第1章计算机基础知识

第1章计算机基础知识

❖1.1计算机概述

❖1.2微型计算机系统的基本组成

3微型计算机的分类与主要技术指相

❖1.4计算机信息处理原理

❖1.5多媒体基础知识

❖1.6计算机病毒基础知识

1.1计算机概述

G31.1.1计算机的概念

Ql.1.2计算机的发展

Ql.1.3计算机的分类

cai.i.4计算机的应用领域

2

1.1.1计算机的概念

计算机是一种能快速、高效地对各种信息iW

存储和处理的电子设备。具有以下几个特征：一■，【

⑴运算速度快

⑵精确度高，可靠性好

⑶具有记忆能力和逻辑运算能力

（4）能自动执行命令

⑸高性能的实时通信和交流能力

⑹信息表达形式的直观性和使用的方便性

3

1.1.2计算机的发展

i.计算机的诞生

世界上第一台电子数值积分计算机诞生于1946年

2.计算机的发展历程

计算机从处理数据的方法上分成模拟式计算机和/字

式计算机。■

拟某-变化过程，它主要用于仿真研究。数字机则以^^^^：「

量表示数据。模拟机所做的工作都可由数字机来完成I

4

按照计算机所用的逻辑元件（电子器件）来划分计

机的时代：

⑴第一代电子计算机（1946年到1958年）：基本逻辑电器由

电子管组成。

⑵第二代电子计算机（1958年到1964年）:基本逻辑电

由晶体管电子元件组成。

⑶第三代电子计算机（1964年到1970年）

由小规模集成电路组成。

（4）第四代电子计算机（1970年以后）：采用中、大规-

成电路构成逻辑电路。■

3.计算机发展趋势

当前计算机的发展趋势概括为四化：巨型化、微型化、

网络化和智能化oBE

（1）微型化，

芯片的集成度越来越高，计算机的元器件越来■小，/

而使得计算机的计算速度快、功能强、体积小、价卜低；，.

⑵巨型化a小

为了满足尖端科学技术、军事、气象等领域的需星3：

计算机也必须向超高速、大容量、强功能的巨型化发）感入

巨型机的发展集中体现了计算机技术的发展水平。

67#：

⑶网络化

计算机网络可以实现资源共享。资源包括了硬，

资源，如存储介质、打印设备等，还包含软件资源和亍

数据资源，如系统软件、应用软件和各种数据库等。勿2

⑷智能化

智能化是未来计算机发展的总趋势。这种计算吃

除了具备现代计算机的功能之外，还要具有在某种程户1

度上模仿人的推理、联想、学习等思维功能，并举有

声音识别、图像识别能力。"

计算机的分类

1.巨型机运算速度快，每秒可达1亿次以上。.

2.大型机:运算速度在100万〜几千万次/秒，,

3.中型机性能和规模处于大型机和小型机之间。,

4.小型机结构简单、规模较小、操作简单。

体枳小、价侪低、功能生、操作方便。9

5.微型机

易于联网、有大量内存、配置大屏幕Q示

6.工作站

器和较强的网络通信功能

8

1.1.4计算机的应用领域

H1.科学计算网6.娱乐与文化教育

H2.自动控制国7.产品艺术造型设计

网3.信息处理网8.计算机通信

H4.人工智能包9.电子商务

H5.计算机辅助设计

9

1.2微型计算机系统的基本组成

⑶微型计算机系统结构框图

1.2.1计算机的基本结构

1.2.2总线结构

冏1.2.3内部存储器

1.2.4主板

典L2.5外部存储器

回L2.6输入设备

回L2.7输出设备

回L2.8电源与机箱

1.2.9微型计算机硬件发展展望

回1.2.10软件系统

10

国

微控制器

微处理器（CPU）

型

I总线系统

计

内存储器（内存）

算只读存储器（ROM）

机

系

微

外

统

机

设

计

结

算

机

构

系输出设备（Output）

框

统

图

语言处理程序

软数据库管理系统一

件

系网络通信管理程序

统

一

应用软件包

用户程序

11

1.2.1计算机的基本结构

i.冯•诺依曼型计算机的基本结构

1945年美籍匈牙利科学豕冯•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

要点:

⑴米用二进制数的形式表示数据和指令。

⑵将指令和数据存放在存储器中。

⑶计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输二

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w

原理设计的计算机称为“冯•诺依曼型计算机”。

12

冯•诺依曼型计算机的基本结构

图122硬件系统中五大功能部件

说明:表不控制流<＞表示数据流

13

2.微处理器——CPU

是计算机中最关键的部件，它由控制器、运算器、

存器组和辅助部件组成。

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4号多；

寄存器：用来存放当前运算所需的各种操作数、地址匕

信息、中间结果等内容。

15

1.2.2总线结构

所谓总线，是指微型计算机各部件之间

传送信息的通道。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。

638^1UHBSI

总线结构图

地址总线>

UU

RAMROMI/OI/O

CPU接口接口

<数据总线>

控制总线

17

微型计算机的系统总线从功能上分为地址总

数据总线和控制总线。

1.地址总线I

地址总线是单向的。地址总线的位数决定了

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L

双向的，是CPU与存储器、CPU与I/O接口之间的

向传输。.

3.控制总线♦

控制总线是CPU对外围芯片和I/O接口的控电以「

及这些接口芯片对CPU的应答、请求等信号组成的，・二丁

线。-

内部存储器

存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数

主存储器（内存）

存储器

匚辅助存储器（外存）

?f随机存储器RAM

工只读存储器ROM

ROM存放固定不变的程序、数据和系统软件

中的信息只能读出不能写入断电后信息不会丢失.

,其内容可以随时根%需

RAM是种读写存储器

要读出或写入断电后信息丢失

常见的几种内存条

20上一页返回本节

关于存储的几个重要概念

位：是计算机中存储数据的最小单位。指二进制・

的一个位数,其值为“0”或T,其英又名为“bit”

Ly♦

字节：是计算机存储容量的基本单位，计算机存储容

量的大小是用字节的多少来衡量的。其英文冬为旅；,

“byte”，通常用“B”表示。

字节经常使用的单位还有KB（千字节）、MB（兆■

字节）和GB（千兆字节）等，它们与字节的关系是:

21

1B=8bit

1KB=21°B=1024B

1MB=210X1KB=210X210B=1024KB

1GB=210X1MB=210X210X210B=1024MB

22

字：是计算机内部作为一个整体参与运算、

传送的一串二进制数，其英文名为“Word”。

字长：是计算机CPU一次处理数据的实际位数，是

衡量计算机性能的一个重要指标。■

字长越长，一次可处理的数据二进制位越多，运算

能力就越强，计算精度就越高。

23

CMOS

ISA插槽

主板电池

控制芯片PCI插槽

串行/并口插

Socket7插槽

键盘插座

CACHE

内存插槽

Pentium（奔腾）主板

1.CMOS只读存储器

CMOS只读存储器中装载着BIOS程

序。BIOS负责处理主板与操作系统之间

的接口问题。

2.I/O扩充插槽

在主板上备有一些扩充插槽，用

来插入部件或连接外部设备。

638^1UHBSI

3.外围设备连接口

1-2.5外部存储器

1.软盘存储器

写保护口，现处于保护状态

29

2.硬盘存储器

返回本节

3.光盘存储器

(N

4.其他外部存储设备

1.2.6输入设备

状态显示灯

主键盘和

打字键

控制键小数字键

104键盘

台匕

键名功日匕

Shift又称上档键，利用此键来输入上档字符

CapsLock大写字母锁定键，利用此键来输入大写字母

空格键位于键盘最下面的一个最长的键，按下空格键，将输入乃类；

格字符

按下此键可使光标回退一格，删除光标左边的一个#符

Backspace__K!

Enter回车键。按下此键，表示前面的输入结束

Tab制表定位键

Alt转换键，此键通常和其他键组成特殊功能键

Ctrl控制键，通常和其他键组合在一起使用

Ctrl+Alt+Del系统的热启动，使用的方法是：按住Ctrl和Alt键木放，再力

打Del键

35

光标移动键和编辑键的功能

按键功能

一光标左移一个字符

一光标右移一个字符

r一「光标上移一个字符

]光标下移一个字符

Home光标移到行头或当前页头

End光标移到行尾或当前页尾

Page光标移到上一页

Up

36

Page光标移到下一页

Down

Del删除键，删除光标位置的一个字符

插入键，此键是开关键，有两种状态：插

入状态和改写状态。按下此键（奇数次），

Ins进入插入状态，所输入的字符将被插入在

当前光标之前；再按下此键（偶数次），

进入改写状态，所输入的字符将覆盖当前

光标处的字符

37

I>H识

■■

2.鼠标

鼠标根据其使用原理可分为：机械鼠标、况

电鼠标和光电机械鼠标。

38es@uasai

3.扫描仪

39

l>H

■■；:,

4.光笔

40

5.数字化仪

数字化仪是一种图形输入设备，它可将各种

图纸的图形信息转换成计算机可识别的数字信号

输入计算机中。它与绘图仪一起常用于工程设计

单位。

6.麦克风

利用话筒可以进行语音输入。其硬件系统是

由声卡和话筒（麦克风）组成。

638^1UHBSI

7.数码相机

42返回本节

8.其他输入设备

条形码阅读器游戏手柄

43

1.2.7输出设备

输出设备是用来输出经过计算机运算或处理后

所得的结果，并将结果以字符、数据、图形等人们

能够识别的形式进行输出。常见输出设备有显示同

打印机、投影机、绘图仪、声音输出设备等。

44

显示控制适配器（显卡

45上一页

显示器的主要技术指标有屏幕尺寸、点距、现示

辨率、灰度和颜色深度及刷新频率。E

分辨率：屏幕能显示像素的数目，像素是可以显示的最彳，

小单位。分辨率越高，则像素越多，能显示的图形就越左

清晰。，

灰度：指像素点亮度的级别数，在单色显示方式下，灰F

度的级数越多，图像层次越清晰。

颜色深度：指计算机中表示色彩的二进制位数—.2

刷新频率：指每秒钟内屏幕画面刷新的次数。刷新频率歹

越高，画面闪烁越小，通常是75Hz〜90Hz。

E

PC

4.声音输出设备

声音输出设备包括声卡和扬声器两部分。声

卡可分为8位、16位、32位、64位，位数越高，效

果越好。

声卡的总线接口有ISA和PCI两种，PCI已经

成为主流。声卡除了发声以外，还提供录入、编

辑、回放数字音频和进行MIDI音乐合成的能力。

扬声器主要有音箱和耳机两类。

49

半

M

I

o

d

51

1.2.8电源与机箱

微机电源要求输入220V、50Hz的交流电，

经过变压整流稳压后，输出四种直流电，供微

机不同部件使用。

如果对供电可靠性要求较高可使用不间断电

源（UPS）o

52638^1UHBSI

53

1.2.9微型计算机硬件发展展望

1.功能强大

微机的运算速度、存储器容量大大加强。

2.微型化、集成化

半导体材质不断改进，目前已研制出了铜芯片

使计算机的结构与形式发生了变化。如笔记本电脑

掌上电脑。

54

掌上电脑

55

1.2.10软件系统

1.系统软件

系统软件是管理、监控、维护计算才

资源（包括硬件与软件）的软件。包括：

⑴操作系统

⑵程序设计语言（机器语言、汇编语言、

高级语言、第四代语言）

⑶各种程序设计语言的处理程序

（4）工具软件

2.应用软件

应用软件是用户为了解决实际问题

而编制的各种程序。如各种工程计算、模

拟过程、辅助设计和管理程序、文字处理

和各种图形处理软件等等。

638^1UHBSI

1.3.1微型计算机的分类

⑴按字长可分为8位机、16位机、32位机和64位机4

⑵按结构可分为单片机、单板机与多芯机、多板机等。

⑶按用途可分为工业过程控制机与数据处理机等。厂

(4)按CPU芯片型号可分为486机、586机和Pentium®

60

1.3.2微型计算机的主要技术指标

1.字长

字长是指计算机能直接处理的二进制信息|的

位数。

2.运算速度

运算速度是指计算机每秒钟能执行的指令缰

数。单位是次/秒或百万次/秒。

61

3.时钟频率（主频）

时钟频率是指CPU在单位时间（s）内发出

的脉冲数。时钟频率越快，计算机的运算速度也

越快。主频的单位是兆赫兹（MHz）o

4.存取速度

存储器连续进行读/写操作所允许的最短

时间间隔，称为存取周期。存取周期越短，则

存取速度越快，它是反映存储器性能的一个重

要参数。通常，存取速度的快慢决定了运算速

度的快慢。

62

5.存储容量

⑴内存容量。指内存储器能够存储信息的总字节数

容量越大，运行速度越快。

⑵外存容量。指外存储器所能容纳的总字节数。

6.外部设备的配置

主机所配置的外部设备的多少和好坏，也是

衡量计算机综合性能的重要指标。

7.软件的配置

丰富的软件可以充分地发挥计算机的效率,

方便用户的使用。

8.可靠性、可用性和可维护性

可靠性是指在给定时间内，计算机系统能

正常运转的概率。可用性是指计算机的使用效

率。可维护性是指计算机的维修效率。可靠性、

可用性和可维护性越高，则计算机系统的性能

越好。

64上一页

1.4计算机信息处理原理

AL4.1数制基础

AL4.2数制换算

>1.4.3数据编码

65

1.4.1数制基础

1.数制定义

目的方法称为数制。数制有进位计数

数制之分，目前一般使用进位计数制。

计算机中常使用二进制、十进制、八进制

六进制等。

2.十进制数

十进制数的数码为0、1、2、3、4、5、6、7、8、

9共10个，进数规则为逢十进一，借一当十。

3.二进制数

二进制数的数码为0、1共2个，进数规则为

逢二进一，借一当二。

4.八进制数

八进制数的数码为0、1、2、3、4、5、6、7共8

个，进数规则为逢八进一，借一当八。■

67

5.十六进制数

十六进制数的数码为0、1、2、3、4、5、

6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16个,

其中数码A、B、C、D、E、F分别代表

制数中的10、11、12、13、14、15,进数

为逢十六进一，借一当十六。I

68

1.4.2数制换算

1.十进制数、二进制数、八进制数和十六进制数十

对应关系如表所示。

进制口

十进制二进制八进制十六进制十进制二进制十j

000091001119

111110101012

BJ,

2102211101113

3113312110014

41004413110115D衿

51015514111016E

61106615111117F

71117716100002010

8100010817100012111

69

2.十进制数换算成二进制、八进制、十六进制数

将一个十进制数转换为二进制、八进制、十六进制啜

时，其整数部分和小数部分分别用“除R取余法”和卜'或

R取整法”转换，然后将结果加小数点三部分合在,起：元'

（R为某进制的基数）。

转换规则如下:

•整数部分：用除R取余法转换。将十进制的整数部，附;:：、

以R,得到一个商数和余数；再将这个商数除以R,,得.

到一个商数和余数；反复执行这个过程，直到商为0卜止。「

将每次所得的余数从后往前读（先得的余数为低位，•得刁广飞,

的余数为高位）即为等值的二进制数。之、

口；»

70：

，.一

十进制数换算成二进制、八进制、十六进制数

・小数部分：用乘R取整法转换。将小数部分乘以千，

记下乘积的整数部分，再用余下的纯小数部分乘以R,

记下乘积的整数部分；不断重复此过程，直至乘产小

数部分为0或已满足要求的精度为止。将所得各乘积的

整数部分顺序排列（先得的整数为高位，后得的整数

为低位）即可。■

例：将(35.6875)I。转换为二进制数。

①用除2取余法将整数部分(35)］。转换为二进制整数:

235余数为1低位

217余数为1

余数为0

余数为0

22余数为0

21余数为1高位

故：(35W=(100011)2

验证：1X25+0X24+0X23+0X22+1X21+1X

②用乘2取整法将小数部分（0.6875W转换为二进制形式:

0.6875

1.3750……整数部分为1高位

0.3750

X2

0.7500整数部分为0

0.7500

1.5000……整数部分为1即：(O.6875)io

0.5000

1.0000整数部分为1低位

③整数部分与小数部分合并，可得：

(35.6875)10=(100011.1011)2

注意：

在上例中，将十进制小数转换成为二进制小数

的过程中，乘积小数部分变成“0”，表明转换

结束。实际上将十进制小数转换成二进制、八

进制、十六进制小数过程中小数部分可能始终

不为零，因此只能限定取若干位为止。

将十进制数转换为八进制、十六进制数的规则

和方法与之相同，只是R(基数)的取值不同。

74上一页下一页

3.二进制数与八进制、十六进制数间的转换

因为23=8,24=16,

所以，一位十六进制数可由四位二进制数来表万

一位八进制数可由三位二进制数来表示。

作反向转换：

三位二进制数可用一位八进制数表示

四位二进制数可用一位十六进制数来表示

75638^1UHBSI

二进制数转换为八进制、十六进制数

转换原则：以小数点为中心，分别向前、后每三

四）位一组，不足三（或四）位时以“0”补足，

每组二进制数转换为相应的八（或十六）进制数

例：将二进券

十六进制数。

(11010111100.11011)2=(11.11011

(3274.66)8

(11010111100.11011)2=(1011-HOI1)2%

(6BC.D8)16

八进制、十六进制数转换为二进制数

转换原则：将每位八进制（或十六进制）数码用相

应的三位（或四位）二进制数来代替，再去掉整数歹6

首部的零和小数尾部的零即可。

例：将八进制数214.74和十六进制数1C2.A4转换为Wj

二进制数。

(214.74)8=(010001100.111100)2=(10001100.1111)

(1C2.A4)16(000111000010.10100100)2

(111000010.101001)2

77

1.4.3数据编码

规定用什么样的二进制码来表示字母、数字以

及专门符号。有两种字符编码方式：ASCH码和/

BCD码。

1.BCD码

BCD码：二〜十进制编码

采用若干位二进制数码表示一位十进制数的编通

方案。BCD码的编码方案很多，8421码是最常用的

种。I

78

十进制教8421编码十进制数8421编码

0000031000

1000191001

200101000010000

3；ooii1100010001

401001200010010

50101⑶00010011

601101400010100

701111500010101

飒面区事1

2.ASCH码

目前，国际上使用的字母、数字和

年号的信息编码系统是采用美国标准信息

交换码(AmericanStandardCodefol

InformationInterchange),简称固

ASCII码。它有7位码版本和8位码版本U

种。I

80

飞b6「

000001010Oil100101110111

b4b3b,b>>^\

0000NULDLESP0@Pp

0001SOHDC111AQaq

0010STXDC22BRbr

〔nilETXDC33CScs

0100EOTDC4$4DTdt

0101ENQNAK%5EUe11

0110ACKSYN&6FVfV

0111BELETB7GWgw

1000BSCAN(3HXhX

1001HTEM)9IYiy

••

1010LFSUB*♦•JZz

4-

1011VTESCJK[k{

1100FFS<L\11

1101CRCrS-=M]m}

1110SOR5I4>NAn

miSIUS/?0—0DEL

81

3.汉字编码

汉字编码比常用字符的编码要复杂得多，这是

为汉字的数量比较多，而且汉字的字形也是复杂.

⑴汉字输入码

汉字输入码是指用户从键盘

的编码。

⑵汉字交换码（国标码）

我国制定了“中华人民共和国国家标准信息交

汉字编码”，代号为“GB2312—80”，又称国标码。

国标码规定，每个汉字由一个2字节代码"陋。彳

个字节的最高位恒为0,其余7位用于组成各种不同的

码值。

啊1601

区号位号

厂一级3755个（按拼音排）

「汉字(6763/

7445y二级3008个（按部首排）

（拉丁文、俄文字母、日文假名、汉|吾拼

符号（682）

希腊字母、标点、序号等）

83

⑶汉字机内码■

汉字机内码，也称汉字内码，是指汉字在计算

中存储、加工、处理时所用的代码。

汉字机内码以汉字交换码为基础，在得到吊字交夕’

换码后，将汉字交换码的每个最高位置加1,就得到了.

汉字机内码。

汉字两字节的机内码和国标码有一个对应关牵e.

国标码+8080(H尸机内码

例如:“重”字国标码是3122(H),它的机内码是

3122(H)+8080(H)=BlA2(H)I

⑷汉字字形码

汉字字形码即汉字输出码，用于显示或打印;

时产生字形。

汉字的字形称为字模，以一点阵表示。点阵1的〃

点对应存储器中的一位，对于16x16点阵的汉字，其有方。

256个点，即256位。由于计算机中，8个二进制位，为

一个字节，所以16x16点阵汉字需要2x16=32字节表书」「

一个汉字的点阵数字信息（字模）。'

点阵数越大，分辨率越高，字形越美观，但占单的V

存储空间越多。

85

的各

关种

系汉

字

编

码

之

间

输入码

86

--L3

田双翎如渐冬£七

*评鎏*%爵也育，剧如渐察~"9•旧

令域物*评知海冬~~10,旧

决睬枇浮例郅或g1

1.5.1多媒体技术的概念

1.多媒体的含义

媒体是信息表示和传输的载体。信息的载体

除了文字外，还有能包含更大信息量的声音、图

形、图像等。

2.多媒体的特征

⑴数字化

⑵集成性

⑶交互性

88上一页

1.5.2多媒体信息处理的关键技术]

X.数据压缩技术]

图像压缩就是在没有明显失真的前提下，1

图像的位图信息转变成另外一种能将数据量缩取

的表达形式。数据压缩算法可以分为无损压缩用

有损压缩两种。I

⑴无损压缩

无损压缩用于要求重构的信号与原始信号完

全相同的场合。

89

*

⑵有损压缩

有损压缩适用于重构信号不一定非要与原女

信号完全相同的场合。

目前应用于计算机的多媒体压缩算法标准借

如下两种