工学计算机应用基础

［机应用基础

葛昕xfiles2008@163.com

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

农民今工人

电9电灯，电话，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

112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,有线电报漠尔斯密电码

■1876,贝尔，电磁电话

■1878,爱迪生，炭精电话

■1925,贝尔,传真机

■1906,费森，无线电广播

■1939,美国，电视

■1945,克拉克，提出了卫星通信的设想

现代信息技术发展阶段

ENIAC

基本特征：计算机，网络，光纤，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

,运算器，、

CPUJ控制器p

'I寄存器>主机"

r随机存储器,

,内存（主存）‘只读存储器J

/计茸机硬件

,存储器■■■（硬盘”

■外存（辅存）一软盘•，

j光盘

计算机系统

,输入设备：腱盘、鼠标、扫描仪、数字化仪外设・

输出设备：显示器、打印机、绘图机

计其蟋件系统软件：DOS、Windo^vs'.SQLServer（VFP）、

硼软件：Word、Excel'.AutoCADs....P

各部件之间的关系

中央处理机（CPU）

输

出

设

主存贮器（内存）备

辅助存贮器（外存）

二进制编码

■正整数在计算机黑的表^

■例：十进制的12幽_2>

■1234=1X103+2X102+3X101+4X10°

■二进制的

■00111100=0X27+0X26+1X25+1X24+1

X23+1X22+0X21+0X20

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

00000000081000

10011000191001

201020010A1010

301130011B1011

410040100C1100

510150101D1101

611060110E1110

711170111F1111

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(60)10=(111100)2

2|60

2|300

2^50

2J7_1

2Lj1

2H1

01

八进制和十六进制

八进01234567

割1

,1-J

二进000001010011100101110111

制

十六01234567

进制

二进00000001001000110100010101100111

制

十六89abcdef

进制

二进10001001101010111100110111101111

制

八进制和十六进制

■例

1101101H0.H01O1(B>1556.65(0)

155665

11QUO1110.110101£B>36E.D4(H)

36ED4

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O

■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）一〉JMPM1〈一操作数

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

■3.06GHz

1.2.2信息在计算机内部的表示

■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

■ACSII5^(mericantandardodefornformation

nterchange)

■128个常用字符，用7位二进制编码，从。到127

■控制字符：。〜32,127；普通字符：94个。

例如:字符的编码为1100001,对应的十进制数是

97；

换行0AH10

回车0DH13

空格20H32

O〜'9'30H-39H48〜57

4〜241H-5AH65~90

七'〜61H-7AH97〜122

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GB2312-80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GB2312-80代码表中，纵向分为

0~93,共94行；横向也是0~93,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0100001到

1111110o这正是ASCII码的可打印字符的编码。其范围为十六进制

的21~7E。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0110000010000130211601

保0110001010001131231703

播0110010010010132251805

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。表示“无点”。

那么，一个二进制代码串就可以表示点阵的一行。

着三个代码里就表示整个汉字的点阵信息。在具

株实现时，舌阵上取值为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

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

510152025时间

声音数字化

20=10100B

数

值

15=1111B

10=1010B

9=1001B

8=1000B

时间

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

CPU(CentralProcessingUnit)中文名称是中央处理器，微型计算机

的CPU又称为微处理器，是计靠机的核心部件，负责计算机系统中最

重要的算术运算和逻辑运算。CPU是判断计算机性能高低的首要标准,

它一般安插在主板的CPU插座上。

CPU的主要性能指标有芯片型号，如Pentium用；时钟频率，

800MHZ；字长，即计算机一次能处理的二进制位数，目前计算机的

字长为32位，也有64位的，字长越长，计算机的运算速度和效率越

高。

CPU

CPU目前主要生产厂商有美国的Intel（英特尔）、

AMD（超微）公司和中国台湾的VIA（威盛）等，Intel公司是

CPU市场的老大。如下图所示分别是Intel、AMD和VIA公

主板

■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

CPU

芯片组

串行接口

USB接口

总线插槽

接口卡

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=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB

内存

■内存储器通常分为只读存储器（ReadonlyMemory简称

ROM）和随机存储器（RandomAccessMemory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（DoubleDataRateSynchronousD

RAM,第二代同步双倍速率动态随机存取存

储器）

■H”厚mu

mu

kunagcu

**iiuuituiuiumn.

miiuuuuiuumui'.***

llUUUUU；UU.lU：lUlc

3W3UU3U1W.•

u

,I

'nmuiu^uiuiuiMb^l

l

/

W

B

C

I

S

DDRSDRAM

■333MHz和400MHz

oo■

ZHIAIZ99ItzHI/\locg

-5QQ

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,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

CACHE

主存（内存）

辅存（外存）

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DMA技术和IOP技术来实现内存与

外存之间的数据直接传送

高速缓冲存储器(Cache)

用途：设置在CPU和主存储器之间，完成高

速与CPU交换信息，尽量避免CPU不必要地多

次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系

臻的运行效率。

实现：这是一个存储容量很小，但读写速度更

快的，以关联存僮器方式运行、用静态存储器芯

片实现的存储器素统。

要求：有足够高的命中率，既当CPU需用主

存中的数据多数情况可以直接从CACHE中得

蓟，称二著之比为命中窣。

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

IDE

■IDE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)

的公共信息通道。在总线上传送数据、地址和控制三种信

号。传送数据信号的线称为数据总线DB(DataBus),传送

地址信号的线称为地址总线AB(AddressBus),传送控制

信号的线称为控制总线CB(ControlBus),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

ISA(lndustrvStandardArch让ecture)总线，简称AT总线。

为工业标准体素结构总线，是一种16位总线，用于80286

微机。

■(2)EISA总线

EISA(ExtensionIndustryStandardArchitecture)

总线，为扩展工业标准体系结两总线，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

VESA(VideoElectronicsStandardArchitecture)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

PCI(PeripheralComponentInterconnect)总线，是

一种32位总线，也支持64位薮据传送。这种总线具有一个

管理层，用来协调数据传输，可以支持3〜4个扩展槽，

数据传送率较高，目前主要用在服务器和Pentium微型机

系统板上。

■(5)USB总线

USB(UniversalSerialBus)总线，它是由Intel公司

嘲蠹种裸接魂潺瞿霹弊将灌髓麴多

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

总线分类

连内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）

接

对系统总线：连接计算机中各大部件

象

外部总线：连接计算机和外部设备

地址总线:传输地址信息

数据总线:传输数据信息

控制总线:传输控制信息

通

信并行总线:通信速度快、实时性好

方

式串行总线:简易、方便、灵活

总线

A地址总线

A数据总线

A控制总线

内存插槽外存接口其他I/O接口电路

主存储器硬盘等各种外设

微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系

PCI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/USB

RS232——C0M1

咤

公

5」

盘

尊

UJ5口

窿

S』

吗

螯

二

吗

旺

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阳

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7SZ际

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・2

§§国

1.2.5微电子技术及其展望

晶

42,OOO,OOO1OOM

体

管晶

3,500,00(1林10M

数

目

百

万

条

、

每

秒

a

00

197519801985199019952000

4004每2年芯片能力增长一倍

1.3计算机软件系统

■软件（Software）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。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

用户程序

系统应用程序

操作系统

裸机

1.3.1操作系统

■Windows

■Apple-MacOSX

■Sun-Solaris

■IBM-AIX

■Linux

■Unix

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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：

(1)简单的交互能力

(2)及时响应

(3)高可靠性

■RTOS