计算机基础PDF 第1章 计算机基础知识

课程介绍

•本科非计算机专业必修的公共基础课程

•计划学时为30学时，其中26课时讲授，4课时为上机实验课时

•成绩评定：总成绩=平时成绩+期末成绩，其中平时占30%,期末占70%

•学习本课程的目的：

掌握计算机的基本概念和基础知识；

了解与计算机技术有关的许多重要概念；

掌握微型计算机的基本组成；

熟练掌握操作系统的基本知识和常用操作；

掌握计算机网络的有关基本知识；

熟练掌握office2007的基本操作；

熟练掌握photoshop的基本操作。

•学习方法：搞清概念，多上机操作练习

第1章讨喜机及砒笈但第1天大学计等机基砒

第1章计算机基础知识

本章教学目的及要求：

熟悉计算机的基本原理、特点和发展历史;

了解与计算机技术有关的许多重要概念；

认识计算机在各领域中的应用情况；

掌握计算机的基本组成

建立较强的计算机意识。

第1章讨喜机及砒笈但第3天大学计等机基砒

।cmnii十ar

L/L/业…一工^-a3V-/JL电子计算机的发展

电子计算机的分类

与应用

机

的计算机系统组成与

发工作原理

展

不算机中的数据）

教二，期

第1章计耳机及砒笈但第4天大学计等机基砒

7

1.1电子计算机的发展

•早期的计算装置（工具）

•电子计算机的发展历程

•微型计算机的发展

•计算机的发展方向

Computer

，一，：-.•'

计算机翻I

LL1早期的计算装置（工具）

、算盘

六七百年前，我国

出现了新的计算工

具——算盘。

二♦二：：二二・：二二二二二二二，

第1章计落机及砒知的第6天上名计落机基砒

、计算尺

]7世纪欧洲出现了

计算尺

Hfurt*

Q

CA

^cut4T

科7,

第1章计落机及砒知的第7天上名计落机基砒

、机械式计算机

GottfriedWiIhelmvon

Leibniz

莱布尼兹

第1章讨喜机及砒笈但第9天大学计等机基砒

四、第一台电子计算机(ENIAC)

1946年2月，美国，

电子数字积分计算机(ENIAC)

诞生，

18800个电子管和1500多个继电

—

占地160平米，重30多吨，

功率150KW,耗资40万美元

加法速度5000次/秒

乘法速度56次/秒

_________第1章计第机泉砒笈拥第10页大学计算机基砒

奠定现代计算机发展的

重要人物和思想

____________________________________tv

作为能够模拟人类思维的高级计算工

具，电子计算机有着严谨的数学理论基础

和精密的体系结构。1946年问世的ENIAC

堪称二十世纪人类最伟大的发明，它标志

着现代电子计算机时代的到来。但在

ENIAC问世之前，无数杰出的科学家为之

付出了艰苦的努力，有一些人的名字是应

当被永远铭记的。J

第1章讨喜机及砒笈钠第12页大老计耳机及砒

一、逻辑代数

早在1847和1854年,英国

数学家布尔发表了两部重

要著作《逻辑的数学分析》

和《思维规律的研究》，

创立了逻辑代数。逻辑代

数系统采用二进制，是现

代电子计算机的数学和逻J

英国数学家布尔

第1章讨耳机及砒加的第13页大学计算机及砒

八图灵与图灵机

计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。

1936年，24岁的英国数学家

图灵发表著名论文《论可计图灵机是一种思想模型，

算数及其在密码问题的应

用》，提出了“理想计算它由三部分组成：

机”，后人称之为“图灵一个控制器，一条可以无限延伸的

机”。图灵通过数学证明得

出理论上存在“通用图林带子和一个在带子上左右移动的读

机”，这为可计算性的概念写头。

提供了严格的数学定义，图

灵机成为现代通用数字计算

机的数学模型，它证明通用

数字计算机是可以制造出来

的。

图灵发表于1940年的另

一篇著名论文《计算机能思

考吗？》，对计算机的人工

智能进行了探索，并设计了

英国数学家图灵

第1章讨耳机及砒加的第14页大学计算机及砒

三、现代电子计算机之父

19447945年间,美籍匈牙利科

学家冯・诺伊曼在第一台现代计算

机ENIAC尚未问世时注意到其弱

点，并提出一个新机型EDVAC的

设计方案，其中提到了两个设想:

采用二进制和“存储程序”，并

能够自动地执行程序。这两个设

想对于现代计算机至关重要，也

使冯・诺伊曼成为“现代电子计算

机之父”，冯・诺伊曼机体系延续

至今。—JohnvonNeumann

冯•诺依曼

第1章讨耳机及砒加的第15页大学计算机及砒

四、莫尔小组

1946年2月15日，世界上

第一台通用数字电子计

算机ENIAC研制成功，

承担开发任务的“莫尔

小组”由四位科学家和

工程师埃克特、莫克利、

戈尔斯坦、博克斯组成,

总工程师埃克特当时年

仅24岁。埃克特（右）

和莫克利（左）因共同

研制成功ENIAC而名垂

埃克特（右）和莫克利（左）

青史。

第1章计窖机及砒笈但第16页大学计算机及砒

1.1.2电子计算机的发展历程

根据计算机的核心器件，可将计算机分为四代:

第一代：电子管式（1946-1957年）；

第二代：晶体管式（1958-1964年）；

第三代：中小规模集成电路式（1965-1970年）；

第四代：大规模集成电路式（1971年至今）。

第1章讨喜机及砒笈钠第17页大老奸耳机及砒

计算机发展年代表

起迄年份代别主要逻辑元件软件

1946-1957•—电子管机器语言、汇编语言

高级语言、监控程序、

1958-1964晶体管

简单操作系统

功能较强的操作系统、

1965-1970二集成电路

会话式语言

大规模或超软件工程的研究与应用、

1971至今四大规模集成数据库、语言编译系统和

电路网络软件

第1章讨喜机及砒笈钠第18页大老奸耳机及砒

1.1.3微型计算机的发展

微型计算机的特点：与大、中、小型计算机的区别,

就在于其中央处理器（CPU）是集中在一小块硅片上的,

而大、中、小型机计算机的（CPU）则是由相当多的电路

（或集成电路）组成的。为了区别大、中、小型计算机

的CPU,称微型计算机的CPU称为微处理器MPU。

20世纪70年代计算机发展中最重大的事件莫过于微

型计算机的诞生和迅速普及。微型计算机开发的先驱是

美国Intel公司年轻的工程师马西安•霍夫（M.E.

Hoff）,他大胆地将计算机的全部电路做在4个芯片上，

即中央处理器芯片CPU、随机存取存储器芯片、只读存储

器芯片和寄存器电路芯片，它们通过总线连接起来，组

成了世界上第一台4位微型电子计算机一MCS-4。其微处

理器命名为Intel4004o1971年诞生的这台微型计算机

揭开了世界微型计算机发展的序幕r

第1章讨喜机及砒笈钠第19页大老奸耳机及砒

第

一

台

微

电

脑

Altair

8800

第算知第名

1章必机基础钠20页上4t真机基砒

微处理器（CPU）

改进微处理器IntelIIntel

entiumlV

的两种方法:

L提高工作速度.7MHzB100MHz3GHz

2.同时处理更多的数据

8位16位—32位

第1章讨耳机及砒加的第21页大学计算机及砒

微机发展的五个阶段

1971年产生的4位机，2000个晶体管，时钟频率为1MHz.

第一代

1973年产生的8位机,代表机Intel8080,MC6800,z80

第二代

1978年产生的16位机,代表机Intel8086,80286

第三代

第四代1981年产生的32位机,微处理器的性能超过70年代大、中型

计算机，代表机前几年流行的Pentium4处理器

1993年产生的64位机，微处理器以ItaniumIII为代表

第五代

第1章讨第机及砒笈但第22页大学计算机及砒

迈向图形界面的个人电脑

输入手段

多样化

交互界面

友好化

第1章讨耳机及砒加的第23页大学计算机及砒

1.1.4我国计算机的发展

从1956年开始计算机的科研和教学工作。

1957年，哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。

1958年，我国第一台计算机—103型通用数字电子计算机研制成功，运行

速度每秒1500次。1959年，我国研制成功104型电子计算机，运算速度每秒1

万次。1960年，我国第一台大型通用电子计算机一一107型通用电子数字计算

机研制成功。1965年，我国第一台百万次集成电路计算机DJS-II型操作系统

编制完成。1979年，我国研制成功每秒运算500万次的集成电路计算机一一

HDS-9O1983年，“银河-I”巨型计算机研制成功，运算速度达每秒1亿次。

1992年，国防科技大学计算机研究所研制的巨型计算机“银河一II”通过鉴定。

该机运行速度为每秒10亿次，后来又研制成功了“银河一III”巨型计算机，运

行速度已达到每秒130亿次，其系统的综合技术已达到当时国际先进水平，特

别是2001年我国研制的“曙光”巨型计算机的速度更是超过了每秒4000亿次。

我国成为继美国、日本之后世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家。

2009年由国防科学技术大学研制成功的“天河一号”超级计算机系统其实测运

算速度可以达到每秒2570万亿次，各项指标目前雄居世界第一。

第1章讨喜机及砒笈钠第24页大老奸耳机及砒

“天河一号”千万亿次超级计算机系统（2009年研制成功）

县,无可-号“千万0海或计算机。,

第1章讨耳机及砒加的第25页大学计算机及砒

电子计算机的特点

与其它计算工具相比，计算机具有以下几个特点:

一、运算速度,快:每秒几百亿次几千亿次

二、计算精度高:可使用足够多的二进制位数来获得所要求的数据精度

三、具有存贮和记忆能力:提供大容量的存储器来存储程序和数据

四、能自动连续的运行

五、可靠性高

六、具有逻辑判断能力:这是区别于其它任何机器的一个特点

第1章讨喜机及砒笈钠第26页大老奸耳机及砒

LL5计算机的发展方向

目前计算机的发展方向是向

着四个方面：

巨型化、微型化、网络化和智

能化。

第1章讨喜机及砒笈钠第27页大老计耳机及砒

未来的计算机

•超越冯•诺依曼结构的计算机

•高速计算机浮出水面

•生物计算机生机勃勃

•光学计算机前景光明

•量子计算机呼之欲出

第1章讨耳机及砒笈的第28页大学计算机及砒

1.2电子计算机的分

类与应用

・电子计算机的分类

■电子计算机的应用

1.2.1计算机的分类

按处理方式;

数字计算机

模拟计算机

数模混合计算机

第1章讨喜机及砒笈钠第30页大皆计耳机及砒

计算机的分类

按用途L

\______^

通用计算机

再播认,专用计算机

第1章讨喜机及砒笈钠第31页大老奸耳机及砒

计算机的分类

第1章讨喜机及砒笈钠第32页大老奸耳机及砒

计算机的分类

按规模和综合性能指标

微型计算机

工作站或服务器

"小型计算机.

大型计算

巨型计算机

第1章计事机及砒笈的第33页大学计算机及砒

122计算机技术的应用

。科学计算

。数据处理

。过程控制

•计算机辅助系统(CAD/CAM/CAI)

•人工智能(AI)

。信息高速公路

。电子商务(E-Business)

•娱乐J

第1章讨第机及砒笈但第34页大学计算机及砒

什么是计算机?

计算机是一台能存储程序和数据，并

能程序的机器。它能对各种数字化

的信息进行处理，协助人们获取信息、处理

信息、存储信息和传递信息。

第1章讨耳机及砒笈的第36页大学计算机及砒

1.3.1计算机系统的组成

一个完整的计算机系统包括'

__________________________________________________________________________________________________________/

计算机硬件系统和软件系统两大部分

硬件系统由各种电子的、机械的、磁性的、光学的元器

件、部件、或装置所构成，是看得见摸得着的物理实体。硬

件是计算机的“躯体”。

岂软件是指使计算机运行所需的程序和有关的文档。

_________第1章计事机基砒加拥第37页大学计算机基砒

V

运算器

CPU控制器

＜计算机J寄存器

r随机存储器（RAM）

硬件\内存

存储设备

外存L只读存储器（ROM）

输入设备

计算机系统Y

输出设备

操作系统

系统软件语言处理程序

＜计算机工具软件

软件＜

.应用软件包

I应用软件工

L面向问题的各种应用程序

第1章计落机及砒知的第38页大老计耳机及砒

1.3.2计算机硬件系统

计算机硬件系统结构图

/7

V

主机夕卜部设备

第1章讨喜机及砒笈钠第39页大皆计耳机及砒

运算器的任务是对信息进行加工处理（完成运算）。

控制器是计算机的神经中

控制器按照计算机的工作节拍（主频），从存储器中取出

指令，经过译码（分析指令），产生各种控制信号，从而指挥

整个计算机有条不紊地、自动地执行程序。

存储器是计算机的记忆装置，操作方式——读和写

分为内存（主存）和外存（辅存）。

访问速度快访问速度慢

内容量较小外容量很大

暂时性（断电或关机信息丢失）

存存永久性（断电或关机信息不丢失）

价格高价格低

第1章计落机及砒知的第40页大老计耳机及砒

内存储器按功能可分为随机存取存储器RAM(Random

AccessMemory)和只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)o

1.随机存取存储器RAM—主要用来存放数据、用户程序和

部分系统程序。RAM的特点是它既可读出信息，又可写入信息

O当计算机断电后，存放的信息将全部消失。我们通常所谓的

计算机内存就是指RAM。

2.只读存储器ROM——主要用来存放计算机厂家的出厂固化

程序、计算机的引导程序和基本输入输出低层模块。它的特点

是用户只能读出信息，不能写入信息。存于只读存储器中的信

息可以长期保存，即使计算机断电后也不会丢失。

特别注意：计算机中所有程序和数据必须调入内存后才能由

CPU调用和执行

第1章讨喜机及砒笈钠第41页大老奸耳机及砒

3.地址——整个内存被分成若干个存储单元，每个存储单元一般可存放8位

二进制数。存放的是数据或程序代码。为了能有效地存取该单元内存储的内

容，每个单元必须有唯一的编号（称为地址）来标识。

4.存储容量——一个存储器中存储单元的总数。

5.存取周期——从存储器存取一个字到能够再存取一个字所需要的时间。

（读取时间、写入时间）

6.信息的存储单位

K字节1K=1024B(byte)

M（兆）字节1M=1024K

G（乐）字节1G=1024M

T（太）字节1TB=1024GB

第1章讨喜机及砒笈钠第42页大老奸耳机及砒

L位(Bit):1位二进制信息称为1位，是二

进制数的基本单位。

2.字节(Byte):8位二进制信息称为一个字

节。

3.字(Word):作为一个整体被传送和运算的

一串二制数称为一个字。

4.字长：一个字所包含的二进制位数称为字

长。

5.主频：指CPU工作的时钟频率

第1章讨喜机及砒笈钠第43页大皆计耳机及砒

二五大部件之四输入设备

输入设备的任务是把输入操作者提供的原始

信息转换成电信号，并通过计算机的接口电

路将这些信号顺序送入存储器中。

常用的输入设备有：

键盘、鼠标器、扫描仪、光笔等。

_________第1章计窖机泉砒知的第44页上限

输出命

输出设备是将计算机的运算和处理

结果以能为人们或其他机器所接受

的形式输出

常用的输出设备有：显示器、打印

机、绘图仪等

第1章讨喜机及砒笈钠第45页大老奸耳机及砒

1.3.3计算机软件系统

系

统

软

件

应

二工具软件二用

软

件

_——■---------------------"-------------------———_

第1章计耳机及砒知但第46页大老计耳机及砒

操作系统——控制和管理软硬件系统资源;

系提供用户与计算机之间的接口

语言处理程序——将高级语言源程序翻译成

统机器语言目标程序的程序

软/4,数据库管理系统DBMS——建立、访问和维

护数据库的一种软件

件支持软件——软件开发过程中所使用的一些

'L工具软件，如EDIT、LINK、DEBUG等

第1章计落机及砒知的第47页大学计耳机及砒

程序库——主要用于数值计算与统计分析的

应用程序，例如IMSL、SAS、SPSSo

软件包——针对某种实际用途而设计应用程

序，例如AutoCAD、photoshop。

软件「套装软件---例如MicrosoftOffice,包括

1・Word、Excel、PowerPoint等。

用户自行开发的软件——自己设计的程序。

第1章讨耳机及砒加的第48页大学计算机及砒

编写计算机程序所用的语言是人与计算机之间交流的工具，一般可分

为机器语乏汇编语言和高级语言。

①机器语言(MachineLanguage)

机器语言是计算机系统所能识别的，不需要翻译直接供机器使用执行的程

序设计语言工

②汇编语言(AssembleLanguage)

汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，它是为特定的计算机设计的。

汇编语言采用一定的助记符号表示机器语言中的指令和数据，也称汇编语

言为符号语言。

编译执行

汇编语言程序人卜机器语言程序.程序执行结束

汇编程序

第1章讨喜机及砒笈钠第49页大皆计耳机及砒

③高级语言

20世纪50年代中期开始陆续产生了许多高级算法语言，这些高级算法语言中的数据

用十进制来表示，语句用较为接近自然语言的英文字符来表示。它们比较接近于人们

习惯用的自然语言和数学表达式，因此称为高级语言。

高级语言分为面向过程和面向对象语言两种。

对于高级语言编写的程序计算机是不能识别和执行的。要执行高级语言编写的程序,

首先要将高级语言编写的程序翻译成计算机能识别和执行的二进制机器指令，然后供

计算机执行。

程序执行结束

第1章讨喜机及砒笈钠第50页大皆计耳机及砒

机的基本工作原理一

指令就是让计算机完成某个操作所发出的命令。指令是对计算机进行

程序捽制的最小单位.所有的指令的集合称为计算机的指令系统。

使用者根据解决某一问题的步骤，选用一条条指令进行有序的排列。计

算机执行了这一指令序列，便可完成预定的任务。这一指令序列就称为

程序。

机器指令格式

地址码

机器执行什么操作参与操作的数据在存储器中的存放位置

为读取指令・片分析指令M执行指令

_________第1章计事机基砒加拥第51页大学计算机基砒

存储程序与程序控制原理一

计算机能自动、正确地按人们的意图工作，是由于

人们已事先把计算机如何工作的程序和原始数据通过输

入设备送到计算机的存储器中。当计算机运行时，控制

器就可以把这些指令一一从存储器中取出来，加以翻译,

并按指令的要求进行相应的操作，直到结束。

尽管计算机技术飞速发展了几十年，但其工作原理

基本上没有变化，采用的仍是“存储程序和程序自动控

制执行”的工作原理。这是由冯•诺依曼提出的。

第1章计落机及砒知的第52页大学计耳机及砒

▲程序的执行过程

程序

1.4计算机中的数据与编码

编石马的概念

教

进位计数制

学

内不同数制间的转换

容

计算机中的信息编石马

第1章讨落机及砒知的第54页大学计算机基砒

.4.编码的概念.

所褶编码，就是采用少量的基存符号，

逡用一定的组合原则，。表示大量复盖

多伊的倍息。

5000

lelloHovareyo(|都是编码

第1章计落机及砒知的第55页大学计耳机及砒

基本符号的种类和这些符号的组合规则是一切信息编码的两大要素。

例如，用10个阿拉伯数码表示数字，用26个英文字母表示英文词汇等，都

是编码的典型例子。

在计算机中，广泛采用的是用“0”和“1”两个基本符号组成的基2码，

或称为二进制码。在计算机中采用二进制码的原因是：

•二进制码在物理上最容易实现。例如，可以只用高、低两个电平表示“1

和“0”，也可以用脉冲的有无或者脉冲的正负极性表示“1”和“0”。

・二进制码用来表示的二进制数其编码、计数、加减运算规则简单。

•二进制码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑命题的两个值“是”和“否”

或称“真”和“假”相对应，为计算机实现逻辑运算和程序中的逻辑判断

提供了便利的条件。

第1章讨喜机及砒笈钠第56页大老奸耳机及砒

.4.2i

]十进制

日常竺活中最常见的是十进制数，用十个不同的符号

来表示：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,称为代码。

2—、制|

三进制数只有两个代码“0”和“1”，所有的数据都由它

们的组合来实现。二进制数据在进行运算时，遵守

“逢二进一，借一当二”的原则。

3.十六进制

十六进制数采用0〜9和A、B、C、D、E、F六个英文字母

一起构成十六个代码。

第1章讨耳机及砒加的第57页大学计算机及砒

口在计算机内部，信息广泛采用二进制形式表示，有时

还会使用十进制、八进制、十六进制。

口十进制使用广泛，它主要用在计算机外部，便于查看c-

特点：一是十进制由十个不同的数符组成：0、1、2、

3、4、5、6、7、8、9,即基数为“10”；二是十进制遵

循每相邻两位“逢十进一”的原则。

口二进制是用于计算机内部描述各种信息的一种数制。

特点：一是二进制由“0”和“1”两个符号构成，即基数

为2；二是每相邻两位遵循“逢二进一”的原则。

口八进制和十六进制是为了弥补二进制数字长过长而出

现在计算机中的，它们主要用来描述存储单元的地址，

第1章计落机及砒知的第58页大老计耳机及砒

在采用进位计数的数字系统中，如果只用r个基本符号(例如0,1,2,r-1)表

示数值，则称其为基r数制(Radix-rNumberSystem),r称为该数制的基(Radix)o对

于不同的数制，它们的共同特点是：

1.每一种数制都有固定的符号集：如十进制数制，其符号有十个：0,1,2,9,二进

制数制，其符号有两个：0和1。

2.都使用位置表示法：即处于不同位置的数符所代表的值不同，与它所在位置的权值有

关。

例如：十进制数8888.888可表示为

8888.888=8X103+8X102+8X10】+8X10°+8X10-+8X10^+8XW3

可以看出，各种进位计数制中的权的值恰好是基数的某次塞。因此，任何一种进位计数制

表示的数都可以写出按其权展开的多项式之和，任意一个r进制数N可表示为

-k

N=D.xrl

i=m-\

式中的Hl是整数位位数，k是小数位位数，Dj为该数制采用的基本数符，ri是权，r是基数，

现

(1999)10=J2<X10^4^X10]4^X

••

o•

(1OL11)2=1X22+0X21+IX2°+lX24+1义2'2

第1章计落机及砒知的第60页大老计耳机及砒

常用计数制的基数和数字符号

进位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,逢十六进一

基数281016

数字符号0,10〜70~90〜9,A,B,C,D,E,F

权2，8,10[\6[

形式表示B0DH

第1章计落机及砒知的第61页大老计耳机及砒

编码和数制

L4.3不同数制间的转换

非十进制数十进制数—权展开式

位权法:把各非十进制数按权展开求和

转换公式口_n_1n_2

(F)x=21Xx+an_2Xx+...+

1_1

Xx+a0Xx°+a_tXx+...

示例：

321

(1011.1)2=1X2+OX2+1X2+1X2°+lX2」

=8+0+2+1+0.5

=(U・5)io

示例：

十进制99=区进制中的n位为多少?

二进制01100011=3X26+1X25

।0“2/0*2»0火2?—

+1x21+1x20=99

八进制143=1x82+4x843x8°=99

十六进制63=6x1653x16°=99

(01100011)2=(143)8=(63)16=(99)10

第1章讨喜机及砒笈钠第63页大老奸耳机及砒

余数法:除基数取余数、由下而上排列。

示例1:十进制转换为，、进制

最低位

8753_(_7_5_)_10_=_(_1_1_3_)_8/

891

8111

0最高位

第1章计落机及砒知的第64页大老计耳机及砒

制数非十i

低

示例2:275

1

237O

(75)=(1001011)

2181102

23

o

24O

22

211

最高位

第1章讨喜机及砒笈钠第65页大老奸耳机及砒

进位法:用十进制小数乘基数，当积为0或达到

所要求的精度时，将整数部分由上而下排列o

示例•0.3125

X2最高位

0.62500

X2

1.2500

X2(0.3125)10=(0.0101)2

0.50000

X2

1.00001最低位

_________第1章计，机皋砒笈的第66页大学计算机及砒

例：将十进制数3£62升专换为二进制数

转2351最低位

换2171।

整

数280

部24o(35)10=(100011)2

分220

211

最高位

第1章讨喜机及砒笈钠第67页大老奸耳机及砒