第一章 计算机基础知识.docx
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第一章计算机基础知识
复习提纲
第一章计算机基础知识
【教学目标或要求】
初步了解计算机系统和计算机应用的基本知识,了解计算机系统的硬件系统、软件系统,掌握信息在计算机中的表示。
【练习】
《计算机应用基础实验教程》P1:
1.2理解练习题。
【复习】
《计算机应用基础实验教程》P9:
2、鼠标操作;3、键盘操作。
【教学内容】
1.1计算机概述
1.1.1计算机的产生与发展
1946年美国宾夕法尼亚大学经过几年的艰苦努力,研制出世界上第一台电子计算机--埃尼阿克(ENIAC)。
该机的运算速度为每秒5000次加法运算,使用了18800多个电子管,70000多个电阻,10000多个电容和1500多个继电器,50多万条线,占地170平方米,有三层楼高,重达30吨,耗电140~150千瓦时,为了散热还配备了30吨重的冷却设备,耗资40多万美元。
硬件
使用器件
年代
速度
第一代
电子管
1946~1957
5000次/秒
第二代
晶体管
1958~1964
几十万次
第三代
集成电路
1965~1970
几百万次
第四代
大规模、超大规模集成电路
1971以后
亿次以上
新一代智能型(第五代)
80年代开始
有的人把上面根据计算机所采用的器件不同来划分计算机的不同世代,这种方式统称为大型计算机时代。
目前应用、普及最广的微机称之为微型计算机时代。
1.1.2计算机的特点及应用
1.计算机的特点
(1)运算速度快
(2)计算精度高
(3)存储容量大记忆能力强
(4)具有逻辑推理和判断能力
(5)自动化程度高
(6)通用性强
2.计算机的应用领域
(1)科学研究和科学计算
(2)数据和信息处理(数据处理)、信息传输
(3)生产过程的自动化控制和管理自动化
(4)计算机辅助设计和辅助制造
(5)人工智能
(6)娱乐、信息高速公路(互联网)等都离不开计算机的应用。
1.1.3计算机的分类
1.按工作原理分类:
电子数字计算机、电子模拟计算机。
2.按应用分类
通用计算机、专用计算机。
3.按规模分类
巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机。
其中,微型机发展最快,数量最多,应用最普及。
4.按制造技术分类
机械式、半电子半机械式、电子管式、晶体管、半导体集成电路、光子计算机等。
1.1.4计算机的基本术语
数据:
能够输入到计算机并由计算机处理的那些事实、概念,场景和指示的表示形式,包括数字、字母、符号、文字、图像、声音、图表等。
信息:
是客观事物在人们头脑中产生的反映,可以理解为消息、数据、资料、知识等。
换句话说,信息是将客观事物用某种方式处理以后的结果,这些结果以数字、字母、符号、文字、图像、图表、音频、视频等来表达,这些工作称为信息处理。
位(bit):
计算机内所有的信息都是以二进制的形式表示的,单位是位。
计算机只认识由“0”或“1”组成的二进制数,二进制数中的每个“0”或“1”就是信息的最小单位,称为“位”(bit)。
字节(byte):
是衡量计算机存贮容量的单位。
一个8位的二进制数据单元称为一个字节(byte)。
在计算机内部,一个字节可以表示一个数据,也可以表示一个英文字母或其他特殊字符,二个字节可以表示一个汉字。
字(Word)和字长(Word1ength):
在计算机中,作为一个整体单元进行存贮和处理的一组二进制数。
一台计算机,字的二进制数的位数是固定的,一个字中包含二进制数位数的多少称为字长。
字长是标志计算机精度的一项技术指标,比如8位、16位、32位、64位机,指的都是字长。
它是衡量计算机重要指标之一。
存储量:
计算机存储信息的容量,它的计算单位是B(字节)、KB、MB、GB,1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB。
指令:
指挥计算机进行基本操作的命令代码。
指令系统:
一种计算机所能执行某项功能的全部指令的集合。
程序:
按一定处理步骤编排的,能完成特定功能的计算机指令序列的集合。
运算速度:
计算机每秒钟所能执行的机器指令条数,也叫做计算机的平均运算速度。
1.2计算机中的数制
1.十进制
数码符号:
0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
进位规则:
“逢十进一”。
2.二进制
数码符号:
0、1。
进位规则:
“逢二进一”。
3.八进制
数码符号:
0、1、2、3、4、5、6、7。
进位规则:
“逢八进一”。
4.十六进制
数码符号:
0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。
进位规则:
“逢十六进一”。
1.2.1计算机中数的表示方法——二进制
1×1000+9×100+9×10+9×1
=1×103+9×102+9×101+9×100
我们习惯使用的十进制数,是由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个不同的符号组成,每一个符号处于十进制数中不同的位置时,它所代表的实际数值是不一样的。
【例1.1】 1999可表示成:
式中每个数字符号的位置不同,它所代表的数值大小也不同,这就是经常所说的个位、十位、百位、千位、..的意思。
由数的位置不同决定的值称为位值,或称“权”。
(1101.11)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2
=8+4+0+1+0.5+0.25
=13.75
【例1.2】 二进制数1101.11用十进制数表示则为13.75,如下所示:
一个二进制数具有下列两个基本特点:
①只有两个不同的数字符号,即“0”和“1”。
②逢二进一,2是二进制数的基数。
二进制数只有0和1两个基本数字,它很容易在电路中利用器件的电平高低来表示。
一般我们用()下标表示不同进制的数。
例如:
十进制用()10表示,二进制数用()2表示。
也有在数字的后面,用特定字母表示该数的进制。
例如:
B—二进制D—十进制(D可省略)O—八进制H—十六进制
1.2.2二进制数的运算
1.二进制的算术运算
(1)二进制的加法运算
运算法则:
0+0=00+1=11+0=11+1=10(向高位进位)。
(2)二进制的减法运算
运算法则:
0-0=00-1=1(向高位借位)1-0=1 1-1=0。
(3)二进制的乘法运算
运算法则:
0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1。
(4)二进制的除法运算
运算法则:
0÷0=00÷1=01÷0=0(无意义)1÷1=1。
2.二进制数的逻辑运算:
或(∨)、与(∧)、取反。
(1)“或”运算
“或”运算规则如下:
0+0=00+1=11+0=11+1=1
0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1
(2)“与”运算
“与”运算规则如下:
0×0=00×1=01×0=01×1=1
0∧0=00∧1=01∧0=01∧1=1
0·0=00·1=01·0=01·1=1
(3)“非”运算
运算规则为:
非0等于1;非1等于0。
1.2.3不同进制之间的转换
●非十进制数(r进制数)转换为十进制数
将r进制数按权展开求和。
●十进制数转换为二进制数
整数部分采取“除2取余法”,小数部分采取“乘2取整法”。
●非十进制数之间的相互转换
(1)八进制数与二进制数之间的转换
(2)十六进制数与二进制数之间的转换
1.二进制与十进制的相互转换
二进制数要转换成十进制数非常简单,只需将每一位数字乘以它的权2n,再以十进制的方法相加就可以得到它的十进制的值(注意,小数点左侧相邻位的权为20,从右向左,每移一位,幂次加1)。
【例1.3】(10110.011)2=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3
=(22.375)10
2.十进制数转换成二进制
十进制数据转换成非十进制采用的方法基本相同,整数部分采用“除基取余法”、小数部分采用“乘基取整法”。
以十进制数据转换成二进制为例,具体过程介绍如下:
整数部分
(1)将十进制数的整数部分除以2,保存余数。
(2)若商为0,则进行第三步,否则,用商代替原十进制数,重复第1步。
(3)将所有的余数找出,最后得到的余数作为最高位,最先得出的余数作为最低位,由各余数依次排列而成的新的数据就是转换成二进制数整数部分的结果。
小数部分
(1)将十进制的小数部分数乘以2,取其积的整数部分。
(2)若乘积小数部分为0或小数点后的位数达到精度,则进行第三步,否则,用其乘积的小数部分代替原十进制数,重复第1步。
(3)将所有的整数找出,最先得到的整数作为最高位,最后得出的整数作为最低位,由各余数依次排列而成的新的数据就是转换成二进制数小数部分的结果。
。
【例1.4】将十进制整数(236)10转换成二进制整数的方法如下:
(236)10=(11101100)2
将(0.8125)10转换成二进制,转换过程如图所示。
(236.8125)10=(11101100.1101)2
3.八进制和十六进制
A.八进制
即以8为基数的计数体制。
“逢八进一、借一当八”,只利用0到7这8个数字来表示数据。
【例1.5】
5542.251
+7321.164
15063.435
B.十六进制
即以16为基数的计数的体制。
“逢十六进一、借一当十六”,除利用0到9这10个数字之外还要用A、B、C、D、E、F代表10、11、12、13、14、15来表示数据。
【例1.6】
5B6A9
+A82E5
10398E
C.非十进制数之间的相互转换
(1)二进制数和八进制数互换
二进制数转换成八进制数时,只要从小数点位置开始,向左或向右每三位二进制划分为一组(不足三位时可补0),然后写出每一组二进制数所对应的八进制数码即可。
【例1.7】 将二进制数(10110001.111)转换成八进制数:
010110001.111
2617
即二进制数(10110001.111)2转换成八进制数是(261.7)8。
反过来,将每位八进制数分别用三位二进制数表示,就可完成八进制数和二进制数的转换。
(2)二进制数和十六进制数互换
二进制数转换成十六进制数时,只要从小数点位置开始,向左或向右每四位二进制划分为一组(不足四位时可补0),然后写出每一组二进制数所对应的十六进制数码即可。
【例1.10】 将二进制数(11011100110.1101)2转换成十六进制数:
011011100110.1101
6E6D
即二进制数(11011100110.1101)2转换成十六进制数是(6E6.D)16。
反过来,将每位十六进制数分别用四位二进制数表示,就可完成十六进制数和二进制数的转换。
(3)八进制数、十六进制数和十进制数的转换
这三者转换时,可把二进制数作为媒介,先把待转换的数转换成二进制数,然后将二进制数转换成要求转换的数制形式。
1.3计算机中信息的编码
1.3.1数值数据的表示
1.机器数与真值
在计算机中,使用的二进制只有0和1两种值。
一个数在计算机中的表示形式,称为机器数。
机器数所对应的原来的数值称为真值,由于采用二进制必须把符号数字化,通常是用机器数的最高位作为符号位,仅用来表示数符。
该位为0,则表示正数;该位为1,则表示负数。
机器数也有不同的表示法:
原码、补码和反码。
机器数:
一个数及其符号在机器中的表示数值化。
真值:
机器数所代表的数。
机器数的表示中,机器数与真值得区别是:
真值带符号,如—0011100,机器数不带数符号,最高位为符号位,如10011100。
2.原码
整数X的原码,是指其符号位的0或1表示X的正或负,其数值部分就是X的绝对值的二进制表示。
3.反码
正数的反码与原码相同;负数的反码是把其原码除符号位以外的各位取反(即0变1,1变0)。
4.补码
数的补码与原码相同;负数的补码在其反码的最低有效位上加1。
1.4.1字符在计算机中的表示
1.西文字符的表示
计算机中所用到的可输入和可显示的符号通称为字符。
为使计算机使用的数据能共享和传递,必须对字符进行统一的编码,其中ASCII码(ASCII是AmericanStandardCodeforInformationInterchange的缩写,美国标准信息交换码)是使用最广泛的一种编码。
ASCII码由基本的ASCII码(7位)和扩充的ASCII码(8位)组成,用一个字节(8位)来表示,能表示字符范围是0~127个。
2.内码和外码
可被计算机内部进行存储和运算使用的数字代码称内码。
如在键盘上输入字符“A”,计算机将其转成内码65后存于内存。
计算机与人进行交换的字形符号称为外码,如字符“A”的外码是“A”。
通常一个西文字符占一个字节(半角),一个中文字符占二个字节(全角)。
1.5.2汉字在计算机中的表示方法
1.汉字的输入编码
(1)数字编码
常用的是国标区位码,用数字串代表一个汉字输入。
区位码将6763个两级汉字分为94个区,每个区分94位,实际上把汉字表示成二维数组,每个汉字在数组中的下标就是区位码。
区码和位码各两位十进制数字,如“中”字位于第54区48位,区位码为5448。
(2)拼音码
拼音码是以汉语拼音为基础的输入方法。
因汉字同音字太多,重码率高,因此输入后还需进行同音字选择。
(3)字形编码
字形编码是以汉字的形状来进行的编码。
把汉字的笔划部件用键盘上的字母或数字来代表进行编码,按规定顺序输入,就能表示一个汉字。
如五笔字型编码。
(4)混合编码
比如音形混合、字形数字混合等。
除了以上用键盘的输入方法外,还有声音输入、手写输入等方法。
2.汉字内码
汉字内码是用于汉字信息的存储、交换、检索等操作的机内代码,一般采用两个字节表示。
英文字符的机内代码是七位的ASCII码,当用一个字节表示时,最高位为0,为与之相区别,汉字机内代码中两个字节的最高位均为1。
1980年,为了使每一个汉字有一个全国统一的代码,我国颁布了第一个汉字编码的国家标准即GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集》基本集,是目前国内所有汉字系统的统一标准。
例如:
“大”的区号是20,位号是83,则其区位码为:
2083。
“0189”代表“※”(符号),“0711”代表“Й”(俄文),“0949”代表“┭”(制表符)等。
内码的表示方法有多种。
例如台湾的大五码(BIG5)、Windows支持Unicode编码等。
3.汉字字模码
字模码(又称汉字输出码)是用点阵表示的汉字字形代码,汉字字型经过点阵数字化后构成一串二进制点阵,有24×24点阵、32×32点阵、16×16或更高。
1.4计算机系统
计算机系统是由硬件系统和软件系统所组成的。
硬件是指计算机系统中看得见的物理上的部件,而软件是指依赖于硬件的程序及其相关的数据等。
1.4.1计算机的工作原理
计算机的基本工作原理是由冯·诺依曼提出的以存储程序和进行程序控制的方案。
预先把指挥计算机如何进行操作的指令序列(称为程序)和原始数据输入到计算机内存中,每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数,进行什么操作,然后送到什么地方去等步骤。
计算机在运行时,先从内存中取出第1条指令,通过控制器的译码器接受指令的要求,再从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等,然后再按地址把结果送到内存中去。
接下来,取出第2条指令,在控制器的指挥下完成规定操作,依此进行下去,直到遇到停止指令。
程序与数据一样存储。
按照程序编排的顺序,一步一步地取出命令,自动地完成指令规定的操作是计算机最基本的工作原理。
1.4.2计算机硬件系统
电子计算机硬件由五部分组成的结构,即硬件系统由输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器五部分组成。
运算器、控制器被集成在一起统称为中央处理单元(CentralProcessingUnit,CPU)是硬件系统的核心。
其中运算器主要完成算数和逻辑运算。
控制器从主存中取出指令分析指令,并指出下一条指令在主存中的位置,循环执行,是计算机的指挥系统。
存储器是计算机系统中具有记忆功能的物理器件,用于存储信息。
分为主存(内存)储器和辅助存储器(外存)。
一般采用半导体存储器ROM(ReadOnlyMemory)和RAM(RandomAccessMemory)集成电路作为内存,ROM只可读出,不能写入,断电后内容还在;RAM可随意写入读出,但断电后内容丢失,内存速度快容量小;外存容量大,速度慢,如磁性存储器(软盘和硬盘)、光电存储器(光盘)等,可作为永久性存储器。
图1.1计算机硬件系统
1.4.3计算机软件系统
软件系统可分为系统软件和用户为完成特定任务所需的应用软件两大类。
1.4.4微型计算机系统
图1.2计算机系统的组成
1.硬件系统
(1)主板
主板也称系统板,是安装在主机机箱内的一块电路板。
(2)总线
微型计算机采用的是总线结构。
总线是一组信号线的集合,是一种在各模块间传送信息的公共通路。
(3)中央处理器(CPU)
CPU电路即中央处理器,是计算机的核心,是计算机的真正“大脑”,负责对数据进行算术和逻辑运算及对程序所规定的指令进行分析,控制并协调输入、输出操作,对内外存的访问等。
(4)内存储器
只读存储器(ROM),只能读出不能写入,通常是厂家在制造时用特殊方法写入的、断电后也不会丢失的、重要且经常要使用的程序或其他信息;随机存储器(RAM),允许随机地进行存取信息,但计算机断电后,RAM中的信息就会丢失,因此在开机时有ROM中的程序引导,把外存中的操作系统调到内存中来,这时计算机才能开始工作。
(5)外存储器
在微型计算机中,常用的外存有磁带、磁盘、光盘和优盘等。
目前最常用的是磁盘。
磁盘又分为硬盘和软盘。
①硬盘硬盘一般被固定在计算机机箱内。
与软盘相比,硬盘的容量要大得多,存取信息的速度也快得多。
②软盘它是比较常用的存储介质,我们常见的软盘都是3.5英寸的。
在使用软盘时应注意防潮、防磁与防尘,并且对软盘不要重压与弯曲,当软盘在驱动器中正在进行读写时,不要做插拔操作。
软盘在使用时应注意以下问题:
●千万不要让任何物品触到盘片,以免盘片被划伤或弄污。
●不要用湿布擦拭软盘或用其他东西清洗软盘。
●不要用力弯曲或挤压软盘,以防软盘变形。
●在不使用软盘时,要将软盘保存在清洁干燥的地方,不要让阳光直接照射,并要远离磁场。
●存有重要数据的软盘一定要做好它的备份工作,并且不要将它的写保护口打开。
●防止软盘被雨淋或受潮。
在潮湿的环境中,软盘会产生霉斑。
发霉的软盘会导致数据的遗失,严重的会导致软驱损坏。
●严防病毒的感染,外来的软盘一定要经过检测确保没有病毒方可使用。
③光盘光盘指的是利用光学方式进行信息存储的圆盘。
用于计算机系统的光盘主要有3类:
只读性光盘、一次写入性光盘与可擦写性光盘。
④U盘又称闪盘,采用Flash芯片作为存储介质,通过USB接口与计算机交换数据。
真正实现即插即用(支持热插拔)的活动硬盘。
主要有以下特点:
体积小、重量轻、容量大;无需驱动器、无需驱动程序、无须外部供电、数据保存特别安全,可反复擦写100万次,读写速度快、使用寿命特长,具有抗震、防磁、防潮的特点,还能防止引导区病毒。
最终必将取代软盘成为微机必备品。
(6)输入设备
负责把用户命令包括程序和数据输入到计算机,例如键盘、扫描仪等称为输入设备。
①键盘
键盘是最常用也是最主要的输入设备,通过键盘,可以将英文字母、数字、标点符号等输入到计算机中,各种程序、命令和数据都可以通过键盘输入到计算机中。
常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种,机械式键盘是最早被采用的结构,现在已基本被淘汰,取而代之的是电容式键盘。
键盘的接口有AT接口、PS/2接口和最新的USB接口,现在的台式机多采用PS/2接口,大多数主板都提供PS/2键盘接口。
②鼠标
鼠标是计算机不可缺少的标准输入设备。
目前使用的鼠标,根据其工作原理可分为机械鼠标、光电鼠标和光学机械鼠标3种。
鼠标还可以根据外形分为两键鼠标、三键鼠标、滚轴鼠标和感应鼠标。
随着科学技术的发展,又新出现了无线鼠标和3D振动鼠标。
③扫描仪
扫描仪是一种图形、图像专用输入设备。
④其他输入设备
常见的其他输入设备还有光笔、图形板、跟踪球、操纵杆、条形码读入器、麦克风、数码相机、触摸屏等等。
(7)输出设备
输出设备是负责将计算机中的信息(包括程序和数据)传送到外部媒体以一种人们便于识别的形式(如字符、数值和图表等)记录、显示或打印出来供用户查看或保存的设备。
例如显示器、打印机、音箱、绘图仪等。
(8)其他板卡
显示卡又称显示器适配卡,是连接主机与显示器的接口卡。
其作用是将主机的输出信息转换成字符、图形和颜色等信息,传送到显示器上显示。
声卡声卡是多媒体计算机中用来处理声音的接口卡。
2.微机的软件系统
(1)系统软件
系统软件是管理、监控和维护计算机资源的软件,是用来扩大计算机的功能、提高计算机的工作效率、方便用户使用计算机的软件。
系统软件主要分为操作系统软件(软件的核心)、各种语言处理程序和各种数据库管理系统3类。
①操作系统
系统软件的核心是操作系统。
操作系统是由指挥与管理计算机系统运行的程序模板和数据结构组成的一种大型软件系统,其功能是管理计算机的软硬件资源和数据资源,为用户提供高效、全面的服务。
②语言处理系统
语言处理系统包括机器语言、汇编语言和高级语言。
●机器语言
机器语言是指机器能直接识别的语言,它是由“1”和“0”组成的一组代码指令。
例如一条加法01001001指令,作为机器语言指令,可表示将某两个数相加。
由于机器语言比较难记,所以一般不用它来编写程序。
●汇编语言
汇编语言是由一组与机器语言指令一一对应的符号指令和简单语法组成的。
汇编语言程序要由一种“翻译”程序来将它翻译为机器语言程序,这种翻译程序称为汇编程序。
●高级语言
高级语言比较接近日常用语,对机器依赖性低,是适用于各种机器的计算机语言。
有两种翻译程序可以将高级语言所写的程序翻译为机器语言程序,一种叫“编译程序”,一种叫“解释程序”。
编译程序把高级语言所写的程序作为一个整体进行处理,编译后与子程序库链接,形成一个完整的可执行程序。
这种方法的缺点是编译、链接较费时,但其执行程序运行速度很快。
FORTRAN,C语言等都采用这种编译方法。
③数据库管理系统
数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一,它是计算机信息系统与应用系统的核心技术和重要基础。
(2)应用软件
为解决计算机各类问题而编写的程序称为应用软件。
它又可分为应用软件包与用户程序。
①用户程序
用户程序是用户为了解决特定的具体问题而开发的软件。
②应用软件包
应用软件包是为实现某种特殊功能而经过精心设计的、结构严密的独立系统,是一套满足同类应用的许多用户所需要的软件。
1.4.5多媒体计算机
多媒体就是以计算机为核心,利用文字、图形、图像、影像、动画、声音等不同的媒体信息,在不同的界面上组合、流通,使其可以在计算机上存取、转换、编辑、同步化等,以达到计算机与使用者进行交互。
1.多媒体计算机特点
(1)多媒体计算机应做到能处理多种媒体,包括静态媒体和时变媒体。
其中静态媒体指文字、图形、图像;时变媒
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