第1章-计算机基础知识
第1章计算机基础知识
第1 章计算机基础知识1．1 思考题1．计算机的定义与特点是什么？计算机自1946 年诞生以来，哪几件事情对它的普及影响最大？为什么？【答】计算机的定义：现代计算机通常指电子计算机，这是一种能够存储程序和数据、自动执行程序，快速而高效地完成对各种数字化信息处理的电子设备。
它能部分地代替人的脑力劳动，因此也俗称为电脑。
计算机的特点：运行速度快，计算精确度高，可靠性好，记忆和逻辑判断能力强，存储容量大而且不易损失，具有多媒体以及网络功能等。
计算机自1946 年诞生以来，以下几个方面的发展对它的普及影响最大：（1）组成计算机的主要电子器件，由电子管到中小规模、大规模和超大规模集成电路的变化，使得计算机的成本不断下降，体积不断缩小，功能不断增强，特别是微型计算机的出现，使得计算机广泛普及进而走进寻常百姓家成为可能。
（2）多媒体技术的快速发展，使得多媒体计算机成为学习、办公和家庭电脑的主流。
（3）网络技术特别是1995 年以后网络技术的迅速发展，并进入普通家庭，使计算机的发展进入了网络、微机、多媒体时代，或简称为进入了计算机网络时代，更进一步推动了计算机的普及。
2．什么是计算机的主要应用领域？试分别举例说明。
【答】计算机的主要应用领域有科学计算（也称数值运算）、数据处理（也信息处理）、自动控制（也称是实时控制或过程控制）、人工智能、网络应用、计算机模拟、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教育等。
计算机的应用实例随处可见，读者可自行列举生活、工作中的许多例子。
3．计算机的主要类型有哪些？自从1975 年到现在的这些年中，PC 发生了哪些巨大的变化试用几句话概括这些变化的特点。
【答】计算机的主要类型有巨型机、大型主机（也称大型机）、小巨型机、小型机、工作站和微型机 6 类。
20 世纪70 年代中期出现的苹果机和20 世纪80 年代初期出现的IBM PC，均属卫星计算机（简称微型机或微机）。
IBM PC 及其兼容机又简称为PC。
第1章计算机基础知识
计算机硬件的发展
电子计算机按其性能分类：
巨型计算机 大型计算机 中型计算机 小型计算机 微型计算机
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微型计算机是第四代计算机的典型代表
微型计算机的发展
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发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代， 产生了微型计算机 以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以 集成了计算机主要部件——控制器和运算器的 微处理器为核心所构造出的计算机系统 微处理器(Microprocessor)/微型计算机 (Microcomputer) 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处 理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机 时代
同余的概念
同余的性质：
a+M=a(mod M)； a+nM=a(mod M)； 例：以12为模，-4+12=-4 (mod 12) 8= -4 (mod 12) 我们称8与-4对模12来说互为补数。
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小结：
通过补数，将负数变成正数(减法变成加法) 计算机字长为n时，其模为2n (1 00······00) 计算机的序数是从0开始的，故2n在n位系统中是无 法表示的，它的表示形式与0的表示形式是一样的。
原码
数0的原码有两种不同形式:
[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B
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原码范围：
-127~127 11111111~01111111(0FFH~7FH)
例：8位原码机器数：
真值：x1＝ 84 = +1010100B x2 ＝－84＝－ 1010100B 机器数：[x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100
符号位 数值位
机器数及真值
当一个数据用16位表示时，用最高位 D15表示符号
第1章 计算机基础知识
1.1.3 计算机的分类
1、按规模和综合性能指标分类 1) 巨型机：运算速度快，可达到数百亿次/秒。处理能力最强：航天、
气象等尖端领域。我国的“银河”、“神威”和“曙光” 等
2)大型机：运算速度在100万～几千万次/秒，大型、通用、速度较快、
1.2.1 计算机的基本结构
1．冯·诺依曼型计算机的基本结构 1945年美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(Von Neumann)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：
⑴采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 出设备5大部分组成。
随机存储器 （RAM）
计
内存储器 （内存）
算 机
外存储器（外存）
只读存储器 （ROM） 软盘
硬盘
系
光盘
统
键盘
外设
结
输入
图
显示器、投影机
输出设备（Output）
打印机
微机计算机系统
操作系统
绘图仪
语言处理程序
数据库管理系统
网络通信管理程序
系统软件 应用软件 软件系统
应用软件包 用户程序
几种类型的CPU（奔腾4、赛扬D、AMD）
Pentium 4 506+ 2.66G 接口类型：LGA 775
CPU主频：2.66 针脚数（Pin）：775
CPU外频： 制作工艺：0.09微米 二级缓存容量：1M CPU类型：台式机
64位技术：支持
Celeron D 346 3.06G 接口类型：LGA 775
第1章 计算机基础知识
第一章计算机基础知识1.1 计算机系统的组成硬件系统和软件系统1.11计算机的发展阶段1946-1957年电子管计算机1958-1964年晶体管计算机1965-1970年集成电路计算机1971年以后大规模集成电路计算机1.12“储存程序”工作原理计算机使用储存程序工作原理1.13 计算机指令系统（1）计算机指令系统的发展系列计算机复杂指令系统计算机精简指令系统计算机（2）指令的类型数据传送类指令MOV算术逻辑类指令ADD判定控制类指令CMP（3）指令的寻址方式立即寻址指令中带操作数寄存器寻址指令中带寄存器编号,寄存器中存操作数直接寻址指令中带操作数的地址寄存器间接寻址指令中带寄存器的编号，寄存器中带操作数的地址寄存器相对寻址基址寄存器中的地址加上指令中的地址为操作数的地址1.14 计算机的硬件组成运算器控制器存储器输入设备输出设备运算器和控制器成为中央处理器1.15 微处理器具有中央处理器功能的大规模集成电路分为：通用微处理器嵌入式微处理器数字信号处理器1.16 总线Cpu-内存总线i/o总线有：PCI总线usb 通用串行总线1394 高速串行总线Firewire1.17 计算机的软件组成A : 系统软件包括：程序设计语言处理；操作系统；数据库管理软件；服务性程序机器语言汇编语言翻译为机器语言（目标程序）执行高级语言高级语言(源程序) 编译为机器语言（目标程序）执行或者边解释边执行B: 应用软件1.18 计算机的配置和技术指标运算速度与主频存取周期以及何种指令系统有关主频字长决定了可处理的指令的长度存储容量数据传输率1.19 计算机的应用领域科学和工程计算数据和信息处理过程控制计算机辅助系统工程辅助设计（CAD）辅助制造（CAM）辅助测试（CAT）辅助教学（CAI）人工智能逻辑推理；理解自然语言，辅助疾病诊断等网络应用1.2 计算机中的信息表示1.21 计算机中的信息单位二进制1.22 基本的二进制运算1.23 数据在计算机中的表达方式原码反码补码1.24 计算机中的非数值信息一个字节的ASCII码1.3 计算机网络基础1.31 网络的基本概念（1）网络的形成与发展（2）计算机网络的主要特征计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享（资源共享）互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议网络协议三要素：语法，语义，时序语法：规定了用户数据与控制信息的结构与格式语义：规定了用户控制信息的意义以及完成控制的动作与相应时序：是对事件实现顺序的详细说明1.32 网络的分类根据传输技术分为：广播式网络点—点式网络需要通过路由选择算法根据覆盖范围分为：局域网，城域网，广域网广域网（远程网）：主要使用分组交换技术X.25网：建立在速率较低，误码率较高的电缆传输介质上，包括了差错控制，流量控制，阻塞控制等功能。
第一章 计算机基础知识
第一章计算机基础知识主要内容●计算机发展简介●计算机的特点与应用领域●计算机系统的组成●计算机中信息的表示●数制间的转换●计算机病毒知识要点一、计算机发展简介计算机（Computer）：俗称电脑，世界上第一台计算机ENIAC诞生于1946年在美国的宾夕法尼亚大学。
计算机从诞生到现在，根据构成计算机的主要电子元件的不同，可以划分为四个发展阶段。
第一代：主要电子元件为电子管，运算速度以毫秒（ms）为单位；第二代：主要电子元件为晶体管，运算速度以微秒（μs）为单位；第三代：主要电子元件为集成电路，运算速度以纳秒（ns）为单位；第四代：主要电子元件为大规模和超大规模集成电路，运算速度以（ps）为单位。
1956年约翰·麦卡锡提出了人工智能的的概念。
说明：计算机发展趋势向着微型化、巨型化、网络化和智能化四个方向发展。
图灵被称为计算机科学之父、人工智能之父。
二、计算机的特点与应用领域1．计算机的特点运算速度快；计算精度高；存储容量大；具有记忆和逻辑判断能力；自动化程度高。
2．计算机的应用领域（1）数值计算（科学计算）：用计算机来处理科学研究和工程技术中的问题；（2）信息处理（数据处理）：办公自动化、企事业计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等都属于数据处理，计算机应用中有80%以上都属于数据处理。
（3）计算机辅助技术：CAI（计算机辅助教学）、CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）。
（4）过程控制（实时控制）：主要应用于现代化的工业生产中。
（5）人工智能：如机器人、指纹识别、语音识别等。
三、数制间的转换1．二、八、十六进制数转换为十进制数将二、八、十六进制数转换为十进制数采用的“按权展开式”的方法进行计算。
2．十进制数转换为二、八、十六进制数（1）整数部分的转换方法：除基取余倒排法。
（2）小数部分的转换方法：乘基取整顺排法。
3．二进制数转换为八、十六进制数将二进制数从小数点位置划开，向左和向右分别以三位或四位为一个组，然后将每个组表示成八进制数或十六进制数即可。
第一节 计算机基础知识
计算过程在程序控制下自动执行，中间无需人工干预，
每秒可做5000个加法，或500次乘法，或50次除法，工
作一小时完成的计算量相当于100个人用手摇计算机计
算两个月。"埃尼克''被认为是电子计算机的始祖，它开
创了电子计算机的历史。
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▪ 2.计算机的发展
1.1.2 微型计算机的发展 概况
▪1．第一代（1971~1973年）4位型计算机 ▪2．第二代（1974~1978年）8位型计算机 ▪3．第三代（1979~1985年）16位型计算机 ▪4．第四代（1986~1992年）32位型计算机 ▪5．第五代（1993~今）64位型计算机 ▪位：指的是机器的字长，字长越长，其精度 越高。
已达几十亿次。
▪ 我国"银河"计算机
每秒达几亿次。
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▪ 2 .计算精度高
▪ 一般电子计算机可以有十几位有效数字，有的在百位以上甚至更 高。
▪ 3.有较强的记忆能力
▪ 计算机能自动记忆住进入计算机的数据和程序，记忆的数据可以 达到几千万甚至几亿个。
▪ 4. 具有逻辑判断能力，自动化程度高
▪ 计算机并无自己的意志，它不能自己启动，不会自己寻求问题和 制定求解问题的方案，计算机必须接受人的指令。但是，一旦人 们把求解问题的一串指令输入机器启动后，计算机就能按照程序 自动地进行工作直到完成为止，工作过程中一般不需要的人工干 预。它不但能顺序地逐个执行指令，也能按照程序的规定通过逻 辑判断选定下一步要执行的指令，还可按照程序的规定使某些指 令反复执行若干遍。
大家好
1
第一章 计算机基础知识
2
第一章 计算机基础 1.1计算机概述
第1章——计算机基础知识
打印机
（5）总线：指系统部件之间传送信息的公共通道
图1.2计算机硬件系统的组成
2．计算机的软件系统
一、系统软件
指管理、控制和维护计算机系统，开发各种应用软件的支撑程序
（1）操作系统
是计算机系统的核心软件，是用户与计算机的接口。
操作系统的主要功能包括：
CPU管理、设备管理、存储器管理、文件管理、作业管理。目的是提高计算机运行效率和用户使用效率。
常见操作系统有：Windows、Unix、Linux、DOS
（2）语言处理程序
（3）数据库管理系统
用于建立和管理各种数据资源库（VFP、ACCESS、SOL SERVER）
（4）系统支撑服务程序
系统诊断程序、调试程序、编辑程序、杀毒程序等
信息的数据编码中的最小单位。
（4）字节（byte）：8位二进制数字表示一个字节，字节是存储系
统中最小的存取单位。
（5）字长：计算机一次能处理的二进制位数，字长取决于计算机
的内部结构
2、数值数据的表示
同一计算机中，数据的长度通常是固定统一的，不足部分用“0”数的正负号，通常在二进制数最前面规定一个符号位，“0”表示正，“1”
一个十进制数表示：
如：1234可展开为：1*103+2*102+3*101+4*100
254.87可展开为：2*102+5*101+4*100+8*10-1+7*10-2
3、二进制
基数为2的计数制就称为二进制
基数：2
位权：2n
（二）数制间的转换
1、二进制的优点：
①技术实现简单
②简化运算规则
第一章计算机基础知识
十进制小数0.8125转换为二进制小数。
0.8125 0.625 0.25 0.5
Х 2 Х 2 Х 2 Х2
1.6250 1.250 0.50 1.0
取整数部分： 1 b-1
1
0
1
b-2
b-3
b-4
小数部分可得： （0.8125）10=（0.1101）2 因此：69.8125D=100010.1101B
§2 计算机中信息的表示与存储
二、数制的转换 十→二 A
例1、3 把十进制数69.8125转换为二进制数
2 69
余数
对
2 34
整 数
2 17
69
28
转
24
1……b0 0……b1 1……b2 0……b3
换
22
0……b4
21
0……b5
0
1……b6
整数部分： （69）10=（1000101）2
§2 计算机中信息的表示与存储
位权：某数制每一位所具有的权值。如十进制的 个位的位权是“1”，百位的位权是“100”。
§2 计算机中信息的表示与存储
一、进位计数制 各进制的比较
数制 尾标
二进制 八进制 十六进 十进制 制
(2)、B (8)、O (16)、H (10)、D
数码 K 0、1 0～7
基数 R 2
8
位权
Fi=Ri
0 ～9， 0 ～9 A～F
计算机文化基础
第一章 计算机基础知识
第1章 计算机基础知识
§1 计算机的发展和应用 §2 计算机中信息的表示与存储 §3 计算机硬件系统 §4 计算机软件系统
§1 计算机的发展和应用
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7.计算机网络应用
计算机网络的出现，加速了全球的信息化进程。所有的信 息资源连接成一个全球性的大型网络，包括文字、数据、图形 、图像和视频等各种形态的信息都可以在一个大型网络中交互
算 机的核心部件，由它发号施令协调计算机各个部件有条 不紊地工作。 1. 运算器
运算器是计算机进行算术运算和逻辑运算的主要部件。它 接收来自主存储器中的待运算的数据，完成程序要求的运算 后，把结果返回给主存储器。
运算器一次能运算的二进制数的位数，称为字长。它是计 算机的重要性能指标。常用的计算机字长有8位、16位、32位、 64位和128位。
1.1.2 计算机的发展
20世纪40年代，世界上第一台数字电子计算机ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator） 在美国宾夕法尼亚大学研制成功。该机是个庞然大物，使 用了18000多个电子管、7000个电阻器，总体积约90立
方 米，重达30吨，占地170平方米，耗电量为140千瓦，其
3.数据处理
计算机数据处理指对人类社会的生产活动、经济与市场、 我国改革开放的总体规划等大量数据进行处理，对这些数据进 行计划、分析、计算、评估等操作。
4.计算机辅助技术
计算机辅助技术包含计算机辅助设计（CAD——Computer Aided Design）、计算机辅助制造（CAM——Computer
使用。
1.1.5 计算机的分类
计算机有多种分类方法，如根据信息的表示和处理方 式，有数字电子计算机、模拟电子计算机和数字模拟混合 电子计算机；根据用途来分，有专用计算机和通用计算 机；根据计算机规模和性能来分，有巨型计算机、大型计 算机、小型计算机和微型计算机。
（1）巨型计算机。 （2）大型计算机。 （3）小型计算机。 （4）微型计算机。
第1章 计算机基础知识
目录:
1.1 计算机概述 1.2 计算机的系统组成 1.3 PC操作初步
重点:
计算机的工作原理及特点 计算机的应用及分类 计算机的硬件系统及PC的硬件组成 计算机的软件系统及功能 PC的操作系统
难点:
计算机的硬件系统和软件系统的相关理论知识
1.1 计算机概述
1.1.1 计算机与信息处理
1.信息与信息技术 “信息”既是对各种事物的变化和特征的反映，又是事
物之间相互作用和联系的表征 。 2.信息技术
信息技术是信息的收集、加工、存储、传递和使用的技 术。 3.计算机与信息处理
数据是信息的载体，是计算机加工或处理的对象，因此 计算机是一种信息处理机。
计算机可以处理的数据包括数值数据和非数值数据。
1.1.4 计算机的应用
1.科学计算
计算机的应用，最早是从科学计算开始的。科学 技术和工业设计中的数学计算，用计算机来处理速度 快，精度高，减少了很多人力物力。
2.实时控制
在工业生产中实时控制是计算机应用的一个重要领域，利 用计算机对连续的工业生产过程进行控制，被控制的可以是一 条生产线、一个车间等；在军事中，可以控制监测器、导弹 等；在航空航天中，可以监控飞机的飞行、控制飞机的起飞和 降落；控制飞船的飞行轨迹变化等。
1.2 计算机的系统组成
一台完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部 分组成。硬件与软件结合，计算机才能正常运行。
1.2.1 计算机的硬件系统
一个完整的计算机硬件系统，主要由运算器、控制器 、存储器（内部存储器和外部存储器）、输入设备和输出 设备五大部件组成。其中，运算器和控制器统称为中央处 理器（CPU——Central Processing Unit），CPU是计
Aided Manufacturing）和计算机辅助教学（CAI——Computer
Aided Instruction）。
5.文字处理和办公自动化
现在社会上很多部门都离不开计算机，广告设计中的文字 处理排版、电视电影里的字母排版、政府机关的公文、毕业生 写的求职书等都需要计算机进行文字处理。
6.人工智能
硬件系统基本结构图
2. 控制器
控制器是计算机的指挥控制中心。控制器工作的实质是解 译程序，它从存储器中逐条取出指令，经过分析译码，然后根 据指令要求产生一系列控制命令，发向各个部件，控制各部件 源自动、连续并协调动作。3.存储器
存储器是计算机的存储部件，分为内部存储器和外部存储
器。
存储器的一个重要性能指标是容量，计算机中使用二进制
的0和1来存储和计算，一个0或1占用1bit（位），计算机存 储
空间最小的容量单位是“位”，又称为比特，计算机中一个存 储
3. 第三代中、小规模集成电路计算机（1965～1971年）
第三代计算机的主要特点是采用中、小规模集成电路（MSI、 SSI）取代晶体管，开始使用半导体作为主存储器。
4. 第四代大规模、超大规模集成电路计算机 （1972至今）
第四代计算机的主要特点是大规模集成电路（LSI）和超大 规模集成电路（VLSI）取代了中、小规模集成电路。
运 算速度为5000次加法/秒，或者400次乘法/秒。这比当时
最快的电子计算器的运算速度要快1000倍。
1. 第一代电子管计算机（1946～1957年）
第一代计算机的主要特点是采用电子管作为基本逻辑元器 件；采用延迟线或磁鼓作为存储器。
2. 第二代晶体管计算机（1958～1964年）
第二代计算机的主要特点是采用晶体管作为基本逻辑元器 件，用磁芯作为主存储器；用磁带或磁盘作为辅助存储器。
1.1.3 计算机的工作原理与特点
1.计算机的工作原理
计算机的基本工作原理是“存储程序，程序控制” ，这 是由著名美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼提出的，同时他也提
出 了计算机以二进制形式存储数据，并按照程序的顺序执行。
2.计算机的特点
计算机具有自动控制、很强的记忆存储等能力，这使其 成为现代化信息处理的高级工具。 （1）运算速度快。 （2）计算精度高。 （3）记忆能力强。 （4）可靠的逻辑判断能力。 （5）可靠性高，通用性强。