《计算机 基础》-第1章 计算机基础

教学目标了解计算机的发展、分类、特点及应用范围掌握计算机的基本组成掌握计算机的硬件组成及性能指标了解软件系统掌握信息在计算机中的表示方法了解计算机病毒1.1计算机概述任务目标一、目的了解计算机的发展、分类、特点及应用范围。二、重点掌握计算机的发展及特点。三、难点掌握计算机的发展及特点。1.1.1计算机的产生世界上公认的第一台计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator），即“电子数值积分计算机”，于1946年2月14日正式启用。由美国宾夕法尼亚大学任教的物理学家约翰·莫克利领导研制。半个世纪以来，计算机技术有了飞速发展，但计算机的基本体系结构和基本工作原理仍然沿袭着冯·诺伊曼的最初构思和设计，于是人们将这种延续至今的“存储程序”式计算机统称为冯氏结构计算机。其思想是：将符号化的计算步骤存放在存储器中，然后依次取出存储的内容进行译码，并按照译码结果进行计算，从而实现计算机工作的自动化。1.1.2计算机的发展1.第一代——电子管计算机2.第二代——晶体管计算机3.第三代——集成电路计算机4.第四代——大规模和超大规模集成电路计算机5.新一代计算机（1）人工智能（2）生物计算机6.计算机的发展趋势高速集成化、多媒体化、资源网络化、处理智能化1.1.3计算机的分类与特点1.计算机的分类（1）按信息处理方式分类分为数字式电子计算机、模拟式电子计算机、混合式电子计算机（2）按计算机采用的主要物理元件分类分为：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机。（3）按规模与功能分类分为巨型机、大型机、小型机、微型机和工作站五大类。（4）按应用范围分类按应用范围可将计算机分为通用机和专用机。2.计算机的特点（1）运算速度快（2）计算精确度高（3）具有记忆和逻辑判断能力（4）具有自动控制能力1.1.4微型计算机的发展微型计算机也称为PC（PersonalComputer）机，即个人计算机，又简称微机。微机的性能主要取决于微处理器的性能，所以微机和微处理器的发展基本上是同步的。微处理器各阶段的性能如

表1.1所示。1.1.5计算机的应用范围1.科学计算2.数据处理3.自动控制4.计算机辅助系统5.人工智能方面的研究和应用6.多媒体技术应用1.2计算机的基本组成任务目标一、目的了解计算机系统的基本组成。二、重点掌握计算机硬件系统的组成。三、难点掌握计算机的硬件系统、软件系统、总线结构。1.2.1计算机系统的基本组成完整的计算机系统包括两大部分，即硬件系统和软件系统。计算机硬件是指构成计算机系统的物理设备，即由物理元器件构成。计算机软件是指在计算机硬件上存储、运行的程序，以及开发、使用和维护程序所需的所有文档的集合。1.2.2计算机硬件系统计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成，也称计算机的五大部件。这五大部件在数据处理时有机地结合在一起，其结构

如图1.2所示。1.2.3计算机总线结构共有三种：数据总线（DataBus）、地址总线（Address)和控制总线（ControlBus）常见的总线结构有ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线和USB总线。1.2.4

计算机的软件系统计算机的软件系统指的是计算机运行所需的各种程序和数据及其有关资料的集合。一般来说，软件是存储在计算机存储器中的，肉眼看不见，也无法通过触摸感觉到。广义的软件系统也包括非电子的有关说明资料、说明书、用户指南、操作手册等软件主要指的是程序，计算机通过执行程序，才有了思想和意识，也有了处理问题的智能。计算机的软件系统分为系统软件和应用软件，其中最重要的系统软件是操作系统。1.3

微型计算机的硬件及性能指标任务目标一、目的了解计算机的硬件及性能指标。二、重点掌握计算机的性能指标。三、难点掌握计算机的各个部件知识。1.3.1

系统主板系统主板是主机箱内最大的一块集成电路板，如图1.4所示。在主板上可以通过总线连接所有部件，系统的扩展插槽上可以方便地扩充计算机的功能，用于插入显卡、声卡等。1.3.2

微处理器微型计算机的中央处理器（CPU）是微型计算机的核心，由运算器和控制器两部分组成。运算器是微机的运算部件，又称算术逻辑运算单元（ALU）；控制器是微机的指挥控制中心，根据给定的指令产生相应的控制信号送到时序和控制逻辑电路，从而组合成外部电路所需要的时序和控制信号，指挥和协调微机各部件正常工作。随着大规模集成电路的出现，使得微处理器的所有组成部分都集成在一块半导体芯片上，目前广泛使用的微处理器有：Intel公司Pentium（奔腾）系列以及AMD公司的AMD系列等。CPU控制着微机的计算、处理、输入和输出等整个工作，它决定着微机的性能。CPU的主要性能指标有以下几个:1.主频:是CPU内部时钟晶体振荡频率，主频的单位是MHz（兆赫兹，每秒百万次）和GHz（吉赫兹，每秒十亿次），目前微机CPU主频已达到2GMHz或更高。主频越高，微机的运算速度就越快。2.字长:指CPU一次能够同时处理的二进制的位数，它标志着计算机的处理能力。字长越长的计算机运算速度越快，效率和精度也越高。3.寻址能力:反映了CPU一次可访问内存中数据的总量，由地址总线宽度来确定。4.多媒体扩展技术:多媒体扩展技术是为适应对通信、音频、视频、3D图形、动画及虚拟现实而研制的新技术，已被嵌入PentiumⅡ以上的CPU中，其特点是可以将多条信息由一个单一指令即时处理，并且增加了几十条用于增强多媒体处理功能的指令。

1.3.3

存储器1.内存储器目前微机的内存一般有128MB、256MB、512MB，甚至更多。2.高速缓冲存储器随着微机CPU工作频率的不断提高，而RAM的读写速度相对较慢，为解决内存速度与CPU速度不匹配，从而影响系统运行速度的问题，在CPU与内存之间设计了一个容量较小（相对主存）但速度较快的高速缓冲存储器Cache，简称快存。

3.外存储器（1）软磁盘存储器软磁盘（FloppyDisk）简称软盘。软盘是一种涂有磁性物质的聚酯塑料薄膜圆盘。在磁盘上信息是按磁道和扇区来存放的，软盘的每一面都包含许多看不见的同心圆，盘上一组同心圆环形的信息区域称为磁道，它由外向内编号。每道被划分成相等的区域，称为扇区。（2）硬磁盘存储器硬磁盘存储器（HardDisk）简称硬盘。硬盘是由涂有磁性材料的合金圆盘组成，是微机系统的主要外存储器（或称辅存）。

硬盘存储容量的计算公式为:存储容量＝磁头数×柱面数×扇区数×每扇区字节数（512B）现在常见硬盘的存储容量有：30GB、80GB、100GB等。

（3）磁带存储器磁带存储器也称为顺序存取存储器SAM（SequentialAccessMemory），即磁带上的文件依次存放。磁带存储器存储容量很大，但查找速度慢，在微型计算机上一般用做后备存储装置，以便在硬盘发生故障时，恢复系统和数据。（4）光盘存储器光盘（OpticalDisk）存储器是一种利用激光技术存储信息的装置目前用于计算机系统的光盘有三类：只读型光盘、一次写入型光盘和可抹型（可擦写型）光盘。（5）U盘:是近年来推出的一种轻型精致、便于携带、存储量、安全可靠的新型可移动式大容量存储器。1.3.4

输入设备输入设备用于将人们要告诉计算机的信息，如数据、命令等转换成计算机所能接受的电信号。输入设备主要包括：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、条形码阅读器、数字摄像机、数码相机、麦克风、触摸屏等。键盘和鼠标是目前计算机中最为普及和通用的两类输入设备。1.3.5

输出设备输出设备的主要作用是把计算机处理的数据和运行结果显示在屏幕上或打印到纸上，并把从存储器取出的电信号转换为其他形式输出。常见的输出设备包括：屏幕显示设备(图1-6)、打印机（图1-7）、绘图仪和音响设备等。1.4计算机软件系统任务目标一、目的了解计算机的软件系统。二、重点掌握计算机的软件系统。三、难点掌握计算机各种软件的使用方法。1.4.1计算机系统硬件与软件的关系没有任何软件支持的计算机称为裸机（BareMachine），它仅仅构成了计算机系统的物质基础，而实际操作系统与硬件和软件的关系呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的，如图1.8所示。

1.4.2计算机系统软件1.操作系统（1）操作系统的功能①CPU管理。②存储管理。③设备管理。④文件管理。⑤作业管理。（2）操作系统的分类①按操作系统运行的环境分类，有实时操作系统、分时操作系统和批处理操作系统。②按管理用户数量分类，有单用户操作系统和多用户操作系统③按同时管理的作业数分类，有单任务操作系统与多任务操作系统。④按用户交互界面的形式分类，有字符命令界面操作系统和视窗图形界面操作系统。⑤按使用范围分类，有个人计算机操作系统和网络操作系统。（3）常用的操作系统①Windows操作系统。②Unix操作系统。③Linux操作系统。2.数据库管理系统数据库管理系统主要用于档案管理、财务管理、图书资料管理、仓库管理、人事管理等数据处理。3.联网及通信软件网络上的信息和资料管理比单机上的要复杂得多，因此出现了许多专门用于联网和网络管理的系统软件。1.4.3计算机应用软件1.文字处理软件文字处理软件主要用于对输入到计算机中的文字进行编辑并能将输入的文字以多种字形、字体及格式打印出来。常用的文字处理软件有MicrosoftWord、金山WPS等。2.表格处理软件表格处理软件可以处理各式各样的表格并存盘打印。目前常用的表格处理软件有MicrosoftExcel、金山表格等。3.图形图像处理软件利用图形图像处理软件可以对图像进行加工、处理，以满足不同用户的各种要求。目前PC机上流行的图形图像处理软件有AdobePhotoShop图形图像处理软件，它处理的是位图图像，可以进行绘图编辑、色彩调整、广告设计、处理特殊图片效果，合并多个图像等操作；CorelDraw绘图程序，它可以修改矢量图形图像，主要用于创作杂志、书籍等出版物上的艺术图以及用于工程和三维模型。1.5信息在计算机中的表示任务目标一、目的了解信息在计算机中的表示和计算机中信息的编码。二、重点掌握信息在计算机中的表示方法。三、难点掌握进制间的相互转换方法。1.5.1进位计数制1.计算机采用二进制的原因（1）可行性：使用二进制数，只需表示“0”和“1”两个状态，这在技术上是轻而易举就能做到的（2）可靠性：使用二进制数，只有两个状态，数字的传输和处理不容易出错（3）简易性：二进制数的运算法则比较简单（4）逻辑性：由于二进制数只有0、1两个数码，可以代表逻辑代数中的“假”和“真”，所以逻辑运算也可以使用二进制数，从而简化了计算机在逻辑运算方面的设计2.二进制数的运算（1）算术运算①二进制数的加法运算是按位进行的，运算法则有三条0＋0=0，0＋1=1＋0=1，1＋1=10（逢二进一，向高位进位）。②二进制数的减法运算是按位进行的，运算法则有三条0－0=1－1=0，1－0=1，0－1=1（向高位借位，借一当二）。③二进制数的乘法运算法则有两条：0×0=0×1=1×0=0，1×1=1。（2）逻辑运算①逻辑非运算：用上横线、NOT表示。非运算的规则是：直接求反即可。②逻辑乘运算：按位求与，用∩、AND表示。与运算的规则是：只有二者全为真时结果为真，否则为假。③逻辑加运算：按位求或，用U、OR表示。或运算的规则是：只有二者全为假时结果为假，否则为真。3.进制中的数位、基数及权在进位计数制中有基数、数位和位权三个要素基数是指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数。例如，二进制数基数是2数位是指数码在一个数中所处的位置。一个数字在数的不同位置出现代表的数值不同。对于多位数，处在某一位上的“1”所表示的数值的大小，称为该位的位权。一般情况下，对于N进制数，整数部分第i位的位权为Ni-1，而小数部分第j位的位权为N-j。例如，二进制第2位的位权为22-1=2，第3位的位权为23-1=4。1.5.2四种进制数之间的相互转换1.十进制整数转换为其他进制数转换规则：整数部分的转换采用“除基取余”法，即转换中除以基数（2、8或16）取余数，直到商为0，最后得到的余数倒序读出，即为结果。一个十进制整数转换为二进制整数的方法如下：把被转换的十进制整数反复地除以2，直到商为0，所得的余数（从末位读起）就是这个数的二进制表示，即“除2取余法”【示例1-1】将十进制整数（215）10转换成二进制整数的计算过程如下：2.十进制小数转换为其他进制数小数部分的转换采用“乘基取整”法，即转换中采用乘基数（2、8或16）取整数，直到小数部分的位数达到所要求的精度时为止。十进制小数转换成二进制小数是将十进制小数连续乘以2，选取进位整数，直到满足精度要求为止，简称“乘2取整法”。【示例1-2】将十进制小数（0.6875）10转换成二进制小数。3.其他进制数转换为十进制数把二进制数转换为十进制数的方法是：将二进制数按权展开求和即可。【示例1-3】将（10011.101）2转换成十进制数4.二进制与八、十六进制之间的相互转换由于二进制数和八进制数之间存在特殊关系，即23=8，因此转换方法比较简单，具体转换方法是：将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左3位一组，小数部分从左向右3位一组，不足3位用0补足即可【示例1-4】将（10110101110.11011）2转换为八进制数。

（2）八进制数转换成二进制数方法：以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应的3位二进制数取代，然后将其连在一起即可【示例1-5】将（6237.431）8转换为二进制数。（3）二进制数转换成十六进制数【示例1-6】将二进制数（101001010111.110110101）2转换为十六进制数。（4）十六进制数转换成二进制数【示例1-8】将（3AB.11）16转换成二进制数。1.5.3计算机中信息的编码1.字符编码2.汉字编码（1）国标码（2）机内码（3）汉字的字形码

1.5.4计算机中数据的编码1.原码：原码的表示法规定：用符号位和数值表示带符号数。正数最高位为“0”，负数最高位为“1”。2.反码：反码的表示法规定：正数的反码与原码相同；负数的反码是将原码的符号位不变，其余各位取反。3.补码：补码的表示法规定：正数的补码与原码相同；负数的补码将反码加1（符号位不变）。

1.6计算机病毒任务目标一、目的了解计算机病毒的特征及防治。二、重点掌握计算机病毒的特征及防治。三、难点掌握计算机病毒的特征及防治。1.6.1计算机病毒的定义