信息技术基础 课件 第1章 计算机基础知识

第1章

计算机基础知识信息技术基础计算机是一种用于分析问题和高速计算的电子计算机器,所以它又叫电子计算机，是20世纪最先进的科学技术发明之一，在整个人类科学发展史上，计算机技术的发展比较迅速，它对人类的生产活动和社会活动产生了巨大的影响，并持续以强大的生命力进行了持续不断地飞速发展。计算机技术的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变革，计算机已遍及一般学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。1.1计算机概述1.1.1计算机的发展历程1946195819651970电子管晶体管中小规模集成电路大规模和超大规模集成电路1.1.1未来计算机的发展功能方向巨型化未来发展方向信息多媒体化操作人工智能化共享资源网络化体积微型化1.2.1计算机的特点方

向特

点说

明运算速度快由于计算机采用了高速的电子器件和线路并利用先进的计算技术使得计算机可以有很高的运算速度，运算速度是指计算机每秒能执行多少条基本指令，常用单位是MIPS，即每秒执行百万条指令。计算机的运算速度已从最初的每秒几千次到现在每秒上百亿次，所以，计算机可以完成更多以前靠人工无法完成的数据工作计算精确度高随着硬件不断发展，计算机的精度不会受到限制，利用计算机可以获得较高的有效位，比如精确到小数点后很多位，大大的提高了计算的精度逻辑运算能力强由于内部计算采用了二进制，计算机不仅具用计算能力，还有一定的逻辑判断能力，能够进行各种基本的逻辑判断并且根据判断的结果自动决定下一步该做什么，有了这种能力计算机才能求解各种复杂的计算任务进行各种过程控制和完成各类数据处理任务存储容量大计算机最本质的特点是能够存储数据和程序，并能将处理或计算的结果有效地进行保存。计算机内部完成这项功能的部件叫存储器，它具有记忆特性，能够存储大量的信息自动化程度高人们可以将预先编好的程序指令放入计算机内存，在程序控制下，计算机可以连续、自动地工作，不需要人的干预网络与通信广目前广泛应用的“国际互联网”（Internet）连接了全世界200多个国家和地区的数亿台各种计算机。越来越多网上的计算机用户可以通过计算机网络共享网上资料、交流信息1.2.2计算机的应用1.科学计算

又称数值计算。科学计算的特点是计算公式复杂，计算量大和数值变化范围大，原始数据相应较少。这类问题只有具有高速运算和信息存储能力以及高精度的计算机系统才能完成。

2.数据处理又称信息处理。据统计，世界上的计算机80%以上主要用于数据处理。数据处理是对数值、文字、图表等信息数据及时地加以记录、整理、检索、分类、统计、综合和传递，得出人们所要求的有关信息。它是目前计算机最广泛的应用领域。3.过程控制

又称实时控制。过程控制是指利用计算机进行生产过程、实时过程的控制，它要求很快的反应速度和很高的可靠性，以提高产量和质量，节约原料消耗，降低成本，达到过程的最优控制。4.计算机辅助系统计算机辅助系统是指用计算机帮助工程技术人员进行设计工作，使设计工作半自动化甚至全自动化，不仅大大缩短设计周期、降低生产成本、节省人力物力，而且保证产品质量。1.2.2计算机的应用5.人工智能

人工智能（ArtificialIntelligence，AI）使计算机能模拟人类的感知、推理、学习和理解等某些智能行为，实现自然语言理解与生成、定理机器证明、自动程序设计、自动翻译、图像识别、声音识别、疾病诊断，并能用于各种专家系统和机器人构造等。6.网络通信网络通信是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来，形成一个计算机网络。利用计算机网络，可以使一个地区、一个国家，甚至全世界范围内的计算机与计算机之间实现软件、硬件和信息资源共享，这样可以大大促进地区间、国际间的通信与各种数据的传递和处理，同时也改变了人们的时空概念。7.多媒体应用

多媒体是包括文本、图形、图像、音频、视频、动画等多种信息类型的综合。

1.2.3计算机的分类1.按信息的形式和处理方式分类电子数字计算机所有信息以二进制数表示。电子模拟计算机内部信息形式为连续变化的模拟电压，基本运算部件为运算放大器。混合式电子计算机既有数字量又能表示模拟量，设计比较困难。

1.2.3计算机的分类2.按用途分类通用机：适用于各种应用场合，功能齐全、通用性好的计算机。专用机：为解决某种特定问题专门设计的计算机，如工业控制机、银行专用机、超级市场收银机（POS）等。

1.2.3计算机的分类3.按计算机系统的规模分类所谓计算机系统规模主要指计算机的速度、容量和功能。按计算机系统的规模一般可分巨型机、大型机、中小型机、微型机和工作站等。其中工作站（Workstation）是介于小型机和微型机之间的面向工程的计算机系统。除此之外，计算机按其内部逻辑结构可分为单处理机和多处理机；按字长可分为16位、32位或64位。1.2.3计算机的分类主流计算机机型超级计算机（Supercomputers）通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能对大型复杂课题如高科技领域进行计算的计算机。超级计算机是众多计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。

1.2.3计算机的分类工作站是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。工作站最突出的特点是具有很强的图形交换能力，因此在图形图像领域特别是计算机辅助设计领域得到了广泛的应用。1.2.3计算机的分类台式机（Desktop）的主机、显示器等设备一般都是相对独立的，一般需要放置在电脑桌或者专门的工作台上，相对于笔记本和上网本体积较大。因此命名为台式机。为非常流行的微型计算机，多数人家里和公司用的机器都是台式机。台式机的性能相对较笔记本电脑要强。

散热好扩展强保护强明确性1.2.3计算机的分类电脑一体机，是由一台显示器、一个电脑键盘和一个鼠标组成的电脑。它的芯片、主板与显示器集成在一起，显示器就是一台电脑，因此只要将键盘和鼠标连接到显示器上，机器就能使用。随着无线技术的发展，电脑一体机的键盘、鼠标与显示器可实现无线链接，机器只有一根电源线。这就解决了一直为人诟病的台式机线缆多而杂的问题。有的电脑一体机还具有卫星电视接收、AV功能，也整合专用软件，可用于特定行业专用机，

1.2.3计算机的分类笔记本电脑（Notebook或Laptop）也称手提电脑或膝上型电脑，是一种小型、可携带的个人电脑，通常重1-3公斤。笔记本电脑除了键盘外，还提供了触控板（TouchPad）或触控点（PointingStick），提供了更好的定位和输入功能。笔记本电脑可以大体上分为6类：商务型、时尚型、多媒体应用、上网型、学习型、特殊用途。

1.2.3计算机的分类平板电脑是一款无须翻盖、没有键盘、大小不等、形状各异，却功能完整的电脑。其构成组件与笔记本电脑基本相同，但它是利用触笔在屏幕上书写，而不是使用键盘和鼠标输入，并且打破了笔记本电脑键盘与屏幕垂直的J型设计模式。它除了拥有笔记本电脑的所有功能外，移动性和便携性更胜一筹。平板电脑由比尔盖茨提出，至少应该是X86架构，从微软提出的平板电脑概念产品上看，平板电脑就是一款无须翻盖、没有键盘、小到足以放入女士手袋，但却功能完整的PC

。1.3计算机的信息编码计算机自己能理解的“语言”是二进制数，这个在后面小节会给大家解释，目前最小的信息标识是二进制，8个二进制位表示一个字节。如果要让计算机来按照人类的意愿进行工作，则必须把人类所使用的这些字符集转换为计算机所能理解的二进制码，这个过程就是编码，他的逆过程称为解码。人类所能理解的语言文字则是一套由英文字母、汉语汉字、标点符号字符、阿拉伯数字等等很多的字符构成的字符集。

1.3计算机的信息编码编码就是利用计算机中的0和1两个代码的不同长度表示不同信息的一种约定方式。由于计算机是以二进制代码的形式存储和处理数据的，因此只能识别二进制编码信息，数字、字母、符号、汉字、语音和图形等非数值信息都要用特定规则进行二进制编码才能进入计算机。由于西文与中文字符的形式不同，使用的编码也不同。计算机不仅能够处理数值数据，还能处理符号、字母、数字（作为字符出现）等非数值数据。非数值数据同数字一样，是按照一定的规则，用一组二进制编码来表示的。字符的编码方式有多种，现在国际上广泛采用美国标准信息交换代码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，ASCII）。1.3.1计算机的数制

1.3.1计算机的数制1.二进制计算机中的数是用二进制数表示的，它的特点是逢二进一，因此在二进制中只有0和1两个数字符号。它的特点是：（1）基数为2，数值部分用0和1表示；（2）逢二进一；（3）后缀用B或2表示，例如：（1010）2、（1010）B；（4）位权值为2^k（k为数位）。1.3.1计算机的数制2.八进制（1）基数是8，数值部分用0~7表示；（2）逢八进一；（3）后缀用O或8来表示，例如：（1010）8、（1010）O；

（4）位权值为8^k（k为数位）。

1.3.1计算机的数制3.十进制十进制是日常生活中最常用的进制。它的特点是：（1）基数是10，数值部分用0~9表示；（2）逢十进一；（3）后缀用D、10或无后缀来表示，例如：（1010）10、（1010）D、1010；

（4）位权值为10^k（k为数位）。

1.3.1计算机的数制4.十六进制（1）基数是16，数值部分用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F表示；（2）逢十六进一；（3）后缀用H、16或前缀用0X来表示，例如：（1010）16、（1010）H、0X1010；（4）位权值为16^k（k为数位）。根据以上所讲述的知识，我们可以得出以下进制的数值：（10110001）2=1*27+0*26+1*25+1*24+0*23+0*22+0*1+1*20=128+0+32+16+0+0+0+1=177（125）8=82＊1+81＊2+80＊5=64+16+5=85（EA）16=161＊14+160＊10=224+10=2341.3.1计算机的数制（10110001）2=（125）8=（EA）16=1*27+0*26+1*25+1*24+0*23+0*22+0*21+1*20=128+0+32+16+0+0+0+1=17782＊1+81＊2+80＊5=64+16+5=85161＊14+160＊10=224+10=2341.3.2各类数制间的转换十进制二进制八进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F各进制对应关系1.3.2各类数制间的转换1．二进制数、八进制数、十六进制数转换成十进制数二进制数、八进制数、十六进制数转换成十进制数的转换方法就是按照位权展开表达式，然后各项相加，所得的和就是相应的十进制数，通常用括号加脚码的形式来表示转换前后的不同进制。【例1】（10100101）2=1*27+0*26+1*25+0*24+0*23+1*22+0*1+1*20=128+0+32+0+0+4+0+1=（165）10（42）8=4*81+2*80=32+2=（34）10（A4）16=10*161+4*160=160+4=(164）10其中常见的有2的1次方是2，2的2次方是4，2的3次方是8，2的4次方是16，2的5次方是32，2的6次方是64，2的7次方是128，2的8次方是256，2的9次方是512，2的10次方是1024等，熟记这些对于二进制数转成十进制数比较方便快捷。1.3.2各类数制间的转换2．十进制数转换成二进制数、八进制数、十六进制数十进制数转换成其他进制数的转换方法要区分整数部分和小数部分，分别采用不同的转换规则：

整数部分：连除基数，逆序取余；

小数部分：连乘基数，正序取整。1.3.2各类数制间的转换2．十进制数转换成二进制数、八进制数、十六进制数将（28.625）10转换为二进制表示。（2）用“乘2取整”方法求出小数0.625对应的二进制数从上可以得出（28.625）10=（11100.101）2（1）用“除2取余”法先求出整数28对应的二进制数。1.3.2各类数制间的转换2．十进制数转换成二进制数、八进制数、十六进制数将（28.625）10转换为八进制表示。（2）用“乘8取整”方法求出小数0.625对应的八进制数从上可以得出（28.625）10=（34.5）8（1）用“除8取余”法先求出整数28对应的八进制数。1.3.2各类数制间的转换3．二进制数、八进制数、十六进制数之间互相转换（1）八进制数、十六进制数转换成二进制数.只要把每位的八进制数或十六进制数展开为3位或4位二进制数，最后去掉整数首数的0或者小数点尾部的0即可。（75.35）8(A6.C3)16=(111101.011101)2=(10100110.11000011)21.3.2各类数制间的转换3．二进制数、八进制数、十六进制数之间互相转换（2）二进制数转换成八进制数、十六进制数。以小数点为中心，分别向左、右每三位或四位分成一组，不足三位或四位的则以“0”补足，然后将每个分组用一位对应的八进制数符或十六进制数符代替即可，这就是转换为八进制或十六进制的结果。(11101.101)2

(11101.101)2

=011101.101=(35.5)8

=00011101.1010=(1D.A)161.3.3字符的编码1.信息的表示单位信息的表示单位有位（bit），字节（Byte）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）和太字节（TB）等。位(bit)是度量数据的最小单位。在计算机技术中用二进制表示数据，1位数据只能表示0和1两种代码。一个字节(Byte)由8位(bit)二进制数字组成。存储器容量通常以字节为单位(Byte,B)来描述。常见的换算关系如下：

千字节1KB=1024B=210B

兆字节1MB=1024KB=220B

吉字节1GB=1024MB=230B

太字节1TB=1024GB=240B1.3.3字符的编码2.信息的处理过程信息处理就是对信息的接收、存储、转化、传送和发布等，信息处理的范围不仅限于算术运算处理，在文字、声音、图像等信息的处理方面也有了更多的涉及。利用计算机进行信息处理的过程主要可以归纳为信息收集、信息筛选、信息加工、信息存储和信息输出。文字是人们在现实世界中进行通信交流的主要形式，也是人与计算机之间进行信息交换的主要媒体。在计算机中，文字用二进制的编码表示，即使用不同的二进制编码来代表不同的文字。常用的文字包括西文与汉字。因为计算机只能处理数字，如果要处理文本，就必须先把文本转换为数字才能处理。所以才要有编码的存在。最早的计算机在设计时采用8个比特（bit）作为一个字节，所以，一个字节能表示的最大的整数就是256（二进制11111111=十进制255），如果要表示更大的整数，就必须更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数时65535，4个字节可以表示的最大整数时4294967295。1.3.3字符的编码3.西文字符低4位b3b2b1b0

高3位b6b5b40000010100111001011101110000NULDLESP0@P、p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS，<

L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>

N^n~1111SIUS/?O_oDEL1.3.3字符的编码3.西文字符ASCII码表中的可打印字符在键盘上都可以找到。在按键时，一方面显示器上显示出相应的字符，另一方面该字符的ASCII码将输入存储器中等待用户的处理。输入字符时，按键后该键所对应的ASCII即存入计算机。将一篇文章输入完后，计算机实际存放的是一串ASCII码。1.3.3字符的编码4.汉字编码计算机要对汉字进行编码，要进行一系列的转换，才能实现汉字的输入和输出。

这一过程主要是通过键盘输入汉字的输入码，将输入码转换为相应国标码，再转换为机内码，就可以在计算机内存储和处理了；而在输出汉字时，将汉字的机内码通过简单的对应关系转换为相应的汉字地址码；通过汉字地址码对汉字库进行访问，从字库中提取汉字的字形码，最后根据字形数据显示和打印出汉字。1.3.3字符的编码4.汉字编码

西文可以直接通过键盘输入到计算机中，而汉字则不同，要使用键盘输入汉字，就必须为汉字设计相应的输入编码方法，如微软拼音输入法、五笔字型输入法等。1.3.3字符的编码4.汉字编码ASCII码是英文信息处理的标准编码,汉字信息处理也必须有一个统一的标准编码。我国国家标准局于1981年5月颁布了《信息交换用汉字编码字符集一基本集》,代号为GB2312-80,共对6763个汉字和682个图形字符进行了编码。

【例】“中”区位码（5448）转换为国标码。（5448）D

区码、位码分别转成十六进制形式为（3630）H它的国标码就是（3630）H＋（2020）H=（5650）H1.3.3字符的编码4.汉字编码不管用什么编码输入汉字，每个汉字在计算机内部都由唯一的编码---汉字内码来表示，汉字内码是用于汉字信息的存储、交换、检索等操作的机内代码。在计算机内部，汉字编码和西文编码是共存的，为了能够相互区别，国标码将两个字节的最高位都规定为1，而ASCII码所用字节的最高位为0，然后由软件(或硬件)根据字节最高位来判断。1.3.3字符的编码4.汉字编码指汉字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码。它与汉字内码有着简单的对应关系，以简化内码到地址码的转换。1.3.3字符的编码4.汉字编码字形码是用点阵表示的汉字字形代码，它是汉字的输出形式。根据汉字输出的要求不同，点阵的多少也不同。简易汉字为16×16点阵，提高型汉字为24×24点阵、32×32点阵，甚至更高。因此字形点阵的信息量是很大的，所占存储空间也很大。例如16×16点阵的每个汉字要占用32个字节，而32×32点阵的每个汉字要占用128个字节。1.4.1计算机系统基本结构冯•诺依曼，美籍匈牙利科学。主持研制出第二台电子计算机EDVAC。采用了二进制数，并创立了“存储程序”的设计思想，EDVAC也被认为是现代计算机的原型。1．冯•诺依曼计算机基本特征1）采用二进制数表示程序和数据。2）能存储程序和数据，并能自动控制程序的执行。3）具备运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分。2．冯•诺依曼计算机的五大部件

1）运算器（ArithmeticLogicUnit，ALU）的主要功能是进行算术及逻辑运算，是计算机的核心部件。运算器每次能处理的最大的二进制数长度称为该计算机的字长（一般为8的整倍数）。

2）控制器（Controller）是计算机的“神经中枢”，用于分析指令，根据指令要求产生各种协调各部件工作的控制信号。

3）存储器（Memory）用来存放控制计算机工作过程的指令序列（程序）和数据（包括计算过程中的中间结果和最终结果）。

4）输入设备（InputEquipment）用来输入程序和数据。

5）输出设备（OutputEquipment）用来输出计算结果，即将其显示或打印出来。1.4.2计算机系统工作原理

计算机的工作方式是执行程序，程序就是为完成某一任务所编制的特定指令序列，各种指令操作按一定的时间关系有序安排，控制器产生各种最基本的不可再分的微操作的命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。当计算机执行程序时，控制器首先从指令寄存器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成指令操作。简言之，控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，它的基本任务就是根据接收到的逻辑条件与时间条件产生相应的微命令指挥各部件执行相应的操作。1.5微型计算机的硬件组成硬件系统主机主板中央处理器CPU运算器控制器内存储器外设外存储器输入设备输出设备1.5.1主板主板制造质量的高低，决定了硬件系统的稳定性。主板是计算机硬件系统的核心，也是主机箱内面积最大的一块印刷电路板。计算机主机中的各个部件都是通过主板来连接的，计算机在正常运行时对系统内存、存储设备和其他I/O设备的操控都必须通过主板来完成。计算机性能是否能够充分发挥，硬件功能是否足够，以及硬件兼容性如何等，都取决于主板的设计。主板的优劣在某种程度上决定了一台计算机的整体性能、使用年限以及功能扩展能力

。主板与CPU关系密切，每一次CPU的重大升级，必然导致主板的换代。1.5.2

CPU中央处理器（CPU），在计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令，是计算机的的核心部件。它主要包括两个部分，即控制器、运算器。1.5.2

CPU控制器相当于计算机中的“大脑”，主要是由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成。当计算机执行程序时，控制器首先从指令寄存器中取得指令的地址，并将下一条指令的地址存入指令寄存器中，然后从存储器中取出指令，由指令译码器对指令进行译码后产生控制信号，用以驱动相应的硬件完成指令操作。

简言之，控制器就是协调指挥计算机各部件工作的元件，它的基本任务就是根据接收到的逻辑条件与时间条件产生相应的命令指挥各部件执行相应的操作。运算器主要由一个加法器、若干个寄存器和一些控制线路组成，主要功能是对二进制数码进行算术运算、关系运算或逻辑运算，所以它是计算机处理数据的加工厂。1.5.3内存储器内存又称主存。它是CPU能直接寻址的存储空间。特点：存储容量较小，但存取速度快，用来存放当前运行程序的指令，并直接与CPU交换信息。目前PC的内存基本上是采用半导体存储器。从使用功能上分为以下两种：RAM（RandomAccessMemory），随机存储器，可以读出也可以写入，读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入的时候才对原来存储的内容进行修改。随机存储器关闭电源或断电后，数据就会丢失，所以适合存放临时的程序和数据。ROM（ReadOnlyMemory），只读存储器，只能读取数据，不能写入新的数据，和随机存储器不同的是，它不会因为断电丢失数据，所以一般用来存放固定的程序和数据。1.5.4外存储器外存储器又称辅存，它不能直接向中央处理器提供数据，它的程序和数据必须先加载到内存才能被CPU读取。特点：存储容量大，存储成本低，存取速度较慢。

外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。PC机常见的外存储器有硬盘、光盘和U盘等。1.5.5输入设备计算机输入的信息有数字、模拟量、文字符号、语声和图形图像等形式。对于这些信息形式，计算机往往无法直接处理，必须把它们转换成相应的数字编码后才能处理。计算机的输入设备按功能可分为下列几类：（1）字符输入设备：键盘；（2）光学阅读设备：光学标记阅读机，光学字符阅读机；（3）图形输入设备：鼠标器、操纵杆、光笔；（4）图像输入设备：摄像机、扫描仪、传真机；（5）各类输入设备种类五花八门，但是基本的配置就是键盘和鼠标。1.5.6输出设备输出设备（OutputDevice）是人与计算机交互的一种部件，用于将计算机中的数据或信息输出给用户。它可以把计算机中各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。这其中显示器是最主要的输出设备，它的分辨率直接决定了图像显示的质量，分辨率越高，显示的图像越清楚。1.6微型计算机的软件系统软件系统系统软件操作系统语言处理系统汇编程序