第1章 计算机基础知识
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
4
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
5
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。
26
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
21
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
* 自行开发的软件---自行开发的软件包、通用软件基 础上开发的二次软件。
1.4
2 . 二进制
数制的概念
1 . 数的进位计数制
3 . 十进制与二、八、十六进制的转换
4 . 二进制与其他进制的转换
5 . 二、八、十六进制数字对照表
1 . 数的进位计数制
进位计数制是一种计数的方法，在日常生 活中，人们最习惯使用十进制数，而实际 上存在着多种进位制数。
⑤多媒体声光艺术品的创作
2.多媒体计算机系统
1)多媒体计算机系统组成 2)多媒体创作工具
1)多媒体计算机系统组成
(1)主机
1995年6月多媒体计算机市场协会（现已更名为多媒体PC 工作组）公布的MPC3标准对主机的要求是： ①处理器为Pentium,75MHz或更高的微处理器； ②主存（RAM）8MB以上； ③显示系统为VGA或更好的显示器，（65K MPEG1） 640×480,65535色。
1. 键盘
2. 键盘指法
副 键 盘 区
1.7 多媒体基础
1.多媒体技术的基本特点
2.多媒体计算机系统
3.多媒体信息的数字化和压缩技术
4.多媒体素材制作
5.
Flash动画制作
1.多媒体技术的基本特点
1)多媒体概述
2)多媒体技术的特性
3)多媒体信息的类型
4)多媒体信息处理的关键技术 5)多媒体技术的应用领域及发展
图1-1 将十进制数转变成二进制数
2）十六进制与十进制的相互转换 • 十六进制数与十进制数相互转换时，可以 分成两步完成：将待转换的十六进制数转 换成二进制，然后再将二进制数转换成十 进制。
第1章 计算机基础知识
1.1
1.1.4 计算机的分类
3．按照性能分类
（1）巨型机 （2）大型机 （3）小型机 （4）工作站 （5）微型机
大型机又称大型主机，具有高可靠性、高可 用性、高服务性的特点。又称为“企业级”计算 机，因具有很强的数据处理和I/O（输入/输出） 能力，以及很高的稳定性和安全性，所以主要用 于大型企业，特别是银行、电信等商业领域。
1．科学计算 2．数据处理 3．计算机辅助 4．过程控制 5．人工智能 6．网络通信 7．嵌入式系统
1.1
1.1.4 计算机的分类
1．按照所处理的数据类型分类
（1）模拟计算机 （2）数字计算机
2．按照用途分类
（1）专用计算机 （2）通用计算机
1.1
1.1.4 计算机的分类
3．按照性能分类
（1）巨型机 （2）大型机 （3）小型机 （4）工作站 （5）微型机
4位和8位低档微处理器时代 1971~1973 8位中高档微处理器时代 16位微处理器时代 32位微处理器时代 奔腾系列微处理器时代 （32/64位） 酷睿系列微处理器时代 （64位）
1.1
1 MHz 2～5 MHz 5～25 MHz 12～100 MHz
1974~1977 1978~1984 1985~1992
的程序，自动、高速地进行大量数
值计算和各种信息处理的现代化智
能电子设备。
程序就是指令的集合。 指令是让计算机动作的命令。
1.1
1.1.1 计算机的发展
1．计算机的诞生
美籍匈牙利科学家冯· 诺依曼又提出了
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。
计算机基础知识
§3 计算机系统的硬件组成
二、 微型计算机
微机的关闭
2、微机的关闭：先主机，后外设。 注意：死机时一般用热启动； 计算机在切断电源之后不能立即加点 启动，须间隔15秒以上才可打开主机电源。 否则容易损坏计算机中的电源开关。
§3 计算机系统的硬件组成
二、 微型计算机
微机的主要性能指标
• 主频： 即是CPU工作的时钟频率，是指计算机CPU 在单位时间内工作的脉冲数，它在很大程度上 决定了计算机的运行速度，其单位是MHz（兆 赫兹）。233MHz、450MHz、900MHz、 1GHz等。 • 存取周期： • 内存容量： • 字长：
输入设备：把原始数据和程序通过输入接口输入 到计算机的硬件装置。 常用输入设备有： 键盘、鼠标、扫描仪、光笔、写字板、数字 化仪、 条形码 阅读器 、数码 相机 、 扫描仪 、 模——数（A/D）转换器等
§3 计算机系统的硬件组成 一、硬件系统的基本组成 键盘
键盘：用来输入字符和数字。键盘的按键包括数 字键、字母键、符号键、功能键和控制键。 分类： 按键位数—86、101、104（WIN95）、 109（WIN2000） 按键盘形式—有线、无线、USB接口、多 功能键盘
• • • • 四则运算简单 可采用二稳态的元件 电路实现方便，便于采用逻辑代数 节省存储设备，成本低廉
§2
§3 计算机系统的硬件组成
一个完整的计算机系统包括“硬件系统” 和软件系统“。 一、硬件系统的基本组成 二、微型计算机 三、多媒体计算机 四、单片机
第1章
§3 计算机系统的硬件组成
一、硬件系统的基本组成
§1 计算机的发展和应用
二、计算机的分类
1、根据用途划分： 通用机、专用机
2、根据规模划分：
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。
第一章计算机基础知识
网络攻击防护
要点一
总结词
了解常见的网络攻击手段和防护方法，如防火墙、入侵检 测系统等，加强网络安全意识，不轻易泄露个人信息。
要点二
详细描述
随着网络的普及，网络攻击也日益增多。常见的网络攻击 手段包括拒绝服务攻击、钓鱼攻击、恶意软件感染等。为 了防止网络攻击，需要采取有效的防护措施，如使用防火 墙、入侵检测系统等安全设备，加强网络安全意识，不轻 易泄露个人信息。
互联网计算机时代
总结词
互联网计算机时代始于20世纪90年代，主 要特点是计算机网络技术的发展和应用。
详细描述
互联网计算机时代始于1991年的World Wide Web（万维网），它使得互联网成为 一个全球性的信息共享平台。随着互联网的 普及和深入应用，人们的生活、工作、学习 等方面都发生了深刻的变化。同时，互联网 技术的发展也催生了许多新的产业和商业模 式，如电子商务、在线教育等。
自动控制是指利用计算机对生产过程、机械装置等进行自动化控制，以提高生产效率、减少人工干预的过程。
详细描述
自动控制广泛应用于工业生产、航空航天、交通运输等领域。通过自动控制，可以实现精确控制、快速响应和高 效生产，提高生产效率和产品质量。
辅助设计
总结词
辅助设计是指利用计算机进行产品设计、工程制图、虚拟仿真等过程，以提高设计效率和设计质量。
数据备份与恢复
总结词
定期备份重要数据，并采取多种方式进行备份，确保数 据安全。同时，了解数据恢复的方法和步骤，以应对数 据丢失的情况。
详细描述
数据备份是保护数据安全的重要措施。为了防止数据丢 失或损坏，需要定期备份重要数据，并采取多种方式进 行备份，如本地备份、云备份等。同时，了解数据恢复 的方法和步骤，以应对数据丢失的情况。在数据备份和 恢复的过程中，需要注意数据的完整性和可用性，确保 数据的安全可靠。
计算机基础知识
小数部分处理方法
所以 (38.75)10 =(100110.11)2
3) 二进制和八进制数、十六进制之间的转换
【例5】 将(110101010 .011)2转化为八进制数
所以 (110 101 010 .011)2 =(652.3)8
【例6】将(110101010 .011)2 转化为十六进制数
所以 (110101010 .011)2 =(1AA.6)16
K 字节
1KB = 1024 B = 210B
M（兆）字节 G（吉） 字节 T（太）字节
1MB = 1024 KB = 210KB 1GB = 1024 MB = 210MB 1TB = 1024 GB = 210GB
信存储单位
字(word)：是计算机一次存取、运算、加工
和传送的数据长度，是处理信息的基本单位。
1.3 信息编码及数据存储单元
1.3.2 汉字编码 （1）汉字输入码： 将汉字通过键盘输入到计算机采用的代码称 为汉字输入码，也称为汉字外部码（外码）。汉 字输入码的编码原则应该易于接受、学习、记忆 和掌握，码长尽可能短。 目前我国的汉字输入码编码方案已有上千种， 但是在计算机上常用的有几种，根据编码规则， 这些汉字输入码可分为流水码、音码、形码和音 形结合码四种。
1）将R进制转换为十进制数 【例1】 将(1101.101)2转为十进制数 (1101.101)2 =1×23+1×22+0×21+1×20 +1×21+0×2-2+1×2-3 =8+4+0+1+0.5+0+0.125 =(13.625)10 【例2】 将(137.12)8 转为十进数 (137.12)8 =1×82 +3×81 +7×80 +1×8-1+2×8-2 =64+24+7+0.125+0.03125 =(95.15625)10
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手摇式机械计算机
1878年由瑞典发明家奥涅尔
制造的手摇计算机，这是一
种齿数可变的齿轮计算机。
奥涅尔计算机的主要特点是，
它利用齿数可变的齿轮，代
替了莱布尼兹的阶梯形轴。
其中，字轮与基数齿轮之间
没有中间齿轮，数字直接刻
在齿数可变齿轮上，置好的
数在外壳窗口中显示出来。
它是后来流几十年的台式手
摇计算机的前身。
三、机械式计算机
➢
算盘珠毕竟要靠人手来拨动，其运算速远远比不上电
子计算器，而且也根本谈不上〞自动运算〞。因此人类便
一直想发明一种「神奇的机器」，这个重担自然而然地落
在数学家身上。
➢
1642年，法国数学家、物理学家和思想家帕斯卡发明
加法机，这是人类历史上第一台机械式计算机。帕斯卡从
加法机的成功中得出结论：人的某些思维过程与机械过程
➢ 公元前2000年的美索不达米亚人用泥板计数。
3
最古老的计算工具：算筹
我国春秋时期出现的算筹是世界上最古老的计算工具。据 《汉书·律历志》记载：算筹是圆形竹棍，它长23.86厘米、 横截面直径是0.23厘米。到公元六、七世纪的隋朝，算筹 长度缩短，圆棍改成方的或扁的。根据文献记载，算筹除 竹筹外，还有木筹、铁筹、玉筹和牙筹。用算筹来记数和 四则运算很可能在西周时期已经开始了，一直沿用至元代 末年。
10
“巨人”计算机
英国在第二次世界大战期间研制的“巨人”计算机
11
➢ 1943年，英国科学家研制成功第一台“巨人”计算机，专 门用于破译德军密码。 “巨人”没有键盘，它用一大排 开关和话筒插座来处理程序，数据则通过纸带输入，纸带 以每小时50km以上的速度通过纸带阅读器。 “巨人”内 部有1500只电子管，配备5个以上并行工作的处理器，每 个处理器以每秒5000个字符的速度处理一条带子上的数据。 “巨人”上还使用了附加的移位寄存器，在运行时能同时 读5条带子上的数据。
➢ 明朝以后，算盘在世界各地流传开来，并出现了许多变种. 我们熟悉的常用语“三下五除二”、“七上八下”等，就 是起源于珠算口诀，这是最早的体系化算法。
5
二、计算尺
17世纪欧洲出现 计算尺
在以1模1制受6681化235拟成到61201为年年计了当4年加，，算圆时，减英WA工形科Jm运i国具计学olleh算id人。算工anem，Ne冈尺作OaM对特。者puai数ge发，nrhn计发明特thr算ee明计别idm尺发对算是在便明数尺工计是了运，程算依有算这技尺据滑以是术上这尺后世人装一的，界员上特计乘上所光点算除最广标来尺运早泛，设，算的采因计并可用此。。 1620年，Edmund Gunter最先利用对数计算尺来计算乘除。6
第1章
计算机基础知识
1
1.1 计算机概述
什么是计算机?
计算机是一种能按照事 先存储的程序，自动、
高速进行大量数值计算
和各种信息处理的现代
化智能电子装置。
2
1.1.1 早期的计算装置（工具）
➢ 公元前3000年的古埃及人用结绳来记录土地面积和收 获的谷物。
➢ 进制计数法有许多种，人们最常用的是十进制，而古 代玛雅人则使用二十进制。
14
1、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 辑基础。
英国数学家布尔
15
2、计算机三原则
1939年，阿塔纳索夫提出 计算机三原则：采用二进 制进行运算；采用电子技 术来实现控制和运算；采 用把计算功能和存储功能 相分离的结构。
没有差别，因此可以设想用机械模拟人的思维活动。
Blaise Pascal
帕斯卡
7
1674年造出更完善 的机械计算器“乘 法器”
Gottfried Wilhelm von Leibniz 莱布尼兹
8
巴贝奇差分机
Charles Babbage
1822年，英国数学家巴贝奇发 明差分机，专门用于航海和天 文计算。这是最早采用寄存器 来存储数据的计算机，体现了 早期程序设计思想的萌芽。 第 一台差分机从设计到制造完成， 花费了整整十年。它可以处理3 个5位数，计算精度达到6位小 数。
➢ “巨人”的逻辑电路并不是用来完成通常的算术运算，而 是实现一连串的逻辑运算，因此， “巨人”并不是一种 数字计算机，但是它能在内部高速产生和存储数据，而且 运算顺序可以通过开关的操作加以改变，能把待破译消息 的某些特征通过插入电缆输入机器。它在继电器计算机和 现代电子计算机之间填补了空白。
12
四、 第一台电子计算机（ENIAC）
阿塔纳索夫
16
3、图灵与图灵机
1936年，年仅24岁的英国人艾兰·图灵发表了著名的 《论应用于决定问题的可计算数字》一文，提出思考 实验原理计算机概念。图灵把人在计算时所做的工作 分解成简单的动作，与人的计算类似，机器需要：（1） 存储器，用于储存计算结果；（2）一种语言，表示运 算和数字；（3）扫描；（4）计算意向，即在计算过 程中下一步打算做什么；（5）执行下一步计算。
➢ 1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃 尼阿克”（ENIAC）宣告研制成功。ENIAC的成功，是 计算机发展史上的一座纪念碑，是人类在发展计算机技术 的历程中，到达的一个新的起点。
13
奠定现代计算机发展的 重要人物和思想
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。
算筹与圆周率
算筹为人类文明做出过巨大贡献，我国古代著名的数学家 祖冲之，就是借助算筹计算出圆周率的值介于3.1415926 和3.1415927之间；中国古代的天文学家也运用算筹，总 结出了精密的天文历法。
4
一、算盘
➢ 随着计算技术的发展，在求解一些更复杂的数学问题时， 算筹显得越来越不方便了。于是在公元600年左右，中国 人发明了算盘，它结合了十进制计数法和一整套计算口诀 并一直沿用至今，被许多人看作是最早的数字计算机。 ➢ 算盘的变化