第一章计算机基础知识

第一节计算机基本知识

一. 计算机的诞生
人类历史上第一台电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的莫克利教授和他的学生埃克特设计，并于1946年2月15日在宾夕法尼亚大学成功投人运行，它的名称叫ENIAC(埃尼阿克)。

被称为“现代计算机之父”的是美籍匈牙利数学家冯.诺依曼，他和他的同事们研制出了人类第二台计算机EDVAC,并提出了“存储程序”的概念。

二. 计算机的发展

第一代计算机	第二代计算机
采用电子管作为逻辑元件,程序设计主要使用机器指令或符号指令,其应用领域主要是科学计算。	用晶体管代替了电子管,计算机的应用领域也从科学计算扩展到了事务处理。工程设计等多个方面
第三代计算机	第四代计算机
采用中小规模的集成电路块代替了品体管等分立元件。	采用大规模和超大规模集成电路作为主要元件。

三. 计算机的发展方向
未来的计算机将以超大规模集成电路为基础，向巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。

四. 计算机的分类
按计算机处理数据的方式分类：

(1)数字计算机。

(2)模拟计算机。

(3)数模混合计算机。

按计算机的使用用途分类:

(1)专用计算机。

(2)通用计算机、

按计算机的规模和处理能力分类;

(1)巨型机。

(2)大型机。

(3)小型机。

(4)工作站。

(5)微型机(个人计算机)。

五. 我国计算机技术的发展概况
我国从1956 年开始研制计算机.1058年研制成功第一台电子管计算机103机。

1983年年底，我问第一台被命名为“银何"的亿次巨型电子计算机诞生。

1995年5月曙光1000研制完成，这是我国独立研制的第一套大规模并行机系统，

2009年10月29 11.我国国防科技大学自主研制的首台手万亿次超级计算机天问一号同世，

六. 计算机的特点
1.处理速度快。

2.计算精度高。

3,记忆、存储能力强。

4.具有自动运行的能力。

5.具有逻辑判断能力。

6.支持人机交互。

七. 计算机的应用
1.数值计算。

2.数据处理。

3.过程控制。

4.辅助工程。这方面的应用包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造的(CAM)、计算机辅助测试(CAT)等诸多方面，计算机辅助教学(CA)作为一-种新的教学手段，已经大大促进了教学质量的提高。

5.网络应用与人工智能。

第二节信息安全与计算机病毒

一. 信息与信息技术

由于信息具有普遍性、重要性,并且对事物既有依赖性又有相对独立性，因此，人们把信息、物质及能量并列作为构成世界的三大要素。

信息技术是用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称,主要包括信息的产生、识别、提取、变换、存储.处理、检索检测、分析和利用的技术。

信息技术包含的主要技术有微电子技术、计算机技术和通信技术。

二. 信息安全的范畴

国务院1994年2月18日颁布的《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例)第一章第三条的定义是:计算机信息系统的安全保护，应当保障计算机及其相关的配套的设备、设施(含网络)的安全,运行环境的安全，保障信息的安全，保障计算机功能的正常发挥，以维护计算机信息系统的安全运行。可见,计算机信息系统安全范畴包括实体安全、运行安全、信息安全和网络安全。

三. 网络安全的防范技术

计算机网络安全从技术上来说，主要由防病毒、防火墙、人侵检测等多个安全组件组成，一个单独的组件是无法确保网络信息的安全性的。目前广泛运用和比较成熟的网络安全技术主要有:防火墙技术、数据加密技术、人侵检测技术、防病毒技术等。

四. 计算机病毒

1. 计算机病毒定义
   编制或者在计算机程序中插人的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。

2. 计算机病毒的特征
   (1)传染性。(2)隐蔽性。(3)破坏性。(4)潜伏性。(5)具有可执行性。(6)寄生性。(7)欺骗性。(8)衍生性。

3. 计算机病毒的传播
   目前计算机病毒主要是通过电子邮件、文件下载、甚至网页等途径来传播，其传播速度极快，感染的用户呈几何级数增加，其危害是以前任何一种病毒都无法比拟的。

第二章计算机系统组成

第一节计算机硬件系统的组成与功能

一. 计算机系统组成图

一个完整的计算机系统通常由硬件系统 和软件系统两大部分组成。没有软件的计算机被称为“裸机”。微型计算机系统的组成如下图所示。

(二)硬件系统的组成

各种计算机系统的硬件系统都是由五个基本部分构成的，分别是:运算器、控制器、存储器、输人设备、输出设备。其中存储器又分为内存储器和外存储器。

(三)系统总线

计算机中所有信息都通过总线来传送。根据所传送信息的内容与作用的不同，总线可以分为地址总线、数据总线和控制总线3类。

(四)微机系统硬件组成

1. 主板

主板又称为系统板或母板，是微机主机箱内最大的一块集成电路板，也是微机最主要的部件之一。

1. CPU

CPU是一块超大规模集成电路芯片，是微型计算机的核心部件，也可以说是微机的大脑。由运算器和控制器组成。

1. 存储器

(1)内存

①只读存储器(ROM)。ROM表示只读存储器(Read Only Memory),在制造ROM的时候，信息(数据或程序)就被存人并永久保存。

②随机存储器(RAM)。随机存储器(RandomAccessMemory)表示既可以从中读取数据，也可以写人数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。

③高速缓冲存储器(Cache)。Cache是为了解决CPU与内存之间速度不匹配而产生的。它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。

(2)外存
①软盘。软盘的读写部分称为软盘驱动器,简称软驱。软盘和软驱构成了软盘存储系统。

②硬盘。每个硬盘由若干个盘片组成，是按磁头、柱面和扇区的格式组织存储信息的，扇区是存储信息的基本单位。
③光盘。光盘可以分为CD ROM.CD-R、CDRW、DVD-ROM等。

④半导体存 储设备。中国朗科公司是全球第一个U盘发明者，并申请专利为优盘。这是二十年来中国在计算机存储领域唯-的原创性 发明专利成果。

(五)输入输出设备

输人设备用于向计算机输入各种信息，最常用的输人设备是键盘和鼠标。

输出设备是将计算机中存储、处理的数据信息转换成人们熟悉的文字、图像、声音等形式而展示出来，常用的输出设备是显示器、打印机和绘图仪。

磁盘驱动器既可以作为输人设备又可以作为输出设备。

(六)计算机的工作原理

计算机的工作原理简单地说就是存储程序和程序控制，即存储程序控制原理，是由甸牙利数学家冯，诺依曼提出来的，故又称为冯，诺依曼原理。具体来讲，该原理的基本内容包括了以下3个方面:

(1)明确了二进制在计算机中的地位，即计算机中存储、处理的都是以二进制形式表示的信息。

(2)指令像数据一样存放在存 储器中，并可以像数据那样加以处理，即工作时计算机能自动高速地从存储器中取出指令并加以执行。

(3)明确规定了计算机有五个构成部分:计算器、逻辑控制装置、存储器、输人设备和输出设备,并描述了这五部分的职能和相互关系。

(七)计算机的存储

(1)位(bit)。 二进制中的一位，简写为“b”，是构成信息的最小单位。

(2)字节(byte)。一个字节由8位组成，是表示存储容量的基本单位,简写为“B"，即有1 B=8 bit。

(3)字(word)。CPU在处理信息时一次存取、处理或传输的数据称为一-个字。

(4)字长。CPU在处理信息时，一次处理的二进制位数。

(八)计算机的性能指标

对计算机系统性能的评价是个综合性能的评价，也是一项比较复杂和细致的工作。目前主要使用的性能指标有以下几项:

1. 主频

决定了计算机的运算速度。

1. 字长

字长越长,性能越高，字长有16位,32位、64位之分。

1. 内存容量

内存容量是指计算机系统所配置的内存总字节数,这部分存储空间CPU可直接访问，与计算机的运行速度也有很大关系。

1. 可靠性

可靠性通常用平均无故障工作时间(MTBF)来表示。这里的故障主要是指计算机的硬件故障，而不是指软件误操作引起的故障。

1. 外设配置

除上述性能指标外，还应考虑计算机系统的软件配置、可维护性、性能价格比及允许配置外部设备的最大数目等。

第二节计算机软件系统的组成与功能

(一)指令、程序和软件

机器指令是.组二进制形式的代码，即由一事“0和“排列组成。-条指令通常包括2大部分内容,即操作码与地址码(操作数)。

每台计算机都规定了一一定数量的基本指令，这此指令的总和称为计算机的指令系统。不同种类计算机的指令系统拥有的指令种类和数目是不同的,它们可能存在很大差异，但一台计算机的指令越多、越丰富，则该计算机的功能就越强。

为完成一定处理功能的所有指令的有序集合称为程序。

软件是指为运行、管理和维护计算机所编制的各种程序及相应支持文档的总和个计算 机软件是由程序和相应的文档组成的。

(二)系统软件

系统软件是计算机最基本的软件，它负责管理计算机的软件与硬件资源，并为应用软件提供一个统一的平台。主要包括操作系统、语言处理程序，数据库管理系统和服务程序。

(1)机器语言。机器谱言是以二进制代码形式表示的机器基本指令的集合,是计算机硬件唯一可以直接识别和执行的语言。

(2)汇编语言。汇编语言是为了解决机器语言难于理解和记忆,用易于理解和记忆的名称和符号表示的机器指令

(3)高级语言。高级语言是用接近于自然语言和数学算式的语句构成的语言。

用高级语言编写的程序称为高级语言源程序，必须把它翻译成用机器语言表达的目标程序才能被计算机执行，这个过程叫编译，这个过程中使用的程序是编译程序。

第三节计算机中 的信息表示

(一)使用二进制的原因

使用二进制来表示计算机内部信息的主要原因有:
(1)容易实现。

(2)运算规则简单。

(3)运算速度快。

(4)容易实现逻辑运算。

(二)二进制数与十进制数的相互转换

1. 二进制数转换成十进制数

将待转换的二进制数按各数位的权展开表示为一个多项式,求出该多项式的和就可以了。

例如,将(1011)2转换为对应的十进制数。

解:(1011)2=1X2³+0X2²+1X2¹+1X2⁰ =8+2+1= 11

1. 十进制数转换成二进制数

(1)十进制的整数转换成二进制的整数采用的是除2取余法。

例如，将(39)10转换为对应的二进制数。
解：

所以(39)10= (100111)2

(2)十进制小数转换成二进制小数采用乘2取整法。

例如,将(0.8125)10转换成对应的二进制数。
解:

注意:不是所有的十进制小数都能精确转换为对应的二进制小数。

1. 八进制数与十六进制数的概念

与十进制数概念相同，八进制数是逢八进一，用0,1,2,3,4,5.6,7这8个符号来表示。同理十六进制数是逢十六进一，用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F这16个符号来表示。如下表为几种常见数制的关系。

十进制	二进制	八进制	十六进制
0	0	0	0
1	1	1	1
2	10	2	2
3	11	3	3
4	100	4	4
5	101	5	5
6	110	6	6
7	111	7	7
8	1000	10	8
9	1001	11	9
10	1010	12	A
11	1011	13	B
12	1100	14	C
13	1101	15	D
14	1110	16	E
15	1111	17	F

1. 二进制数与八进制数的转换

由于2³=8，所以三位二进制数表示的8个值可以用一位八进制数来表达。即在将二进制整数转换为八进制整数时，从小数点开始，向左和向右每三位分为一组，不足三位时用“0"补足，对每组按表1中的对应关系用八进制数写出，即为对应的八进制表示。

1. 二进制数与十六进制数的转换

由于2⁴=16，所以4位二进制数表示的16个值可以用一位十六进制数来表达。十六进制数与二进制数的转换方法类似于八进制数与二进制数的转换方法,只是将三位分组改成四位分组即可。

例如，将(11011101101. 101101)2转换成十六进制数。

解: (11011101101. 101101)2 = (0110 11101101. 1011 0100)= (6ED. B4)16

例如，把(30E. A4)。转换成二进制数。

解:(30E. A4)16= (00110000 1110. 1010 0100)=(1100001110. 101001)2

(三)原码、反码和补码

1. 原码

整数X的原码，其符号位"0"表示正数；“1”表示负数,其数值部分就是X绝对值的二进制表示，通常用[X] (原)表示x的原码。

1. 反码

整数X的反码指:对于正数，其反码与原码相同;对于负数，符号位为1,其数值位与x的绝对值相反。通常用[X]反表示X的反码。

1. 补码

把一个负数加模的结果称为该负数的补码
补码的求法:对正数，补码同原码。负数的补码等于其原码除符号位外按位“求反”(1变0,0变1),末位再加1.
[例]已知计算机的字长为8位，求十进制数- 102的原码、反码和补码。

[精析]一 102= 11100110

则[一102] = 11100110

[一102] = 10011001

日[- 102]# = 10011010

(四)计算机编码

1. 数字编码

最常用的BCD码就是8421BCD码，它是用4个二进制位来对一个十进制符号进行编码，如下表所示

十进制	8421BCD码
0	0000
1	0001
2	0010
3	0011
4	0100
5	0101
6	0110
7	0111
8	1000
9	1001

1. 字符编码

目前在微机中使用最为普遍的字符编码是ASCII码,如下表所示。

低4位\高3位	000	001	010	011	100	101	110	111
0000	NUL	DLE	SP	0	@	p	，	p
0001	SOM	DC	!	1	A	Q	a	q
0010	STX	DC	“	2	B	R	b	r
0011	ETX	DC	#	3	C	S	c	s
0100	EOT	DC	$	4	D	T	d	t
0101	ENQ	NAK	%	5	E	U	e	u
0110	ACK	SYN	&	6	F	V	f	v
0111	BEL	ETB	,	7	G	W	g	w
1000	BS	CAN	(	8	H	X	h	x
1001	HT	EM	)	9	I	Y	i	y
1010	LF	SUB	*	:	J	Z	j	z
1011	VT	ESC	+	;	K	[	K	{
1100	FF	FS	，	<	L	\	l	（竖线）
1101	CR	GS	–	=	M	]	m	}
1110	SO	RS	.	>	N	↑	n	~
1111	SI	US	/	?	O	↓	o	DEL

对于ASCII码表,应熟记几个特殊的码值，如0的码值为0110000,A的码值为1000001,a的码值为1100001。

1. 汉字编码

(1)汉字信息交换码(国际码)
R汉字信息交换码简称交换码，也叫国际码。

(2)汉字输入码
汉字输人码也叫外码。目前流行的编码方案有搜狗输人法、自然码输人法和五笔输人法等。

(3)汉字内码
每个汉字的内码占用两个字节，并且每个字节的高位为1,汉字在计算机内部使用的编码就是内码，也称机内码。

(4)汉字输出码
汉字输出码又称汉字字形码、字模码，是为了输出汉字而将描述汉字字形的点阵数字化处理后的一串二进制符号。

由于8个二进制位构成一个字节。所以需要用32个字节来存放一个16X16点阵描述的汉字字形;若用24X24点阵来描述汉字的字形，则需要72个字节来存放一个汉 字的数字化信息。

(5)汉字字库
汉宇宇形数字化后，以二进制文件的形式存储在存储器中所有汉字的输出码就构成了汉字字形库,简称汉字库。

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