第1章计算机基础知识

1计算机信息技术基础计算机教学与网络信息部:郭志强E-Mail：guozhiqiang@基础教学楼B座3142课程要求课程性质：考试课(非集中考试）成绩评定：平时成绩30%（出勤、学习态度、作业、测验、上机操作）期末考试成绩70%授课学时：课堂讲授24学时，机房上机32学时上机要求：上机禁止玩游戏、聊天、戴耳机、在机房吃东西、打电话上机安排：第4～19周基础教学楼B座答疑时间：统一答疑，见教务处通知。3课程要求课前准备：移动存储器（如：U盘或移动硬盘）学习目标：自从1946年第一台计算机诞生以来，已经经历了半个多世纪，计算机及其应用已经渗透到社会生活的各个领域，有力地推动了整个信息化社会的发展。在21世纪，掌握以计算机为核心的信息技术的基础知识和应用能力，是现代大学生必备的基本素质。总体目标：认识以计算机为核心的信息技术在现代社会和现代文化中的地位和作用，提高信息素养。4课程要求具体目标：了解计算机系统的组成与基本工作原理。了解操作系统的功能与其中一些重要概念。掌握计算机基本应用技能。了解计算机网络、数据库、多媒体等技术的基本概念、相关技术和应用领域。学习方法：做好复习、笔记从简、加强上机练习。教材：……参考书：《大学计算机基础》杨振山龚沛曾高教出版社

《大学计算机基础教程》王移芝高教出版社

《大学计算机基础》冯博琴高教出版社5课程内容：第1章计算机基础知识第2章微型计算机硬件系统第3章计算机软件系统第4章文字处理软件Word2003第5章电子表格处理软件Excel2003第6章演示文稿制作软件PowerPoint2003第7章计算机网络应用第8章数据库技术基础第9章多媒体应用基础第10章信息安全*第11章程序设计基础与算法基本概念与基础知识常用办公软件主要应用领域的：基本概念基本技术（下学期介绍）6第1章计算机基础知识1.1计算机概述

1.1.1计算机的产生

1.1.2计算机的分代与分类

1.1.3计算机的发展趋势

1.1.4计算机的应用1.2计算机中信息的表示与编码

1.2.1

数制的概念

1.2.2数制的转换

1.2.3

数据存储的组织形式

1.2.4

计算机中数据的基本运算

1.2.5计算机中数据的表示71.1.1计算机的产生手工到机械自动史前时期：我们的祖先就采用树枝、石块和贝壳计数；唐代时期：开始使用算盘；1622年：英国数学家奥特瑞德设计了计算尺；1642年：法国数学家Pascal发明了世界上第一台只能完成加法运算的加法器；1673年：德国数学家莱布尼茨设计了能进行加、减、乘、除和开方运算的计算器；1822年：英国数学家巴比奇提出了自动计算机的基本概念设计出差分机和分析机。机械计算到电动计算1884年：美国工程师霍雷斯创造了第一台电动计算机，用于人口普查；1944年，美国哈佛大学数学教授霍华德•艾肯提出设计思想，由IBM承建，设计出“MARKⅠ”计算机。机电全自动到电子数字1946年，第一台数字式计算机ENIAC诞生在美国，从此人类社会进入以计算机为主导的信息时代。8查尔斯.巴比奇的差分机和分析机1812年差分机1834年设计：分析机

包含：输入、处理、存储、输出及控制5个基本装置。例如：由许多轮子组成的保存数据的存储库提出了自动计算的设想1812年设计：差分机查尔斯.巴比奇9每秒只能做5000次加减运算重达30吨占地250m2启动功耗150千瓦18000个电子管保存80个字节第一台计算机：ENIAC1946年2月由宾州大学研制成功，用于军事目的。电子计算机时代的到来ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机10阿兰.图灵英国科学家两个主要贡献：建立图灵机（TuringMachine）模型，探讨了计算机的基本概念；提出图灵测试，用来测试一台计算机是否具备思维能力，奠定了“人工智能”的理论基础。计算机科学的奠基人——阿兰·图灵图灵奖：为纪念图灵对计算机的贡献。美国计算机学会于1966年创立了“图灵奖”，图灵奖是计算机业界和学术界的诺贝尔奖。11另一个计算机之父——冯.诺依曼美籍匈牙利数学家研制成人类第二台电子计算机：EDVACElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer(离散变量自动电子计算机)冯·诺依曼机：冯•诺依曼对人类最大的贡献是最早提出“程序存储”的思想，即程序跟数据一样存储在计算机存储器里，由一个专门设计的控制器进行解读和执行，根据这一原理制造的计算机被称为冯•诺依曼结构计算机。冯.诺依曼五十多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域等方面与当时的计算机有很大的差别，但基本结构没有改变，都属于冯·诺依曼机。12ENIAC的发明仅仅表示计算机的问世，对以后研制的计算机没有什么影响。EDVAC的发明才为现在计算机的体系结构和工作原理奠定了基础13第一款商用计算机——UNIVACUNIVAC：通用自动计算机UNIVAC:UniversalAutomaticComputer1951年开始生产用于公众领域的数据处理共生产了近50台奠定了计算机工业的基础141.1.2计算机的分代与分类1.计算机的分代按照计算机所采用的物理器件，一般将计算机分成4代：第一代：1946-1958 电子管计算机第二代：1958-1964 晶体管计算机第三代：1964-1971 集成电路计算机第四代：1971年迄今 大规模集成电路计算机（第五代：智能计算机）15电子管计算机采用电子管作为计算机的逻辑元件内存：采用水银延迟线外存：纸带、卡片、磁带、磁鼓等用机器语言或汇编语言编写程序运算速度慢：每秒仅几千次内存容量小：几KB体积庞大；造价高应用领域：军事、科研代表机型：IBM650、IBM704、IBM709电子管16晶体管计算机采用晶体管作为计算机的逻辑元件内存使用器件：磁心存储器外存：有了磁盘、磁带软件：提出了操作系统的概念、出现了高级语言运算速度：每秒几十万次内存容量：几十KB体积小；造价低可靠性大大提高应用领域：科学计算、数据处理、事务处理代表机型：IBM7090、CDC7600、ATLAS磁心存储器晶体管计算机17集成电路计算机采用小规模集成电路（SSI）和中规模集成电路（MSI）作为计算机的逻辑元件。主存储器：开始使用半导体存储器外存储器：磁盘和磁带。软件：出现了操作系统；高级程序设计语言有了很大的发展；提出结构化、模块化程序设计方法。运算速度：每秒几十万次到几百万次体积更小；造价更低。计算机向标准化、多样化、通用化、机种系列化发展。应用领域：各种领域代表机型：IBM360、CDC7600集成电路一台百万次集成电路计算机18大规模集成电路计算机采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）作为计算机的逻辑元件半导体存储器完全代替了磁心存储器外存：速度和容量大幅度提升运算速度：高达每秒几十万亿次软件更完善：操作系统更加完善。出现了各种类型的应用软件，应用软件已成为现代工业的一部分。数据库技术、网络技术迅速发展应用领域：现在社会生活的各个领域LSI和VLSI19智能计算机把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起面向知识处理，能进行并行计算，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，能够帮助人们进行判断、决策、开拓未知领域和获得新的知识。人机之间可以直接通过自然语言（声音、文字）或图形、图像交流和传输信息。1981年10月，日本开始研制第五代计算机，后来，美国等国家都先后投入巨资来研制第五代计算机。第五代计算机的研制得了一定的研究成果，但至今仍没有研制出真正具备智能特点的计算机。202.计算机的分类按综合性能指标分类巨型机：速度最快、处理能力最强例如：我国的天河一号,运算速度达每秒千万亿次

大型、通用、较快、较强大型机：作“客户机/服务器”的服务器 作“终端/主机”的主机

小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短 工艺先进、使用维护简单

工作站：专长处理某类事务的独立计算机；介于PC与小型机之间；高分辨率；大容量内外存，数据处理能力强；图形功能强微型计算机(PC):小、巧、轻、使用方便、便宜 中央处理器：一个芯片(多个)服务器：网络环境下为多用户提供服务的计算机系统

如文件、数据库、打印服务器等嵌入式计算机：不独立使用；嵌入到各种设备。211.1.3计算机的发展趋势*1.计算机发展的新技术

（1）嵌入式技术将软件固化集成到硬件系统中，将硬件系统与软件系统一体化。将计算机作为一个信息处理部件，嵌入到应用系统中的一种技术。

（2）网格计算利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，这种计算方式叫网格计算。优势：数据处理能力超强；能充分利用网上的闲置处理能力。（3）中间件技术介于应用软件和操作系统之间的系统软件。是通用的，基于某种标准，可以被重用。22（1）光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。超高速；强大的并行处理能力；大存储量；强抗干扰能力。（2）生物计算机（分子计算机）采用生物芯片(由生物工程技术产生的蛋白质分子构成)运算速度快；耗能低；巨大的存储能力；高智能。（3）量子计算机利用原子的状态来代表数据进行运算的计算机。解题速度快；存储量大；搜索能力强；安全性高等。（4）纳米计算机把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统，体积小、几乎不需要耗能，性能强大。（5）神经网络计算机用简单的数据处理单元模拟人脑的神经元，从而模拟人脑的逻辑思维、记忆、推理、设计和分析等智能行为。2.未来发展趋势微型化、巨型化、网络化、多媒体化、智能化。例如：231.1.4计算机的应用科学计算数据处理电子商务过程控制CAD/CAM/CIMS（计算机集成制造系统）多媒体技术虚拟现实人工智能……241.2

计算机中信息的表示与编码计算机通过数据来表示信息，通过处理数据来实现对信息的处理。信息：是各种事物的变化和特征的反映，又是事物之间相互作用和联系的表征。数据：信息的载体。如数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。信息与数据的区别：信息是有意义的，数据则没有意义。

例如：病历卡上记载病人的体温39oC是数据。数据39本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时，才能成为信息。某个病人的体温是39oC，这才是信息，信息是有意义的。25编码：编码是用数据表示信息的方案。使用少量符号、按照一定规则、表示大量的信息例如：身份证编码邮政编码物品编码电报码汉字国标码

……261.2.1

数制的概念1.十进制

数码：0，1，2，…，9基数r：10进位：逢十进一位权：10n

表示：用D表示（Decimal）,如:(123.45)D

或123.45D例：1234.56=1103+2102+3101+4100+510-1+610-22.二进制数码：0，1基数r：2进位：逢二进一位权：2n表示：用B表示（Binary），如:(1101.11)B

或1101.11B例：(1101.11)B=123+122+021+120+12-1+12-2=(13.75)D（人们利用符号进行计数的方法）273.八进制基本符号：0，1，2，…7基数r：8进位：逢八进一权：8n

表示：用O表示（Octal）例：(1234.56)O=183+282+381+480+58-1+68-2=(668.71875)D4.十六进制基本符号：数字0-9,A,B,C,D,E,F组成基数r：16进位：逢十六进一权：16n表示：用H表示（Hexadecimal）例：(38BA)H=3163+8162+11161+10160=(14522)D

(A.C)H=10160+1216-1=(10.75)D28数制对照表十进制二进制十六进制八进制0000111121022311334100445101556110667111778100081091001911101010A12111011B13121100C14131101D15141110E16151111F17291.2.2数制的转换1.r进制转化成十进制数码乘以各自的权的累加

(an...a1a0.a-1...a-m)

r=anrn+…+a1r1+a0r0+a-1r-1+...a-mr-m

例：

1234.56=1103+2102+3101+4100+510-1+610-2(1234.56)O=183+282+381+480+58-1+68-2

=(668.71875)D(38BA)H=3163+8162+11161+10160=(14522)D

(A.C)H=10160+1216-1=(10.75)D30整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。小数部分：乘以r取整数，整数从左到右排列。(100)D=(144)O=(64)H转换成八进制:100812818044110016604616转换成十六进制：例(100.345)D≈(1100100.01011)B100250225212262321000100112取余数0101.3800.34520.69022

0.7602

1.5202

1.040取整数112.十进制转化成r进制313.八（十六）进制转换成二进制每一个八进制数对应二进制的三位。每一个十六进制数对应二进制的四位。

(2C1D)H=(0010

1100

0001

1101

)B

2C1D(7123)O=(111

001

010

011

)B71234.二进制转化成八(十六)进制整数部分：从右向左按三(四)位进行分组，不足补零。小数部分：从左向右按三(四)位进行分组，不足补零。

(1

101

101

110.110

101)B=(1556.65)O155665(11

0110

1110.1101

01)B=(36E.D4)H36ED432

计算机中为何采用二进制？可行性只有0，1两个数码，采用电子器件很容易物理上实现。可靠性只有两种状态，在传输和处理时不容易出错，工作可靠，抗干扰能力强。简易性二进制的运算法规简单，使得计算机的运算器结构简化，控制简单。逻辑性

0、1两种状态代表逻辑运算中的“假”和“真”，便于用逻辑代数作为工具研究逻辑线路。331.2.3

数据存储的组织形式存储器：保存数据的位置，由许多存储单元组成：……字节Byte76543210位Bit位：Bit字节：Byte，B1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字长：CPU能一次处理的二进制数据的位数。如8位CPU，32位CPU，64位CPU等。地址：每个字节有一个地址寻址范围：与地址线根数有关8位二进制0102…FF341.2.4

计算机中数据的基本运算1.二进制数的算术运算加法：0+0=00+1=11+0=11+1=0(向高位进位)减法：0–0=01–1=01–0=10–1=1(向高位借位)乘法：0×0=00×1=01×0=01×1=1除法：0÷1=01÷1=1

÷0（无意义）例：求(1101)B+(1110)B

例：求(11011)B-(1110)B

在计算机中，加法、减法是基本运算，乘法、除法可以通过转换成加法、减法和移位来实现。+)1101111011110-)110111011111035(1)逻辑数的表示

用1和0分别表示真与假、是与非、对与错、有与无等。(2)逻辑运算逻辑否定（逻辑非）

0=11=0逻辑乘法（逻辑与）

0×0=00×1=01×0=01×1=1

或0

0=001=010=011=1逻辑加法（逻辑或）

0+0=00+1=11+0=11+1=1或00=001=110=111=12.二进制数的逻辑运算361.2.5计算机中数据的表示数值十／二进制转换西文ASCII码汉字输入码／机内码转换声音、图像模／数转换二／十进制转换西文字形码汉字字形码数／模转换内存输入设备输出设备数值西文汉字声音、图像在计算机内部，文字、声音、图形统一用0、1表示37机器数：数在计算机中的二进制表示形式。符号位“0”表示正、“1”表示负10101100（2）小数点的表示：小数点约定在某一位置，不再占用一位（3）机器数的表示范围：与用多少位来表示一个数据有关例:若用8位表示一个整数,则最大值为01111111（27-1=127),最小值为11111111（-127)（1）数的符号表示：通常把最高位定义为符号位1.符号数的机器数表示382.定点数约定小数点隐含在某一固定位上（1）定点整数

带符号

S小数点

不带符号

不同位数定点整数的表示范围

（设用补码表示）：二进制位数无符号整数范围有符号整数范围80～(28-1)-27～(27-1)160～(216-1)-215～(215-1)320～(232-1)-231～(231-1)定点整数定点小数带符号不带符号39小数点（2）定点小数约定：小数点在符号位、有效数值部分之间定点小数是纯小数，所有数均小于1。40(1)浮点数表示法（科学表示法）可以表示特大或特小的数由两部分组成：尾数；阶码例：0.235×104

尾数：0.235；阶码：4；底数：10底数是事先约定的，在机器数中不出现根据阶码的不同取值，小数点位置是浮动的。12.345678例：1.2345678×10+1

1234.5678×10-2

3.浮点数41

计算机中的浮点数表示成规格化形式：0.1≤|尾数|＜1

从而惟一地规定了小数点的位置1100110011(2)浮点数在计算机中的存储形式:尾数的位数决定数的精度;阶码的位数决定数的范围阶码数符阶符尾数

定点整数定点小数例如：二进制数110.011的规格化形式为：(0.110011)B×2(+11)B42

机器数在参与运算时，若将符号位同时和数值参与运算，则会产生错误结果。4.原码、反码、补码为解决此问题，计算机中引入了原码、反码和补码例如：求-5＋410000101-5的机器数000001004的机器数＋10001001运算结果为-943(1)原码

例：[+1]原＝00000001[-1]原＝10000001

[+127]原＝01111111[-127]原＝11111111[+0]原＝00000000[-0]原＝10000000(2)反码：正数同原码，负数除符号位之外的其它各位取反例：[+1]反＝00000001[-1]反＝11111110

[+127]反＝01111111[-127]反＝10000000[+0]反＝00000000[-0]反＝11111111(3)补码：正数同原码，负数在反码基础上最低位加1

例：[+1]补＝00000001[-1]补＝11111111

[+127]补＝01111111[-127]补＝10000001

0的补码：[+0]补＝[-0]补＝00000000

44利用补码可以方便地进行运算：例：求-5+4①求-5的补码：10000101→11111010→11111011②求+4的补码：00000100③相加：11111111+)1111101100000100④得到的结果为某数的补码：11111111

求该补码对应的原码：如果是负数，则取反加1，否则不变

11111111对应的原码为：10000001，即-1符号位也参加了运算，结果正确！思考:补码10000000表示的值是多少?答:-128,即8位负数所能表示的最小值452.字符的编码字符包括：西文字符（字母、数字和各种符号）、中文字符，即所有不可做算术运算的数据。由于计算机是以二进制的形式进行存储和处理的，因此字符必须按特定的规则进行二进制编码才能保存在计算机中。编码的位数决定了所能表示的字符数。46ASCII码:美国标准信息交换码;AmericanStandardCodeforInformationInterchange用7位二进制编码,可以表示128个字符。控制字符：33个；普通字符：95个。见P21表1-8

例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；常见字符：换行(LF)0AH10

回车(CR)0DH13

空格(SP)20H32‘0’～‘9’30H～39H48～57‘A’～‘Z’41H～5AH65～90‘a’～‘z’61H～7AH97～122西文字符机内码：7位ASCII码，加上最高为0(1)西文字符编码47(2)汉字编码汉字是象形文字，种类繁多，编码相对复杂。在一个汉字处理系统中，输入、内部处理、输出对汉字编码的要求不尽相同。因此需要进行一系列汉字编码及转换。

输入码国标码字形码

机内码

地址码汉字输出

汉字输入

48①

汉字输入码按标准键盘上按键的不同排列组合对汉字进行编码。目前已经有几百种汉字输入编码法。衡量编码好坏的标准：编码短；重码少；好学好记。常用的两类输入法：音码类：全拼、双拼、自然码和智能ABC、sogou输入法等形码类：五笔字型法、郑码输入法等发展趋势：智能化输入。如语音输入、手写输入、扫描输入49②

汉字区位码和汉字国标码国标码全称:GB2312-80,信息交换用汉字编码字符集－基本集,是中文信息处理的国家标准，也称汉字交换码。共6763个汉字：一级汉字：按汉语拼音排列，3755个二级汉字：按偏旁部首排列，3008个分94个区,每个区94个汉字,由区号和位号构成“区位码”区号位号国标码：由区号和位号各加32构成

例如：“中”位于第54区第48位，