1、计算机基础知识计算机基础知识第第1章章 认识计算机1.1 计算机中数和字符的表示1.2 计算机系统的组成和工作原理1.3 微型计算机的硬件配置1.4本章导航1.1 认识认识计算机计算机 计算机的发展1 计算机的特点2 计算机的应用3 计算机的分类41.1 认识计算机1.1.1 计算机的发展了解：计算机是一种能按照事先存储的程序，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计算机的诞生1946年第一台电子数字计算机（ENIAC）于美国宾夕法尼亚大学诞生：18800多个电子管 1500多个继电器 占地面积170平方米 重约30余吨
2、 耗电150千瓦 5000次加法或400次乘法运算/秒，相当于手工计算的20万倍 ENIAC的诞生具有划时代的意义，标识着计算机时代的到来。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冯诺依曼诺依曼又提出了“存储程序存储程序”思想思想：把程序预先存放在存储器中，运行程序时，按照程序中指令的逻辑顺序，把指令从存储器取到中央处理器逐条执行，自动完成程序所描述的处理工作，随后设计出第一台“存储程序”计算机EDVAC。其核心部分是中央处理器（CPU），计算机所有功能均集中于其中，这种结构被称为“冯冯诺依曼诺依曼体系体系结构结构”，被人们普遍接受并延续至今。1.1.1 计算机的发展（1）第一
3、代计算机（1946年1957年）计算机的主要逻辑元件采用电子管电子管。其运算速度慢，每秒仅能完成几千次到几万次运算，内存容量小，仅有几千字节，使用机器语言或汇编语言编写程序，没有系统软件，输入输出设备简单，采用穿孔的纸带或卡片。这一时期的计算机体积庞大，耗电量高，可靠性差，维护困难，造价高，寿命短，使用不便，仅应用在少数尖端领域，一般在军事和科研部门用于科学计算。2计算机的发展过程1.1.1 计算机的发展（2）第二代计算机（1958年1964年）计算机的主要逻辑元件采用晶体管晶体管。其运算速度提高，达到每秒几万次到几十万次，内存普遍使用磁芯，提高了存取速度和容量，内存容量可达数万字节，外存有了
4、磁盘、磁带，存储容量大大增加，外设种类也有所增加。同时，计算机软件也有了较大的发展，提出了操作系统的概念，出现了高级程序设计语言，使编程工作变得简化方便，为计算机的广泛应用铺平了道路。这一时期的计算机除了科学计算外，还应用于数据处理和工业过程控制等领域。2计算机的发展过程1.1.1 计算机的发展（3）第三代计算机（1965年1970年）计算机的主要逻辑元件采用中小规模集中小规模集成电路成电路技术。可以在几平方毫米的硅片上集成几十个甚至几百个电子元件，使计算机的体积和功耗大大降低，运算速度大幅提高，可达每秒几十万次至几百万次，存储器进一步发展，存储容量进一步提高。同时，终端设备和远程终端设备迅速
5、发展，为日后发展的计算机网络打下基础。高级程序设计语言有了很大的发展，出现了操作系统和会话式语言。计算机的应用范围更广，同时，计算机体系结构开始向标准化、通用化、系列化方向发展。2计算机的发展过程1.1.1 计算机的发展（4）第四代计算机（1971年今）计算机的主要逻辑元件采用大大规模、超大规模集成电路规模、超大规模集成电路技术。其运算速度达到每秒几千万次到几千亿次，甚至几千万亿次，高集成度的半导体存储器取代了磁芯存储器，存储容量大大提高。操作系统不断完善，软件配置空前丰富。微型计算机大量进入家庭，产品更新、升级速度加快，应用范围更加广泛，已扩大到社会各行各业。2计算机的发展过程1.1.1 计
6、算机的发展（1）巨型化3计算机的发展趋势（2）微型化（3）网络化（4）智能化1.1.1 计算机的发展微型计算机即PC机（个人计算机），简称微型机或微机，是以微处理器为核心，配以内存储器、输入/输出接口电路及相应的辅助电路而构成的计算机。微型计算机具有小巧、轻便、价廉、易用等优点。微处理器是以单片超大规模集成电路制成的具有运算和控制功能的中央处理器。1971年第一个微处理器Intel 4004的诞生拉开了微型计算机发展的序幕。4微型计算机的发展1.1.1 计算机的发展以微处理器为标志，主要表现在微处理器的字长、主频、结构和功能等方面：4微型计算机的发展阶段起止年份 典型微处理器（以Intel为例
7、）主频4位和8位低档微处理器时代 19711973Intel 4004 80081 MHz8位中高档微处理器时代19741977Intel 8080 808525 MHz16位微处理器时代19781984Intel 8086/8088 80286525 MHz32位微处理器时代19851992Intel 80386 8048612100 MHz奔腾系列微处理器时代（32/64位）19932005Pentium（、4、D）60 MHz3.8GHz酷睿系列微处理器时代（64位）2006今Core 2 Duo、Core（i7、i5、i3）13.6GHz多核心技术1.1.2 计算机的特点1运算速度快
8、2计算精度高 3存储容量大 4具有逻辑判断能力 5工作自动化1.1.3 计算机的应用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1.1.4 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1.1.4 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）微型机巨型机又称超级计算机，是所有计算机类型中价格最高、功能最强的一类。其运算速度快、精确度高、存储容量大、功能强大、结构复杂，主要用于国防等国家尖端科学领域。1.1.4 计算机的分类3按照性能分类（1）巨型机（2）大型机
9、（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。1.1.4 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）微型机相对于大型机，小型机具有规模较小、结构简单、价格较低、易于操作、便于维护、性能适中、对运行环境要求低等特点，广泛应用于中小型企事业单位的企业管理、工业控制、数据采集、分析计算等场合，也被用作大型、巨型计算机系统的辅助机。1.1.4 计算机的分类3按照性能分类
10、（1）巨型机（2）大型机（3）小型机（4）工作站（5）微型机一种介于小型机与微型机之间的高档微机系统，专为处理专业应用领域的某类特殊事务而设计的高性能计算机。通常配有高分辨率的大屏幕显示器、大容量的内外存储器以及专用软件。工作站具有高性能的图形、图像处理能力，较强的数据处理和网络通信功能。主要应用于工程设计、动画制作、图像处理、信息服务、模拟仿真等专业领域。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）微型机微型机又称个人计算机，是由大规模集成电路组成的、体积较小的计算机。特点是结构紧凑、体积小巧、灵活性强、通用性好、软件丰富、使用方便、价格便宜，
11、因而广泛应用于社会的各个领域，具有极强的生命力。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）微型机台式电脑掌上电脑一体电脑笔记本电脑 平板电脑1.2 计算机计算机中数和字符的表示中数和字符的表示 进位计数制1 不同进制之间的相互转换2 二进制数的运算规则3 数据的表示单位4 数值信息的表示5 文字信息的表示61.2 计算机中数和字符的表示1.2.1 进位计数制计算机中常用的几种计数制计数制基数第r位的权有效数码进位规则表示方法二进制22 r0 1逢二进一借一当二(1011.1)2或1011.1B八进制88 r0 1 2 3 4 5 6 7逢八进一
12、借一当八(702.03)8或702.03Q十进制1010 r0 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十进一借一当十(6801.2)10或6801.2D十六进制1616 r0 1 2 3 4 5 6 7 8 9A B C D E F逢十六进一借一当十六(2C9.E)16或2C9.EH1.2.2 不同进制之间的相互转换【例1.1】将二进制数1011.0101B转换为十进制数。1二进制向十进制的转换“按位权展开求和”法。转换过程：1011.0101B=123+022+121+120+02-1+12-2+02-3+12-4=23+21+20+2-2+2-4=8+2+1+0.25+0.0625=11.3
13、125D1.2.2 不同进制之间的相互转换【例1.2】将十六进制数70B.A8H转换为十进制数。2十六进制向十进制的转换“按位权展开求和”法。转换过程：70B.A8H=7162+0161+B160+A16-1+816-2=7256+016+111+100.0625+816-2=1792+0+11+0.625+0.03125=1803.65625D1.2.2 不同进制之间的相互转换【例1.3】将八进制数123.24Q转换为十进制数。3八进制向十进制的转换“按位权展开求和”法。转换过程：123.24Q=182+281+380+28-1+48-2=164+28+31+20.125+48-2=64+1
14、6+3+0.25+0.0625=83.3125D1.2.2 不同进制之间的相互转换【例1.4】将十进制数11.3125D转换为二进制数。4十进制向二进制的转换整数部分的转换采用“除2取余”法，小数部分的转换采用“乘2取整”法。所以11D=1011B，0.3125D=0.0101B。11.3125D=1011.0101B1.2.2 不同进制之间的相互转换【例1.5】将十进制数1803.65625D转换为十六进制数。5十进制向十六进制的转换整数部分的转换采用“除16取余”法，小数部分的转换采用“乘16取整”法。所以1803D=70BH，0.65625D=0.A8H。1803.65625D=70B.
15、A8H1.2.2 不同进制之间的相互转换【例1.6】将十进制数83.3125D转换为八进制数。6十进制向八进制的转换整数部分的转换采用“除8取余”法，小数部分的转换采用“乘8取整”法。所以83D=123Q，0.3125D=0.24Q。83.3125D=123.24Q1.2.2 不同进制之间的相互转换7二进制与十六进制、八进制的相互转换计算机中常用进制的对应关系十进制二进制十六进制八进制十进制二进制十六进制八进制0000000810008101000111910019112001022101010A123001133111011B134010044121100C145010155131101D1
16、56011066141110E167011177151111F171.2.2 不同进制之间的相互转换7二进制与十六进制、八进制的相互转换【例1.7】将二进制数1101011.001B转换为十六进制数。转换过程：所以1101011.001B=6B.2H1.2.2 不同进制之间的相互转换7二进制与十六进制、八进制的相互转换【例1.8】将二进制数1101011.001B转换为八进制数。转换过程：所以1101011.001B=153.1Q1.2.2 不同进制之间的相互转换7二进制与十六进制、八进制的相互转换【例1.9】将十六进制数27D.6H转换为二进制数。转换过程：所以27D.6H=10011111
17、01.011B1.2.2 不同进制之间的相互转换7二进制与十六进制、八进制的相互转换【例1.10】将八进制数1175.3Q转换为二进制数。转换过程：所以1175.3Q=1001111101.011B1.2.3 二进制数的运算规则1算术运算规则加法运算减法运算乘法运算除法运算0+0=00-0=000=001=01+0=11-0=110=011=10+1=10-1=1（有借位）01=0（0不能作除数）1+1=0（有进位）1-1=011=1 1.2.3 二进制数的运算规则1算术运算规则【例1.11】计算二进制数0011与1001之和，0101与0011之差。1.2.3 二进制数的运算规则1算术运算规
18、则【例1.12】计算二进制数11010011和10001011011的值。1.2.3 二进制数的运算规则2逻辑运算规则与运算或运算异或运算非运算00=000=00 0=0=110=010=11 0=1=001=001=10 1=1 11=111=11 1=0 011.2.3 二进制数的运算规则2逻辑运算规则【例1.13】计算二进制数0011B和1110B相与、相或、异或的结果。1.2.4 数据的表示单位1位（bit）是计算机中数据存储的最小单位，指一个二进制位，可以是0或1。2字节（Byte）“字节”，是计算机中数据存储的基本单位，一个字节等于8个二进制位。1KB=1024B=210B1MB=
19、1024KB=220B1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B3字（word）计算机内部信息交换和处理的基本单位。一个字通常由一个或多个字节组成。1.2.5 数据信息的表示1无符号二进制数没有符号位的二进制编码。2有符号二进制数把二进制编码的最高位作为符号位，0表示“正数”，用1表示“负数”，其余各位为数值位，表示数的大小。常用编码：原码、反码、补码。字长表示范围8028-1（0255）160216-1（065535）n02n-11.2.6 文字信息的表示1ASCII码美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Inte
20、rchange）是计算机中最常用的字符编码，由7位二进制编码组成，共计128（27）个，包括：26个大写字母、26个小写字母、10个数字、1个空格、32个标点符号和运算符号（这些字符有确定的结构形状，在键盘上能找到相应的键位）；33个控制字符（在通信、打印、显示输出时起控制作用）。1.2.6 文字信息的表示2汉字编码国标码打印汉字显示汉字搜狗拼音输入五笔字型输入自然码输入区位码输入机内码字形码1.2.6 文字信息的表示2汉字编码好的汉字输入码应具有简单、易学、易记、编码短和重码少等特点。汉字信息在的编码，机内码=国标码+8080H。国家汉字编码标准GB2312-80图形符号和常用汉字1.3 计
21、算机系统计算机系统的的组成组成和和工作原理工作原理 计算机系统的组成1 硬件系统的基本组成2 软件系统的基本组成3 计算机系统的层次结构4 计算机的基本工作原理51.3 计算机系统的组成和工作原理1.3.1 计算机系统的组成软件系统硬件系统主机部分外设部分计算机系统中央处理器运算器控制器应用软件包用户程序外存储器输入设备输出设备系统软件应用软件操作系统语言处理程序数据库管理系统系统服务程序内存储器1.3.2 硬件系统的基本组成冯诺依曼所提出的“存储程序”原理：计算机硬件系统由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。计算机内部采用二进制编码表示指令和数据。存储程序的思想：把程序
22、预先存放在计算机的存储器中，运行时按程序顺序逐条执行。计算机的基本结构 1.3.2 硬件系统的基本组成1运算器2控制器3存储器4/设备5总线又称算术逻辑单元（ALU），对数据加工处理，进行算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非）。负责从内存储器中取指令并翻译，再根据指令的要求向各个部件发出控制信号，保证各个部件协调工作。存储计算机的程序和数据。存储器分为外存储器和内存储器（RAM、ROM、Cache）。输入设备：负责接收用户输入的原始数据和程序，并转换为二进制存入计算机中。输出设备：将计算机的处理结果或状态转换为人们能接受的形式。以总线作为公共通信线路，负责各部件之间的信息交换。总线
23、分为数据总线、地址总线和控制总线。1.3.3 软件系统的基本组成1系统软件指控制计算机的运行、管理计算机的各种资源、支持应用软件的开发和运行的软件。(1)操作系统：DOS、Windows、UNIX、Linux等(2)程序设计语言及语言处理程序机器语言、汇编语言、高级语言翻译程序（汇编、编译、解释）(3)数据库管理系统：MySQL、Access、FoxPro等(4)系统服务程序：编辑程序、连接程序、调试程序2应用软件为支持某一应用领域、解决某个实际问题，使用各种程序设计语言而开发的软件。(1)应用软件包：Microsoft Office、WPS Office(2)用户程序：针对某具体应用问题而定
24、制的专用软件。1.3.4 计算机系统的层次结构用 户应用软件操作系统裸 机计算机系统的层次结构1.3.5 计算机的基本工作原理1指令和程序每条指令由每条指令由操作码操作码和和操作数操作数两部分两部分构成。构成。操作码指出执行什么操作，操作数指出参与操作的数据或数据所在的地址。程序就是按一定规则排列的一系列指令的集合，计算机的工作过程就是执行程序的过程。例如：例如：MOV AL,21.3.5 计算机的基本工作原理2计算机的工作原理 计算机执行一条指令的3个步骤：1）取指令：从内存储器取出要执行的指令，并送入控制器。2）分析指令：对该指令进行译码分析，即根据指令中的操作码，确定将做何操作。3）执行
25、指令：按照分析的结果，控制器向相关部件发出一系列控制信号，指挥各部件完成各种操作。一台计算机所能执行的所有指令称为计算机指令系统。1.4 微型计算机微型计算机的硬件配置的硬件配置 微型计算机系统的主要性能指标1 主板2 CPU3 内存条4 外存储器5 输入设备6 输出设备71.4 微型计算机的硬件配置1.4.1 微型计算机系统的主要性能指标显示器键盘机箱鼠标评价一台微型计算机的性能时，主要以性能指标进行综合评价。1.4.1 微型计算机系统的主要性能指标1字长2主频3内存容量4存取周期5运算速度6外设配置7软件配置主频：CPU内核电路的运行频率。如：600MHz、2.6GHz主频越高，CPU的运
26、算速度就越快。字长：运算器一次直接处理的二进制数据的最多位数。如：8位、16位、32位、64位 字长越大，精度就越高，数据处理的速度就越快。内存容量：内存储器的总字节数。表示单位：B、KB、MB、GB、TB等 如：2GB、4GB、8GB、16GB 存取周期：CPU从内存储器存取一个数据所需的时间。反映了内存的读/写速度。运算速度：计算机每秒执行的指令数目。一般以MIPS（百万条指令/秒）为单位。受主频、字长、内存的容量和速度等因素影响。1.4.2 主板PS/2接口（紫色，接键盘）PS/2接口（绿色，接鼠标）散热片（下面是南桥芯片）散热片（下面是北桥芯片）PCI插槽网络接口音频接口USB接口LP
27、T接口PCI-E x16插槽PCI-E x1插槽CPU插座内存插槽IDE接口 SATA接口 1.4.3 CPU微型计算机的中央处理器（CPU）又称微处理器，是微型计算机硬件系统的核心。将运算器、控制器及相关部件集成在一块超大规模集成电路芯片上。负责各种算术运算和逻辑运算，并控制各部件自动、协调地工作。1.4.4 内存条微型计算机的内存储器以内存条的形式出现。在一块长方形的电路板上并列焊接了多个存储器芯片构成的内存组。用于存放CPU正在使用或将要使用的程序和数据。1.4.5 外存储器外存储器的种类较多（硬盘、光盘、U盘、移动硬盘等），具有存储容量大、非易失性、经济实惠等特点。适于软件存储、数据备
28、份。是微型计算机必不可少的设备。CPU内存储器外存储器总线1.4.5 外存储器1硬盘2光盘3U盘4移动硬盘5存储卡硬盘：计算机的主要存储设备，由多张表面涂有磁性介质的圆形铝合金盘片叠加组成，每张盘片有两面，每面分成若干个磁道，每磁道分成若干个扇区,磁盘数据的读写以扇区为单位，每扇区通常存放512字节。扇区磁道硬盘物理存储结构移动臂盘片主轴读写磁头传动轴固态硬盘1.4.5 外存储器光盘：在有机塑料基底上加各种镀膜制作而成的圆形盘片，由光盘驱动器通过激光原理对其数据读写。依据读写能力，光盘分为：只读型光盘（CD-ROM、DVD-ROM）一次写入型光盘（CD-R、DVD-R）可擦除型光盘（CD-RW
29、、DVD-RW）光盘驱动器（简称光驱）分为：CD光驱 DVD光驱 DVD刻录光驱1硬盘2光盘3U盘4移动硬盘5存储卡1.4.5 外存储器U盘：又称闪存盘、优盘，以闪存为存储介质的外置式移动存储器。一般以USB接口标准与主机连接，可以热插拔。具有外形小巧、稳定性好、携带方便、价格廉等特点，是数据传递和备份的最佳媒介。1硬盘2光盘3U盘4移动硬盘5存储卡1.4.5 外存储器移动硬盘：也是外置式移动存储器，其内部结构与内置硬盘几乎相同。具有存储容量大、数据安全性好、传输速度快、使用方便等特点，只要通过专用线缆与主机连接，就可以像使用内置硬盘一样进行读写操作。1硬盘2光盘3U盘4移动硬盘5存储卡1.4
30、.5 外存储器存储卡：一种独立的存储介质，以卡片的形态，嵌于手机、便携式电脑、数码相机、数据摄像机等数码产品中。具有体积小巧、携带方便、使用简单的特点，多具有良好的兼容性，便于在不同的数码产品之间交换数据。1硬盘2光盘3U盘4移动硬盘5存储卡1.4.6 输入设备1键盘2鼠标3其他输入设备键盘：微型计算机必备的输入设备。可以将数字、字母、汉字、标点符号以及一些操作命令输入到计算机。键盘通过主板上的PS/2口或USB接口与主机相连；也有利用“蓝牙”等无线技术连接到计算机的无线键盘。1.4.6 输入设备1键盘2鼠标3其他输入设备鼠标：微型计算机的基本输入设备。外形轻巧、操纵简易，通过它能够控制屏幕上
31、的鼠标箭头准确定位，并通过鼠标按键方便地完成各种操作。鼠标通过主板上的PS/2口或USB接口与主机相连；也有利用“蓝牙”技术无线连接到计算机的无线鼠标。右键左键翻页滚轮1.4.6 输入设备1键盘2鼠标3其他输入设备扫描仪：以扫描的方式捕获书稿、图片等图像信息，并转换成计算机能够识别的数据格式输入到计算机。麦克风：拾取和传送声音的音频输入设备。摄像头：能够将捕捉到的影像输入到计算机的视频输入设备。扫描仪麦克风摄像头1.4.7 输出设备1显示器2打印机3其他输出设备液晶显示器CRT显示器显卡显示器：微型计算机必备的输出设备。可以把文字、图形、图像等在屏幕上显示出来。显示器通过显卡接入主机。显卡（显示适配器）：对主机送出的显示信息转换并控制显示器正确显示输出。1.4.7 输出设备1显示器2打印机3其他输出设备打印机：将计算机的处理结果输出到纸质上，是办公场所必备的外部设备。打印机通过USB接口与主机相连，一些专用打印机也可用LPT接口接入主机。喷墨打印机激光打印机针式打印机投影仪音箱1.4.7 输出设备1显示器2打印机3其他输出设备投影仪：将图像或视频投射到幕布上的设备，广泛应用于教学、会议、娱乐等场合。音箱：将音频信号变换为声音并放大回放的设备。音箱和麦克风等音频设备通过声卡所提供的专用音频接口接入主机。
