《计算机文化基础》第一章 计算机基础知识

1、第 一 章计算机基础知识计算机基础知识第 一 章 目 录 计算机基础知识 1.1 计算机概述1.2 信息与人类社会1.3 计算机的工作原理及内部信息的表示1.4 计算机中的信息编码1.5 计算机系统1.6 微型计算机1.7 计算机的安全性计算机概述1.1 目 录 (1)1.1 计算机概述1.1.1 计算机的起源1.1.2 计算机的发展1.1.3 计算机的特点与分类1.1.4 计算机技术的应用1.1.1 计算机的起源1.1.1计算机的起源（1）中国最早的计算工具算筹。公元600年左右，我国出现新的计算工具算盘。17世纪欧洲出现计算尺和机械式计算机。19世纪英国数学家巴贝奇(1792-1871)提

2、出通用计算机的基本设计思想。1.1.1计算机的起源（2）19世纪中叶， 英国数学家布尔(1824 -1898)创立了布尔代数。1937年英国数学家图灵(1912 -1954)提出了著名的“图灵机”的模型。1946年2月世界上第一台电子计算机ENIAC在美国的宾夕法尼亚大学诞生。ENIAC机房1.1.2 计算机的发展1.1.2 计算机的发展计算机的发展史计算机的发展趋势 计算机的发展史起迄年份代别主要逻辑元件软 件电子管机器语言、汇编语言晶体管高级语言、监控程序、 简单操作系统集成电路功能较强的操作系统、 会话式语言大规模或超大规模集成电路软件工程的研究与应用、数据库、语言编译系统和网络软件19

3、46-19571958-19641965-19701970至今一二三四计算机的发展趋势 目前计算机的发展是向着四个方向：巨型化、微型化、网络化和智能化。1.1.3 计算机的特点与分类1.1.3 计算机的特点与分类计算机的特点计算机的分类计算机的特点运算速度快计算精度高具有“记忆”和逻辑判断能力高度自动化通用性计算机的分类按计算机原理分为电子数字计算机和电子模拟计算机按用途可分为专用机和通用机按规模可分为巨、大、中、小、微型计算机其他分类方法1.1.4 计算机技术的应用1.1.4 计算机技术的应用科学计算数据处理计算机辅助系统过程控制人工智能信息与人类社会1.2 目 录 (2)1.2 信息与人类

4、社会1.2.1 信息和数据 1.2.2 信息处理和计算机1.2.3 计算机处理信息的过程1.2.1 信息和数据2.1 信息和数据 数据是信息的表示形式，信息是数据所表达的含义。数据是具体的物理形式，信息是抽象出来的逻辑意义。 信息：是经过加工并对人类社会实践和生产经营活动产生决策影响的数据。 数据：是由一组物理或符号组成，含有某种或某些信息的序列。1.2.2 信息处理和计算机1.2.2信息处理和计算机信息处理包括：数据的输入、数据的加工、分类、存贮、结果的输出等一系列过程计算机在信息处理中的作用充分利用计算机速度快精度高的特点，完成许多以往人工无法完成的工作。利用计算机强大的“记忆”能力，保存

5、大量的信息，并且快速高效地利用这些信息。日益发展的多媒体技术，大大扩展了计算机的应用领域。计算机网络的应用拉近了人和整个世界的距离。计算机进入决策系统。信息高速公路信息高速公路又被称为国家信息基础设施，是指能够以交互方式传递文字、声音和图像等多媒体信息的高信息流量的电信网络。1.2.3 计算机处理信息的过程2.3 计算机处理信息的过程分析这条指令为取下一条指令作准备若为停止指令，则停止程序的运行完成这条指令规定的操作从存储器取出一条指令从程序所在首地址开始，启动计算机执行程序计算机的工作原理及内部信息表示1.3 目 录 (3)1.3 计算机的工作原理及内部信息表示1.3.1 “存储程序”工作原

6、理1.3.2 进位计数制及不同进制数的转换1.3.3 计算机中数据的表示1.3.1 “存储程序”工作原理1.3.1 “存储程序”工作原理冯诺依曼思想存储程序工作原理二进制冯诺依曼思想冯诺依曼(John Von Neumann， 19031957)， 美籍匈牙利数学家。冯诺伊曼对计算机的主要贡献：提出了以二进制和存储程序工作原理为基础的现代计算机的体系结构。存储程序工作原理 所谓存储程序工作原理，就是在计算机中设置存储器，将二进制编码表示的计算步骤与数据一起存放在存储器中，机器一经启动，就能按照程序指定的逻辑顺序依次取出存储内容进行译码和处理，自动完成由程序所描述的处理工作。二进制 所谓二进制就

7、是以二元逻辑为基础，用0和1二进制码组成各种信息进行运算，它确立了现代计算机经济而实用的逻辑结构。1.3.2 进位计数制及不同进制数的转换1.3.2 进位计数制及不同进制数的转换进位计数制的特点计算机为什么使用二进制不同数制数的表示不同数制间数的互相转换进位计数制的特点每一种进制都允许使用固定个数的数码逢N进一采用位权表示法什么是位权在一个数字当中， 处在不同位置上的相同数字所表示的值也是不同的。 一个数字在某个位置上的值等于该数字与这个位置上的因子的乘积，而该因子的值恰 是由所在位置相对于小数点的距离来确定，这个因子就是位权。例如：（286）10中，2的位权是100；8的位权是10，6的位权

8、是1再如：（247）8中，2的位权是64；4的位权是8，7的位权是10 - 16之间整数的常用进制数对应关系计算机为什么使用二进制二进制在物理上容易实现二进制运算规则简单不同数制数的表示 在数字后加字母B表示二进制数，加字母O表示八进制数， 加字母D表示十进制数，加字母H表示十六进制数。例：1011B为二进制数1011，也记为（1011）21357O为八进制数1357，也记为（1357）82049D为十进制数2049，也记为（2049）103FB9H为十六进制数3FB9，也记为（3FB9）16不同数制间数的互相转换任意进制数转化为十进制十进制数转化为任意进制数二进制、八进制、十六进制数之间的相

9、互转化程序附件计算器1.3.3 计算机中数据的表示1.3.3计算机中数据的表示符号位的表示原码、反码和补码定点数与浮点数计算机中的数据存贮单位符号位的表示在计算机中数据都是采用二进制表示，对于数的符号，也用“0”或“1”表示，“0”表示正，“1”表示负；数的最高位为符号位。在机器内存放的正负号符号化的数称为机器数，把机器外存放的由正负号表示的数称作真值。真值 机器数 +0 +0000000 00000000-0 -0000000 10000000+5 +0000101 00000101-5 -0000101 10000101真值 机器数 原码、反码和补码机器数在运算时必须考虑符号位的处理。为了

10、便于运算，在机器中有三种表示数的方法：原码：如前页所示，原码的最高位为符号位，数值部分为原数的绝对值。反码：正数的反码和原码相同；负数的反码是对其原码除符号位外的部分求反。补码：正数的补码和原码相同，负数的补码是在其反码的最后一位上加1。原码反码补码举例（以8位字长为例）73-73=（01001001）补 +（10110111）补=（00000000）补例1：73-127=（01001001）补 +（10000001）补=（11001010）补=（11001001）反=（10110110）原= -（25+24+22+21）10=-54例2：定点数和浮点数定点表示法与定点数约定小数点隐含地固定在

11、某一位置不变，这种表示方法称为定点表示法，用定点表示法表示的数叫定点数。小数点的位置一般在程序中约定。定点数根据其字长的不同来确定所表示数的范围，如32位字长的数所能表示的数的范围为-231-231-1定点数的一般形式符号位bmbm-1bm-2b1.隐含小数点整数的定点表示：符号位b-1b-2b-3b-m.隐含小数点小数的定点表示：定点数和浮点数浮点表示法与浮点数小数点的位置可以改变的数的表示法称作浮点表示法。用浮点表示法所表示的数称为浮点数。它类似于科学计数法，如1234.56可以表示为1040.123456;0.0004567可以表示为10-30.4567。浮点表示法的一般形式为： N=

12、2E M 其中E和M都是带符号的数，E为阶码，M为尾数。浮点数根据阶码所占位数确定所表示数的范围，根据尾数所占位数确定被表示数的精度。浮点数一般形式隐含小数点阶符EN-1EN-2.E0数符DM-1DM-2.D0阶码尾数0000 0010 0100 0101 0000 0000 0000 0000 字节1字节2字节3字节4=（2100.1000101）2计算机中数据的单位一个二进制位称为1比特（bit)；8个二进制位组成1字节（byte;B），通常把字节作为最小的存取单位；1KB=1024B1MB=1024KB=1048576B1GB=1024MB=1048576KB=1073741824B1T

13、B=1024GB=1048576MB=1073741824KB计算机中的信息编码1.4 目 录 (4)1.4 计算机中的信息编码1.4.1 数字编码1.4.2 字符编码1.4.3 汉字编码1.4.1 数字编码二 十进制编码1.4.2 字符编码美国信息交换标准码ASCII码SP:320-9:48-57A-Z:65-90a-z:97-122ASCII码的十进制表示:1.4.3 汉字编码1.4.3汉字编码汉字输入码汉字交换码汉字内码汉字字形码系统代码交换流程汉字输入码 汉字输入码是用来完成汉字的输入的汉字编码，也称之为汉字的外码。一般汉字输入码可分为以下四类：流水码（如电报码，区位码，国标码等）音码

14、（如全拼码，简拼码，双拼码等）形码（如五笔字型，大众码，仓吉码等）音形码（如自然码，首尾码等）汉字交换码1981年国家标准总局颁布了 GB2312-80通讯用汉字字符集（基本集）及其交换标准，通称标准码或交换码。在此标准中，收录了7445个汉字和符号，其中汉字6763个（一级汉字3755个，二级汉字3008个）。所有汉字字符共分为95个区（00-94区），每个区分为95个位（ 00 -94位）， 汉字所在的区号和位号共同组合成该汉字的区位码，即标准码（或称交换码）。汉字交换码举例汉在26区的26位，它的交换码为2626字在56区的54位，它的交换码为5654编在17区的64位，它的交换码为17

15、64码在34区的77位，它的交换码为3477在01区的78位，它的交换码为0178汉字的内码计算机处理信息时所用的汉字编码，也称为机内码。汉字的内码用两个字节来保存，前一字节保存高位内码，后一字节保存低位内码。机内码与交换码有以下换算关系：高位内码 = A0H+区码 = 160D+区码低位内码 = A0H+位码 = 160D+位码汉字的字形码字形码是指字形的点阵信息的数字代码。存放在汉字库中。字型码有显示字形码和打印字形码两种。根据输出的去向将汉字输出在显示器上或打印机上。汉字显示码举例64*64点阵，共占512字节00 07 00 E0 07 00 0C 00其中的第32行用字节保存后如上所

16、示00行63行系统代码交换流程各种输入码交换码（国标码）内码字形码显示汉字打印汉字计算机系统1.5 目 录 (5)1.5 计算机系统1.5.1 计算机的硬件组成1.5.2 计算机软件1.5.3 计算机系统的层次结构1.5.1 计算机的硬件组成1.5.1计算机的硬件组成输入设备存储器输出设备运算器控制器数据流控制流1.5.2 计算机软件1.5.2计算机软件什么是软件计算机软件的发展计算机软件的分类什么是软件 软件是指使计算机运行所需的程序和有关的文档。计算机软件的发展第一阶段：从第一台计算机上的程序到实用高级程序设计语言的出现以前（1946 - 1956）。第二阶段：从实用高级程序设计语言的出现

17、到软件工程出现以前（1956 - 1968）。第三阶段：从软件工程出现以后至今（1968 - ）。计算机软件的分类系统软件操作系统按其运行环境划分按其管理用户的数量划分程序设计语言和语言处理程序程序设计语言的种类高级语言的处理方式数据库管理系统网络软件常用服务程序应用软件字处理软件电子表格软件绘图软件演示报告制作软件用户自己编制的各种软件实时系统对外来的请求信号立即作出反应。CPU把时间分片轮流为各终端服务。分时系统批处理系统各终端把作业提交给主机，所有作业在主机内排队运行，结束后把结果返回到各终端。多用户操作系统单用户操作系统只用于单机的操作系统可用于多机的操作系统计算机语言的种类BASIC

18、COBOLPASCAL用计算机语言编写的程序（称为源程序）计算机不能直接执行，必须经过一定的处理，形成计算机可以执行的指令程序（目标程序），然后才能执行。LISP PROLOGCJAVAFOXPRO不同的计算机语言有各自不同的处理程序：一般分为汇编程序、解释程序和编译程序三种。计算机语言的处理方式汇编方式：汇编语言程序机器语言程序程序执行结束汇编程序执行编译计算机语言的处理方式解释方式：高级语言源程序程序执行结束解释程序编译并且执行计算机语言的处理方式编译方式：高级语言程序机器语言程序程序执行结束编译程序执行编译数据库管理系统目前计算机应用中，数据管理占很大的比重，因此数据库管理系统也是一个很

19、重要的系统。所谓数据库就是数据按一定的方式组织起来的数据有集合。它具有数据冗余度小、可以共享、数据检索快速等优点。数据库管理系统具有数据库的管理维护功能、对数据库的使用功能、数据库编程功能、数据的安全保障功能。数据库管理系统数据库系统有三种模型：层次模型、网状模型和关系模型。目前使用的数据库大都采用关系模型，也称为关系数据库管理系统，它直观形象、使用方便、具有坚实的数学基础。常用的关系数据库管理系统有：Dbase、FoxBase、FoxPro、Oracle、Sybase、Access等。网络软件计算机网络软件是用来进行网络管理的软件包括网络操作系统，网络通讯协议、传输控制协议等这里网络操作系统

20、起着关键性的作用，它除具有一般操作系统的功能外，还有用户管理、通讯管理、安全保障等功能，保证实现网络上的资源共享和信息通讯。当前流行的网络操作系统有：Unix、Linux、Novell NetWare、 Windows NT、OS/2等。1.5.3 计算机系统的层次结构1.5.3计算机系统的层次结构裸机操 作 系 统其 他 系 统 软 件应 用 软 件应 用 软 件 用 户微型计算机1.6微型计算机示意图键盘主机显示器鼠标电源开关光盘驱动器软盘驱动器当前流行的多媒体微型计算机 目 录 (6)1.6 微型计算机1.6.1 主机1.6.2 输入输出设备1.6.3 微型计算机的主要技术指标1.6.4

21、 常用的操作系统1.6.1 主 机主板CPU内存适配器和总线外部设备接口磁盘驱动器光盘驱动器电源1.6.1主机主机主板适配器以显示卡为例外部设备接口1.6.2 输入/输出设备1.6.2输入/输出设备输入设备键盘鼠标器数字化仪麦克风输出设备显示器打印机绘图机音箱按8次PageDown顺序显示输入输出设备图像键盘打字机键区 功能控制键区 全屏幕控制键区 小键盘区 1.6.3 微型计算机的主要技术指标1.6.3 微型计算机的主要技术指标运算速度主频字长存储容量运算速度运算速度是计算机的重要技术指标,一般指每秒钟执行指令的条数。 单位是MIPS（million instructions per sec

22、ond，每秒106条指令）和BIPS（ billion instructions per second ，每秒109条指令）。计算机的运算速度与机器的主频有关。主频主频也叫时钟频率，是计算机时序信号源的频率，由控制器内的石英晶体振荡器所产生和控制，能以较高的精度协调机器各部分的工作，是衡量计算机运行速度的重要指标。主频的单位是“兆赫兹（MHz）”。386机的主频为16-33MHz，486机为25-100MHz，Pentium机的主频可达450MHz。字长计算机一次能处理的二进制位数称为字长。字长越大，处理信息的效率就越高，计算机内处理的数值精度就越高，计算机所能识别的指令位数就越多。386、486机的字长为32位，Pentium机的字长可达64位。存贮容量内存的容量：内存贮器中所能存贮数据的量大能力，其值越大，处理数据的能力就越强，处理数据的速度也越快，所以内存的容量也是计算机的一个重要性能技术指标。目前机器的内存容量一般为 4MB、8MB、32MB、64MB、128MB。硬盘的容量：目前的微型计算机一般都配有硬磁盘机（一种外存贮器），