第1章 计算机基础

1第1章计算机基础

早期的计算机主要用于科学计算，随着计算机技术的发展与人们需求的不断变化，计算机开始着重于对信息的处理与分析能力。现在，人们已经将计算机广泛地应用于文字排版、声音和图像的编辑与处理以及人工智能等领域，计算机增强了人们完成工作任务的能力，它已经成为人们生活中一种重要的工具。下面我们来简单的介绍一下计算机概述、计算机系统的组成、计算机的信息处理、计算机程序设计，以及计算机的安全操作等内容。21.1计算机概述

现代计算机是一种按照程序自动进行信息处理的通用工具，它的处理对象是信息，处理结果也是信息。计算机已经渗透到科学计算、工程设计、经营管理、过程控制以及人工智能等各个领域。在此，我们要首先了解什么是计算机、计算机的发展和计算机的应用等内容。31.1.1什么是计算机

我们在生活中，会在很多地方看到计算机的存在。例如，我们到图书馆借阅图书过程中，将通过计算机来管理学生的借阅情况；到购物中心，结算账单时；到移动通信营业网点，办理业务或充值时等等都会见到用于完成各种功能的不同计算机。另外，当用户需要发送电子邮件、QQ聊天、进行电子商务活动、办公文件处理，以及实现远程教育更是要接触到计算机及计算机网络。并且用户还需要熟练的操作计算机，来完成自己所需要的任务。

1.可以帮助我们提高工作效率

2.可以改善我们的学习方式及方法

3.可以丰富我们娱乐生活，拉近人与人之间的距离41.1.2计算机的发展阶段

1946年，由美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，电子积分计算机）标志着第一代电子计算机的诞生。它由1.8万多只电子管组成，占地180平方米，重达30吨，运算速度为5000次/秒。从第一台计算机的延生到现在，计算机已经经历了六十多年的发展历程。在这段时期，计算机不仅应用领域不断地拓宽，并且系统结构也发生了巨大的变化。因此，电子计算机按照电子逻辑器件的发展可划分为4个阶段：

第一代计算机（电子管时代）第二代计算机（晶体管时代）第三代计算机（中小规模集成电路时代）第四代计算机（大规模超大规模集成电路时代）1.1.3计算机的发展趋势

随着计算机应用的广泛和深入，又向计算机技术本身提出了更高的要求。目前，计算机的发展主要以巨型化、微型化、网络化和智能化4个方法的趋势。

1．巨型化:巨型化是指发展高速度、大存储量和强功能的超大型计算机。

2．微型化:计算机的微型化就是进一步提高集成度，利用高性能的超大规模集成电路研制质量更加可靠、性能更加优良、价格更加低廉、整机更加小巧的计算机产品

3．网络化:网络化是把各自独立的计算机通过网络设备及通信线路连接起来，以实现该网络中的计算机用户可以相互通信，并共同使用网络资源。

4．智能化:智能化是指让计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。51.1.4计算机的应用

计算机的应用已经深入到工业、农业、财政金融、交通运输、文化教育、国防安全等各行各业，并为家庭娱乐也增添了许多色彩。应用技术领域可以分为以下几个方面：

1．科学计算

2．数据处理

3．过程控制

4．辅助工程

5．人工智能

6．网络应用61.2计算机系统的组成

一台完整的计算机包括硬件部分和软件部分，只有硬件和软件结合，才能使计算机正常运行、发挥作用。71.2.1计算机硬件的组成

从计算机硬件的功能上划分，我们可以将计算机硬件分为五部分，分别是处理器（包括运算器和控制器）、存储器、输入设备和输出设备。

1．运算器:运算器又名算术逻辑部件（ALU），是实现各种算术运算和逻辑运算的实际执行部件。

2．控制器:控制器是分析和执行指令的部件，也是统一指挥和控制计算机各个部件按时序协调操作的部件。

3．存储器:存储器根据其组成介质，存取速度及使用上的差别又分为内存储器（又称主存储器）和外存储器（又称辅助存储器）。

4．输入设备:输入设备是计算机用来接受外界信息的设备。

5．输出设备:输出设备的功能与输入设备相反，它是将计算机处理后的结果或中间结果以某种人们能认识并能按受的形式或其他机器设备所需要的形式表示出来（称谓输出）

81.2.2计算机系统的软件

系统软件一般是指在计算机上运行的各类程序及其相应的文档的集合，计算机的一个基本特点就是程序存储和程序控制。计算机的软件分为系统软件和应用软件

1．软件的概念:计算机程序就是操作命令的有序集合（注意是有序的）。即让计算机完成某些工作，首先需要将工作内容变成一步一步的指令，然后将程序交给计算机。最后计算机根据程序的指令顺序，去完成程序规定的任务。

2．系统软件:系统软件是为了让计算机正常、高效工件所配备的各种管理、监控和维护系统的程序及其有关资料。

3．应用软件:应用软件是为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料。应用软件往往都是针对用户的需要，利用计算机来解决某方面的数学计算软件包，统计软件包，有明确处理目标的软件包。

91.3计算机信息编码

计算机是对由数据表示的各种信息进行自动、高速处理的机器。这些数据信息往往是以数字、字符、符号、表达式等方式，再通过计算机识别处理。而在计算机中，如何识别这些数据，以及如何处理这些数据呢？下面我们就来简单了解一下计算机的数据处理方法。101.3.1数据表示方式

1940年，现代著名的数学家、控制论学者维纳（NorbertWiener，美国1894—1964），首先倡导使用二进制编码形式，解决了数据在计算机中的表示，确保了计算机的可靠性、稳定性及高速性。其次是由于二进制数运算比较简单，这就简化了运算器等物理器件的结构设计。但是，计算机与外部用户的交往则仍是采用人们熟悉和便于阅读的信息形式。

111.3.2数据单位

在计算机内部都是采用二进制来表示数据信息。而且这些信息又都是以位，字节，字长为存储的单位。

1．位（bit）:位，又称比特，是英文bit的译音。它是计算机内部度量信息的最小单位，表示一位二进制信息。

2．字节（Byte）:一个字节由8位二进制位组成（1Byte=8bit）。一个字节所能示的最大无符号整数是8位全为一，即（255）10。它是信息存储中最常用的基本单位。

3．字（Word）:字是位的组合，又称计算机字或机器数。

1.3.3字符编码

字符编码是用于规定二进制码来表示字母、数字以及专门符号。计算机系统中主要有两种字符编码：ASCⅡ码和EBCEDIC（扩展的二进制～十进制交换码）。

1．ASCⅡ码:ASCⅡ码（AmerricanStandardCoadforInformationInterchange，美国标准信息交换代码）是国际通用的信息交换标准代码。

2．汉字编码:在计算机系统中，汉字的编码分为：外码、内码、输出码和交换码。1.3.4数制及其相互转换

1．数制:数制是用一组固定数字和一套统一规则来表示数目的方法，一般可分为进位计数制和非进位计数制

2．进位计数制:在现实生活中，计数的方法很多，例如1天分为24小时，称为24进制，60秒为1分种，称为60进制等。这些都称为进位计数制。

3．进位数制之间的转换:非十进制转换为十进制十进制转换为非十进制二进制、八进制、十六进制之间的相互转换

1.4程序设计

在计算机中，硬件系统好比人的躯体，软件系统好比人的灵魂。为了能让计算机为人类做更多的事，不仅要为它配备一套性能良好的硬件设备，还要为其设计出能够解决各式各样问题的软件（即计算机程序）。程序设计的基本过程一般由分析所求解的问题、抽象数学模型、选择合适算法、编写程序、调试、结果等几个阶段所组成。1.4.1计算机程序的概念

计算机程序是由计算机的CPU执行相应的指令或者代码的集合。程序是计算机软件的主要组成部分。它是指以算法语言为基础而编制的，能够使计算机控制信息处理并产生一定结果的指令或指令组合。计算机程序一般是由文字和符号代码按照一定的规律所组成。

1.4.2程序的发展

计算机程序设计语言的发展，经历了从机器语言、汇编语言到高级语言的历程。

1．机器语言（MachineLanguage）:机器语言也称为低级语言，是计算机唯一能接受和执行的语言。

2．汇编语言（AssemblyLanguage）:汇编语言是面向机器的程序设计语言。

3．高级语言:从最初机器语言和汇编语言与计算机交流不便中，人们意识到，应该设计一种能够接近于数学语言或人的自然语言，同时又不依赖于计算机硬件，编出的程序能在所有机器上通用。1.4.3编译方式与解释方式

计算机将源程序翻译机器指令时，有编译方式和解释方式两种。

1．编译方式:编译方式就是把源程序用相应的编译程序翻译成相应的机器语言的目标程序，然后再通过连接装配程序，连接成可执行程序，再执行可执行程序而得结果。

2．解释方式:解释方式就是将源程序输入计算机后，用该种语言的解释程序将其逐条解释，逐条执行，执行完只得结果，而不保存解释后的机器代码，下次运行此程序时还要重新解释执行。1.4.4程序结构及控制流程

每个程序在设计之前，程序员都需要对程序结构及控制流程进行分析，从而选择一种最为合理的程序设计思路与实现方法。

1．程序结构:程序结构是指程序代码在执行时，它们之间的执行顺序关系。计算机程序的基础结构包括顺序结构、选择结构和循环结构。

2．程序控制流程:在编写程序之前，程序员会创建一种称为“流程图”的特殊图表，它使用箭头和符号来表示程序语句运行的顺序。程序员还可以使用代码的一种粗略的文字版本，它看起来与程序代码类似，但是完全没有精确的语法和真正的代码所必需的细节。这种简化的文字版本被称为“伪代码”。1.4.5程序设计方式

在程序的发展史上，先后曾经产生过多种形式的程序设计方式，但是被人们所接受的只有结构化程序设计和面向对象程序设计两种方式。它们是编程史上具有里程碑意义的程序设计方式。

1．结构化程序设计:结构化程序设计由迪克斯特拉（E.W.dijkstra）在1969年提出，是以模块化设计为中心，将待开发的软件系统划分为若干个相互独立的模块，完成各模块后再将其组合为完整程序的一种设计方式。

2．面向对象程序设计:面向对象程序设计是指直接以对象为中心，分析、设计及构造应用程序的机制。

1.5计算机的安全操作

为了使计算机发挥最佳状态，用户在平常须要养成良好的操作习惯，自觉维护和保养计算机。1.5.1计算机的使用环境

在使用计算机时，用户应注意计算机放置位置的环境。因为计算机对电源、温度、湿度和清洁的环境有一定的要求。1.5.2安全操作与维护

计算机作为一种复杂的电子设