计算机数据存储的基本概念
第一章 计算机基础知识
一、计算机的基本概念
1．计算机的发展与分类
发展阶段：4 代（按使用的电子器件或构成元件划分）
第一代：电子管 （ 1946－1957 ）
第一台计算机：1946 年、ENIAC
第二代：晶体管 （ 1958－1964 ）
第三代：小规模集成电路 （ 1965－1970 ）
第四代：大规模和超大规模集成电路 （ 1971－ 至今 ）
典型代表：微型计算机
分类：
① 分为数字电子计算机
数字电子计算机分类：
用途：科学计算工程、工业控制、数据计算机
大小：巨型、小型、微型
② 模拟电子计算机 2．计算机的主要用途 科学计算、数据处理、自动控制、计算机辅助系统、人工智能 其中，科学计算是最早的应用领域，计算机早期主要用于军事
要点：理解每个应用领域的适用范围
3．计算机的主要特点
自动控制能力、高速运算能力、记忆能力、计算精度高、逻辑判断能力、通用性强
其中自动控制能力的基础是存储程序
另，计算机的可编程性
要点：重在理解
4．信息的基本概念
信息和数据
信息是人们由客观事物得到的，使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、图形、图像、语音等所包括的内容。
数据是客观事物的属性的表示，可以是数值数据和各种非数值数据。对计算机而言，数据是指能够为其处理的经过数字化的信息。
二、计算机系统的组成
1．计算机系统的基本组成
计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成
ENIAC
大型向量计算机757
图1-1 计算机系统的组成
中央处理器（CPU ）：运算器＋控制器
主机：中央处理器＋内存储器
外部设备：输入设备、输出设备、外存储器
注：CPU 只能直接读写内存，不能直接读写外存，存储在外存上的数据和程序需先读到内存，才能进行处理
2．硬件系统的组成及各个部件的主要功能
冯·诺依曼提出了存储程序原理，奠定了计算机的基本结构和工作原理，我们今天所使用的计算机都是属于冯·诺依曼结构计算机
冯·诺依曼结构计算机包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分：运算器：算术运算和逻辑运算的主要部件
控制器：指挥中心
存储器：用来保存程序和数据
内部存储器（内存或主存储器）
外部存储器（外存或辅助存储器）
输入设备
键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器、触摸屏输出设备
显示器、打印机、绘图仪、磁盘驱动器冯·诺依曼结构的主要特点：
● 存储程序控制
● 程序由指令构成
● 指令由操作码和地址码构成
● 机器以CPU 为中心
冯·诺依曼鼠标
图1-2 冯·诺依曼结构计算机
3．计算机数据存储的基本概念
存储器分为内存储器（内存）和外存储器（外存）。
内存速度快，但容量有限，CPU 可直接访问。
外存存储容量大，存取速度比内存低，外存中存放的程序或数
内存
据必须调入内存后，才能被计算机执行和处理。
存储单位：
位（bit，比特）：计算机中最小存储单位，即一个二进制位（0或1），通常用“b ”表示。
字节（Byte）：8位组成一个字节，常用 B 表示，计算机中用来表示内存储器容量大小的基本单位。
字（Word）：由若干个字节组成，通常把计算机一次所能处理的数据的最大位数称为该机器的字长。字长越长，一次所处理的信息越多，计算精度越高。
1B ＝8b
1KB （千字节）＝1024B
1MB （兆字节）＝1024KB
1GB （吉字节）＝1024MB
4．指令、程序、软件的概念以及软件的分类
指令：含有操作码和地址码的一串二进制代码
程序：为解决某一问题而设计的一系列有序的指令或语句集合
软件：程序、程序运行时所需的数据以及文档
裸机：仅有硬件系统，没有安装任何软件
软件的分类
系统软件
包括：操作系统、各种语言处理程序、系统支持和服务程序、数据库管理系统
应用软件
包括：用户程序、应用软件包
程序设计语言的种类
机器语言：二进制语言
能直接执行
汇编语言：采用助记符
源程序需翻译成机器语言
高级语言：面向程序
三 信息编码
1．数值在计算机中的表示形式
数值在计算机中以二进制表示，这是由计算机所使用的逻辑器件所决定，其好处是：运算简单、实现方便、成本低。
十进制：
“逢十进一”，使用 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 共 10 个数字
二进制：
“逢二进一”，使用 0,1 共 2 个数字
八进制：
“逢八进一”，使用 0,1,2,3,4,5,6,7 共 8 个数字
十六进制：
“逢十六进一”，使用 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F 共 16 个数字
二进制与十进制之间的转换（尤其需要掌握 1 字节内二进制到十进制的换算）：
表 1-1 二进制与十进制的对应关系
1 位 8 进制可以转换成3位二进制,
1 位 16 进制可以转换成4位二进制
2．理解字符编码
计算机除了能处理数字数据外，还能处理非数值的各种字符数据：如英文字母、汉字、运算符等。但在计算机中数据是用二进制表示的，所以那些数据在输入计算机之前必须进行编码。编码有很多种方法，但采用相同的编码方式，才能使全国乃至全世界的计算机用户在信息的表示、交换、处理、传输和存储等基本问题上达成一致。
1) 字符编码
ASCII （美国信息交换标准码），是常用的字符编码。采用 7 位二进制编码，可以表示 128 个字符（27 =128），最高位为 0。
表 1-2 ASCII 代码表 Windows2000操作系统
0～9 对应ASCII 码为48～57 ，A～Z 为65～90 ，a～z 为97～122 。
2) 汉字编码
针对汉字的计算机输入及机内表示内码，用连续的两个字节表示，每字节最高位为“1”。
四、微型计算机的硬件组成
1．CPU、内存、接口和总线的概念
主板
主板是固定在主机箱箱体上的一块电路板，是计算机各种部件
相互连接的纽带和桥梁。
CPU（中央处理器），是计算机的核心，所有的算术和逻辑运
算都是由它完成的，是决定计算速度、处理能力、档次的关键部件。
存储器：分内存和外存。
CPU 内存：是计算机的主要工作存储器，内储速度快，但容量有限。
内存又分RAM和ROM。
ROM（只读存储器），只读而不能写入信息，常固化在芯片上，不会因断电而消失。
RAM（随机存储器），可以进行任意的计或写操作，断电内容消失，不能永久保存。
外存：软盘、硬盘、光盘、磁带以及目前极为流行的U 盘等都属于外存，是外部设备。外存的容量大，价格低廉，但存取速度慢，用于存放暂时不用的程序和数据。
还有一种特殊的存储器是高速缓冲存储器（Cache）。
接口：串行接口（COM1、COM2）、并行接口（打印机接口LPT1）、键盘接口、硬盘驱动器接口
总线：分芯片总线、系统总线（ISA、EISA、PCI）、外总线（SCSI、IDE、USB）2．微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念
微处理器：CPU
微型计算机：CPU ＋存储器＋输入输出接口电路＋系统总线
微型计算机系统：微型计算机＋外围设备＋电源＋辅助电路＋系统软件
3．常用外部设备的性能指标
键盘：101键、103键、105键。
鼠标：机械式和光电式，左、中、右三键或左、右二键。
显示器：
分辨率：800 × 600、1024 × 768、1028 × 1024
显示器适配器（显示卡）：CGA、EGA、VGA、SVGA、TVGA 等
打印机：点阵、喷墨、激光
4．微型计算机的主要性能指标及配置
运算速度：是衡量CPU 工作快慢的指标，一般以每秒完成多少次完成多少次运算来度量，常用主频来表示，如1GHz。
字长：CPU 一次可处理二进制位数。字长主要影响计算机的精度和速度。字长有8、16、32和64位。字长越长，表示一次读写和处理的数的范围越大，处理数据的速度越快、计算精度越高。
主存容量：64M、128M