大学计算机基础教程（AIGC+WPS融合）（微课版） 课件第一章 数字世界基石：计算机系统与信息处理概览

第1章数字世界基石：计算机系统与信息处理概览大学计算机基础教程（AIGC+WPS融合）AIGC工业和信息化精品系列教材——人工智能技术科技改变未来计算机概述1.1计算思维信息的表示、存储与处理计算机系统概述多媒体技术概述计算机网络基础与互联网应用计算机病毒与信息安全1.21.31.41.51.61.71.1.1计算机的出现与发展计算机的出现计算工具是用来计算数的，手指计数、小石子计数、结绳计数等是早期计算的主要形式。春秋战国时期，计算有了进步，人们开始用小木棍代替小石子，便形成了算筹。在算筹的基础上，人们对将珠子串在竹签上将其固定起来，便形成了算盘。算盘是当时世界上领先的计算工具。1620—1630年，西方出现了资本主义经济萌芽，航海业的发展对天文和历法提出了新的要求，即制作精密的航海仪器和航海天文历，而这两种产品又需要很复杂的计算才能实现，因此为了解决复杂的计算问题，人们发明了计算尺。1.1.1计算机的出现与发展20世纪40年代，西方国家的工业技术得到迅猛发展，相继出现了雷达和导弹等高科技产品，而原有的计算工具难以满足大量高科技产品复杂计算的需要，因此迫切需要在计算技术上有所突破。1946年，美国为计算弹道轨迹，由宾夕法尼亚大学研制的世界上第一台通用电子数字积分计算机——ENIAC诞生，如图所示。ENIAC重约30t，占地约170m2，运算速度5000次/s（每秒可完成5000次加法运算）。虽然ENIAC的功能还比不上今天的一台普通计算机，但在当时，它的计算速度和精确度是史无前例的。ENIAC的诞生也宣告了一个新时代——计算机时代的开始。1.1.1计算机的出现与发展计算机的发展根据计算机所采用的物理器件，可以将计算机的发展分为机械计算机和机电计算机发展时期、电子计算机发展的探索奠基期、电子计算机的蓬勃发展时期3个阶段。机械计算机是由一些机械部件，如齿轮、杆、轴等构成的计算机。17世纪出现的加法器、乘法器就是机械计算机的典型代表。20世纪出现的“马克一号”计算机（见图）、“马克二号”计算机、“马克三号”计算机开始部分采用电子元件，“马克四号”计算机则是全电子元件的计算机。电子计算机是以电子管、晶体管、集成电路等电子元件为主要部件的计算机。1940年，阿塔纳索夫和贝瑞研制成功了有300个电子管，能做加法和减法运算的ABC计算机，这是有史以来第一台以电子管为元件的有记忆功能的数字计算机。二战期间，图灵研制出译码计算机，如图所示，主要用于密码破译。此后，弗劳尔斯设计出更先进的译码计算机“巨人”（Colossus）。1.1.1计算机的出现与发展同一时期，为快速计算炮弹的弹道，美国军方出资研制离散变量自动电子计算机（electronicdiscretevariableautomaticcomputer，EDVAC），如图所示。EDVAC是为改进ENIAC而规划的下一代电子计算机，冯・诺依曼等人在EDVAC的设计报告中首次系统地提出了二进制运算与冯・诺依曼体系架构方案。1.1.1计算机的出现与发展我国计算机的发展和重要突破1957年，我国开始研制通用数字电子计算机。1958年，我国成功研制出第一台电子计算机（103机），如图所示。1964年，我国第一台自行设计的大型通用数字电子管计算机（119机）研制成功，其平均浮点运算速度为5万次/s，承担了我国研制第一颗氢弹的大量计算任务。1965年，我国成功研制出第一台大型晶体管计算机（109乙机）。1967年，在对109乙机加以改进的基础上推出109丙机。第一批晶体管计算机的运算速度为10万～20万次/s，在我国“两弹”（氢弹和原子弹）试验中发挥了重要作用。1973年，北京大学与北京有线电厂等单位合作，成功研制出了运算速度为100万次/s的大型通用计算机。1.1.1计算机的出现与发展20世纪80年代，我国高速计算机，特别是向量计算机有了新的发展。1983年，我国成功研制出第一台大型向量机（757机），运算速度达到1000万次/s。同年，“银河-I”巨型计算机研制成功，不仅填补了国内亿次巨型计算机的空白大幅缩短了我国与发达国家在亿次巨型计算机领域的差距。和国外一样，我国第四代计算机研制也是从微机开始的。1980年初，我国不少单位也开始采用Z80、X86和M6800芯片研制微型计算机。1983年，我国成功研制出与IBMPC兼容的DJS-0520微型计算机。自20世纪90年代以来，我国微型计算机形成了大批量、高性能的生产局面，并且发展迅速。1992年，我国成功研制银河-Ⅱ巨型机，浮点运算峰值速度达4亿次/s，总体上达到20世纪80年代中后期国际先进水平。1997年，我国成功研制出银河-Ⅲ百亿次巨型机，浮点运算峰值速度达130亿次/s，总体上达到20世纪90年代中期国际先进水平。1997—1999年，我国先后推出具有机群结构的曙光1000A、曙光2000-I、曙光2000-Ⅱ的巨型机，浮点运算峰值速度突破1000亿次/s。2001年初，推出曙光3000超级服务器，浮点运算速度达4032亿次/s、内存总量达168GB。2004年上半年，浮点运算峰值速度11.2万亿次/s的曙光4000A超级计算机通过鉴定验收，使我国成为继美国、日本之后第三个能制造浮点运算速度10万亿次/s的商品化高性能计算机的国家。1.1.1计算机的出现与发展2016年，我国自主研发的“神威·太湖之光”超级计算机问世，如图所示。“神威·太湖之光”是全球首台浮点运算速度超过10亿亿次/s的超级计算机，浮点运算峰值速度达12.5亿亿次/s。“神威·太湖之光”计算机1min计算能力相当于70亿人用计算器不间断计算32年，其浮点运算速度为9.3亿亿次/s，其效率比之前的“天河二号”提高将近3倍。2009年，我国成功研制出“天河一号”超级计算机，其浮点运算峰值速度达每秒千万亿次。“天河一号”的诞生，是我国高性能计算机发展史上新的里程碑，是我国战略高新技术和大型基础科技装备研制领域取得的又一重大创新成果，实现了我国自主研制超级计算机能力浮点运算速度从每秒百万亿次到千万亿次的跨越，使我国成为继美国之后世界上第二个能够研制浮点运算速度为每秒千万亿次超级计算机系统的国家。2013年，国际TOP500组织公布了全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”超级计算机，以浮点运算峰值速度5.49亿亿次/s、持续运算速度3.39亿亿次/s的优异性能位居榜首。1.1.2计算机的特点与分类计算机的特点计算精度高。自动化程度高。交互性强。存储容量大。可靠性高。运算速度快。逻辑运算能力强。1.1.2计算机的特点与分类计算机的分类04030201

计算机的分类巨型机也称超级计算机或高性能计算机，是速度极快、处理能力极强的计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究领域，是一个国家科研实力的体现，现有的超级计算机浮点运算速度大多可以在1万亿次/s以上。

巨型机大型机也称大型主机，运算速度快、存储量大和通用性强，主要针对计算量大、信息流通量大、通信需求大的用户，如银行、政府部门和大型企业等。

大型机中型机的性能低于大型机，高于小型机，其特点是处理能力强，能同时执行数万用户的指令，常作为服务器用于中小型企业和公司。

中型机小型机性能介于微型机和大型机之间，结构简单、可靠性高、维护费用低，常用于中小型企业。

小型机05微型机，即微型计算机，简称微机，它是应用最普遍的机型。微型机价格低、功能齐全，被广泛应用于机关、学校、企业、事业单位和家庭中。

微型机1.1.2计算机的特点与分类计算机的应用

科学计算科学计算即通常所说的数值计算，是指利用计算机来完成科学研究和工程设计中提出的数学问题的计算，如气象资料分析和卫星轨道的测算等。计算机辅助工程

计算机辅助工程是指利用计算机协助人们完成各种设计工作，包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程、计算机辅助教学和计算机辅助测试等。人工智能人工智能是指设计智能的计算机系统，让计算机具有人才具有的智能特性，模拟人类的智能活动，如学习、识别图形和声音、推理过程和适应环境等。过程控制

过程控制也称实时控制，是利用计算机对生产过程和其他过程进行自动监测，以及自动控制设备工作状态的一种控制方式，被广泛应用于各种工业环境中，可以取代人在危险、有害的环境中作业。多媒体技术

多媒体技术是指通过计算机对文字、数据、图形、图像、动画和声音等多种媒体信息进行综合处理和管理，使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。数据处理和信息管理

数据处理和信息管理是指使用计算机来完成大量数据的分析、加工和处理等工作，如企业的财务管理、事务管理、资料和人事档案的文字处理等。网络通信

网络通信是指利用计算机网络实现信息的传递功能。随着互联网技术的快速发展，人们通过计算机网络可以在不同地区和国家间进行数据的传递，并可进行各种商务活动。计算机概述1.1计算思维信息的表示、存储与处理计算机系统概述多媒体技术概述计算机网络基础与互联网应用计算机病毒与信息安全1.21.31.41.51.61.71.2.1计算与计算思维计算计算思维中的“计算”是基于规则的符号集合的变换过程，即从一个按照规则组织的符号集合开始，按照既定规则一步步改变这些符号集合，经过有限步骤之后得到一个确定的结果。广义的计算就是执行信息变换，即对信息进行加工和处理。简单计算，如7+5=12、5-3=2、9×6=54，指的是“数据”在“运算符”的操作下，按“计算规则”进行的数据转换。这里，我们通过各种运算符的计算规则及其组合应用，得到了正确的结果。计算规则可以学习和训练掌握。若知道计算规则，但超出人的计算能力，可借助机器获得计算结果，这就是机器计算。机器计算需要设计特定的计算规则，让机器通过执行规则完成计算，如圆周率计算等。计算规则如果用人们理解的符号描述，就是人们解题步骤的算法；如果用二进制指令描述，就是计算机程序。1.2.1计算与计算思维计算思维计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计和人类行为理解等一系列思维活动。计算思维的一些重要概念和方法如下。计算思维是通过简化、嵌入、转化和仿真等方法，将一个困难问题重新阐释成一个我们知道解决方法的问题的思维方法。计算思维是一种依托预防、保护、冗余、容错和纠错手段，从最坏场景出发实现系统恢复的思维方法。计算思维是一种递归思维和并行处理能力，能将代码译成数据，又能将数据译成代码，也是一种多维分析方法。计算思维是利用启发式推理寻求解答，或者在不确定的情况下进行规划、学习和调度的思维方法。计算思维是一种采用抽象和分解来控制庞杂任务或进行巨大复杂系统设计的思维方法，是基于关注点分离的方法。计算思维是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间、处理能力和存储容量之间进行折中的思维方法。计算思维是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模，使其易于处理的思维方法。1.2.2计算思维与问题求解通常，问题求解包括以下5个步骤。01确定问题。02收集信息。03制订解决方案。04执行解决方案。05评估解决方案。1.2.3计算思维的应用

计算思维在现代社会中的应用非常广泛，这里主要介绍以下3方面的应用。

计算思维已经渗透到生物信息学中的研究。生物学

计算思维已经深入化学研究的各个方面，有了计算思维的支撑，绘制化学结构和反应方程式，分析相应的属性数据，系统命名和光谱数据等都能够快速实现。化学

计算思维在艺术方面的应用主要体现在绘画、音乐、舞蹈、影视、广告、书法、服装设计、图案设计，以及电子出版物等领域。艺术计算机概述1.1计算思维信息的表示、存储与处理计算机系统概述多媒体技术概述计算机网络基础与互联网应用计算机病毒与信息安全1.21.31.41.51.61.7原码有3个特点：正数，符号位为0，数据部分照抄；负数，符号位为1，数据部分照抄；0既可以看成正的，也可以看成负的。反码编码方案中，正数，符号位为0，数据部分照抄；负数，符号位为1，数据部分求反（0变1，1变0）；0既可以看成正的，也可以看成负的。1.3.1计算机中的数据计算机中数值数据的表示计算机中的信息都是用二进制表示的，在二进制中进行数的编码时，可以将数分为定点数和浮点数，小数点位置固定的数称为定点数，小数点位置浮动的数称为浮点数。定点数常用的编码方案有原码、反码、补码、移码4种。原

码反

码补码编码方案中，正数，符号位为0，数据部分照抄；负数，符号位为1，数据部分求反（0变1，1变0），再在最后一位上加1。不管是什么数，都统一加一个数（称偏移值），通常n位的移码，偏移值为2n-1-1。用移码表示浮点数的阶码时，方便了浮点数中指数的比较，简化了浮点运算部件的设计。1.3.1计算机中的数据一个浮点数用两个定点数表示。计算机中的浮点数普遍采用IEEE754，该标准定义了两种基本类型的浮点数：单精度浮点数和双精度浮点数。双精度数所表示的数的范围要比单精度数大，精度比单精度数高，但所占用的存储空间是单精度数的2倍。单精度数和双精度数的阶码采用移码表示，尾数采用原码表示。单精度数共32位，包括1位符号位、8位阶码、23位尾数。双精度数共64位，包括1位符号位、11位阶码、52位尾数。补

码移

码1.3.1计算机中的数据计算机中非数值数据的表示常用字符有128个，包含大、小写英文字母各26个，十进制数码10个，其余为数学运算符号、标点符号及无图形控制符号。对这些符号所采用的编码方案不同，其中美国信息交换标准码编码方案是使用最广泛的。字母和常用符号的编码汉字是世界上使用人口最多的文字，汉字编码处理与西文的区别很大，根据汉字处理阶段的不同，可将汉字编码分为输入码、显示字形码、机内码和交换码。在使用键盘输入汉字时应用到的汉字输入码如今已有数百种，广泛应用的包括自然码、全/双拼音码、五笔字型码等。目前，表示汉字字形常用矢量法与点阵字形法。汉字编码1.3.2进位计数制1．二进制二进制是计算机系统中最基本的数制，由2个不同的数字（0和1）组成。

每个二进制位表示一个权重值，从右向左依次为1、2、4、8、16等。2．八进制八进制使用8个不同的数字（0～7）来表示数值。每个八进制位的权重值是1、8、64、512等。3．十进制十进制是人们日常生活中最常用的数制，使用10个不同的数字（0～9）来表示数值。每个数字所占的权重位置依次是个位、十位、百位及更高的权重位置。4．十六进制十六进制使用10个数字（0～9）和6个字母（A～F）共16个字符来表示数值。每个十六进制位的权重值是1、16、256、4096等。除了上述数制，还有其他数制，如七进制数、二十四进制数、六十进制数等。此外，还存在一些特殊数制，如十二进制数、六十四进制数等，它们在特定领域和文化中可能有特殊的应用。1.3.3数据的存储单位位

计算机中的数据都以二进制代码来表示，二进制代码只（0和1的组合）来表示一个数。其中，每一个数码称为一位，位（bit）是计算机中最小的数据单位。字节

字节是计算机中信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位。在对二进制数据进行存储时，以8位二进制代码为一个单元存放在一起，称为1字节，即1byte=8bit。在计算机中，通常用B、KB、MB、GB或TB为单位来表示存储器的存储容量或文件的大小。存储容量是指存储

器中能够容纳的字节数。存储单位之间的换算关系：1byte=8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。字长

人们将计算机一次能够并行处理的二进制代码的位数称为字长。字长是衡量计算机性能的一

个重要指标，字长越长，数据所包含的位数越多，计算机的数据处理速度越快。计算机的字长通

常是字节的整倍数，如8位、16位、32位、64位和128位等。1.3.4二进制数的运算计算机中非数值数据的表示按“逢二进一”法，向高位进位，运算规则为0+0=0、0+1=1、1+0=1、1+1=10。01减法实质上是加上一个负数，主要应用于补码运算，运算规则为0-0=0、1-0=1、0-1=1、1-1=0。02乘法运算与常见的十进制数对应的运算规则类似，运算规则为0×0=0、1×0=0、0×1=0、1×1=1。03除法运算也与十进制数对应的运算规则类似，运算规则为0÷1=0、1÷1=1，

而0÷0和1÷0是无意义的。04（1）加法运算。（2）减法运算。（3）乘法运算。（4）除法运算。1.3.4二进制数的运算二进制数的逻辑运算“与”运算又称逻辑乘，通常用符号“×”“∧”和“·”来表示。其运算规则为0∧0=0、0∧1=0、1∧0=0、1∧1=1。“与”运算。12“非”运算又称逻辑否运算，通常通过在逻辑变量上加上画线来表示，如变量为A，则其非运算结果用A表示。其运算规则为0=1、1=0。例如，假定A变量表示男性，A就表示非男性。“非”运算。34“或”运算又称逻辑加，通常用符号“+”或“∨”来表示。其运算法则为0∨0=0、0∨1=1、1∨0=1、1∨1=1。该运算规则表明，只要有一个数为1，则运算结果就是1。“或”运算。“异或”运算通常用符号“

”表示，其运算规则为00=0、01=1、10=1、11=0。该运算规则表明，当逻辑运算中变量的值不同时，结果为1；当变量的值相同时，结果为0。“异或”运算。1.3.5字符的编码西文字符的编码对西文字符进行编码，主要采用ASCII编码方式，这是基于拉丁字母的一套编码系统。它被国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）指定为国际标准，是目前广泛使用的一种字符编码方式。1.3.5字符的编码汉字字符的编码我国于1980年发布了国家汉字编码标准GB/T2312—1980，全称是《信息交换用汉字编码符集基本集》，其二进制编码称为国标码（GB码）。国标码用两字节长的一个编码表示一个汉字字符，并且规定每字节最高位恒为“0”，其余7位用于组成各种码值。GB/T2312—1980收入了6763个汉字字符和682个非汉字图形字符，其字符集由以下3部分

组成：第1部分为字母、数字和各种符号，共682个；第2部分为一级常用汉字，按汉语拼音顺序排列，共3755个；第3部分为二级常用汉字，按偏旁部首排列，共3008个。GB/T2312—1980字符集由一个94行和94列的编码表构成，编码表的行数和列数从1开始编号，其中的行号称为区号，列号称为位号，区号和位号的组合为区位码。（1）国标码输入码也称外码，它是利用计算机标准键盘按键的不同排列组合来对汉字的输入进行的编码，包括音码、形码、音形码等。对于同一个汉字，输入法不同，其输入码也不同。但不管使用何种输入法，当用户向计算机输入汉字时，最终存入计算机的始终是它的输入码，与输入法无关。（2）输入码1.3.5字符的编码字形码又称字型码、字模码，属于点阵编码的一种。为了将汉字在显示器或打印机上输出，把汉字按图形符号设计成点阵图，即可得到相应的点阵编码（字形码）。也就是用“0”和“1”表示汉字的字形，将汉字放入n行×n列的正方形点阵内，该正方形共有n2个小方格，每个小方格用一位二进制编码表示，凡是笔画经过的方格值为1，未经过的方格值为0。（4）字形码在计算机内部进行存储与处理所使用的编码称为机内码。对汉字系统来说，汉字机内码规定在汉字国标码的基础上，每字节的最高位置为“1”，每字节的低7位为汉字信息。将国标码的两字节编码分别加上80H（即10000000B），便可以得到机内码，如汉字“中”的机内码为D6D0H。（3）机内码1.3.5字符的编码其他编码除上面提到的编码外，其他常用的编码还有GBK编码、UCS编码、Unicode编码等。GBK编码是在GB/T2312—1980基础上的内码扩展规范，共收录了汉字21003个、符号883个，该标准已被GB18030—2022替代。UCS编码是国际标准化组织为各种语言字符制定的编码标准，包含用于表达所有已知语言的字符，即不仅包含字母文字、音节文字，还包含中文、日文和韩文等。Unicode编码又称统一码，为每种语言中的每个字符设定了唯一的二进制编码，便于统一地表示世界上的主要文字，以满足跨语言、跨平台进行文本转换和处理的要求。计算机概述1.1计算思维信息的表示、存储与处理计算机系统概述多媒体技术概述计算机网络基础与互联网应用计算机病毒与信息安全1.21.31.41.51.61.71.4.1冯·诺依曼体系结构计算机的原理主要分为存储程序和程序控制，即“存储程序控制”原理。这一原理最初由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼率先提出，故称为冯·诺依曼原理。这一原理为计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。冯·诺依曼原理具有以下3个核心要点。01采用二进制形式表示数据和指令。02将控制计算机操作的指令序列和数据预先存放在主存储器中，

使计算机在工作时能够高速地自动从存储器中取出数据和指令，并加以分析、处理和执行。03计算机硬件系统主要由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成，这五大部件也被称为冯·诺依曼模型，如图所示。1.4.1冯·诺依曼体系结构在冯·诺依曼模型被提出之前，图灵模型已经备受瞩目。如图所示，图灵模型旨在创造一个既简单又运算能力出众的计算装置，以应对所有可以想象得到的可计算函数。这一模型的构想源于英国杰出数学家艾伦·图灵在1936年的理论创新，他将计算机定义为一个数据处理器，这意味着计算机可以被视作一个接收输入数据、对这些数据进行处理，并最终产生输出数据的黑盒子。为了进一步拓展这一构想，图灵还引入了一个关键元素——“程序”。程序是一个指令集合，它告诉计算机如何对数据进行处理。这一创新性的理论为计算机科学的发展奠定了坚实的基础。1.4.2关键词与搜索引擎运算器运算器的核心部件是加法器和高速寄存器，前者用于实时运算，后者用于存放参与运算的各类数据和运算结果。运算器与控制器都集成在一块大规模或超大规模的芯片中，共同构成了中央处理器。中央处理器是整个计算机系统的核心，它被称为“计算机的心脏”。CPU作为计算机系统的核心组件，在计算机系统中占有举足轻重的地位，也是影响计算机系统运算速度的重要因素。图为计算机的CPU。运算器可以在控制器的控制下对存储器提供的数据进行各种算术运算（加、减、乘、除）、逻辑运算（与、或、非、异或等）和其他处理（存数、取数等）。1.4.2关键词与搜索引擎存储器存储器是计算机的记忆装置，它以二进制代码的形式存储程序和数据，分为内部存储器和外部存储器。其中，内部存储器也称主存储器，简称内存。内存直接与CPU相连，用于存放当前正在执行的数据和程序，但数据仅在通电时保存，断电后会丢失。内存的容量和存取速度直接影响CPU处理数据的速度，图为内存条。存储器是计算机系统中的关键组成部分，用于存放程序和数据。它是计算机进行信息存储和记忆的重要设备，保证了计算机的正常工作。内存主要由内存芯片、电路板和金手指等部分组成；外存储器简称外存，是指除计算机内存及PU缓存以外的存储器，此类存储器一般断电后仍然能保存数据，常见的外存储器有硬盘和可移动存储设备（如U盘）等。1.4.2关键词与搜索引擎控制器控制器是计算机的指挥中心，它可以根据程序执行每一条指令，并向存储器、运算器及输入/输出设备发出控制信号，以达到控制计算机，使其有条不紊地工作的目的。控制器由多个部件构成，包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器和操作控制器等。这些部件协同工作，完成从存储器中取出指令、进行指令的译码和分析，并产生一系列控制信号的任务。通过这些控制信号，控制器能够指挥计算机的各个部件按照指令的要求进行数据的读取、写入、计算和处理等操作。1.4.2关键词与搜索引擎输入设备输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置，用于将数据、文本和图形等转换为计算机能够识别的二进制代码并将其输入计算机，键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板和语音输入装置等都属于输入设备。下面介绍常用的3种输入设备。鼠标鼠标是计算机的主要输入设备之一，因为其外形与老鼠类似，所以称为“鼠标”，如图所示。根据鼠标按键的数量可以将鼠标分为三键鼠标和两键鼠标；根据鼠标的工作原理可以将其分为机械鼠标和光电鼠标。另外，还有无线鼠标和轨迹球鼠标等。1.4.2关键词与搜索引擎键盘扫描仪键盘是计算机的另一种主要输入设备，是用户和计算机进行交流的工具，用户可以通过键盘直接向计算机输入各种字符和命令，简化计算机的操作。不同生产厂商生产出的键盘型号不同，目前常用的键盘有107个键位，如图所示。扫描仪是利用光电技术和数字处理技术，以扫描的方式将图形或图像信息转换为数字信号的设备，其主要功能是对文字和图像进行扫描与输入。1.4.2关键词与搜索引擎输出设备输出设备的功能与输入设备相反，它将计算机处理的结果以人们可以识别的数字、字符、图像和声音等形式输出。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统和磁记录设备等。下面介绍常用的4种输出设备。显示器显示器是计算机的主要输出设备，其作用是将显卡输出的信号以肉眼可见的形式展示出来。目前主要有两种显示器，一种是液晶显示器（liquidcrystaldisplay，LCD），如图1所示；另一种是阴极射线管（cathoderaytube，CRT）显示器，如图2所示。图1图21.4.2关键词与搜索引擎打印机打印机也是计算机的一种常见输出设备，在办公中经常会用到，其主要功能是对文字和图像进行打印输出。衡量打印机好坏的指标主要包括打印分辨率、打印速度和噪声。打印机种类繁多，现在主要使用的打印机有针式打印机、激光打印机、喷墨打印机。投影仪投影仪又称投影机，是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备，它可以通过特定的接口与计算机相连接并播放相应的视频信号，是一种负责输出的计算机周边设备。投影仪的核心工作原理是利用凸透镜成像原理，将透明的物体投射到银幕上，形成放大的图像。亮度是投影仪的一个重要指标，通常以流明（lm）为单位来表示。分辨率也是影响投影仪投影效果的关键因素，一般来说，分辨率越高，画面越清晰，细节表现越丰富。耳机耳机是一种音频设备，它接收媒体播放器或接收器发出的信号，利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的音波。1.4.3计算机的性能指标通常表示为每秒钟所能执行的指令条数，用MIPS（百万条指令/s）来衡量。

它反映了计算机执行程序的能力，运算速度越快，计算机处理任务的速度就越快。运算速度字长是指计算机运算部件一次能同时处理的二进制数据的位数，它直接关系到计算机的计算精度、功能和速度。字长越长，表示计算机的数据处理能力和精度就越高。字长存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，用字节作为度量单位，其一般单位的换算关系是1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。存储容量的大小是衡量计算机性能的一个重要指标。通常所说的计算机内存容量大小，即指随机存取存储器（randomaccessmemory，RAM）（也称主存）的容量。存储容量存取周期主要针对存储器而言，它表示存储器进行一次完整的读/写操作所需的时间。存取周期越短，存储器的访问速度就越快。存取周期即计算机CPU的时钟频率，是CPU在单位时间内发出的脉冲数，它在很大程度上决定了CPU的运算速度。主频越高，CPU的运算速度就越快，则计算机的运算速度就越快。主频这涉及计算机与外部设备的连接速度和数据传输速率，如USB接口的速度、网络接口的速度等。输入输出能力1.4.4计算机的软件系统系统软件计算机软件简称软件，是指计算机系统中的程序及其文档。计算机软件系统和硬件系统相互依存，软件依赖于硬件的物质条件，硬件也只有在软件的支配下，才能有条不紊地工作。计算机软件总体分为系统软件和应用软件两大类。系统软件是指控制和协调计算机及其外部设备，支持应用软件开发和运行的系统。其主要功能是调度、监控和维护计算机系统，同时负责管理计算机系统中各种独立的硬件，协调它们的工作。操作系统是计算机系统的指挥调度中心，它可以为各种程序提供运行环境。（1）操作系统。语言处理程序是为用户设计的编程服务软件，用来编译、解释和处理各种程序所使用的计算机语言，是人与计算机相互交流的一种工具，包括机器语言、汇编语言和高级语言3种。（2）语言处理程序。系统辅助处理程序也称软件研制开发工具或支撑软件，主要有编辑程序、调试程序等，这些程序的作用是维护计算机的正常运行，如Windows操作系统中自带的磁盘整理程序等。（4）系统辅助处理程序。数据库管理系统是一种操作和管理数据库的大型软件，它是位于用户和操作系统之间的数据管理软件，也是用于建立、使用和维护数据库的管理软件。（3）数据库管理系统。1.4.4计算机的软件系统应用软件应用软件是指一些具有特定功能的软件，即为解决各种实际问题而编制的程序，包括各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序。计算机中的应用软件种类繁多，这些软件能够帮助用户完成特定的任务，如编辑文章、制作报表可以使用WPSOffice或MicrosoftOffice，这些软件都属于应用软件。常见的应用软件种类有办公、图形处理与设计、图文浏览、翻译与学习、多媒体播放和处理、网站开发、程序设计、磁盘分区、数据备份与恢复和网络通信等。计算机概述1.1计算思维信息的表示、存储与处理计算机系统概述多媒体技术概述计算机网络基础与互联网应用计算机病毒与信息安全1.21.31.41.51.61.71.5.1多媒体技术的概念多媒体技术中的媒体主要是指后者，即利用计算机把文本、图形、图像、动画、音频和视频等媒体信息数字化，并将其整合在一定的交互式界面上，使计算机具有交互展示不同媒体形态的能力。多媒体技术涵盖的内容丰富，具有多样性、集成性、交互性、智能性和易扩展性等特点。这些特点决定了多媒体适用于电子商务、教学和通信等众多领域。多样性多样性是指多媒体技术能综合处理多种媒体信息，包括文本、图形、图像、动画、音频和视频等。交互性交互性是指用户可以介入各种媒体加工、处理的过程中，从而更有效地控制和应用各种媒体信息。集成性集成性是指多媒体技术能将不同的媒体信息有机地组合在一起，形成一个整体，并可以与这些媒体相关的设备进行集成。智能性智能性是指多媒体技术提供了易于操作、十分友好的界面，并使操作更加直观、方便及人性化。易扩展性易扩展性是指多媒体计算机可以方便地与各种外部设备连接，以实现数据交换、监视控制等功能。1.5.2多媒体信息的类型1文本2图像3动画4音频5视频文本是以文字和各种专用符号表达的信息形式，它是计算机中使用最多的一种信息。文本主要用于对知识的描述性表示，如阐述概念、定义、原理等内容。图像是多媒体软件中重要的信息表达形式，主要格式有JPEG、GIF、TIFF、PNG格式等。动画是利用人的视觉暂留特性，快速播放一系列连续运动变化的图形、图像。音频体现的是各种声音和音效，是人们传递信息、交流感情非常方便、熟悉的方式。其主要格式有WAV、MP3、WMA等。视频具有时序性与丰富的信息内涵，在多媒体中充当着重要角色。其主要格式有AVI、WMV、MPEG等。1.5.3多媒体的应用领域电子商务。旅游指南。数字出版。多媒体数据库。娱乐行业。广播电视。教育与培训。房地产开发。1.5.3多媒体的应用领域展览展示。远程会议。军事训练。广告行业。智能家居。医疗健康。1.5.4多媒体计算机系统的组成多媒体计算机系统的硬件系统多媒体计算机系统除需要较高配置的计算机主机外，还包括表示、捕获、存储、传递和处理多媒体信息所需要的硬件设备，如图所示。1.5.4多媒体计算机系统的组成多媒体计算机系统的软件系统多媒体计算机系统的软件系统主要分为系统软件和应用软件两类。系统软件多媒体系统软件是多媒体计算机系统的核心，它一方面要控制各种媒体硬件设备协调地工作，另一方面要提供综合使用各种媒体、灵活调度多媒体数据进行媒体传输和处理的能力。一般来说，多媒体计算机系统的系统软件有以下3种。

多媒体设备驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，相当于硬件的接口。

多媒体设备驱动程序01

多媒体操作系统随着多媒体技术的发展而诞生，它在传统操作系统的基础上增加了处理音频和视频信息的能力。多媒体操作系统02

多媒体支持工具软件是集成处理和统一管理文本、图形、图像、动画、声音等多种媒体信息的一套编辑、制作工具，也称多媒体开发平台，是现代数字媒体工作中不可或缺的工具。多媒体支持工具软件031.5.4多媒体计算机系统的组成应用软件多媒体应用软件是在多媒体创作平台上设计开发的面向特定应用领域的软件系统，支持用户进行文字录入与编辑、图像处理与美化、动画绘制与编辑、音频录入与编辑、视频采集与编辑等操作。此外，随着人工智能技术的发展，支持文本、图像、视频、声音生成的人工智能工具也得到了广泛应用，常见的应用软件如图所示。计算机概述1.1计算思维信息的表示、存储与处理计算机系统概述多媒体技术概述计算机网络基础与互联网应用计算机病毒与信息安全1.21.31.41.51.61.71.6.1计算机网络的组成计算机系统一个计算机网络主要分为计算机系统（主机与终端）、数据通信系统、网络软件及协议三大部分；从计算机网络的功能来说，一个计算机网络可以分为通信子网和资源子网两大部分。（1）主机（host）。（2）终端（terminal）。主机在很多时候称为服务器，它是一台高性能计算机，用于管理网络、运行应用程序和处理各网络工作站成员的信息请示等，并连接一些外部设备，如打印机、光盘驱动器和调制解调器等。终端是网络中的用户进行网络操作、实现人机对话的重要工具，在局域网中通常称为工作站或客户机。由服务器进行管理和提供服务的、连入网络的任何计算机都属于工作站，其性能一般低于服务器。1.6.1计算机网络的组成数据通信系统数据通信系统是连接网络的桥梁，提供各种连接技术和信息交换技术，其主要任务是把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到目的计算机或专用外设中。数据终端设备。数据终端设备是指数据的生成者和使用者根据协议控制通信所使用的设备。除计算机外，数据终端设备还可以是网络中的专用数据输出设备，如打印机等。1通信控制器。其功能除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式，如计算机内部的异步通信适配器、数字基带网中的网卡就是通信控制器。2通信信道。通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道，如电话线路等模拟通信信道、专用数字通信信道、宽带电缆和光纤等。3信号变换器。其功能是把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式，

或把信道中传来的信号转换成可供数据终端设备使用的数据，最大限度地保证传输质量。41.6.1计算机网络的组成网络软件及协议网络的正常工作需要网络软件的控制，如同单台计算机在软件的控制下工作一样。通常情况下，网络软件分为通信软件、网络协议软件和网络操作系统3部分。通信软件通信软件用以监督和控制通信工作，除作为计算机网络软件的基础组成部分外，还可用作计算机与自带终端或附属计算机之间实现通信的软件，通常由线路缓冲区管理程序、线路控制程序、报文管理程序组成。报文管理程序由接收、发送、收发记录、差错控制、开始和结束5部分组成。网络协议软件是网络软件的重要组成部分，按网络所采用的协议层次模型组织而成。除物理层外，其余各层协议大都由软件实现，每层协议软件通常由一个或多个进程组成，其主要任务是完成相应层协议所规定的功能，以及与上、下层连接的接口功能。网络操作系统是指能够控制和管理网络资源的软件。网络操作系统的功能作用在两个级别上：在服务器机器上为在服务器上的任务提供资源管理；在每个工作站机器上，向用户和应用软件提供一个网络环境的“窗口”，从而向网络操作系统的用户和管理人员提供一个整体的系统控制功能。网络协议软件网络操作系统1.6.1计算机网络的组成通信子网和资源子网从功能上看，计算机网络主要具有完成网络通信和资源共享两大功能，为实现这两个功能，计算机网络必须具有数据通信和数据处理两种能力。因此，计算机网络可以从逻辑上划分成两个子网，即通信子网和资源子网。在局域网中，资源子网主要由网络的服务器、工作站、共享的打印机和其他设备及相关软件所组成。通信子网由网卡、线缆、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等设备和相关软件组成。在广域网中，通信子网由一些专用的通信处理机及其运行的软件、集中器等设备和连接这些节点的通信链路组成。资源子网由网络中所有主机及其外部设备组成。1.6.2计算机网络的分类按网络覆盖的地理范围分类广域网在地域上可以覆盖全球范围。互联网是现今世界上最大的广域计算机网络，它是一个横跨全球、供公共商用的广域网络。除此之外，许多大型企业，以及跨国公司和组织也建立了内部使用的广域网络。广域网局域网是将较小地理区域内的计算机或数据终端设备连接在一起的通信网络。局域网覆盖的地理范围比较小，一般在方圆几十米到几千米，主要用于实现短距离的资源共享。局域网城域网是一种大型的通信网络，它的覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般为方圆几千米至几万米，城域网的覆盖范围在一个城市内，它将位于一个城市内不同地点的多台计算机局域网连接起来实现资源共享。城域网目前世界上有许多网络，而不同网络的物理结构、协议和所采用的标准也各不相同。如果连接到不同网络的用户需要相互通信，就需要将这些不兼容的网络通过被称为网关的机器连接起来，并由网关完成相应的转换功能。多个网络相互连接构成的集合称为互连网络，其最常见的形式是多个局域网通过广域网连接起来。互联网1.6.2计算机网络的分类按网络传输介质分类网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，能将信号从一方传输到另一方，主要有同轴电缆、双绞线和光纤。有线网则是使用这些有线传输介质连接的网络。无线传输介质是指周围的自由空间，利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。在自由空间传输的电磁波根据频谱可分为无线电波、微波、红外线和激光等，信息被加载在电磁波上进行传输，无线网即指采用空气中的电磁波作为载体来传输数据的网络。1.6.3计算机网络的体系结构传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）是计算机网络中一个应用广泛的体系结构模型。TCP/IP参考模型分为应用层、传输层、网络互连层和网络接口层4个层次。网络接口层是TCP/IP参考模型中的最底层，负责网络互连层与硬件设备的联系。网络接口层没有定义TCP/IP协议簇专属协议，它提供了将数据包跨设备传输的底层传输机制。该层的数据收发、帧封装等逻辑可以在网卡的软件驱动程序中进行控制，也可以在网卡固件或专用芯片中进行控制。网络接口层01在TCP/IP模型中，应用层实现了OSI参考模型中会话层和表示层的功能。在应用层中，能够对不同的网络应用引入不同的应用层协议。其中，有基于TCP的应用层协议，如文件传输协议（FTP）和超文本传输协议（HTTP）等，也有基于UDP的应用层协议。应用层04网络互联层是整个TCP/IP的核心，对应于OSI参考模型的网络层，负责对独立传送的数据分组进行路由选择，以保证发送到目的主机。由于该层中使用的是IP，因此又称IP层。网络互联层的主要功能包括3点，分别是处理互联的路径、流程与拥塞问题；处理来自传输层的分组发送请求；处理接收的数据包。网络互联层02在TCP/IP模型中，使源端主机和目标端主机上的对等实体进行会话属于传输层的功能。在传输层定义了TCP和UDP两种服务质量不同的协议。TCP是一个面向连接的、可靠的协议，它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。TCP还要处理端到端的流量控制。传输层031.6.4互联网的接入方式互联网是全球最大、连接能力最强，由遍布全世界的众多大大小小的网络相互连接而成的计算机网络。互联网主要采用TCP/IP，它使网络上各台计算机可以相互交换各种信息。用户的计算机要连入互联网的方法有多种，一般都是联系互联网服务提供商（ISP），对方派专人根据当前的情况实际查看、连接后，进行IP地址分配、网关及DNS设置等，从而实现上网。目前，总体说来连入互联网的方法主要有ADSL拨号上网和光纤宽带上网两种，下面分别介绍。（1）ADSL。ADSL可直接利用现有的电话线路，通过ADSLModem进行数字信息传输，ADSL连接理论速率可达到8Mbit/s。它具有速率稳定、带宽独享、语音数据不干扰等优点，适用于家庭、个人等用户的大多数网络应用需求。（2）光纤。光纤是目前宽带网络中多种传输媒介中最理想的一种，它具有传输容量大、传输质量好、损耗小和中继距离长等优点。1.6.5IP地址与域名系统基础IPv4IPv601IPv4是互联网协议（IP）的第4版，也是第一个被广泛使用、构成现今互联网技术基石的协议。IPv4采用32位二进制地址，因此最多有232个地址。IPv4地址由4个用小数点分开的十进制数组成，每个十进制数的取值范围是0～255，例如，5就是一个IPv4地址。02随着互联网的飞速发展，IPv4定义的有限的地址空间即将被耗尽，空间的不足将影响互联网的进一步发展，IPv6应运而生。IPv6采用128位二进制地址，因

此可以有2128（约3.4×1038）个地址。IPv6地址由8个用冒号隔开的4位十六进制数组成，例如，CECD:910A:222C:5B98:8D75:11E1:39F0:2A20就是一个IPv6地址。1.6.6Microso