、音响、绘画、动画、图像（静态的照片和动态的电影、电视和录像）等，归结为三种最基本的媒体：声、图、文。从概念上准确地说，多媒体中的“媒体”应该是指一种表达某种信息内容的形式，同理可以知道，我们

26、所指的多媒体，应该是多种信息的表达方式或者是多种信息的类型，自然地，我们就可以用多媒体信息这个概念来表示包含文字信息、图形信息、图像信息和声音信息等不同信息类型的一种综合信息类型。1.5 1.5 多媒体多媒体1.5.2 多媒体的特点1.集成性能够对信息进行多通道统一获取、存储、组织与合成。2.控制性多媒体技术是以计算机为中心，综合处理和控制多媒体信息，并按人的要求以多种媒体形式表现出来，同时作用于人的多种感官。3.交互性交互性是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一。传统信息交流媒体只能单向地、被动地传播信息，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。4.非线性多媒体技术的非线性

27、特点将改变人们传统循序性的读写模式。以往人们读写方式大都采用章、节、页的框架，循序渐进地获取知识，而多媒体技术将借助超文本链接的方法，把内容以一种更灵活、更具变化的方式呈现给读者。1.5.2 1.5.2 多媒体的特点多媒体的特点5.实时性当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。6.互动性它可以形成人与机器、人与人及机器间的互动，互相交流的操作环境及身临其境的场景，人们根据需要进行控制。人机相互交流是多媒体最大的特点。7.信息使用的方便性用户可以按照自己的需要、兴趣、任务要求、偏爱和认知特点来使用信息，任取图、文、声等信息表现形式。8.信息结构的动态性“多媒体是一部永远读不完的

28、书”，用户可以按照自己的目的和认知特征重新组织信息，增加、删除或修改节点，重新建立链接。1.5.3 1.5.3 多媒体技术的应用多媒体技术的应用多媒体技术多媒体技术的应用的应用1.6 1.6 计算机安全计算机安全随着计算机硬件的发展，计算机中存储的程序和数据的量越来越大，如何保障存储在计算机中的数据不被丢失，是任何计算机应用部门要首先考虑的问题，计算机的硬、软件生产厂家也在努力研究和不断解决这个问题。国际标准化组织（ISO）对计算机安全的定义是：为数据处理系统建立和采取的技术和管理的安全保护，保护计算机硬件、软件、数据不因偶然的或恶意的原因而遭破坏、更改、泄露。造成计算机中存储数据丢失的原因主

29、要是：病毒侵蚀、人为窃取、计算机电磁辐射、计算机存储器硬件损坏等等。1.6.1 1.6.1 硬件安全硬件安全计算机硬件是指计算机所用的芯片、板卡及输入输出等设备。 这些芯片和硬件设备也会对系统安全构成威胁。比如CPU，像INTEL、AMD的CPU都具有内部指令集如MMX、SSE、3DNOW、SSE2、SSE3、AMD64、EM64T等等。据有关资料透漏，国外针对中国所用的CPU可能集成有陷阱指令、病毒指令，并设有激活办法和无线接收指令机构。他们可以利用无线代码激活CPU内部指令，造成计算机内部信息外泄、计算机系统灾难性崩溃。如果这是真的，那我们的计算机系统在战争时期有可能全面被攻击。还比如显示

30、器、键盘、打印机，它的电磁辐射会把电脑信号扩散到几百米甚至达到一公里以外的地方，针式打印机的辐射甚至达到GSM手机的辐射量。情报人员可以利用专用接收设备把这些电磁信号接收，然后还原，从而实时监视您在电脑上的所有操作，并窃取相关信息。1.6.2 1.6.2 软件安全软件安全病毒病毒计算机病毒指“编制者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码”。计算机病毒不是天然存在的，是某些人利用计算机软件和硬件所固有的脆弱性编制的一组指令集或程序代码。它能通过某种途径潜伏在计算机的存储介质（或程序）里，当达到某种条件时即被激活，通过修改其他程序的方法将自己的精确拷贝或者可能演化的形式放入其他程序中。从而感染其他程序，对计算机资源进行破坏，所谓的病毒就是人为造成的，对其他用户的危害性很大。1.6.2 1.6.2 软件安全软件安全病毒病毒1.病毒的产生病毒是一种比较完美的，精巧严谨的代码，按照严格的秩序组织起来，与所在的系统网络环境相适应和配合起来，病毒不会通过偶然形成，并且需要有一定的长度，这个基本的长度从概率上来讲是不可能通过随机代码产生的。例如，熊猫烧香病毒。熊猫烧香是一种经过多次变种的“蠕虫病毒”变种，2006年10月16日由25岁的中国湖北武汉新洲区人李俊编写，200