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电脑基础知识
第1章電腦基礎知識
随着现代科技的日益更新,计算机以其崭新的姿态伴随人类迈入了新的世纪。
它以快速、高效、准确的特性,成为人们日常生活与工作的最佳帮手,因而熟练地操作电脑,将是每个职业人员必备的技能。
本章将从计算机的基础知识讲起,介绍计算机的发展、特点与分类,以及微机的组成和维护等。
本章主要内容:
计算机的发展、分类及应用
微型计算机的基本组成
数制及其相互转换
数字化信息编码
计算机的系统配置和安全操作
计算机的常见故障与病毒防范
键盘结构与指法训练
1.1计算机的发展、分类及应用
计算机是一种无须人工干预、能快速、高效地对各种信息进行存储和处理的电子设备。
从它产生之初到现在已有50多年的历史,对于今天的大多数人来说,它已不再神奇。
计算机以其快捷的步伐,正迈入千家万户,它的广泛使用,促使人类进一步向信息化社会迈进。
1.1.1计算机的发展历程
世界上第一台计算机于1946年2月诞生于美国的宾夕法尼亚大学。
半个多世纪过去了,计算机技术获得了突飞猛进的发展。
人们根据计算机性能和使用的逻辑元件的不同,将计算机的发展划分为若干阶段。
·第一代——电子管计算机(1946—1957年)
第一代计算机使用电子管作为逻辑元件,体积大、可靠性差、耗电量大、维护较难且价格昂贵,寿命较短,只能被极少数人使用。
它采用水银延迟电路或电子射线管作为存储部件,容量很小,后来使用磁鼓存储信息,扩充了容量。
第一代计算机没有系统软件,只能用机器语言和汇编语言编程。
·第二代——晶体管计算机(1958—1964年)
这一代计算机有了很大发展,它采用晶体管作为逻辑元件,体积减小、重量减轻、耗能降低,计算机的可靠性和运算速度得到提高,同时成本也有所下降。
它普遍采用磁芯作为主存储器,采用磁盘/磁鼓作为外存储器,并且有了系统软件,提出了操作系统的概念,出现了高级语言。
·第三代——集成电路计算机(1965—1969年)
第三代计算机以小规模的集成电路作为计算机的逻辑元件,从而使计算机的体积更小、重量更轻、耗电更省、运算速度更快、成本更低、寿命更长。
它采用半导体作为主存,取代了原来的磁芯存储器,提高了存储容量,增强了系统的处理能力。
此外,系统软件有了长足发展,出现了分时操作系统,多个用户可以共享计算机软硬件资源。
这时提出了结构化程序设计的思想,为研制更加复杂的软件提供了技术上的保证。
·第四代——大规模、超大规模集成电路计算机(1970年至今)
第四代计算机的逻辑元件已从小规模的集成电路发展为大规模和超大规模集成电路,体积、重量极度减小,成本大大降低,计算机的使用得到普及,还出现了微机。
作为主存的半导体存储器,其集成度越来越高,容量越来越大;外存储器除广泛使用磁盘外,还出现了光盘;各种实用软件不断地被开发,极大地方便了用户;计算机技术与通信技术相结合,计算机网络把世界紧密地联系在一起;多媒体技术的崛起,使计算机集图像、图形、声音、文字处理于一体。
现在第五代、第六代计算机与超智能计算机已在使用、开发研制中。
在未来,它们将极大地推动人类社会的进步,并会对科学技术的发展产生巨大影响。
1.1.2计算机的特点及分类
1.计算机的特点
计算机的发展虽然只有短短的几十年,但从没有一种机器像计算机这样具有如此强劲的渗透力,在人类发展中扮演着如此重要的角色,可以毫不夸张地说,人类现在已离不开计算机。
计算机之所以这么重要,与它的强大功能是分不开的,与以往的计算工具相比,它具有以下特点。
◆运算速度快
计算机内部有一个叫运算器的运算部件,它由一些数字逻辑电路组成,可以高速准确地帮助用户进行运算。
如有些高性能电脑每秒可进行10亿次加减运算。
◆精确度更高
在理论上,计算机的计算精确度并不受限制,一般计算机运算精度均能达到15位有效数字,通过一定的技术手段,可以实现任何精度要求。
◆记忆能力强
计算机内部还有个承担记忆职能的部件,即存储器。
大容量的存储器能记忆大量信息,不仅包括各类数据信息,还包括加工这些数据的程序。
◆逻辑判断能力强
计算机的逻辑判断能力也就是因果分析能力,它能帮助用户分析命题是否成立以便做出相应对策。
◆自动运行程序
计算机是自动化电子装置,在工作中无须人工干预,能自动执行存放在存储器中的程序。
人们事先规划好程序后,向计算机发出指令,计算机即可帮助人类去完成那些枯燥乏味的重复性劳动。
2.计算机的分类
计算机按其功能可分为专用计算机和通用计算机。
专用计算机功能单一、适应性差,但在特定用途下最有效、最经济、最快捷;通用计算机功能齐全、适应性强,但效率、速度和经济性相对于专用计算机来说要低一些。
目前人们所说的计算机都是通用计算机。
它可分巨型计算机、大型计算机、中型计算机、小型计算机、微型计算机和工作站等六大类型,其中运用最广泛的是微型计算机。
◆巨型计算机
巨型计算机运算速度快,存储容量大,每秒运算可达一亿次以上,主存容量也较高,字长达64位。
如我国研制成功的银河I型和II型亿次机就是巨型计算机。
巨型计算机对尖端技术和战略武器的研制有重要作用,目前世界上只有为数不多的几家公司可以生产。
◆大型计算机
大型计算机的运算速度在100万次~几千万次/秒,字长32~64位,主存容量在几十兆字节左右。
拥有完善的指令系统,丰富的外部设备和功能齐全的软件系统,主要用于计算机中心和计算机网络。
◆中型计算机
规模和性能介于大型计算机和小型计算机之间。
◆小型计算机
小型计算机规模较小,成本较低,很容易维护。
在速度、存储容量和软件系统的完善方面占有优势。
小型计算机的用途很广泛,既可以用于科学计算、数据处理,又可用于生产过程自动控制和数据采集及分析处理。
◆微型计算机
微型计算机在20世纪70年代后期引起了计算机的一场革命。
微型计算机的字长为8~64位,具有体积小、价格低、可靠性强、操作简单等特点。
它的产生,极大地推动了计算机的应用和普及,已进入了社会的各个领域乃至家庭。
它的运算速度更快,已达到并超过小型计算机的水平,内存容量达到32~256MB,甚至更高。
◆工作站
工作站就是一台高档微机,它的独特之处在于易于联网、能大容量存储、配备大屏幕显示器和较强的网络通讯功能,特别适用于企业办公自动化控制。
3.微型计算机的分类
微型计算机的种类与品牌很多,可以用不同的标准来划分和分类。
微型机按照生产厂家及微型机的型号可分为三大系列:
IBM-PC机及兼容机、IBM-PC不兼容的苹果机、IBM公司的PS/2系列。
按照微机采用的微型处理芯片来分,有Inter(英特尔)芯片系列和非Inter芯片系列。
IBM系列机中微处理器采用的就是Inter芯片,主要有8086/8088、80286、80486以及80586。
非Inter芯片系列中,最重要的是摩托罗拉公司的MC68000系列,如68020、69030、68040。
按照微处理器芯片的位数可分为:
16位微机(主要有8086/8088和80286,已被淘汰)、32位微机(主要有80386和80486,较普及)、64位微机(主要有80586,较流行)。
1.1.3计算机的工作原理
尽管各种计算机在性能、用途和规模上有所不同,但其基本的结构是相同的,遵循的都是冯诺伊曼体系结构。
冯诺伊曼设计思想包括三个方面:
·计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件。
·计算机内部的数据和指令以二进制形式表示。
·程序和数据存放在存储器中,计算机执行程序时,无需人工干预,能自动、连续地执行程序,并得到预期的结果。
计算机的工作过程就是自动执行指令的过程,程序是由指令序列组成的。
一条指令的执行过程可分为三个阶段:
获得指令、分析指令、执行指令。
1.1.4计算机的应用
在当今社会的各个领域,无处不见计算机的身影,计算机的功用总结起来,主要有以下几方面:
◆科学计算
计算机的运算速度快、精度高、存储容量大,可以完成人工无法实现的科学计算工作。
◆信息处理
计算机可以对信息数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工和传送等操作。
◆过程控制
利用计算机对生产过程进行控制,实现生产自动化、减轻人类的劳动强度,提高产品质量。
◆辅助过程
计算机辅助设计是利用计算机帮助设计人员进行设计的过程,以提高设计的自动化水平。
◆人工智能和系统仿真
人工智能利用计算机模拟人类的某些智能活动,例如智能机器人。
系统仿真是利用计算机模仿真实系统的技术,也是计算机应用的崭新领域。
总之,计算机的应用已渗透到社会的各个领域,在现在与未来,它对人类的影响将越来越大。
1.2微型计算机的基本组成
微型计算机(以下简称微机)作为一个系统,由两大部分组成:
硬件系统和软件系统。
硬件系统是一些实际物理设备,是程序运行的物质基础,是计算机软件发挥作用的前提,而软件系统则是无需用户干预的各种程序的集合。
计算机系统是一个复杂的系统,为了让用户看得更清楚,我们以结构图的形式来表现,如图1-1所示。
图1-1微机系统的组成
1.2.1微机的硬件系统
硬件系统包括计算机的主机和外部设备。
具体由五大功能部件组成,即:
运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
而其中又包括各个零部件,如主板、CPU、硬盘、内存、显示卡、声卡、软盘驱动器、显示器、鼠标、键盘、调制解调器等。
为了让用户更多地了解电脑的硬件组成,下面介绍这些配件的基本常识。
1.运算器
运算器又称算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicUnit),是用来进行算术运算和逻辑运算的部件,是计算机对信息进行加工的场所。
2.控制器
控制器是计算机系统的指挥中心,由一些时序逻辑元件组成,指挥计算机的各个零部件进行工作。
控制器与运算器结合起来被称为中央处理器CPU(ControlProcessingUnit)。
中央处理器是整个计算机的核心,计算机的运算处理功能主要由它来完成。
同时它还控制计算机的其他零部件,从而使计算机的各部件协调工作。
可以说中央处理器的性能决定着整个计算机系统的性能。
CPU的外形如图1-2所示。
图1-2CPU的正面和反面
3.存储器
存储器是具有记忆和暂存功能的部件,是计算机存储信息的仓库。
执行程序时,由控制器将程序从存储器中逐条取出,执行指令。
按照存储器与中央处理器的关系,可以把存储器分为内存储器(简称内存)和外存储器(简称外存)两大类。
◆内存储器
内存主要用来存放当前计算机运行时所需要的程序和数据,外形如图1-3所示。
目前多采用半导体存储器,其特点是容量小,速度快,但价格较贵。
内存的大小是衡量计算机性能的主要指标之一,它根据作用的不同又可分为只读存储器和随机存储器两种。
图1-3内存条外形图
·只读存储器(ROM),只能从中读出信息,而不能写入信息。
当掉电或死机时,其中的信息仍能保留。
·随机存储器(RAM),计算机在运行时,系统程序、应用程序以及用户数据都临时存放在RAM中。
开机时,系统程序将被装入其中,关机或断电时,其中的信息将随之消失。
RAM的配置一般为640KB,它可以扩充到1~64MB。
◆外存储器
外存储器用来存放当前计算机运行时不需要的程序和数据,它包括磁盘(硬盘和软盘)、磁带、光盘等。
外存的特点是容量大、速度慢,价格较便宜。
软盘驱动器(如图1-4所示)是一种广泛使用的外存储器,有3.5英寸(1英寸=25.4mm)和5.25英寸两种规格,其主要用途是向软盘读写数据,实现数据的携带与交换。
我们通常使用的是3.5英寸的软盘(如图1-5所示)。
随着计算机的不断升级,软盘的容量已经不能满足存储需要。
图1-4软盘驱动器图1-5软盘
硬盘驱动器由盘片、驱动器和控制器等部分组成,它是计算机中用来存储数据的介质,外形如图1-6所示。
和软盘不同的是,硬盘将存储器盘片和驱动器做成一体,即使在断电的情况下硬盘中的信息也不会丢失,因此,我们通常把所使用的文件和程序存放在硬盘中。
目前的硬盘容量从几十兆到几十吉不等,其中1兆(M)字节=1024K,1吉(G)=1024M字节。
图1-6硬盘外形图
光盘驱动器(CD-ROM)用来读写光盘上的数据(外形如图1-7所示),光盘是激光技术在计算机领域中的一种应用,它具有容量大、寿命长、成本低的优点。
图1-7光盘驱动器
磁带也是一种外存储器,由于它不常使用,这里就不做介绍。
4.主板和总线
◆主板
主板也称母板,是一台计算机的主体配件,计算机的各个组成部分都是通过一定的方式连接到主板上的,主板结构如图1-8所示。
图1-8主板
构成主板的部件有:
CPU插座、BIOS芯片、高速缓冲存储器(Cache)、扩展槽、芯片组和各种接口等。
·CPU插座:
是CPU与主板的接口。
·BIOS芯片:
BIOS即基本输入输出系统,作用是检测所有部件、确认它们是否正确运行,并提供有关硬盘读写、显示器显示方式、光标设置等子程序。
·高速缓冲存储器:
用来存储CPU常用的数据和代码,由静态RAM组成。
容量在32~256K之间。
·扩展槽:
又称总线插槽,用来安插CPU和外部板卡,如显卡、多功能卡等。
·芯片组:
是主板的主要组成部分,在一定程度上决定主板的性能和级别。
·各种接口:
主板上的主要接口有,IDM接口、第一个串行接口(如连接鼠标)、第二个串行接口COM2(如连接调制解调器)、USB(负责连接某些外部设置,如扫描仪)、并行接口LPT(如连接打印机)。
◆总线
总线是系统部件之间传送信息的通道,是计算机中各种信号联线的总称,一般分为三种:
数据总线、地址总线和控制总线。
·数据总线:
用于传送数据。
·地址总线:
用于传送CPU发出的地址信息,以便选择需要访问的存储单元或输入/输出接口电路。
·控制总线:
用来传送各种控制信号,包括CPU到存储器或外设接口的控制信号和外设到CPU的各种信号等。
5.输入设备
输入设备是计算机接受外来信息的设备,人们用它来输入程序、数据和命令。
在传送过程中,它先把各种信息转化为计算机所能识别的电信号,然后传入计算机。
常用的输入装置有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、条形码读入器等。
不同的输入设备其性能差别很大,输入设备与主机通过一个称为“接口电路”的部件相连,实现信息交换。
◆键盘
键盘是最常用、最基本的输入设备(如图1-9所示)。
用户在使用计算机时,各种命令、数据和程序都可以通过键盘输入到计算机内部。
关于键盘的构成与使用,我们将在本章1.6节的指法练习中介绍。
图1-9键盘
◆鼠标
鼠标也是一种重要的输入设置(如图1-10所示)。
它是电脑不可缺少的部件之一,特别是在图形环境和视窗环境下,鼠标发挥着键盘不可替代的作用。
鼠标分为机械式和光电式两种,我们通常使用的是机械式鼠标,它通过感知底部的小球移动轨迹与计算机传感信号的。
图1-10鼠标
◆扫描仪
扫描仪是一种将图形、图像、文本从外部环境输入到计算机中是输入设备。
如果是文本文件,扫描后还需用文字识别软件(如清华紫光汉字识别系统、尚书汉字识别系统)进行识别、识别后的文字以.TXT文件保存。
◆光笔
光笔是专门用来在显示屏幕上作图的输入设备。
配合相应的软件和硬件,可以实现在屏幕上作图、改图和图形放大等操作。
◆条形码读入器
条形码是一种用线条和线条间的间隔表示数据的条形符号,它具有准确、可靠、灵活、实用等特点。
6.输出设备
输出设备与输入设备相反,是用来输出结果的部件。
输出设备也是由输出装置和输出接口电路两部分组成。
通常使用的输出设置有显示器、打印机、声卡、绘图仪、磁带机和磁盘机等。
◆显示器和显卡
显示器又称监视器,用于显示数据和画面(外形如图1-11所示),目前使用较多的是15英寸和17英寸的显示器。
图1-11显示器图1-12显卡
显示控制适配器(又称显卡,如图1-12所示)。
显示器有单色显示器和彩色显示器两种。
单色显示器用于显示字符和图形,成本低、省电、显示稳定,主要用于低档微机;彩色显示器分为:
RGB(红绿蓝)监视器和彩色视频监视器。
显卡用于主板和显示器之间的通信,通常插在扩展槽上。
不同的显示器需要使用不同的显卡。
由于显示器分为单色显示器和彩色显示器两类,所以显卡也分为两类:
单色适配器和彩色适配器。
在使用时,CPU首先要将显示的数据传送到显卡的显示缓冲区,然后显卡再将数据传送到显示器上。
◆打印机
打印机是计算机的输出设备之一,用来打印程序结果、图形和文字资料等。
打印机的种类很多,按照工作方式可分为:
点阵打印机、针式打印机、喷墨式打印机、激光打印机等。
衡量打印机的指标是打印的分辨率、打印速度和噪声。
常用的打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机,针式打印机通过打印机和纸张的物理接触来打印字符图形,而后两种是通过喷射墨粉来印刷字符图形的。
◆声卡
声卡是多媒体电脑的重要组成部件,是实现音频与数字信号转换的部件。
各种游戏、VCD、音乐效果都通过声卡来体现,声卡外形如图1-13所示。
声卡主要用于声音的录制、播放和修改,或者播放CD音乐、乐曲文件等。
◆调制解调器
调制解调器(Modem),用来拨号上网,连接Internet。
至于其他输出设备,由于使用不广泛,在这里就不一一详述了。
图1-13声卡
1.2.2计算机的软件系统
系统软件是指计算机系统所使用的各种程序以及有关资料的集合,通常分为:
系统软件和应用软件。
◆系统软件
系统软件是指控制和协调计算机及外部设备,支持应用的软件开发和运行的系统,是无需用户干预的各种程序的集合,主要功能是调度、监控和维护计算机系统。
系统软件主要包括:
操作系统、语言处理程序、高级语言系统和各种服务性程序等。
◆应用软件
应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言,以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合,分为应用软件包和用户程序。
应用软件包是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合,供多用户使用。
1.3数制及其相互转换
在计算机中采用什么计数制,如何表示数的正负和大小,是学习计算机遇到的首要问题。
由于技术上的原因,计算机内部一律采用二进制表示数据,而在编程中又经常遇到十进制,有时为了方便还使用六进制、八进制,因此学会不同计数制及相互转换十分必要。
1.3.1数制
数制是用一组固定数字和一套统一规则来表示数目的方法,一般可分为进位计数制和非进位计数制。
·非进位计数制是指表示数值大小的数码与它在数中所处的位置无关。
这种数制现在很少用。
·进位计数制是指按指定进位方式计数的数制,也就是说表示数值大小的数码与它在数中所处的位置有关,简称进位制。
在计算机中,使用较多的是二进制、十进制、八进制和十六进制。
1.3.2二进制
◆二进制的优越性
由于二进制不符合人们的使用习惯,在平时操作中,并不经常使用。
但计算机内部的数是用二进制表示的,主要原因是:
·电路简单
二进制数只有0和1两个数码,计算机是由逻辑电路组成的,因此可以很容易地用电气元件的导通和截止来表示这两个数码。
·可靠性强
用电气元件的两种状态表示两个数码,数码在传输和运算中不易出错。
·简化运算
二进制的运算法则很简单,例如:
求和法则只有3个,求积法则也只有3个,而如果使用十进制要烦琐得多。
·逻辑性强
计算机在数值运算的基础上还能进行逻辑运算,逻辑代数是逻辑运算的理论依据。
二进制的两个数码,正好代表逻辑代数中的“真”(True)和“假”(False)。
◆二进制数的算术运算
二进制数的算术运算包括:
加、减、乘、除运算,它们的运算规则如下:
加法运算减法运算乘法运算除法运算
0+0=00-0=00×1=00÷0无意义
0+1=11-0=11×0=00÷1=0
1+0=11-1=00×1=01÷1=1
1+1=00-1=11×1=11÷0无意义
(向上位进1)(向上位借1)
『举例』:
计算10101+100100的值。
10101
+100100
111001
∴10101+100100=111001
◆二进制的逻辑运算
二进制的两个数码0和1,除了可以表示“真与假”,还可以表示“成立和不成立”、“是或否”。
计算机中的逻辑运算通常是二值运算。
它包括三种基本的逻辑运算:
逻辑乘法(又称与运算)、逻辑加法(又称或运算)、逻辑否定(又称非运算)。
·逻辑与
当两个条件同为真时,结果才为真。
其中有一个条件不为真,结果必为假,这是“与”逻辑。
通常使用符号ⅹ,∧,·,∩或AND来表示“与”,与运算的规则如下:
0∧0=0
0∧1=0
1∧0=0
1∧1=1
设两个逻辑变量X和Y进行逻辑与运算,结果为Z。
记作Z=X·Y,由以上的运算法则可知:
当且仅当X=1,Y=1时,Z=1,否则Z=0。
『举例』:
设X=111100101,Y=011101000,求X∧Y=?
解:
∴X∧Y=011100000
·逻辑或
当两个条件中任意一个为真时,结果为真;两个条件同时为假时,结果为假,这是“或”逻辑。
通常使用+,∨,∪和OR来表示“或”,或运算的法则是:
0∨0=0
0∨1=1
1∨0=1
1∨1=1
设两个逻辑变量X和Y进行逻辑或运算,结果为Z。
记作Z=X+Y,由以上的运算法则可知:
当且仅当X=0,Y=0时,Z=0;否则Z=1。
『举例』:
设X=100011010,Y=110101001,则X∨Y=?
解:
∴X∨Y=100111011
·逻辑非
逻辑非运算也就是“求反”运算,在逻辑变量上加上一条横线表示对该变量求反,例如
,则是对A的非运算,也可用NOT来表示非运算。
非运算的法则是:
=1、
=0
『举例』:
设X=10001110101,求
=?
解:
=01110001010
◆逻辑表达式
逻辑表达式是将逻辑常量和逻辑变量用逻辑运算符和括号连接起来的算式,运算的结果只有两个,即:
0和1,表示逻辑的“真”或“假”。
逻辑表达式的算符优先顺序是:
非→与→或。
逻辑表达式的运算顺序是:
先括号内后括号外;同一括号内按算符优先顺序;从左到右。
『举例』:
设逻辑变量X=0,求Y=0,Z=1,求(
+Y)+(X+
)·
=?
解:
(
+Y)+(X+
)·
=1
1.3.3不同进位计数制及其特点
◆十进制(Decimalnotation)
十进制的特点:
·有十个数码:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9。
·逢十进一,借一当十。
·进位基数是10。
设任意一个十进制数D,具有n位整数,m位小数,则该十进制可表示为:
D=Dn—1×10n—1+Dn—2×10n—2+…+D1×101+D0×100+D—1×10—1+…+D—m×10—m
上式称为“按权展开式”。
『举例』:
将十进制数(123.45)10按权展开。
解:
(123.45)10=1×102+2×101+3×100+4×10—1+5×10—2
=100+20+3+0.4+0.05
◆二进制(Binarynotation)
二进制的特点是:
·有两个数码:
0,1。
·逢二进一,借一当二。
·进位基数是2。
设任意一个二进制数B,具有n位整数,m位小数,则该二进制可表示为:
B=Bn—1×2n—1+Bn—2×2n—2+…+B1×21+B0×20+B—1×2—1+…+B—m×2—m
权是以2为底的幂。
『举例』:
将(1000000.10)2按权展开。
(100000.10)2=
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