计算机基础知识

第一计算机基础知识

计算机是一种能快速、自动地完成信息处理的电子设备。由于它能模拟人的大脑功能去处理各种信息，故俗称电脑。随着信息时代的到来，计算机已经成为人类活动中不可缺少的工具。

第一章计算机基础知识

本章主要内容

退出计算机的发展与应用计算机中的数据及编码计算机系统微处理器

存储器

计算机的安全输入设备

输出设备

总线、主板与接口

软件系统

讨论题1.1

计算机的发展与应用1.1.1计算机的发展简史

1.计算机的分代

●按电子器件来划分电子管→晶体管→小规模集成电路→超大规模集成电路器件集成度不断提高

●按应用发展划分

大型机→

微型机→

计算机网络开创了以网络为中心、实现资源共享的新纪元从实验室少数人拥有到社会大普及，并进入千家万户开创了使用机器代替脑力劳动的新纪元第一台电子计算机的诞生2.冯·诺依曼设计思想和摩尔定律

确立现代计算机体系结构冯·诺依曼机：“存储程序”的概念五十多年来，计算机系统基本结构没有变。

英国科学家艾兰.图灵美籍匈牙利数学家冯.诺依曼1936发表论文“论可计算数及其在判定问题中的应用”，为计算机的理论和模型奠定了基础；提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。冯·诺依曼的三个重要设计思想

○五大基本部件;

○采用二进制数表示指令和数据;

○将程序和数据存放在计算机的内存中，并让计算机自动执行集成电路中的晶体管数平均每18个月翻一番，芯片的性能也随之提高一倍

2003年2月摩尔发表讲话说，摩尔定律至少在未来10年中还能继续发挥作用摩尔定律微型计算机发展--摩尔定律197519801985199519902000单位时间执行的指令数百万条/每秒0.1110255004004Pentium每2年芯片能力增长一倍808080888286838684862000年的微处理器晶体管数目4004奔腾2,30042,000,00032年P43,500,000计算机的器件材料

电子管磁芯小规模集成电路超大规模集成电路3.微型机的发展

微型机已从4位机、8位机、16位机、32位机发展到64位机。微型机的核心是微处理器

微型机已经深入到社会生活的各个领域，并进入千家万户，真正成为大众化的信息处理工具4.计算机的发展趋向

三合一：三网合一（电信网、计算机网、广播电视网）三线合一（数据线、声频线、视频线）三机合一（电脑、电视、电话）计算机的发展趋向微型化巨型化网络化智能化多媒体化未来的计算机未来的计算机：智能计算机、生物计算机、光子计算机（见本幻灯片的备注）

2000年6月IBM公司研制出世界上当时最快的计算机——ASCI“白”，每秒12.3万亿次，以前模拟全球天气模型的计算周期为18小时，而“白”却只需几秒钟。

2002年8月22日日本富士通宣布，已研制出可扩展为16384个处理器，每秒85.1万亿次的“HPC2500”计算机。据称，人脑处理信息的速度比“白”要快1000倍，按目前开发速度，可望在10年内开发出比人脑还快的超级计算机

○86年sun总裁提出：网络就是计算机○IBM总裁（郭士纳）说：PC时代已经终结○PC机的发展方向：上网、服务、傻瓜○96年前后微软董事会主席比尔.盖茨提出：

未来计算机能与人对话，进入无线网络。具有看、听和说的能力。无论是在家里还是办公室，人们都能够通过对话操纵计算机

2001年10月亚太会议上，盖茨又提出

未来十年，人类将迎来一个既个性化又全球化的数字时代。未来的电脑，会像一张纸那么大，它可以识别每一个人的声音，无论在何时、何地，人们都可以自由地与世界交流，再没有在线与否的限制。

在第13届Windows硬体设计会议（2004年5月4日至7日，华盛顿州的西雅图举行）上，盖茨指出

1.桌面电脑从32位过渡到64位运算已经近在咫尺。微软推出WindowsXP及WindowsServer2003的64位元版本。到2005年年底，几乎全部芯片将支持64位运算。

2.强调了“无缝运算（SeamlessComputing）”的重要性，并表示不管在家或办公，重要的是无论在哪种环境都可随时使用电脑。在这方面，“家庭概念电脑（WindowsHomeConcept）”可算是无缝计算的典型一例。1.1.2计算机的特点

(5)自动化程度高(4)逻辑判断能力强(3)存储容量大(2)计算精确度高(1)运算速度快1.1.3计算机的应用

(1)科学计算

(2)事务数据处理

(3)过程控制

(4)计算机辅助系统

CAI/CAD/CAM/CAT等

(5)人工智能

机器人/专家系统/模式识别

(6)计算机网络通信1.1.4计算机与信息社会人类进入了以计算机为主要应用工具的信息化时代;信息技术(IT)的核心是计算机与现代通信技术的结合;人类三大重要资源：物质、能量、信息;信息的获取、处理和利用是当今社会的热点;计算机是信息社会的支柱;没有计算机就没有信息化;1.2计算机中的数据及编码

1.2.1信息和数据

数据

是指能够输入计算机并由计算机处理的符号例如：数值、文字、语言、图形、图像等。信息的载体，是信息的具体表示形式。

信息是数据所表达的含义各种事物的变化和特征的反映病历卡上记载病人的体温39oC是数据。数据39oC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。1.

数的进制

进位计数制三个基本特点:

基数

某计数制中,数码的个数，如十进制的基数为10，数码为0，1，2，3，…9

逢n进一

如十进制中逢10进1

位权

某计数制中,数位中数码所代表数值的大小等于这数码乘上一个固定的值,该值称为位权的，如10，100，…

计算机内部使用二进制数一个二进制数可按位权展开成一个多项式，例如：

(11.101)2＝21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-31.2.2进位计数制及它们之间的转换

十进制数与十六进制数之间的转换，以及十进制数与八进制数之间的转换，可以二进制数为媒介。即

十六进制数十进制数二进制数八进制数

(1)十进制数与二进制数之间的转换十进制整数转换为二进制数的基本方法：除2取余

例1.1将117转换成二进制数结果为1110101，通常写成(117)10＝(1110101)22.数制之间的转换另一简便方法：从高位到低位确定每一位为

1或

0举例

(97)10＝(1100001)297-64√分解数

33-32√分解数

1√分解数

(217)10＝(____?____)2思考题11011001想一想例1.3

将十进制小数0.6875转换成二进制数方法：乘2取整

(0.6875)10=(0.1011)2

例1.4

将十进制数117.6875转换成二进制数方法：将整数部分和小数部分分别转换

(117.6875)10=(117)10+(0.6875)10=(1110101)2+(0.1011)2=(1110101.1011)2

(2)二进制数与十六进制数之间的转换

“四位一并法”“一分为四”

例1.6

将二进制数11001011.01011转换为十六进制数 11001011.01011000 ↓↓ ↓↓

CB .58

因此(11001011.01011)2＝(CB.58)16

“三位一并法”

“一分为三”

例如：(11001011.01011)2=(313.26)8

下列各数中，最大的一个数是

A.(11011001)2B.(75)10C.(37)8D.(A7)16(3)二进制数与八进制数之间的转换想一想思考题A

1.2.3

计算机的数据单位

在计算机内部，数据是以二进制形式存储和运算的。数据采用的单位有位、字节和字。●位(bit)是指二进制数的一个位●8个二进制位作为一个字节，即1B=8bit●字是由一个或若干个字节组成的存储单元●组成一个字的二进制位数叫做该字的字长

存储器的容量：B，KB，MB，GB，TB

1.2.4

ASCII码两类字符：键盘字符和汉字字符键盘字符编码是ASCII码常用的汉字编码是国标码

例如：字母A的ASCII码为1000001(十进制为65)

每个ASCII码用一个字节表示最高二进制位为0

1.2.5

汉字的编码

1.区位码和国标码例如，汉字“啊”的区位码为1601，转换成16进制数为1001H，则国标码3021H。

2.汉字内码(机内码)

例如，汉字“啊”的区位码为1601，转换成16进制数为1001H，则机内码B0A1H

每个汉字内码采用两个字节表示，最高二进制位均为13.汉字外码(汉字输入码)4.汉字字形码

每个汉字是由特定点阵构成的图形

汉字处理大致可分为三个步骤：

(1)汉字信息输入(键盘输入、语音输入或字形输入)

(2)汉字信息的加工处理(从某种意义上说，汉字处理过程实际上就是对汉字代码的转换过程)(3)汉字信息的输出(显示输出、打印输出和语音输出等)汉字编码之间的关系

其他系统的汉字编码交换码（国标码）显示打印输入机内码字形码汉字信息外码(输入码)汉字信息汉字库两个字节最高二进制位均为15.其他汉字编码其他汉字编码有BIG5、GBK、UCS等。

BIG5码俗称“大五码”，是通行于台湾、香港地区的一个繁体字编码方案。

GBK(汉字扩展内码规范)是中华人民共和国全国信息技术标准化技术委员会于1995年12月制定的一个汉字编码标准，它向下与GB编码兼容，向上支持ISO/IEC10646国际标准。一共收录了20902个汉字和图形符号，简、繁体字融于一库。

ISO/IEC10646(通用多8位编码字符集)是国际标准化组织于1993年公布的一个编码标准，简称UCS。它用于对世界各国文字进行统一编码。

1.3计算机系统

计算机系统的基本组成及工作原理硬件系统软件系统

1.3.1

计算机系统的基本组成及工作原理

运算器

中央处理器

控制器

主机

只读存储器(ROM)

内存储器随机存取存储器(RAM)

硬件外存储器

外部设备

输入设备

输出设备微型机操作系统

系统

系统软件

语言处理程序

数据库管理系统

软件

服务程序

应用软件

通用应用软件

专用应用软件(用户程序)

硬件系统是指所有构成计算机的物理实体计算机的基本组成：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备数据流控制流程序数据处理结果输入设备输出设备外存储器内存储器运算器控制器计算机的工作原理:

存储程序及程序控制

1.3.2

中央处理器（CPU）

CPU包括运算器和控制器，是计算机的运算和控制中心。单CPU及多CPU

控制器组成：程序计数器(PC)、指令寄存器、译码器、操作控制部件等控制器的主要任务是从内存储器中读取指令，经过译码分析，再向各部件发出执行指令的控制信号

取指→分析→执行

自动执行程序中的指令运算器由ALU(算术逻辑单元)、累加器及若干通用寄存器组成，主要完成各种算术运算和逻辑运算内存储器CPU数据区程序区×××××地址×××××运算结果地址码自动加“1”开始/

转移地址操作控制信号程序计数器译码器

指令寄存器

ALU寄存器指令数据┇┇┇操作码┇操作控制部件累加器

CPU主要技术性能指标：字长及主频率

主频率=外频率*倍频

微处理器的发展：Pentium→PentiumPro→PⅡ→PⅢ→P4→安腾(ITanium，64位)

目前主流机型：奔腾4

，其性能已达到或超过传统中小型机；Intel公司2000年推出安腾微处理器（见本幻灯片备注）。而AMD公司于2003年4月推出能从32位平滑过渡的64位微处理器“铁锤”(Opteron)

如“电话升位”，开创新纪元安腾的运算速度比早期巨型机快40倍。与32位机比较，每次传送的位数增加1倍，表示的数为以前的232倍

目前安腾主要应用于服务器，有人估计几年后会成为普及机型。到时花几千元买到的是一台“巨型机”

1.3.3

存储器

存储器是计算机记忆信息的装置可分为内存储器和外存储器

1.内存储器

内存储器简称内存可以直接和中央处理器进行数据交换，因此存取速度快内存主要用来存放当前运行所需的程序和数据

地址：一般按字节分配地址

分类：只读存储器(ROM)

随机存取存储器(RAM)

RAM又可分为：动态(DRAM)

静态(SRAM)

常用几种内存储器

●BIOS（基本输入输出系统）ROM●Cache（高速缓冲存储器)●CMOS（存放机器系统的基本设置信息)

内存储器主要性能指标：内存容量、存取周期体积小，容量大，价格低，但速度慢。应用于一般内存储器容量小，价格高，速度快。速度高出DRAM数倍多应用于高速小容量存储器高速缓冲存储器(Cache)

在CPU和内存之间设置一种高速缓冲存储器(Cache)，以此弥补内存的运行速度与CPU之间的差距，减少CPU直接访问内存的次数，提高处理速度。CPU对Cache的访问速度比一般内存快数倍。

目前在常用微机中,Cache分为二级。

内存储器(RAM)Cache

CPU采用动态(DRAM)体积小，容量大，价格低，但速度慢采用静态(SRAM)容量小，价格高速度快速度比DRAM高出数倍

CPU内存储器(RAM)早期做法目前CPU的处理速度比RAM高出几个数量级。使CPU经常处于等待状态，降低处理速度2.外存储器

外存储器简称外存。它通常是一种与主机相对独立的存储器部件。与内存比较，外存容量一般都比较大，但存取速度慢外存不能直接与CPU交换信息

微机常用的外存储器有三种：软盘存储器、硬盘存储器和光盘存储器(1)软盘存储器

软盘是目前被广泛采用的外存储介质使用方便，常用于数据备份和不同计算机之间的信息交流。存储格式：磁道（同心圆信息记录道,编号由0开始）扇区（sector)

磁面软盘的容量=磁面数×磁道数×扇区数×512B

写保护/保养

写保护口扇区末磁道0磁道(2)硬盘

微机上用的硬盘片、硬盘驱动电机和读写磁头等组装并封装在一起成为温彻斯特驱动器，硬盘作为微机系统的外存储器成为微机的主要配置之一。由多个金属盘片组成，并有多个磁头同时读写目前常用40～120GB硬盘；已推出180GB的高速硬盘硬盘转速有5400转/分和7200转/分分为低级格式化和高级格式化硬盘存储器

(3)CD光盘存储器

CD光盘具有容量大、寿命长、价格低等特点一个CD光盘的容量为650MB

类型：只读/一次写入型/可擦写型光盘刻录机

(4)DVD光盘存储器

一个DVD光盘的容量为17GB

目前流行16倍速DVD

(5)移动存储器

常用的移动存储器还有活动硬盘、Zip盘、USB硬盘、USB闪存盘、CD-RW光盘等主流产品：闪存盘（也称优盘、U盘、时代盘、电子盘等)。闪存盘逐步取代软盘。容量16MB~2GB不等。体积小，重量少于20克可擦写100万次以上，数据至少保存10年优盘

1.3.4基本输入设备

1.键盘

键盘是最常用、最基本的一种输入设备

打开“开始”菜单相当于鼠标右击，使之弹出当前对象的快捷菜单

2.鼠标(Mouse)

在图形界面的环境下，鼠标可以取代键盘进行光标定位或完成某些特定的输入

3.扫描仪

图像输入设备

1.3.5基本输出设备

1.显示器

显示器的种类很多，目前常用的是以阴极射线管(CRT)为核心的显示器，笔记本式微机基本上采用液晶显示器。几个重要概念：显示器的点距、像素和分辨率，刷新率，显示卡，显存(VRAM)，真彩色

显示器VRAM

CPU

2.液晶显示器

3.打印机三类具有图形功能的打印机:(1)针式打印机

(2)喷墨打印机

(3)激光打印机

1.3.6总线、主板与接口

1.总线

地址总线/数据总线/控制总线

采用总线结构，不但大大简化了结构，提高了系统的可靠性和标准化，还促进了微机系统的开放性和可扩性2.主板及其结构

由多层印刷电路板组成(常见4层)

主板安装了CPU芯片、内存条、CMOS、BIOS、时钟芯片、电池、扩展槽、电源、总线等

(1)主板结构

主流机型：基于CPU及内存

一体化型：配置了各种标准接口电路

提供插槽（扩展槽），可扩充设备主板CPU插座Cache插槽4个ISA扩展槽3个PCI扩展槽4个内存条插槽2个IDE接口1个软驱接口电源连接键盘接口并行接口串行接口充电电池

IDE插槽(硬盘插槽)并行口第三组PCI扩展槽。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。USBCOM1COM2键盘接口电源接线电池BIOSCMOS································时钟软驱插槽

CPU

芯片

第一组内存条第二组内存条第三组内存条PS/2第四组PCI扩展槽第二组PCI扩展槽第一组PCI扩展槽

AGP

扩展槽ISA

扩展槽

Pentium主板布局示意图决定了微型机的档次主要性能指标(线宽、集成度、位数、运算速度)

工作时产生了大量的热量降温风扇正常温度：50～70℃

插脚：PentiumPro有337条

P4分为423条和478条两种型号：Intel、AMD、赛扬(2)CPU芯片电源（5V)接口奔腾CPU风扇

(3)时钟芯片

不断产生时钟脉冲信号

…………

计算机在时钟脉冲信号控制下有规则地一个一个节拍地进行工作

(4)内存条采用大容量内存条

64MB/条、128MB/条、256MB/条和512MB/条线脚分72线、168线和184线（流行）内存条

(5)BIOS（系统基本输入输出系统）只读存储器（ROM）

装入了系统启动时的引导程序两种制造方法

EPROM（可擦除可编程）

EEPROM（加“擦除电压”后可改写）

(6)CMOS（互补金属氧化物半导体）

由充电电池供电的RAM

既能长期保存信息，又允许用户根据需要修改记录了日期、时间、软驱及硬盘的规格、系统密码、内存大小等

(7)充电电池

关机时，为CMOS供电；用机时可向电池充电充满电后，可用几个月长期不用机，电池会缺电或失效

(8)输入输出接口类别

●总线接口：扩展槽

有三种总线规格：ISA，PCI，AGP

用来扩充各种接口卡，如显示卡、声卡、Modem、鼠标、打印机等，防止硬件冲突；驱动程序；“即插即用”

●串行口：COM1，COM2，PS/2(接鼠标)

●并行口：LPT1，LPT2，如打印机

●USB口（通用串行总线）：

一个接口可串接高达成127种外部设备（如网卡、扫描仪、打印机等）,支持“即插即用”

USB接口有两个标准：USB1.1和USB2.0

接口包括适配器(硬件)和驱动程序(软件)

适配器是设置在微机与外部设备之间的逻辑控制部件，其作用是完成两个相互通讯的设备之间的一些控制、数据缓冲、速度匹配和协调等工作

如显示卡(或显示适配器)3.接口

接口PS2键盘、鼠标接口并行接口串行接口四个USB接口RJ45LAN接口

1.3.7

软件系统

软件是整个计算机系统中的重要组成部分没有配备任何软件的计算机称为裸机软件可分为系统软件和应用软件两大类系统软件的两大特点：公用性、基础性用户应用软件其他系统软件操作系统硬件

操作系统(OperatingSystem)是用户和计算机的接口，对硬、软件资源进行管理的一种软件

(1)按操作系统所管理的用户数划分

单用户操作系统、多用户操作系统

单用户操作系统又分：单任务/多任务

(2)按操作系统的功能划分:

批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等

1.操作系统操作系统的功能:

微处理器管理存储管理作业管理

设备管理文件管理

PC操作系统发展历程：

DOS→Win3.x→Win9x→Win2000→WinXP

2.程序设计语言程序设计语言(计算机语言)大致分为三类(三代)

多代共存

机器语言

汇编语言

高级语言1011000000000101………..MOVA,5ADDA,2………..LETX=5+220PRINTX………..

3.数据库管理系统(DBMS)

综合多种高级语言的优点，主要用于数据处理建立、使用、管理和维护数据库微机上最常用数据库管理系统有：

dBASE，FoxBASE,FoxPro,VisualFoxPro，Oracle,SyBASE,Informix

等。

4.服务程序

也称支撑软件协助用户进行软件开发或硬件维护的软件。

包括编辑程序、连接装配程序、纠错程序、诊断程序及工具软件等

5.应用软件

应用软件可分为通用应用软件和专用应用软件（用户程序）两种通用应用软件包一般是从软件公司购买的用户程序一般是用户自己组织编写的

办公软件美国微软公司：

Office97→Office2000→Office2002→Office2003

珠海金山公司：

WPS97

→WPSOffice→WPSOffice2002

→WPSOffice2003

日本长期使用自已的民族软件：太郎（文字处理）花子（表处理）

目前危害计算机安全的主要是计算机病毒和黑客

1.4.1计算机病毒与防治60年代末开始出现利用计算机进行犯罪的活动已经发现的病毒已超过4万种，每月以300～500种的速度增长

定义：对计算机系统具有破坏作用的计算机程序人为制造出来的制毒动机：恶作剧，报复和惩罚非法拷贝者1.4计算机的安全

1.计算机病毒的特点(1)潜伏性

(2)隐蔽性

(3)激发性。一般都有一定的激活条件，例如某个特定的时间或日期、某一数据改动等。

(4)传播性。具有很强的再生和扩散能力，它能把自身拷贝给其他的程序

(5)破坏性

“蠕虫”已成为当前威胁最大的一种病毒，如“欢乐时光”、“红色代码”、“2003蠕虫王”等，它通过大量消耗系统资源而最后导致系统瘫痪，严重的还会删除磁盘文件、格式化磁盘等

系统型/文件型/复合型操作系统型/源码型/外壳型/入侵型传播途径：软(光)盘计算机网络(如电子邮件)

2.计算机病毒的分类

(1)预防病毒

“预防为主”。防范病毒入侵的有效方法是堵塞传播渠道具体措施有：尽量不要让不明病毒情况的软盘到自己的机上使用软盘写保护不要将磁盘随便借给他人使用对于交换的软件和数据文件，要先检测，确认无病毒时方可使用对重要文件，要经常进行备份，以便当系统遭到破坏时，能及时得以恢复对执行重要工作的机器，要专机专用，专盘专用不要轻易打开或下载来历不明的文件或邮件3.计算机病毒的防治

如果发现了计算机病毒，通常的方法是采用现成的反病毒软件将其消除。常用的反病毒软件有：

KV300、KV300+、KV3000

瑞星9.0

金山毒霸

KILL、KILL98

等等

(2)检测和清除病毒

实时监控装上防病毒卡采用双BIOS

在BIOS中写入防毒程序特制主板防毒的其他措施

1.什么是“黑客”

通过计算机网络非法进入他人计算机系统的入侵者或入侵行为黑客破坏活动内容：

截取重要信息（利用“木马”程序）改动信息获取巨额资金攻击网络服务器1.4.2

防范黑客

黑客将“木马”程序隐藏在有用软件的“肚内”，当你下载并运行后，“木马”就会自动在计算机内安装。你一上网，黑客通过“木马”就“进入”你的电脑，当你敲下的任何信息时，黑客一是直接从屏幕上获知，二是设置一个程序，你敲下的各种信息会以电子邮件的形式，发往到黑客的信箱里……“木马”程序湖北首例网上银行盗窃案判“网银大盗”判入狱三年该电脑“