第一章基础知识

大学计算机基础信管学院计算机科学系刘139.com

一、教学目的

本课程是计算机的入门课程，主要使学生掌握在现代社会中进行工作、学习和生活所必须具有的计算机基本知识和基本操作。为进一步学习其他的计算机课程打好坚实的基础。本课程培养学生通过自学和实践来学习计算机知识和技能，掌握正确的学习方法。

几点说明和要求二、课程特点内容的全面性各个部分自成系统不要求复杂的理论注重实践

考试形式：上机考试三、教材与参考书翁梅，王丽娟.《大学计算机基础》.中国农业出版社.2007,1.

四、怎样学好这门课注重课堂理论学习重视上机课的训练和测试题的实践熟练使用各种操作方法注重细节知识的积累遇到问题及时解决学习方法：预习教材+听课作笔记+上机练习（实验报告）五、上机安排目录计算机基础知识计算机系统计算机常用操作系统Office办公软件计算机网络和Internet应用基础计算机信息安全维护第1章计算机基础知识

1.1计算机概述

1.2计算机中的数制与编码

1.3程序和程序设计语言

1.4信息技术概述

1.1计算机概述1.1.1计算机的发展简史

电子计算机（ElectronicComputer）是一种高速运算、精度高、并具有记忆和逻辑判断能力的电子设备。因为能代替人的部分脑力劳动，又称电脑。目前的计算机是按冯·诺伊曼理论制造的，也称冯·诺伊曼机。冯·诺伊曼，美籍匈牙利数学家，提出计算机结构的重要思想，被誉为计算机之父。冯·诺伊曼第一台电子计算机（ENIAC）冯诺伊曼提出了三个重要设计思想：(1)计算机由5个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；运算器：计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件，基本操作有加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。控制器：按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。CPU控制器是整个CPU的指挥控制中心,对协调整个电脑有序工作极为重要。存储器：用于存放供执行的指令，计算或处理的原始数据、中间结果、最终答案的内部或者外部器件。输入设备：

向计算机输入数据和信息的设备。如：键盘,鼠标,摄像头,扫描仪,光笔,手写输入板,游戏杆,语音输入装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。输出设备：用于数据的输出，把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。(2)采用二进制形式表示计算机的指令和数据；(3)将程序和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序:“存储程序”思想。

第一代（1946~1957）电子管）计算机的发展

按硬件划分计算机年代(四代——电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模及超大规模集成电路)时间：1946-1958年标志：基本电子元件是电子管内存：水银延迟线外存：磁鼓、纸带、卡片、磁带速度：每秒几千到几万次基本运算软件：二进制的机器语言/汇编语言特点：体积大/耗电多/速度低/造价高/使用不便代表机型：ENIAC/EDVAC等111946年2月、在美国宾夕法尼亚大学，由美国陆军阿伯丁实验室出资，由莫尔学院的莫奇莱(JohnWMauchly)教授和埃克特(JPresperEckert)博士等人设计制造。计算机的发展第二代（1958~1964）晶体管计算机）时间：1959-1964年标志：基本电子元件是晶体管内存：磁芯存储器(几十万字)

外存：磁盘、磁带等速度：每秒百万次基本运算软件：ALGOL60/FORTRAN/COBOL等特点(与第一代相比）：体积小/耗电少/成本低/功能强/使用方便代表机型：UNIVACII/贝尔TRADIC/IBM7090/7094/7044等计算机的发展第三代（1965~1970）集成电路计算机时间：1965-1970年标志：基本电子元件是中小规模集成电路内存：磁芯/半导体存储器外存：磁盘、磁带等速度：每秒几十万次到几百万次基本运算软件：出现了高级语言BASIC等特点：体积缩小/价格降低/功能增强/应用广泛代表机型：IBM360系列/HONEYWELL6000系列第四代（1971~至今）大规模集成电路计算机的发展2010年11月国防科学技术大学研制中国“天河一号”成为全球最快超级计算机，每秒２５７０万亿次时间：1971-至今标志：基本电子元件是大规模、超大规模集成电路内存：半导体存储器外存：磁盘、磁带等速度：每秒几百万次甚至上亿次的软件：操作系统不断完善，应用软件已成一个产业特点：体积小/耗电少/成本低/功能强/使用方便代表机型：Intel微处理器系列/IBM4300系列/3080系列/3090系列电子计算机发展阶段划分及各阶段特征表15计算机的运算部件采用的是电子器件，其运算速度远非其他计算工具所能比拟，而且，由电子管升级到晶体管，再升级到小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路等，其运算速度还以每隔几年提高一个数量级的水平不断发展。摩尔定律1、运算速度快2、计算精度高

由于计算机是根据事先编好的程序自动、连续地工作，可以避免人工计算可能因疲劳、粗心而产生的各种错误。例如，圆周率π的计算，历代科学家采用人工计算只能算出小数点后500位。1981年日本人曾利用计算机算到小数点后200万位，而目前已计算到小数点后上亿位。1.1.2计算机的特点、分类和应用计算机的特点：计算机中拥有容量很大的存储设备，不仅可以存储所需的数据信息，还可以存储指挥计算机工作的程序，同时可以保存大量的文字、图像、声音等信息资料。3、存储容量大4、逻辑判断能力计算机的逻辑判断能力是实现计算机自动化和具备人工智能的基础，是计算机基本的、也是重要的功能。

计算机是自动化电子装置，在工作中无需人工参与，能自动执行存放在存储器中的程序。人们事先编好程序后，向计算机发出指令，计算机即可帮助人类完成那些枯燥乏味的重复性劳动。5、可靠性强；6、工作自动化

1989年11月美国电子电气工程师协会（7IEEE）根据计算机种类的演变过程和发展趋势，把计算机分为六大类：1．巨型机运算速度在每秒亿次以上的计算机。2.小巨型机

又称桌上超级计算机，价格便宜，可满足特殊用户的需要3.大型主机

具有大容量存储器、多种类型的I/O通道，能同时支持批处理和分时处理多种工作方式计算机的分类4.小型机

结构简单、成本较低、易于维护5．工作站

工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快，配有大容量的存储器和大屏幕显示器，并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。6．个人计算机

又称个人电脑，简称PC机，即通常我们所说的微型计算机（Microcomputer）随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。

科学计算是计算机最早的应用领域，计算机高速、高精确的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的数值计算，如军事、航天、气象、地震探测等，都离不开计算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时间。1、科学计算2、数据处理数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行分类、排序、合并、统计等加工处理，例如人口统计、人事、财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方面。计算机的应用领域

过程控制也称为实时控制，通过计算机使某一过程能按照人预定的目标和预定的状态进行自动操作，整个过程不需要人的控制。主要是指计算机在工业和军事方面的应用。计算机能及时采集检测数据并按最优方案实现自动控制，如炼钢过程的计算机控制、导弹自动瞄准系统、飞行控制调动等。3、过程控制4、计算机辅助系统计算机辅助系统包括计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)、计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)、计算机辅助教学(ComputerAidedInstruction，CAI)、计算机辅助工程(ComputerAidedEngineering，CAE)等。

人工智能主要表现在以下三个方面：机器人。主要分为“工业机器人”和“智能机器人”两类。前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些作业(如海底、井下、高空作业等)；后者具有某些智能，具有感知和识别能力，能“说话”和回答问题。专家系统。计算机具有某些方面专家的专门知识，使用这些知识来处理这方面的问题。例如，医疗专家系统能模拟医生分析病情、开出药方。模式识别。重点研究图形识别和语音识别。例如，机器人的视觉器官和听觉器官，公安机关的指纹分析器，识别手写邮政编码的自动分信机等，都是模式识别的应用。5、人工智能１、巨型化巨型化是指发展高速度、大存储量和强功能的巨型计算机。这是诸如天文、气象、地质、核反应堆等尖端科学的需要，也是记忆巨量的知识信息，以及使计算机具有类似人脑的学习和复杂推理的功能所必需的。巨型机的发展集中体现了计算机科学技术的发展水平1.1.3计算机的发展趋势Altair88002、微型化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、整机更加小巧的微型计算机。3、网络化网络化就是把各自独立的计算机用通讯线路连结起来，形成各计算机用户之间可以相互通讯并能使用公共资源的网络系统。网络化能够充分利用计算机的宝贵资源并扩大计算机的使用范围，为用户提供方便、及时、可靠、广泛、灵活的信息服务。4、智能化“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的‘没有灵魂的机械’来”。

——笛卡尔（1637）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。智能计算机具有解决问题和逻辑推理的功能，知识处理和知识库管理的功能等等。人与计算机的联系是通过智能接口，用文字、声音、图像等与计算机进行自然对话。目前，已研制出各种“机器人”，有的能代替人劳动，有的能与人下棋等等。智能化使计算机突破了“计算”这一初级的含意，从本质上扩充了计算机的能力，可以越来越多地代替人类脑力劳动。DeepblueGarryKasparov

5、多媒体化

多媒体技术是20世纪80年代中后期兴起的一门跨学科的新技术。采用这种技术，可以使计算机具有处理图、文、声、像等多种媒体的能力(即成为多媒体计算机)，从而使计算机的功能更加完善和提高计算机的应用能力。当前全世界已形成一股开发应用多媒体技术的热潮

我国计算机的发展

1958年,我国第一台电子管计算机103机诞生,速度:2000次/S

同年,第一台晶体管计算机试制成功

1959年,研制成功104机,速度每秒10,000次以上

1965年,研制成功320机,速度达到8万次/S1971年,研制成功第一台集成电路计算机TQ-16,速度十几万次

1977年,研制成功第一批微型机DJS-050系列,0520系列

1983年,“银河”巨型机在国防科技大学研制成功,速度1亿次/S1992年,“银河II”巨型机在国防科大研制成功,速度10亿次/S

1.2计算机中的数制与编码1.2.1数制及数制转换计算机中使用二进制，运算简单，易于通过物理器件实现0，1状态；计算机存储器中存储的都是“0”和“1”组成的信息，有的表示机器指令，有的表示二进制数据，有的表示英文字母，有的表示汉字，还有表示色彩、声音等各类信息。计算机系统中常用的数制有二进制、十进制、八进制和十六进制；十进制是人们最熟悉的数制，但要转换为二进制才能存入存储器；八进制、十六进制是二进制的简短表示，也要转换为二进制才能存入存储器。(1)数制的定义：数制是以表示数值所用的数字符号的个数来命名的，并按一定进位规则进行计数的方法。(2)位权：

数制使用的数码的个数称为基数。

数制每一位所具有的值称为位权。

(3)进制的表示方法（书写规则）：在数的右下方注明2，8，10，16；在数的后面加字母来注明：二进制B，八进制O，十进制D，十六进制H

如：(1101.11)2=1101.11B(A5.C)16=A5.CH

311.十进制(Decimal)的特点数字符号：0，1，…，9基数：10进(借)位规则为：逢十进一(借一为十)权：在十进制数中，各位的权分别如下

十进制

1998.215

各位权

10310210110010-110-210-3

权的展开式

(978.3)10=9×102+7×101+8×100+3×10-1

数码32数字符号：0，1基数：2进(借)位规则：逢二进一(借一为二)权：在二进制数中，各位的权分别如下

二进制

11101.011

各位权

24232221202-12-22-3二进制权的展开式

(10101.01)2=1×24+0×23+1×22+0×21+1×20

＋0×2－1＋1×2－2=（21.25）D2.二进制(Binary)的特点例：（1011.01）2=1×23+0×22+1×21+1×20

＋0×2－1＋1×2－2=（11.25）D

33数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7基数：8进(借)位规则为：逢八进一(借一为八)权：在八进制数中，各位的权分别如下

八进制

32.12

各位权

81808-18-2

八进制权的展开式

(32.12)8=3×81+2×80＋1×8－1＋2×8－2=（26.16）D(1507)8=3.八进制(Octonal)的特点7*80

+0*81

+5*82

+1*83=

(839)D344.十六进制(Hexadecimal)的特点数字符号：0~9及A~F

基数：16

进(借)位规则为：逢十六进一(借一为十六)权：在十六进制数中，各位的权分别如下

十六进制

2AF5

各位权

163162161160

十六进制权的展开式

(2AF5)16=2×163+A×162＋F×161＋5×160A=?各进制之间数值的对应关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010817100012111(1)R进制转换为十进制

R进制转换为十进制按位权展开即可二进制转换为十进制(1101.101)2=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2＋1×2-3=(13.175)10八进制转换为十进制(234.52)8=2×82＋3×81＋4×80＋5×8-1＋2×8-2=(156.65625)10十六进制转换为十进制(C2D.9)16=C×162＋2×161＋D×160＋9×16-1=(3117.5625)10常用数制间的转换(2)十进制转换为二进制整数部分的转换：除2取余，至商为零；所得的余数倒序排列例：117D=1110101B52D=110100B具体过程如下：小数部分的转换：乘2取整，达到精度为止；乘积的整数部分顺序排列。例：N=0.8125D具体过程如下：

0.8125×2=1.625（B1=1）

0.625×2=1.25（B2=1）

0.25×2=0.5（B3=0）

0.5×2=1.0（B4=1）所以0.8125D=0.1101B注意:<1>一个有限的十进制小数并非一定能够转换成一个有限的二进制小数，即上述过程中乘积的小数部分可能永远不等于０，这时，我们可按要求进行到某一精确度为止。

<2>如果一个十进制数既有整数部分，又有小数部分，则可将整数部分和小数部分分别进行转换，然后再把两部分结果合并起来。如：

52.8125D=110100.1101B二进制十六进制

二进制八进制二、八与十六进制之间的转换一位拆三位一位拆四位整数从右向左小数从左向右三位并一位四位并一位

(3)二进制和八进制间的转换由于八进制数的基数８是二进制数的基数２的３次幂，所以一位八进制数相当于三位二进制数。这样使得八进制数与二进制数的相互转换十分方便。二进制转换为八进制时，用一位八进制数取代三位二进制数。八进制数转换成二进制数时，只要将八进制数的每一位改成等值的三位二进制数，即“一位变三位”。(4)二进制和十六进制之间的转换由于24=16,一位十六进制数相当于四位二进制数，所以不难得出十六进制数与二进制数之间相互转换的方法。十六进制转换成二进制可用“一位变四位”的方法1.2.2二进制数在计算机中的表示1、二进制数的常用单位字，字长……字节（8位）位K字节 1K=1024byteM（兆）字节 1M=1024KG（吉）字节 1G=1024M

T（太）字节 1T=1024G位:一个二进制代码（0、1）称为一位。计算机中最小的信息单位字节：八位二进制代码为一个存储单位，一个字节1Byte=8bite字：计算机进行信息处理时，作为一个整体的一组二进制数，大小取决于CPU内寄存器的位数和数据线的宽度。通常1个字=16位，双字=32位。把一个数连同其符号在机器中的一组二进制数表示，这样的数称为机器数。该机器数的值为“真值”一般用最高有效位表示数的符号，用0表示正数，用1表示负数。机器数可以用不同的码制来表示,常用的有原码、补码和反码表示法。11111111=28-1=255大多数机器的整数采用补码表示法。2、机器数与真值机器数01001101+77

符号位真值机器数/真值即：+7701001101正数：符号位为0，其他位按一般的方法表示数的绝对值负数：符号位为1，其他位按一般的方法表示数的绝对值例：-1110B其原码为11110B

+101011B其原码为0101011B当机器字长为8时：[x]:x为真值例：[+127]原

其原码为01111111B

[-127]原其原码为11111111B(1)原码：符号位＋绝对值3、机器数的表示方法正数：与原码相同负数：反码是该负数原码符号位不变，其他的各位取反。例：机器字长为8，求-12D的反码。

[-12]原,-12的原码为：10001100B

反码符号位不变，各位取反,则：

[-12D]反=11110011B=F3H[+0]反=[+0]原=00000000B

例：机器字长为8，求-117D的反码。

-117的原码为：11110101B

其反码为:10001010B(2)反码正数：与原码相同负数：在该负数的反码最低位加1例：如机器字长为8位，求-1D的补码。

-1的原码为：10000001

取其反码为：11111110

末位加1为：11111111[+1]补

=00000001B

[-1]补=11111111B=FFH注意：一个正数的原码、补码、反码三者完全相同。例：[+56]原码=[+56]

补码=[+56]反码=00111000B(3)补码101100101100110110110011带符号的机器数-77

原码反码补码数据在计算机中的表示方式

计算机中的字符按一定的规则用二进制编码表示，目前最普遍采用的编码是ASCII码，即美国标准信息交换码。这种编码规定：用七位二进制数进行编码。因此，可表示128个字符。(1)ASCII码ASCII码的特点:

数字是后边的大于前边的。英文字母是小写大于大写，后边的大于前边的。数字小于字母。数字符0的码值为48，数字符1的码值为49。大写字母Ａ的码值为65(01000001)，小写字母a的码值为97(01100001)。1.2.3计算机信息编码BCD码又称“二－十进制编码”最常用的是8421编码，其方法是用四位二进制数表示一位十进制数，自左至右每一位对应的位权是8、4、2、1。例：写出十进制数580的BCD码。十进制数580的BCD码：

01011000000084218421

84210×8+1×4+0×2+1×1=4+1=51×8+0×4+0×2+0×1=8（8503）10

的8421编码为：1000010100000011(2)BCD码（Binary-CodedDecimal‎）1国标码

国标码规定：一个汉字用两个字节来表示，每个字节只用前7位，最高位均未作定义，如图所示。2内码与外码

国标码是一种机器内部编码，也称内码，其主要作用是统一不同的系统之间所用的不同编码。通过将不同系统使用的不同编码统一转换成国标码，不同系统之间的汉字信息就可以相互交换。与内码相对应，输入法编码称为外码。（3）汉字编码3汉字字形码汉字的内码代表的是汉字惟一性的交换码，即给出汉字一个名，而这个汉字的外形如何却不在内码之内。汉字笔画多、外形千差万别，这就需要为每个汉字给出一个外形，一般用点阵表示，这就是汉字字模。如图所示是“啊”字的点阵外形。图1.2中有16×16个方格，称16×16点阵，每一个方格用一个二进制代码表示，用1表示黑点，用0表示白点。存储在计算机中的汉字和符号的外形集合称为汉字库。常用的汉字字库除16×16点阵汉字库之外，还有24×24点阵汉字库、32×32点阵汉字库等。1.3程序和程序设计语言1.3.1程序的概念指令是对计算机进行程序控制的最小单位。所有的指令的集合称为计算机的指令系统。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。1.3.2计算机程序设计语言机器语言：一种用二进制代码，以0和1表示的、能被计算机直接识别和执行的语言。汇编语言：一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言。

高级语言：一种比较接近自然语言和数学表达式的一种计算机程序设计语言。BASIC：该语言是一种简单易学的计算机高级语言。尤其是VisualBasic语言，具有很强的可视化设计功能。FORTRAN：它是最早使用的高级语言，它具有相当完善的工程设计计算程序和工程应用软件。COBOL：它是通用的面向商业语言，主要用于进行数据处理，用于商业和管理。其特点是源程序接近英语口语。C：该语言具有灵活的数据结构和控制结构，表达力强，可移植性好。用C语言编写的程序兼有高级语言和低级语言两者的优点，表达清楚且效率高。C语言主要用于系统软件的编写，也适用于科学计算等应用软件的编制。1.3.