第1章-计算机基础知识
第1章计算机基础知识
第1 章计算机基础知识1．1 思考题1．计算机的定义与特点是什么？计算机自1946 年诞生以来，哪几件事情对它的普及影响最大？为什么？【答】计算机的定义：现代计算机通常指电子计算机，这是一种能够存储程序和数据、自动执行程序，快速而高效地完成对各种数字化信息处理的电子设备。
它能部分地代替人的脑力劳动，因此也俗称为电脑。
计算机的特点：运行速度快，计算精确度高，可靠性好，记忆和逻辑判断能力强，存储容量大而且不易损失，具有多媒体以及网络功能等。
计算机自1946 年诞生以来，以下几个方面的发展对它的普及影响最大：（1）组成计算机的主要电子器件，由电子管到中小规模、大规模和超大规模集成电路的变化，使得计算机的成本不断下降，体积不断缩小，功能不断增强，特别是微型计算机的出现，使得计算机广泛普及进而走进寻常百姓家成为可能。
（2）多媒体技术的快速发展，使得多媒体计算机成为学习、办公和家庭电脑的主流。
（3）网络技术特别是1995 年以后网络技术的迅速发展，并进入普通家庭，使计算机的发展进入了网络、微机、多媒体时代，或简称为进入了计算机网络时代，更进一步推动了计算机的普及。
2．什么是计算机的主要应用领域？试分别举例说明。
【答】计算机的主要应用领域有科学计算（也称数值运算）、数据处理（也信息处理）、自动控制（也称是实时控制或过程控制）、人工智能、网络应用、计算机模拟、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助教育等。
计算机的应用实例随处可见，读者可自行列举生活、工作中的许多例子。
3．计算机的主要类型有哪些？自从1975 年到现在的这些年中，PC 发生了哪些巨大的变化试用几句话概括这些变化的特点。
【答】计算机的主要类型有巨型机、大型主机（也称大型机）、小巨型机、小型机、工作站和微型机 6 类。
20 世纪70 年代中期出现的苹果机和20 世纪80 年代初期出现的IBM PC，均属卫星计算机（简称微型机或微机）。
IBM PC 及其兼容机又简称为PC。
第1章计算机基础知识
计算机硬件的发展
电子计算机按其性能分类：
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
4
微型计算机是第四代计算机的典型代表
微型计算机的发展
5
发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代， 产生了微型计算机 以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以 集成了计算机主要部件——控制器和运算器的 微处理器为核心所构造出的计算机系统 微处理器(Microprocessor)/微型计算机 (Microcomputer) 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处 理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机 时代
同余的概念
同余的性质：
a+M=a(mod M)； a+nM=a(mod M)； 例：以12为模，-4+12=-4 (mod 12) 8= -4 (mod 12) 我们称8与-4对模12来说互为补数。
26
小结：
通过补数，将负数变成正数(减法变成加法) 计算机字长为n时，其模为2n (1 00······00) 计算机的序数是从0开始的，故2n在n位系统中是无 法表示的，它的表示形式与0的表示形式是一样的。
原码
数0的原码有两种不同形式:
[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B
21
原码范围：
-127~127 11111111~01111111(0FFH~7FH)
例：8位原码机器数：
真值：x1＝ 84 = +1010100B x2 ＝－84＝－ 1010100B 机器数：[x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100
符号位 数值位
机器数及真值
当一个数据用16位表示时，用最高位 D15表示符号
第1章 计算机基础知识
1.1.3 计算机的分类
1、按规模和综合性能指标分类 1) 巨型机：运算速度快，可达到数百亿次/秒。处理能力最强：航天、
气象等尖端领域。我国的“银河”、“神威”和“曙光” 等
2)大型机：运算速度在100万～几千万次/秒，大型、通用、速度较快、
1.2.1 计算机的基本结构
1．冯·诺依曼型计算机的基本结构 1945年美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(Von Neumann)提
出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含3个 要点：
⑴采用二进制数的形式表示数据和指令。
⑵将指令和数据存放在存储器中。
⑶计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输 出设备5大部分组成。
随机存储器 （RAM）
计
内存储器 （内存）
算 机
外存储器（外存）
只读存储器 （ROM） 软盘
硬盘
系
光盘
统
键盘
外设
结
输入
图
显示器、投影机
输出设备（Output）
打印机
微机计算机系统
操作系统
绘图仪
语言处理程序
数据库管理系统
网络通信管理程序
系统软件 应用软件 软件系统
应用软件包 用户程序
几种类型的CPU（奔腾4、赛扬D、AMD）
Pentium 4 506+ 2.66G 接口类型：LGA 775
CPU主频：2.66 针脚数（Pin）：775
CPU外频： 制作工艺：0.09微米 二级缓存容量：1M CPU类型：台式机
64位技术：支持
Celeron D 346 3.06G 接口类型：LGA 775
第1章 计算机基础知识
第一章计算机基础知识1.1 计算机系统的组成硬件系统和软件系统1.11计算机的发展阶段1946-1957年电子管计算机1958-1964年晶体管计算机1965-1970年集成电路计算机1971年以后大规模集成电路计算机1.12“储存程序”工作原理计算机使用储存程序工作原理1.13 计算机指令系统（1）计算机指令系统的发展系列计算机复杂指令系统计算机精简指令系统计算机（2）指令的类型数据传送类指令MOV算术逻辑类指令ADD判定控制类指令CMP（3）指令的寻址方式立即寻址指令中带操作数寄存器寻址指令中带寄存器编号,寄存器中存操作数直接寻址指令中带操作数的地址寄存器间接寻址指令中带寄存器的编号，寄存器中带操作数的地址寄存器相对寻址基址寄存器中的地址加上指令中的地址为操作数的地址1.14 计算机的硬件组成运算器控制器存储器输入设备输出设备运算器和控制器成为中央处理器1.15 微处理器具有中央处理器功能的大规模集成电路分为：通用微处理器嵌入式微处理器数字信号处理器1.16 总线Cpu-内存总线i/o总线有：PCI总线usb 通用串行总线1394 高速串行总线Firewire1.17 计算机的软件组成A : 系统软件包括：程序设计语言处理；操作系统；数据库管理软件；服务性程序机器语言汇编语言翻译为机器语言（目标程序）执行高级语言高级语言(源程序) 编译为机器语言（目标程序）执行或者边解释边执行B: 应用软件1.18 计算机的配置和技术指标运算速度与主频存取周期以及何种指令系统有关主频字长决定了可处理的指令的长度存储容量数据传输率1.19 计算机的应用领域科学和工程计算数据和信息处理过程控制计算机辅助系统工程辅助设计（CAD）辅助制造（CAM）辅助测试（CAT）辅助教学（CAI）人工智能逻辑推理；理解自然语言，辅助疾病诊断等网络应用1.2 计算机中的信息表示1.21 计算机中的信息单位二进制1.22 基本的二进制运算1.23 数据在计算机中的表达方式原码反码补码1.24 计算机中的非数值信息一个字节的ASCII码1.3 计算机网络基础1.31 网络的基本概念（1）网络的形成与发展（2）计算机网络的主要特征计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享（资源共享）互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议网络协议三要素：语法，语义，时序语法：规定了用户数据与控制信息的结构与格式语义：规定了用户控制信息的意义以及完成控制的动作与相应时序：是对事件实现顺序的详细说明1.32 网络的分类根据传输技术分为：广播式网络点—点式网络需要通过路由选择算法根据覆盖范围分为：局域网，城域网，广域网广域网（远程网）：主要使用分组交换技术X.25网：建立在速率较低，误码率较高的电缆传输介质上，包括了差错控制，流量控制，阻塞控制等功能。
第一章 计算机基础知识
第一章计算机基础知识主要内容●计算机发展简介●计算机的特点与应用领域●计算机系统的组成●计算机中信息的表示●数制间的转换●计算机病毒知识要点一、计算机发展简介计算机（Computer）：俗称电脑，世界上第一台计算机ENIAC诞生于1946年在美国的宾夕法尼亚大学。
计算机从诞生到现在，根据构成计算机的主要电子元件的不同，可以划分为四个发展阶段。
第一代：主要电子元件为电子管，运算速度以毫秒（ms）为单位；第二代：主要电子元件为晶体管，运算速度以微秒（μs）为单位；第三代：主要电子元件为集成电路，运算速度以纳秒（ns）为单位；第四代：主要电子元件为大规模和超大规模集成电路，运算速度以（ps）为单位。
1956年约翰·麦卡锡提出了人工智能的的概念。
说明：计算机发展趋势向着微型化、巨型化、网络化和智能化四个方向发展。
图灵被称为计算机科学之父、人工智能之父。
二、计算机的特点与应用领域1．计算机的特点运算速度快；计算精度高；存储容量大；具有记忆和逻辑判断能力；自动化程度高。
2．计算机的应用领域（1）数值计算（科学计算）：用计算机来处理科学研究和工程技术中的问题；（2）信息处理（数据处理）：办公自动化、企事业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、会计电算化等都属于数据处理，计算机应用中有80%以上都属于数据处理。
（3）计算机辅助技术：CAI（计算机辅助教学）、CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）。
（4）过程控制（实时控制）：主要应用于现代化的工业生产中。
（5）人工智能：如机器人、指纹识别、语音识别等。
三、数制间的转换1．二、八、十六进制数转换为十进制数将二、八、十六进制数转换为十进制数采用的“按权展开式”的方法进行计算。
2．十进制数转换为二、八、十六进制数（1）整数部分的转换方法：除基取余倒排法。
（2）小数部分的转换方法：乘基取整顺排法。
3．二进制数转换为八、十六进制数将二进制数从小数点位置划开，向左和向右分别以三位或四位为一个组，然后将每个组表示成八进制数或十六进制数即可。
第一节 计算机基础知识
计算过程在程序控制下自动执行，中间无需人工干预，
每秒可做5000个加法，或500次乘法，或50次除法，工
作一小时完成的计算量相当于100个人用手摇计算机计
算两个月。"埃尼克''被认为是电子计算机的始祖，它开
创了电子计算机的历史。
3
4
▪ 2.计算机的发展
1.1.2 微型计算机的发展 概况
▪1．第一代（1971~1973年）4位型计算机 ▪2．第二代（1974~1978年）8位型计算机 ▪3．第三代（1979~1985年）16位型计算机 ▪4．第四代（1986~1992年）32位型计算机 ▪5．第五代（1993~今）64位型计算机 ▪位：指的是机器的字长，字长越长，其精度 越高。
已达几十亿次。
▪ 我国"银河"计算机
每秒达几亿次。
7
▪ 2 .计算精度高
▪ 一般电子计算机可以有十几位有效数字，有的在百位以上甚至更 高。
▪ 3.有较强的记忆能力
▪ 计算机能自动记忆住进入计算机的数据和程序，记忆的数据可以 达到几千万甚至几亿个。
▪ 4. 具有逻辑判断能力，自动化程度高
▪ 计算机并无自己的意志，它不能自己启动，不会自己寻求问题和 制定求解问题的方案，计算机必须接受人的指令。但是，一旦人 们把求解问题的一串指令输入机器启动后，计算机就能按照程序 自动地进行工作直到完成为止，工作过程中一般不需要的人工干 预。它不但能顺序地逐个执行指令，也能按照程序的规定通过逻 辑判断选定下一步要执行的指令，还可按照程序的规定使某些指 令反复执行若干遍。
大家好
1
第一章 计算机基础知识
2
第一章 计算机基础 1.1计算机概述
第1章——计算机基础知识
打印机
（5）总线：指系统部件之间传送信息的公共通道
图1.2计算机硬件系统的组成
2．计算机的软件系统
一、系统软件
指管理、控制和维护计算机系统，开发各种应用软件的支撑程序
（1）操作系统
是计算机系统的核心软件，是用户与计算机的接口。
操作系统的主要功能包括：
CPU管理、设备管理、存储器管理、文件管理、作业管理。目的是提高计算机运行效率和用户使用效率。
常见操作系统有：Windows、Unix、Linux、DOS
（2）语言处理程序
（3）数据库管理系统
用于建立和管理各种数据资源库（VFP、ACCESS、SOL SERVER）
（4）系统支撑服务程序
系统诊断程序、调试程序、编辑程序、杀毒程序等
信息的数据编码中的最小单位。
（4）字节（byte）：8位二进制数字表示一个字节，字节是存储系
统中最小的存取单位。
（5）字长：计算机一次能处理的二进制位数，字长取决于计算机
的内部结构
2、数值数据的表示
同一计算机中，数据的长度通常是固定统一的，不足部分用“0”数的正负号，通常在二进制数最前面规定一个符号位，“0”表示正，“1”
一个十进制数表示：
如：1234可展开为：1*103+2*102+3*101+4*100
254.87可展开为：2*102+5*101+4*100+8*10-1+7*10-2
3、二进制
基数为2的计数制就称为二进制
基数：2
位权：2n
（二）数制间的转换
1、二进制的优点：
①技术实现简单
②简化运算规则
第一章计算机基础知识
网络攻击防护
要点一
总结词
了解常见的网络攻击手段和防护方法，如防火墙、入侵检 测系统等，加强网络安全意识，不轻易泄露个人信息。
要点二
详细描述
随着网络的普及，网络攻击也日益增多。常见的网络攻击 手段包括拒绝服务攻击、钓鱼攻击、恶意软件感染等。为 了防止网络攻击，需要采取有效的防护措施，如使用防火 墙、入侵检测系统等安全设备，加强网络安全意识，不轻 易泄露个人信息。
互联网计算机时代
总结词
互联网计算机时代始于20世纪90年代，主 要特点是计算机网络技术的发展和应用。
详细描述
互联网计算机时代始于1991年的World Wide Web（万维网），它使得互联网成为 一个全球性的信息共享平台。随着互联网的 普及和深入应用，人们的生活、工作、学习 等方面都发生了深刻的变化。同时，互联网 技术的发展也催生了许多新的产业和商业模 式，如电子商务、在线教育等。
自动控制是指利用计算机对生产过程、机械装置等进行自动化控制，以提高生产效率、减少人工干预的过程。
详细描述
自动控制广泛应用于工业生产、航空航天、交通运输等领域。通过自动控制，可以实现精确控制、快速响应和高 效生产，提高生产效率和产品质量。
辅助设计
总结词
辅助设计是指利用计算机进行产品设计、工程制图、虚拟仿真等过程，以提高设计效率和设计质量。
数据备份与恢复
总结词
定期备份重要数据，并采取多种方式进行备份，确保数 据安全。同时，了解数据恢复的方法和步骤，以应对数 据丢失的情况。
详细描述
数据备份是保护数据安全的重要措施。为了防止数据丢 失或损坏，需要定期备份重要数据，并采取多种方式进 行备份，如本地备份、云备份等。同时，了解数据恢复 的方法和步骤，以应对数据丢失的情况。在数据备份和 恢复的过程中，需要注意数据的完整性和可用性，确保 数据的安全可靠。
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将 (100)10
(100)10 = (1100100)2
2 2 2 2
2
大学计算机基础
49
十进制
小数部分
二进制（续）
乘2取整，先整为高，后整为低
乘
2 取整数，直到小数部分为0或达 到要求的精度为止 的最高位，最后取得的整数是最低位
首次取得的整数是转换后的进制部分
大学计算机基础
1*2-2=11.25D
位权
大学计算机基础
47
十进制
整数部分
二进制
除2取余，先余为低，后余为高
除
2 取余数，直到商为 0
首次取得的余数是转换后的进制部分
的最低位，最后取得的余数是最高位
大学计算机基础
48
十进制
二进制（续）
二进制
2 2 100 50 25 12 6 3 1 0 0 0 1 0 0 1 1
文字处理
艺术排版、科技排版
电子表格处理
工作表操作、单元格设置、函数和公式、
图表分析
演示文稿
基本操作、添加对象、设置动画效果、设
置幻灯片放映
大学计算机基础
10
教学内容安排（续）
多媒体技术应用
多媒体信息基础知识、图形图像处理 网络概述、网络组成、网络应用技术
网络基础知识
的时间按时提交，否则扣分 严禁抄袭，若发现抄袭现象，抄袭 者和被抄袭者本次作业或者实验报 告的分数都为0分
大学计算机基础
6
作业和实验报告上传
上传作业和实验报告时，请按照
以下格式给你的文件取名
学号-姓名-实验X.***
上交到作业文件夹下各自班级的子
文件夹内
大学计算机基础
7
本次课程所讲内容
大学计算机基础
大学计算机基础
—计算机基础知识 李群 liqunbj@
本次课程所讲内容
课程注意事项
教学内容安排 计算机基础知识
课时分配 课程考核方式 教学服务器 作业和实验报告
大学计算机基础
2
课时分配
理论课（24学时）
上课时间：
1-8周,12-15周，周三上午1-2节 上课地点：二教110
八进制（续）
1位八进制数相当于3位二进制数 从二进制整数的最右端向左分组，每3 位为一组，最左端不足3位补0即可
(100 101 110 111)2 ( 4
大学计算机基础
人脸识别
大学计算机基础
36
计算机的新技术
网格计算技术：利用互联网把分散在不同地理位 置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其 中每一台的计算机就是一个“节点”，而整个计算是 由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。 优点：数据处理能力超强，充分利用网上的闲置处理 能力。
大学计算机基础
37
计算机的新技术
低位
十进制
二进制（续）
将一个既有整数部分又有小数部分的
十进制数转换成二进制数，可以将其整数
部分和小数部分分别转换，然后再组合。
大学计算机基础
52
二进制
八进制
八进制 0 1 2 3 4 5 6 7 二进制 000 001 010 011 100 101 110 111
53
大学计算机基础
二进制
计算机应用基础
28
电子计算机的发展历程
时代 第一代 第二代 第三代 第四代 年份 1946-1958 1958-1964 1964-1970 1971年迄今 使用的逻辑元件 电子管 晶体管 集成电路 大规模和超大规 模集成电路
微机时代的 到来
大学计算机基础
29
计算机应用：科学计算
科学计算是计算机最早的应用领域， 例如导弹发射轨道的 计算，天气预报等工作。
计算机应用基础
4
教学服务器
ftp://211.71.149.87
ftp://211.71.149.87/李群/课件
课件下载、实验和作业通知、教学辅助材料
ftp://211.71.149.87/李群/作业
包含各班文件夹：上传作业和实验报告
大学计算机基础
5
作业和实验报告
每次作业和实验报告都要按照规定
大学计算机基础
22
第一台电子计算机 — ENIAC
约18000个电子管 重30吨 占地170平方米 耗电174千瓦/小时
约翰·埃克特
莫克利
第一台电子计算机 — ENIAC
每秒进行 5000 次 加减运算 没有存储器 用线路连接的方 式编排程序 标志电子计算机 时代的到来
24
大学计算机基础
计算机应用：计算机辅助系统
计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助制造（CAM） 计算机辅助测试（CAT） 计算机集成制造系统（CIMS） 计算机辅助教育（CBE）
大学计算机基础
32
计算机应用 ：多媒体应用
数字声音设计制作 数字视觉设计制作
图形图像设计 电影特技制作 电子游戏
实验课（16学时）
上课时间：
14-16周，18周，周五上午1-4节， 上课地点：计算中心
大学计算机基础
3
本课程的考核方式
本课程采用的考核方式是机考方式（闭卷）， 考试题型为：单项选择题（理论知识，共 40分）、软件操作题（3道上机题，共60 分） 。
总评成绩 ＝(作业+实验+出勤)*(30%~40%) +(期末考试的成绩)*(70%~60%)
(1010)2 ，(18)10 ，(28)8 ，(6AEI)16
(正确)
大学计算机基础
(正确)
(错误)
45
(错误)
不同进位制之间的转换
二进制 二进制
十进制 八进制
二进制
十进制
十六进制
十六进制
大学计算机基础
46
二进制
方法
十进制
每个数位上的数字乘以各自位权的累加
示例
(1011.01)2=1*23+0*22+1*21+1*20+0*2-1+
大学计算机基础
16
手动式计算工具（续）
纳皮尔计算尺
7
2
3
0 1 0 4 6 9
73×32
3 6 做个位 904 做十位 011 做百位 2 做千位
2
1
2336
3
3
大学计算机基础
2
6
17
机械式计算工具
1642 年，法国科学家帕斯卡发明了 世界上第一台机械式加减法器
大学计算机基础
18
机械式计算工具（续）
本次课程所讲内容
课程注意事项
教学内容安排
计算机基础知识
计算机的发展历程 数据在计算机中的表示方法 信息编码
大学计算机基础
40
计算机中采用二进制来表示数据
什么是二进制？
二进制表示的数据中，每个数位上
的数字只能是0或者1 (10101011)2 逢2进一：(1)2+(1)2=(10)2
1674年，德国数学家莱布尼兹发明了 机械式四则运算计算器
大学计算机基础
19
近代计算机
英国数学家 查尔斯.巴比奇
大学计算机基础
1822年，差分机
20
近代计算机（续）
1834年，分析机
大学计算机基础
21
第一台电子计算机
名称？
ENIAC 诞生时间？1946年2月 诞生地点？美国宾夕法尼亚大学 由谁研制？埃克特、莫克利等 用途？ 计算炮弹弹道
课程注意事项
教学内容安排 计算机基础知识
大学计算机基础
8
教学内容安排
计算机基础知识
计算机的发展历程、数据在计算机中 的表示形式、信息编码
计算机系统
硬件系统、软件系统、模拟攒机 文件的概念、资源管理器、控制面板
9
操作系统
大学计算机基础
教学内容安排（续）
办公软件应用
大学计算机基础
30
计算机应用：过程控制或者自动控制
用计算机对卫星或者飞 船进行实时监控
2011年11月，神舟八号飞船发 射,与天宫一号目标飞行器实现 无人对接。
2012年6月18日,神舟九号 飞船与天宫一号目标飞行器实 现首次载人的空间交会对接。
大学计算机基础
31
2013年6月11日,神舟十号 飞船升天，完成了自动和手 动交会对接、组合体飞行、 绕飞等任务。
50
将(0.6875)10转换为二进制形式：
0. 6875 × 2
1.3750
0. 3750 × 2
……
整数部分为1
高位
0. 7500
0. 7500 × 2
…… 整数部分为0
即：(0.6875)10 =(0.1011)2
1. 5000
0. 5000 × 2
…… 整数部分为1
1. 0000
…… 整数部分为1
常用的进位计数制
日常使用：十进制（Decimal） 计算机采用：二进制（Binary） 为了简化二进制的表示方式，使用
八进制（Octal）
十六进制（Hexdecimal）
大学计算机基础
43
进位计数制的要素
数码、基数、计数规则 R进制数(R