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计算机基础知识计算机基础知识第第1章章计算机基础知识计算机基础知识提示本章主要介绍计算机的基础知识，包括计算机的产生和发展历史、计算机的组成和结构、计算机的工作原理、如何安全使用计算机，以及常用的汉字输入法等。

通过本章的学习，读者可以了解计算机的主要配置和性能指标有哪些、如何预防和清除计算机病毒，以及如何通过键盘输入汉字等。

计算机（Computer）是20世纪最重要的发明之一，它的出现彻底改变了人们的生活方式，如今它已和我们的工作、学习和生活密切相关。

1.1计算机的发展及应用计算机的发展及应用1.1.1计算机发展概况计算机发展概况虽然从计算机的发明到现在只过去了短短的六十多年，但其相关技术却经历了突飞猛进的发展。

一般认为，计算机的发展经历了4个阶段（或称为4代）。

1第一代计算机（19461957年）1946年2月15日，世界上第一台现代计算机在美国费城诞生（如图1-1所示），取名为ENIAC。

ENIAC由美国政府和宾夕法尼亚大学合作开发，使用电子管（ElectronicTube，如图1-2所示）作为主要元件。

图1-1最早的计算机图1-2电子管2第二代计算机（19571964年）第二代计算机以晶体管（Transistor）为主要元件，体积大大减小，如图1-3所示。

此时还出现了打印机、磁带、磁盘、内存等。

新的职业（程序员、分析员和计算机系统专家）从此诞生。

图1-3晶体管计算机3第三代计算机（19641972年）这一阶段的技术发展到可以将很多电子元件集成到一片小小的硅片上，形成集成电路（IntegratedCircuit，如图1-4所示）。

第三代计算机（如图1-5所示）大量采用集成电路，体积变得更小，功耗更低，速度更快。

在软件方面出现了操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。

图1-4集成电路图1-5集成电路计算机4第四代计算机（1972年至今）第四代计算机采用了大规模集成电路（LSI），可以在一个芯片上容纳几百个元件。

到了20世纪80年代，随着超大规模集成电路（VLSI）的诞生，在一个芯片上容纳几十万个元件成为了现实；而后来的ULSI更是将这一数字扩充到百万级。

在硬币大小的芯片上容纳如此之多的元件，使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性则不断增强。

1.1.2计算机的主要特点计算机的主要特点电子计算机的特点，简单归纳有如下几点。

1超强的记忆功能计算机中的存储器（Memory）能长期保存大量的数据和程序。

例如，可以把文字、图像、声音和视频等内容保存在计算机中。

2复杂的逻辑判断功能计算机可以对文字或符号进行判断和比较，并进行逻辑推理和证明，从而模拟人的思维过程。

例如，数学中有个“四色问题”，一百多年来不少数学家一直想去证明它，却一直没有结果。

1976年两位美国数学家使用计算机进行了非常复杂的逻辑推理，终于验证了这个著名的猜想。

3快速的计算功能计算机能够高速、精确地进行各种算术运算及逻辑运算。

计算机的运算速度是指计算机每秒钟能执行多少条指令。

最初的计算机运算速度是每秒几千次，而现在一般的计算机，慢的也有每秒数亿次，快的则可达每秒千万亿次。

通常以百万条指令每秒（MIPS）作为运算速度的单位。

4按程序自动运行功能计算机能够按照人们事先编制的程序自动运行，因此不需要人工干预就能长时间自动运转。

1.1.3计算机的分类计算机的分类计算机有很多种，可以分别按照性能指标和用途对其进行分类。

1按照性能指标分类如图1-6所示，计算机按性能可分为如下几种。

巨型机（Supercomputer）：

高速度、大容量、价格昂贵，主要用于解决诸如气象、太空、能源、医药等尖端科学研究和战略武器研制中的复杂计算问题。

通常安装在国家高级研究机构中，可供几百个用户同时使用。

大型机（Mainframe）：

具有很高的运算速度、很大的存储量，并允许相当多的用户同时使用，主要应用于科研领域。

小型机（MiniSupercomputer）：

具有高可靠性、高可用性、高服务性，主要供中小企业进行工业控制、数据采集、分析计算和企业管理等。

微型机（Microcomputer）：

具有体积小、重量轻和价格低等特点。

最近20年，微型机（如台式机、笔记本电脑和平板电脑等）的发展极为迅猛，在生产生活等多个领域得到了广泛的应用。

单片机（SingleChip）：

集成在一块芯片上的完整计算机系统。

单片机价格便宜，是组成嵌入式系统的主要部件。

目前，几乎生活中所有的电器设备，如汽车、数码相机、手机、数字电视和自动售货机等，都包含嵌入式系统。

图1-6按性能分类2按照用途分类专用机（DedicatedApplicationComputer）：

为适应某种特殊需要而设计的计算机，通常增强了某些特定功能，忽略一些次要要求。

专用机能高速度、高效率地解决特定问题，具有功能单纯、使用面窄甚至专机专用的特点。

通用机（GeneralPurposeComputer）：

广泛适用于一般科学运算、学术研究、工程设计、数据处理和日常生活等，具有功能多、配置全、用途广、通用性强等特点。

市场上销售的计算机多属于通用计算机。

1.1.4计算机的应用领域计算机的应用领域目前，计算机已渗透到社会的各行各业，主要应用领域如下。

1科学计算（或数值计算）科学计算是指科学和工程中的数值计算。

它与理论研究、科学实验一起成为当代科学研究的3种主要方法，主要应用在航天工程、气象、地震、核能技术、石油勘探和密码解译等涉及复杂计算的领域。

现代科学技术工作中包含大量复杂的数学计算问题，利用计算机可以实现人工无法解决的各种科学计算问题。

例如，一次天气预报需要做10万亿次计算。

2信息处理信息处理是指对各种信息进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用和传播等一系列活动的统称。

据统计，80%以上的计算机主要用于信息处理。

目前，信息处理已广泛地应用于办公自动化、计算机辅助管理与决策、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等各行各业。

3辅助技术（或计算机辅助设计与制造）计算机辅助技术是指通过人机对话，使用计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等。

例如，计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）和计算机辅助教学（ComputerAidedInstruction，CAI）等，都属于这一技术范畴。

计算机辅助技术将计算机强大的运算功能和传统的经验结合起来，极大地提高了工作效率。

4过程控制（或实时控制）过程控制是指利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率。

计算机过程控制已在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电和航天等部门得到广泛应用。

例如，在汽车工业中，利用计算机控制机床和整个装配流水线，不仅可以实现精度要求高、形状复杂的零件加工自动化，而且可以使整个车间或工厂实现自动化。

5人工智能（或智能模拟）人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是指计算机模拟人类的智能活动，如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。

例如，能模拟高水平医学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力的智能机器人等。

6网络应用计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。

通过将不同地理位置的计算机进行互连，即可实现世界范围内的信息资源共享，并能交互式地交流信息。

1.2计算机系统组成计算机系统组成一个计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。

1.2.1硬件系统硬件系统硬件系统（HardwareSystem）也称为硬件，看得见、摸得着，是计算机的实体部分。

从构造来看，计算机硬件主要由以下5个部件组成，即控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备，如图1-7所示。

图1-7计算机硬件系统的组成1中央处理器运算器和控制器合称为中央处理器（CentralProcessingUnit，CPU）。

中央处理器是计算机的核心部分，通过它指挥全机各部件的协调动作。

CPU是计算机性能的主要标志。

目前市面上的CPU主要有Intel和AMD两种品牌。

主频是CPU的主要性能指标，如IntelCorei7CPU（如图1-8所示）的主频是3.5GHz。

按其运算核心的多少，CPU又可以分为单核、双核、三核和四核CPU。

一般来说，运算主频数值越大，运算核心越多，CPU运算速度越快。

字长也是CPU的一个指标，目前CPU的字长主要有8位、16位、32位和64位。

图1-8中央处理器2存储器存储器就好比是计算机的电子仓库，其主要功能便是保存信息。

计算机的存储器分为内存储器和外存储器两种。

（1）内存储器内存储器又分为随机存储器（RandomAccessMemory，RAM，如图1-9所示）和只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）。

其中，RAM中的信息在计算机断电后会立即消失，而存储在ROM中的信息可以永久保存。

存储容量是存储器的主要性能指标。

表示存储容量的主要单位有字节（Byte，1字节相当于8个二进制位）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）、万亿字节（TB）等。

它们之间的换算关系如下：

1KB=1024Byte1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024MB但硬盘制造商习惯按下列关系计算：

1KB=1000Byte1MB=1000KB1GB=1000MB1TB=1000MB照此计算，标注2TB的硬盘实际可能只有1.8TB多的容量。

（2）外存储器外存储器种类更多，常见的有硬盘（如图1-10所示）、光盘（如图1-11所示）、优盘（如图1-12所示）等。

图1-9内存储器图1-10硬盘图1-11光盘图1-12优盘硬盘（HardDisk）：

硬盘又分为固态硬盘（SSD）和机械硬盘（HDD）两种。

SSD采用闪存颗粒来存储数据，HDD则采用磁性碟片来存储数据。

HDD由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，这些碟片外覆盖有铁磁性材料，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

在向硬盘读取或写入数据时，碟片高速旋转。

光盘（OpticalDisc）：

使用激光在特殊介质上刻写数据。

光盘又可分为不可擦写光盘（如CD-ROM、DVD-ROM等）和可擦写光盘（如CD-RW、DVD-RAM等）。

CD光盘的最大容量大约是700MB，DVD光盘的容量大约是4.7GB，近几年发展的BD（蓝光光盘）容量可以达到25GB。

优盘（USBFlashDisk）：

又叫闪存盘，是一种用闪存来进行数据存储的介质，通常使用USB插头。

一般优盘体积极小、重量轻、即插即用并可以重复写入。

相对于其他外存储器，优盘具有重量轻、体积小、携带和使用方便的特点。

3输入设备计算机的输入设备（InputDevice）是指用来向计算机输入有关信息（包括数据、程序等）的设备。

在微机中，常用的输入设备有键盘、鼠标、摄像头、数码相机、手写笔、图形扫描仪（如图1-13所示）、条码扫描仪（如图1-14所示）和触摸屏等。

图1-13图形扫描仪图1-14条码扫描仪4输出设备计算机的输出设备（OutputDevice）是指从计算机中将有关的数据、处理结果等信息输出的设备。

在微机中，常用的输出设备有显示器、打印机（如图1-15所示）、投影仪和和绘图仪（如图1-16所示）等。

图1-15打印机图1-16绘图仪1.2.2计算机软件系统软件系统（SoftwareSystem）是相对于硬件系统而言的，是使用计算机和发挥计算机效能的各种程序的总称。

程序中包含控制计算机运行的各种指令集合，必须装入机器内部才能工作。

此外，软件中通常还包括便于用户了解程序所需的阐明性资料，即文档。

软件是用户与硬件之间的接口界面，用户主要是通过软件与计算机进行交流。

软件是计算机系统设计的重要依据。

为了方便用户，使计算机系统发挥较高的总体效用，在设计计算机系统时，必须通盘考虑软件与硬件的结合，以及用户的要求和软件的要求。

软件具有与硬件不同的特点：

硬件看得见、摸得着，而软件无形、无色；软件的开发，是人的智力的高度发挥，而不是传统意义上的硬件制造；硬件终究是要用旧、用坏的，软件则不存在这样的问题，但在软件的整个生存期中经常需要改变（维护和升级）它。

计算机软件总体分为系统软件和应用软件两大类。

1系统软件系统软件负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。

有了系统软件，计算机使用者和其他软件就可以将计算机当做一个整体，而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的。

系统软件包括操作系统（如Windows、Linux、UNIX等）和一系列基本的工具（如编译器、数据库管理、存储器格式化、文件系统管理、用户身份验证、驱动管理、网络连接等方面的工具）。

2应用软件应用软件是专门为某一应用目的而编制的软件。

应用软件可以细分的种类就更多了，如工具软件、游戏软件和管理软件等都属于应用软件。

在日常工作、学习和生活中，比较常用的应用软件有网络即时通信软件QQ、办公软件MicrosoftOffice2010和媒体播放软件RealPlayer等。

1.2.3微型计算机的配置微型计算机的配置从外观来看，微型计算机硬件由以下几部分构成。

1主机主机（Host）中包括主机板、CPU、风扇、内存条、硬盘、光驱、声卡、显卡、网卡、电源和机箱等部件。

（1）主机板（Mainboard）主机板又称主板，如图1-17所示。

它安装在机箱内，是微机最基本也是最重要的部件之一。

主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。

主板的另一特点，是采用了开放式结构。

主板上通常带有68个扩展插槽，供PC机外围设备的控制卡（适配器）插接。

通过更换这些插卡，可以对微机的相应子系统进行局部升级，从而使厂家和用户在配置机型方面有了更大的灵活性。

主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，其性能影响着整个微机系统的性能。

总之，主板在整个微机系统中扮演着举足轻重的角色。

（2）硬盘（HardDiscDrive，HDD）硬盘是计算机主要的存储媒介之一，如图1-18所示。

容量、缓存和转速是硬盘的主要性能指标。

例如，“西部数据”WD10EADX型号的硬盘容量大小是1TB（硬盘的容量有很多规格，如250GB、320GB、500GB、1TB和2TB等），缓存容量为32MB，转速为每分钟7200转。

图1-17主板图1-18硬盘（3）风扇CPU风扇紧贴在CPU上面，通过高速运转来驱散CPU工作时产生的热量。

除CPU外，显卡和电源由于发热量大，往往也加有风扇。

（4）光驱光驱是用来读取光盘中存储的数据的部件，其中有激光头等机械装置，如图1-19所示。

刻录光驱还可以向特殊的光盘中刻写数据。

光驱和光盘也属于外存储器。

读取和刻录速度是反映光驱性能的主要标志。

例如，某种型号的光驱读写速度是40X，其速度是第一代光驱的40倍，即约为6000KB/s。

（5）声卡、显卡、网卡声卡、显卡（如图1-20所示）、网卡都是比主机板小的单独的电路板，插在主机板的扩展插槽内，用来将主机板和音响设备、显示设备和网络设备等连接起来，并控制其工作。

有的主机板中集成了声卡、网卡，甚至显卡，不需要再单独安装。

图1-19光驱图1-20显卡（6）电源电源也位于机箱内，用于将220V市电转化为低压直流电，为主机各部分电路供电。

2显示器显示器是计算机的一种输出设备，类似于电视机的显示屏幕。

从早期的CRT单色显示器、彩色显示器（如图1-21所示），发展到现在的等离子显示器（PlasmaDisplayPanel，PDP）、液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）（如图1-22所示），相关技术的前进步伐从未停止。

显示器的主要性能指标有显示尺寸、屏幕分辨率和显示对比度。

例如，某种型号的液晶显示器的对比度为80001，意味着其能显示的最亮部分亮度是最暗部分的8000倍。

图1-21CRT显示器图1-22液晶显示器3键盘、鼠标键盘（如图1-23所示）和鼠标（如图1-24所示）是计算机的主要输入设备。

现在常用的键盘有104个键或107个键，其基本按键排列可以分为主键盘区、数字辅助键盘区、F键功能键盘区、控制键区；对于多功能键盘，还增添了快捷键区。

常用的鼠标按工作原理可分为机械式鼠标和光电式鼠标；按接口类型则可分为PS/2鼠标和USB鼠标（多为光电鼠标）。

图1-23键盘图1-24鼠标某一种类、型号、规格的硬件和软件一起构成了计算机的配置。

不同配置的电脑性能可能相差很大，价格也可能相差很多。

例如，“联想扬天A4600KPDCE57002G500DH”型号的台式机有如下配置。

处理器：

IntelPentiumE57003.0GHz。

处理器类型：

奔腾E双核。

处理器频率：

3.0GHz。

内存大小：

2GB。

硬盘容量：

500GB。

光驱：

DVD光驱。

显示器：

19英寸宽屏液晶。

1.3数数据据编编码码人类自认识数字以来，就发明了各种计数方法，即进制。

例如，时间的计数采用的是六十进制；中国古代对重量的计数采用的是十六进制（所谓半斤八两，意味着1斤等于16两）。

由于计算机采用电子线路单元进行记忆，而每个线路单元一般有两个稳定状态，所以计算机中普遍采用二进制计数方法。

下面介绍几种常用的计数方法。

1.3.1十进制数十进制数十进制计数法有如下特点：

有10个数码，即用0、1、2、3、9共10个符号表示。

任意一个十进制数，都是由这10个数码以不同的形式组合而成的。

逢10进1，任意位置上的10个单位构成其高一位置上的1个单位。

任意一个十进制数都可以用多项式展开的形式来表示。

例如：

（123.45）10=1102+2101+3100+410-1+510-21.3.2二进制数二进制数计算机内部数据的表示，采用的是二进制数。

例如，把通电表示为“1”，不通电表示为“0”；或高电位表示为“1”，低电位表示为“0”。

同十进制类似，二进制计数法也有以下特点：

有两个数码，即0和1。

任意一个二进制数，都是由0和1数码组合而成的。

逢2进1，任意位置上的2个单位构成其高一位置上的1个单位。

任意一个二进制数都可以用多项式展开的形式来表示。

例如：

（10010.11）2=124+023+022+121+020+12-1+12-2=（18.75）101.3.3十六进制数十六进制数十六进制计数法的特点是：

有16个数码，即用0、1、2、3、9、A、B、C、D、E、F共16个符号表示。

逢16进1，任意位置上的16个单位构成其高一位上的1个单位。

任意一个十六进制数都可以用多项式展开的形式来表示。

例如：

（56C.F）16=5162+6161+12160+1516-1=（1388.9375）101.3.4不同数制间的转换不同数制间的转换将二进制数写成以2为底的幂的多项式形式，然后直接计算多项式的值，可以将二进制数转换成十进制数。

例如：

（1010010）2=（126+025+124+023+022+121+020）10=（64+0+16+0+0+2+0）10=（82）10（0.1001）2=（12-1+02-2+02-3+12-4）10=（0.5+0+0+0.0625）10=（0.5625）10同样，十进制数也可以转换成二进制数。

1.3.5字符的二进制编码字符的二进制编码计算机处理的不仅是数值，还有各种字符，如人名、地名、单位名和标点符号等。

这些非数值性的字符必须先转化为数字编码，才能存储到计算机中进行处理。

1ASCII码在计算机中普遍采用的字符编码为ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）。

它原是美国国家标准，1967年被定为国际标准。

ASCII码为94个字符、34个控制符规定了编码。

94个字符中包括10个数字、26个大写英文字母和26个小写英文字母、标点符号以及其他常用符号等。

ASCII码使用7位二进制数表示一个字符。

例如，字母“A”的ASCII码为1000001，符号“”的ASCII码为1000000。

在进行字符排序时，均是按相应字符的ASCII码值来比较大小。

表1-1列举了常用字符对应的ASCII码。

表1-1常用字符的ASCII码ASCII码字符ASCII码字符ASCII码字符ASCII码字符0100000空格011100081010000P1101000H0100001!

011100191010001Q1101001I01000100111010:

1010010R1101010J0100011#0111011;1010011S1101011K0100100$01111001010110V1101110N01001110111111?

1010111W1101111O0101000（10000001011000X1110000P0101001）1000001A1011001Y1110001Q0101010*1000010B1011010Z1110010R0101011+1000011C10110111110011S0101100,1000100D10111001110100T0101101-1000101E10111011110101U0101110.1000110F10111101110110V0101111/1000111G1011111_1110111W011000001001000H11000001111000X011000111001001I1100001a1111001Y011001021001010J1100010b1111010Z011001131001011K1100011c1111011011010041001100L1100100d1111100|011010151001101M1100101e1111101011011061001110N1100110f1111110011011171001111O1100111g1111111删除2GB2312编码ASCII码对于汉字字符完全不适用，因为它最多只能规定128个字符的不同编码。

为了满足国内在计算机中使用汉字的需要，中国国家标准总局于1980年发布了GB2312编码。

几乎所有的中文系统和国际化的软件都支持GB2312。

GB2312由6763个常用汉字和682个全角的非汉字字符组成。

由于字符数量比较大，GB2312采用了二维矩阵编码法对所有字符进行编码。

首先构造一个94行94列的方阵（每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”），然后将所有字符依照一定的规律填写到方阵中。

这样所有的字符在方阵中都有一个唯一的位置，这个位置可以用区号、位号组合表示，称为字符的区位码。

在GB2312中，每个汉字的编码为16位二进制数，如“中”字的编码为010*。

3Unicode编码除英文、汉字外，世界上还有很多语言，也就存在着多种编码方式，同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。

因此，要想打开一个文本文件，不但要知道它的编码方式，还要安装有对应编码表，否则就可能无法读取或出现乱码。

例如，电子邮件和网页如果出现了乱码，就是因为信息的提供者和信息的读取者使用了不同的编码方式。

如果有一种编码，将世界上所有的符号都纳入其中，无论是英文、日文、还是中文等