第 1 章计算机基础知识

第一章：计算机基础知识

第 1 章计算机基础知识

1.1 计算机发展史1.2 数字化信息编码与数据表示1.3 微型计算机系统的组成1.4 多媒体技术应用基础1.5 计算机数据的安全


1.1 计算机发展

1.1.1 计算机的发展

1.1.2 计算机的特点

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1.1.1 计算机的发展

1 ．传统计算机的发展2 ．微型计算机的发展3 ．现代计算机的分类4 . 计算机的发展趋势


与计算机诞生相关的人物

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1 。查尔斯 · 巴贝奇（ 1791—1871 ）是英国数学家，在近代计算机发展中，查尔斯 · 巴贝奇起着奠基的作用。

主要发明： 1 ）。 1822 年设计了“差分机” 2 ）。 1834 年设计了“分析机”

（以上两种机器均用蒸汽机作为动力）

3 ）。在他的分析机中已经具有输入、处理、存储、输出及控制五个基本装置的构思。当时他还提出了“条件转移”的思想。这些构思，成了今天计算机硬件系统组成的基本框架。

2 。霍华德 · 艾肯（ 1900—1973 ）是美国人。 1936 年他提出用机电方法而不是纯机械方法来实现巴贝奇分析机的想法。

主要发明： 1944 年成功地制造了 Mark2 计算机，使巴贝奇的梦想变成了现实。

3 。阿伦 · 图灵（ 1912—1954 ）是英国数学家，他为计算机的诞生奠定了理论基础。

主要理论： 1936 年提出了计算机的抽象理论模型，发展了可计算性理论。

4 。埃克特 (J . P . Eckert) 和莫克里（ John Mauchly) 带领的研制组是 1943 年 2 月在美国宾夕法尼亚大学成立的。。

主要发明： 1946 年 2 月制成了 ENIAC ，是世界上公认的第一台计算机。（背景资料）

5 。冯 · 诺依曼（ 1903—1957 ）是美籍匈牙利数学家，是冯。诺依曼型计算机的设计者。


ENIAC(1)

20 世纪 40 年代中期，由于导弹、火箭、原子弹等现代科学技术的发展，出现了大量极其复杂的数学问题，原由的计算工具已无法满足要求，于是在 1943 年，美国陆军部出钱，在宾夕法尼亚大学，由埃克特和莫克里带领研究人员开始了研制工作。 1945 年，新机器研制成功，经过试运行后于 1946 年 2 月正式交付使用，由于这部机器的主要电子元件是电子管，它的主要工作原理是利用电脉冲转换，因此它被命名为“电子数字积分机和计算机（ Electronic 　 Numerical 　 Integrator　 and 　 Computer ），英文简称“ ENIAC” ，通称“爱尼亚克”。 ENIAC 虽然存在着很多缺陷，但是它成为公认的世界上第一台计算机 .

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ENIAC(2)

ENIAC 装有 16 种型号的 18000 个真空管、 1500 个电子继电器、 70000 个电阻器、 18000 个电容器， 8英尺高， 3 英尺宽， 100 英尺长，总重量有 30 吨之巨，简直就是庞然大物。　　 ENIAC 每秒 5000 次加法运算， 50 次 sin 和 cos函数数值运算的计算速度，还是让人类第一次感到了自卑。有人这样评价 ENIAC ，“弹道计算的速度比炮弹飞行的速度还快”，“这样的机器，全世界只要有两台就足够了”。 ENIAC 的问世深刻地影响着世界的政治、军事、经济格局，影响着人类的工作与生活方式，称 ENIAC 为信息时代的蒸汽机毫不为过。

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ENIAC机房


冯 · 诺依曼冯 .诺依曼提出的主要理论：（ 1 ） ENIAC 以后的电子计算机由五大部分构成的硬件结构。（ 2 ）指令和数据均以二进制数的形式存储并加以处理；采用“存储程序，程序控制”的设计原理。 1949 年，英国专家威尔克斯根据 EDVAC 方案，研制出了程序存储式计算机。这是世界上第一台属于第一代的电子计算机。

由于第一代电子计算机结构复杂、价格昂贵、调试困难，因此，发展缓慢。直到 1956 年，美国总共才生产了 1000 台左右。不过，它为人类的科学进步作出了很大的贡献 .

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传统计算机的发展

传统计算机发展的四个阶段

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 1946~1958 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 1964~1970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


微型计算机的发展

代次起止年份 CPU 数据位数主频（ MHZ ）

第一代 1971~1972 Intel4004 、 8008 4 位、 8位

1

第二代 1973~1977 Intel8080 8位 2

第三代 1978~1980 Intel8086 16位 >5

第四代 1981~1992 Intel80386 、 80486 32位 >25

第五代 1993~1998 Pentium 及 Pentium Pro

64位 60~400

第六代 1999~ 今 PentiumⅢ 64位 450~800

微型计算机的六个发展阶段


计算机的特点

（ 1 ）运算速度快。（ 2 ）精度高。（ 3 ）存储容量大。（ 4 ）具有逻辑判断能力。


微型计算机及特点微型计算机是电子计算机技术和大规模（以及超大规模）集成电路工艺技术的结晶，它的出现和发展是和大规模集成电路工艺技术的发展分不开的。在结构上，各类计算机并没有本质上的区别，都是由运算器、控制器、存储器和输入及输出设备组成，其中的运算器和控制器是核心部分，通常把它们称为中央处理器（ Central Processing Unit ），其缩写符号为 CPU ，随着大规模集成电路工艺技术的发展，到了 70 年代初期，已经能够把原来体积很大的中央处理器集成在一片大规模集成电路芯片上，称为微处理器（简称 μP或Mpu ），习惯上我们称为 CPU 。以 Mpu 为基础，由Mpu 、存储器、输入 / 输出接口以及其它支持逻辑组成的计算机称为微型计算机。微型机具有以下一系列的特点： 1 、体积小、重量轻由于采用大规模集成电路（ LSI ）和超大规模集成电路（ VLSI ）使微型机所含的器件数目大为减少，体积大为缩小。 2 、价格低廉使得其成为个人计算机 PC （ Personal Computer ）。 3 、可靠性高、结构灵活由于所含元器件数目少，所以连线比较少，这样，使微型机的可靠性较高，结构灵活方便。 4 、应用面广现在，微型机不仅占领了原来使用小型机的各个领域，而且广泛用于过程控制等新的场合。此外，微型机还进入了过去电子计算机无法进入的部门。如测量仪器、教学部门、医疗设备和家用电器等。

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计算机的分类

依据 IEEE （美国电气和电子工程师协会）的划分标准，计算机分成 :

(1)巨型机(2) 小巨型机(3)大型主机

(4) 小型机(5)工作站(6)个人计算机

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计算机的发展趋势

1 巨型化（高速、大存储容量、强功能，目前的运算速度几十万亿次 / 秒）

2 微型化（体积小、轻便）

3 多媒体化（以数字技术为核心的图象、声音与计算机、通信融为一体的信息环境，目的是，无论什么地方，只用简单的设备就能互相交换信息）

4 网络化（现代通信技术与计算机技术结合的产物。特点是打破了地域、不同机型、不同操作系统，共享资源，信息的交流非常方便）

5 智能化（让计算机具备视觉、听觉、语言、思维、逻辑推理的能力）


. 计算机的应用

（ 1 ）科学计算。（ 2 ）自动化。（ 3 ）数据处理。（ 4 ）计算机网络。（ 5 ）计算机辅助教育（ CAI ）。

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数字化信息编码与数据表示

1. 数字化信息编码的概念

2. 常用信息编码

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1 数字化信息编码的概念

1．数字化信息编码的概念计算机中的信息也称为数据。由于二进制电路简单、可靠且具有很强的逻辑功能，因此数据在计算机中均以二进制表示，并用它们的组合表示不同类型的信息。


2 ．计算机中常用的名词

（ 1 ）位计算机中所有的数据都是以二进制来表示的，一个二进制代码称为一位，记为 bit。位是计算机中最小的信息单位。

（ 2 ）字节在对二进制数据进行存储时，以八位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，记为 Byte。字节是计算机中次小的存储单位。


（ 3 ）容量容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词，主要指存储器所能存储信息的字节数。常用的容量单位有 B 、 KB 、 MB 、 GB ，它们之间的关系是： 1KB=1024B ， 1MB=1024KB ， 1GB=1024MB 。

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3 常用信息编码

1 ． ASCII 码

2 ．汉字国标码


表 1-5 7 位 ASCII 码表765

4321

000 001 010 011 100 101 110 111

0000

NUL

DLE SP 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


765

4321

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

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2 。汉字国标码GB2312-80标准收录了 6763 个汉字GB18030-2000标准收录了 27000 多个汉字


1.3 微型计算机系统的组成

1.3.1 微型计算机基本工作原理

1.3.2 微机硬件系统

1.3.3 微机软件系统

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微型计算机示意图

键盘键盘

主机主机

显示器显示器

鼠标鼠标

电源开关电源开关

光盘驱动器光盘驱动器

软盘驱动器软盘驱动器


当前流行的多媒体微型计算机


1.3.1 微型计算机基本工作原理

1 ．微机系统的组成微型计算机由硬件系统和软件系统组成。硬件指的是所能够看得见的组成计算机的物理设备，例如：显示器、主机等，是构成计算机的实体；软件是用来指挥计算机完成具体工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。


２．微机系统的工作原理

图 1-9 微机系统


图 1-10 微机硬件系统工作原理图

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1.3.2 微机硬件系统

1 ．运算器2 ．控制器3 ．存储器4 ．输入设备5．输出设备


主板CPU

内存适配器和总线外部设备接口磁盘驱动器光盘驱动器电源

主机


1 ．运算器

运算器是计算机的核心部件，主要负责对信息的加工处理。运算器不断地从存储器中得到要加工的数据，对其进行加、减、乘、除及各种逻辑运算，并将最后的结果送回存储器中，整个过程在控制器的指挥下有条不紊地进行。


2 ．控制器

控制器是计算机的指挥中枢，主要作用是使计算机能够自动地执行命令。


CPU


CPU


3 ．存储器

存储器主要负责对数据和控制信息的存储，是计算机的记忆单元。存储器分为内存和外存两种。（ 1 ）内存也称主存。内存分成只读存储器（ ROM ）和随机读写存储器（ RAM ）两种。（ 2 ）外存外存也称为辅助存储器。外存分为磁介质型存储器和光介质型存储器两种，磁介质型常指硬盘和软盘，光介质型则指光盘。


内存条


硬盘


光驱


主板


主板


软盘正面软盘反面

3.5 英寸软盘结构图


图 1-12 磁盘的磁道及扇区


4．输入设备

外部信息与计算机的接口称为输入设备。常用的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等。

（ 1 ）键盘图 1-13 101键键盘示意图


键盘

①打字机键区 ②功能控制键区 ③全屏幕控制键区 ④小键盘区


（ 2 ）鼠标鼠标的外形非常像一只老鼠，所以取名鼠标，在 Windows 及网络中使用频率相当高，可以代替键盘的大部分功能。鼠标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标的操作可分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同的操作可以实现不同的功能。


5．输出设备

（ 1 ）显示器：显示器由监视器和显示适配卡组成，是最常用的输出设备。（ 2 ）打印机：打印机也是计算机中最常用的输出设备。按输出方式可分为击打式和非击打式，击打式以针式打印机为主要代表，非击打式以激光打印机和喷墨打印机为主流。

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显卡


显示器


声卡


电源

主机主机


1.3.3 微机软件系统

软件是微机的灵魂。没有安装软件的微机称为“裸机”，无法完成任何工作。微机软件分成系统软件和应用软件两大类。


1 ．系统软件

系统软件用来管理和控制计算机的各种操作，是计算机的基础软件。常用的系统软件有 Dos、Windows及各种语言系统。


高级语言源程序

执行

结果解释并执行

机器语言目标程序

执行

结果

编译运行

编译程序

（事先装入计算机）

翻译程序

（事先装入计算机）

高级语言源程序

图 1-14 编译过程示意图图 1-15 解释过程示意图

用汇编语言和各种高级语言编写出来的程序称为源程序，将高级语言或汇编语言经编译后产生的机器语言程序称为目标程序。


2．应用程序

应用程序是用各种高级语言编写出来的具有特定功能的程序，例如： Word、 NetAnt、金山解霸等。应用程序是面向用户的最高层程序。

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1.4 多媒体技术应用基础

1.4.1 多媒体的基本概念

1.4.2 多媒体系统的硬件

1.4.3 多媒体系统的软件

1.4.4 多媒体技术的应用

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1.4.1 多媒体的基本概念

1 ．什么是“多媒体”媒体是指表示和传播信息的载体，当这种载体可表示和传播两种或两种以上的信息时，称之为多媒体。

2．多媒体信息的表示（ 1 ）声音信息的表示（ 2 ）视觉信息的表示

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1.4.2 多媒体系统的硬件

多媒体系统根据应用的领域不同，硬件也不相同。多媒体计算机一般应该配置有 CD-ROM、声卡、显示卡、音箱等硬件，根据需要还可以配置扫描仪、数码相机、彩色喷墨打印机、MODEM等。


1 ．声卡

图 1-16 多媒体声卡


2．显示卡

图 1-17 显示卡


3 ． MODEM

MODEM也称为调制解调器，昵称“猫”，是用于多媒体计算机联接互联网的专门设备。 MODEM分为内置式和外置式两种。内置式的为板卡形式，插于主板的扩展槽中；外置式MODEM的外形像个盒子，置于主机外。


图 1.2.10 光盘及光盘驱动器

4 ．光驱

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1.4.3 多媒体系统的软件

很多的系统软件自带有多媒体功能，例如Windo

ws ，其附件中就带有录音机、媒体播放器、 CD

播放器等多媒体工具。除此以外，针对不同的应用，还有一些专门的多媒体软件，如播放 VCD ，有金山解霸、 Real；中英文翻译有金山词霸、东方快车；对于教学，有各种 CAI教学软件（多媒体教学软件）。

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1.4.4 多媒体技术的应用

1．多媒体家电 2．电子图书和图书数字化3．多媒体教学（ CAI ）和计算机辅助设计（ CAD）4 ． Internet中多媒体的应用

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1.5 计算机维护与数据的安全

1.5.1 计算机一般维护

1.5.2 计算机病毒的概念

1.5.3 计算机病毒的预防

1.5.4 病毒的检测与消除

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1.5.1 计算机的一般维护

1 电源环境稳压、 UPS

2 环境空气湿度 20%-85% ；气温： 5-45 度；防尘土3 计算机的开、关机顺序先开外设，后开主机；先关主机，后关外设


1.5.2 计算机病毒的概念

1 ．病毒的概念病毒是指在计算机程序中插入的破坏计算机功能、破坏数据、影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。每个病毒都由如下几个部分构成：危害部分、引发部分、潜伏部分和传染部分。


2．病毒的特性病毒是一种程序，所以它具有程序的所有特性，除此之外，它还具有隐蔽性、潜伏性、传染性和破坏性。病毒通常的扩展途径是将自身的具有破坏性的代码复制到其他有用代码中，它的传染是以计算机系统的运行及读写磁盘为基础的。


3 ．病毒的分类病毒按其危害程度，分为弱危害性病毒和强危害性病毒；按其侵害的对象来分，可以分为引导型、文件型和网络型等。


激活条件

发作条件

传染激活

传染媒介

触发表现传染源

（感染的病毒）

图 1-18 病毒的工作过程


4．病毒的传播途径在计算机应用的早期，软盘是传播病毒的最主要方式，当使用染毒的软盘引导系统启动，或者是复制文件时病毒趁机感染系统。随着网络的飞速发展和软盘趋于淘汰，网络这个载体给病毒的传播插上了翅膀。

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1.5.3 计算机病毒的预防

预防计算机病毒要注意以下几个环节：（ 1 ）创建紧急引导盘和最新紧急修复盘。（ 2 ）尽量少用外来软盘，一旦必须用时，要先杀毒再使用。（ 3 ）为计算机安装病毒检测软件，随时杀去病毒或防止有病毒的程序进入计算机，并注意及时升级杀病毒软件。（ 4 ）将无毒盘用于其他计算机时，要注意打开写保护。（ 5 ）为计算机安装专门用于杀毒、防毒的硬件。（ 6 ）重要文件，事先要做备份，一旦计算机感染病毒，对重要数据不会造成影响。（ 7 ）在上网时，尽量减少可执行代码交换，能脱网单机工作时尽量脱网工作。

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1.5.4 病毒的检测与消除

1．病毒的检测，发生下列情况，计算机也可能感染了病毒：（ 1 ）计算机启动速度很慢。（ 2 ）内存无原因丢失。（ 3 ）经常无故死机。（ 4 ）磁盘文件无原因变长。（ 5 ）磁盘读写的时间变长。（ 6 ）出现莫名其妙的信息。（ 7 ）程序运行出现不合理的结果。


2. 病毒的清除对病毒的清除一般使用杀毒软件来进行。杀毒软件的作用原理与病毒的作用原理正好相反，可以同时清除几百种病毒，且对计算机中的数据没有影响。常见的杀病毒软件有 KV3000 、 KILL 、瑞星、金山毒霸等

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思考题1 计算机是哪一年在哪个国家诞生的？2 计算机的发展经历了几个阶段，每个阶段的时代标志是什么？3 计算机主要有哪几方面的用途？4 计算机表示信息长度的单位：字节 B 、 KB 、 MB 、 GB 之间的关系？5 组成计算机的五个基本部件是什么？6 微机系统的基本配置有哪些？7 计算机软件分哪几类？8 计算机的开关机顺序？9 计算机病毒的本质与特点？

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第 1 章 计算机基础知识

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