计算机基础知识第1章12

计算机基础知识第1章12第一页，共82页。第1计算机基础知识

计算机是一种能快速而高效地自动完成信息处理的数字化电子设备。随着信息时代的到来，计算机已经成为人类活动中不可缺少的工具。第二页，共82页。

第1章计算机基础知识

本章主要内容

退出计算机的发展与应用计算机中的数据及编码计算机系统CPU

存储器

计算机安全输入设备

输出设备

总线、主板与接口

软件系统

讨论题第三页，共82页。1.1计算机的发展与应用1.1.1计算机的发展

1.计算机的分代

●按电子器件来划分电子管→晶体管→小规模集成电路→超大规模集成电路器件集成度不断提高

●按应用发展划分

大型机→微型机→计算机网络开创了以网络为中心、实现资源共享的新纪元从实验室少数人拥有到社会大普及，并进入千家万户开创了使用机器代替脑力劳动的新纪元第一台电子计算机的诞生第四页，共82页。2.冯·诺依曼设计思想和摩尔定律

冯·诺依曼提出“存储程序”的思想；确立现代计算机体系结构；五十多年来，虽然计算机技术突飞猛进，但计算机系统基本结构没有变。

英国科学家艾兰.图灵1936发表论文“论可计算数及其在判定问题中的应用”，为计算机的理论和模型奠定了基础；提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。美籍匈牙利数学家冯.诺依曼第五页，共82页。冯·诺依曼的三个重要设计思想

○五大基本部件;

○采用二进制数表示指令和数据;

○将程序和数据存放在计算机的内存中，并让计算机自动执行集成电路中的晶体管数平均每18个月翻一番，芯片的性能也随之提高一倍

2003年2月摩尔发表讲话说，摩尔定律至少在未来10年中还能继续发挥作用摩尔定律第六页，共82页。3.微型机的发展

微型机已从4位机、8位机、16位机、32位机发展到64位机。微型机的核心是微处理器

微型机已经深入到社会生活的各个领域，并进入千家万户，真正成为大众化的信息处理工具第七页，共82页。4.计算机的发展趋向

三合一：三网合一（电信网、计算机网、广播电视网）三线合一（数据线、声频线、视频线）三机合一（电脑、电视、电话）计算机的发展趋向微型化巨型化网络化智能化多媒体化第八页，共82页。

96年前后微软董事会主席比尔.盖茨提出

未来计算机能与人对话，进入无线网络。具有看、听和说的能力。无论是在家里还是办公室，人们都能够通过对话操纵计算机第九页，共82页。

2001年10月亚太会议上，盖茨提出

未来十年，人类将迎来一个既个性化又全球化的数字时代。未来的电脑，会像一张纸那么大，它可以识别每一个人的声音，无论在何时、何地，人们都可以自由地与世界交流，再没有在线与否的限制。第十页，共82页。

在第13届Windows硬体设计会议（2004年5月4日至7日，华盛顿州的西雅图举行）上，盖茨又指出

1.桌面电脑从32位过渡到64位运算已经近在咫尺。微软将在第四季度推出WindowsXP及WindowsServer2003的64位元版本。预计到2005年年底，几乎全部芯片将支持64位运算。2.强调了“无缝运算（SeamlessComputing）”的重要性，并表示不管在家或办公，重要的是无论在哪种环境都可随时使用电脑。在这方面，“家庭概念电脑（WindowsHomeConcept）”可算是无缝计算的典型一例。第十一页，共82页。1.1.2计算机的特点

(5)自动化程度高(4)逻辑判断能力强(3)存储容量大(2)计算精确度高(1)运算速度快第十二页，共82页。1.1.3计算机的应用

(1)科学计算(2)事务数据处理(3)过程控制(4)计算机辅助系统

CAI/CAD/CAM/CAT等(5)人工智能

机器人/专家系统/模式识别(6)计算机网络通信第十三页，共82页。1.1.4计算机的新技术

中间件技术

网格技术

嵌入式技术第十四页，共82页。1.1.5计算机与信息社会1．信息信息既是对各种事物的变化和特征的反映，又是事物之间相互作用和联系的表征。人通过信息认识各种事物，借助信息进行交流，相互协作，从而推动社会的进步。人类三大重要资源：物质、能量、信息数据

是指能够输入计算机并由计算机处理的符号例如：数值、文字、语言、图形、图像等。信息的载体，是信息的具体表示形式。

信息是数据所表达的含义

例如：病历卡上记载病人的体温39oC是数据。数据39oC本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。某个病人的体温是39oC，这才是信息，信息是有意义的。第十五页，共82页。2．信息技术（IT）

信息技术是关于信息的产生、发送、传输、接受、变换、识别、控制等应用技术的总称，是在信息科学的基础原理和方法的指导下扩展人类信息处理功能的技术。其主要的支柱是“3C”技术（计算机、通讯和控制）

计算机技术是信息技术的核心。计算机作为信息处理工具，在信息存储、处理、交流传播等方面起着核心作用。多媒体技术和网络技术是当前信息技术发展的热点。信息科学、生命科学和材料科学一起构成了当代三种前沿科学。第十六页，共82页。3．信息高速公路信息高速公路(ISH)是国家信息基础设施(NII)和全球信息基础设施(GII)的总称。前者常称为国家信息高速公路，后者常称为全球信息高速公路。信息高速公路之“路”，实际上是以光纤为主干线，辅以微波和卫星通信，遍布全国各地的高速信息网络。信息高速公路之“车”，是巨量的信息资源，包括电话通信的语音信息、计算机通信的数据信息、高清晰度电视和电影等的图像、视频信息。信息高速公路以超高速、大容量和高精度传送各种信息，为人们提供交互式多媒体信息服务。第十七页，共82页。1.2计算机中的数据及编码1.2.1进位计数制及它们之间的转换1.数的进制

进位计数制三个基本特点:

基数某计数制中,数码的个数，如十进制的基数为10，数码为0，1，2，3，…9

逢n进一

如十进制中逢10进1

位权某计数制中,数位中数码所代表数值的大小等于这数码乘上一个固定的值,该值称为位权的，如10，100，…计算机内部使用二进制数一个二进制数可按位权展开成一个多项式，例如：

(11.101)2＝21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3第十八页，共82页。

十进制数与十六进制数之间的转换，以及十进制数与八进制数之间的转换，可以二进制数为媒介。即

十六进制数十进制数二进制数八进制数

(1)十进制数与二进制数之间的转换十进制整数转换为二进制数的基本方法：除2取余

例1.1将117转换成二进制数结果为1110101，通常写成(117)10＝(1110101)22.数制之间的转换第十九页，共82页。另一简便方法：从高位到低位确定每一位为

1或

0举例(97)10=(____？____)297-64√分解数33-32√分解数1√分解数(217)10=(____？____)21100001110111001思考题第二十页，共82页。例1.3将十进制小数0.6875转换成二进制数方法：乘2取整(0.6875)10=(0.1011)2

例1.4将十进制数117.6875转换成二进制数方法：将整数部分和小数部分分别转换(117.6875)10=(117)10+(0.6875)10=(1110101)2+(0.1011)2=(1110101.1011)2第二十一页，共82页。

(2)二进制数与十六进制数之间的转换

“四位一并法”“一分为四”

例1.6

将二进制数11001011.01011转换为十六进制数 11001011.01011000 ↓↓ ↓↓ CB .58因此(11001011.01011)2＝(CB.58)16第二十二页，共82页。“三位一并法”“一分为三”

例如：(11001011.01011)2=(313.26)8

下列各数中，最大的一个数是___?___。

A.(11011001)2B.(75)10C.(37)8D.(A7)16想一想A思考题(3)二进制数与八进制数之间的转换第二十三页，共82页。

1.2.2计算机的数据单位

在计算机内部，数据是以二进制形式存储和运算的。数据采用的单位有位、字节和字。●位(bit)是指二进制数的一个位●8个二进制位作为一个字节，即1B=8bit●字是由一个或若干个字节组成的存储单元●组成一个字的二进制位数叫做该字的字长

存储器的容量：B，KB，MB，GB，TB第二十四页，共82页。

1.2.3

ASCII码两类字符：键盘字符和汉字字符键盘字符编码是ASCII码常用的汉字编码是国标码

例如：字母A的ASCII码为1000001(十进制为65)

每个ASCII码用一个字节表示最高二进制位为0第二十五页，共82页。

1.2.4汉字的编码1.区位码和国标码例如，汉字“啊”的区位码为1601，转换成16进制数为1001H，则国标码3021H。

2.汉字内码(机内码)

例如，汉字“啊”的区位码为1601，转换成16进制数为1001H，则机内码B0A1H每个汉字内码采用两个字节表示，最高二进制位均为13.汉字外码(汉字输入码)第二十六页，共82页。4.汉字字形码

每个汉字是由特定点阵构成的图形

汉字处理大致可分为三个步骤：

(1)汉字信息输入(键盘输入、语音输入或字形输入)

(2)汉字信息的加工处理(从某种意义上说，汉字处理过程实际上就是对汉字代码的转换过程)(3)汉字信息的输出(显示输出、打印输出和语音输出等)第二十七页，共82页。汉字编码之间的关系

其他系统的汉字编码交换码（国标码）显示打印输入机内码字形码汉字信息外码(输入码)汉字信息汉字库两个字节最高二进制位均为1第二十八页，共82页。5.其他汉字编码其他汉字编码有BIG5、GBK、UCS等。

BIG5码俗称“大五码”，是通行于台湾、香港地区的一个繁体字编码方案。

GBK(汉字扩展内码规范)是中华人民共和国全国信息技术标准化技术委员会于1995年12月制定的一个汉字编码标准，它向下与GB编码兼容，向上支持ISO/IEC10646国际标准。一共收录了20902个汉字和图形符号，简、繁体字融于一库。

ISO/IEC10646(通用多8位编码字符集)是国际标准化组织于1993年公布的一个编码标准，简称UCS。它用于对世界各国文字进行统一编码。第二十九页，共82页。

字符代码两类字符：键盘字符和汉字字符

编码

ASCII码如”A”为01000001“0”为00110000

区位码。

如”啊”为:1601

国标码

交换码。

机内码。占2个字节高位字节=(区号)16+(A0)16=(10)16+(A0)16

低位字节=(区号)16+(A0)16=(01)16+(A0)16

如“啊”为：B0A1H高位字节=(B0)16低位字节=(A1)16字形码：

每个汉字是由特定点阵构成的图形汉字库：

所有汉字字形码的集合

除了国标码（表示7445个汉字字符）外，还引入GBK（20902个）等字符集。16为区号01为位号示例：存储“A啊0”01000001(41H)10110000(B0H)10100001(A1H)00110000(30H)第三十页，共82页。

1.3计算机系统

计算机系统的基本组成及工作原理硬件系统软件系统第三十一页，共82页。

1.3.1计算机系统的基本组成及工作原理1．指令和指令系统指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种基本操作。指令通常包括两部分：操作码和操作数。

例如：1011000000000101这是一条2字节指令，第1个字节（即10110000）表示操作码，第2个字节（即00000101）表示操作数。其含义是把数5送入累加器A。一台计算机所有指令的集合称为指令系统，指令系统体现了计算机的基本功能。指令系统是依赖于计算机的，即不同类型的计算机的指令系统各不相同。对应的汇编语言指令是：MOVA,5第三十二页，共82页。

2.计算机基本系统

运算器中央处理器控制器主机只读存储器(ROM)内存储器随机存取存储器(RAM)

硬件外存储器外部设备输入设备输出设备微型机操作系统系统系统软件语言处理程序数据库管理系统软件服务程序应用软件通用应用软件专用应用软件(用户程序)第三十三页，共82页。

硬件系统是指所有构成计算机的物理实体计算机的基本组成：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备数据流控制流程序数据处理结果输入设备输出设备外存储器内存储器运算器控制器计算机的工作原理:

存储程序及程序控制

3.计算机的工作原理第三十四页，共82页。

1.3.2

中央处理器（CPU）

CPU包括运算器和控制器，是计算机的运算和控制中心。单CPU及多CPU控制器组成：程序计数器(PC)、指令寄存器、译码器、操作控制部件等控制器的主要任务是从内存储器中读取指令，经过译码分析，再向各部件发出执行指令的控制信号

取指→分析→执行

自动执行程序中的指令运算器由ALU(算术逻辑单元)、累加器及若干通用寄存器组成，主要完成各种算术运算和逻辑运算第三十五页，共82页。内存储器CPU数据区程序区×××××地址×××××运算结果地址码自动加“1”开始/转移地址操作控制信号程序计数器译码器

指令寄存器

ALU寄存器指令数据┇┇┇操作码┇操作控制部件累加器第三十六页，共82页。

CPU主要技术性能指标：字长及主频率

主频率=外频率*倍频

两项新技术：64位处理器技术和双核处理器技术。Intel公司2000年推出64位安腾微处理器（见本幻灯片备注），安腾的运算速度比早期巨型机快40倍。

而AMD公司于2003年4月推出能从32位平滑过渡的64位微处理器“铁锤”(Opteron)。如“电话升位”，开创新纪元。2006年6月Intel推出全新双核至强处理器5100系列（代码为Woodcrest），与前一代产品相比，新产品实现了高达135%的性能提升和40%的能耗节省。与此同时，AMD公司推出了拥有双内核的Opteron处理器第三十七页，共82页。

1.3.3存储器

存储器是计算机记忆信息的装置可分为内存储器和外存储器

主存（动态随机存储器DRAM）外存储器（硬盘、光盘、优盘等）CPU内部Cache（静态随机存储器SRAM）访问速度越来越快容量越来越大，价格越来越便宜寄存器第三十八页，共82页。

1.内存储器(内存)可以直接和中央处理器进行数据交换，因此存取速度快内存主要用来存放当前运行所需的程序和数据

地址：一般按字节分配地址

分类:

(1)只读存储器(ROM)如BIOS（基本输入输出系统）ROM(2)随机存取存储器(RAM)(3)Cache（高速缓冲存储器)(4)CMOS（存放机器系统的基本设置信息)

内存储器主要性能指标：内存容量、存取周期第三十九页，共82页。高速缓冲存储器(Cache)

在CPU和内存之间设置一种高速缓冲存储器(Cache)，以此弥补内存的运行速度与CPU之间的差距，减少CPU直接访问内存的次数，提高处理速度。CPU对Cache的访问速度比一般内存快数倍。

目前在常用微机中,Cache分为二级。

内存储器(RAM)Cache

CPU采用DRAM体积小，容量大，价格低，但速度慢采用SRAM容量小，价格高速度快速度比DRAM高出数倍第四十页，共82页。2.外存储器

外存储器简称外存。它通常是一种与主机相对独立的存储器部件。与内存比较，外存容量一般都比较大，但存取速度慢外存不能直接与CPU交换信息微机常用的外存储器有三种：软盘存储器、硬盘存储器和光盘存储器第四十一页，共82页。(1)软盘存储器

存储格式：磁道（同心圆信息记录道,编号由0开始）扇区（sector)磁面软盘的容量=磁面数×磁道数×扇区数×512B写保护/保养写保护口第四十二页，共82页。扇区末磁道0磁道第四十三页，共82页。(2)硬盘

微机上用的硬盘片、硬盘驱动电机和读写磁头等组装并封装在一起成为温彻斯特驱动器，硬盘作为微机系统的外存储器成为微机的主要配置之一。第四十四页，共82页。由多个金属盘片组成，并有多个磁头同时读写目前常用60～200GB硬盘，主流硬盘转速有5400转/分和7200转/分硬盘存储器第四十五页，共82页。

(3)CD光盘存储器

CD光盘具有容量大、寿命长、价格低等特点一个CD光盘的容量为650MB类型：只读/一次写入型/可擦写型光盘刻录机

(4)DVD光盘存储器

一个DVD光盘的容量为17GB目前流行16倍速DVD第四十六页，共82页。(5)移动存储器

常用的移动存储器还有活动硬盘、Zip盘、USB硬盘、USB闪存盘、CD-RW光盘等主流产品：闪存盘（也称优盘、U盘、时代盘、电子盘等)。闪存盘逐步取代软盘。容量16MB~2GB不等。体积小，重量少于20克可擦写100万次以上，数据至少保存10年优盘第四十七页，共82页。1.3.4基本输入/输出设备1.输入设备(1)键盘

键盘是最常用、最基本的一种输入设备（见附录2）(2)鼠标(Mouse)

在图形界面的环境下，鼠标可以取代键盘进行光标定位或完成某些特定的输入(3)扫描仪

图像输入设备第四十八页，共82页。

2.输出设备

1.显示器

显示器的种类很多，目前常用的是以阴极射线管(CRT)为核心的显示器，笔记本式微机基本上采用液晶显示器。几个重要概念：显示器的点距、像素和分辨率，刷新率，显示卡，显存(VRAM)，真彩色2.液晶显示器3.打印机三类具有图形功能的打印机:·针式打印机·喷墨打印机·激光打印机

显示器VRAM

CPU第四十九页，共82页。

1.3.5总线、主板与接口

1.总线

地址总线/数据总线/控制总线

采用总线结构，不但大大简化了结构，提高了系统的可靠性和标准化，还促进了微机系统的开放性和可扩性2.主板及其结构

由多层印刷电路板组成(常见4层)

主板安装了CPU芯片、内存条、CMOS、BIOS、时钟芯片、电池、扩展槽、电源、总线等

(1)主板结构

主流机型：基于CPU及内存

一体化型：配置了各种标准接口电路

提供插槽（扩展槽），可扩充设备第五十页，共82页。主板CPU插座AGP插槽4个ISA扩展槽3个PCI扩展槽4个内存条插槽2个IDE接口1个软驱接口电源连接键盘接口并行接口串行接口充电电池第五十一页，共82页。决定了微型机的档次主要性能指标(线宽、集成度、位数、运算速度)工作时产生了大量的热量降温风扇正常温度：50～70℃插脚：PentiumPro有337条P4分为423条和478条两种型号：Intel、AMD、赛扬(2)CPU芯片第五十二页，共82页。电源（5V)接口奔腾CPU风扇第五十三页，共82页。

(3)时钟芯片

不断产生时钟脉冲信号…………

计算机在时钟脉冲信号控制下有规则地一个一个节拍地进行工作(4)内存条采用大容量内存条64MB/条、128MB/条、256MB/条和512MB/条线脚分72线、168线和184线（流行）内存条第五十四页，共82页。

(5)BIOS（系统基本输入输出系统）只读存储器（ROM）装入了系统启动时的引导程序两种制造方法

EPROM（可擦除可编程）

EEPROM（加“擦除电压”后可改写）第五十五页，共82页。

(6)CMOS（互补金属氧化物半导体）

由充电电池供电的RAM既能长期保存信息，又允许用户根据需要修改记录了日期、时间、软驱及硬盘的规格、系统密码、内存大小等

(7)充电电池

关机时，为CMOS供电；用机时可向电池充电充满电后，可用几个月长期不用机，电池会缺电或失效第五十六页，共82页。

(8)输入输出接口类别

●总线接口：扩展槽

有三种总线规格：ISA，PCI，AGP

用来扩充各种接口卡，如显示卡、声卡、Modem、鼠标、打印机等，防止硬件冲突；驱动程序；“即插即用”●串行口：COM1，COM2，PS/2(接鼠标)

●并行口：LPT1，LPT2，如打印机

●USB口（通用串行总线）：

一个接口可串接高达成127种外部设备（如网卡、扫描仪、打印机等）,支持“即插即用”

USB接口有两个标准：USB1.1和USB2.0第五十七页，共82页。

接口包括适配器(硬件)和驱动程序(软件)

适配器是设置在微机与外部设备之间的逻辑控制部件，其作用是完成两个相互通讯的设备之间的一些控制、数据缓冲、速度匹配和协调等工作

如显示卡(或显示适配器)

3.接口第五十八页，共82页。

接口PS2键盘、鼠标接口并行接口串行接口四个USB接口RJ45LAN接口第五十九页，共82页。

1.3.6软件系统

软件是整个计算机系统中的重要组成部分没有配备任何软件的计算机称为裸机软件可分为系统软件和应用软件两大类系统软件的两大特点：公用性、基础性用户应用软件其他系统软件操作系统硬件第六十页，共82页。

操作系统(OperatingSystem)是用户和计算机的接口，对硬、软件资源进行管理的一种软件

(1)按操作系统所管理的用户数划分

单用户操作系统、多用户操作系统

单用户操作系统又分：单任务/多任务

(2)按操作系统的功能划分:

批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等

1.操作系统第六十一页，共82页。操作系统的功能:

CPU管理作业管理存储管理

设备管理文件管理

PC操作系统发展历程：DOS→Win3.x→Win9x→Win2000→WinXP→Win2003第六十二页，共82页。

2.其他系统软件(1)程序设计语言(计算机语言)

大致分为三类(三代)；多代共存

机器语言

汇编语言

高级语言1011000000000101………..MOVA,5ADDA,2………..LETX=5+220PRINTX………..第六十三页，共82页。(2)数据库管理系统(DBMS)

综合多种高级语言的优点，主要用于数据处理建立、使用、管理和维护数据库微机上最常用数据库管理系统有：

dBASE，FoxBASE,FoxPro,VisualFoxPro，Oracle,SyBASE,Informix等。第六十四页，共82页。(3)服务程序协助用户进行软件开发或硬件维护的软件。

包括编辑程序、连接装配程序、纠错程序、诊断程序及工具软件等第六十五页，共82页。3.应用软件

应用软件可分为通用应用软件和专用应用软件（用户程序）两种通用应用软件包一般是从软件公司购买的用户程序一般是用户自己组织编写的第六十六页，共82页。

目前危害计算机安全的主要是计算机病毒和黑客

1.4.1计算机病毒与防治60年代末开始出现利用计算机进行犯罪的活动已经发现的病毒已超过4万种，每月以300～500种的速度增长。

1.计算机病毒的定义对计算机系统具有破坏作用的计算机程序人为制造出来的1.4计算机安全第六十七页，共82页。

2.计算机病毒的特征

(1)潜伏性。具有寄生在其他程序上的能力，它入侵后可在较长一段时间(如几个月甚至一年以上)不发作，当满足一定条件时才发作。例如，“黑色星期五”病毒只有遇到13日并且又是星期五这一天才发作。

(2)隐蔽性

(3)传播性。具有很强的再生和扩散能力，它能把自身拷贝给其他的程序(4)破坏性

“蠕虫”已成为当前威胁最大的一种病毒，如“欢乐时光”、“红色代码”、“2003蠕虫王”等，它通过大量消耗系统资源而最后导致系统瘫痪，严重的还会删除磁盘文件、格式化磁盘等第六十八页，共82页。计算机病毒主要通过软盘、可移动磁盘、光盘、计算机网络（Internet和内部网）、电子邮件等多种方式传播。4.计算机病毒的检查计算机受到病毒感染后，常常会表现出一些异常现象，例如

·机器不能正常启动·经常出现“死机”现象·自动运行某些程序·系统运行速度变慢·有特殊文件自动生成·文件莫名其妙丢失·文件大小和内容有所改变·外部设备工作异常，如屏幕出现一此杂乱无章的内容等3.计算机病毒的传播途径第六十九页，共82页。

(1)预防病毒

“预防为主”。防范病毒入侵的有效方法是堵塞传播渠道具体措施有：尽量不要让不明病毒情况的软盘到自己的机上使用软盘写保护不要将磁盘随便借给他人使用对于交换的软件和数据文件，要先检测，确认无病毒时方可使用对重要文件，要经常进行备份，以便当系统遭到破坏时，能及时得以恢复对执行重要工作的机器，要专机专用，专盘专用不要轻易打开或下载来历不明的文件或邮件5.计算机病毒的防治第七十页，共82页。

如果发现了计算机病毒，通常的方法是采用现成的反病毒软件将其消除。常用的反病毒软件有：

KV300、KV300+、KV3000瑞星9.0金山毒霸