付长青主编 大学计算机基础 课件

大学计算机基础——主讲：郑煜人生格言：有志者事竟成2023/2/61第1章计算机基础知识1.1

计算机概述1.2计算机中信息表示1.3计算机系统的组成1.4计算机病毒2023/2/621.1

计算机概述电子计算机:是一种能够根据程序指令的要求,高速、准确、自动地进行数值运算和逻辑运算,以完成对各种数字化信息的处理,并具有存储记忆功能的电子设备。1.1.1计算机的产生与发展1.计算工具的发展

远古时用手指,垒石,刻痕,结绳法计数,运算;春秋战国时发明筹算法;唐宋时发明算盘.17世纪,西方国家发明了计算尺,机械计算器.2023/2/63大学计算机基础1812年设计差分机查尔斯.巴贝奇1834年设计分析机

许多轮子组成能保存数据的存储库＋运算装置＋能对操作顺序进行控制,并选择所需处理的数据以及输出结果的机械装置.近代计算机2023/2/64大学计算机基础1946年2月美国宾州大学研制成功ENIAC电子计算机时代到来

重达30吨,占地170m2工耗150千瓦使用18000余个电子管保存80个字节电子数字积分计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)2023/2/65大学计算机基础英国科学家:

艾兰.图灵现代计算机体系结构奠基人冯·诺依曼机:“存储程序”的概念.六十多年来,计算机系统基本结构没变.美籍匈牙利数学家冯.诺依曼2.现代计算机建立图灵机(Turingmachine)模型,奠定可计算理论的基础;

提出图灵测试,阐述了机器智能的概念.2023/2/66大学计算机基础计算机发展史2023/2/67大学计算机基础⑴第一代①时间:从1946~1957年底;②物理器件:采用电子管;③内存:水银延迟线,仅几个KB;④外存储设备:纸带、卡片等;⑤语言:使用机器语言和汇编语言;⑥运算速度:仅每秒几千次;⑦应用:仅限于军事和科研工作中的科学计算.2023/2/68大学计算机基础⑵第二代①时间:从1958~1964年;②器件:半导体晶体管;③内存:磁芯存储器,容量达到几十KB;④外存储设备:磁带、磁盘等;⑤语言:出现了Fortran,Algol等高级语言;⑥运算速度:每秒几十万次;⑦应用:除科学计算,已用于数据处理和事务处理等方面.2023/2/69大学计算机基础⑶第三代①时间:从1964~1970年;②器件:半导体集成电路;③内存:磁芯存储器,容量达到几千KB;④外存储设备:磁带、磁盘等;⑤语言:操作系统,会话式语言(BASIC)

和数据库管理系统;⑥运算速度:每秒几百万次;⑦应用:开始应用于各个领域.2023/2/610大学计算机基础⑷第四代①时间:从1971年~至今;②器件:(超)大规模集成电路;③内存:半导体存储器,容量已达GB级;④外存储设备:磁盘、磁带、光盘等;⑤语言:结构化(Pascal),面向对象(C++),可视化(VisualBasic)等多种高级语言,及微机操作系统,GUI界面操作系统和网络操作系统等;⑥运算速度:已达每秒百万亿次;⑦应用:广泛深入地应用于各个领域.2023/2/611大学计算机基础③生物计算机(DNA分子计算机)

生物计算机在20世纪80年代中期开始研制,其最大的特点是采用生物芯片.未来计算机的发展趋势:

巨型化、微型化、网络化和智能化、多媒体技术。⑸新一代计算机①光子计算机

利用光作为信息的传输媒体.②量子计算机

指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机.

2023/2/612大学计算机基础1.运算速度快:

已达百万亿次／秒;2.精确度高:

可达上百位有效数字;3.具有存储能力:

可记忆(存储)信息,4.逻辑判断能力:

除了数值计算,还可进行逻辑判断运算;5.运行过程自动化:

在程序控制下,可自动运行,完成各种工作任务;6.可靠性高:

工作稳定,差错率低;7.自动运行、人机互交。1.1.2计算机的特点特点2023/2/613大学计算机基础2023/2/614大学计算机基础1.1.5计算机的应用领域1.科学计算2.数据处理3.辅助技术4.过程控制5.人工智能6.网络应用2023/2/615大学计算机基础按工作原理分:数字电子计算机；模拟电子计算机.2.按用途分:通用计算机；专用计算机.3.按运行速度、内存容量分:巨型机、大中型机、小型机、微型机、单片(板)机.分类2023/2/616大学计算机基础1.1.7

主要性能指标1．关于存储的名词术语⑴位（bit）：位（bit）用来表示两个不同的状态，是存储在计算机中的最小的数据单位，也就是二进制数的最小单位.2023/2/617大学计算机基础（2）字节（Byte）将长度为8的位模式称之为字节（Byte）。即一个字节由8位二进制数构成：1Byte＝8bit。字节用大写字母B表示。字节是用于表示、衡量内存储器或者其他存储设备容量大小的基本单位，常用单位还有：KB、MB、GB、TB等。1KB＝B＝1024B1MB＝KB＝1024KB＝2

20B＝1024

2B＝1,048,576B1GB＝MB＝1024MB＝2

30B＝1024

3B＝1,073,741,824B1TB＝GB＝1024GB＝2

40B＝1024

4B＝1.0995116×

12B2023/2/618大学计算机基础（3）字（Word）与字长（WordLength）字指的是CPU进行数据处理和运算的单位。字长则是字的长度。字长取决于CPU中寄存器存储单元的长度，即CPU一次能够直接处理的二进制数据的位数。它的长度直接关系到计算机的计算精度、运算速度和功能的强弱，常用于衡量CPU的性能。一般情况下，字长越长，计算精度越高，处理能力越强。

2023/2/619大学计算机基础2．数据存储数据在内存储器中是以字为单位存储的。当计算机CPU的字长与内存储器存储单元的字长相同时，则每个存储单元可以存储一个数据（字）。存储单元和内存地址内存地址存储单元0000H0001H0002H34H0003H12H0004H……当CPU的字长大于存储单元的字长时，则将一个字按存储单元的字长拆分后顺序存储到连续的存储单元中。2023/2/620大学计算机基础1.2计算机中信息的表示与存储

1.2.1进位计数制1.数制的概念数制又称计数制,是指用一组固定的数码（数字或符号）和一套统一的规则来表示数值大小的方法。根据计数规则和特点的不同,分为非进位计数制和进位计数制两类。

2023/2/621大学计算机基础⑴非进位计数制：表示数值大小的数码与它在数中的位置无关。例如：罗马数字II=2,IV=4,VII=7,XII=12⑵进位计数制表示数值大小的数码与它在数中的位置有关,并且按照进位方式计数。⑴十进制计数法:有0~9十个数码（逢十进一）⑵六十进制:

计时:时-分-秒;

角度:

度-分-秒（逢六十进一）⑶十二进制:

计时:年-月;昼/夜-时;（逢十二进一）计量:打,箩;呎(英尺),吋(英寸).⑷二十四进制:

计时:

日-时;（逢二十四进一）⑸二进制:

对,双,副.（逢二进一）2023/2/622大学计算机基础2.进位计数制

构成进位计数制的三个要素:1.基数进位计数制使用R个数码,R称为该计数制的基数,逢R进一。如:十进制数有0~9十个数码,逢十进一;

二进制数有0和1两个数码,逢二进一.2.数位数码在一个数中的位置.如十进制数中的个位,十位,百位…;十分位,百份位…等等。2023/2/623大学计算机基础3.位权进位计数制中,处于不同位置的相同数码所代表的数值不同（如十进制666.66）。

某位数的数值大小等于该位的数码乘以一个与所在位置相关的常数。这个常数称为该数位的位权，其大小是以基数为底、数码所在位置的序号为指数的整数次幂。2023/2/624大学计算机基础十进制数666.66可以表示为按位权展开表达式：位权小数点666.66=6×102+6×101+6×100.+6×10-1+6×10-2数码基数2023/2/625大学计算机基础对任意一个R进制数M均可表示为按其权展开的多项式之和,即:M=an-1×Rn-1＋an-2×Rn-2＋…＋a0×R0.＋a-1×R-1＋…＋a-m×r-m

ai称为系数,是R个数码符号中的某一个。系数与该位权值的乘积(ai·Ri

)称为加权系数，则任意进制的数值就是其基数的加权系数和。P122023/2/626大学计算机基础1.2.2不同进位计数制间的转换

1.二进制与十进制间的转换二进制→十进制

按权展开的多项式之和。即各位数码乘以各自位权值的积，然后各项求和。(10101)B=？(11.11)B=？(10101)B=1×24＋0＋1×22＋0＋1×20=21(11.11)B=1×21＋1×20.＋1×2-1＋1×2-2=5.752023/2/627大学计算机基础例:(100.345)D

1.3800.34520.690220.760

21.520

2

1.04取余低高100250002521122062032112102取整高低十进制→二进制:

整数、小数分别转换整数:

除以2取余数;小数:

乘以2取整数≈(1100100.01011)B2023/2/628大学计算机基础3.十进制与其他进制间的转换十进制→八进制(100)D=(144)O8881001210441(101)O=182+180=(65)D(71)O=781+180=(57)D八进制→十进制2023/2/629大学计算机基础十进制→十六进制(100)D=(64)H(101A)H=163+161+10＝(4122)D

10061640616十六进制→十进制2023/2/630大学计算机基础4.计算机技术中使用的数制

计算机中几种常用进位计数制的特点进位制十进制二进制八进制十六进制基数R=10R=2R=8R=16数码0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,10,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F位权10i2i8i16i规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一缩写字母D(Decimal)B(Binary)O(Octal)H(Hexadecimal)2023/2/631大学计算机基础计算机中使用二进制表示数据，其优点在于：①表示方便②运算简单③逻辑运算⑤转换方便④可靠性高2023/2/632大学计算机基础2.ASCII字符编码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)采用7位二进制编码，表示27（128个）常用字符,对应十进制数从0~127。控制字符:33个,从0~31,127

普通字符:95个,从32~126如:“a”字符的编码1100001,对应十进制数97;换行符→0AH→10;回车符→0DH→13;空格符→20H→32;

常用型：

‘0’~‘9’:→30H~39H→48~57‘A’~‘Z’:→41H~5AH→65~90‘a’~‘z’:→61H~7AH→97~1222023/2/633大学计算机基础中文信息处理系统流程框图输入码交换码字形码机内码汉字输出汉字输入3.中文字符编码汉字处理系统中，输入、内部处理、输出对汉字编码要求不同，需要进行一系列汉字编码转换。2023/2/634大学计算机基础⑴交换码(国标码)GB2312-80规定:每个汉字符用两个字节表示,第一字节称区码,第二字节称位码。为了与ASCII码兼容,各字节最高位为0。区码位码汉字分94区，每个区94个汉字。区号、位号构成区位码。区号和位号构成区位码，各加32构成国标码。2023/2/635大学计算机基础⑵机内码

汉字在计算机内部存储,处理时的表示形式.为与ASCII码区分,各字节最高位置为1.汉字符 国标码 机内码

中

(0101011001010000)B

(1101011011010000)B⑶输入码数字码:区位码,国标码,电报码等.拼音码:

全/双拼,微软拼音,自然码,智能ABC等.字形码:

五笔字型,郑码等.音形码:

拼音码与字形码相结合,自然码,太极码等.(86)(80)2023/2/636大学计算机基础⑷汉字字型码点阵:汉字型点阵代码.有16×16;24×24;32×32;48×48等点阵编码。优点：存储方式简单,无需转换可直接输出,但字型放大后效果较差。矢量:

存储的是描述汉字字型的轮廓特征.

字型放大后的效果好.每个汉字占32B2023/2/637大学计算机基础1.3计算机系统的组成2023/2/638大学计算机基础操作系统:

Windows、Unix、Linux语言处理程序:

C,Pascal,VB,编译程序

实用程序:诊断程序、排错程序等

办公软件包、管理信息系统等输入设备:

键盘,鼠标,扫描仪

输出设备:

显示器,打印机外存储器:

软盘,硬盘,光盘,闪存盘(U盘)网络设备:

网卡,调制解调器等外部设备主机内存CPU控制器运算器(寄存器)随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)(高速缓冲存储器Cache)软件硬件计算机系统系统软件应用软件1.3计算机系统图示2023/2/6391.3.1计算机的硬件系统

硬件组成:控制器,运算器,内存储器,输入设备,输出设备五大功能部分.2023/2/640大学计算机基础1.3.2

计算机工作原理1.指令和指令系统与程序指令:能被计算机识别并执行的二进制代码,规定了计算机能完成的某一种操作.指令系统:

所有指令的集合(取决于CPU类型).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.操作码:

要完成的操作类型或性质.操作数:

操作的内容或其所在的内存地址.

操作码

操作数

指令构成

2023/2/641大学计算机基础数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入/输出指令其它指令

IfGoto

……＋－×÷AndOr……CPU内

存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等2023/2/642大学计算机基础2.计算机的工作原理计算机的工作过程实际上就是执行指令的过程。计算机在执行指令的过程中，数据流和控制流在计算机系统的各部件之间流动：

数据流指的是计算机处理的原始数据、中间结果和最终结果数据、源程序代码等。控制流是控制器对指令代码进行分析、解释后向计算机系统的各部件发出的控制命令，指挥整个计算机系统协调地进行工作。2023/2/643大学计算机基础2.计算机的工作原理指令执行的4个步骤：①取指令:按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并送往指令寄存器.②分析指令:对指令寄存器中存放的指令进行分析,由译码器对操作码进行译码,将指令的操作码转换成相应的控制电位信号;由地址码确定操作数地址.③执行指令:由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息,去完成该指令所要求的操作.④一条指令执行完成,指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器,然后回到①.2023/2/644大学计算机基础2023/2/645大学计算机基础1.3.3

计算机软件系统

计算机软件系统是操作、运行、管理、维护计算机所需要的各种应用程序及其相关数据和技术文档资料的集合.通常将软件分为两大类.1.系统软件⑴操作系统(OperatingSystem,OS)

管理、控制计算机系统的所有软、硬件资源,提供用户与计算机交流信息的界面,方便用户操作,使用计算机系统的各种资源和功能,以最大限度的发挥计算机的作用和效能的一组庞大的管理控制程序.2023/2/646大学计算机基础功能完善的操作系统,通常包括五个方面的管理功能:①处理机管理（处理机的分配和运行）②作业管理（用户程序、数据及作业控制信息。包括：作业调度、作业控制。）③存储管理（主存的分配和回收、提高主存的利用率、“扩充”主存容量和存储保护）④设备管理（I/0设备。缓冲管理、设备调度、设备驱动等）⑤文件管理（管理文件存储空间、现对文件的各种控制操作、文件信息的共享）(详细介绍见第2章操作系统基础)2023/2/647大学计算机基础

计算机语言可分为三大类：①机器语言计算机系统能够识别，能直接接收并执行的程序设计语言。每一条语句就是一条由若干位二进制数构成的指令代码或数据代码。例如:

在某种16位的计算机中,机器指令:

1011011000000000

的功能是做加法运算;

1011010100000000

的功能是做减法运算.

不同计算机系统的机器语言程序不能通用,称为面向机器的语言.⑵语言处理系统(程序设计语言)2023/2/648大学计算机基础

采用一些符号（称助记符）来表示机器语言中的指令和数据.如ADD（加）、MOV（传送）等.

用汇编语言编写的程序（源程序）需要用汇编程序将其翻译成机器指令（目标程序）才能执行.②汇编语言输入汇编语言源程序汇编程序进行汇编机器语言目标程序执行目标程序2023/2/649大学计算机基础面向解题过程,易写、易读、易记、易改,且通用性强.需翻译成机器指令(目标程序)才能执行.翻译方式可分为两类:a.编译方式:将源程序完整地翻译成等价的目标程序后,再执行该目标程序.大部分高级语言都是(或都具有)编译方式,如:Fortran、Pascal、C/C++、VisualBasic等.③

高级语言输入高级语言源程序编译程序进行编译机器语言目标程序执行目标程序2023/2/650大学计算机基础b.解释方式:将源程序逐句翻译并执行,边翻边执行,不产生目标程序.如:Basic,Foxbase,开发阶段的Foxpro,VisualBasic等.输入高级语言源程序解释程序进行解释执行程序⑶数据库管理系统

提供用户按一定的结构组织、管理、加工、处理各类数据的能力.如:Dbase,FoxPro,Access,SQLServer,Oracle,Sybase,DB2等.2023/2/651大学计算机基础⑷服务程序用于调试、检测、诊断、维护计算机软/硬件的程序.例如:QAplus,Pcbench,Winbench,Wintest等.2.应用软件为某种专门应用目的,利用系统软件设计编制的程序及相关文档.如:字处理软件、电子表格软件、CAD软件包、各类管理信息系统、图像处理软件、防/杀病毒软件等.2023/2/652大学计算机基础1.3计算机系统的组成1.3.4微型计算机的构成主板

中央处理器

存储器鼠标与键盘显示器打印机2023/2/653大学计算机基础1主机内存槽总线插槽接口卡CPU并行接口USB接口芯片组

主板2023/2/654大学计算机基础所谓主板结构就是根据主板上各元器件的布局排列方式，尺寸大小，形状，所使用的电源规格等制定出的通用标准，所有的主板厂商都必须遵循。

主板(MotherBoard，也叫MainBoard或SystemBoard)是一台PC的主体所在，是微型计算机中各种设备的连接载体。主板完成电脑系统的管理和协调，支持各种CPU、功能卡和各总线接口的正常运行。

2023/2/655大学计算机基础控制芯片又称芯片组（Chipset），是系统主板的灵魂，决定了主板的结构和性能。芯片组用于实现CPU与系统中所有设备的互相联系，在CPU和外设之间架起了一座桥梁。它就像人类的中枢神经系统一样，控制着整个主板的运作。芯片组一般由两个超大规模集成电路组成，分别称作北桥（NorthBridge）芯片和南桥（SouthBridge）芯片。2023/2/656大学计算机基础

北桥芯片是位于主板上离CPU最近的一块芯片，负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部的传输。其作用是在CPU与PCI总线、DRAM、AGP和L2高速缓存之间建立通信接口。因北桥芯片在主板中起着主导作用，所以人们习惯的将北桥芯片称之为主桥（HostBridge）。南桥芯片也是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插座较远的地方。南桥芯片不与处理器直接相连，而是通过一定的方式与北桥芯片相连。南桥芯片主要负责I/O总线之间的通信。2023/2/657大学计算机基础2.CPU

中央处理器（CenterProcessingUnitCPU），又称微处理器（MicroProcessingUnit），是微型计算机的核心部件。CPU中集成了控制器和运算器两大部件，它的性能决定了整个微型计算机系统的各项关键指标的高低。通常习惯使用CPU的型号表征微型计算机的档次

。图1.17酷睿2代四核微处理器2023/2/658大学计算机基础衡量CPU性能的主要技术指标

⑴CPU字长。⑵总线宽度①数据总线宽度②地址总线宽度⑶工作频率与速度①主频、倍频和外频②总线速度⑷工作电压⑹超标量⑸数学协处理器2023/2/659大学计算机基础3.存储器

存储器外存储器存储大量数据(软、硬磁盘,光盘)内存储器信息交流中心(ROM,RAM)计算机存储

数据和程序

的记忆单元的集合.数据可从中读出/写入.存储器可分为内存储器(主存)和外存储器(辅存).2023/2/660大学计算机基础⑴内存储器只读存储器(ROM)信息只能读出,通常情况下不能写入,断电不丢失所保存的信息.随机存取存储器(RAM)信息可随意地读出或写入,断电其中保存的信息即丢失,是内存储器的主体.2023/2/661大学计算机基础内存储器内存储器中存放着控制计算机系统运行的程序和需要计算机处理的数据。CPU只从内存储器中读取程序指令和数据。⑴随机存取存储器内存条⑵只读存储器ROM中通常保存的是计算机系统的基本输入/输出系统BIOSBIOS芯片2023/2/662大学计算机基础高速缓冲存储器在CPU和内存储器之间设置高速缓冲存储器（Cache），以提高CPU和内存储器之间数据交换的速度。CPUCacheRAMCache与CPU和RAM的关系Cache的工作原理是根据程序的局部性原理而设计的。局部性原理指的是”一个程序90%的时间执行着10%的代码”，即在一段时间内，整个程序的执行仅局限于程序中的某一部分，相应地，CPU所访问的存储空间也局限于某个内存区域。2023/2/663大学计算机基础高速缓冲存储器(Cache)介于CPU和RAM之间的一种高速存储器,用于解决CPU(几ns)和内存(>50ns)之间工作速度的匹配问题,以提高整个系统的效率.CPUCacheRAMCPU和内存储器构成计算机的主机。2023/2/664大学计算机基础（2）外存储器一个扇区磁道扇区2023/2/665大学计算机基础(2)外存储器外存储器又称辅助存储器（AuxiliaryMemory），是内存储器的补充和后援，主要用于存放计算机当前不处理的程序和大量的数据。保存在外存储器中的程序和数据只在需要时，才会调入到内存中。外存储器不与计算机系统的其它部件直接交换数据，只和内存交换数据，并且不是按单个数据进行存取，而是成批地进行数据交换。2023/2/666大学计算机基础硬盘磁道,扇区,柱面.a.硬盘:涂有磁性材料的铝合金。读写硬盘时,磁性圆盘高速旋转产生托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面.硬盘容量视具体类型而定。硬盘片读写磁头扇区磁头柱面磁道2023/2/667大学计算机基础b.光盘CD-ROM(RW),DVD-ROM(RW):倍速:衡量光盘驱动器传输数据速率的指标.CD-ROM:一倍速率=150KB/秒常用光盘:只读型光盘CD-ROM;一次性写入光盘CD-R;可擦写光盘CD-RW,用光盘刻录机完成数据的写入.DVD-ROM一倍速率=1.3MB/秒导出区数据区目录区导入区2023/2/668大学计算机基础2常用外部设备及其接口1.输入设备⑴键盘:

输入文字和控制命令的设备.⑵鼠标:

定点输入设备(光电式和机械式).⑶扫描仪:

利用光电转换,实现文字,图像输入的设备.⑷手写板:

笔输入设备.⑸条形码阅读器:

利用光电转换实现信息的输入.⑹光笔:

与相应软硬件配合,实现在显示屏上作图,修改等操作的输入设备.⑺触摸屏