第1章　计算机基础知识

第1章计算机基础知识1.1概述1.2微型计算机的组成1.3计算机中的数与信息编码*1.4微型计算机的基本操作1.5计算机的安全使用1.1概述1.1.1计算机的概念1.1.2计算机的发展1.1.3计算机的应用领域◎计算机的概念◎计算机的发展◎计算机的应用领域1.1.1计算机的概念电子计算机（DigitalComputer）是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备，简称计算机（Computer），俗称电脑。1.1.2计算机的发展第一代（1946年—1958年）是电子管计算机时代。代表机型有ENIAC、IBM650（小型机）、IBM709（大型机）等。图1-1电子管计算机图1-2电子管第二代（1959年—1964年）是晶体管计算机时代。代表机型有IBM7090、IBM7094、CDC7600等。图1-3晶体管计算机图1-4晶体管第三代（1965年—1970年）是中小规模集成电路计算机时代。代表机型有IBM360系列、富士通F230系列等。图1-5集成电路计算机图1-6中小规模集成电路第四代（1971年至今）是大规模集成电路计算机时代。这一代计算机的逻辑元件是大规模和超大规模集成电路，使用微处理器（Microprocessor）芯片。图1-7微处理器芯片

1971年美国Intel公司首次把中央处理器（CPU）制作在一块芯片上，研制出了第一个4位单片微处理器Intel4004，它标志着微型计算机的诞生。微型计算机又有台式机和笔记本电脑等多种形式。图1-8台式机图1-9笔记本电脑

介于普通微型计算机和小型计算机之间有一类高级微型计算机称为工作站。图1-10工作站最小的单片机（见图1-11）则把计算机做在了一块半导体芯片上，使它可直接嵌入到其他机器设备中进行数据处理和过程控制。图1-11单片机第一代（1971年—1973年）4位或准８位微型计算机。第二代（1974年—1977年）8位微型计算机。第三代（1978年—1980年）16位微型计算机。第四代（1981年—1992年）32位微型计算机。第五代（1993年至今）64位微型计算机。1.1.3计算机的应用领域1．科学计算科学计算（ScientificCalculation）又称为数值计算，是计算机应用最早的领域。图1-12嫦娥一号卫星探月信息处理（InformationProcessing）是指用计算机对信息进行收集、加工、存储、传递等工作，其目的是为有各种需求的人们提供有价值的信息，作为管理和决策的依据。2．信息处理过程控制（ProcessControl）是指用计算机对工业过程或生产装置的运行状况进行检测，并实施生产过程自动控制。3．过程控制计算机辅助设计（Computer-AidedDesign，CAD）是指利用计算机来帮助设计人员进行工程设计。计算机辅助教学（Computer-AidedInstruction，CAI）是指利用计算机来辅助教学和学习。4．计算机辅助设计／辅助教学人工智能（ArtificialIntelligence）是利用计算机对人的智能进行模拟，模仿人的感知能力、思维能力、行为能力等。

5．人工智能图1-13机器人1.2微型计算机的组成1.2.1计算机硬件系统1.2.2计算机软件系统◎计算机的系统组成◎运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备◎CPU、内存储器、外存储器、I/O设备、I/O接口◎计算机软件系统◎基本输入/输出系统（BIOS）*一台完整的计算机应该包括硬件系统和软件系统两个部分。图1-14计算机系统的组成1.2.1计算机硬件系统1．中央处理器中央处理器（CPU）是一个超大规模集成电路芯片，它包含了运算器和控制器的功能，因此CPU又称为微处理器（MPU）。目前，CPU型号很多，主流产品是Intel系列、AMD系列等，如图1-15所示。

CPU的主要技术指标包括下面几个方面。图1-15

CPU外形与商标（1）字长。字（Word）是中央处理器处理数据的基本单位，字中所包含的二进制数的位数称为字长，它反映了计算机一次可以处理的二进制代码的位数。（2）主频。

CPU的主频是指CPU的工作时钟频率，是衡量CPU运行速度的指标。（3）整数和浮点数性能。整数运算是使用计算机字长表示的整数进行运算，可运算的数据范围较小。（4）Cache。高速缓冲存储器（Cache）设置在CPU内部，可以提高计算机的速度。计算机的存储器分为3种：高速缓冲存储器（Cache）、主存储器（内存）和外存储器。2．存储器图1-16三级存储器策略主存储器（通常称为内存）安装在计算机系统的主板上，内存容量主要由内存条RAM的容量来决定。

图1-17内存条外存储器简称外存，也叫做辅助存储器。图1-18硬盘图1-19软盘图1-20光盘存储容量的单位用B（字节Byte）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）来表示，1GB=1024MB，1MB=1024KB，1KB=1024B。

3.5英寸软盘容量是1.44MB，软盘数据通过软盘驱动器进行读写。硬盘是计算机的基本配件，几乎所有的用户数据都要存储到硬盘存储器中。移动存储器主要有移动硬盘和U盘两类。输入设备（InputEquipment）用于向计算机输入程序和数据。它将程序和数据从人类习惯的形式转换成计算机的内部二进制代码放在内存中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪（见图1-21、图1-22）、摄像头等。

3．输入设备图1-21键盘、鼠标图1-22扫描仪输出设备（OutputEquipment）将计算机内的二进制代码形式的数据转换成人类习惯的文字、图形、声音等形式输送出来。常见的输出设备有显示器（见图1-23）、打印机、绘图仪等。4．输出设备图1-23显示器图1-24打印机1.2.2计算机软件系统软件系统可分为系统软件（SystemSoftware）和应用软件（ApplicationSoftware）两大类。图1-14计算机系统的组成系统软件是为了提高计算机的使用效率，对计算机的各种软件、硬件资源进行管理的一系列软件的总称。系统软件有操作系统、语言处理软件、服务程序、数据库管理系统等几大类。1．系统软件（1）操作系统。（2）语言处理软件。（3）服务程序。（4）数据库管理系统。应用软件是指为解决计算机用户的特定应用而编制的软件，它运行在系统软件之上，运用系统软件提供的手段和方法，完成我们实际要做的工作，如财务管理软件、文字处理软件、绘图软件、信息管理软件等。2．应用软件“裸机”必须具备基本输入/输出系统（BasicInput/OutputSystem，BIOS），它是嵌入在计算机硬件系统之中抹不掉的软件，也可以说是和计算机硬件系统融为一体的最基础层面的软件。由BIOS开始，通过用户逐层安装BIOS、操作系统、高级语言和数据库、应用软件等构成软件环境，如图1-25所示。3．基本输入/输出系统*图1-25计算机系统软件环境1.3计算机中的数与信息编码*1.3.1计算机中的数制1.3.2数制间的转换1.3.3计算机中的数1.3.4常见信息编码1.3.5数据在计算机中的处理过程◎计算机中的数制◎数制间的转换◎容量的表示：B，KB，MB，GB，TB◎机器数与真值◎BCD码◎字符的编码◎数据在计算机中的处理过程1.3.1计算机中的数制“数制”是指进位计数制，它是一种科学的计数方法，它以累计和进位的方式进行计数，实现了以很少的符号表示大范围数字的目的。计算机中常用的数制有二进制、十进制和十六进制。十进制（Decimal）数用0，1，2，⋯，9十个数码表示，并按“逢十进一”、“借一当十”的规则计数。十进制的基数是10，不同位置具有不同的位权。例如：

1．十进制二进制（Binary）数用0，1两个数码表示，二进制的基数是2，不同位置具有不同的位权。例如：2．二进制二进制数的位权展开式可以得到其表征的十进制数大小。二进制数常用（N）2来表示，也可以记作（N）B。二进制数的运算很简单，遵循“逢二进一”、“借一当二”的规则。十六进制（Hexadecimal）数用0，1，2，⋯，9，A，B，C，D，E，F十六个数码表示，A

表示10，B表示11⋯F表示15。十六进制的基数是16，不同位置具有不同的位权。

3．十六进制表1-1十进制、二进制、十六进制数值对照表表1-1所示为三种数制的对照关系。1.3.2数制间的转换1．十进制数转换成二进制数将十进制数转换成二进制数时，十进制数的整数部分和小数部分分开进行。将十进制的整数转换成二进制整数，遵循“除2取余、逆序排列”的规则；将十进制小数转换成二进制小数，遵循“乘2取整、顺序排列”的规则；然后再将二进制整数和小数拼接起来，形成最终转换结果。例如：（1）十进制数整数转换成二进制数。（2）十进制小数转换成二进制小数。将十进制数转换成十六进制数与转换成二进制数的方法相同，也要将十进制数的整数部分和小数部分分开进行。

2．十进制数转换成十六进制数3．二进制数与十六进制数的相互转换（1）十六进制数转换成二进制数。将十六进制数转换成二进制数，只需将每一位十六进制数分别展开转换为二进制数即可。例如，将十六进制数（3ACD.A1）16转换成二进制数。将二进制数转换成十六进制数的方法，可以表述为：以二进制数小数点为中心，向两端每四位组成一组（若高位端和低位端不够四位一组，则用0补足），然后每一组对应一个十六进制数码，小数点位置对应不变。例如，将二进制（10101111011.0011001011）2转换成十六进制数。（2）二进制数转换成十六进制数。1.3.3计算机中的数每一个二进制数都要用一连串电子器件的“０”或“１”状态来表示。例如，用八位二进制数表示一个数据，可以用b0，b1⋯b7

标注每一位。其格式为：在计算机中数分为整数和浮点数。整数分有符号数和无符号数。计算机中的地址和指令通常用无符号数表示。

8位无符号数的范围为00000000～11111111，即0～255。位有符号数的范围为11111111～01111111，即-127～+127，其格式如下。1．整数的表示为了便于计算，计算机中的数通常使用补码的形式。最高位为符号位，其他位表示数值大小的绝对值，这种数的表示方法称为原码；最高位为符号位，正数的其他位不变，负数的其他位按位取反，这种数的表示方法称为反码；最高位为符号位，正数的其他位不变，负数的其他位在反码的基础上再加1（即按位取反加1），这种数的表示方法称为补码。有符号数：+11

-11

原码：00001011

10001011

反码：00001011

11110100

补码：00001011

11110101在计算机中，实数通常用浮点数来表示。浮点数采用科学计数法来表征，科学计数表示为：浮点数由阶码和尾数两部分组成，其格式为：阶码表示指数的大小，阶符表示指数的正负；尾数表示数值的有效数字，为纯小数，数符表示数的正负。2．浮点数的表示1.3.4常见信息编码1．BCD码

BCD（Binary-CodedDecimal）码就是将十进制的每一位数用多位二进制数表示的编码方式，最常用的是8421码，用四位二进制数表示一位十进制数。

2．字符的ASCII码1.3.5数据在计算机中的处理过程下面通过对上述3个案例进行简单分析来说明数据在计算机中的处理过程。计算机硬件系统由输入设备、输出设备和主机构成，主机由中央处理器（CPU）和内存组成，为加强计算机功能和方便人们使用还配备了各种外存储器，如图1-26所示。图1-26计算机硬件系统构成①通过Windows操作系统建立一个新的Word文件，这实际上是在内存中开辟了一块存储区，用来暂时存储文件内容，以便于用户对文件进行编辑加工。②用户通过鼠标和键盘操作输入文件内容，对文件进行编辑加工等，这实际上是对内存区中的数据进行录入和修改操作。③文件内容输入和编辑加工完成之后，进行“保存或另存为”操作以防止文件内容丢失，这实际上是将内存中的文件转移存储到硬盘中。④当发出“打印”操作命令时，计算机将内存中的文件内容送到打印机，打印成我们习惯的文件形式。（1）建立一个Word文件并打印输出。1.4微型计算机的基本操作1.4.1微型计算机的配置1.4.2计算机系统各部分的连接1.4.3键盘与鼠标的使用◎微型计算机的配置◎计算机系统各部分的连接◎键盘的布局和使用操作◎鼠标的使用操作1.4.1微型计算机的配置由于计算机系统采用总线连接、部件可选的结构方式，使得计算机系统的配置非常灵活。完成多媒体计算机配置，需要进行调研来获得最新的计算机整机或配件产品，也可以登录“中关村在线”等网站进行网络查询。表1-4所示为几种典型计算机应用的配置方案。1.4.2计算机系统各部分的连接计算机系统是由几个彼此分离的部分组成的，在使用前应将它们正确地连接起来。对于采用基本配置的计算机系统，连接较为简单，只需将键盘、鼠标、显示器与主机正确连接并接好电源线就可以了。

主机箱（见图1-27）是微型计算机系统中最重要的部分。1．主机箱图1-27主机箱图1-28主机箱上的插口主机箱是计算机系统的外包装，所有的外部设备都要连接到主机箱上，才能形成一个完整的计算机系统。一般在主机箱的背面都有许多连接设备用的插口，用户可以选择与设备连线插头相适合的插口进行连接（见图1-28）。进行连接时，应分别将连接线的两端接到显示卡和显示器的对应插槽内。

2．显示器连接时应将键盘或鼠标的连线插头对准机箱上相应的插座，轻轻推入并稍稍地转动一下，待导向片对准导向槽后再稍用力插紧。3．键盘和鼠标打印机通常是通过并行口连接到主机的。4．打印机音箱和耳机都是将计算机中的信息以声音形式输出的设备（见图1-29、图1-30）

5．音箱和耳机图1-29音箱图1-30耳机1.4.3键盘与鼠标的使用1．键盘的布局图1-31键盘布局①字母键。②数字键。③特殊符号键。④主键盘功能键。（1）主键盘区。（2）功能键区。（3）编辑键区。（4）小键盘区。方向键区位于编辑键区的下方，一共有4个键位，分别是上、下、左、右键。

（5）方向键区。在熟悉了键盘布局之后，还应该掌握使用键盘时的左右手分工（见图1-32、图1-33）、正确的击键方法和良好的操作习惯，并且要进行大量的练习才能够熟练地使用键盘进行计算机应用操作。

2．键盘操作图1-32键盘操作的手位图1-33键盘操作左右手分区图鼠标是一种手握型指向设备。3．鼠标的使用鼠标的操作主要有单击（左击或右击）、双击和拖曳。（1）单击。按下并放开左键（左击）或按下并放开右键（右击）。（2）双击。连续两次迅速地按下并放开鼠标左键。（3）拖曳。首先使光标指向某一对象，按下鼠标左键后不要松手，移动鼠标将对象放置到新的位置处再松手。1.5计算机的安全使用1.5.1设备和数据的安全1.5.2信息活动规范1.5.3计算机病毒的防治◎使用计算机的人身安全◎计算机设备安全◎软件和数据的安全◎信息活动规范◎计算机病毒的特点、症状、分类与防治

1.5.1设备和数据的安全1．设备安全对计算机硬件设备安全产生影响的主要是电源、环境与使用操作3个方面的因素。在正常的连接下，电网电压的突变会对计算机造成损坏。

（1）电源。①计算机设备要放置稳定，与周边物体距离保持在10cm以上，在温室状态下，使计算机处于通风良好便于散热的环境中。②要使计算机处在灰尘较少的空气环境中。③要防止潮湿。④要防止阳光直射计算机屏幕。⑤要防止震动。（2）环境。①计算机中的各种芯片，很容易被较强的电脉冲损坏。因此，在操作时要注意以下事项。

a．先开显示器后开主机，先关主机后关显示器。

b．在开机状态下，不要随意插拔各种接口卡和外设电缆。

c．特别不要在开机时随意搬动各种计算机设备，这样做对计算机设备和人身安全都很不利。（3）使用操作。②各种操作不能强行用力。③要选择质量较好的打印纸。④软盘驱动器的指示灯亮时，切不可插拔盘片；光盘驱动器要通过按钮操作打开与闭合，不要用手推拉。这里的数据包括了所有用户需要的程序、数据及其他以存储形式存在的信息资料。造成数据破坏或丢失的原因有机器故障、操作失误、计算机病毒等。

2．数据安全①最常见的情况是外存储器（软盘、硬盘或移动存储设备）工作出现故障，使数据无法读出或读出错误。②软件故障也是造成数据破坏的原因之一。（1）计算机故障。①在操作使用计算机的过程中，误将有用的数据删除。②忘记将有用的数据保存起来或找不到已经保存的数据。③数据文件的读写操作不完整，使存储的数据无法读出。（2）操作失误。①经常地做数据备份，保留最新阶段成果。②加强对存储盘片的保护。③养成数据管理的良好习惯（包括对硬盘目录下的数据文件和软盘片的管理）。④深入理解各种软件操作命令的执行过程，保证数据文件存储完整。

（3）计算机病毒感染。（4）对于计算机故障和操作失误造成数据破坏或丢失的问题可以通过以下几个措施来避免或减少损失。1.5.2信息活动规范1．知识产权的概念知识产权是一种无形财产权，是从事智力创造性活动取得成果后依法享有的权利。通常分为两部分，即“工业产权”和“版权”。工业产权又称“专利权”，是发明专利、实用新型、外观设计、商标的所有权的统称。版权（Copyright）亦称“著作权”，是指权利人对其创作的文学、科学和艺术作品所享有的独占权。

专利权通过权利人向国家专利管理部门申报，经过一定的法律程序获得。版权一般因创作而自动产生，它包括精神权利（发表权、身份权、修改权等）和