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1、0,西华师范大学实验中心,大学计算机基础,Tel:15882685982,1,第1章 计算机基础知识,计算机的历史并不长远，然而，计算机的高速发展和广泛应用，已使之成为人们生产劳动和日常生活中必备的重要工具。学习必要的计算机知识，掌握一定的计算机操作技能，是现代人的知识结构中不可缺少的组成部分。,2,计算机于1946年问世，有人说是由于战争的需要而产生的，我们认为计算机产生的根本动力是人们为创造更多的物质财富，是为了把人的大脑延伸，让人的潜力得到更大的发展。正如汽车的发明是使人的双腿延伸一样，计算机的发明事实上是对人脑智力的继承和延伸。近年来，计算机的应用日益深入到社会的各个领域，如管理、办公
2、自动化等。由于计算机的日益向智能化发展，于是人们干脆把微型计算机称之为“电脑”了。,3,第1章 计算机基础知识,主要内容：计算机的发展与应用计算机系统的组成计算机的主要性能指标 数据和信息的表示方法和数制基础计算机病毒,4,1.1 计算机的发展与应用,电子计算机定义：是一种能自动、高速、正确地处理信息的电子设备，又称“电脑”或“计算机”。,5,电子计算机的诞生1)ENIAC1946年在美国的宾夕法尼亚大学研制30吨，170平方米，功率为160千瓦运算速度为每秒5000次电子计算机诞生的标志2)冯诺依曼和程序存储方式 用二进制表示指令和数据采用存储程序的工作原理使计算机自动运行计算机由控制器、运
3、算器、存储器、输入和输出设备五个部分组成,1.1.1 计算机的诞生和发展,6,二进制的特点：可行性可靠性简易性逻辑性,7,1946年，美国物理学家莫奇利任总设计师，研制成功世界上第一台电子管计算机ENIAC(图中左为莫奇利),8,第一台电子管计算机ENIAC,9,1.2 计算机的发展历程,1)电子管计算机（19461957）EDVAC、ENIAC、IBM700等 第一代计算机特点：操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有各自不同的机器语言，功能受到限制，速度也慢。体积庞大。2)晶体管计算机（19581964）贝尔实验室发明晶体管出现了高级语言，如COBOL、FORTRAN等语言CDC6000、
4、IBM7000系列计算速度几万至几十万次,10,3)中小规模集成电路计算机（19651970）1958年德州仪器的工程师Jack Kilby发明了集成电路(IC)，将多种电子元件结合到一片小小的硅片上。更多的元件集成到单一的半导体芯片上，计算机变得更小，功耗更低，速度更快。这一时期的发展还包括使用了操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。采用中小规模集成电路运算速度为几十万至几百万IBM 360、IBM 370,1.2 计算机的发展历程,11,4)LSI和VLSI计算机（1971现在）采用大、超大规模集成电路运算速度为几百万至几亿 大规模集成电路(LSI)可以在一
5、个芯片上容纳几百个元件。到了 80 年代，超大规模集成电路(VLSI)在芯片上容纳了几十万个元件，后来的(ULSI)将数字扩充到百万级。可以在硬币大小的芯片上容纳如此数量的元件使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。,12,70 年代中期，计算机制造商开始将计算机带给普通消费者，这时的小型机带有友好界面的软件包，供非专业人员使用的程序和最受欢迎的字处理和电子表格程序。1981 年，IBM 推出个人计算机(PC)用于家庭、办公室和学校。80 年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌，微机的拥有量不断增加，计算机继续缩小体积。,13,5)智能计算机：有知识、会学习、能推理的计算机具有理
6、解自然语言、声音、文字和图像且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话 突破传统的冯诺依曼设计思想,计算机的发展历程,14,计算机发展中的关键人物,乔治布尔（Boolean George）逻辑代数的创始人香农（C.E.Shannon）信息论的创始人阿兰图灵（Alan M.Turing）“人工智能之父”冯诺依曼（Von Neumann）“计算机之父”,15,阿兰麦席森图灵（Alan Mathison Turing，1912.6.231954.6.7），英国数学家、逻辑学家，1931年图灵进入剑桥大学国王学院，毕业后到美国普林斯顿大学攻读博士学位，二战爆发后回到剑桥，后曾协助军方破解德国的著名
7、密码系统Enigma，帮助盟军取得了二战的胜利。,16,1936年，图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，题为“论数字计算在决断难题中的应用”。在这篇开创性的论文中，图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义，并提出著名的“图灵机”(Turing Machine)的设想。“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型，可制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，用来计算所有能想象得到的可计算函数。“图灵机”与“冯诺伊曼机”齐名，被永远载入计算机的发展史中。1950年10月，图灵又发表了另一篇题为“机器能思考吗”的论文，成为划时代之作。也正是这篇文章，为图灵赢得了“人工智能之父”的桂冠。,17,图
8、灵英年早逝。在他42年的人生历程中，他的创造力是丰富多彩的，他是天才的数学家和计算机理论专家。24岁提出图灵机理论，31岁参与COLOSSUS的研制，33岁设想仿真系统，35岁提出自动程序设计概念，38岁设计“图灵测验”。这一朵朵灵感浪花无不闪耀着他在计算机发展史上的预见性。特别是在60年代后当然，图灵最高的成就还是在电脑和人工智能方面，他是这一领域开天辟地的大师。为表彰他的贡献，专门设有一个一年一度的“图灵奖”，颁发给最优秀的电脑科学家。这枚奖章就像“诺贝尔奖”一样，为计算机界的获奖者带来至高无上的荣誉。而阿兰图灵本人，更被人们推崇为人工智能之父，在计算机业十倍速变化的历史画卷中永远占有一席
9、之地。,18,1.1.2 计算机特点及分类,计算机的特点运算速度快：运算速度是指计算机每秒能执行多少条指令，常用单位是MIPS。计算精度高记忆能力强逻辑判断能力强,19,1.1.2 计算机特点及分类,计算机的分类（1）按工作原理划分模拟式电子计算机数字式电子计算机（2）按功能分专用计算机通用计算机,20,1.1.2 计算机的分类,按规模划分 1)巨型机(Supercomputer)也称为超级计算机 价格昂贵，性能强大，浮点运算速度最快 2)大型机3）小型机4）微型机微型机又称为个人计算机（PC机）,21,1.1.3 计算机的应用领域和发展趋势,1)计算机的应用领域 科学计算 数据处理 实时控制
10、 计算机辅助系统 CAD：计算机辅助设计 CAM：计算机辅助制造,22,1.3 计算机的分类及应用,CAT：计算机辅助测试 CAI：计算机辅助教学 多媒体应用 电子商务,23,计算机的发展趋势,进入21世纪以来，世界计算机技术的发展更为迅速，产品不断升级换代。未来的计算机将向巨型化、微型化、网络化、智能化、多媒体计算机等方向发展。,24,计算机的发展趋势,计算机的发展趋势微型化:LSI和VSI,走入千家万户巨型化:速度高,容量大,功能完善网络化:实现信息传递和资源共享智能化:模拟人的思维活动多媒体化：利用计算机技术、通信技术和大众传播技术，来综合处理多种媒体信息,25,未来的计算机,未来的计算
11、机1)生物计算机 2)量子计算机 3)光子计算机4)高超导计算机,26,1.2 计算机系统的基本组成,计算机硬件系统运算器控制器存储器输入设备输出设备,27,计算机的工作原理,冯诺依曼原理,28,计算机硬件系统,CPU（中央处理器）CPU由运算器和控制器组成CPU是整个计算机系统的核心控制器：是计算机的指挥中心。运算器：进行算术和逻辑运算。,29,计算机硬件系统,存储系统存储器是计算机暂存数据的部件，主要用来存放程序和数据。按存储器的作用分为：主存储器（主存）和辅助存储器（外存）。存储器容量的基本单位是字节（Byte）1B=8bits 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024
12、MB 1TB=1024GB,30,主存储器（主存）：是CPU能直接访问的存储器。按存取方式不同，主存又分为随机存储器和只读存储器。随机存储器（RAM）特点：既可以从中读出数据，也可以写入数据；断电时，存储信息将全部丢失。,31,RAM按其结构分为两种：动态RAM：用于内存器静态RAM：用于高速缓冲存储器只读存储器（ROM）特点：只能读出信息，用户不能写入；即使断电，信息也不会丢失。,32,辅助存储器 辅助存储器简称外存，属于外部设备；外存一般具有存储容量大，可长期保存暂时不用的程序和数据。特点：外存不能直接与CPU交换信息，而且存取速度也较慢。,33,输入/输出设备输入设备用于接受用户输入的程
13、序和数据。常见的输入设备有鼠标、扫描仪、键盘、数码相机等。常见的输出设备有显示器，打印机，绘图仪等。,34,总线（Bus）总线是用于系统部件之间数据传送的公用信号线。根据总线上传送信息的不同，可分为三种总线：地址总线数据总线控制总线,35,1.2.2 计算机软件系统,计算机系统的层次结构,36,1、系统软件,系统软件主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统等。操作系统 是整个系统软件的核心，用来管理和控制计算机系统中硬件和软件资源，是其他软件运行的基础。常见的操作系统有DOS、UNIX、Linux,Windows。,37,语言处理程序机器语言：唯一可以被计算机硬件识别和执行的语言，由一组
14、二进制代码组成。优点：占用内存小、执行速度快。缺点：程序阅读性差、可移植性差。汇编语言：计算机不能直接执行。高级语言：是一种独立于机器的算法语言，计算机不能直接执行。,38,高级语言在输入计算机时，通过“翻译程序”翻译成机器语言形式的目标程序，计算机才能执行，这种“翻译”有两种方式：编译解释常见的高级语言有面向过程的Basic,FORTRAN,C和面向对象的c+,Java,Delphi等。,39,数据库管理系统常用的数据库管理系统有：SQL Server,Oracle,Access,Visual Foxpro等。,40,2、应用软件,应用软件是用户为解决具体实际问题而编制的计算机应用程序及其有
15、关文档资料。常见的应用软件有：Microsoft office,WPS,AutoCAD,QQ等。,41,1.2.3 微机系统的基本组成,42,微机的硬件系统,主板 主板，又称为母板，它是计算机系统中最大的一块电路板，是微机系统中连接其他各部件的基本部件之一。微处理器 衡量微处理器性能的最重要指标有：字长和主频。,43,主板,44,总线外存储器硬盘存储器光盘存储器移动存储器,45,输入设备 键盘：是数字和字符的输入装置；一般的PC用户使用的是104键盘。键盘上的按键一般分为3个区：打字键区、功能键区和数学小键盘区。鼠标扫描仪,46,47,（Backspace）退格键，光标退回一格，即光标左移一个
16、字符的位置，同时删除原光标左边位置上的字符，用于删除当前行中刚输入的字符。Enter回车键，不论光标处在当前行中什么位置，按此键后光标将移至下行行首。也表示结束一个数据或命令的输入。Space空格键，它位于键盘中下方的长条键，按下此键输入一个空格，光标右移一个字符的位置。Ctrl控制键，用于与其他键组合成各种复合控制键。Alt交替换档键，用于与其他键组合成特殊功能键或控制键。Esc强行退出键，按此键可强行退出程序。Print Screen屏幕复制键，在Windows系统下按此键可以将当前屏幕内容复制到剪贴板。shift 上档键。,48,输出设备显示器 按工作原理可以将显示器分为三类：CRT、L
17、CD和PDP。衡量显示器性能的主要参数指标有：分辨率 灰度级 刷新率,49,打印机 按工作原理可分为击打式打印机和非击打式打印机。点阵式打印机喷墨打印机激光打印机,50,微机的软件系统,操作系统计算机程序设计语言应用软件,51,1.3 衡量计算机性能的主要指标,运算速度 计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数。单位为MIPS。影响运算速度的因数有：CPU的主频字长指令系统,52,存储器的指标存取速度存储容量I/O的速度,53,1.4 计算机中信息的表示方法,进位计数制：就是用一组有限的符号和一套统一的规则来表示数的方法，简称进位制。其中一组有限的符号叫做基。进位制涉及的两个基本要素：基数
18、：数制允许选用基本数字符号的个数。位权：同一个数字处于不同的位置时，所代表的值不同。对每一个数位赋予不同的位值，称为位权。表示位权的大小是以基数为底，数字所在位置的序号为指数的整数次幂。,54,举例：十进制的基、基数、位权为了区分不同进制的数，在数的末尾增加一个表示进制的符号，称为记号。进制 基 基数 位权 记号二进制 0、1 2 2n B八进制 0、1、7 8 8n O十六进制 0、9、16 16n H A、B、F,进位计数制,55,十进制每位的值等于该位的权与该位数码的乘积。一个十进制可以写成按权展开的多项式和的形式。例如：789.237*102+8*101+9*100+2*10-1+3*
19、10-2对于任意一个十进制数K，设整数部分有n位，小数部分有m位，于是可以写成一般表达式：Kkn1*10n-1+kn2*10n-2+k1*101+k0*100+k1*101k2*102+km*10m若用J代表任意一种进制的基数，用J代替上式中的基数10，就得到将J进制数转换为十进制数的一般表达式：KJkn-1*Jn-1+kn-2*Jn-2+k1*J1+k0*J0+k-1*J-1+k-2*J2+km*J-m,进位计数制,56,1.4.2数制之间的相互转换,1.非十进制数转换成十进制 只需将其各位数乘以对应的位权展开求和即可。例：736O=7*82+3*81+6*80=478D 53H=5161+
20、3160=83D 1011B=123+022+121+120=11D A5H=()D,57,2.二进制与八、十六进制的相互转换 十六（八）进制转换成二进制：将十六（八）进制数的每一位写成对应的4（3）位二进制数即可。二进制转换成十六（八）进制：从小数点起向左和向右将该二进制数4（3）位一组分别分开，不够4（3）位，则在前面和后面补“0”。然后将每组转换成对应十六（八）进制数即可。,58,例：1101011011110.101101B=0001，1010，1101，1110.1011，0100B=1ADE.B4H1101011011110.101101B=001,101,011,011,110.
21、101,101B=15336.55O3.十进制转换成二进制 十进制转换成二进制时，整数部分和小数部分的转换方法有所不同。整数部分：采用“除二取余”法。小数部分：采用“乘二取整”法。,数制之间的相互转换,59,整数转换的操作步骤：将十进制数除以2，将余数写在右侧；如果商不为0，继续做步骤；将所得的余数自下而上写成二进制数。例：把十进制数205转换成二进制数。,数制之间的相互转换,60,小数转换的操作步骤：将十进制数的小数部分乘2，将整数提出。如果积的小数部分不为0或未达到要求，继续做步骤。将所得的整数自上而下写成二进制数。例：把十进制小数0.8125转换成二进制数。,2.数制之间的相互转换,61
22、,3.二进制的运算规则,二进制的算术运算(加、减、乘、除）加法运算法则 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0（向高位进位）减法运算法则,62,3.二进制的运算规则,0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1（向高位借位）乘法运算法则 00=0 01=10=0 11=1,63,3.二进制的运算规则,除法运算法则 00=0 01=0 11=1 10无意义,64,3.二进制的运算规则,二进制的逻辑运算（与、或、非）逻辑或 逻辑与 00=0 00=0 01=1 01=0 10=1 10=0 11=1 11=1,65,1.4.3 字符编码,数据:是指计算机能够接收和处理的物 理符号，包括字符、符号
23、、表格、声音、图形和活动影像等。信息：数据经过解释并赋予一定的意义后便成为信息。二者的关系：数据是信息的载体，信息则是数据的具体内涵。,66,1.计算机中数据和信息常用单位,位（bit）位是计算机中最小的数据单位。它是二进制的一个数位。字节（Byte）字节是表示存储空间最基本的容量单位，也被认为是计算机中最小的信息单位。,67,计算机中数据和信息常用单位,1B=8bits 1KB=1024B 1MB=1024KB1GB=1024MB 1TB=1024GB字长字长是计算机存储、传送、处理数据的信息单位。字长是计算机性能的重要指标。,68,2.计算机中数的表示方法,1.正负数表示方法 计算机中数的
24、符号通常用一个数的最高位来表示，把这位称为“符号位”。一般规定符号位用“0”表示正数，用“1”表示负数。例如：十进制数+32在字长为8位的计算机中表示为：,69,计算机中数的表示方法,符号位,数值部分,70,计算机中数的表示方法,十进制数-32在字长为8位的计算机中表示为:,符号位,数值部分,71,一个8位无符号二进制数能表示的最大十进制数是多少?计算公式：2n-1,72,编码：指对输入到计算机中的各种数值和非数值型数据按一定规则组合而成若干位二进制码来表示数或字符（字母、符号、汉字等）。ASCII码：(American Standard Code for Information Interc
25、hange)美国信息交换标准代码,3.计算机中信息编码ASCII码,73,计算机中信息编码,ASC编码 ASC编码是在计算机系统中使用得最广泛的信息编码。现已被国际标准化组织认定为国际标准。7位ASC版是全世界最通用的版本。它用7个二进制位来进行信息编码。共有128个编码，表示了128个字符元素。,74,字符编码,ACSII码(American Standard Code for Information Interchange)128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127 例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；换行 0AH 10 回车 0DH 13 空格 20H 3
26、2 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122,75,控制符号、数字、大写英文字母、小写英文字母ACSII码对应的十进制数大小关系是:控制符号数字大字英文字母小写英文字母,76,汉字编码 GB2312-80：1980年颁布的信息交换用汉字编码字符集基本集(国家标准代号为GB2312-80)，收录了汉字6763个，各种字母符号682个，一级常用汉字3755个，二级汉字3008个 汉字机内码：计算机系统中用来表示中文或西文信息的代码称为机内码，用连续两个字节表示，每个字节的最高位是1 汉字输入码：是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。,4.计算
27、机中汉字编码,77,区位码、国标码和机内码之间的转换国标码=区位码+2020H机内码=国标码+8080H,78,汉字字库：汉字信息存储在计算机内采用机内码，但输出时必须转换成字形码，以人们熟悉的汉字形式输出才有意义 因此对每一个汉字，都要有对应的字的模型（简称字模）储存在计算机内，字模的集合就构成了字模库，简称字库。汉字输出时，需要先根据内码找到字库中对应的字模，再根据字模输出汉字 构造汉字字形有两种方法：向量（矢量）法和点阵法。向量法是将汉字分解成笔画，每种笔画使用一段段的直线（向量）近似地表示 点阵方式又称“字模点阵码”。每一个汉字以点阵形式存储在记录介质上，有点的地方为“1”，空白的地方
28、为“0”,4.计算机中汉字编码,79,例如：春字所对应的字形码如下,4.计算机中汉字编码,000000000010000000000000000000000011100000000000000000100000000100000000,每一行为24位，共24行组成一个汉字的字形码，即共需要二进制位2424=576位，等于72字节。,80,GB2312-80标准对汉字进行编码是用两个字节来表示一个汉字或图形符号。每个字节只用低7位，在进入计算机后，第八位固定为1。在GB2312-80标准中，汉字被排列成94行、94列。其行号称为区号，列号称为位号，在双字节中，用高字节表示区号，低字节表示位号。,
29、81,1.5 计算机病毒和防范,计算机病毒：对计算机资源进行破坏的一组程序或指令集合。计算机病毒的特征传染性隐蔽性潜伏性破坏性非授权可执行性,82,计算机病毒的防范,对重要部门的计算机采用专机专用慎用网上的下载软件，不打开来路不明的电子邮件。安装防病毒软件定期对计算机系统进行检测,83,常见的计算机病毒,宏病毒引导型病毒脚本病毒文件型病毒特洛伊木马,84,本章主要介绍了计算机的诞生、发展历程与类型，计算机系统的基本概念，以及计算机硬件系统和软件系统的基本知识。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。目前，计算机的功能已经非常强大，但其体系结构仍是冯诺依曼体系结构。其主要特点是采用二进制和程序存储。硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入/输出设备五大部分。计算机软件由系统软件和应用软件组成，而操作系统是软件系统的核心。人们常用十进制表示数值，而计算机采用二进制。各种数值的表示方法以及相互之间的转换。对于非数值数据的表示，一般采用编码的方式解决。常用的ASCII码、汉字编码等。不同的编码适用于不同的场合。,本章小结,
