第一章 计算机基础知识

1-第一章计算机基础知识1.1了解计算机目标：1、识记计算机的产生、发展阶段与趋势。2、识记计算机的分类与特点。3、识记并理解计算机的应用领域。重点：识记计算机的发展与分类、计算机的特点及应用难点：识别并区分计算机发展阶段；根据计算机应用与发展的案例，总结计算机发展趋势。内容：一、计算机的产生与发展趋势（★识记）1、计算机的概念计算机是电子数字计算机的简称，是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。它主要由一些电子器件组成，再配以适当的程序和数据。程序及数据输入后可以自动执行，用以解决某些实际问题。计算机中的各个物理实体称为计算机硬件；程序和数据则称为计算机软件。相关知识：信息；数据与信息；信息技术。2、计算机的产生1946年在美国陆军部的主持下，美国宾西法尼亚大学的莫克利和埃克特博士研制出世界上第一台计算机ENIAC（埃尼阿克），重30吨、占地170平方米、使用了18000多个电子管、5000多个继电器、电容器、耗电140KW/h。1946年冯·诺依曼博士发表文章“电子计算机装置逻辑结构初探”，提出了被后人称为的“冯·诺依曼结构体系”。其主要观点有三个方面：（1）计算机内程序和数据采用二进制表示。（2）计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。（3）计算机采取存储程序和程序控制的原理，程序和数据存放在存储器中，并按地址访问。3、计算机的发展阶段（1）第一代计算机（1946年～1958年）采用电子管作为基本元件，主存储器为磁鼓，其特点是主存储器容量小、速度慢、机器体积大、重量大、功耗大、成本高。主要应用于军事与科研。（2）第二代计算机（1959年～1964年）采用晶体管作为基本元件，主存储器采用磁芯存储器，其特点是主存储器容量加大、运算速度加快、减小了体积、重量、功耗及成本，提高了计算机的可靠性。（3）第三代计算机（1965年～1971年）基本电子元件是中、小规模集成电路，其特点是功能进一步增强，体积功耗进一步降低。（4）第四代计算机（1971年至今）基本电子元件是大规模和超大规模集成电路，主存采用半导体存储器，容量大大增加，外存主要有磁盘、光盘，运算速度可达几亿次/秒，计算机开始向标准化、模块化、系列化、多元化的方向前进。现在使用的计算机都是第四代的计算机。4、计算机的发展趋势（1）智能化（2）网络化（3）巨型化（4）微型化（5）多功能化注意巨型化主要指发展高速，大存储容量和强功能的巨型计算机；微型化主要指计算机集成度越来越高，现在一些家电，仪表，导弹头等里面都集成有计算机模块。二、计算机的分类（★识记）2、按照用途划分：分为通用计算机和专用计算机。3、按照性能划分：分为巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机（又叫微型机或微机，英文缩写为PC）。三、计算机的特点（★识记）1．运算速度快2．计算精度高3．记忆能力强（存储容量越大能记住的信息越多）４．具有逻辑判断能力５．高度自动化能力四、计算机的应用领域（★识记与理解）1．科学（数值）计算：是指应用计算机处理科学研究和工程技术中所遇到的数学计算。在现代科学和工程技术中，经常会遇到大量复杂的数学计算问题，这些问题用一般的计算工具来解决非常困难，而用计算机来处理却非常容易。2．信息（数据）处理：主要指对各种数据和信息（如数字、符号、文字、声音、图像和视频等）进行采集、存储、组织、加工、提取和传输等操作。它是计算机应用最广泛的一个领域。3．过程（实时）控制：通过事先编制的固定程序实现的自动控制。广泛应用于控制各种生产和工艺加工过程。4．人工智能：英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别等。５．计算机辅助技术：包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助测试（CAT）*６．计算机网络*７．多媒体技术：一种以交互方式将文本、图形、图像、音频、视频等多种媒体信息，经过计算机综合处理后，将这些媒体信息表现出来的技术和方法。本知识点除了识记之外，还应理解和判断计算机应用的实例属于哪个领域。一个实例一般不会只有某一单方面应用。要注意题目的侧重点五、小结本节大多是识记性的，重点是冯·诺依曼结构体系、计算机产生与发展阶段（４个）、计算机的特点（５个）和应用领域（５个）。1.２认识微型计算机目标：1、认识微型计算机系统的主要外围设备。2、主板上的主要部件对微型计算机系统运行性能的影响。3、知道内存储器的种类及其特点。4、认识常用外存储器的种类及功能。５、认识常用外存储器的种类及功能。重点：了解计算机系统的组成、掌握计算机的常用存储设备和外部设备的作用难点：掌握计算机硬件系统组成及其功能内容：一、计算机系统组成（★识记）一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如下图所示：输入设备：键盘输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备：显示器、打印机、绘图仪外存储器：硬盘、光盘、运算器控制器计算机系统硬件系统（HardWare）软件系统（SoftWare）主机系统软件：操作系统、编译、解释程序应用软件：办公软件、财务软件、图形制作软件CPU外设内存储器RAMROMSRAMDRAM硬件系统提供计算机系统的物质基础，包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。软件是指支持计算机运行或解决某些特定问题而需要的程序、数据以及相关的文档，可分为系统软件和应用软件。软件：用来完成指定的任务并由CPU执行的电子指令集合；软件的结构是：软件＝程序+数据+文档，即软件包括了用以提供指令的程序和提供必要数据的数据文件。这些程序和数据文件协同工作，共同完成指定的任务，分为系统软件和应用软件两大类。系统软件主要用于计算机系统内部的管理、控制和维护计算机的各种资源的软件，包括操作系统、程序设计语言、编译和解释系统、数据库管理系统等。计算机程序设计语言是系统软件的一种，是为程序开发人员提供的一种开发软件工具，并且可用于编写指令，又称为源代码。分为机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言的格式和代码所代表的含义都是硬性规定的，故称之为面向机器的语言，是唯一能够被计算机直接识别和执行的语言，执行效率最高。其他语言须转换成机器语言才能让计算机执行。其中汇编语言用符号代替机器语言的二进制码，亦称为符号语言，通过汇编的方式转换成机器语言，高级语言的语法和结构更类似普通英文，且远离对硬件的直接操作，通过编译或解释方式转换成机器语言，如Pascal、C、C++、Basic、Java、Fortran、JSP语言等。计算机执行用程序设计语言编写的程序的过程如下图：编辑后编辑后源程序编译解释目标程序经过连接汇编语言高级语言可执行程序应用软件是指向计算机提供相应指令并实现各种用途的软件，是为解决各种实际问题而专门设计的程序。如文字处理软件、绘图软件、影音播放软件、以及用户针对各种应用而自行开发的软件等。*了解知识产权与版板保护：1、允许购买者为了安装软件从光盘复制到计算机的硬盘上。2、允许购买者为防止软件被删除或损坏而制作的用于备份的副本。3、允许购买者出于教学目的而复制或分发软件的部分内容。常见软件有自由软件，共享软件，版权软件自由软件：它是可供任何人使用和发布的免费软件。共享软件：它是每一个人都可以在一段特定的时间内免费试用其基本功能的软件。试用期过后，如果需要继续使用该产品，使用都应购买或注册。中央处理器版权软件：用户支付一定费用获得使用软件的授权许可。大多数软件授权协议允许用户创建一个备用的程序文档副本，但是其他多余的复制是不允许的。中央处理器二、计算机硬件系统及其功能（★★识记并理解）1、计算机硬件系统的组成硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成，它们通过系统总线（计算机中传输信息的公共通路）连接在一起。系统总线包括控制总线(CB)、数据总线(DB)和地址总线(AB),系统总线都是集成在主机箱的主板上。计算机的各硬件通过主板提供的各种插槽和接口相连。运算器和控制器合称中央处理器或微处理器（CPU），CPU是计算机的灵魂。其性能主要取决于时钟频率（即单位时间内的运算次数，单位为HZ）和字长（即计算机处理数据时，一次存取、运算、传递的二进制数据的长度，单位为Word）及缓存等。其中时钟频率决定了运算速度，字长决定了运算精度。存储器：是计算机的记忆部件，用来存放程序和数据。包括内存储器（也叫内存或主存）和外存储器（也叫外存或辅助存储器）。运算器、控制器和内存储器又合称主机。2、运算器：运算器又称算术逻辑单元（ALU），主要任务是执行各种算术运算和逻辑运算。3、控制器：控制器是计算机的控制中心，对输入的指令进行分析，并控制计算机各个组成部件一起完成任务。4、存储器（1）内存储器随机存储器（内存条）内存储器用来存放正在执行的程序和处理中的数据，分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。①随机存储器：简称RAM（RandomAccessMemory），它可以读取数据也可以写入数据，通电时其中的内容可以保存，断电后存储的内容立即丢失。RAM又分为动态随机存储器（DRAM）和静态随机存储器②只读存储器：简称ROM(ReadOnlyMemory)，它只能读出其中的内容，而不能由用户写入新的内容。ROM中原有的内容是由厂家在生产时用特殊方法写入的，例如主板上的BIOSROM。高速缓冲存储器：简称Cache，Cache是集成在CPU中的高速缓存，由于CPU工作的速度比RAM读写速度快，CPU读写RAM时需要花费时间等待RAM进行读写，造成工作效率降低。为了提高CPU读写程序和数据的速度，在RAM和CPU之间增加了高速缓存部件。Cache的特点是：读写速度快、存储容量小、价格高、断电后内容丢失。（2）外存储器外存储器又称为辅助存储器，主要用于存储大量的、长期保存的数据信息。外存储器常见的有硬盘存储器、软盘存储器、光盘存储器（CD-ROM）、闪盘存储器（也叫优盘、U盘）等。①软盘：是用柔软的聚酯材料制成圆形盘片，在表面涂有磁性材料并被封装在护套内。常用的是3.5英寸的软盘，其容量是1.44MB。软盘在经过格式化之后才能使用。软盘写保护：当写保护口的滑块移动遮住写保护口时，软盘处于非写保护状态，此时既可以读也可以写;反之，当露出写保护口时，软盘处于写保护状态，只能读不能写。②硬盘：是由涂有磁性材料的铝合金构成的。一个硬盘由几个盘片组成，所有盘片上相同半径的磁道组合在一起。硬盘在使用时都会被划分成若干个分区，所以在Windows操作系统中，可以看到“本地磁盘C:”“本地磁盘D:”等图标，其实都是一块硬盘中的多个分区。盘的性能主要取决于转速（台式机硬盘转速一般为7200转/分）和容量（现在主流硬盘容量在320GB以上）。硬盘容量远远大于软盘，工作时要特别注意防震。③光盘：是通过较强的激光束照射盘片的表面介质来读取信息的光盘中的信息是制造厂家用冲压设备写入的，只要不磨损，能永久保存。用户可以反复读取，但不能写入或修改。各种存储器的读写速度也是不相同的，总的来说内存快于外存，其顺序是Cache＞RAM＞硬盘＞闪盘＞光盘＞软盘。5、输入（InPut）设备输入设备是计算机获得信息的设备。其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换为计算机能够识别和处理的二进制形式，输入到计算机内。常用的输入设备有键盘、鼠标、光笔、扫描仪等，其中键盘是最基本的输入设备。扫描仪6、输出（OutPut）设备输出设备是向用户传递计算机处理结果的设备。其功能是将计算机内部二进制形式的数据信息转换成人们所需要的或其他设备能接受和识别的信息形式。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等，其中显示器是最基本的输出设备。输入设备和输出设备合称输入输出设备，英文缩写为I/O设备。（1）显示器显示器从所使用的显示部件来分，主要有CRT显示器和LCD显示器及等离子显示器;从色彩上分，有单色显示器和彩色显示器;从屏幕尺寸上分，有15英寸、17英寸、19英寸和20英寸、22英寸等等。显示器必须和相应的适配器（即显示适配器，俗称显卡）相配合才能构成完整的显示系统。目前常见的显卡是VGA卡和SVGA卡。衡量显示器性能的重要指标是分辨率（单位为像素）和点距。（2）打印机打印机从工作原理上来看，主要有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。打印速度最快、质量最好的是激光打印机。打印机一般通过并行通信接口（LPT）或USB接口与计算机相连，而且要安装好相应的驱动程序才能正常使用。喷墨打印机输入设备运算器输入设备运算器控制器内存储器输出设备程序和数据运行结果数据信号控制信号从上面工作流程图可以看出：当计算机接受指令后，同控制器指挥，将数据从输入设备传送到内存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。四、常用等式关系及英文缩写1、计算机系统＝硬件系统＋软件系统2、软件系统＝系统软件＋应用软件3、硬件系统＝控制器＋运算器＋存储器＋输入设备＋输出设备4、存储器＝内存（主存）＋外存（辅助存储器）5、内存＝RAM＋ROM6、中央处理器＝控制器＋运算器7、主机＝中央处理器＋内存8、I/O设备＝输入设备＋输出设备9、外设＝外存＋I/O设备CPU：中央处理器（微处理器）ALU：算术逻辑单元ROM：只读存储器RAM：随机存储器DRAM：动态随机存储器SRAM：静态随机存储器Cache：高速缓冲存储器DOS：磁盘操作系统UNIX、Linux、Netware：其它操作系统Memory：存储器InputDevice：输入设备OutputDevice：输出设备DBMS：数据库管理系统Windows：视窗操作系统CRT：阴极射线管显示器LCD：液晶显示器BUS：总线（DB数据总线、AB地址总线、CB控制总线）四、小结本节内容的重点内容非常多，主要体现在计算机的硬件系统中。1.3数制与数制转换目标：1、理解数制和进制的概念2、掌握各种进制的特点3、掌握进制之间相互转换的方法重难点：掌握进制之间相互转换的方法内容：一、数制的概念（★★理解）1、数制的概念用一组固定的数字和一套统一的规则来表示数目的方法叫做数制。2、进位计数制的概念进位计数制，简称进制，是按进位的原则进行计算的数制。它包含数位、基数和位权三个要素。（1）数位：是数码在一个数中所处的位置。（2）基数：指在进位计数制中，每个数位上能够使用的数码个数。对于N进制，基数就为N，也便有N个数字符号。如十进制的基数是10（0－9），二进制的基数是2（0和1），八进制的基数是8（0－7），十六进制是16（0－9，A－F）。（3）位权：在进位计数制中，每个数位上数码所代表的数值的大小等于这个数位的数码乘以一个固定的值，这个值就是该数位上的位权。位权的规定：从小数点开始向左的位权分别是该进制基数的0次幂、1次幂、2次幂……从小数点向右的位权分别是该进制基数的－1次幂、－2次幂……可见，位权与基数的关系是：位权的值恰是基数的整数次幂。二、进制的特点（★★掌握）1、二进制计算机中表示数据所采用的进制。计算机采用二进制计数的主要原因是计算机中的数据是以电子器件的物理状态（电路通或断、高电平或低电平）来表示的，采用二进制便于物理元件的实现。二进制的主要特点是逢二进一，进行算术运算时和十进制的规则一样。二进制用字母B表示，如：110010110B2、八进制和十六进制由于二进制不易记忆和书写，人们又常用八进制和十六进制作为二进制的缩写，主要用来描述存储单元的地址，它们可以相互转换。八进制逢八进一，用字母O表示，如：247O。十六进制逢十六进一，其数码是0－9、A、B、C、D、E、F，因为数制中每个数位上的数码只能是一个，所以9以上的数码采用了六个大写英文字母表示，十六进制用字母H表示，如：976DEH。三、进制的相互转换（★★掌握）1、二进制与十进制的相互转换（1）二进制转换成十进制：每个数位上的数码乘以该位的位权再相加。例：（110011.001）2＝（）101×25＋1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2－1＋0×2－2＋1×2－3＝51.125由上可见，二进制中整数位的位权从右往左的规律依次是1、2、4、8、16、32……小数位的位权从左往右的规律依次是0.5、0.25、0.125、0.0625……而且二进制转换成的十进制数整数部分若为奇数，那么该二进制数的最小整数位数码一定为1，若为偶数，则为0。（2）十进制转换成二进制：十进制数转换为二进制数方法为：将此数的整数部分和小数部分分别转换，然后再连接起来即可。整数部分用除二取余法，小数部分用乘二取整法。例如将53.6875D转换为二进制数。①

先除2取余将整数部分53D转换为二进制整数：253…………余数为1低位226…………余数为0213…………余数为126…………余数为023…………余数为121…………余数为1高位0即整数部分转换为(53)D=(110101)B②

再乘2取整将小数部分0.6875D转换为二进制形式：0.6875取走整数部分×21.3750……整数部分为1高位0.3750×20.7500……整数部分为00.7500×21.5000……整数部分为10.5000×21.0000……整数部分为1低位注意：取走整数部分，就是要把整数部分从原来的数中减掉，只保留小数部分。即将十进制小数部分转换为(0.6875)D=(0.1011)B（3）万能公式法（适应于快速解答选择题）十进制转换成二进制，对于整数部分，把位权从小到大反向写在对应数字上方，直到不大于该数为止，其和能得到该数的留下，其余的划掉，留下的取1，划掉的取0，这样得到对应整数的二进制表示;对于小数部分，把位权从大到小正向写在对应数字上方，直到小于等于该数为止，其和能得到该数的留下，其余的划掉，留下的取1，划掉的取0，这样得到对应小数的二进制表示。此法对于二进制转换为十进制一样有效。例如：（23.125）10＝（）2101110011684210.50.250.12523.125即：（23.125）10＝（10111.001）22、二进制与八进制、十六进制的相互转换（1）3个二进制位正好对应1个八进制位，4个二进制正好对应1个十六进制，因此：把二进制数转换成八进制数时，以小数点为中心向左右两边分组，每隔三位分一组，两头不足三位补0。然后对应分组转换即可，二进制转换十六进制时每隔四位分一组，其余和上述类似。例如：将二进制数110010101.001110B转换成八进制数二进制数：110010101. 001110B=625.16O↓↓↓ ↓↓八进制数：62516将二进制数010111101011.01110110B转换成十六进制数二进制数：010111101011. 01110110B=5EB.76H↓ ↓↓ ↓↓十六进制数：5EB76（2）将八进制数转换成二进制数只需一位转换三位，十六进制数转换二进制数只需一位转换四位即可。注意：要用3位或4位二进制数来表示当前的八进制或十六进制数，中间的0不可省略。（3）421码和8421码法二进制转换成八进制用421码法，二进制转换成十六进制用8421码法。原理是八进制中最大数码为7，421相加等于7;十六进制中最大数码为F（十进制的15），8421相加等于15。例如：（1101011.0111）2＝（）8421421421421421解：（1101011.0111）2＝（001101011.011100）2＝（153.34）8又例如：（1110101.110101）2＝（）168421842184218421解：（1110101.110101）2＝（01110101.11010100）2＝（75.D4）163、八进制与十六进制的相互转换八进制与十六进制的相互转换需要用二进制搭桥进行，即先将八（十六）进制转换成二进制，再转换成十六（八）进制。1.4字符编码和数据存储单位目标：1、识记常用西文字符编码ASCII码2、掌握汉字编码及其相互关系3、掌握数据存储的基本单位和换算关系重点：了解ASCII码、掌握数据存储的基本单位和换算关系难点：掌握汉字编码及其相互关系内容：一、西文字符编码（★识记）1、ASCII码西文字符编码最常用的是ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchanger）字符编码，即美国国家标准信息交换码。ASCII码采用7位二进制编码，它可以表示27＝128个字符。而实际上，在计算机内，一个ASCII码占1字节，即要用8个二进制位来存放，最高位为0，是校验码，后7位是编码值。在ASCII码中，字符编码存在一定规则，码值从小到大的排列规律是：控制字符<数字<大写英文字母<小写英文字母，且数字和字母又是按0－9和A-Z的顺序排列的。控制字符是出现于特定的信息文本中，表示某一控制功能的字符，它并不在屏幕上输出显示，共34个，都是用两个或三个大写英文字母表示的。如空格（NUL）、回车（CR）、退格（BS）、换行（LF）、删除（DEL）等。典型考题：（1）给出四种不同的ASCII码，要求找出码值最大或最小的选项。如：下列四个ASCII码中，码值最大的一项是（）A、q B、6 C、R D、s（2）给出某种类型的ASCII码的码值大小，要求求出同类型的某ASCII码的码值。如：已知大写英文字母A的十进制码值为65，那么大写英文字母J的十六进制码值是（）A、74 B、4A C、410 D、49注：计算不同类字母的码值时，大写英文字母与小写英文字母间间隔了6个其他符号，也就是说，a的码值要在Z的码值基础上加上7。2、EBCDIC码EBCDIC码是扩充的二十进制交换码，采用8位二进制编码，能表示256个字符。目前世界上只有美国的IBM和日本的富士通等少数公司的计算机采用该编码。二、汉字编码（★★理解）英文是拼音文字，采用128个字符进行组合就可以满足处理的需要，编码很容易实现。而且可以在计算机的输入、处理和输出时实现统一编码。汉字是象形文字，编码就比较困难，而且很难实现统一编码，因此就要进行一系列的汉字编码及转换。在汉字信息处理系统中，要实现汉字的编码和转换，需要涉及到输入码、交换码、内部码和字形码四种编码。1、输入码（外码）往计算机中输入汉字必须利用现有的标准西文键盘，输入码就是用来将汉字输入到计算机中的一组键盘符号编号，是面向用户的编码，也叫外码。目前已有的输入编码方案众多，但可归纳为四大类：数字码（如区位码）、音码（如智能ABC）、形码（如五笔字形码）和音形码（如自然码和郑码）。其中应用广泛的是音码和形码。2、交换码（国标码）交换码是用于将外码和内码进行交换的一种编码，采用十六进制表示。我国颁布的《信息交换用汉字编码字符集•基本集》（GB2312-80）是交换码的国家标准，故交换码也叫国标码。国标码字符集中收集了常用汉字和图形符号7445个，其中图形符号682个，汉字6763个，又分为常用汉字3755个，次常用汉字3008个。区位码是国标码的十进制表现形式。3、内部码（内码）内码是汉字在计算机内的基本表示形式，计算机也只能识别、存储、处理和传输用内码表示的汉字。汉字机内码有区号和位号组成，各占一个字节，所以一个汉字占2个字节。为了不与ASCII码发生冲突，把国标码的每一个字节的首位上加1，以区分最高位为0的ASCII码。4、字形码（字模）字形码是表示汉字字形信息的编码，每个汉字都有相应的字形码，计算机通过字形码来输出汉字。由于汉字是方块字，字形码常见的表示方式是点阵式。所谓点阵就是将字符看成一个矩形框内一些横竖排列的点的集合，有笔画的位置用黑点表示，没笔画的位置用白点表示。在计算机中用一组二进制数表示点阵，用0表示白点，用1表示黑点。点阵有16×16点阵、24×24点阵、32×32点阵、48×48点阵、64×64点阵、128×128点阵等多种形式。点阵的特点是用点来表示一个汉字的字形信息，如16×16点阵就是用256个点表示一个汉字，所以点阵的点数越多，输出的汉字就越精确和美观，当然，这样一个汉字所占容量也越大。汉字字形码所占容量的计算方法：点阵点数/8。如：5个32×32点阵汉字的字形码所占容量为字节。解：5×（32×32/8）＝640字节汉字字形码由于要占用大量存储空间，通常以字库（字模的集合）的形式放在外存储器中。三、数据存储的基本单位和换算关系（★★识记与运用）数据指一切可以被计算机识别、处理和输出的符号，可以是数值、文字、图像、声音等。计算机中所有的数据都必须以二进制形式表示。下面介绍一下计算机中数据存储的组织形式。3、存储单元：若干个字节构成一个存储