计算机文化基础555

计算机文化基础

主编杨振山龚沛曾

讲授解志坚

第一章计算机基础知识

1.1计算机概述

1.2数字化信息编码与数据表示

1.3计算机系统组成

1.4计算机网络

1.5多媒体技术

1.6计算机安全

L1计算机概述

一,计算机的发展

第一台计算机：1946年2月诞生；每秒5000次

「时代

年份器件软件应用

机器语言

1946〜1958电子管科学计算

汇编语言

--数据处理.工

1958〜1964晶体管高级语言业控制

----4文字处理.图

集成电路

1964—1970操作系统形处理

数据库.网

四1971年至今大规模集成电路各个领域

络等

:,微型计算机的发展

第二台微型计算机:Intel4004,4位,1969年由Intel公司的M.E.Hoff

时代时间位数代表性芯片

第一代1972年8位Intel8008

一第二代1973年8位Intel8085.M6800.Z80

第三代1978年16位Intel8086/286.M6800.Z8000

Intel80386.Z80000.HP-32.Pentium^

第四代年起32位

1985列

计算机发展趋势:巨型化.微型化.网络化和智能化

▲,计算机在各个领域中的应用

科学计算

数据处理

过程控制

历算机辅助系统

。人工智能

一Internet（国际互连网）

电子商务

1.2数字化信息编码与数据表示

一.数字化信息编码

:■信息

■■数值.文字语音.图形和图像.

「信息必须数字化编码，才能传送.存储和处理.

2.编码

采用少亶的基本符号;选用一定用而合原则，以表示大量复杂多样

的信息.

例如：(1)用10个阿拉伯数码表示数字.

-(2)用26个英文字母表示英文词汇.

3.二进制编码

只用“0”和“1”两个基本符号组成的编码.

•算机采用二进制编码的原因：

昌二进制码在物理上最容易实现.

口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.

(3)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便利条件.

二.进位计数制

1.基■数制和数制的基

在进位计数的数字系统中,若只用r个基本符号

(例如0.L2..…r—1)表示数值，则称其为基r数制,r称为该数制

的基.

(1)十进制数,r=10,即基本符号为0.1.2...9.

⑵若r=2,即基本符号为0和1,则为二进制数.

2.数制的共同特点

(1)每一种数制都有固定的符号集

十进制数制,其符号有十个：01.2..…9.

二进制数制,其符号有两个：0和1.

⑵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

制数5555.555可表示为：

5555.555=5X103+5X102+5X10】+5X10°+

■5Xl(H+5XIO*x10-3

扇1。3.1()2.1(J1.1()0.io-1.10-2.10-3称为权

3.计算机中常用的进制数的表示

对任何一种进位数制表示的数都可以写出按其权展开

勺多项式之和，即任意一个r进制数N可表示为:

-k

N=^Z>.xr

其中:D1为该数制采用的基本数符一是权J是基数,不同的基数表

示不同的进制数.

计算机中常用的进位数制的表示

二进制八进制十进制十六进制

逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一

r=2r=8r=10r=16

0,10,1,...,70,1,…,100,L..,9,A,BCD,E,F

2i8i10116

形式表示B0DH

计算机中常用进位数制之间的对应关系

十进制(D)二进制(B)八进制(0)十六进(H)制

0000

11

■2-1022

・’3

113一3

唯41004-4

唳.510155

611066

7-711177

-81000'108-

一91001r119

-10101012A

11一101113B

12r110014C

13110115D

；14-111016-E

15111117:F

三.不同进制之间的转换

l.r进制转花成十进制

(a^.巴港。%]...a_m)r

n】m

=anXr+.:.+a0Xr°+a_XJ+...+a_mXr

42

^10101)B=2+2+1=21

212

KI01.11)B=2+2°+2-+2-=5.75

：(101)O=82+80=65

，71)O=7X81+1X80=57

(101)H=1x163+OX162+1X161+10X16°=4122

2.十进制转化成r进制

整数部分:除以r取余数，直到冏为0,余数从右到左排列.

小数部分:乘以r取整数，整数从左到右排列.

J(100.345)=(1100100.01011)

DBO

・34

00X

5Oo

690

整

0.小

225OX一2

数

1380数

221-

部

1X2部

分

26o760分

0.

23OX一2

15

211-20

1X2

O1LO

-04

(100)D=(144)O=(64)H

,转化成八进制转化成十六进制

p81100161100

，8|12416|64

-8|1406

01

3.八进制和十六进制转化成二进制

每一个八进制数对应二进制的三位

每三个十六进制数对应二进制的四位.

(2C1D)H=(001011000001H01)B

MB2C1D

(64)H=(QUO0100)B

三”一一64

(7123)O-(111001010on)B

7123

(144)o=(mi00100)B

144

4.二进制转换成八进制和十六进制

整数部分:从右向左进行分组.

小数部分:从左向右进行分组.

转换成八进制时三位一组.

转换成十六进制时四位一组，不足补零.

(_HOHOJJJ0.HOI01)B=(36F.D4)H

PI6FD4

三二一后边补两个零，变成0100

(1101101110.110101)B=(1556.65)O

155665

四,二进制数在计算机中的表示

■数的定点和浮点表示

，1）定点小数

'指小薪点准确固定在数据某一位置上的小数.

一般固定在最高数据位的左边，小数点前边再设一位符号位.

（表示方法

N=NSN_]N_2…N_m其中Ns为符号位

|g1m+］位

符号位小数点IN|<l-2-m

(2淀点整数

整数分带符号和不带符号两类，分别表示如下：

带符号整数：/-口-+1-位-、

；同口口|||口||N|<2n-l

|、小数点

符号位

不带符号整数：

n+1

(3)浮点数

浮点数表示法对应于科学(指数)计数法，在计算机中一个浮点数

由两部分构成:阶码和尾数，阶码是指数，尾数是纯小数.

存储格j阶符阶码数符尾数

，•阶码只能是一个带符号的整数，用来指示尾数中的小数点应当向左

传或向右移动的位数，阶码本身的小数点约定在阶码最右面.

J•尾数表示数值的有效数字，其本身的小数点约定在数符和尾数之间

.•浮点数的正.负是由尾数的数符确定，而阶码的正.负只决定小数点

的位置，即决定浮点数的绝对值大小.

•尾数的位数决定数的精度，阶码的位数决定数的范围.

设尾数为4位,阶码为2位，则二进制数N=101.1(B)的浮点数表示

形式为：

01101011

1111

阶符阶码数符尾数

该数二进制数科学表示法为:N=0.1011X2“

2.机器数的表示

机器数:一个数及其符号在机器中的数值化表示.

真值数:机器数所代表的数.

一个约定:为了讲课的方便，我们假定一个数在机器中占用8位.

(1)原码

•一,X(匚X三丁1

[主]原=J^

-j»+中一(2%)三仁()

当机器字长n=8时：

■P[+1]原=00000001[-1]原=10000001

[+127]原=01111111[-127]原=11111111

[+0]=00000000,[-0]=10000000.

反码

「X0<X<2n-1-l

[幻反=<1-

、21—|X|-(2nl-l)<^0.

当机器字长n=8时：

[+1]反=00000001[-1]反=11111110

[+127]反=011111H[-127]反=10000000

-正数的反码与原码相同,负数的反码只需将其对应的正数按位求反

即可得到.反码表示法中，最高位为符号位,正号为0,负号为L

在反码表示中，零有两种表示形式，即：

[+0]反=00000000[-0]^=11111111.

(3)补码「XOSXAi—1

*[不补.—6

、2UM一3-1夕＜0——・

L当机器字长n=8时：

[+1]补=00000001[-1]#=11111111

HK-[+127]补=01111111[-127]#=10000001

范数的补码与原码.反码相同,负数的补码等于它的反码加1.补码表示

法中，最高位为符号位,0代表正号,1代表负号.

在补码表示中，零有唯一的编码，即：

[+0]补=[-0]#=00000000.

五,常用的信息编码

1.BCD码

即二-十进制BCD码，指每位十进制数用4位二进制数编

码表不.

25二(00W0W1)BCD

25

2西文字符编码

在计算机中，每一个字符都有一个确定的编码，作为

识别与使用这些字符的依据.

(1)ASCII码

.mericanStandardCodeforInformationInterchange

业美国信息交换标准代码.常用的字符有128个,编码从0到127.

空格20H32

‘0，〜，9‘30H-39H48〜57

'A，〜241H-5AH65-90

‘a'〜'z，61H-7AH97~122

控制字符：0〜32,127;普通字符：94个.

每个字符占一个字节，用7位，最高位为0.

(2)EBCDIC码

这种字符编码口遭用在IBM公司生产的计算/L

〔中,EBCDIC即ExtendedBinary-CodedDecimal

.InterchangeCode(扩展的二-十进制交换码).

3汉字编码

(1)汉字输入码

国际区位码.全拼.双拼.微软拼音.五笔形等.

(2)汉字内倬

汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式.

国际码(GB2312—80)及其机内码：

“一级汉字:3755二级汉字:3008

,汉字分区：每个区94个汉字|区号区中位置

I---------------------------------------------------------------------------------------------------------

每个汉字占两个字节.

机内码:最高位为1.

汉字国际码汉字内码

沪2706(0001101100000110B)1001101110000110B

久3035(0001111000100011B)1001111000100011B

通用多八位编码字符集UCS(UniversalCodeSet):

•包括汉字在内的各种正在使用的文字的统一编码方案

•每个字符占4个字节

,•基本多文种平面：0组0平面，包含字母.音节文字及

■表意文字等

组平面行字位

八

最高位为0

’A'41H(ASCII)00000041H(UCS)

'大'3473H(GB2312)00005927H(UCS)

(3)汉字字形码

汉字字形的字模数据，以点阵或矢量函数表示.

:点阵:16X16.24X24.32X32.48X48.

(4)各种代码之间的关系

汉字输入汉字输出

输入码国际码内码一字形码

1.3计算机系统组成

运算器

控制器

寄存器

r主机

:随机存储器（RAM）

计硬件〈

只读存储器（ROM）

算

机输入设备（键盘.鼠标等）

'外部设备

系输出设备（打印机.音箱等）

统

系统软件（操作系统.数据库系统等）

软件W

【应用软件（字处理.计算机辅助设计等）

,概述

■计算机

运算器

输入设备----N存储器、输出设备

控制器

数据流-----»控制流

冯.诺依曼思想：

五大蓝贰”二进制；程序和数据一样存放在内存

■运算器:进行算术运算和逻辑运算

K内存：8位(Bit)一个字节Byte),每个字节都有地址

1Kb=1024B1Mb=1024Kb

1GB=1024Mb1Tb=1024Gb

£常用输入设备:键盘.鼠标.扫描仪.手写光笔等

■三常用输出设备:显示器.打印机.绘图仪等

2彳散型计算机

CPU+总线结构

,计算机基本工作原理

1.指令

让计算机完成某个操作所发出的命令.

操作码•作数一

2.程序

二，有序的指令集合.

3.指令的执行不力指令」一

取指令周期：辿J

执行周期：|CPU译码|控制信号*有关部件动作

4.程序的执行

CPU不断地取指令，执行指令.

三,计算机软件

软件=程序+数据+文档

r操作系统Windows.UNIX

II语言处理程序C.Delphi,C++

重「系统软件S连接程序Link

诊断程序WinTest

晏件分类\L数据库系统Foxpro.Oracle

一文字处理软件WPS.Word等

应用软件（表格处理软件Excel等

I辅助设计软件AutoCAD

实时控制软件FIX等

操作系统分类:

批处理系统（单道.多道.远程）

分时系统:UNIX.LINUX.Windows等

实时系统:RDOS

微机操作系统:MS-DOS.MINIX.Windows等

分类（网络操作系统:WindowsNT.NetWare.UNIX

发展）I

'分布式操作系统：

(2)语言处理程序和连接程序

b「机器语言

计算机语言分类$汇编语言

修「面向过程语言:PascaLC等

\高级语、

'〔面向对象语言:C++.Delphi.

Java.VB.VC等

M源程序---------->目标程序可执行程序

编辑程序汇编或编译程序连接程序

(3)诊断程序:WinTest.WinBench等

4)数据库系统(DBS)

[「数据库(DB)

DBS《数据库管理系统(DBMS):FoxPro.Oracle等

,I数据库应用程序:学籍管理系统.排课系统等

用户H---H数据库应用程序<"">DBMS<----->DB

(5)数据仓库(决策系统.专家系统等)

数据仓库是面向主题.集成化.稳定的.随时间变化的数据集合,

用以支持决策管理的一个过程.

2,应用软

符111aB

(1)文字处理软件:WPS97/2000.Word97/2000等

⑵表格处理软件:Excel97/2000.Lotusl-2-3等

(3)辅助设计软件:AutoCAD

(4)实时控制软件:监察控制和数据采集SCADA

目前在PC上流行有:FIX.InTouch.LookOut

四,个人计算机硬件系统

I—Pentium系列芯片

CPU

PowerPC「ROM

内存

—RAM:规格有16MB,32MB笔

Cache:内部和夕卜部Cache

扩展槽:用于连接其它设备

主机

I/O总线4SA.EISA.PCI等

硬盘.软盘.CD-ROM或DVD-ROM等驱动器

显示卡.声卡等

通用串行总线USB

电源

l.CPU

Intel8086/8088,80286,80386,80486,Pentium9PentiumMMX,

PentiumPro和PentiumII

CPU推出时间主频/MHz主要性能说明

|K

Pentium1993年3月内部数据32位，外部数据64位

■一_60~233地址线36位一位代码

〜一PentiumCachel6KB一级数据

1995年1月Cache16KB

-MMX166—233

一级代码Cachel6KB,一级数

据Cachel6KB,二级

PentiumPro年月166〜233

199511Cache512KB,1MB,2MB，不支

持MMX

PentiumII1997年5月233—450

MMX+PentiumPro二级Cache512KB

2,主存储器

(1)静态随机存取存储器.

SRAM,不必周期性刷新，作Cache用.

(2)动态随机存取存储器

DRAM,需要周期性刷新，作主存用.

■一条有16MB,32MB或64MB

72芯和168芯

(3)只读存储器

ROM,断电仍然能够保持数据.

正常使用中，只能读不能写.

EPROM:可擦除可编程的只读存储器.

3.高速缓存存储器Cache

CPULICacheHL2Cache内存

PentiumPro和PentiumII的L2Cache封装在CPU内.

4.1/0总线和扩展槽

,I/O总线:CPU互联I/O设备以及外设访问系统存储器利CPU资

源的通道.有数据总线DB,地址总线AB和控制总线CB

J扩展槽:各种接口板插在扩展槽中，连接外围设备.

(l)ISA(IndustryStandardArchitecture)

工业标准体系结构,PC/XT(Intel8088)总线，具有开放式结构

(2)EISA(ExtensionIndustryStandardArchitecture)

扩展的工业标准体系结构,ISA总线的扩展，现用在服务器上.

(3)PCI(PeripheralComputerInterconnect)

PCI总线是32位总线，也可以支持64位

现用在台式PC和服务器上,是目前最常用的一种总线.

6.输入/输出接口电路

(1)硬盘驱动器接口电路

IDE:设备电子接口.一

EIDE:增强型IDE接口._

scsi：小型计算机接口目"—-

■可连接硬盘驱动器，扫描仪,CD-ROM等.

1支持多台设备，常用在服务器中.

_)软盘驱动器接口电器

♦(3)并行打印机适配器电路:插座25孔

-(4)异步通信适配器接口

-前座9针或25针两种，连接鼠标，绘图仪等串行设备.

(5)游戏操纵杠接口

(6)多功能适配器卡(SupperI/O卡)

(7)显示卡

PCI和AGP:都属于VGA卡，有3D加速功能，显存2MB以上,分辨率

1280X1024以上，显示速度快.目前AGP最常用.

7.辅助存储器

(1)磁盘类存储器

软盘：

3.5英寸高密度容量=2面X80磁道X18扇区X512BH.44MB

:硬盘:由若干个磁性圆盘组成.

♦存储容量=磁头数X柱面数X扇区数X每扇区字节数(512B)

■:ZIP:100MB,速度是软盘的20倍.

■LS-120:LaserServo,120MB,可读写1.44MB软盘.

-JAZ:1GB〜2GB,外置可作活动硬盘.

(2)磁带存储器

顺序存取设备.

(3)光盘存储器

CD-ROM:CompactDisc-ROM只读型光盘.

一倍速率：150KB/S;24倍速率:24X150KB/S=3.6MB/S

其他光盘：

MO:MagnetoOptical,可擦写光盘.-

PD/CD-ROM:PhaseChangeRewritableOpticalDiskDrive,相

变.式三事复擦写光盘驱动器

kCD-R:CD-Recordable,一次性可覆入光盘.

ICD-RW:CD-Rewritable,oT重写光盘.

，DVD:DigitalVersatileDisc

霎向下兼容河读音频CD和CD.ROM

塞单面单层的容量:4.7GB

■二单面双层的容量:7.5GB

二一-双面双层的容量：17GB

L三二二一倍速率：L3MB/S

五,输入输出设备

’键盘.鼠标

/输入设备,麦克风.Modem

1扫描仪.刻录机.数码相机

常用显示器.投影仪.电视机

绘图仪

外部设备输出设备

音箱.耳机

I打印机

UPS不间断电源

Modem(调制解调器)

调制(Modulation):将数字信号转化成模拟信号

"解调(Demoulation):将模拟信号转化成数字信号

速率:28.8kbps.33.6kbps和56kbps

*内置式:插在扩建槽上一

・外置式:连接串行口上

■PC卡式:笔记本专用

，ISDN:综合业务数字网

酸飞利用一个通信网实现各种通信义务.通过ISDN连接

;二窄带-ISDN:2B+1D,144kps.

公司的LAN

远程通信「

模拟电话-：

PC--------------传真机

传真机------------通信线ISDN通信线

在线服务

电话----------

网络

-1.4计算机网络

二计算机网络概述___

♦网络的定义

I把分布在不同地点的具有独立操作系统的计算机，利用通信

B线路物理地连接起来，按照网络协议相互通信,以共享软件.

♦硬件和数据资源为目标的系统.

服务器工作站工作站工作站

2.网络的功能

..信息交换功能；资源共享；分布式处理

3.网络的分类

通信局域网(LAN):几百米到十几公里.一栋或几栋大楼内

离城域网(MAN):几十公里到上百公里.一个城市或地区

；-1广域网(WAN):几百公里到几千公里或更远

一］公用网

按网络用途(

I专用网

二,计算机网络的构成

1.网络的拓扑结构

定义:用连网电缆将文件服务器和工作站等设备在物理上连接起

长的连接方式

⑴星型结构

史特点:通信协议简单.站点故障易检测和隔离

卷。连线费用大，中央节点要求高，传输速度快

^^9

PSL^KJ

(2)总线结构

"特点:站点易扩充和删除;

总线任务重，易产生瓶劲问题

二6)环型结构

-h特点:传输速率高.传输距离远.

一个站点故障会引起整个网络崩溃

2*网络的体系结构

协议:关于信息传输顺序.信息格式和信息内容等的约束

定义:层和协议的集合.

0SI:7层,异种机联网标准的框架结构

;网络互联技术

)传输介质

双绞线:三类线(10Mbps).五类线(100Mbps).六类线(200Mbps)

同轴电缆

光缆

无线传送:卫星通信.红外线与激光彳散波

(2)互联设备

[服务器(文件服务器.数据服务器).工作站.共享设备

I网络连接设备：

网络适酉己器(网卡):1OMbps.100Mbps.10/100Mbps

中继器:增强信号