计算机基础知识 (三)

1计算机基础知识

1.1计算机概述

1.1.1计算机的诞生

计算机的诞生是人类对计算工具的需求和早期开发开始的

自动化的计算机需要有其赖以生存的基础，由于其工作的复杂性，需要机电方式来自动计算推

动计算机发展的重要原因是需求，新的需求决定新的发展方向

1.1.2计算机的关键人物

图灵的布尔代数，将复杂问题简单化，将专业问题通用化

冯诺依曼的程序存储理念，将自动化运算实现，是将程序和数据事先存放在外存储器中，在执

行时将程序和数据先从夕I存装入内存中•然后使计算机在工作时自动地从内存中取出指令并加以

执行，这就是存储程序概念的基本原理，冯•诺依曼计算机体系结构的主要特点是：

采用二进制形式表示程序和数据

计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成

程序和数据以二进制形式存放在存储器中

控制器根据存放在存储器中的指令（程序）工作

1.1.3计算机的定义与组成

@1计算机的概念：计算机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设备

@2计算机的组成：一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两大部分

硬件系统：能够收集、加工、处理数据以及输出数据所需的设备实体，是看得见、摸得着的部

件总和，是计算机工作的基础。从硬件结构上来分：计算机硬件主要分为5个部分：运算器、

控制器、存储器以及输入/输出设备。

软件系统：相对硬件而言，为了充分发挥硬件系统性能和方便人们使用硬件系统，以及解决各类

应用问题而设计的程序'数据、文档总和，它们在计算机中体现为一些蛆莫不到的二进制状态，

存储在内存、磁盘、闪存盘、光盘等硬件设备上。

@3计算机的组成结构示意图：

控制题「只读存他题（ROM）

主板「内存储苗

■存储题-I降机存储题（RAM）

机箝［外存储题盘.光益、软盘差）

电原「喻入设备（网盘、班标、，璇仪等）

,输入犊出设备J

....［令出设备（显示题、打峥）

蜒作系统（DOS、Windows、UNIX.LmuxW>

r机爆语言

港百处理程序-汇编语言

I福圾港M（C-Fuxlx皿、Pasc4il>

渗新程序C\

系;）…

统文字处理软件（MicrosoftWord、WPS等）

I应用软件J表恪处理软件（McrosottExcd、金山表格等）

福助设计软阶(AutoCADsMastercamW)

1.1.4计算机的分类

按计算机处理的数据分类：数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机

按计算机用途分类：通用计算机和专用计算机

按计算机规模分类：巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、嵌入式计算机

1.1.5计算机的应用

科学计算：数值的复杂计算、量化

数据处理：属于非数值处理，计算过程比较复杂，但计算方法简单

过程控制：实时对数据进行采集并根据实际情况作出相应的处理

人工智能：计算机模拟人类的智能活动

计算机辅助设计与制造：

计算机辅助设计CAD:利用计算机对系统进行综合分析和模拟仿真，高效解决问题

计算机辅助制造CAM：利用计算机进行生产的控制和管理，实现无图纸加工

计算机辅助教育CBE:包括计算机辅助教学CAI（利用计算机模拟教师行为进行授课）、计

算机辅助测试CAT（通过与计算机交互进行学习和测试学习效果）、计算机管理教学CMK一

套新教学模式和教学方法的管理系统）。

电子设计自动化EDA：利用硬件语言开发可编程芯片，扩展硬件系统功能。电

子商务：通过计算机与网络进行商务活动，从1996年开始，有着广阔前景文化

教丙：多媒体的远程教育，使得学习内容和形式更加灵活

娱乐：意味着更高品味的生活与娱乐方式

1.1.6计算机的特点

运算速度快：每秒处理的指令数量在不断增加

计算精度高：包括对浮点型和整型数的运算精度

存储容量大：存储计算机工作时产生的大量信息，而且提供各种外部存储器

具有逻辑判断能力：布尔代数建立了计算机的逻辑基础，这也是智能化的一个基本条件

按照程序自动运行：按照事先规定的步骤一步一步执行，直到完成所有的工作

1.1.7计算机历史与发展趋势

@1计算机的发展历史：

1946年，美国宾尼法尼亚大学研制成功，名字为ENIAC（电子数值积分计算机）

第1代计算机：采用电子管作为逻辑器件，速度低，体积大，耗电多

第2代计算机：采用晶体管作为逻辑器件，存储器采用磁芯和磁鼓，速度提高，体积减小，

耗电降低

第3代计算机：采用中小规模集成电路作为逻辑器件，速度提高，体积减小，耗电降低

第4代计算机：采用大规模及超大规模集成电路作为逻阳器件，速度提高，体积减小，耗电降

低

第5代计算机：将运算器和控制器集成在电路芯片上，体积小，功耗低，可靠性高，对环境

要求低

@2计算机的发展方向：

巨型化：存储容量更大。

微型化：体积越来越小网络化：计算机无处不在，网络接口也无处不在智能化：模仿人类较高

层次智能活动的能力。例如对弈系统，专家系统等。

@3未来计算机：

分子、原子计算机：利用原子、分子作为计算机^导线和器件，并实现纳米寻址和系统结构。光计

算机：利用全光交换器件代替电子计算机的电子器件生物DNA计算机：在逻辑处理方面有

着极大的优势。

量子计算机：利用量子物理解决器件向微小发展方向的问题。

微米、纳米流体计算机：利用微纳技术实现逻辑门，主要用于血液检测和药品开发与测试。

1.2信息的表示与存储

1.2.1数制的概念

@1计算机采用二进制，主要是因为：

电路设计简单，物理上最容易实现

运算规则简单，工作可靠逻辑性强，便于实现逻辑运算和逻辑判断

进制的特点：逢N进1；位权表示法

@2数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。

@3常用数制如下：

常用数制十进制二进制八进制十六进制

数字符号0〜90,10〜70〜9,A,B,C,D,E,F

基数102816

其中：

基数：R进制的基数二R

位权：在数制中，各位数字所表示值的大力不仅与该数字本身的大小有关，还与该数字所在的位

置有关，我们称这关系为数的位权。即位权是一个与数字位置有关的常数，位权二Rn@4二

进制运算：

二进制算术运算：类似10进制运算，不过是逢2进1

二进制逻辑运算：与（一假则假），或（一真则真），非（取反）

二进制小数运算：二进制小数的位权依次为2A（1/n）

@5注意：二进制运算最后都是以加法形式进行，所以加法是计算机运算的基础

1.2.2数制转换

@110进制转2进制:

整数部分除以2取余，直至商为0；

小数部分乘以2取整，直至4嗷部分为0或达到所需精度

@210进制转8进制：

整数部分除以8取余，直至商为0；

小数部分乘以8取整，直至〃檄部分为0或达到所需精度

@310进制转16进制:

整数部分除以16取余，直至商为0；

小数部分乘以16取整，直至小数部分为0或达到所需精度

@42进制转8进制：

整数部分小数点左边从右向左，每3位一组，转换成8进制

小数部分小数点右边从左向右，不足时补0至3位，每3位为一组，转换成8进制

@52进制转16进制：

整数部分小数点左边从右向左，每4位一组，转换成16进制

小数部分小数点右边从左向右，不足时补0至4位，每4位为一组，转换成16进制

@62进制转换10进制：

利用位权变换，直接得出结果即可

@7常用数制对照表如下所示：

@@8.1计算机中需要处理的数据分为数值型和非数值型，而这些都需要直接用二进制进行表

示。对于整型数有正负，需要用符号位（0表示正数，1表示负数）来表示，对于无符号数没有正

负，也就不需要符号位。

@@8.2机器值与真值：

符号被数值化的数据被称为机器数

数值的数学表示形式被称为真值

@@8.3原码,反码»补码：

原码：与机器码一致

反码：正数的反码与其原码相同；负数的反码是对其原码逐位取反，但符号位除外

补码：正数的补码与其原码相同；负数的补码是在其反码的末位加1。

@9定点数（小数点位置固定）与浮点数（小数点位置不固定）：

@@9.1定点数：小数点完全症事先约定而隐含在不同的位置

根据小数位数是否固定，分为定点数和浮点数

根据小数点固定的位置不同，定点数分为定点整数和定点小数两部分：

定点整数：若阶码J=0，尾数S为纯整数，此时，小数点固定在数的最低位之后

定点小数：若阶码J!=o，通常将小数点固定在最高数据位的左边

@@9.2浮点数：小数点位置不固定的数，通常将其分为阶码和尾码两部分表示

阶码：确定数的范围

尾码：确定数的精度

说明：采用浮点数表示的数值范围比定点数要大

1.2.3信息的存储单位

@1位(bit)：计算机存储数据的最小单元(0、1)

@2字节(Byte):处理数据的基本单位(8bil/Byte)

@3常用的字节计数单位：

1KB=1O24Byte(2A10B)

1MB=1024KB(2A20B)

1GB=1024MB(2A30B)

1TB=1024GB(2A40B)

@4字长：CPU一次处理数据的二进制位数。

1.2.4数值型数据的编码

常用的数字型数据编码有BCD他(8421码)，也称为2-10进制编码

BCD码也是逢10进1，与10进制的运算规则完全相同

注意：虽然4位二进制数可以表示16个值，但是后面6个在BCD码中没有用到

1.2.5非数值型数据的编码

@1ASCII字符编码(最常用)：分为7位码和8位码

对于7位码：最高位不用，一共表示128个不同的字符

对于8位码：最高位为奇偶校验位，后面同7位码一致

@2奇校验与偶校验

奇校验：在正确字节里，一个字节中1的个数必须是奇数，否则在最高位补1

偶校验：在正确字节里，一个字节中1的个数必须是偶数，否则在最高位补1

@3汉字编码：

国标码(交换码，GB2312):基本解决了汉字和少数民族文字的使用标准问题机

外码：用户通过键盘输入的汉字信息编码，是与计算机交互的第一接口

机内码：计算机内部存储，对文字加工时所用的编码，每个汉字用2个机内码表示

字形码：文字信息的输出，即字的形和体，人们可以看懂

@4多媒体编码：计算机中只有0和1，因此多媒体信息也要转换成2进制形式来存储

@@4.1音频信息数字化：将音频信息量化，需要A/D转换和D/A转换

A/D转换：模拟信号转换成数字信号

通过A/D转换，在规定时间内将声音信号按照幅值量化，声音就被数字化了

采用频率越高，采集的数据量就越大，越接近原始的模拟信息

采样深度越高，采集的每个数据就越精确，越接近原始的模拟信息

D/A转换：数字信号转换成模拟信号

通过D/A转换，在规定时间内将数字信息按照音频规定的形式输出，存储的声音就被模拟了

@@4.2视频信息数字化：

视频信息的数字化同音频类似，需要两个指标来衡量，采用频率和采用深度

采样频率越高：单位时间内捕获画面帧的数量越多，画面的连续性就越好，动态连续性越好采样

深度越高，采集到的每帧画面越清晰，静态上越接近于实际情况

1.3信息安全

131信息安全概述

@1信息安全是指信息网络的硬件,软件，系统中的数据受到保护，不因偶然或恶意的原因遭

到破坏而不正常工作

@2信息安全是涉及计算机科学、网络、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、信

息论的综合学科

@3信息环境污染主要由垃圾信息、有害信息、虚假信息引起

@4信息安全产生的原因：

网络信息传输需要通过很多网络设备，因此信息被截获避免不了

网络拥有比较复杂的设备和协议，而复杂系统的缺陷和漏洞是很难避免的

1.3.2计算机FZ

计算机FZ:一种高技术的犯罪手段，随时随地都可以发生

计算机FZ手段：系统攻击、网络专播、非法使用资源'盗号窃取机密

计算机FZ特点：智能、隐蔽、广域、危害、诉讼困难（找不到证据）、司法的滞后性

1.3.3防火墙技术

@1防火墙：内部网络与Internet之间所设置的安全防护系统

@2防火墙阻止外部网络对内部资源的非法访问，也阻止了内部对外部的不安全访问

@3防火墙是通过对网络数据包进行解析与过滤的机制实现安全防护

@4防火墙主要用于实现访问控制、授权认证、安全检查、加密访

问控制：企业内部与外部、内部各部门之间实行隔离

授权认证：授权不同用户的不同访问权限

安全检查：对流入网络中的信息流进行检查和过滤，防止病毒干扰和破坏

加密：提供防火墙与用户信息传输方面的安全保证，保证防火墙与防火墙之间的信息安全

@5防护墙的类型：过滤防火墙、弋理防火墙、双穴主机防火墙

过滤防火墙：设置在网络层，可以在路由器上实现包过滤

代理防火墙：应用层网关防火墙，由代理服务器和过滤路由器组成

双穴主机防火墙：利用主机实现安全控制功能，可以有多个网卡，连接不同的网络

1.3.4计算机病毒及其防治

@1计算机病毒：人为设计的程序，隐蔽在计算机中，对计算机不定期造成破坏

@2计算机病毒的产生：开始是由于恶作剧，而后来则因为利益而编写这些类型的程序，获取

利益或者报复

@3计算机病毒历史：(1983年确认，1987年开始得到重视)

第1阶段(1986/989):传统的单机病毒，具有针对性，但很容易被排查

第2阶段(1989-1991):混合型病毒，更加隐蔽，自我保护措施强，可以变种

第3阶段(1992-1995):多态性/自我变形病毒，病毒的多态性导致多维化发展

第4阶段(1996■现在)：网络病毒，利用互联网进行传播，传播速度快、隐破性强、破坏性大@4

计算机病毒表现形式：

增加/减少文件长度：产生新文件或改变某些文件的属性

使系统异常/瘫痪：删除或改变系统的重要文件或可执行程序

改变磁盘分配：写入特定信息，导致对磁盘进度操作时系统崩溃或出现异常

存储信息不正常：破坏磁盘目录表和文件分配表FAT等

减少可用内存空间：进入内存执行时减少内存空间

@5计算机病毒的特点：传染性、隐蔽性、潜伏性、破坏性、针对性、不可预见性

@6计算机病毒分类：

@@6.1按照破坏性分：

良性病毒：对平时操作有一定影响，但是不影响系统的正常运行

恶性病毒：封锁、干扰中断与输入输出，甚至终止系统运行

极恶性病毒：造成死机，系统崩溃，删除程序或系统文件，破坏系统配置，甚至无法启动

灾难性病毒：破坏分区表信息，