计算机基础知识(高教版)

1、第1章 计算机基础知识 杭州师范大学 信息科学与工程学院 计算机的发展1 计算机特点、分类及应用 2 计算机中的信息表示 3 计算机系统 4 个人计算机 5 计算机在信息社会中的地位 6 计算机使用中的道德问题 7本 章 目 录概述计算机的产生和发展是20世纪科学技术最伟大的成就之一。计算机及其应用已渗透到社会的各个领域，有力地推进了社会信息化的发展。使用计算机的意识和利用计算机获取、表示、存储、传输、处理和控制信息的基本技能，应用信息、协同工作、解决实际问题等方面的能力，已成为衡量一个人文化素质高低的重要标志之一。通过本课程的学习，使读者对计算机有一个初步的了解，为读者使用计算机提供必备的基

2、础知识。计算机的发展人类最早的计算工具可以追溯到中国唐代发明的、迄今仍在使用的算盘。现代计算机孕育于英国、诞生于美国。1936年，英国科学家图灵提出著名的“图灵机”（Turing Machine）的设想。为计算机的诞生奠定了理论基础。世界上第一台电子数字计算机于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学正式投入运行，它的名称叫ENIAC，是电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator And Calculator）的缩写。每秒钟可进行5000次加法运算。计算机的发展ENIAC诞生后，美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出了新的设计思想，主要有两点：其一是计算机应该以二

3、进制而不是十进制为运算基础；其二是计算机应该采用“存储程序和程序控制”方式工作。并且进一步明确指出整个计算机的结构应该由五个部分组成：控制器、运算器、存储器和输入设备、输出设备。冯诺依曼的这一设计思想对后来计算机的发展起到了决定性的作用。20世纪40年代末期诞生的EDVAC是第一台具有冯诺依曼设计思想的电子数字计算机。虽然计算机技术发展很快，但冯诺依曼设计思想至今仍然是计算机内在的基本工作原理。计算机的发展从第一台电子计算机的出现直至20世纪50年代后期，这一时期的计算机属于第一代计算机，采用真空电子管作为主要的电子元器件。20世纪50年代后期到60年代中期出现的第二代计算机采用晶体管作为主要

4、的电子元器件。1958年，世界上第一个集成电路IC（Integrated Circuit）诞生了。集成电路在一块小小的硅片上，可以集成上百万个电子元器件，因此人们常把它称为芯片。1964年4月，IBM公司推出了IBM360计算机，标志着使用中、小规模集成电路的第三代计算机的诞生。计算机的发展在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路，并在20世纪70年代中期在计算机上得到了应用。由大规模、超大规模集成电路作为主要电子元器件的计算机称为第四代计算机。目前，计算机正在向巨型化、微型化、网络化、智能化和多媒体化等方面发展。通过进一步的深入研究，人们发现由于电子元器件的局限性

5、，从理论上讲，电子计算机的发展也有一定的局限性。因此，人们正在研制不使用集成电路的计算机，例如：生物计算机、光子计算机、量子计算机等。计算机的特点计算机在处理信息时采用数字方式，非数字形式的信息要转换成数字形式才能由计算机来处理。计算机在信息处理过程中，不仅能进行算术运算，还能进行逻辑运算并对运算结果进行判断。只要把处理对象和处理方法以计算机可以识别和执行的“语言”事先存储到计算机中，计算机就可以完全自动地进行处理。计算机运算速度快、计算精度高，可以存储大量的信息。计算机之间可以借助于通信网络互相连接起来，共享信息。计算机的分类根据计算机用途的不同，可以将计算机分为通用计算机和专用计算机。通用

6、计算机按其综合性能可以分为巨型计算机、大型计算机、中型计算机、小型计算机和微型计算机、单片计算机以及工作站。根据计算机处理对象的不同，可以将计算机分为数字计算机、模拟计算机和数字模拟混合计算机。数字计算机输入输出的都是离散的数字量；模拟计算机直接处理连续的模拟量，如电压、温度、速度等；数字模拟混合计算机输入输出既可以是数字量也可以是模拟量。一般所说的计算机是指电子数字通用计算机。计算机的主要应用领域科学计算，用计算机来解决科学研究和工程技术中所提出的复杂的数学问题。信息处理，利用计算机进行信息收集、存储、加工、分类、检索、传输和发布。自动控制。利用计算机对动态的过程进行控制、指挥和协调。计算机

7、辅助系统，主要有计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助测试CAT、计算机集成制造系统CIMS和计算机辅助教学CAI等。人工智能，利用计算机来模仿人类的智力活动。 计算机中的信息表示十进制系统中有十个数0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，而二进制系统中只有两个数0和1。无论是什么类型的信息（文本、图像、声音、视频等），在计算机内部都采用二进制形式来表示。尽管计算机内部均用二进制数来表示各种信息，但计算机与外部的交往仍采用人们熟悉和便于阅读的形式。计算机的外部信息需要经过某种转换变为二进制信息后，才能被计算机所接收；同样，计算机的内部信息也必须经过转换后才能恢复信息的“本来面目

8、”。这种转换通常是由计算机自动实现的。计算机中的信息表示位（bit），简记为b，是计算机内部存储信息的最小单位。一个二进制位只能表示0或1，要想表示更大的数，就得把更多的位组合起来。字节（byte），简记为B，是计算机内部存储信息的基本单位。一个字节由8个二进制位组成，即1B = 8b。其他经常使用的信息存储单位还有：千字节KB、兆字节MB、千兆字节GB和太字节TB，其中1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。计算机中的信息表示字（word），一个字通常由一个字节或若干个字节组成，是计算机进行信息处理时一次存取、加工和传送的数据长度。字长是衡量计算

9、机性能的一个重要指标，字长越长，计算机一次所能处理信息的实际位数就越多，运算精度就越高，最终表现为计算机的处理速度越快。常用的字长有8位、16位、32位和64位等。在计算机中用得最多的非数字信息是文本字符。由于计算机只能处理二进制数，这就需要用二进制的“0”和“1”按照一定的规则对各种字符进行编码。 计算机中的信息表示西文字符集由字母、数字、标点符号和一些特殊符号组成。字符集中的每一个符号都有一个二进制数字编码。计算机中使用最广泛的西文字符集是ASCII字符集，其编码称为ASCII码，它是美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Inte

10、rchange）的缩写，已被国际标准化组织ISO采纳，作为国际通用的信息交换标准代码，对应的国际标准是ISO646。7位ASCII码称为标准（基本）ASCII码字符集，可以表示128个字符。8位ASCII码称为扩展的ASCII码字符集，可以表示256个字符。计算机中的信息表示GB2312-80是我国于1981年颁布的一个国家标准国家标准信息交换用汉字编码字符集，其二进制编码称为国标码。国标码用两个字节表示一个汉字。GB2312-80国标字符集由3部分组成。第一部分为字母、数字和各种符号，共682个；第二部分为一级常用汉字，按汉语拼音排列，共3755个；第三部分为二级常用汉字，按偏旁部首排列，共

11、3008个。总的汉字数为6763个。GB2312-80国标字符集的汉字有限，随着计算机应用的普及，一些汉字无法表示。我国重新制定了GB18030国家标准。GB18030标准完全包含了GB2312-80标准，共有汉字27484个。计算机中的信息表示Unicode编码是由国际标准化组织ISO于20世纪90年代初制定的一种字符编码标准，它用两个字节表示一个字符，因此允许表示65536个字符，世界上几乎所有的书面语言都能用单一的Unicode编码表示。前128个Unicode字符是标准ASCII字符，接下来的是128个扩展的ASCII字符，其余的字符供不同的语言使用。目前，Unicode中有汉字277

12、86个。在Unicode中，ASCII字符也用两个字节表示，这样，ASCII字符与其他字符的处理就统一起来了，大大简化了处理的过程。计算机系统计算机的组成不仅与硬件有关，而且还涉及到许多软件技术。计算机系统的硬件只提供了执行命令的物质基础，计算机系统的软件最终决定了计算机能做什么，能提供什么服务。计算机硬件是计算机系统中所有物理装置的总称。目前，计算机硬件系统由五个基本部分组成，它们是控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。控制器和运算器构成了计算机硬件系统的核心中央处理器CPU（Central Processing Unit）。存储器可分为内部存储器和外部存储器，简称为内存和外存。计算机

13、系统控制器。控制计算机硬件系统的各个组成部分有条不紊地协调工作。运算器。对信息进行处理，包括算术运算和逻辑运算。计算机系统存储器。存储器的主要功能是存放程序和数据。存储器由许多存储单元构成，所有的存储单元都按顺序编号，这些编号称为地址。存储器中所有存储单元的总和称为这个存储器的存储容量。 内存分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM两种。RAM用来存放正在运行的程序和数据，一旦关闭计算机（断电），RAM中的信息就丢失了。ROM中的信息一般只能读出而不能写入，断电后，ROM中的原有信息保持不变，在计算机重新开机后，ROM中的信息仍可被读出，因此，ROM常用来存放一些计算机硬件工作所需要的固定的

14、程序或信息。计算机系统外存用来存放大量的需要长期保存的程序和数据，计算机若要运行存储在外存中的某个程序时必须将它从外存读到内存中才能运行。外存按存储材料可以分为磁存储器和光存储器。磁存储器中较常用的有硬盘。光存储器由光盘驱动器和光盘片组成，CD光盘片容量一般在650MB左右，DVD光盘片容量一般在4.7GB左右，CD和DVD通过光盘驱动器读取或写入数据。光存储器的存取速度要慢于硬盘。输入设备用于向计算机输入信息。常用输入设备有键盘、鼠标等 计算机系统输出设备用来输出计算机的处理结果。常用输出设备有显示器、打印机等。其他的输入设备和输出设备有网卡、数码摄像头、声卡和音箱等。通常把控制器、运算器和

15、内存称为计算机的主机。输入设备和输出设备以及外存称为计算机外部设备。所要执行的程序和数据输入计算机，存放在存储器中。CPU依次“按地址”从存储器存储单元中读取程序指令和数据，按照指令的要求发出控制信息，驱动计算机工作，直至完成全部指令任务为止。这就是计算机的“存储程序和程序控制”工作原理。计算机系统如果把计算机硬件看成是计算机的“躯体”，那么计算机软件就是计算机系统的“灵魂”。没有任何软件支持的计算机称为“裸机”，只是一些物理设备的堆积，几乎是不能工作的。只有配备了一定的软件，计算机才能发挥其作用。计算机软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，它是包括程序、数据及其相关文档的完整集合。计算

16、机软件一般可以分为系统软件和应用软件两大类。计算机系统系统软件主要包括操作系统、程序设计语言及其开发环境、数据库管理系统等。操作系统OS（Operating System）是计算机系统中最重要的系统软件。操作系统的主要功能有：任务管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。微软（Microsoft）公司的Windows操作系统是目前应用最广泛的操作系统。 程序设计语言包括机器语言、汇编语言和高级语言。计算机只能执行机器语言程序，用汇编语言或高级语言编写的程序都不能直接在计算机上执行。 计算机系统汇编程序将用汇编语言编写的程序翻译成计算机可直接执行的机器语言程序。编译程序或解释程序将用高级语言

17、编写的程序翻译成计算机可直接执行的机器语言程序。数据库系统一般由计算机系统、数据库、数据库管理系统和相关人员组成。计算机系统提供了数据库系统运行必需的计算机软硬件资源。数据库是存储在计算机内的、有组织的、可共享的、互相关联的数据集合。数据库管理系统DBMS（DataBase Management System）是数据库系统的核心，提供了一个可以方便地、有效地存取数据库信息的环境。用户通过数据库管理系统使用数据库。个人计算机个人计算机PC（Personal Computer）一词源自于1978年IBM公司的第一部台式微型计算机的型号。今天，个人计算机是使用最广泛的计算机。个人计算机中的CPU又称

18、作微处理器，它将传统的运算器和控制器等集成在一块超大规模集成电路芯片上。2005年5月Intel公司推出了双核Pentium D微处理器。双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力。微处理器的发展基本遵循了摩尔定律。摩尔定律认为微处理器性能通常18到24个月便能增加一倍。个人计算机主板（Main Board）是个人计算机中除CPU之外，最基本、最重要的基础部件了。计算机中的其他部件都连接在主板上，因此主板性能的好坏直接影响计算机的总体性能。计算机与输入输出设备及其他计算机的连接是通过外部接口实现的。通用串行总线USB（Universal Serial Bus）口是一种新型的

19、外部设备接口标准，支持在不切断电源的情况下自由插拔以及即插即用（Plug-and-Play，简称PnP）。目前，计算机和外部设备都逐渐采用USB口，而且计算机上的USB口一般有多个。USB口可以用来连接键盘、鼠标、打印机、扫描仪、优盘等。个人计算机媒体（Media）是指信息表示和传播的载体。文字、声音、图形和图像等都是媒体。感觉媒体。直接作用于人的感官，使人能直接产生感觉的信息的载体称为感觉媒体。例如，人类的各种语言、播放的音乐、自然界的各种声音、图形、静止或运动的图像等。表现媒体。表现媒体是感觉媒体与计算机之间的各种输入输出设备，如键盘、鼠标、摄像机、话筒、显示器、打印机等。表示媒体。这是为

20、了加工、处理和传输感觉媒体而人为地进行研究、构造出来的一种媒体。一般指各种编码，如ASCII码、Unicode码、汉字编码等。个人计算机存储媒体。存储媒体用来存放各种表示媒体，如内存、软盘、硬盘、光盘等。传输媒体。传输媒体是用来将媒体从一处传送到另一处的物理载体，如各种类型的网络电缆。多媒体（Multimedia）是多种媒体的综合。多媒体技术是把各种媒体有机组合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。具有多媒体功能的计算机叫做多媒体计算机（简称MPC）。多媒体计算机包含5个基本部分：个人计算机、CD-ROM或DVD驱动器、声卡、音响或耳机、Windo

21、ws操作系统。 计算机在信息社会中的地位物质、能源和信息是现代社会发展的三大基本要素。物质可以被加工成材料，能源可以被转化为动力，信息则可以被提炼为知识和智慧。信息化是指在信息技术的驱动下，由以传统工业为主的社会向以信息产业为主的社会演进的过程，信息社会是信息化的必然结果。信息社会：信息是人类赖以生存和发展的重要资源，各种各样的“信息”无处不在，几乎覆盖了现代社会的所有领域；信息产业高度发达且在产业结构中占据优势，信息技术高度发展且在社会经济发展中广泛应用，信息资源充分开发利用且成为经济增长的基本资源。计算机在信息社会中的地位信息素养（InformationLiteracy）得到越来越广泛的重

22、视，并逐渐加入从小学到大学的教育目标与评价体系之中，成为评价人才综合素质的一项重要指标。“要成为一个有信息素养的人，他必须能够确定何时需要信息，并已具有检索、评价和有效使用所需信息的能力。”计算机技术作为信息社会的关键技术，给社会带来了深远的影响，计算机不仅仅是一种传统意义上的技术，作为人类智力的延伸，它包含了很多人性的、人文的内容，并且在发展过程中广泛渗透到人类社会的各个领域。计算机在信息社会中的地位计算机作为一种知识、技术、能力、修养已成为人类必须具备的一种文化。在信息时代，计算机已经在各行各业广泛使用，如果没有基本的计算机知识和应用能力，在信息社会就无法处理和利用各种信息。在信息社会的网络环境中，计算机已经和人们的日常生活不可分离。它不仅仅是一种工具，而是已经完全融入人类的生活、思维和教育方式。计算机使用中的道德问题计算机犯罪是指利用计算机作为犯罪工具进行的犯罪活动。例如利用计算机网络窃取国家机密，盗取他人信用卡密码，传播复制色情内容等。 “计算机病毒”最早是由美国计算机病毒研究专家F.Cohen博士提出的。“计算机病毒”有很多种定义，国外最流行的定义为：