第1章计算机文化概念11

1、计算机应用基础 姓名：聂春强 电话：53523362 Email：第第1章章 计算机应用基础计算机应用基础 1.1 计算机的发展计算机的发展与应用与应用 1.2 计算机的计算机的组组成与工作原理成与工作原理 1.3 信息的表示与存储信息的表示与存储 1.4 计算机系统计算机系统 1.5 计算机安计算机安全全1.1 计算机的发展与应用计算机的发展与应用 计算机是一种能自动、高速地进行数据信息处理的机器，它是20世纪人类最伟大、最卓越的科学技术发明之一。随着计算机技术的发展，计算机已广泛应用于现代科学技术、国防、工业、农业、企业管理、办公自动化以及日常生活中的各个领域，并

2、愈来愈产生出巨大的效益。 1.1 计算机的特点计算机的特点1. 运算速度快高性能计算机每秒能进行10亿次加减运算2. 计算精度高一般的计算机均能达到15位有效数字3. 记忆能力强存储器的容量可以做得非常大，能记忆大量信息。既能记忆各类数据信息，又能记忆处理加工这些数据信息的程序4. 复杂的逻辑判断能力 5. 具有执行程序的能力计算机是个自动化程度极高的电子装置，在工作过程中不需人工干预，能自动执行存放在存储器中的程序6. 互相通信能力7. 可靠性高8. 通用性强 联网功能，internet 1. 1 计算机的分类计算机的分类 1按计算机中信息的表示形式分类按计算机中信息的表示形式分类 (1)

3、电子数字计算机。 (2) 电子模拟计算机。 (3) 数模混合计算机。 2按应用范围分类按应用范围分类 可分为专用机和通用机。3按计算机规模分类按计算机规模分类 1. 巨型机运算速度快、存储容量大，可达1亿次每秒以上运算速度，主存容量高达几百兆至几千兆字节，字长可达64位2. 大型机运算速度一般在100万次/秒几千万次/秒，字长32位64位，主存容量在几百兆字节以上。它有比较完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统。3. 中型机中型机规模介于大型机和小型机之间。4. 小型机规模较小、结构简单、成本较低、操作简便、维护容易，从而得以广泛推广应用。5. 微型机采用微处理器、半导体存储器和输

4、入输出接口等芯片组装，具有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可靠性更高、使用更加方便等优点。6. 工作站工作站实际上就是一台高档微机，运算速度快，主存储器容量大，易于联网，特别适合于CAD/CAM和办公室自动化。1.1 计算机的发展与应用计算机的发展与应用 1.1.2 计算机的诞生计算机的诞生 第一台计算机: ENIAC1946年，美国宾夕法尼亚大学重30多吨，占地约170平方米大约使用了18000个电子管运算速度：5 000次加减法运算/秒存储容量：20个10位的十进制数编程：对大约6 000个多位开关进行机械定位，并用转插线把选定的各个控制部分互连起来以构成程序序列，要花上几天时

5、间 ENIAC计算机和主要发明人: 莫克利和埃克特 逻辑元件程序设计语言运算速度内存容量第一代电子计算机19491957年电子管机器语言或汇编语言几千次每秒几KB第二代电子计算机19581964年晶体管FORTRAN、ALGOL、COBOL几十万次每秒几十KB第三代电子计算机19651970年中、小规模集成电路操作系统和会话式语言百万次每秒 第四代电子计算机1971大规模或超大规模集成电路 几百万亿次每秒 第五代智能化计算机正在研制之中，使计算机具有人工智能，可像人一样能看、能听、能说、能思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等 1.1.2 计算机的发展计算机的发展1.1.2 计算机的发展计算

6、机的发展 未来计算机的发展趋势表现为四种趋向： （1）网络化 （2）智能化 （3）微型化、多样化 （4）巨型化 （附）多媒体信息处理1.1.3 计算机的应用计算机的应用1. 科学计算在自然科学中，诸如数学、物理、化学、天文、地理等领域；在工程技术中，诸如航天、汽车、造船、建筑等领域，计算工作量是非常大的2. 信息处理已广泛地应用于办公室自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、电影电视动画设计、会计电算化、图书管理、医疗诊断等各行各业3.实时控制微机控制系统除了应用于工业生产外，还广泛应用于交通、邮电、卫星通信等4.计算机辅助系统(1) 计算机辅助设计。 已广泛应用于服装、机械、飞机、船舶

7、、水坝、集成电路等设计中 (2) 计算机辅助制造。直接控制产品的加工和生产 (3) 计算机辅助教学。CAI课件的CAI；利用计算机网络的远程教育5. 人工智能利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断专家系统、推理证明等各方面6. 网络应用英特网7. 系统仿真飞行模拟训练，航海模拟，天气模拟1.1.4 计算机与社会信息化 信息：事务的本质属性，存在方式和运动状态的实质性反映。 数据：文字符号，图形图像或其他形式。应用软件1.2 计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理 系统软件系统软件 硬件 一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。如图所示。 1.2 计算机系统的组成

8、与工作原理计算机系统的组成与工作原理 中央处理器CPU（运算器、控制器） 主机 内存储器 硬件 外存 外部设备 输入设备 输出设备计算机系统 操作系统: WINDOWS、 UNIX 系统软件 语言系统: Fortran、PASCAL、BASIC 、C、C+ 软件 办公自动化 辅助设计/制造/教学(CAD/CAM/CAI)应用软件 信息管理/数据库科学计算其它各应用领域软件微机系统的组成微机系统的组成1.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 根据冯根据冯诺依曼原理，计算诺依曼原理，计算机硬件由运算器、控制器机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出、存储器、输入设备、输出设备设备5个基本部分组成

9、。个基本部分组成。 右图所示为计算机这五部分的联系示意图，并描述了这五部分的职能关系。 1中央处理器中央处理器 中 央 处 理 器 简 称 为 C P U （ C e n t r a l Processing Unit），它是计算机系统的核心，中央处理器包括运算器和控制器两个部件。 运算器运算器是计算机的核心部件，它对信息进行加工和运算，其速度几乎决定了计算机的计算速度。运算器的主要功能是对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。参加运算的数(称之为操作数)由控制器指示，从存储器内取到运算器中。 控制器控制器是整个计算机的控制指挥中心，它的功能是识别翻译指令代码，安排操作次序，并向计算机各部件发出适

10、当的控制信号，以指挥整个计算机有条不紊地工作。 2存储器存储器 存储器是计算机的记忆和存储部件，用来存放信息。对存储器而言，容量越大，存取速度则越快。计算机中的操作，大量的是与存储器交换信息，存储器的工作速度相对于CPU的运算速度要低得多，因此存储器的工作速度是制约计算机运算速度的主要因素之一。 1）内存储器 内存又称为主存，它和CPU一起构成了计算机的主机部分。 2）外存储器 内存由于技术及价格上的原因，容量有限，不可能容纳所有的系统软件及各种用户程序，因此，计算机系统都要配置外存储器。 3）高速缓存 内存与外存之间频繁信息交换，用于不同工作速度的部件之间起到匹配速度的作用。速度是最快的。

11、3输入设备输入设备 输入设备是外界向计算机传送信息的装置。在微型计算机系统中，最常用的输入设备是键盘和鼠标。 4输出设备输出设备 输出设备的作用是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种为人们所认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备有显示器和打印机。 USB 接 口 键 盘 、 鼠 标 接 口 并 口 内 存 插 槽 CPU 插 槽 电 源 接 口 IDE1 接 硬 盘 IDE2 接 光 驱 PCI 插 槽 AGP 显 卡 插 槽 计算机软件是组成计算机系统的逻辑设备，它包括系统软件和应用软件两部分。 1.2 .3 计算机软件系统计算机软件系统1.2.3 计算机软件系统计算机

12、软件系统 系统软件系统软件是指管理、控制和维护计算机及外部设备，提供用户与计算机之间的界面，支持、开发各种应用软件的程序。系统软件主要包括以下几种： 操作系统：操作系统是对计算机进行控制、 管理的核心，用户只有通过它才能使用计算机。 监控和诊断程序：指出计算机出错时错误的性质。 计算机语言处理程序：如 BASIC、PASCAL、C语言等 程序库：各种标准子程序。 其他服务程序： 如编辑程序、工具软件等。 几个常用操作系统启动界面几个常用操作系统启动界面1.2.3 计算机软件系统计算机软件系统 应用软件应用软件是计算机用户利用计算机的系统软件编写解决某一专门问题的程序。这些程序可能是用机器语言、

13、汇编语言、数据库语言或BASIC、FORTRAN 、C等高级语言编写的。1.2.3 计算机软件系统计算机软件系统 在用计算机解题时，要让计算机处理一些数据，必须使计算机懂得人的意图，接受人向它发出的命令和信息。人和计算机交流信息需要使用语言，这种语言称为计算机语言或称为程序设计语言。 计算机语言通常分为： 机器语言 汇编语言 高级语言(1) 机器语言 机器语言是一种用二进制代码“0”和“1”来表示的，能被计算机直接识别和执行的语言。 例如：机器语言中的指令 1011011000000000进行一次加法运算 1011010100000000进行一次减法运算 要处理一个问题，需要很多条类似的指令组

14、合，这种组合称为用机器语言编写的程序。这种程序计算机能够直接执行，而且速度快。但是，用机器语言编写程序是一项十分繁琐的工作，要记住各种代码和它的含义是不容易的，而且编出来的程序直观性差，检查和调试都比较困难。(2) 汇编语言及汇编程序 汇编语言是一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言。例如，要完成 x+y = k 的加法运算，用汇编语言编程如下： LD x (取x) ADD y (加y) STA k (送到k) 用汇编语言书写的符号程序叫做源程序，计算机不能直接运行这种源程序，必须要用专门设计的汇编程序对其加工和转换，把源程序转换成机器指令组成的目标程序，再去执行，这一过程又称为汇编程序。

15、汇编语言有两个缺点： 一是不同型号的计算机，对同一问题编的汇编语言程序是互不相通的；二是与自然语言差别较大，难于普及。(3) 高级语言及编译或解释程序 不论是机器语言还是汇编语言，都不利于计算机的推广和使用。20世纪50年代末诞生了第一个主要用于科学计算的高级语言FORTRAN语言，随后各种高级语言犹如雨后春笋般涌现出来，发展速度极快。现在世界上使用的高级语言有几百种之多，最常用的主要有以下几种： BASIC简单易学的会话式语言； FORTRAN面向科学计算的语言； COBOL面向商业数据处理的语言； PASCAL结构程序设计语言； LISP符号处理语言； C既具有高级数据结构，又具有低级语言

16、特色的通用语言； PROLOG逻辑型语言； ADA美国国防部的标准高级语言。 编译方式 解释方式 1.3.1 常用的进位计数制常用的进位计数制 进位计数制很多，这里主要介绍与计算机技术有关的几种常用进位计数制。 1十进制十进制 十进位计数制简称十进制。十进制数具有下列特点： (1) 有十个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。 (2) 每一个数码符号根据它在这个数中所处的位置(数位)，按“逢十进一”来决定其实际数值，即各数位的位权是以10为底的幂次方。1.3 计算机中信息的表示计算机中信息的表示 例如(123.456)10，以小数点为界，从小数点往左依次为个位、十位、百位，从小

17、数点往右依次为十分位、百分位、千分位。因此，小数点左边第一位3代表数值3，即3100，第二位2代表数值20，即2101；第三位1代表数值100，即1102；小数点右边第一位4代表数值0.4，即4101；第二位5代表数值0.05，即5102；第三位6代表数值0.006，即6103。因而该数可表示为如下形式： (123.456)10=110221013100410151026103 2二进制二进制 二进位计数制简称二进制。二进制数具有下列特点： (1) 有两个不同的数码符号0，1。 (2) 每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢二进一”来决定其实际数值。例如例如 ： (11011.101)2=

18、124123022121120121022123=(27.625)10 3八进制八进制 八进位计数制简称八进制。八进制数具有下列特点： (1) 有八个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7。 (2) 每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢八进一”来决定其实际的数值。 例如 (123.24)81482=(83.3125)10 4十六进制十六进制 十六进位计数制简称为十六进制。十六进制数具有下列两个特点： (1) 它有十六个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。由于数字只有09十个，而十六进制要使用十六个数字，所以用AF六

19、个英文字母分别表示数字1015。(2) 每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢十六进一”来决定其实际的数值。 例如例如 (3AB.48)16=3162A161B16041618162=(939.28125)10 表1.1 计算机中常用的几种数制基数R102816位权Rk10k2k8k16k数字符号0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,10,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F进位规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一 数制 表示方法 十 进 制 二 进 制 八 进 制 十 六 进 制 名称 1.3.2 不同进位计数制之间的转换不同进位

20、计数制之间的转换 不同进位计数制之间的转换，实质上是基数间的转换。一般转换的原则是：如果两个有理数相等，则两数的整数部分和小数部分一定分别相等。因此，各数制之间进行转换时，通常对整数部分和小数部分分别进行转换，然后将其转换结果合并即可。 1 非 十 进 制 数 转 换 成 十 进 制 数 非 十 进 制 数 转 换 成 十 进 制 数 (10110101)2=127+026+125+124+023+122+021+120=(181)10 (265)8=282+681+580=(181)10 (B5)16=11161+5160=(181)10 2十进制数转换成二进制数 A.对于十进制整数，可用除

21、2取余法将其转换为二进制数。B.对于十进制纯小数，用乘2取整法将其转换为二进制数。 例: (0.375)10=( ? )2 乘乘2 2 小数部分小数部分 整数部分整数部分 20.375=0.75 0.75 0 20.75=1.5 0.5 1 20.5=1.0 0.0 1 把每次乘积的整数部分由上而下依次排列起来，即得所求的二进制纯小数的小数点后各位数字。 (0.375)10=(0.011 )2 3非非十进制数之间的转换例. 将八进制数72.46转换成二进制数，过程如下：即 （72.46）8=(111010.100110)2111 010 .100 110.2467例例. 将二进制数101101

22、110.1001001B转换成十六进制数，过程如下： 0001 0110 1110. 1001 001016E9.2将十六进制数2B8.A5转换成二进制数，过程如下： 0010 1011 1000. 1010 01012B8A.5即 2B8.A5=1010111000.10100101 1.3.3 二进制与计算机二进制与计算机 计算机是对数据信息进行高速自动化处理的机器。这些数据信息是以数字、字符、符号以及表达式等形式来体现的，它们都以二进制编码形式与机器中的电子元件状态相对应。二进制与计算机之间的密切关系，是与二进制本身所具有的特点分不开的。概括起来，有以下几点。 1.3.3 二进制数的算术

23、运算二进制数的算术运算 二进制数的算术运算包括加法、减法、乘法和除法。基本运算是加法和减法运算。 1二进制数的加法运算二进制数的加法运算 加法运算按下列三条法则进行： (1) 00=0。 (2) 01=10=1。 (3) 11=10（逢二进一，向高位进位）。 例例 (1010)2(1011)2的算式如下： 被加数 1010 加数 1011 ) 进位101 和数 10101 2二进制数的减法运算二进制数的减法运算 减法运算按下列三条法则进行： (1) 00=11=0。 (2) 10=1。 (3) 01=1（此时要向高位借位，借1当2）。 例例1.12 (11100101)2(10011010)2

24、的算式如下： 被减数 11100101 减数 10011010 ）借位 0011010 差数 01001011二进制数的逻辑运算二进制数的逻辑运算 计算机中的信息是以二进制数来表示的，有1和0两种可能的值。如果把二进制码的“1”和“0”表示成“有”和“无”、“是”和“非”、“真”和“假”，那么这种变量就称为逻辑变量。描述逻辑变量关系的函数称为逻辑函数。实现逻辑函数的电路称为逻辑电路。实现逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。 1逻辑加法（逻辑逻辑加法（逻辑“或或”运算）运算）例 两个二进制数10011010和00101011进行逻辑或运算的过程如下： 10011010 +）00101011 1011

25、1011 即1001101000101011=10111011。2逻辑乘法（逻辑逻辑乘法（逻辑“与与”运算）运算）例例.两个二进制数10101101和00101011进行逻辑与运算的过程如下： 10101101 ）00101011 00101001 即10101101 00101011=00101001。3逻辑否定（逻辑逻辑否定（逻辑“非非”运算）运算） 逻辑否定又称逻辑非运算，其运算符号为在逻辑变量的上方加一横线，例如，表示对A的否定运算。其运算规则为： =1，读成“非0等于1”。 =0，读成“非l等于0”。 因为是二值代数，所以不是0就是1，不是1就是0。在日常生活中，说“灯不亮”，就是“

26、灯灭”，因为灯只有亮和灭两个值。 1011.3.4 数据的单位数据的单位 计算机中数据的常用单位有位、字节和字。 1位（位（bit） 计算机采用二进制。运算器运算的是二进制数，控制器发出的各种指令也表示成二进制数，存储器中存放的数据和程序也是二进制数，在网络上进行数据通信时发送和接收的还是二进制数。显然，在计算机内部到处都是由0和1组成的数据流。 2字节（字节（Byte） 为了表示人读数据中的所有字符(字母、数字以及各种专用符号，大约有256个)，需要用7位或8位二进制数。因此，人们选定8位为一个字节（Byte）通常用B表示。1个字节由8个二进制数位组成。 字节是计算机中用来表示存储空间大小的

27、最基本的容量单位。例如，计算机内存的存储容量、磁盘的存储容量等都是以字节为单位表示的。 除用字节为单位表示存储容量外，还可以用千字节（KB）、兆字节（MB）以及千兆字节（GB）等表示存储容量。它们之间存在下列换算关系： lB=8bit lKB=210 B=l024B lMB=220 B=l024KB lGB=230 B=l024MB 3字（字（word） 字是由若干字节组成的（通常取字节的整数倍）。字是计算机进行数据存储和数据处理的基本运算单位。 字长是计算机性能的重要标志，它是一个计算机字所包含的二进制位的个数。不同档次的计算机有不同的字长。按字长可以将计算机划分为8位机（如Apple、中华

28、学习机）、16位机（如286机）、32位机（如386机、486机）、64位机（奔腾系列微机或巨型机）。 1.3.5 数值型信息的表示数值型信息的表示 为了方便运算，计算机中对有符号数常采用3种表示方法，即原码、补码和反码。下面的例子均以8位二进制数码表示。 1原码原码 如上所述，正数的符号为0，负数的符号为1，其它位按一般的方法表示数的绝对值，用这种方法得到的数码就是该数的原码。例如： ， ， 原码简单易懂，但用这种码进行两个异号数相加或两个同号数相减时都不方便。10)103(x201100111x）（原10)103(y211100111y）（原 2反码反码 正数的反码与原码相同，负数的反码为

29、其原码除符号位外的各位按位取反（0变1，而1变0）。例如： ， 3补码补码 正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在其最低位加1。例如： 2000110012525）（反原21001100125）（原21110011025）（反200011001252525）（补反原21001100125）（原21110011025）（反21110011125）（补 综上可见： (1) 对于正数，原码=反码=补码。 (2) 对于负数，补码=反码+1。 1.4.3 字符型信息的表示字符型信息的表示 字符型信息包括数字、字母、符号和汉字，它们在计算机中都是用二进制数编码的形式来表示的，并为此制定了国际或国家标

30、准。 1字符编码（字符编码（ASCII码）码） 计算机中常用的字符编码是ASCII（American Standard Code for Information Interchange,美国标准信息交换代码），它用一个字节中的低7位（最高位为0）来表示128个不同的字符，其中的95个编码分别对应键盘上可敲入并可以显示和打印的95个字符（包括大、小各26个英文字母，09共10个数字，还有33个通用运算符和标点符号等）及33个控制代码。具体编码如表1.2所示。 表1.2 7位ASCII编码表(B6B5B4B3B2B1B0) B6B5B4B3B2B1B0000001 010 011 100 101

31、110 111 0000 NUL DLE 空格空格 0 P 、 p 0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U eu 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN （ 8 H X h x 1001 HT EM ） 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K k

32、 1100 FF FS , N n 1111 SI US / ? O _ o DEL 2汉字编码汉字编码 我国在1981年颁布了信息交换使用汉字编码字符集，简称国标码，代号“GB231280”。国标码字符集中共有7445个字符（包括6763个汉字和682个非汉字的图形字符）。*常用的3755个一级汉字，按汉字拼音顺序排列；二级汉字3008个，按部首顺序排列 由于国标码每个字节的最高位都是“0”，与国际通用的标准ASCII码无法区分。因此，计算机内部采用机内码来表示汉字。机内码就是将国标码的两个字节的最高位设定为“1”。 3BCD码码 人们习惯于使用十进制数，而计算机内部多采用二进制数表示和处理

33、数值数据，因此在计算机输入和输出数据时，就要进行由十进制到二进制和从二进制到十进制的转换处理，这是多数应用环境的实际情况。 这种编码的另一特点是书写方便、直观、易于识别。1.4计算机系统计算机系统 1中央处理器中央处理器 中央处理器简称为CPU（Central Processing Unit），它是计算机系统的核心，中央处理器包括运算器和控制器两个部件。 中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。CPU能够处理的数据位数是它的一个最重要的品质标志。 2存储器存储器 存储器是计算机的记忆和存储部件，用来存放信息。对存储器而言，容量越大，存取速度则越快。计算机中的操作，

34、大量的是与存储器交换信息，存储器的工作速度相对于CPU的运算速度要低得多，因此存储器的工作速度是制约计算机运算速度的主要因素之一。 1）内存储器 内存又称为主存，它和CPU一起构成了计算机的主机部分。 2）外存储器 内存由于技术及价格上的原因，容量有限，不可能容纳所有的系统软件及各种用户程序，因此，计算机系统都要配置外存储器。 在微型计算机中，常用的外存有磁盘、光盘和磁带，磁盘又可以分为硬盘和软盘。 (1) 软磁盘。软磁盘是一种磁介质形式的大容量存储器。它的磁盘片被装在一个保护套内，一方面保护磁面上的磁层不被损伤，另一方面防止盘片旋转时产生静电引起数据丢失。 (2) 硬盘。硬磁盘是由若干硬盘片组成的盘片组，一般被固定在计算机机箱内。硬盘的存储格式与软盘类似，但硬盘的容量要大得多，存取信息的速度也快得多。现在一般微型机上所配置的硬盘容量通常在几个GB至几十个GB。硬盘在第一次使用时，必须首先进行分区和格式化。 (3) 光盘。光盘的存储介质不同于磁盘，它属于另一类存储器。由于有存储容量大、存取速度较快、不易受干扰和价格低廉等特点，所以光盘的应用越来越广泛。光盘根据其制造材料和记录信息方式的不同一般分为三类：只读光盘、一次性写入