计算机基础

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第一章信息与计算机基础知识 • 计算机概述 • 数据与信息 • 数制与编码 • 微型计算机系统 • 计算机的应用与安全

一、计算机概述 （一）计算机的发展（二）计算机的分类（三）计算机的特点

（一）计算机的发展 1、计算机发展史中的三个“世界第一” (1) 第一台通用电子数字计算机：ENIAC,1946年诞生在美国。 ENIAC的缺点： • 体积庞大，占地170平米，用了18800只电子管，1500个继电器，70000只电阻及其它元件。 • 功耗大：耗电140-150KW • 速度慢：每秒5000次加法 • 不能存储程序

ENIAC是什么样子？

用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间

1、计算机发展史中的三个“世界第一” (2)第一台按存储程序功能设计的计算机：EDVAC ，1946-1950年研制成功。 (3)第一台投入运行的具有存储程序功能的计算机：EDSAC，1947- 1949研制成功并投入运行。

计算机的发展按照所采用的逻辑器件可划分为4代：计算机的发展按照所采用的逻辑器件可划分为4代： • 第一代：电子管计算机（基本电子元件：电子管）代表产品是：UNIVAC-I 世界上第一台商品化、批量生产的电子计算机。电子管的缺点：体积大、功耗大、散热多、寿命短。第一代计算机主要用于科学研究和工程计算。 • 第二代：晶体管计算机（基本电子元件：晶体管）晶体管比电子管体积小、功耗小、散热少。第二代计算机主要用于商业、大学、政府机关。 • 第三代：集成电路计算机（基本电子元件：中小规模集成电路）集成电路（Integrated Circuit, IC)：在一块较小的单晶硅片上制作许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并将元器件组合成完整的电子电路。集成电路按集成度高低的不同可分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。 • 第四代：大规模集成电路计算机大规模集成电路：包含几十万到上百万个晶体管。出现了微型计算机

代次起止年份所用电子元器件数据处理方式运算速度应用领域第一代 1946~1957 电子管汇编语言、代码程序 5千~3万次/秒国防及高科技第二代 1958~1964 晶体管高级程序设计语言数十万~几百万次/秒工程设计、数据处理第三代 1965~1970 中、小规模集成电路结构化、模块化程序设计、实时处理数百万~几千万次/秒工业控制、数据处理第四代 1970~今大规模、超大规模集成电路分时、实时数据处理、计算机网络上亿条指令/秒工业、生活等各方面 • 表1-1 计算机发展的四个阶段

集成电路示例 电子管示例晶体管示例

我国研制计算机的情况 • 1953开始研制计算机 • 1958第一台计算机研制成功 • 1964年研制出晶体管计算机 • 1970研制出集成电路计算机 • 1983年研制出“银河-I号”巨型计算机（每秒钟1亿次） • 1992年，银河-II巨型计算机研制成功（每秒10亿次） • 1997年“银河—III号”百亿次巨型计算机研制成功 • 1999年,银河四代巨型机研制成功 • 2000年,我国研制成功“神威I“（速度：每秒3480亿次）（其主要技术指标和性能达到国际先进水平，我国成为继美国,日本之后，世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家）

（二）计算机的分类（按照计算机性能）： 巨型机、大型机、小型机、微型机 • 巨型机人们通常把最快、存储容量最大、最昂贵的计算机称为巨型机（超级计算机）。巨型机一般用在国防和尖端科学领域。目前，巨型机主要用于战略武器（如核武器和反导弹武器）的设计、空间技术、石油勘探、长期天气预报等领域。我国银河-II号巨型机

大型机价格比较贵，运算速度没有巨型机那样快，一般只有大中型企事业单位才有必要配置和管理它。以大型主机和其他外部设备为主，并且配备众多的终端，组成一个计算机中心，才能充分发挥大型主机的作用。大型机价格比较贵，运算速度没有巨型机那样快，一般只有大中型企事业单位才有必要配置和管理它。以大型主机和其他外部设备为主，并且配备众多的终端，组成一个计算机中心，才能充分发挥大型主机的作用。美国 IBM公司生产的IBM360、IBM370、IBM9000系列，就是国际上有代表性的大型主机。

小型计算机小型计算机一般为中小型企事业单位所用，例如高等院校的计算机中心都以一台小型机机为主机，配以几十台甚至上百台终端机。小型计算机小型计算机一般为中小型企事业单位所用，例如高等院校的计算机中心都以一台小型机机为主机，配以几十台甚至上百台终端机。美国DEC公司生产的 VAX系列机、IBM 公司生产的AS/400机，以及我国生产的太极系列机都是小型计算机的代表。

微型机：包括台式机、笔记本、手提式等 笔记本式手持式台式机

（三）计算机的特点 • 运算速度快 • 计算精度高 • 具有 “记忆”能力 • 具有逻辑判断功能 • 能根据程序自动运行

二、数据与信息 （一）什么是信息（二）信息系统（三）信息技术（四）数据单位

（一）什么是信息 信息就是经过加工、具有一定含义的、对决策有价值的数据。

（二）信息系统 信息系统（Information System，IS）主要包括：数据处理系统、管理信息系统、决策支持系统、办公自动化系统。

（三）信息技术 什么是信息技术（Information Technology，IT）？简单的理解就是人们处理信息的相关技术。现在所讲的信息技术一般是指最近几十年刚刚发展起来的现代信息技术，它是指利用电子计算机和现代通信手段实现信息的获取、传递、存储、处理、显示等的相关技术。

信息技术主要包括以下几个方面： • 感测技术：包括传感技术和测量技术 • 识别技术：如文字识别、语音识别、图象识别等。 • 传递技术：如广播技术 • 信息处理与再生技术：如对信息的编码、压缩、加密等。 • 信息运用技术：包括控制技术、显示技术等

现代信息技术是一种综合性技术，它的支柱技术主要包括：现代信息技术是一种综合性技术，它的支柱技术主要包括： • 计算机（Computer)技术 • 通信（Communication)技术 • 控制（Control)技术即“3C”技术

（四）数据单位 • 比特、 bit(位）：计算机存储数据的最小单位，它表示一个二进制位0或1 • 字节（Byte）：是信息存储的基本单位，等于8个二进制位即1Byte=8bit。 • 常用的存储单位有：KB、MB、GB、TB 1KB=210B=1024B 1MB=210KB=220B 1GB=210MB=220KB=230B 1TB=210GB=240B

三、数制与编码 （一）进位计数制 • 数码：一组用来表示某种数制的符号； • 基数：数制所用的数码个数； • 位权：数码在不同位置上的权值。

（二）数制之间的转换 1.十进制数转换为二、八、十六进制数十进制数的整数部分和小数部分在转换时须作不同的计算，分别求值后再组合。（1）整数部分方法：除基取余法。（2）小数部分方法：乘基取整法。

2．二、八、十六进制数转换为十进制数 方法：按权展开法。即将计数制各位上的数码与对应位上的权相乘然后相加，得到的结果就是十进制数。例：（1101）2=1*23+1*22+0*21+1*20=13 （1101）8=1*83+1*82+0*81+1*80=577 （1101）16=1*163+1*162+0*161+1*160=4353

3．二进制数转换成八进制数 方法：对二进制数从小数点开始分别向左（整数部分）和向右（小数部分）每3位一组，转换成一位八进制数，然后连接起来即可，不足3位的，在高位（整数部分）或低位（小数部分）添0。

例：把二进制数（11110010.1110011）2转换 为八进制数。 011110010.111001100 3 6 2 . 7 1 4 因此（11110010.1110011）2=（362.714）8

4．二进制数转换成十六进制数 方法：对二进制数从小数点开始分别向左（整数部分）和向右（小数部分）每4位一组，转换成一位十六进制数，然后连接起来，不足4位的，在高位（整数部分）或低位（小数部分）添0。

（三）二进制编码 计算机内部只能够处理二进制数，所以输入计算机的各种符号都必须用特定的二进制数代表，即每个符号必须与一个二进制数一一对应，称为二进制编码。计算机系统中用特定规则表示中文或西文字符的数字代码称为机内码。

ASCII码 ASCII码是一种西文机内码，它是American Standard Code for Information Interchange的缩写（美国标准信息交换代码），已被国际标准化组织ISO采纳，作为国际通用的信息交换标准代码。 ASCII码有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码，8位ASCII码称为扩展ASCII码。

7位标准ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，因此表示范围为00000000B～01111111B（0～127），一共128种组合，分别表示128个不同字符（包括96个可打印字符，32个控制字符）。7位标准ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，并规定其最高位为0，实际只用到7位，因此表示范围为00000000B～01111111B（0～127），一共128种组合，分别表示128个不同字符（包括96个可打印字符，32个控制字符）。 8位ASCII码用一个字节（8位）表示一个字符，最高位不规定为0，因此表示范围为00000000B～11111111B（0～255），一共256种组合，分别表示256个不同字符。

765位 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE 空格 0 @ P ′ p 0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 7位ASCII码表 4321位

000 001 010 011 100 101 110 111 0111 BEL ETB ’ 7 G W g w 1000 BS CAN （ 8 H X h x 1001 HT EM ） 9 I Y i y 1010 LF SUB * ： J Z j z 1011 VT ESC + ； K [ k { 1100 FF FS ， < L \ l | 1101 CR GS – = M ] m } 1110 SO RS . > N ↑ n ~ 1111 SI VS / ？ O ↓ o DEL 765 4321

（四）汉字编码 1）汉字输入码汉字输入方法：键盘、手写、语音、扫描等许多种，但键盘输入法仍是目前最主要的汉字输入方法。键盘输入方法包括：数字码（如区位）如：键入“4217”输入 “时” ；键入“2868” 输入 “间” 拼音码（如智能ABC）形码（如五笔字型）混合码（如音形码）不同输入法有自己的编码方案，不同输入法所采用的汉字编码统称为输入码。

2）汉字交换码 在计算机中，不同系统间进行汉字数据交换所使用的编码，就是汉字交换码。我国标准总局1981年制定了中华人民共和国国家标准GB2312--80《信息交换用汉字编码字符集--基本集》，其中收录了汉字6763个，各种字母符号682个，合计7445个。根据其常用程度把6763汉字分为一级汉字、二级汉字。其中一级汉字3755个，以拼音为序；二级汉字3008个，以偏旁部首为序。 2000年，国家信息产业部和质量监督局共同颁布了GB18030-2000（信息技术信息交换用汉字编码字符集基本集扩充，简称GBK）强制性国家标准，其中收录汉字27000个。

3）汉字机内码 根据国标码的规定，每一个汉字都有了确定的二进制代码，为了区别英文字符，把国标码的每一个字节的最高位置规定为1，就变成汉字机内码。扣除两字节的最高位，共可容纳214=16384个汉字。

（4）汉字字形码 汉字字形码记录汉字的外形，用于显示和打印，是汉字的输出形式。记录汉字字形有两种方法：点阵法和矢量法，分别对应两种字形编码：点阵码和矢量码。

点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵，常用的点阵有16×16、24×24、32×32或更高。点阵码是一种用点阵表示汉字字形的编码，它把汉字按字形排列成点阵，常用的点阵有16×16、24×24、32×32或更高。一个16×16点阵的汉字要占用32个字节。 • 矢量码使用一组数学矢量来记录汉字的外形轮廓。这种字体能很容易地放大缩小而不会出现锯齿状边缘，屏幕上看到的字形和打印输出的效果完全一致。

四、微型计算机系统 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。

硬件系统 1．运算器 2．控制器 3．存储器 4．输入设备 5．输出设备

1．运算器 功能：对信息进行加工、运算的部件，包括算术运算和逻辑运算。 2．控制器是计算机的核心部件，功能是指示程序的执行过程，包括取指令、分析指令、执行指令。控制器和运算器合称为CPU。

3．存储器 • 功能：存储程序和数据。 • （1）存储器分类 • 分为两大类：内存储器（主存）和外存储器（辅存） • 主存：CPU可直接访问；存取速度快而容量较小； • 辅存：CPU不能直接访问；存取速度较慢而容量较大。

内存储器 • 内存分为RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）以及高速缓冲存储器 Cache。 • RAM：可随机读写，但在断电后，其中的信息随之丢失，用来存放用户输入的程序和数据。 • ROM：只能读取，但断电后内容不变，ROM常用来存放一些固定的程序或信息，如自检程序、字库等。 • 高速缓冲存储器Cache介于RAM和CPU之间，工作速度数倍于主存，把正在执行的指令地址附近的一部分指令或者数据从主存调入这个存储器，供CPU在一段时间内使用，这样就能相对的提高CPU的运算速度。

外存储器 软盘、硬盘、光盘、移动存储设备(如优盘) 、MP3播放器等。

4．输入设备 常用的输入设备有：键盘、鼠标、扫描仪、摄像机、条形码阅读器、数码相机等。

基本键盘共有4个键区： • 主键盘区 • 功能键区 • 编辑键区（光标控制键区） • 数字小键盘区。

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