1、 大学计算大学计算机基础机基础第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识1.1 1.1 概概述述计算机是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。计算机是一门科学，也是一种自动、高速、精确地对信息进行存储、传达与加工处理的电子工具。1.1.1 1.1.1 计算机的发展计算机的发展世界上第一台计算机世界上第一台计算机ENIACENIAC第一章第一章 计算机基础知识计算机基础知识冯.诺依曼原理的主要思想：1.计算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式存放在计算机的存储器中。2.程序和数据存放在存储器中，即存储程序的概念。计算机执行程序时，无需人工干预，能自
2、动、连续地执行程序，并得到预期的结果。3.计算机的硬件系统由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。计算机发展经历的四个阶段计算机发展经历的四个阶段阶段部件第一阶段（1946-1958）第二阶段（1958-1964）第三阶段（1964-1971)第四阶段（1971年至今）主机电子器件电子管晶体管中小规模集成电路大规模，超大规模集成电路内存汞延迟线磁芯存储器半导体存储器半导体存储器外存储器穿孔卡片，纸袋磁带磁带，磁盘磁带，磁盘，挂盘等大容量存储器处理速度几千条几万至几十万条几十万至几百万条上千万至万亿条代表UNIVAC-I通用自动计算机IBM-7000系列机IBM-360系列机I
3、BM-4300、3080、3090、9000系列1.1.2 计算机的特点与用途1.计算机的特点（1）高速、精确的运算能力（2）精确地逻辑判断能力（3）强大的存储能力（4）自动化程度高（5）网络与通信功能1.1.2 计算机的特点与用途2.计算机的应用（1）科学计算（2）数据/信息处理（3）过程控制（4）计算机辅助（5）网络通信（6）人工智能（AI）（7）多媒体应用（8）嵌入式系统1.1.3 计算机的分类1.按计算机处理数据的类型分可以分为：模拟计算机、数字计算机、数字和模拟混合计算机。2按计算机的用途可分为：通用计算机和专用计算机。3.按计算机的性能、规模和处理能力，可分为：巨型机、大型通用机、
4、微型计算机、工作站及服务器。1.1.4 计算机科学研究与应用1人工智能2网络计算3中间件技术4云计算1.1.5 未来计算机的发展趋势1电子计算机的发展方向从类型上看，电子计算机技术正在向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。2未来新一代的计算机（1）模糊计算机（2）生物计算机（3）光子计算机（4）超导计算机（5）量子计算机1.1.6 电子商务1狭义电子商务狭义电子商务（E-Commerce）是指利用互联网进行交易的一种方式。主要指信息服务、交易和支付。主要内容包括：电子商情广告；电子选购和交易、电子交易凭证的交换；电子支付与结算等。2广义电子商务广义电子商务（E-Business）是利用In
5、ternet能够进行全部的贸易活动。1.1.6 电子商务电子商务分为如下几类企业间的电子商务（Business-to-Business，B2B）企业与消费者间的电子商务（Business-to-Consumer，B2C）消费者与消费者间的电子商务（Consumer-to-Consumer，C2C）非商务的电子商务（No-business EC）企业内的电子商务（Intrabusiness EC）1.1.7 1.1.7 信息技术信息技术1信息技术的定义联合国教科文组织对信息技术的定义是：应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧。2现代信息技术的内容信息技术包含三个层次的内容：
6、信息基础技术、信息系统技术和信息应用技术。1.1.7 1.1.7 信息技术信息技术3现代信息技术的发展趋势（1）数字化（2）多媒体化（3）高速度、网络化、宽频带（4）智能化1.2 信息的表示与存储1.2.1 数据与信息数据是对客观事物的符号表示。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。信息是对各种事物变化和特征的反映，是经过加工处理并对人类客观行为产生影响的数据表现形式。数据与信息的区别：数据处理之后产生的结果为信息，信息具有针对性、时效性。尽管人们在许多场合把这两个词互换使用。信息是有意义的，而数据没有。1.2.2 计算机常用数据的转换1十进制运算规则：逢十进一，借一当十在八进制数
7、据后加英文字母“D”。2二进制运算规则：逢二进一，借一当二在八进制数据后加英文字母“B”。3八进制运算规则：逢八进一在八进制数据后加英文字母“Q”。4.十六进制运算规则：逢十六进一在十六进制数据后加英文字母“H”以示分别。1.2.2 计算机常用数据的转换5.不同进制之间的等值转换（1）十进制转换与二进制之间的转换【例1】将十进制18转换成二进制。 1.2.2 计算机常用数据的转换【例2】将十进制小数0.8125D转换成二进制数。（2 2）二进制与八进制之间的转）二进制与八进制之间的转换换（2 2）二进制与八进制之间的转）二进制与八进制之间的转换换（3 3）十进制与十六进制之间的转）十进制与十六
8、进制之间的转换换（3 3）十进制与十六进制之间的转）十进制与十六进制之间的转换换（3 3）十进制与十六进制之间的转）十进制与十六进制之间的转换换（3 3）十进制与十六进制之间的转）十进制与十六进制之间的转换换二二进制、八进制、十进制、十六进制数之间的转进制、八进制、十进制、十六进制数之间的转换换1.2.3 计算机中数据的单位计算机中数据的最小单位是位。存储容量的基本单位是字节。8个二进制位称为1个字节，此外还有KB、MB、GB、TB等。1位位是度量数据的最小单位，在数字电路和计算机技术中采用二进制表示数据，代码只有0和1。1.2.3 计算机中数据的单位2字节一个字节由8位二进制数字组成（1By
9、te=8bit）。字节是信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系机构的基本单位。为了便于衡量存储器的大小，统一以字节（Byte，B）为单位。千字节1KB=1024B=210B兆字节1MB=1024KB=220B吉字节1GB=1024MB=230B太字节1TB=1024GB=240B3字长在计算机诞生初期，受各种因素限制，计算机一次能够同时（并行）处理8个二进制数。人们将计算机一次能够并行处理的二进制数成为该机器的字长，也成为计算机的一个“字”。1.2.4 1.2.4 字符的编字符的编码码1西文字符的编码计算机中的数据都是用二进制编码表示的，用以表示字符的二进制编码称为字符编码。计算机中最常用的
10、字符编码是美国信息交换标准交换代码（ASCII），被国际标准化组织指定为国际标准。1.2.4 1.2.4 字符的编码字符的编码2汉字的编码我国于1980年发布了国家汉字编码标准GB23181980，全称是信息交换用汉子编码及字符集基本集（简称GB码或国际码）。为避开ASCII表中的控制码，区位码将GB23121980中的6763个汉字分为94行、94列，代码表分94个区（行）和94个位（列）。由区号（行号）和位号（列号）构成了区位码。1.2.4 1.2.4 字符的编码字符的编码3汉字的处理过程1.2.4 1.2.4 字符的编码字符的编码（1）汉字输入码为将汉字输入计算机而编制的代码称为汉字输入
11、码，也叫外码。（2）汉字内码汉字内码是为计算机内部对汉字进行存储、处理的汉字代码，它应满足存储、处理和传输的要求。汉字的内码=汉字的国际码+8080H例如，已知“中”字的国际码为5650H，则根据上述公式得：“中”字的内码=“中”字的国际码5650H+8080H=D6D0H二进制表示：0101011001010000B+1000000010000000B=1101011011010000B1.2.4 1.2.4 字符的编码字符的编码4汉字字形码“次”字的1616字形点阵和代码1.2.4 1.2.4 字符的编码字符的编码5汉字地址码汉字地址码是指汉字库（这里主要指整字形的点阵式字模库）中存储汉字
12、字形信息的逻辑地址码。6其他汉字内码（1）GBK码（2）UCS码（3）Unicode编码1.3计算机硬件系统硬件是计算机的物质基础，没有硬件就不称其为计算机。尽管各种计算机在性能、用途和规模上有所不同，但其基本结构都遵循冯诺依曼型体系结构。人们称符合这种设计的计算机称冯诺依曼模型。这决定了计算机由输入、存储、运算、控制和输出五个部分组成。1.3.1 运算器运算器（ALU）是计算机处理数据形成信息的加工厂，它的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。所以，也称为算术逻辑部件（ALU）。1.3计算机硬件系统1.3.2 控制器控制器（CU）是计算机的心脏，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作。
13、控制器由指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、程序计数器（PC）和操作控制器（OC）4个部件组成1.3 计算机硬件系统1机器指令为了让计算机按照人的意识和思维正确运行，必须设计一系列计算机可以真正识别和执行的语言机器指令。（1）操作码：指明指令所要完成操作的性质和功能。（2）操作数：指明操作码执行时的操作对象。1.3计算机硬件系统2指令的执行过程（1）取指令：（2）分析指令：（3）生成控制信号：（4）执行指令：（5）重复执行：1.3 计算机硬件系统1.3.3 存储器存储器是存储程序和数据的部件。它可以自动完成程序或数据的存取，是计算机系统中的记忆设备。存储器分为内存（又称主存）和外存（又称辅
14、存）两大类。1.3 计算机硬件系统1.内存存储器有内存储器和外存储器两种。内存储器按功能又可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。（1）随机存取存储器通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存。RAM有两个特点第一个特点是可读写性，也就是说对RAM既可以读操作，又可以写操作。第二个特点是易失性。1.3 计算机硬件系统（2）只读存储器CPU对ROM只取不存，里面存放的信息一般由计算机制造厂写入并经固化处理，用户是无法修改的。几种常用ROM简介：可编程只读存储器（PROM）可擦除可编程只读存储器（EPROM）1.3 计算机硬件系统（3）内存储器的性能指标存储器的主要
15、性能指标有两个：容量和速度。存储容量：指一个存储器包含的存储单元总数，这一概念反映了存储空间的大小。目前常用的DDR3内存条，存储容量一般为2GB和4GB。好的主板可以到8G，服务器主板可以到32G。存取速度：一般用存储周期（也称读写周期）来表示。存取周期就是CPU从内存储器中存取数据所需的时间（读出或写入）存储器之间的最小时间间隔。半导体存储器的存取周期一般为60100ns。1.3 计算机硬件系统2.外存（1）硬盘硬盘是微型机上主要的外部存储设备。它是由磁盘片、读写控制电路和驱动机构组成。内部结构：一个硬盘内部包含多个盘片，这些盘片被安装在一个同心轴上，每个盘片有上下两个盘面，每个盘面被划分
16、为磁道和扇区。硬盘容量：一个硬盘的容量是由以下几个参数决定的，即磁头数H、柱面数C、每个磁道的扇区数S和每个扇区的字节数B。将以上几个参数相乘，乘积就是硬盘容量。即硬盘总容量=磁头数（H）柱面数（C）磁道扇区数（S）每扇区字节数（B）1.3 计算机硬件系统硬盘接口：硬盘与主板的连接部分就是硬盘接口，常见的有高级技术附件（ATA）、串行高级技术附件（SATA）和小型计算机系统接口（SCSI）。ATA和SATA接口的硬盘主要应用在个人电脑上，SCSI接口的硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。硬盘接口的性能指标主要是传输率，也就是硬盘支持的外部传输速度。硬盘转速：指硬盘内电机主轴的旋转速度，
17、也就是硬盘盘片在一分钟内旋转的最大转数。转速转速快慢是标志硬盘档次的重要参数之一，也是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘硬盘的速度。硬盘转速单位为RPM，即转/每分钟。普通硬盘转速一般有5400rpm和7200rpm两种。7200rpm高转速硬盘是台式机的首选，笔记本则以4200rpm和5400rpm为主。1.3 计算机硬件系统硬盘的容量：有320GB、500GB、750GB等，甚至已达到数TB级。目前市场上能买到的硬盘最大容量为6TB。主流硬盘各参数为SATA接口、500GB容量、7200rpm转速和150Mbps传输率。固态硬盘（Solid State Drive
18、s），简称固盘，固态硬盘（Solid State Drive）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。1.3 计算机硬件系统（2）快闪存储器USB接口的传输率有：USB1.1为12Mbps，USB2.0为480Mbps，USB为3.0为5.0Gbps。（3）光盘光盘是以光信息作为存储物的载体来存储数据的一种物品。类型划分：光盘通常分为两类，一类是只读型光盘，其中包括CD-ROM和DVD-ROM等；一类是可记录型光盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW等。1.3 计算机硬件系统3.层次机构计算机系统中通常采用多级
19、存储器结构，即将速度、容量和价格上各不相同的多种存储器按照一定体系结构连接起来，构成存储器系统。存储器层次结构由上至下，速度越来越慢，容量越来越大，位价越来越低。1.3 计算机硬件系统1.3.4 输入/输出设备输入/输出设备（I/O设备，也称为外部设备）是计算机系统不可缺少的组成部分，是计算机与外部世界进行信息交换的中介，是人与计算机联系的桥梁。1.输入设备输入设备是用来向计算机输入数据和信息。其主要作用是把人们可读的信息（命令、程序、数据、文本、图形图像、音频和视频等）转换为计算机能识别的二进制代码输入计算机，供计算机处理。目前常用的输入设备有键盘、鼠标器、触摸屏、摄像头、扫描仪、光笔、手写
20、输入板、游戏杆、语音输入装置等，还有脚踏鼠标、手触输入传感等。键盘键盘鼠标鼠标摄像头摄像头扫扫描仪描仪手写输入板手写输入板游游戏杆戏杆1.3 计算机硬件系统2.输出设备输出设备是将各种计算机结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。输出设备是人与计算机交互的部件，除常用的输出设备有显示器、打印机外，还有绘图仪、影像输出、语音输出、磁记录设备等。3.其他输入/输出设备调制解调器，光盘刻录机打印机打印机显示器显示器投影仪投影仪1.3.5 1.3.5 计算机的结构计算机的结构1.3 计算机硬件系统图1-12 中央处理器CPU控制器、运算器和寄存器等组成硬件系统的核心-中央处理器（Cent
21、ral Processing Unit，简称 CPU），如图1-12所示。CPU用大规模集成电路工艺集成在一块芯片上，是计算机系统的核心设备。1.3 计算机硬件系统2.总线结构1.3 计算机硬件系统总线体现在硬件上是计算机主板，它也是配置计算机时的主要硬件之一。主板上配有插CPU、内存条、显示卡、声卡、网卡、鼠标器和键盘等的各类扩展槽或接口，而光盘驱动器和硬盘驱动器则通过扁电缆线与主板相连。显卡显卡1.4 计算机软件系统图1-15 计算机硬件、软件与用户之间的关系1.4 计算机软件系统1.4.1 软件概念软件是计算机的灵魂，没有软件的计算机毫无用处。软件是用户与硬件之间的接口，用户通过软件使用
22、计算机硬件资源。1.程序程序是按照一定顺序执行的，能够完成某一任务的指令集合。2.程序设计语言（1）机器语言（2）汇编语言（3）高级语言1.4 计算机软件系统（1）机器语言在计算机中，指挥计算机完成某个基本操作的命令称为指令。所有的指令集合称为指令系统，直接用二进制代码表示指令系统的语言称为机器语言。（2）汇编语言为了克服机器语言的缺点，人们想到直接使用英文单词或缩写代替晦涩难懂的二进制代码来进行编程，从而出现了汇编语言。1.4 计算机软件系统（3）高级语言高级语言是最接近人类自然语言和数字公式的程序设计语言，它基本脱离了硬件系统，目前常用的高级语言有：C+、C、Java、Visual BAS
23、IC等。1.4 计算机软件系统3.进程和线程操作系统中的重要概念有进程、线程、内核态和用户态。（1）进程进程是操作系统中的一个核心概念。进程，顾名思义，是指进行中的程序。即：进程=程序+执行。win 7的任务管理器（按Ctrl+Alt+Del组合键）1.4 计算机软件系统（2）线程随着硬件和软件技术的发展，为了更好地实现并发处理和共享资源，提高CPU的利用率，目前许多操作系统把进程再“细分”成线程。线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。它是比进程更小的能独立运行的基本单位。（3）内核态和用户态计算机世界中的各程序也是不平等的，它们有特权态和普通态之分。特权态即内核态，拥有计算机中
24、所有的软硬件资源；普通态即用户态，其访问资源的数量和权限均受到限制。1.4 计算机软件系统计算机软件分为系统软件和应用软件两大类1.4 计算机软件系统1.系统软件系统软件是指控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的软件。系统软件主要包括操作系统（OS）、语言处理系统、数据库管理程序和系统辅助处理程序等。系统软件主要分为以下几类：（1）操作软件（2）语言处理系统（3）数据库管理程序（4）系统辅助处理程序1.4 计算机软件系统2.应用软件应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。（1）办公软件套件（2）多媒体处理软件
25、（3）Internet工具软件1.5 多媒体技术简介1.5.1 多媒体的特征多媒体是指能够同时对两种或两种以上媒体进行采集、操作、编辑、存储等综合处理的技术。多媒体技术集声音、图像、文字于一体，集电视录像、光盘存储、电子印刷和计算机通信技术之大成，将把人类引入更加直观、更加自然、更加广阔的信息领域。按照一些国际组织如国际电话电报咨询委员会制定的媒体分类标准，可以将媒体分为感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体和传输媒体五类。多媒体技术具有交互性、集成性、多样性、实时性等特征。1.5 多媒体技术简介1.5.2 媒体的数字化多媒体信息可以从计算机输出界面向人们展示丰富多彩的文、图、声信息，而在计算
26、机内部都是以转换成0和1数字化信息后进行处理，然后以不同文件类型进行存储。1.声音（1）声音的数字化声音的主要物理特征包括频率和振幅。将连续的模拟信号变成离散的数字信号就是数字化，数字化的基本技术是脉冲编码调制（PCM），主要包括采样、量化、编码三个基本过程。1.5 多媒体技术简介（2）声音文件格式存储声音信息的文件格式有很多种，常用的有WAV、MP3、VOC文件等。2.图像图像是多媒体中最基本、最重要的数据、图像有黑白图像、灰度图像、彩色图像、摄影图像等。（1）静态图像的数字化一幅图像可以近似地看成是由许许多多的点组成的，因此它的数字化通过采样和量化就可以得到。1.5 多媒体技术简介（2）动
27、态图像的数字化由于人眼看到的一幅图像消失后，还将在视网膜上滞留几毫秒，因此动态图像正是根据这种原理而产生的。动态图像是将静态图像以每秒n幅的速度播放，当n25时，显示在人眼中的就是连续的画面。（3）点位图和矢量图表达或生成图像通常有两种方法：点位图法和矢量图法。1.5 多媒体技术简介（4）图像文件格式.bmp文件：Windows采用的图像文件存储格式。.gif文件：供联机图形交换使用的一种图像文件格式，目前在网络通信中被广泛采用。.tiff文件：二进制文件格式。广泛用于桌面出版系统、图形系统和广告制作系统，也可以用于一种平台到另一种平台间图形的转换。.png文件：图像文件格式，其开发目的是替代
28、GIF文件格式和TIFF文件格式。.wmf文件：绝大多数Windows应用程序都可以有效处理的格式，其应用很广泛，是桌面出版系统中常用的图形格式。.dxf文件：一种向量格式，绝大多数绘图软件都支持这种格式1.5 多媒体技术简介（5）视频文件格式.avi文件：Windows操作系统中数字视频文件的标准格式。.mov文件：QuickTime for Windows视频处理软件所采用的视频文件格式，其图像画面的质量比AVI文件要好。.ASF：高级流格式，主要优点包括：本地或网络回放，可扩充的媒体类型，部件下载以及扩展性好等。.WMV（Windows Media Video，Windows媒体视频）：
29、微软公司推出的视频文件格式，是Windows Media的核心，使用Windows Media Player可播放ASF和WMV两种格式的文件。1.5 多媒体技术简介1.5.3 多媒体数据压缩1.无损压缩（1）行程编码（2）霍夫曼编码（3）算数编码（4）LZW压缩编码2有损压缩（1）预测编码（2）变换编码（3）基于模型编码（4）分形编码（5）矢量量化编码1.6 计算机病毒及其防治1.6.1 计算机病毒的特征和分类1.计算机病毒计算机病毒一般具有寄生性、破坏性、传染性、潜伏性和隐蔽性的特征。2计算机病毒的分类（1）引导区型病毒（2）文件型病毒（3）混合型病毒（4）宏病毒（5）网络病毒1.6 计算
30、机病毒及其防治3.计算机感染病毒的常见症状4.计算机病毒的消除目前较流行的杀毒软件有：360安全卫士、百度杀毒、腾讯电脑管家、瑞星、诺顿、卡巴斯基、金山毒霸及江民杀毒软件等。1.6 计算机病毒及其防治1.6.2 计算机病毒的预防（1）安装有效的杀毒软件并根据实际需求进行安全设置。同时，定期升级杀毒软件并经常全盘查毒、杀毒。（2）扫描系统漏洞，及时更新系统补丁。（3）未经检测过是否感染病毒的文件、光盘、U盘及移动硬盘等移动存储设备在使用前应首先用杀毒软件查毒后再使用。（4）分类管理数据。对各类数据、文档和程序应分类备份保存。1.6 计算机病毒及其防治（5）尽量使用具有查毒功能的电子邮件，尽量不要打开陌生的可疑邮件。（6）浏览网页、下载文件时要选择正规的网站。（7）关注目前流行病毒的感染途径、发作形式及防范方法，做到预先防范，感染后及时查毒避免遭受更大损失。（8）有效管理系统内建的Administrator账户、Guest账户以及用户创建的账户，包括密码管理、权限管理等。（9）禁用远程功能，关闭不需要的服务。（10）修改IE浏览器中与安全相关的设置。
