大学计算机基础 课件 第1章 计算机与信息技术基础

第1章计算机与信息技术基础

目录contents计算机概述01计算机系统的基本构成02数制及不同进制数之间的转换03计算机信息处理04多媒体技术05计算机病毒及信息安全061.1计算机概述计算机的诞生(1)ENIAC（埃尼阿克）

世界上第一台电子计算机诞生于1946年，美国宾夕法尼亚大学；

(2)规模：18000多个电子管，170平方米，30吨,功率140千瓦；

(3)速度：5000次/秒。1.1计算机概述计算机的发展按照采用的物理元器件,分为四代:（1）第1代（1946年-1958年）CPU:电子管机器语言和汇编语言程序速度几千次到几万次/秒应用范围：科学计算1.1计算机概述计算机的发展（2）第2代（1959年-1964年）CPU:晶体管高级语言体积小速度几十万次/秒应用范围扩大：科学计算、数据处理1.1计算机概述计算机的发展（3）第3代（1965年-1970年）CPU:SSI、MSI（小、中规模集成电路）体积更小速度几十万次/秒~几百万次/秒出现了操作系统和数据库管理系统应用范围扩大：科学计算、数据处理、辅助设计、工业控制等1.1计算机概述计算机的发展（4）第4代（1971年至今）CPU：LSI、VLSI（大规模、超大规模集成电路）体积更小速度上千万次/秒~数亿亿次/秒软件丰富应用范围扩大：各个领域1.1计算机概述计算机的特点运算速度快计算精度高记忆能力强具有逻辑判断能力可靠性高，通用性强有自动控制能力超级计算机服务器工作站微型计算机嵌入式计算机计算机的类型——按应用领域分类1.1计算机概述计算机的类型——按用途分类专用机通用机计算机的类型1.1计算机概述超级计算机服务器1.1计算机概述计算机的主要性能指标主频：即时钟频率，指CPU工作的时钟频率。字长：计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。内存容量：内存储器中能存储信息的总字节数。存取周期：存储器进行一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间（或读写时间），而连续启动两次独立的“读”或“写”操作（如连续的两次“读”操作）所需的最短时间，称为存取周期（或存储周期）。运算速度：综合性的性能指标，其单位是MIPS。1.2计算机系统的基本构成冯诺依曼计算机的基本特征采用二进制数表示程序和数据能存储程序和数据，并能由程序控制计算机的执行具备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分1.2计算机系统的基本构成计算机的基本结构运算器：主要功能是进行算数运算和逻辑运算。控制器：计算机的“神经中枢”和指挥中心，只有在它的控制之下整个计算机才能有条不紊地工作，自动执行程序。存储器：主要功能是存放程序和数据。输入设备：用于接收用户输入的原始数据和程序，并将它们转换为计算机可以识别的形式存放在内存中。输出设备：用于将计算机处理的结果转换为人们所能接收的形式。输入设备

存储器输出设备控制器运算器数据流：控制流：程序数据结果1.2计算机系统的基本构成现代计算机系统的构成软件系统系统软件应用软件硬件系统应用软件其它系统软件操作系统硬件1.2计算机系统的基本构成现代计算机系统的构成软件系统硬件系统主板中央处理器存储器总线输入/输出设备其它设备1.2计算机系统的基本构成指令：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种操作。一条指令通常由操作码和操作数两部分组成。操作码：指明该指令要完成的操作的类型或性质，如取数、做加法或输出数据等。操作数：指明操作对象的内容或所在的单元地址。指令是对计算机进行程序控制的最小单位。机器指令格式操作码操作数机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）1.2计算机系统的基本构成指令系统：计算机的所有指令的集合。数据传送指令：控制数据在内存与CPU之间进行传送。数据处理指令：控制数据进行算术、逻辑或关系运算。程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序，如条件转移、无条件转移、调用子程序、返回、停机等。输入/输出指令:用来实现外部设备与主机之间的数据传输。其他指令：对计算机的硬件进行管理等。1.2计算机系统的基本构成计算机的工作过程实际上是快速执行指令的过程。数据流：原始数据、中间结果、结果数据、源程序等。控制流：由控制器对指令进行分析、解释后向各部分发出的控制命令，指挥各部件协调地工作。1.2计算机系统的基本构成指令执行过程(1)取出指令(2)分析指令(3)执行指令(4)形成下一条指令地址，然后回到(1)1.3数制及不同进制数之间的转换数制：对数量计数的一种统计规律。常用数制：十进制：日常生活中广泛使用的计数方式；二进制：计算机内部使用的计数方式；八进制十六进制进位计数制：按进位的方法进行计数。1.3数制及不同进制数之间的转换十进制：采用了0、1、…、9共十个基本数字符号，进位规律是“逢十进一”。当用若干个数字符号并在一起表示一个数时，处在不同位置的数字符号，其值的含意不同。6666×102

6×101

6×100如

(666)10=6×102+6×101+6×100

同一个字符6从左到右所代表的值依次为600、60、6。即1.3数制及不同进制数之间的转换数制3要素：数码：数制所包含的数字符号,如:0、1、2…基数：数制所使用的数码的个数，如：二、十位权：某数制每一位所具有的权值。如十进制的个位的位权是“1”，百位的位权是“100”。可以表示为：Ni-11.3数制及不同进制数之间的转换

R进制的特点：

有0、1、…、R-1共R个数字符号;“逢R进一”，“10”表示R;

位权是R的整数次幂，第i位的权为Ri(-m≤i≤n-1)。

1.3数制及不同进制数之间的转换数码：0、1基数：二位权：2i-1进位规律：“逢二进一”二进制（binary）1.3数制及不同进制数之间的转换(N)2=(Kn-1Kn-2…K1K0.K-1K-2…K-m)2

=Kn-1×2n-1+Kn-2×2n-2+…+K1×21+K0×20

+K-1×2-1+K-2×2-2+…+K-m×2-m其中：n—整数位数；

m—小数位数；

Ki—为0或者1，-m≤i≤n-1。1.3数制及不同进制数之间的转换数码：0、1、2、3、4、5、6、7基数：八位权：8i-1进位规律：“逢八进一”八进制（octal）1.3数制及不同进制数之间的转换(N)8=(Kn-1Kn-2…K1K0.K-1K-2…K-m)8

=Kn-1×8n-1+Kn-2×8n-2+…+K1×81+K0×80

+K-1×8-1+K-2×8-2+…+K-m×8-m

其中：n—整数位数；

m—小数位数；

Ki—0～7中的任何一个字符，-m≤i≤n-1。1.3数制及不同进制数之间的转换数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F基数：十六位权：16i-1进位规律：“逢十六进一”十六进制（hexadecimal）1.3数制及不同进制数之间的转换(N)16=(Kn-1Kn-2…K1K0.K-1K-2…K-m)16=Kn-1×16n-1+Kn-2×16n-2+…+K1×161+K0×160

+K-1×16-1+K-2×16-2+…+K-m×16-m

其中：n—整数位数；m—小数位数；Ki—表示0～9、A～F中的任何一个字符，-m≤i≤n-1。1.3数制及不同进制数之间的转换十进制二进制八进制十六进制

十进制二进制八进制十六进制

十进制数与二、八、十六进制数对照表0000000010001011200100223001103340100044501010556011006670111077810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F1.3数制及不同进制数之间的转换方法：按位权展开相加例：(1111.11)2＝1×23＋1×22＋1×21＋1×20＋1×2-1＋1×2-2＝(15.75)10(3B46)16＝3×163＋11×162＋4×161＋6×160＝(15174)10R进制数转换成十进制数1.3数制及不同进制数之间的转换整数部分转换方法：采用除R取余法小数部分转换方法：采用乘以R取整法十进制数转换成R进制数1.3数制及不同进制数之间的转换十进制数转换为二进制数

十进制数转换成二进制数时，应对整数和小数分别进行处理。整数转换——采用“除2取余”的方法；小数转换——采用“乘2取整”的方法。1.3数制及不同进制数之间的转换整数转换

“除2取余”法：将十进制整数N除以2，取余数计为K0；再将所得商除以2，取余数记为K1；……。依此类推，直至商为0，取余数计为Kn-1为止。即可得到与N对应的n位二进制整数Kn-1…K1K0。1.3数制及不同进制数之间的转换例：（35）10=（？）2

235余数

217………

1

（K0）低位28………

1

（K1）24………

0

（K2）22………

0（K3）21………

0（K4）0………

1（K5）高位即

(35)10=(100011)2

1.3数制及不同进制数之间的转换小数转换

“乘2取整”法：将十进制小数N

乘以2，取积的整数记为K–1；再将积的小数乘以2，取整数记为K–2；……。依此类推，直至其小数为0或达到规定精度要求，取整数记作K–m为止。即可得到与

N

对应的m位二进制小数0.K-1K-2…K-m。

1.3数制及不同进制数之间的转换例：（0.6875）10=（？）2

高位

1(K-1)……

1.3750

0(K-2)……

0.7500

1(K-3)……

1.50000.6875

整数部分

×2×2低位

1(K-4)……

1.0000×2×2即:(0.6875)10=(0.1011)2

1.3数制及不同进制数之间的转换若一个十进制数既包含整数部分，又包含小数部分，则需将整数部分和小数部分分别转换，然后用小数点将两部分结果连到一起。

例如，（25.625）10=（？）2212……

12

2526……

023……

021……101

1.2500.625

×2

0.500×21.000×2即

(25.625)10=(11001.101)2

1.3数制及不同进制数之间的转换例如：(173.25)8=(001111011.010101)2(11110111001.10001)2=(011110111001.100010)2=(3671.42)8八进制数01234567二进制数000001010011100101110111二进制数与八进制数之间的转换三位二进制数与八进制数对照表八进制数与二进制数对应关系：1位与3位的对应关系，即1位八进制数对应转换为3位二进制数。1.3数制及不同进制数之间的转换例如，（11100101.01）2=（？）8011

100

101.010

345.2即

(11100101.01)2=(345.2)8

1.3数制及不同进制数之间的转换56.7

101

110.111

即：(56.7)8=(101110.111)2

例：（56.7）8=（？）2

八进制数转换成二进制数时，只需将每位八进制数用3位二进制数表示,小数点位置保持不变。1.3数制及不同进制数之间的转换二进制数与十六进制数之间的转换四位二进制数与十六进制数对照表十六进制数与二进制数对应关系：1位与4位的对应关系，即1位十六进制数对应转换为4位二进制数。十六进制数01234567二进制数00000001001000110100010101100111十六进制数89ABCDEF二进制数100010011010101111001101111011111.3数制及不同进制数之间的转换例：（101110.011）2=（？）16

即:

(101110.011)2=(2E.6)１６

0010

1110.01102E.61.3数制及不同进制数之间的转换十六进制数转换成二进制数时，只需将每位十六进制数用4位二进制数表示，小数点位置保持不变。例如，（5A.B）16=（？）2

即：(5A.B)１６=(1011010.1011)2

5A.B

0101

1010.1011

1.4计算机信息处理计算机采用的是二进制，这就意味着所有需要计算机处理的信息，如数值、字母、汉字、符号、声音、图像等，都用0和1组成的二进制编码来表示。整数的表示

在数学中，数值是用“＋”和“－”表示正数和负数的，而在计算机中只有0和1，所以正负号也用0和1表示，即数值符号数字化。符号位：在有符号的二进制数中，最高位用0表示“正”，1表示“负”。机器数：正负符号被数值化了的数。真值：该机器数所表达的数值。1.4计算机信息处理整数的表示机器数00000101+5

符号位真值机器数10000101－5

真值符号位原码：正号为0，负号为1，数值部分为二进制绝对值。反码：正数的反码和原码相同；负数的反码是将其原码除符号位外各位取反。补码：正数的补码和原码相同；负数的补码是将其反码在末位加1。-510000101原码11111010反码11111011补码+5的原码、反码和补码都是00000101

在有符号运算中，需要通过原码、反码、补码转换来完成运算。1.4计算机信息处理1.4计算机信息处理真值：-13机器数：-1101原码：11101反码：10010补码：100111000110111110010111100111.4计算机信息处理03691254111087·

+7

-5当要将时针从10点调至5点时，可顺调7格（+7），也可反调5格（-5），即对12进制而言10-5≡10+7。这里，5+7=12，通常称5和7对12进制而言互补（或称同余）。补码算法规则:[X]补+[Y]补=[X+Y]补1.4计算机信息处理例：18-13=？真值18-135原码000100101000110100000101反码000100101111001000000101补码00010010111100110000010100010010+111100110000010118-13=18+（-13）1.4计算机信息处理计算：25-36=？真值25-36-11原码000110011010010000000101反码000110011101101100000101补码00011001110111000000010100011001+110111001111010125-36=18+（-36）补码11110101反码11110100原码10001011真值-111.4计算机信息处理定点数：小数点位置固定的数；小数点位置固定的数称为定点数。定点整数：小数点隐含固定在数值部分最右端。定点整数是纯整数,其符号位右边所有的位数表示的是一个整数。定点整数：（-3）10000011隐含小数位符号位1.4计算机信息处理01000000定点小数：（+0.5）符号位隐含小数位

定点小数：小数点隐含固定在数值部分最左端。定点小数是纯小数。1.4计算机信息处理浮点数

小数点位置不固定的数称为浮点数，它既有整数部分又有小数部分，如123.55。

在计算机中通常把浮点数分成阶码和尾数两部分来表示，也就是平时所说的科学记数法。为保证不损失有效数字，对尾数进行规格化处理，即保证尾数的最高位为1，实际数值通过阶码进行调整。

例如，二进制实数1010.1101可以用0.10101101×2100表示。(注:100等同于十进制的4)1.4计算机信息处理例：将十进制数+55以浮点数格式存放。

(55)10=(110111)2=0.110111*26浮点数：字长4字节，则阶码部分为8位补码定点整数，尾数部分为24位补码定点小数。尾数最高位为131302524232270000001100100010100…阶码部分尾数部分阶码

符号位尾数

符号位110(注:6等同于二进制的110)1.4计算机信息处理编码：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信息的技术。数值编码

BCD(BinaryCodedDecimal，二～十进制编码)

字符编码

1）ASCII,即美国信息交换标准代码

(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)

2）汉字的编码：国标码、机内码、输入码、字形码1.4计算机信息处理十进制BCD码十进制BCD码00000501011000160110200107011130011810004010091001十进制数和8421码对照表二-十进制代码:BCD码，二进制编码的十进制数，即用若干位二进制数来表示一位十进制数。1.4计算机信息处理美国标准信息交换码:ASCII码，使用最广泛的字符编码方案，采用7位二进制数，对常用英文字母52个（大、小写各26个），数码10个，数学运算符号和其他标点符号约32个，用于控制打印机等外围设备的控制字符的共计128个符号进行编码。1.4计算机信息处理128个常用字符，用7位二进制编码，占一个字节，最高位0。其中，控制字符：0～32；普通字符：94个。b6b5b4b3b2b1b00000010100111001011101110000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>N^n~1111SIUS/?O_oDEL1.4计算机信息处理汉字编码输入码：目前常用的汉字输入码大致分为音码和形码。音码：主要是以汉语拼音为基础的编码方案，如全拼、双拼、智能ABC等。形码：主要是根据汉字的特点，按汉字的固有形状，把汉字先拆分成部首，然后进行组合。如五笔字型、郑码等。1.4计算机信息处理汉字编码国标码：1980年我国颁布了《信息交换用汉字编码字符集·基本集》代号为(GB2312－80)，是国家规定的用于汉字信息处理使用的代码依据，这种编码称为国标码。在国标码的字符集中共收录了6763个常用汉字和682个图形符号，其中一级汉字3755个，以汉语拼音为序排列，二级汉字3008个，以偏旁部首进行排列。一个国标码占两个字节，每个字节的最高位为“0”例如，汉字“保”位于第17区03位，区位码是1703（十六进制为1103H）1.4计算机信息处理汉字编码机内码：汉字的机内码是计算机系统内部对汉字进行存储、处理和传输统一使用的代码。机内码是根据国标码变换而来的。为了在计算机内部能够区分是汉字编码还是ASCII码，将国标码的每个字节的最高为有“0”改变为“1”，变换后的国标码就是汉字的机内码。例如，汉字“保”的国标码为3123H(0011000100100011B)，按照如上规则，其机内码为B1A3H(1011000110100011B)1.4计算机信息处理汉字编码字形码：为了在计算机中输出汉字，每一个汉字的字形信息都必须预先存放在计算机内，例如GB2312国标汉字字符集的所有字符的形状描述信息集合在一起，称为字形信息库，简称字库。通常分为点阵字库和矢量字库。1.4计算机信息处理“大”字的16×16字模点阵图1.5多媒体技术多媒体技术并非简单将文本、图像、音频等媒体“堆砌”，而是通过计算机技术实现多种媒体的有机整合、实时处理与交互控制的综合技术。它打破了传统单一媒体（如纯文字文档、纯音频广播）的局限，让信息传递更立体、更生动。日常场景举例：网课中“老师讲解视频+PPT文字标注+实验动画演示”的组合短视频平台“画面+背景音乐+字幕+特效”的呈现在线会议“语音通话+屏幕共享+实时批注”的互动1.基本定义：不止“多种媒体”，更是“融合与交互”1.5多媒体技术2.三大关键特性：理解技术价值的核心1）集成性：从“单一”到“综合”的跨越不仅能将文本、图像、音频、视频、动画等不同类型媒体整合在同一载体（如PPT、网页、视频文件）中，还能实现“硬件集成”（如电脑、摄像头、麦克风的协同工作）和“软件集成”（如剪辑软件同时处理音视频）。例如，制作课程汇报PPT时，可同时插入实验照片（图像）、讲解录音（音频）和演示视频（视频），让汇报更全面。2）交互性：从“被动接收”到“主动操作”的转变允许用户根据需求对多媒体内容进行控制和反馈，而非单向观看或收听。常见交互形式包括：视频的暂停/快进/倍速播放、PPT的点击跳转（如点击图标打开关联文档）、互动课件的“答题提交-即时反馈”、在线问卷的“选择选项-显示结果”等。3）实时性：从“静态存储”到“动态响应”的突破支持多媒体内容的“实时生成、传输与播放”，无需等待完整文件下载或处理完成。典型场景如：在线直播（老师讲课画面实时传输到学生端）、视频通话（双方画面和声音实时交互）、实时数据可视化（如将实验数据实时转化为动态图表）。1.5多媒体技术3.核心媒体元素：拆解多媒体的“基本零件”每种媒体元素都有独特功能，需结合非计算机专业的学习、工作需求，明确其应用场景与学习重点：媒体元素非专业适配场景学习目标文本课程论文排版、汇报文档编辑掌握字体/段落规范（Word/WPS）图像实验报告插图、PPT配图学会裁剪、调亮度（美图秀秀/Canva）音频网课录音整理、汇报语音旁白简单降噪、截取（Audacity/手机录音）视频实验过程记录、小组作业视频基础剪辑、加字幕（剪映）动画汇报PPT动态展示、操作步骤GIF用PPT做简单动画（ScreenToGif）1.5多媒体技术4.安全与版权：避坑关键1）内容安全不下载不明来源的音视频（防病毒）；敏感素材（如实验数据视频）用云盘加密存储；公共场所WiFi不传重要多媒体文件。2）版权合规免费商用素材渠道：Pexels（图片）、FreeMusicArchive（音乐）；作业/汇报引用素材需标注来源（避免侵权）。1.5多媒体技术5.前沿方向与专业关联前沿技术非专业适配场景VR/AR虚拟实验理工科：虚拟仿真平台做实验（无需开发）互动课件文科：用雨课堂做带习题的多媒体课件直播运营商科：产品宣传短视频、直播带货素材制作医学影像分析医学类：了解多媒体技术在影像诊断中的应用1.6计算机病毒及信息安全1.计算机病毒基础认知1）什么是计算机病毒？人为编写的恶意代码，能自我复制、破坏系统运行，核心目的是“破坏/窃取/占用资源”，≠正常程序错误。2）病毒的4大核心特征3）需重点防范的病毒类型文件型病毒：感染Word/Excel/PPT作业文档，打开即激活；蠕虫病毒：通过校园网/WiFi传播，导致全宿舍网速变慢；勒索病毒：加密毕业论文、实习报告等核心数据，索要赎金；宏病毒：藏在Office文档“宏代码”中，下载网上模板（如课程表）时易中招（提示“启用宏”需警惕）。特征通俗解释学生场景案例传染性像“感冒”一样扩散到其他设备U盘插过感染病毒的实验室电脑，再插个人电脑时传播病毒潜伏性隐藏起来，满足条件才“发作”病毒伪装成“选课攻略.exe”，双击后不立即异常，每周五自动删除作业文档破坏性干扰或破坏设备/数据勒索病毒加密毕业论文、实验报告，要求付费解密；弹窗病毒导致电脑卡顿隐蔽性伪装成常用文件，躲在后台伪装成“课程表模板.rar”“简历模板.doc”，打开后悄悄执行恶意代码1.6计算机病毒及信息安全2.信息安全核心威胁（不止病毒）1）网络攻击类威胁钓鱼攻击伪装形式：仿冒“学校通知”邮件（如“教务系统账号验证”、“奖学金申请”）、短信链接；危害：点击后跳转到假网站，输入的学号、密码被窃取（例：收到“[XX大学]您的选课权限即将过期，点击验证”）。WiFi劫持风险场景：校园内“免费无密码WiFi”、“名称像校园网的WiFi”（如“XX-Student-Free”）；危害：连接后登录微信、支付宝的密码，浏览记录会被黑客获取。2）数据泄露与隐私风险无意识泄露：社交平台晒学生