第1章 計算機基礎(chǔ)知識

第1章計算機根底知識本章將介紹計算機的一些根底知識，如計算機的開展史、特點及應用，計算機的根本組成，計算機的硬件、軟件及常用術(shù)語、計算機的數(shù)制表示等。通過本章的學習，使讀者對計算機有個初步認識，為今后學習計算機的應用技術(shù)打下良好的根底。本章要點●計算機概述●信息在計算機中的表示●計算機系統(tǒng)●微型計算機11.1計算機概述

1.1.1計算機開展簡史-第一臺電子計算機的誕生

電子計算機誕生于二十世紀四十年代，它的出現(xiàn)對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。它是一種能夠按照人的意圖自動、高速、精確地進行數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理的現(xiàn)代化的電子設備。1946年2月14日美國賓夕法尼亞州立大學莫爾機電工程學院研制完成并在美國費城公開展示了世界上第一臺電子計算機ENIAC〔埃尼阿克〕。這臺計算機使用了18000多個電子管，5000多個繼電器，占地約170平方米，重達30噸，功耗達150千瓦/小時，當時價值40萬美元。雖然其運算速度僅每秒5000次加法運算，也還是比當時的繼電器計算機快1000倍。2世界上第一臺電子計算機3第一代計算機〔1946—1956年〕使用的電子元器件主要是電子管，運算速度為每秒幾千次—幾萬次，內(nèi)存容量僅幾千字。

第二代計算機〔1957—1964年〕使用的電子元器件主要是晶體管，運算速度從每秒幾萬次提高到幾十萬次，內(nèi)存容量擴大到幾十萬字。

1.1計算機概述

計算機開展簡史---計算機開展階段4第三代計算機〔1965—1970年〕使用的電子元器件主要是小規(guī)模集成電路。這一時期的計算機開始使用操作系統(tǒng)，使得計算機在中心程序的控制協(xié)調(diào)下可以同時運行許多不同的程序。第四代計算機〔1971年起至今〕使用的電子元器件主要是大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。1.1計算機概述

計算機開展簡史---計算機開展階段5美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼于1946年針對ENIAC的缺點提出計算機的“存儲程序〞工作原理。同時，指出計算機的體系結(jié)構(gòu)應由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五局部組成，并首次提出“中央處理器〞〔CentralProcessingUnit，簡稱CPU〕的概念，這就是著名的“馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)〞。

1.1計算機概述

1.1.1計算機開展簡史----“存儲程序〞工作原理和馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)6

1.1.2計算機的分類按處理數(shù)據(jù)的方式分類：模擬計算機和數(shù)字計算機；按應用范圍分類：專用計算機和通用計算機；按規(guī)模分類：巨型機、大型機、小型機、工作站、微型機等。1971年，美國的Intel公司成功地在一個芯片上實現(xiàn)了中央處理器的功能，制成了世界上第一片4位微處理器MPU(microprocessingunit)，并由它組成了第一臺微型計算機，由此揭開了微型計算機大普及的序幕。隨后，芯片的主頻和集成度在不斷提高，芯片的集成度幾乎每18個月就提高一倍，而由它們構(gòu)成的微型機在功能上也不斷完善?，F(xiàn)在一般所說的計算機都是指微型機，也稱作電腦或微機。

1.1計算機概述

71.1.3計算機的應用電子計算機以其卓越的性能和旺盛的生命力，在科學技術(shù)、國民經(jīng)濟及生產(chǎn)、生活等各個方面都得到了廣泛的應用，并取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。1．科學計算〔數(shù)值計算〕2．數(shù)據(jù)處理〔信息管理〕3．自動控制4．計算機輔助系統(tǒng)5．辦公自動化6．人工智能7．多媒體技術(shù)應用1.1計算機概述

81.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換不管是指令還是數(shù)據(jù)，假設想讓計算機識別并執(zhí)行都必須采用二進制編碼形式，即使是圖像、聲音這樣的信息，也必須轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的形式，計算機才能識別。1．常用的進位計數(shù)制數(shù)的進位制有十進制、二進制、八進制和十六進制等。十進制數(shù)是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫臄?shù)制形式；二進制是計算機內(nèi)部采用的編碼形式；八進制和十六進制是二進制的縮寫形式。1.2

信息在計算機中的表示

91.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換〔1〕十進制有十個不同的數(shù)碼符號：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，計數(shù)特點是每一個數(shù)碼符號根據(jù)它在數(shù)中所處的位置〔數(shù)位〕，按“逢十進一〞來決定其實際數(shù)值〔即各數(shù)位的位權(quán)是以10為底的冪次方〕基數(shù)為10。十進制是人們習慣使用的計數(shù)方式，在計算機應用中用戶仍使用十進制數(shù)據(jù)，通過計算機自動轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)。1.2

信息在計算機中的表示

101.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換〔2〕二進制二進制有兩個不同的數(shù)碼符號0和1，計數(shù)特點是“逢二進一〞，基數(shù)為2。計算機中數(shù)的存儲和運算都是用二進制進行的。加法規(guī)那么：0+0=01+0=10+1=11+1=10乘法規(guī)那么：0×0=00×1=01×0=01×1=11.2

信息在計算機中的表示

111.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換〔3〕八進制有八個不同的數(shù)碼符號，0、1、2、3、4、5、6、7，計數(shù)特點是“逢八進一〞，基數(shù)為8。例如八進制數(shù)7+1=10而不是8；一個八進制數(shù)653.27可表示為：〔653.27〕8=6×82+5×81+3×80+2×8-1+7×8-21.2

信息在計算機中的表示

121.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換〔4〕十六進制十六進制有十六個不同的數(shù)碼符號，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，計數(shù)特點是“逢十六進一〞，基數(shù)為16。例如十六進制數(shù)F+1=10，9+1=A而不是10?！?B.D〕16=8×161+11×160+13×16-11.2

信息在計算機中的表示

131.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換2．數(shù)制的轉(zhuǎn)換〔1〕十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二〔八、十六〕進制數(shù)將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為基數(shù)為二〔八、十六〕的數(shù)制時，可將此數(shù)分成整數(shù)和小數(shù)兩局部分別進行轉(zhuǎn)換，然后再拼接起來。即：整數(shù)局部：除2〔8或16〕取余數(shù)，余數(shù)從下向上依次從高位到低位排列。小數(shù)局部：乘2〔8或16〕取整數(shù)，整數(shù)從上到下依次從高位到低位排列。1.2

信息在計算機中的表示

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1.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換

1.2

信息在計算機中的表示

151.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換〔2〕二〔八、十六〕進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)基數(shù)為二〔八、十六〕進制的數(shù)字，只要將其各位數(shù)字與它的位權(quán)相乘，其積相加，得到的數(shù)就是十進制數(shù)?！纠?.2】將二進制數(shù)〔11010111.11001〕2轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)〔11010111.11001〕2=1×27+1×26+0×25+1×24+0×23+1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2+0×2-3+0×2-4+1×2-5=215+0.78125=〔215.78125〕101.2

信息在計算機中的表示

161.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換〔2〕二〔八、十六〕進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)基數(shù)為二〔八、十六〕進制的數(shù)字，只要將其各位數(shù)字與它的位權(quán)相乘，其積相加，得到的數(shù)就是十進制數(shù)?！纠?.3】將十六進制數(shù)〔D7.C8〕16轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)〔D7.C8〕16=13×161+7×160+12×16-1+8×16-2=〔215.78125〕101.2

信息在計算機中的表示

171.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換〔3〕二、八、十六進制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換一般來說，3位二進制數(shù)可用1位八進制數(shù)表示，4位二進制數(shù)可用1位十六進制數(shù)表示，這樣就可以將二進制數(shù)通過不同數(shù)位的組合構(gòu)成新的八進制或十六進制數(shù)。①二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八〔十六〕進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：以二進制數(shù)小數(shù)點為中心，向左右兩邊各分成3位〔4位〕一組，中間的0不能省略。假設最高位或最低位缺乏3位〔4位〕的，分別補0即可?！纠?.4】將二進制數(shù)〔11010111.11001〕2轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)〔11010111.11001〕2=11010111.11001000=〔D7.C8〕16D7C81.2

信息在計算機中的表示

181.2.1計算機內(nèi)數(shù)的表示與轉(zhuǎn)換②八〔十六〕進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)將八〔十六〕進制數(shù)的每一位數(shù)分別擴展成3位〔4位〕二進制數(shù)，排列順序和小數(shù)點位置不變，并去掉兩端的多余的0即可?！纠?.5】將十六進制數(shù)〔D7.C8〕16轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)〔D7.C8〕16=D7.C8=〔11010111.11001〕211010111.110010001.2

信息在計算機中的表示

191.2.2計算機容量的表示計算機中的任何信息都是以二進制編碼形式存儲的，即以0和1的形式存在。計算機信息的單位通常用“位〞、“字節(jié)〞和“字〞等。1．位〔bit〕位是度量數(shù)據(jù)的最小單位，表示一位二進制信息。一個二進制位可以表示0或1兩種不同狀態(tài)。1.2

信息在計算機中的表示

201.2.2計算機容量的表示2．字節(jié)〔Byte〕一個字節(jié)由8位二進制數(shù)字組成〔1Byte=8bit〕。字節(jié)是計算機中用來表示存儲空間大小的最根本單位。計算機中的信息容量通常都是按2的幕次方數(shù)來計算的，如210=1024。例如說一個文件的大小為1K，即意味著該文件存儲需要1024個字節(jié)的存儲空間，也就是1024×8個二進制位。1.2

信息在計算機中的表示

211.2.2計算機容量的表示2．字節(jié)〔Byte〕計算機的存儲器通常是以多少字節(jié)來表示容量的。常用的單位有Byte〔字節(jié)〕、KB〔千字節(jié)〕、MB〔兆字節(jié)〕、GB〔吉字節(jié)〕和TB〔太字節(jié)〕1B=8bit1KB=210B=1024Byte1MB=220B=1024KB=1024×1024Byte1GB=230B=1024MB=1024×1024KB=1024×1024×1024Byte1TB=240B=1024GB=1024×1024MB=1024×1024×1024KByte1.2

信息在計算機中的表示

221.2.3字符的表示計算機中的數(shù)字和字符都是用二進制表示的，而人們已習慣于使用十進制數(shù)及其他文字符號，那么輸入輸出時，數(shù)據(jù)就要進行相應的轉(zhuǎn)換處理。為此，首先要對文字和符號進行數(shù)字化變換，即用二進制編碼來表示文字和符號。字符編碼〔CharacterCode〕就是用二進制編碼來表示字母、數(shù)字以及專門符號。下面簡要介紹ASCII碼和漢字編碼。1.2

信息在計算機中的表示

231.2.3字符的表示1．ASCII碼目前計算機中普遍采用的字符信息編碼方案是ASCII碼，即美國信息交換標準代碼〔AmericanStandardsCodeforInformationInterchange—ASCII〕。ASCII碼包括0-9十個數(shù)字，大小寫英文字母52個，控制字符33個，各種標點符號和運算符號32個。ASCII碼由7位二進制數(shù)編碼組成，有128〔27=128〕個不同符號，由于計算機中實際用8位表示一個字符，故ASCII碼的最高位用作校驗位，其他7位記錄數(shù)字符號的編碼。1.2

信息在計算機中的表示

241.2.3字符的表示2．漢字編碼ASCII碼只能表示英文字母和數(shù)字等符號，要用計算機處理漢字，還必須對漢字進行編碼處理。與西文字符比較，漢字數(shù)量大，字形復雜，同音字多，所以漢字在計算機內(nèi)部的存儲、傳輸、交換、輸入、輸出過程中所使用的編碼是不同的?！?〕漢字輸入碼〔2〕國標碼、區(qū)位碼和順序碼〔3〕漢字機內(nèi)碼〔4〕漢字字型碼1.2

信息在計算機中的表示

251.3.1計算機系統(tǒng)一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大局部組成。1.3計算機系統(tǒng)

261.3計算機系統(tǒng)

1.3.1計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的物理部件。是由各種電子器件和印刷電路板構(gòu)成的計算機插件、機箱、電源、散熱系統(tǒng)以及外部設備等所組成的復雜系統(tǒng)。它通過電氣的，機械的方式彼此相連，組成一個功能實體，是整個計算機系統(tǒng)的物質(zhì)根底。

軟件系統(tǒng)是指各種系統(tǒng)軟件和應用軟件及相應的說明文件等。軟件按其功能又可以分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件是指為方便用戶、提高計算機系統(tǒng)的效率、擴充硬件功能而編制的程序。如操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。應用軟件是指用戶為解決某一特定問題而編制的程序。271.3.2計算機硬件計算機硬件是人們看得見、摸得著的實體，它是由一組設備組裝而成的，將這些設備作為一個統(tǒng)一體而協(xié)調(diào)運行，故稱之為硬件系統(tǒng)。計算機硬件主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五局部組成。1．運算器〔ALU〕2.控制器〔CU〕3．存儲器〔1〕主存儲器〔內(nèi)存〕〔2〕輔助存儲器〔外存〕4．輸入設備5．輸出設備1.3計算機系統(tǒng)

28計算機硬件根本組成圖示29計算機硬件--輸入設備

輸入設備：外界向計算機輸入數(shù)據(jù)和程序的裝置。常用輸入設備如下：鍵盤鼠標掃描儀30針式打印機優(yōu)點：打印本錢低，打印介質(zhì)廣。缺點：打印質(zhì)量差，噪聲大。噴墨打印機優(yōu)點：價格低，噪聲較小，打印速度較快，打印質(zhì)量好。缺點：遇水會退色，對打印紙張要求高。激光打印機優(yōu)點：打印速度快，打印質(zhì)量好，噪聲小缺點：價格貴，打印本錢高。輸出設備——打印機計算機硬件---輸出設備311.3.3計算機軟件1．計算機軟件的分類計算機軟件是指在計算機硬件上運行的各種程序以及有關(guān)的文檔資料。使用不同的計算機軟件，可以讓計算機完成許多不同的工作。計算機軟件一般分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是指與計算機系統(tǒng)有關(guān)的面向系統(tǒng)本身的軟件。主要負責管理、控制、維護、開發(fā)計算機的軟硬件資源，提供給用戶一個便利的操作界面和提供編制應用軟件的資源環(huán)境。應用軟件是由計算機用戶在各自的業(yè)務領(lǐng)域內(nèi)開發(fā)和使用的、用于解決各種實際問題的應用程序。1.3計算機系統(tǒng)321.3.3計算機軟件2．計算機語言和程序設計計算機語言就是人與計算機之間交換信息的工具。人們利用計算機語言編寫程序，讓計算機按人的意志替人們解決一些現(xiàn)實問題。為了完成某項特定任務用計算機語言編寫的一組指令序列就稱之為程序。計算機語言的開展經(jīng)歷了機器語言、匯編語言、高級語言等從低級到高級的開展階段。隨著Windows等圖形用戶界面的出現(xiàn)，計算機軟件廠商紛紛推出“可視化程序設計語言〞，即計算機語言的可視化設計版本。如VisualC++，VisualBasic等1.3計算機系統(tǒng)33微型計算機〔簡稱微機〕，又叫PC〔PersonalComputer〕機。自從1971年美國生產(chǎn)出世界上第一臺微機以來，幾乎每隔18個月，CPU的運算速度就提高一倍。1981年IBM公司將采用Intel公司的8088芯片制造的PC機投放市場，以其功能強，技術(shù)開放，價格廉價而風行全球，從而開創(chuàng)了微機時代的新紀元。1.4微型計算機341.4.1微型計算機的組成

微機一般由主機、顯示器、鍵盤、鼠標和其它外設等幾局部組成。其中主機包含主板、CPU、內(nèi)存條、顯卡、聲卡、硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)、機箱等組成。主機、顯示器和鍵盤、鼠標是微機最根本的配置。1.4微型計算機351.4.1微型計算機的組成

1．主板主板是安裝在主機箱底部的一塊多層印刷電路板，外表兩層印刷信號電路，內(nèi)層印刷電源和地線。主板上通常有CPU、存儲器ROM、RAM、輸入/輸出控制電路擴充插槽，鍵盤接口、面板控制開關(guān)等。如下圖。主板是微機的重要的組成局部，它決定了微機的檔次與性能。1.4微型計算機361.4.1微型計算機的組成2．中央處理器〔CPU〕CPU是微型計算機的核心，如下圖。一般CPU的功能和處理速度，可以從它的型號、數(shù)字來判斷它的等級，如Pentium系列是586型的CPU，它后面型號的數(shù)字即為它的工作頻率，也就是它處理速度的時鐘。按照其處理信息的字長，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及64位微處理器等等。1.4微型計算機371.4.1微型計算機的組成3．內(nèi)存儲器內(nèi)存是指CPU可以直接讀取的內(nèi)部存儲器，主要是以芯片的形式出現(xiàn)。一般見到的內(nèi)存芯片是條狀的，也叫“內(nèi)存條〞，如下圖。內(nèi)存條需要插在主板上的內(nèi)存槽中才能工作，一臺計算機中可以插多個內(nèi)存條。計算機的內(nèi)存一般是本機中所有內(nèi)存條總的容量，一般有64M、128M、256M、512M等。1.4微型計算機

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1.4.1微型計算機的組成

4．顯示卡顯示卡也稱圖形加速卡，顯示卡和顯示器構(gòu)成了計算機的顯示系統(tǒng)。圖形加速卡擁有自己的圖形函數(shù)加速器和顯存，這些都是專門用來執(zhí)行圖形加速任務，因此，就可以大大減少CPU所必須處理的圖形函數(shù)，減輕CPU的工作負擔從而提高計算機的整體性能。

1.4微型計算機

顯卡的性能指標包括接口方式、數(shù)據(jù)位寬度、顯示內(nèi)存的大小、支持的分辨率、色彩數(shù)目、屏幕刷新速率及圖形加速性能等。391.4.1微型計算機的組成5．聲卡聲卡的誕生把計算機從無聲世界帶入了豐富多彩的多媒體世界，無論是在應用軟件還是在娛樂程序中，層次清晰的語音、典雅優(yōu)質(zhì)的音樂、效果逼真的模擬聲，是一套成功的軟件不可缺少的組成局部，而所有這些音響效果，都是由聲卡所產(chǎn)生的。聲卡的出現(xiàn)使計算機得到了更加廣泛的運用。1.4微型計算機401.4.1微型計算機的組成6．軟盤驅(qū)動器軟盤驅(qū)動器是驅(qū)動軟盤旋轉(zhuǎn)并同時向軟盤寫入數(shù)據(jù)或從軟盤讀出數(shù)據(jù)的設備，它由機械結(jié)構(gòu)和控制電路兩局部組成。軟盤盤片和軟盤驅(qū)動器是相互獨立別離的，因而它的讀寫速度較慢?，F(xiàn)在使用的都是3.5英寸軟驅(qū)，可以讀寫容量1.44M的高密度3.5英寸軟盤。1.4微型計算機41軟盤保護盒上開有讀寫孔，以供驅(qū)動器的磁頭對磁盤外表進行讀寫，標簽旁有一個寫保護口，當上面的滑動塊將孔封住時，可以進行讀寫，而滑動塊將孔露出時，那么只能讀出不能寫入。寫保護是個非常有用的功能，可防止誤寫操作，也防止病毒對它的侵害。1.4微型計算機1.4.1微型計算機的組成

軟盤是涂有磁性材料的塑料圓盤，封裝在方形的塑料保護盒里。如下圖。421.4.1微型計算機的組成7．硬盤硬盤是計算機系統(tǒng)中使用最多的外存儲器，安裝在主機箱中，如下圖。目前硬盤的開展主要是向大容量、高速存儲、小體積、高可靠性這幾個方面進行。硬盤一般采用IDE標準接口，隨著技術(shù)的不斷提高，目前比較流行的是EIDE標準接口。1.4微型計算機431.4.1微型計算機的組成8．優(yōu)盤〔閃存盤〕優(yōu)盤是以半導體芯片為存儲介質(zhì)。其優(yōu)點是體積小、重量輕、便于攜帶、不怕碰撞、無噪聲、讀寫速度快等。其缺點是價格較高、容量有限。它采用了一種叫做“FlashMemory〞的技術(shù)，是一種非易失性的存儲器，可重復擦寫100萬次，保存數(shù)據(jù)可長達10年以上。1.4微型計算機441.4.1微型計算機的組成9．光盤驅(qū)動器光盤驅(qū)動器是用來讀取光盤片而使用的。光盤以光學方式進行讀寫數(shù)據(jù)，目前常用的是激光光盤存儲器。激光光盤存儲器記錄數(shù)據(jù)時用功率較強的激光照射盤片，使得盤片外表出現(xiàn)很微小的凹坑，數(shù)據(jù)以凹凸形式記錄下來。讀取信息時，用激光照射盤片，由于盤片凹凸不平造成光線產(chǎn)生的折射不同，通過