第1章 计算机基础知识

第1章计算机基础知识本讲目标计算机的历史计算机的发展第一代计算机(难点)第二代计算机第三代计算机第四代计算机(重点)计算机的现状和未来方向微型计算机(重点)未来的发展方向计算机的历史计算工具从简单到复杂，从低级到高级的发展。从古书中记载的“上古结绳而治”，到中国古老的算盘，再到帕斯卡机加减法计算机经历的漫长的过程。但是从第一台电子计算机诞生以来，人类就走进了一个崭新的舞台。计算机的历史世界上第一台通用电子数值积分计算机ENIAC于1946年2月15日在美国宾夕法尼亚大学诞生，组成它的主要元件是电子管，每秒能完成5000次加法或300多次乘法运算，重30吨、占地170平方米、使用了18000多个电子管、5000多个继电器、电容器、耗电150KW的庞然大物拉开了人类科技革命的帷幕。计算机的发展从1946年以来，计算机的发展大致经过了如下四个发展阶段。第一代：电子管计算机第二代：晶体管计算机第三代：小规模集成电路计算机第四代：超规模集成电路计算机第一代计算机第一代(1946~1958)电子管5千~4万（次/秒）时间：1946年～1958年。特征：采用电子管作为计算机的逻辑元件系统：机器语言或汇编语言编写运算速度：几千次（次/秒）处理速度：几千条（指令数/秒）内存技术：水银延迟线内存容量：几KB。外存储器：穿孔卡片、纸带应用领域：仅限于军事和科学研究工作。代表机型：IBM65O(小型机)、IBM709(大型机)第二代计算机第二代(1959~1964)晶体管几万~几十万（次/秒）时间：1959年～1964年。特征：逻辑元件逐步由电子管改为晶体管系统：出现了FORTRAN、Basic等高级语言运算速度：几万～几十万（次/秒）处理速度：几百万（指令数/秒）内存技术：磁芯存储器内存容量：几十KB。外存储器：磁带应用领域：科学计算、数据处理和事务处理代表机型：IBM7O94、CDC760第三代计算机第三代(1965~1971)集成电路几十万次万~几百万（次/秒）时间：1965年～1971年特征：采用小中规模集成电路系统：高级语言运算速度：几十万次～几百万（次/秒）处理速度：几千万条（指令数/秒）内存技术：半导体存储器内存容量：几MB。外存储器：磁带、磁盘应用领域：广泛应用在各个领域代表机型：IBM360第四代计算机第四代(1972~现在)集成电路几百万~几亿（次/秒）时间：1972年-至今特征：采用大/超规模集成电路系统：高级语言运算速度：百万次~几亿（次/秒）处理速度：数亿条以上内存技术：半导体存储器内存容量：几百MB。外存储器：磁盘、光盘等大容量存储器应用领域：广泛应用在各个领域及家庭计算机的现状与未来发展根据美国电气和电子工程师协会（IEEE）1989年提出的标准来划分的，即把计算机分成巨型机、小巨型机、大型主机、小型主机、工作站和个人计算机等6类。迄今为止最新的一代计算机采用光器件的光子计算机和生物器件的生物计算机，目前还处于研制阶段。巨型机也称为超级计算机，占地最大，价格贵，功能强，运算速度快。只有少数国家的几家公司能够生产。目前多用于战略武器的设计，空间技术，石油勘探，中、长期天气预报以及社会模拟等领域。我国自主生产的银河3巨型计算机小巨型机小型巨型计算机的简称。它是针对科学计算的需求，采用巨型计算机使用的某种并行处理技术，性能价格比非常优越的计算机。其主要特征：系统规模虽小，但运算速度却接近巨型机的速度，而价格只有巨型机的几十分之一。大型主机或称作大型电脑，其特点是大型、通用，内存可达1KMB（1989年标准，现在个人计算机都可以达到8G内存甚至更高。）以上，整机处理速度高达300MIPS-750MIPS，具有很强的处理和管理能力。主要用于大银行、大公司、规模较大的高校和科研院所。在计算机向网络化发展的当前，大型主机仍有其生存空间。小型机结构简单，可靠性高，成本较低，不需要经过长期培训即可维护和使用，对于广大中、小用户较为适用。工作站介于PC机和小型机之间的一种高档微机（，运算速度快，具有较强的联网的功能，用于特殊领域，如图像处理、计算机辅助设计等。它与网络系统中的“工作站”，在用词上相同，而含义不同。网络上的“工作站”泛指联网用户的结点，以区别于网络服务器，常常由一般的PC机充当。个人计算机我们通常说的电脑、微机或计算机，一般就指的是PC机。它出现于20世纪70年代，以其设计先进（总是率先采用高性能的微处理器MPU）、软件丰富、功能齐全、价格便宜等优势而拥有广大的用户。计算机的未来发展方向第五代电子计算器的研制工作已经开展多年了，无论是“梦幻式”的超导计算器，还是光计算器、生物计算器、人工智能计算器，都已取得了一定的进展。这一代计算机的速度将达到每秒万亿次，能在更大程度上仿真人的智能，并在某些方面超过人的智能。在下面的内容里，我们将简要的给大家描述下未来计算机的样子。光计算机生物计算机量子计算机计算机硬件系统硬件系统是计算机的物理基础，一台微机的硬件系统必须由5个部分组成。运算器控制器存储器输入设备输出设备硬件系统微机硬件基本组成主机运算器内存储器中央处理器外部设备硬件系统总线及输入输出控制器寄存器只读存储器随机写存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器微机的基本结构计算机硬件只是计算机的用户界面，如人机交互使用的键盘、鼠标、显示器、硬盘、光盘和打印机等，计算机本身只是一个由多种设备组合在一起的物体。计算机硬件的三个层次微型计算机系统中存在着从局部到全局3个层次：微处理器——微型计算机——微型计算机系统。微型计算机系统微型计算机微处理器CPU微机的主机系统主机系统通常被封装在主机箱内。主要包括主板总线、微处理器(CPU)、内存储器系统、输入输出接口等4个部分。主板主机板，简称主板。主板又叫母板或系统板，英文名称为Mainboard，Motherboard或Systemboard。如果把CPU看成是计算机的大脑，那么主板就是计算机的身躯，是一个插槽的集合体，也是整个硬件系统的平台。主板IDE接口双通道内存插槽CMOS电池南桥芯片PCI接口PCI-E接口北桥芯片主电源接口音频接口RJ-45接口USB接口PS/2接口CPU插槽SATA接口主板中央处理器CPUCPU(CentralProcessingUnit)中文名称是中央处理器，微型计算机的CPU称为微处理器(Micro-Proeessor)

CPU是计算机的大脑，是判断计算机性能高低的首要标准。

现在市面上主流的个人电脑的CPU有intel和AMD两大品牌。CPU存储器存储器在总体上可分为两大类：内存和外存。

内存位于系统主机板上，主要特点是：运行速度较快，容量相对较小，在系统关机(即电源断开)后其内部存放的信息会丢失。

外存储器虽然也安装在主机箱中，外存的主要特点是：存储容量大，存取速度相对内存要慢很多，但存储的信息很稳定，无需电源支撑，系统关机后信息依然保存。硬盘存储器硬盘是在合金材料表面涂上一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化来存储信息。硬盘主要由磁头、盘片和控制电路组成。信息存储在盘片上，由磁头负责读写。硬盘是利用特定的磁粒子的极性来记录数据的。硬盘主要包括盘片、磁头、盘片主轴电机、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部分。其他外存储器软驱和软盘已经被淘汰的设备光驱和光盘，根据容量可以分为CD,DVD等，根据读写情况可以分为R,RW等其他的外存储设备有U盘各种存储卡输入输出设备

般将除CPU和内存储器之外的部分称为输入输出系统，输入输出系统提供了处理器与外部世界进行信息交换的各种手段。输入设备输入(Input)设备主要用于把信息与数据转换成电信号，并通过计算机的接口电路将这些信息传送至计算机的存储设备中。输出设备输出(0utput)设备将计算机处理的结果通过接口电路以人或机器能识别的信息形式显示或打印出来。常用的输出设备有显示器、打印机和绘图仪等。数制的概念数制：数的表示规则就称为数制。如：十进制；钟表计时；一年等于12个月的十二进制；计算机中使用的二进制等。基数R:一个计数制所包含的数字符号的个数称为该数制的基数，用R表示。位值(权)：数制中每一固定的位置对应的单位值称为“权”。单位值用基数R的i次幂Ri表示。数值的按权展开：任一R进制数都可以表示为各位数码本身的值与其权的乘积之和。任意一个r进制数N可表示为:(an…a1a0.a-1…a-m)r=anrn+…+a0r0+a-1

r-1+…+a-m

r-m式中的ai为该数制采用的基本数符，ri是权，r是基数，不同的基数，表示不同的进制数。计算机中的数制常用的几种进制数的表示进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数r=2r=8r=10r=16数符0,1

O,1,…70,1,2…90,1,…9,A,B,C,D,E,F权2i8i10i16i形式表示B

ODH常用进制数

计算机内部是一个二进制数字世界128瓦32瓦64瓦16瓦8瓦4瓦1瓦2瓦11111000二进制的特点:（1）简单易行（2）运算规则简单（3）适合逻辑运算1、r进制转换成十进制(按权展开法)几种进制之间的转换：

(10101)2=24+22+1=21

(101.11)2=22+1+2-1+2-2=5.75

(101)8=82+1=65

(71)8=78+1=57

(101A)16=163+16+10=4122各种数制间的转换2、十进制转换成r进制例(100.345)10()22、十进制转换成r进制整数部分：除以r取余数，直到商为0，

余数从下到上排列。小数部分：乘以r取整数，

整数从上到下排列。**先得到的数总是紧靠小数点。**不一定能精确转换(1100100.01011)22100250

0225

0212

126

023

021

1

0

10.345

20.69021.38020.76021.52021.0401、r进制转换成十进制(按权展开法)几种进制之间的转换：各种数制间的转换(1101101110.110101)2=(36E.D4)1636ED4(1101101110.110101)2=(1556.65)81556653、二进制转换成八进制和十六进制转换成八进制时三位一组。（3合1）转换成十六进制时四位一组。（4合1）分组方法：从小数点向两边三（四）位一组，

位数不足整数前补0，小数后补0。2、十进制转换成r进制1、r进制转换成十进制(按权展开法)几种进制之间的转换：3、二进制转换成八进制和十六进制各种数制间的转换4、八进制和十六进制转换成二进制4、八进制和十六进制转换成二进制

每一位八进制数对应三位二进制数。

每一位十六进制数对应四位二进制数。

2、十进制转换成r进制1、r进制转换成十进制(按权展开法)几种进制之间的转换：3、二进制转换成八进制和十六进制

1、（100）10=（）2=（）8=（）162、（0.345）10=（）2=（）8=（）16答案：1、=（144）8=（64）162、=（0.26）8=（0.58）16练习题十进制转换成二、八以及十六进制二进制数与八进制数之间的转换1、（11010101）2=（）8八进制数转换成二进制数，是上面的一个逆过程。练习

1、（156.364）8=（）2

2、（725.364）8=（）23、（6324）8=（）24、（3256.521）8=（）2二进制数与十六进制数之间的转换

1、（11010101）2=（）16十六进制数转换成二进制数，是上面的一个逆过程。练习：

1、（56D.364）16=（）22、（E25.A64）16=（）23、（AB3）16=（）24、（E5C、521）16=（）2计算机的数据与编码数据的概念及单位1.数据的定义:

数据：就是人们看到的景象和听到的事实。 信息：经过收集、整理和组织起来的数据，就构成了可供人们使用的信息。具体指计算机所处理的字符、符号、语言、文字、声音和图像。2.数据的两种形态： 人类可读形式的数据 机器可读形式的数据3.数据的单位：位（Bit）：度量数据的最小单位，指二进制数中的一个位字节（Byte）：最常用的基本单位，一个字节用八位二进制数表示K字节 1KB=1024byteM（兆）字节 1M=1024KG（吉）字节 1G=1024M

T（太）字节 1T=1024Gb7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149字(Word):是指计算机一次存取、加工、运算和传送的数 据长度，一个字通常由一个或若干个字节组成字符的编码字符编码：用来表示字符的二进制编码。两种形式：(1)ASCII码:美国标准信息交换码，被国际标准化组织指定为国际标准。国际上通用的7位ASCII码是用7位二进制数表示一个字符编码。主要应用在微型机和小型机中。(2)EBCDIC码：扩展的二——十进制交换码。主要应用在IBM的大型机中。汉字的编码计算机对汉字的处理过程实际上是各种汉字编码间的转换过程。1.汉字输入码（外码）：是为了将汉字输入计算机而编制的代码。2.汉字的内码：是计算机内部存储和处理汉字是所用的代码，即汉字机内码。一般用两个字节表示一个汉字的内码，并把每个字节的最高位置“1”作为汉字内码的标识，以免与单字节的ASCII码产生歧义性。3.汉字的输出码：又称汉字字形码或汉字字模码，其作用是输出汉字。目前汉字信息处理系统中产生汉字字形的方式大多是数字式的，即以点阵的方式形成汉字。

4.汉字交换码(交换码)：是用于汉字信息处理系统之间进行信息交换的汉字代码。它是为使系统、设备之间进行信息交换时采用统一的形式而制定的。目前国内计算机普通采用的标准汉字的交换码是1981年我国根据有关国际标准制定的《信息交换用汉字编码字符集-基本集》，即GB2312-80，简称国标码。（1）常用汉字及其分级：

682个非汉字图形字符；

6763个汉字代码： 一级常用字3755个 二级次常用字3008个（2）两个字节存储一个国标码。5.汉字的地址码是指汉字字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码。内部处理汉字字库内存汉字输入系统输入字典打印显示通信输入码内码地址码字形码字形码字形码内码国标码各种汉字代码之间的关系指令和程序设计语言指令的概念指令：是对计算机进行某种操作的命令。

指令系统：所有的指令的集合。程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。机器指令格式操作码操作数机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》规定，计算机信息系统的安全，应当保障计算机及其相关的和配套的设备、设施（含网络）的安全，运行环境的安全，保障信息的安全，保障计算机功能的正常发挥，以维护计算机信息系统的安全运行。计算机信息系统安全保护的内容主要包括以下几个方面：计算机信息系统的实体安全计算机信息系统的运行安全计算机信息系统的信息安全计算机信息系统安全

操作系统安全：对计算机信息系统的硬件和软件资源的有效控制，能够为所管理的资源提供相应的安全保护。数据库安全：对数据库系统所管理的数据和资源提供安全保护。网络安全：访问网络资源或使用网络服务的安全保护。计算机病毒防护：对计算机病毒的防护。访问控制：保证系统的外部用户或内部用户对系统资源的访问以及对敏感信息的访问方式符合组织安全策略。加密：提供数据加密和密钥管理鉴别：提供身份鉴别和信息鉴别。保证计算机信息系统的信息安全包括

恶意程序通常是指带有攻击意图所编写的一段程序。恶意程序主要包括特洛伊木马、蠕虫、病毒等恶意程序需要宿主程序的独立的特洛伊木马蠕虫病毒恶意程序—计算机病毒、蠕虫和特洛伊木马病毒的可执行性病毒的传染性病毒的潜伏性病毒的可触发性病毒的破坏性病毒的隐蔽性病毒的衍生性病毒的寄生性病毒的欺骗性病毒的持久性计算机病毒的特征通过网络传染通过移动存储设备（软盘、U盘或移动硬盘等）传染用带病毒的系统盘引导系统红外线等无线方式病毒传染的主要途径

安装正版杀病毒软件并保证软件经常升级，定期对计算机系统进行计算机病毒检测；坚持以硬盘引导，需用软盘、光盘引导，应确保软盘、光盘无病毒；不要轻易下载免费的软件和文档，如需下载，应先下载到本地机，用查病毒软件检查无误后才能安装和使用。不要随便打开E-mail中的附件。及时删除查出的带病毒的附件程序。。使用软盘或其他可移动存储设备前，做到先检测、后使用；软盘写保护坚持经常性的数据备份工作重要部门的计算机，尽量专机专用与外界隔绝。

在网关、服务器和客户端都要安装使用病毒防火墙，建立立体的病毒防护体系。

一旦遭受病毒攻击，应采取隔离措施。计算机病毒的防治常用的杀病毒软件卡巴斯基瑞星金山毒霸麦咖啡驱逐舰360安全卫士黑客类型：恶作剧型隐蔽攻击型定时炸弹型矛盾制造型职业杀手型窃密高手型业余爱好型黑客常见的黑客攻击手法黑客的攻击步骤：寻找目标主机并分析目标主机登录主机得到超级用户权限、控制主机清除记录、设置后门黑客常用的攻击方式：获取口令放置特洛伊木马程序Web的欺骗技术电子邮件攻击通过一个节点来攻击其他节点网络鉴听寻找系统漏洞利用帐号进行攻击偷取特权隐藏IP地址关闭不必要的端口更换管理员帐户杜绝guest帐户入侵封死“黑客”后门做好IE的安全设置安装必要的安全软件防范木马程序不要回陌生人的邮件及时给系统打补丁防治网络黑客攻击的策略数字加密技术数字签名数字证书信息安全技术数字加密技术数据加密过程就是通过加密系统把原始的数字信息(明文)，按照加密算法变换成与明文完全不同得数字信息(密文)的过程。该过程的逆过程为解密。