第2章-计算机基础知识

第2章--计算机基础知识第一页，共63页。2.1信息的表示、存储及运算计算机中的数制计算机中的数据编码二进制算术与逻辑运算第二页，共63页。计算机的内部的信息分为两大类型，即控制信息和数据信息。在计算机内部，无论哪一种数据，都以二进制形式表示。在计算机中，数据信息是由不同位数的二进制数组成，为了表示位数的多少，引入了“位”、“字节”和“字”的概念。位（bit）：位是指一位二进制的代码，它只具有“0”、“1”两个状态。字节（byte）：把8位二进制代码称为一个字节，它是表示二进制代码长度的一种单位。字（word）：字由字节构成，一般为字节的整数倍。第三页，共63页。2.1.1计算机中的数制不同数制的表示在计算机内部用二进制形式表示和存储数据。人们习惯于用十进制记数。为了书写简单方便也使用八进制和十六进制。用加后缀或角标的形式区别不同进制数据。B—表示二进制数。O或Q—表示八进制数。D—表示十进制数（D可省略）。H—表示十六进制数。第四页，共63页。数制的基本概念数制:用一组固定的数字(数码符号)和一套统一的规则来表示数值的方法就叫做数制(也称进制)数位:数字在一个数中所处的位置为数位。位权:是指数位上的数字乘上一个固定的值。基数:某一数制中数字的个数。进制中的最大数:基数减一。数制中的进制规则:N进制的规则是逢N进1,或者借1为N第五页，共63页。十进制使用数字1、2、…、9、0等符号来表示数值且采用“逢十进一”的进位计数制。第六页，共63页。二进制使用数字0和1等符号来表示数值，且采用“逢二进一”的进位计数制。二进制数制的特点：仅使用0和1两个数字。最大的数字为1，最小的数字为0。每个数字都要乘以基数2的幂次，该幂次由每个数字所在的位置决定。第七页，共63页。八进制和十六进制八进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7等符号来表示数值的，且采用“逢八进一”的进位计数制。十六进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和A、B、C、D、E、F等符号来表示数值，其中A、B、C、D、E、F分别表示数字10、11、12、13、14、15。十六进制的计数方法为“逢十六进一”。第八页，共63页。

十进制整数转换为非十进制整数

除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高（位）”。（55）10＝（110111）2

余数

2551227121312602312110第九页，共63页。

十进制整数转换为非十进制整数

（55）10＝（67）8

余数

85578660（55）10＝（37）16

余数

1655716330第十页，共63页。

十进制小数转换为非十进制小数乘基取整法:“乘基取整，先整为高(位),后整为低(位)”（0.625）10＝（0.101）2

0.625整数

×21.2510.25×20.5

0×2 1.0

1第十一页，共63页。

十进制小数转换为非十进制小数（0.32）10＝（0.0101…）2

0.32整数

×20.640×21.28 10.28×20.56 0×2 1.12 1

…第十二页，共63页。十进制小数转换为非十进制小数十进制小数并不是都能够用有限位的其他进制数精确地表示,这时应根据精度要求转换到一定的位数为止，作为其近似值。如果一个十进制数既有整数部分，又有小数部分，则应将整数部分和小数部分分别进行转换。第十三页，共63页。

非十进制数转换为十进制数

位权法：把各非十进制数按权展开，然后求和。（10110）2＝1×24＋0×23＋1×22＋1×21＋0×20

＝16＋0＋4＋2＋0＝（22）10（10101.101）2＝1×24＋0×23＋1×22＋0×21＋1×20

＋1×2-1+0×2

－2＋1×2－3

＝16＋0＋4＋0＋1＋0.5＋0＋0.125＝（21.625）10（1207）8＝1×83＋2×82＋0×81＋7×80

＝512＋128＋0＋7＝（647）10（1B2E）16＝1×163＋B×162＋2×161＋E×160

＝1×4096＋11×256＋2×16＋14×1＝（6958）10第十四页，共63页。

二进制与八进制之间的转换

二进制数转换为八进制数：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每三位为一组（不足三位用0补足），然后将各个三位二进制数转换为对应的一位八进制数。八进制数转换为二进制数：把每一位八进制数转换为对应的三位二进制数。（10111001010.1011011）2＝（010111001010.101101100）2

＝（2712.554）8（456.174）8＝（100101110.001111100）2

＝（100101110.0011111）2第十五页，共63页。

二进制与十六进制之间的转换二进制数转换为十六进制数：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每四位为一组，不足四位用0补足，然后将各个四位二进制数转换为对应的一位十六进制数。十六进制数转换为二进制数：把每一位十六进制数转换为对应的四位二进制数。（10111001010.1011011）2＝（010111001010.10110110）2

＝（5CA.B6）16（1A9F.1BD）16＝（0001101010011111.000110111101）2

＝（11.1）2第十六页，共63页。2.1.2计算机中的数据编码原码表示法用符号位和数值表示带符号数，正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，数值部分用二进制形式表示。反码表示法正数的反码与原码相同，负数的反码为对该数的原码除符号位外各位取反。补码表示法正数的补码与原码相同，负数的补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然后在最后一位加1。第十七页，共63页。57的二进制形式为111001。[+57]原=00111001（正数的原码最高位为0，数值位补足7位）[-57]原=10111001（负数的原码最高位为1，数值位补足7位）[+57]反=00111001（正数的反码与其原码相同）[-57]反=11000110（负数的反码，符号位不变，数值位为原码数值位取反）[+57]补=00111001（正数的补码与其原码相同）[-57]补=11000111（负数的补码在其反码的末尾加1）第十八页，共63页。字符型数据的编码表示基本含义对于字符型数据，没有相应的转换规则可以使用。需要人们规定出每个字符对应的二进制编码形式。常用的字符型数据编码BCD码是一种二－十进制的编码，使用四位二进制数表示一位十进制数。十进制数与BCD码之间的转换：可按位（或四位二进制数组）直接进行。ASCII码（美国标准信息交换码的简称）使用单字节表示一个字符，最高位为0，故可表示128个字符。主要用于小型机和微型机。EBCDIC码（扩展BCD码）在BCD码的基础上，又增加了一些符号和英文字母的表示，八位。主要用于超级计算机和大型计算机。第十九页，共63页。汉字的编码表示与汉字处理有关的几种编码汉字输入码拼音：全拼输入法/紫光输入法/智能ABC输入法。字形：五笔字型编码。

汉字交换码一个汉字占用2个字节。区位码→国标码（每字节只用低7位，最高位0）。汉字机内码将国标码每字节最高位置1，避免与单字节ASCII码冲突。汉字字形（输出）码机内码→字形码用于显示和打印第二十页，共63页。二进制的算术运算

加法0+0=00+1=11+0=11+1=0（进位）减法0-0=01-0=11-1=00-1=1(借位）乘法0x0=01x0=00x1=01x1=1二进制的逻辑运算

“与”运算(·或˄):0·1=01·0=00·0=01·1=1“或”运算(+或˅):0+0=00+1=11+0=11+1=1“非”运算(¯):Not0=1Not1=0“异或”运算(⊕)：0⊕0=00⊕1=11⊕0=11⊕1=02.1.3二进制的算术运算和逻辑运算第二十一页，共63页。2.2计算机系统第二十二页，共63页。用户用户用户计算机硬件操作系统应用软件系统软件计算机系统的层次结构第二十三页，共63页。2.2.1计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成/硬件逻辑图 1945年美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(VonNeumann)提出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含3个要点：采用二进制数的形式表示数据和指令。将指令和数据存放在存储器中。计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。其工作原理的核心是“程序存储”和“程序控制”，就是通常所说的“顺序存储程序”概念。我们把按照这一原理设计的计算机称为“冯·诺依曼型计算机”第二十四页，共63页。结果程序数据输入设备输出设备运算器存储器控制器计算机硬件结构图第二十五页，共63页。计算机的工作原理运算器用来完成算术运算和逻辑运算。存储器用来存放数据和程序。控制器用来控制计算机各部分协调工作。输入设备用来将数据和程序输入计算机。输出设备用来将运算结果输出。第二十六页，共63页。2.2.2计算机硬件子系统中央处理器内存储器外存储器输入设备输出设备主板总线第二十七页，共63页。微型计算机硬件体系结构第二十八页，共63页。中央处理器基本组成运算器 用来进行算术运算和逻辑运算的元件。控制器 从存储器中取出指令、分析指令、确定指令类型并对指令进行译码，负责向其他各部件发出控制信号。寄存器 用来存放当前运算所需的各种操作数、地址信息、中间结果等内容。第二十九页，共63页。主要性能指标字长：对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。主频：也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。一般说来，一个时钟周期完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度也就越快了。外频：外频就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示就是：主频=外频×倍频。缓存：缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。第三十页，共63页。内存储器主要特点断电后存储的数据丢失。用于存放要执行的程序和相应的数据。常用的内存种类随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）高速缓存（Cache）存储容量表示1TB=1024GB，1GB=1024MB，1MB=1024KB，1KB=1024B。第三十一页，共63页。内存储器随机存储器静态随机存储器（StaticRAM，SRAM）特点是工作速度快，只要电源不撤除，写入SRAM的信息就不会消失，不需要刷新电路，同时在读出时不破坏原来存放的信息，一经写入可多次读出，但集成度较低，功耗较大。SRAM一般用来作为计算机中的高速缓冲存储器(Cache)。

动态随机存储器（DynamicRAM，DRAM）特点是读写速度较慢，集成度较高，功耗也较低，但缺点是保存在DRAM中的信息随着电容器的漏电而会逐渐消失，一般信息保存时间为2ms左右。为了保存DRAM中的信息，必须每隔1～2ms对其刷新一次。因此，采用DRAM的计算机必须配置动态刷新电路，防止信息丢失。DRAM一般用作计算机中的主存储器。第三十二页，共63页。内存储器只读存储器可编程只读存储器（ProgrammableROM，PROM）可擦可编程只读存储器（ErasableProgrammableROM，EPROM）电可擦可编程只读存储器（ElectricallyErasableProgrammableROM，EEPROM）快闪存储器第三十三页，共63页。内存储器高速缓存存储容量不大，存取速度很快。直接集成在CPU内部用于存放部分正在运行的程序和数据由静态存储器构成。常用的容量为128KB/256KB/512KB。第三十四页，共63页。外存储器主要特点断电后存储的数据不丢失。作为内存的后援设备，存放暂时不执行而将来要执行的程序和相应的数据。常用的外存种类硬盘（HardDisk）光盘（CompactDisc）U盘（USB接口盘）第三十五页，共63页。外存储器硬盘一个硬盘可以有多张硬质镀磁盘片。硬盘的存储容量计算公式：

磁头数×柱面数×每磁道扇区数×每扇区字节数。硬盘与硬盘驱动器是封装在一起的。巨磁阻效应的发现催生了大容量的小体积硬盘，巨磁阻效应的发现者荣获2007年诺贝尔物理学奖。第三十六页，共63页。第三十七页，共63页。外存储器光盘：根据激光照射后反射的不同表示不同信息。CD（CompactDisc）。VCD（VideoCD）：可存储70分钟的MPEG-1影视节目。DVD（DigitalVersatileDisk，数字通用光盘）。光盘的使用要有光盘驱动器的配合。第三十八页，共63页。外存储器U盘/优盘通过USB接口与计算机相连，传输速度快/使用方便/支持热插拔/连接灵活。是一种基于闪存技术的移动存储设备，用FlashEPROM芯片来存储数据。广泛应用于MP3/MP4/数码相机/数码摄像机/手机/个人数字助理的各种闪存卡都是基于闪存技术的存储设备。第三十九页，共63页。外存储器存储器的层次结构存储器的指标主要有存取速度、存储容量和单位价格。存取速度快、单位价格高的存储器容量少一些。存取速度慢、单位价格低的存储器容量多一些。存储容量从小到大形成如下层次：

寄存器。高速缓存。主存储器/内存。辅助存储器/外存。第四十页，共63页。输入设备键盘（Keyboard）鼠标（Mouse）扫描仪（Scanner）跟踪球（TrackBall）触摸屏（TouchScreen）第四十一页，共63页。输出设备显示器（DisplayDevice）打印机（Printer）绘图仪（Plotter）第四十二页，共63页。输出设备显示器：用来显示字符与图形信息。CRT（CathodeRayTube，CRT）显示器。液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）。第四十三页，共63页。输出设备显示器的性能指标

显示色彩：分为单色显示器和彩色显示器。屏幕尺寸：显示器对角线长度，常见的显示器有15/17/19/21英寸等。点距：屏幕上的相邻像素点之间的距离。分辨率：屏幕上可以容纳的像素点的个数，颜色深度：计算机中表示色彩的二进制位数。刷新频率：每秒钟内屏幕画面刷新的次数。第四十四页，共63页。输出设备打印机：用于将计算机运行结果打印在纸上。针式打印机。激光打印机。喷墨打印机。第四十五页，共63页。主板主要功能

提供插接各种功能卡的插槽。各种常用外部设备提供通用接口。第四十六页，共63页。主板主要组成部分

芯片扩展槽第四十七页，共63页。第四十八页，共63页。2.2.6主板主要组成部分对外接口第四十九页，共63页。总线主要作用多个功能部件共享的信息传输线称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。CPU内部的总线为内部总线，连接微型计算机系统各部件的总线称为外部总线。总线分类数据总线地址总线控制总线第五十页，共63页。总线结构图

1．地址总线地址总线是单向的。地址总线的位数决定了CPU的寻址能力，也决定了微型机的最大内存容量。

2．数据总线数据总线用于传输数据。数据总线的传输方向是双向的，是CPU与存储器、CPU与I/O接口之间的双向传输。

3．控制总线控制总线是CPU对外围芯片和I/O接口的控制以及这些接口芯片对CPU的应答、请求等信号组成的总线。

第五十一页，共63页。总线第五十二页，共63页。2.2.3计算机软件子系统系统软件操作系统程序设计语言数据库系统网络管理软件系统服务程序第五十三页，共63页。程序设计语言的一些概念机器语言、汇编语言和高级语言非过程语言，即面向对象程序设计语言智能型语言，处于研究阶段源程序和目标程序解释型语言系统和编译型语言系统数据库系统数据库（DB）数据库管理系统（DBMS）数据库应用系统（DBAS）第五十四页，共63页。应用软件专用程序通用程序第五十五页，共63页。2.3计算机信息系统安全计算机系统安全范畴实体安全运行安全信息安全计算机病毒的有关知识。计算机病毒：人为特制的小程序。计算机病毒的特点：灵活性、隐蔽性、传染性、可激发性、破坏性。计算机病毒的分类：引导型，文件型，混合型，宏病毒，特洛伊（trojan),蠕虫病毒，网页病毒计算机病毒的传染途径：软盘、硬盘、光盘、网络。第五十六页，共63页。

计算机病毒的症状

计算机病毒的症状监视器(屏幕)显示异常