第1章计算机基础知识(本科教学用)资料

多样的计算机台式个人电脑笔记本智能手机，如iphone平板电脑，如ipadGPS导航仪机房服务器路由器………….计算机已成了生活的必需品21世纪是信息的世纪

1.1计算机的产生和组成

1.2计算机的特点、分类与作用

1.3计算机中数据的单位和主要性能指标

1.4计算机中的数据表示和信息编码

1.5计算机的新技术

1.6计算机的发展趋势

1.7计算机病毒与防治第1章计算机基础知识

计算机的萌芽古代：商业活动中用来记录和计算的设备古巴比伦的粘土板（公元前4000年）中国的算盘（公元前3000年）计算机的萌芽启蒙时期：对钟表机构的好奇心与实验Pascaline（1642）：B.Pascal发明的一种用钟表元件构成的、能够做两个十进制数加减法的机器Automata（大约18世纪）:J.Droz发明的一种计算器计算机的萌芽工业革命时期：纺织技术提花织机（1728）飞梭织机（1733）计算之父亲与第一位程序员1821年，英国数学家C.Babbage（1791-1871）设计了差分机，这是第一台可自动进行数学变换的机器，因此他被称为“计算之父”。此后，他又设计了能够处理数学公式的分析机。然而，这两种机器都没有真正实现。AdaLovelace（1815-1852）为Babbage的分析机设计了程序，被称为“第一位程序员”。布尔代数自从公元17世纪，欧洲人发明了对数计算器，后来又发明了机械式的手摇计算机、电动机械计算机之后。20世纪初，英国人Boole创立了“布尔代数”，为电子计算机的诞生奠定了理论基础。用两个电子管等元件构成的双稳态触发器，来表示二进制数“0”和“1”，又为电子计算机的诞生奠定了物质基础。

计算理论的奠基人AlanTuring（1912~1954）1936年上研究生时发表的一篇论文中提出了图灵机（TuringMachine），奠定了计算机的理论基础。第二次世界大战中，Turing领导的小组制造出了破译德军Enigma密码的计算机，并成功地完成了任务。Turing与Church合作给出了数学证明，断言未来计算机能够象人那样具有思维能力（因而汉语中有了“电脑”）。计算机学科的最高荣誉是ACM（美国计算机学会）图灵奖。第一台电子数字计算机1945年，在宾夕法尼亚大学Moore学院，J.Eckert和J.Mauchly为实现弹道计算研制成功了ENIAC（“电子数字积分计算机”，ElectronicNumericalIntegratorandComputer），它用了19000个电子管，重13吨，耗电200千瓦。现在所谓的计算机就是电子数字计算机5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW计算机体系结构创始人1946年，JohnvonNeumann（1903~1957）发表了第一篇关于电子计算机程序存储的论文，描述了如何用（可被存储、读出和执行的）数字来表示逻辑操作（程序）。至今，大多数计算机采用的都是vonNeumann体系结构（vonNeumann

architecture）。JohnvonNeumann

冯诺依曼1949EDSAC存储程序的工作原理冯·诺依曼提出了三个重要的设计思想：(1)计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。(2)采用二进制形式表示计算机的指令和数据。(3)将程序(由一系列指令组成)和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序，这就是“存储程序和程序控制”思想的基本含义。EDVAC方案成了后来计算机设计的主要依据。第一代（1946~1957）电子管5千~4万（次/秒）第二代（1957~1964）晶体管几十万~百万（次/秒）第三代（1965~1970）集成电路百万~几百万（次/秒）第四代（1971~至今）集成电路几百万~几亿（次/秒）

按硬件划分计算机年代划分计算机更新换代计算机更新换代第一代（1945~1957）：电子管计算机第二代（1958~1963）：晶体管计算机第三代（1964~1969）：小规模集成电路计算机第四代（1970~1990）：以微处理器（Microprocessors）为标志的大规模/超大规模集成电路（LSI/VLSI）计算机第五代（1991~目前）：以互联网（Internet）为标志的信息系统第一代1946～1957年第二代1958～1964年第三代1965～1970年第四代1971～至今电子器件电子管晶体管中、小规模集成电路大规模和超大规模集成电路主存储器阴极射线管或汞延迟磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓、半导体存储器半导体存储器外部辅助存储器纸带、卡片磁带、磁鼓磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘、U盘处理方式机器语言、汇编语言监控程序、连续处理作业、高级语言编译多道程序实时处理实时、分时处理、网络操作系统运算速度几千～几万次/秒几十万～百万次/秒百万～几百万次/秒几百万～万亿次/秒计算机各代的特点计算机的产生和发展公元前5世纪竹筹、算盘公元17世纪机械装置20世纪50年代电子管计算机1958-1964晶体管计算机1971至今大规模、超大规模集成电路当代计算机公元19世纪机械分析机计算尺、机械计算机主要计算加减乘除、方根、对数1834年巴贝奇1854年“布尔代数”微机、笔记本、手持Ipad、智能手机等移动设备计算加减乘除1965-1970集成电路计算机ENIAC晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍摩尔定律晶体管数目4004奔腾4420,000,0002,300

将电脑浓缩在一颗芯片上0.18微米芯片10微米芯片第一代微机：CPU是8088，诞生于1981年。第二代微机：CPU是80286于1985年诞生。第三代微机：CPU是80386，1987年诞生。第四代微机：CPU是80486，1989年诞生。第五代微机：1993年推出的Pentium。第六代微机：1998年推出了的PentiumⅡ、PentiumⅢ、Pentium4等。第七代微机：2003年9月，AMD公司发布了面向台式机的64位处理器微机的发展主机计算机系统硬件系统控制器运算器中央处理器CPU存储器外存储器软盘硬盘U盘光盘等内存储器只读存储器随机存储器输入设备输出设备I/O设备软件系统系统软件操作系统语言处理程序数据库管理系统网络及通信系统应用软件应用软件包用户程序外部设备计算机的组成总框图计算机人软件硬件灵魂身躯物质基础控制指挥计算机的组成硬件身躯CPU内存总线输入设备输出设备时钟大脑记忆帐本神经中枢眼耳口等手脚脉搏思考、指挥帐本、存储传递信号接受信号响应引擎、动力运算器控制器PCALU总线接口寄存器I/O桥主存储器CPUUSB控制器图形适配器磁盘控制器系统总线存储总线I/O总线磁盘显示器鼠标、键盘、U盘等扩展槽计算机结构图软件灵魂系统软件性格感觉不到默默指挥应用软件淡吐举止与外界打交道调用体现使用语言计算机软件非计算机语言德语编译程序翻译计算机语言中文笔画、字、词、句、文章位、字节、字、语句、程序计算机语言计算机软件系统软件系统(1)系统软件

①操作系统

②程序设计语言

③语言处理程序

④数据库管理系统

⑤网络管理软件

(2)应用软件操作系统他各其种应用软件软件系统硬件图1.3计算机硬件、软件与用户的关系用户程序A程序B操作系统时间0.2ms0.2ms切换切换切换调用操作系统的功能判断该执行哪个程序操作系统是大管家

1.1计算机的产生和组成

1.2计算机的特点、分类与作用

1.3计算机中数据的单位和主要性能指标

1.4计算机中的数据表示和信息编码

1.5计算机的新技术

1.6计算机的发展趋势

1.7计算机病毒与防治第1章计算机基础知识

运算速度快计算精度高存储能力强逻辑判断能力自动运行程序

计算机的特点类

别特

点用

途个人(微型)计算机体积小、功耗低、结构简单、使用方便家庭、办公室工作站配有高分辨率的大屏幕显示器、绘图仪、扫描器和数字化仪等计算机辅助设计(CAD)技术及专用小型计算机规模较小，价格相对较便宜早期用于科研院所中型计算机规模和价格介于小型机和大型机之间小型机和大型机之间大型计算机规模较大，价格昂贵，一台主机可带上百台用户金融业、大型商业、科研机构巨型计算机速度快、性能高、体积大、耗资多国防与科技高性能计算机超级计算机超级服务器科学工程计算及专门的设计；数值计算、事务处理、数据库应用、网络应用与服务；气象观测、石油勘探、航空航天、信息安全和生命科学计算机的分类计算机的应用科学与工程计算信息处理和管理过程控制计算机辅助系统电子商务人工智能多媒体技术应用计算机网络应用

1.1计算机的产生和组成

1.2计算机的特点、分类与作用

1.3计算机中数据的单位和主要性能指标

1.4计算机中的数据表示和信息编码

1.5计算机的新技术

1.6计算机的发展趋势

1.7计算机病毒与防治第1章计算机基础知识

计算机中数据的单位和主要性能指标位——称为比特，记为bit（BinaryDigit）或小写b。位是计算机中最小的信息单位，是用0或1来表示一个二进制数位。字节——称为拜特，记为Byte或大写B。字节是数据存储中最常用的基本单位，计算机中八个二进制位构成一个字节，即1Byte=8bit。位是计算机中最小数据单位，字节是计算机中基本信息单位。字——字也称为计算机字，记为Word或W，是位的组合。字是信息交换、加工、存储的基本单元（独立的信息单位）。用二进制代码表示，一个字由一个字节或若干字节构成（通常取字节的整数倍）。位、字节、字演示用UltraEdit打开文件说明计算机中的文件都是位序列、字节序列或字的序列，计算机才能读明白，文本文件、Word文件或PPT文件也不例外。位的序列的意义要根据当前环境才能知道，一个文本文件只有用记事本或者能识别字符的软件打开才能正确显示，文本文件也可以重命名为EXE文件，没有本质的区别，但双击不能正常运行，因为计算机虽然将字符编码的位识别成执行代码，但执行过程中发现错误；同样，一个EXE文件也可以重命名为.txt文件，用记事本打开，但因为里面的位序列并没有按字符编码排列，所以显示成没有意义的乱码。位的编码规则下一小节详细介绍。计算机的性能指标字长——一个字中包含的二进制位数；CPU一次能够处理的二进制位数内存容量——通常指随机存储器（RAM）的容量，表示存储数据的能力

运算速度——根据一些典型题目，让计算机计算各种指令的频度以及每种指令执行的时间折算出来，用MIPS（每秒百万条指令数）衡量主频、外频和倍频主频——CPU的时钟频率，CPU运算时的工作频率。单位MHz或GHz。外频——系统总线的工作频率，主板为CPU提供的基准时钟频率。倍频——主频=外频×倍频计算机的性能指标字长——一个字中包含的二进制位数；CPU一次能够处理的二进制位数内存容量——通常指随机存储器（RAM）的容量，表示存储数据的能力

运算速度——根据一些典型题目，让计算机计算各种指令的频度以及每种指令执行的时间折算出来，用MIPS（每秒百万条指令数）衡量主频、外频和倍频主频——CPU的时钟频率，CPU运算时的工作频率。单位MHz或GHz。外频——系统总线的工作频率，主板为CPU提供的基准时钟频率。倍频——主频=外频×倍频超频——人为地提高外频或倍频，使CPU超出额定主频，以提高性能锁频——厂家锁定CPU倍频，无法调整，目前大部分CPU被锁频前端总线频率——（FSB）是指CPU与内存之间的数据交换速度。目前CPU的FSB有533MHz、800MHz、1066MHz和1333MHz，FSB是CPU性能的一个重要指标计算机的性能指标字长——一个字中包含的二进制位数；CPU一次能够处理的二进制位数内存容量——通常指随机存储器（RAM）的容量，表示存储数据的能力

运算速度——根据一些典型题目，让计算机计算各种指令的频度以及每种指令执行的时间折算出来，用MIPS（每秒百万条指令数）衡量主频、外频和倍频主频——CPU的时钟频率，CPU运算时的工作频率。单位MHz或GHz。外频——系统总线的工作频率，主板为CPU提供的基准时钟频率。倍频——主频=外频×倍频内存总线速度——CPU的二级高速缓存和内存之间的通信速度存取速度——存储器完成一次读/写操作所需时间称为存取时间磁盘容量——硬盘、光盘或U盘存储量的大小计算机的性能指标字长——一个字中包含的二进制位数；CPU一次能够处理的二进制位数内存容量——通常指随机存储器（RAM）的容量，表示存储数据的能力

运算速度——根据一些典型题目，让计算机计算各种指令的频度以及每种指令执行的时间折算出来，用MIPS（每秒百万条指令数）衡量主频、外频和倍频主频——CPU的时钟频率，CPU运算时的工作频率。单位MHz或GHz。外频——系统总线的工作频率，主板为CPU提供的基准时钟频率。倍频——主频=外频×倍频内存总线速度——CPU的二级高速缓存和内存之间的通信速度存取速度——存储器完成一次读/写操作所需时间称为存取时间磁盘容量——硬盘、光盘或U盘存储量的大小 1B=8bit 1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=210KB=220B 1GB=1024MB=210MB=230B 1TB=1024GB=210GB=240B 1PB=1024TB=210TB=250B注意：硬盘厂商在标识硬盘容量时，采用的计量方法是1KB=1000Byte，而不是1KB=1024BytePCALU总线接口寄存器I/O桥主存储器CPUUSB控制器图形适配器磁盘控制器磁盘显示器鼠标、键盘、U盘等扩展槽计算机结构图主频：CPU内部前端总线频率基准频率倍频内存总线频率寄存器L1高速缓存L2高速缓存L3高速缓存主存磁盘、光盘、U盘Web、FTP、P2P等更小更快更贵更大更慢更便宜CPU寄存器保存来自L1的字L1保存来自L2的行L2保存来自L3的行L3保存来自主存的行主存保存来自本地磁盘的磁盘块本地磁盘保存来自远程网络的文件存储器层次根据环境的不同，位的解释也不同

控制码——程序员关心的事

文本——字符编码

数字——如何表示、如何转换下一节信息=位+环境

1.1计算机的产生和组成

1.2计算机的特点、分类与作用

1.3计算机中数据的单位和主要性能指标

1.4计算机中的数据表示和信息编码

1.5计算机的新技术

1.6计算机的发展趋势

1.7计算机病毒与防治第1章计算机基础知识

数制的概念

基数:是指该进制中允许选用的基本数码的个数。位权:的大小是以基数为底、数码所在位置的序号为指数的整数次幂（整数部分的个位位置序号为0）。计算机的数制

对任何一种用进位计数制表示的数据都可以写出按其权展开的多项式之和。如任意r进制数可表示为：其中：ai为数字符号；ri为位权；n、m为整数。权的展开式十进制 R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制 R=2，可使用0,1八进制 R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制 R=16，可使用0,……,9,A,B,C,D,E,F“逢R进一，借一当R”数制的运算规则进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281016基本符号0,10,1,…,70,1,…,90,1,…,9,A,B,…,F权(n为整数)2n8n10n16n形式表示BOD或省略H计算机中常用的数制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各数制之间的对应关系任意r进制数化成十进制数的方法是：按权展开各项，按十进制运算法则相加求和。

如将二进制数(10101.1)2化为十进制数。(10101.1)2=1×24+0×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1=1×16+1×4+1×1+1×0.5=(21.5)10

任意进制转十进制数十进制数化成任意r进制数分为两部分，整数部分和小数部分分别化，然后再将其连成一个整体。其中整数部分的化法是：除以基数(r)，取其余数，倒排序；小数部分的化法是：乘以基数(r)，取其整数，顺排序。说明：在整数部分的转换时，每次除基取余时，直到商为0时为止；小数的转化过程中，每次乘基取整时，直到小数部分为0时为止，但由于一个十进制小数不一定能完全准确地转换成二进制小数，如果小数部分永不为0，这时应根据精度要求转换到一定的位数为止。十进制数转任意进制数将十制数98.345转换成二进制数。例1.19849241123622222220a30a20a41a51a10a001a6取余数(98.345)10(1100010.01011)20.34520.69021.38020.76021.52021.040取整数0a-11a-20a-31a-41a-5二进制数转换成八进制数的方法是：整数部分：从低位向高位每3位一组，高位不足3位用0补足3位，然后每3位二进制数用1位八进制数代替即可。小数部分：从高位向低位每3位一组，低位不足3位用0补足3位，然后每3位二进制数用1位八进制数代替即可。二进制转八进制二进制数转换成十六进制数的方法是：整数部分：从低位向高位每四位一组，高位不足四位用0补足四位，然后每4位二进制数用1位十六进制数代替即可。小数部分：从高位向低位每四位一组，低位不足四位用0补足四位，然后每4位二进制数用1位十六进制数代替即可。二进制转十六进制(1101101110.110101)2=(36E.D4)1636ED4(1101101110.110101)2=(1556.65)8155665

后面补两个0，变成0100前面补两个0，变成001例如：

八进制转换成二进制,用“一位变三位”法十六进制转换成二进制,用“一位变四位”法八或十六进制转二进制例如：（142）8=(001100010)2

=(1100010)2

142（62）16=(01100010)2

=(1100010)2

62（2C1.A5）16=(001011000001.10100101)2

2C1A5八进制数与十六进制数之间的相互转换，可以通过二进制作为桥梁进行互化。即八进制数先化成二进制数，再将该二进制数化成十六进制数，反之亦然。

八进制与十六进制转换

字符是由英文字母、数字、标点符号及一些特殊符号组成。目前计算机中使用最广泛的字符编码为ASCII码（美国标准信息交换码）。

这种编码规定：八个二进制位进行编码，但最高位为零，用余下的七位进行编码。因此，可表示128个字符。其中，95个编码对应着计算机终端能敲入并可显示的95个字符，另外的33个编码对应着控制字符，它们不可显示。注意：数值3与字符“3”的区别。信息在计算机中的表示与编码转换ASCII码表美国信息交换标准码ASCII码ASCII码的十进制表示:SP:320-9:48-57A-Z:65-90a-z:97-122NULDLESOHDC1STXDC2ETXDC3EOTDC4ENQNAKACKSYNBELETBBSCANHTEMLFSUBBTESCFFFSCRGSSORSSIUS

1．西文字符编码利用键盘输入汉字时对汉字的编码，也称之为汉字的外码。汉字的输入码一般用键盘上的字母和数字描述。汉字输入码可分为以下四类：数字码（如电报码，区位码等）音码（如全拼码，简拼码，双拼码等）形码（如五笔字型，大众码，郑码等）混合码（如自然码，首尾码等）汉字编码——输入码汉字编码——国标码为了便于各计算机系统之间能够准确无误地交换汉字信息，必须规定一种专门用于汉字信息交换的统一编码，这种编码称为汉字的交换码。我国制定了“中华人民共和国标准信息交换汉字编码”代号为“GB2312-80”，称为交换码。汉字内码是为在计算机内部对汉字进行存储、处理和传输而编制的汉字代码，也叫内部码，简称内码。目前对应于国标码一个汉字的内码也用2个字节存储，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。如果用十六进制来表示，就是把汉字国标码的每个字节上加一个80H(即二进制数10000000)，所以汉字国标码与其内码有下列关系：汉字的内码=汉字的国标码+8080H。汉字编码——内码输出码也称为字形码或字模，是指字形的点阵信息的数字代码。存放在汉字库中。字形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。字库是一个汉字信息系统具有的所有汉字字形码的集合。汉字编码——输出码汉字字形码举例64*64点阵，共占512字节00行63行输入码汉字外码国标码汉字内码字形码汉字输入输入设备管理模块汉字标识字模库输出设备汉字输出图1.5汉字编码流程图汉字编码——编码流程图形、图像、声音和视频等多媒体信息要在计算机中处理和存储，一样需要经过数字化，以某种二进制编码形式来表示，不过其形式要复杂得多。多媒体信息的表示

1.1计算机的产生和组成

1.2计算机的特点、分类与作用

1.3计算机中数据的单位和主要性能指标

1.4计算机中的数据表示和信息编码

1.5计算机的新技术

1.6计算机的发展趋势

1.7计算机病毒与防治第1章计算机基础知识

计算机的新技术（1）嵌入式计算机区别：系统的应用软件与硬件一体化组成：嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序特点：要求高可靠性、实时处理能力、嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器或闪存中

在各种类型的计算机中，嵌入式计算机应用最广泛，数量超过PC。目前广泛用于各种家用电器之中，如电冰箱、自动洗衣机、数字电视机、数码照相机等。计算机的新技术（2）中间件技术1、中间件（Middleware）是介于操作系统和应用软件之间的系统软件，它是一种独立的系统软件或服务程序。2、中间件是在客户机和服务器之间增加一组服务，这些服务具有标准的程序接口和协议。这组服务(应用服务器)就是中间件。3、通过中间件，应用程序可以工作于多平台或操作系统环境。中间件是一类软件，而非一种软件，中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作。4、目前，中间件技术已经发展成为企业应用的主流技术，并形成各种不同类别，如交易中间件、消息中间件、专有系统中间件、面向对象中间件、数据存取中间件、远程调用中间件等。计算机的新技术（3）云计算1、云计算是并行计算(ParallelComputing)、分布式

计算(DistributedComputing)和网格计算(GridComputing)

的发展。2、云计算最基本的概念是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。3、网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。4、搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。5、在“云计算”时代，“云”会替我们做存储和计算的工作。因为“云”就是计算机群，而每一群包括了几十万台、甚至上百万台计算机。所以“云”的好处还在于，其中的计算机可以随时更新，保证“云”长生不老。计算机的新技术（4）物联网1、过去：人——互联网——人

人与人之间的相互交换信息和通信

今后：人或物——互联网——人或物2、物联网