第一章计算机基础知识

第一章计算机基础知识

1.1 计算机概述

1.电子计算机的发展

世界上第一台名为ENIAC的数字电子计算机于1946年诞生在美国宾夕法尼亚大学，在半个世纪的飞速发展过程中经历了4个时代。

2.微型计算机的发展

1971年由美国Intel公司的工程师马西安·霍夫（M·E·Hoff）设计了世界上第一台名为MCS-4的4位微型计算机。该机是由一片4位微处理器Intel 4004 、一片320位（40字节）的随机存取存储器、一片256字节的只读存储器和一片10位的寄存器通过总线连接起来的。

3.计算机的分类

4.计算机的应用

(1) 科学计算

如：计算量大、数值变化范围大的天文学、量子化学、空气动力学、核物理学和天气预

报等领域中的复杂运算。

(2) 数据处理

是计算机应用的一个重要方面，如：办公自动化、企业管理、事务管理、情报检索等非

数值计算的领域。

(3) 过程控制

如：冶金、石油、化工、纺织、水电、机械、航天等现代工业生产过程中的自动化控制。

(4) 计算机辅助系统

计算机辅助设计CAD：如飞机、船舶、建筑、机械、大规模集成电路等的设计。

计算机辅助制造CAM：用计算机进行生产设备的管理、控制和操作。

计算机辅助教育CBE：如计算机辅助教学CAI、计算机辅助测试CAT、计算机管

理教学CMI

(5) 人工智能 AI

是计算机应用研究的前沿学科。

(6) 信息高速公路（此即“国家信息基础设施”NII的俗称）

我国已建立的大型计算机应用工程��"金"字工程：

金桥工程(全国经济信息网)

金卡工程(金融信息网)

金关工程(外贸海关信息网)

金智工程(教育科研信息网)

(7)电子商务

利用国际互联网Internet 进行网上商务活动，始于1996年，现已发展迅速，全球已有许多企业先后开展了“电子商务”活动。

2.1 信息在计算机内的表示

1. 基本概念

数据：是对事实、概念或指令的一种特殊表达形式，这种特殊的表达形式可以用人工的方式或用自动化的装置进行通信、翻译转换或者进行加工处理。

它包括数字、文字、图画、声音、活动图象等。

数据处理：是对数据进行加工、转换、存储、合并、分类、排序与计算的过程。

信息：是对人有用的数据。

媒体：是承载信息的载体。

包括：感觉媒体、表示媒体、存储媒体、表现媒体、传输媒体。

2. 数制

（1）计算机中常用的几种进制一览表

（2）不同进制之间的转换

(3) 计算机中采用二进制码的原因

·二进制码在物理上最容易实现

·二进制数的编码、记数、加减运算规则简单

·二进制码的两个符号“1”和“0”正好与逻辑命题的两个值“是”和“否”相对应，便于计算机实现逻辑运算。

（4）二进制数的运算

运算规则一览表

（5）计算机中带符号数的表示

计算机中规定一个数的最高位代表符号，该位为0表示正，该为为1表示负。

例： 00110100 代表 +52 被称作机器数

10110100 代表 -52

而： +0110100 代表十进制数 +52 被称作机器数的真值

-0110100 代表十进制数 -52

机器数的三种表示法

引进补码的目的：

在二进制的算术运算中，乘法采用加法和移位来完成，除法采用减法和移位来完成。 而在计算机中为节省设备，

只设加法器，故引进补码运算来将减法运算转换成加法运算。 计算机中，凡是涉及带符号数都一定是用补码表示的，运算的结果也用补码表示。

（6）二进制数的表示范围

3. 常用的信息编码

二进制编码的由来： 由于计算机需要处理各种数据，而它只能识别二进制数，故对字符要用若干位二进制码来表示。

（1）二 - 十进制码 �� BCD 码 （二进制编码的十进制）

定义： 用二进制编码来表示十进制数的编码。

特点： 保留了十进制的权，而数字用0和1的组合来表示。

最常用的BCD码是8421码。

8421码：用4位二进制数来表示1位十进制数，且逢十进位。

如：（0110）BCD=（6）D，（0001 0101）BCD=（15）D

命名由来：因4位二进制数中从左至右的各位的权分别为：23=8，22=4，21=2，

20=1，即权重依次为8，4，2，1，故被称为8421 BCD码。

注意不能与二进制数混淆起来。

例：（0100 0111）BCD =（47）D（01000111）B=（71）D

（2）美国标准信息交换码 ASCII

ASCII码是目前计算机中用得最普遍的字符编码。每个字符用7位二进制编码表示，在计算机中用一个字节（8位）来表示一个ASCII码，其第8位除在传输中作奇偶校验用外，一般保持为0。

ASCII码是由128个字符组成的字符集，其中编码值0～31（0000000～0011111）不对应任何可印刷字符，常称为控制符，用于计算机中的通信控制或对计算机设备的功能控制；编码值32（0100000）是空格字符SP；编码值127（1111111）是删除控制DEL；其余94个字符称为可印刷字符。

（3）汉字的编码

数字编码：用一串数字表示一个汉字的输入。常用的有国标区位码（GB3212-80），它将6763个两级汉字分成94个区，每个区94

输入码：位，区码和位码各两位十进制数字，即每个汉字用4位数字表示。

拼音码：以汉语读音为基础的输入方法。如：全拼、双拼

字形编码：以汉字的形状确定的编码。如：五笔字形、表形码

内部码：在设备和信息处理系统内部存储、处理、传输汉字用的代码。一般用两个字节（2个8位码）来存放一个汉字机内码，且最高位均为1。WIN95中现采用中西文统一编码“Unicode”（2字节编码），支持2万多汉字，我国确定为GB13000。为兼容GB2312，又推出了“国标汉字扩充码”GBK。

字形码：用点阵、矢量函数等方式表示的汉字字形的字模码。由于一个16×16点阵的汉字就要占用32个字节，故字模点阵只能用来构成字库，而不能用于机内存储。

各种代码之间的关系：

1．3 计算机系统

1. 计算机系统的组成

2. 计算机的基本结构

冯·诺依曼（美籍匈牙利数学家）对计算机结构提出的设计思想：

(1)计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；

(2) 采用存储程序的方式，程序和数据存放在同一个存储器中；

(3) 指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变；

(4) 机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。

由上图可以看出，微机与通用计算机没有本质上的差别，但微机广泛采用了集

成度相当高的器件和部件（如：将算术逻辑单元和控制器集成在一个单片上，

形成微处理器），并采用了独特的总线结构，任何一个部件只要符合总线标准，

就可以挂到采用这种总线标准的系统中去。

3. 计算机工作原理

计算机的工作过程其实就是一个执行指令和程序的过程。

指令的执行过程：第一阶段，计算机将要执行的指令从内存取到CPU，此阶段称之为取

指周期；第二阶段，CPU对取入的指令进行分析译码，判断该指令要完成的操作，然后

向各部件发出完成该操作的控制信号，完成该指令的功能，此阶段称之为执行周期。

程序的执行过程：就是逐条执行指令的过程。取指令→执行指令→取指令→执行指

令……

指令：就是让计算机完成某个操作所发出的命令，是计算机完成某个操作的依据。它包括操作码和操作数两部分。

操作码：指明该指令要完成的操作。

操作数：是指参加运算的数或者数所在的单元地址。

指令的分类：包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位运算指令、位与位串操作指令、控制转移指令、输入/输出指令、其他指令。

指令系统：指一台计算机的所有指令的集合。不同的计算机其指令系统不一定相同。

程序：是由一系列指令构成的有序集合。

4. 计算机的硬件系统

计算机硬件主要由中央处理器、主存储器、辅助存储器、输入/输出设备和总线等组成。其中：中央处理器、主存储器和总线构成“主机”，辅助存储器和输入/输出设备构成“外设”。

微机的主机箱内主要有下列部件：

(1) 系统主板

是一块集成电路板，是微机最主要的部件，它包括微处理器模块、内存模块、基本I/O

接口、中断控制器、DMA（直接存取存储器）控制器及连接其他部件的总线。

微处理器 CPU ：是微机的核心部件，控制计算机的各项工作。

Pentium 处理器主要由执行单元、指令预取部件、指令译码部件、地址

转换与管理部件、指令快存（cache）和数据快存（cache）、总线接口

部件和控制器等组成。其核心是执行单元（即运算器），它的任务是高

速完成各种算术和逻辑运算。

主（内）存储器：用来存放要执行的程序和要使用的数据。系统板上的主存一

般都采用DRAM。

目前微机中的半导体存储器主要有三种类型：

CMOS存储器：用来存放用户对计算机的配置参数。存放在其中的信息可以在计算机开机时进行修改，关机后可保持设置不变。其中的信息要依靠小电池来维持，电池放电后，会使其中的信息全部丢失。

I/O总线：包括传送数据信号的数据总线DB（是双向的）、传送地址信号的地址总线AB（是单向的）、传送控制信号的控制总线CB 。常用的有PCI（外围设备接口）总线、ISA（工业标准体系结构）总线、EISA（扩展的工业标准体系结构）总线.

通用串行总线（USB）：可以连接几乎所有外部设备。

输入/输出接口电路：并行接口、串行接口、软盘接口、IDE（智能设备电子接口）硬盘接口、键盘接口等

中断控制器、DMA控制器

（2）硬盘驱动器

（3）软盘驱动器

（4）光盘驱动器

（5）电源

（6）显示卡

（7）其他卡（声卡、视卡、网卡、…）

计算机常用的外部设备有：

（1）输出设备：

显示器：常见的有单色CRT（阴极射线管）显示器、彩色CRT显示器、平板显示器。

主要技术指标是：分辨率、彩色数目、屏幕尺寸

打印机：常见的有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机

绘图仪：常见的有平板式绘图仪、滚筒式绘图仪

音箱

（2）输入设备：

鼠标：常见的有机械式、光电式和光机式三类鼠标。笔记本电脑上用跟踪球代替鼠标。

键盘：常见的有101键盘、 104键盘。

扫描仪：常见的有手持式扫描仪、平板式扫描仪。

其他输入设备：数字化仪、条形码读入器、磁卡阅读机、话筒、摄象机等

（3）计算机通讯设备——调制解调器（Modem）：

在Internet 中，微机之间常通过电话线来传送数据，通过电话线传送的信号是模拟信号，而计算机中的信号是数字信号，Modem的作用就是实现这两种信号的转换。

调制：将数字信号转换成模拟信号的过程

解调：将模拟信号转换成数字信号的过程

Modem有外置式、内置式、PC卡式（是专为笔记本电脑设计的）三种。

3. 计算机软件系统

软件：是利用计算机本身提供的逻辑功能，合理地组织计算机的工作，简化或代替人们在使用计算机过程中的各个环节，提供给用户的一个便于掌握操作的工作环境。

不论是支持计算机工作还是支持用户应用的程序都是软件。

（1）计算机软件的发展

机器语言→汇编语言→高级语言→操作系统→网络软件→数据库软

件

（2）软件分类与简介

几个基本概念：

系统软件：指那些为整个计算机系统所配置的、不依耐于特定应用的通用软件。

系统软件可供所有用户使用。

应用软件：指用于解决各种不同具体应用问题的专门软件。它包括定制软件（特

定用户使用）和通用应用软件。

裸机：没装任何软件的计算机

虚拟计算机：具有操作系统的计算机

（3）系统软件的基本概念

源程序：用高级语言编写出来的程序。

目标程序：由源程序翻译出来的机器语言程序或汇编语言程序。编译程序：将高级语言源程序翻译成机器语言或汇编语言的程序，如：FL.EXE 翻译有“编译”和“解释”两种方式。

编译方式：首先将源程序翻译成等价的目标程序，然后再执行此程序，运行速度较快。如：C 、FORTRAN

解释方式：是把源程序逐句翻译，翻译一句执行一句，边翻译边执行，运行速度较慢。解释程序不产生将被执行的目标程序，而是借助解释程序直接执行源程序本身。如：BASIC 、 LISP

联接程序：把目标程序变成可执行的程序。也称组合编译程序或联接编译程序。将源程序转换成可执行的目标程序一般分为两个阶段：翻译阶段和联接阶段。翻译阶段的目标模块由于没有分配存储器的绝对地址，仍然不能执行，只有经过联接阶段，把目标程序以及所需要的功能库转换成一个可执行的装入程序，该装入程序分配有地址，故可以执行。

1．4 软件工程

1．基本概念

软件工程：是指使用工程化的概念、思想、方法和技术来研制、设计、生产和管理软件开发的全过程。

2.软件的生命周期

软件的生命周期大致分为三步：

（1）定义期：其任务是决定要开发的软件应具有什么特性，包括问题定义、可行性论证、系统分析。

（2）开发期：其任务是设计出满足要求的软件产品，包括系统初步设计、系统详细设计、编码、单元测试、综合测试。

（3）维护期：其任务是在软件使用过程中进行错误修正和功能扩展，包括修改、更新等。

3．软件开发

（1）需求分析：确定软件的功能和适用范围、与外界的接口关系、所需的软硬件支持等。

（2）软件设计：包括总体设计（确定软件的程序模块设计和模块间的接口）和详细设计（决定每个模块内部的具体算法）两步，每步完成后都要进行阶段评审。

（3）编码与调试：编制程序并按软件设计的要求调试到正确。

（4）软件测试：测试的目的是尽可能多的发现软件产品中的错误和缺陷。主要进行三种测试：模块测试、集成测试、验收测试。

（5）软件维护：修改软件运行中发现的错误和缺陷；改进设计，增加新功能，并使已运行的软件适应硬件和数据的更新、变化。

（6）文档编制：编制用户文档（用户手册、安装手册、操作手册等）、开发文档（软件需求说明书、数据要求说明书、总体设计、详细设计、测试计划与测试报告等）、管理文档（可行性报告、项目开发计划、开发进度报告、开发总结报告、维护修改报告等）

（7）项目管理：包括制定计划、建立组织、配备人员、技术指导与检验。

1．5 计算机安全

1. 计算机病毒

（1）病毒的定义：

是一些人蓄意编制的一种寄生性的计算机程序，它能在计算机系统中生存，通过自我复制来传播，在一定条件下被激活，会给计算机系统造成一定损害，甚至严重破坏。

据估计，至今在计算机上流行的病毒已有一万多种，且每天有5-7种新病毒产生。

（2）病毒的特点：

病毒一般具有这5个特点：传染性、破坏性、针对性、变种性、潜伏性。

（3）病毒的结构：

一般而言，计算机病毒（并非任何病毒）包括三大功能模块：引导模块、传染模块、表现或破坏模块。

（4）病毒的类型：

一般可分为4种主要类型：

引导区型病毒：主要通过软盘在DOS 操作系统里传播。病毒隐藏在软盘第一扇区，在系统文件装入内存之前先进入内存，从而获得对DOS的完全控制，先侵染软盘的引导区，再蔓延到硬盘，并能侵染硬盘中的主引导记录。

文件型病毒：它运作在计算机存储器里，通常感染扩展名为COM、EXE、DRV、BIN、OVL、SYS等的文件，被激活时，感染文件把自身复制到其他文件中。

混合型病毒：具有引导区型和文件型病毒二者的特征。

宏病毒：一般是指用Basic书写的病毒程序，寄存在 Microsoft Office文档上的宏代码。它影响对文档的各种操作。当文档打开时，宏病毒就处于活动状态，当触发条件满足时，宏病毒就开始传染、表现和破坏。它能通过电子邮件、软盘、Web下载、文件传输和合作应用等途径传播。据统计，目前宏病毒占全部病毒的80% ，是发展最快的病毒。

（5）病毒的传染：

目前，病毒主要通过软盘、硬盘、网络这三种途径来传染。

（6）病毒的症状：

病毒常见的症状有：

·屏幕出现异常情况：如：出现异常图形、异常滚动、异常的信息提示

·系统运行异常：如：速度突然减慢、异常死机、系统不能启动

·磁盘存取异常：如：磁盘空间异常减少、读写异常、磁盘驱动器“丢失”

·文件异常：如：文件长度无故加长、文件无故变化或丢失

·打印机异常：如；系统丢失打印机、打印机状态发生变化、无故打不出汉字

·蜂鸣器无故发声

（7）病毒的预防与清除：

病毒的预防：不在带病毒的计算机上使用软盘、不在计算机上使用带病毒的软盘和光盘（不要轻易使用来历不明的软盘、光盘）、经常对计算机和软盘进行病毒检测、在自己的计算机上安装病毒预防软件。

病毒的清除：当发现计算机有异常情况时，用正版杀毒软件对计算机进行一次全面的清查，注意不要用那些盗版的、解密的、从别处拷贝的杀毒软件。目前常用的杀毒软件有：KV3000、KILL、VRV、AV95等。

2. 数据的安全维护

由于计算机硬件故障、病毒、用户误操作等多种意外情况都会导致计算机中的系统数据或其它重要数据丢失或破坏，为安全起见，应将硬盘上的有用数据定期地复制到其他的存储设备上，如：软盘、磁带、ZIP、MO等设备上，并放在安全的地方保管。平时对这

些数据备份介质，也要防止霉变和其他自然灾害。

3. 软件的法律保护

可用于保护计算机软件的法律有三种：著作权法、专利法、商业秘密法。

1991年6月由国务院正式颁布了《计算机软件保护条例》，作为我国保护软件著作权的专门性行政法规。

1.6 多媒体技术

1. 多媒体的基本概念

多媒体：是一种以交互方式将文本、图形、图象、音频、视频等多种媒体信息，经过计算机设备的获取、操作、存储等综合处理后，以单独或合成的形式表现出来的技术和方法。

多媒体的特性：1）多样化：指信息媒体的多样化

2）交互性：指提供人们多种交互控制的能力

3）集成性：指不同媒体、不同视听设备及软、硬件的有机结合。

超文本: 是一种采用非线性的网状结构来组织信息的信息管理技术。

超媒体: 指基于多媒体信息结点的超文本。

数字音频文件：包括：WAVE（波形）文件（后缀为 .WAV）；MIDI（乐器数字化接口）文件（后缀为.MID）。

WAVE文件记录的是自然界实际的声音，以波形曲线表示，可以用软件进行再编

辑。不仅可以通过麦克风录音，还可以通过line in输入，录下电视、广播、

收音机以及放像机中的声音。

MIDI文件记录的是能够产生声音的动作（用什么乐器演奏、每个音的力度等），

以五线谱的形式表示，是用来演奏的曲谱（但比普通曲谱的信息丰富得多），

也可以用专门的软件进行编辑。

这两种文件都可以通过操作系统中的媒体播放机、录音机和声卡自带的播放程序进行播放。

音频信息的技术指标：

1）声道：单声道、双声道

2）取样频率：11．025 kHz、 22.05 kHz、 44．1 kHz

3）取样大小：8 位、 16 位

其中：双声道、44．1 kHz、16 位产生的是CD音质；（计算机常用此

音质）

单声道、11．025 kHz、8 位产生的是电话音质。

数字视频文件：

1）AVI文件（Microsoft 的标准）：可用WIN98中的媒体播放机播放。

2）MOV文件（Apple的标准）：安装专门的驱动程序后播放

3）MPEG文件（VCD标准）：可用XING软件在WIN95中播放

位图：是图象在计算机内存中的一种表示方法，每个图象元素都被表示成数个位而存

于内存中。

位图采用的是写实的手法，忠实地记录每个像素的颜色，再把这些像素点组合

成一幅图象。一般用来表达真实的照片，也可以表现复杂绘画的某些细节。位

图可以用扫描仪、视频采集设备和绘图软件手工制作。常用的位图制作软件有：

PHOTOSHOP、PUBLISHER 等，它们可对位图进行特殊效果处理。

位图文件常见格式： .BMP 、 .PCX 、 .GIF 、 .TIF 、 .JPG

矢量图：采用的是一种计算的方法，它记录的是生成图形的算法，每次显示时都要重新计算再生成。无论如何放大图形，矢量图打印出来时都不会失真。常用的矢量图制作软件有：CORELDRAW！、FREEHAND 等。

矢量图文件常见格式： .CDR 、 .AI 、 .FHx

同样一张图用位图格式表示所占内存大，但显示速度快；用矢量图格式表示所占内存

小，但显示速度慢（因需要计算再生成）。

2. 几个常见缩写词的解释

3. 多媒体计算机（MPC）的组成

多媒体计算机的基本硬件组成是：

PC机 + 声频卡（及音箱） + CD-ROM驱动器 + 视频卡(可选）+ 电影解压卡(可选)

声频卡（声卡）：是计算机中处理声音的硬件，多媒体计算机一般都应配声卡。其主要功能是：

（1）将话筒或音响输入的声音进行数字化处理并将处理后的数字波形声音还原为模拟信号声音，经功率放大后输出；

（2）可外接MIDI键盘，将弹奏的乐曲以MIDI形式输入计算机并合成为音乐声音后输出；

（3）与CD-ROM相连直接播放激光唱片的声音。

视频卡（视卡）：是计算机中将采集到的视频信息（特指运动图象）进行数字化处理和实时压缩编码所用的硬件。一般的计算机用户不配视频卡（注意不要与显示卡搞混，显示卡是与微机显示器相对应的部件）。

电影解压卡：是利用硬解压方式看VCD小影碟时所用的硬件，直接插在计算机主板上。

其工作原理是：影片的视频和音频信息是用MPEG技术压缩在VCD光盘中的，计算机通过光驱读取这些数据后，解压卡使用MPEG实时解压缩技术对数据进行快速解码，再把解码后的音频和视频数据分别送到音频转换器和显示卡。解压卡每秒钟能连续播放20

或30 帧的全屏幕彩色视频图象及其立体声配音。若想用低档微机看VCD必须配此卡。

用电影卡看VCD时，图象和声音都是有电影卡直接解压播放的，与显示卡、声卡无关。

一般高档计算机可以不配电影解压卡而用软件解压方式看VCD，但必须配声卡。

4. 多媒体实用操作

（1）更改操作系统中事件的声音

（2）在文档中加入WAVE、MIDI或AVI文件

（3）为解说词配背景音乐

（4）在计算机上唱卡拉OK

（5）通过计算机在电视上看VCD

（6）将VCD转录到录象带上

（7）将计算机与家中高级音响连接起来听音乐

（8）用视频捕捉卡将摄象机拍摄的录象制作成计算机中的小电影

（9）电脑画像（用摄象头捕捉图象，再通过彩色打印机打印出来）

（10）用计算机创作音乐

（11）用计算机收看电视

5. 多媒体技术的应用

（1）多媒体出版物

以光盘为载体的多媒体电子出版物：各种文化、娱乐作品

以国际互联网为载体的电子网络出版物：订阅报纸、杂志、书籍等

（2）多媒体广播电视

数字音频广播：不仅音质好，而且在听到声音的同时，还可以看到文字、图形

数字电视：不仅可以看到更多、更清晰的电视节目，还可以点播电视、实时响应用户中断。

（3）多媒体通信

可视电话视频会议远程会诊远程教学

1.7 计算机网络

1．网络定义

计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（包括网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息交换的系统。

2. 网络组成

若干主机、一个通信子网、一系列通信协议

3. 网络功能

1）信息交换如：传送电子邮件、发布新闻、电子购物、远程教育等