信息技术应用基础-计算机基础知识
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小数点右边：从左向右，每一位对应的权值分别为10-1、10-2
3．常用进制及特点 （1）十进制（Decimal System）。十进制由0、1、2、…9十个数码组成，逢十
进一，借一当十，其位权是以10 为底的幂，在数字后面加写英文字母D或在括 号外面加数字下标10进行标识，如269D或(269)10。 （2）二进制（Binary System）。 二进制由0和1两个数码组成，逢二进一，借 一当二，其位权是以2为底的幂，在数字后面加写英文字母B或在括号外面加数 字下标2进行标识，如1011B或(1011)2。 （3）八进制（Octave System）。八进制由0、1、2、…7八个数码组成，逢八 进一，借一当八，其位权是以8为底的幂，在数字后面加写英文字母O或在括号 外面加数字下标8进行标识，如607O或(607)8。 （4）十六进制（Hexadecimal System）。十六进制由0、1、2、…9、A、B、 C、D、E、F十六个数码组成，逢十六进一，借一当十六，其位权是以16为底 的幂，在数字后面加写英文字母H或在括号外面加数字下标16进行标识，如 3EF7H或(3EF7)16。
2.2.3 数制间的转换
1．R进制数转换成十进制数
由于不同进制的基数不同，其权值也不相同。对于任意的R 进制数值都可表示为各位数码本身的值与其权值的乘积之和， 即数值的按权展开：
Hale Waihona Puke 2．十进制数转换成R进制数
在将十进制数转换成R进制数时，整数部分和小数部 分须分别遵循不同的转换规则：
（1）对整数部分采用“除R取余法”，即整数部分不 断除以R取其余数，直到商为0为止，最先得到的余 数为最低位，最后得到的余数为最高位。
1TB=210GB=210×210 MB=210×210×210KB =210×210×210×210B
（3）字（Word）。字是字节的组合，并作为一个独 立的信息单元进行存取、传送和处理。每个字中二 进制位数的长度，称为字长。不同计算机系统的字 长也不相同，字长越长，计算机一次处理的信息位 越多，计算精度越高。字长是衡量计算机性能的一 个重要指标。
2.3.1 计算机硬件系统
图2-2 计算机硬件系统结构示意图
2.3.2 计算机软件系统
计算机软件按用途可分为系统软件和应用软件两大类。 ⒈ 系统软件 （1）操作系统。 （2）支撑软件。 （3）语言处理系统。 （4）数据库管理系统。
⒉ 应用软件
图2-3 计算机系统的组成结构
2.3.3 计算机的基本工作原理
2.1.3 计算机的分类
计算机的种类很多，分类的方法也很多，当前沿用较多的是 “电气与电子工程师协会于1989年提出的一种分类方法。该 方法将计算机分为六种： （1）超级计算机或称巨型机（Supercomputer）。 （2）小超级机或称小巨型机（Minisupercomputer）。 （3）大型主机（Mainfram）。 （4）小型机（Minicomputer）。 （5）工作站（Work Station）。 （6）个人计算机（Personal Computer）。
图2-5 微机硬件系统的组成
2.4.1 微型计算机的硬件组成
⒈ 主机 微机的主机从外观上可分 为卧式和立式两种，立式 主机是目前的主流款式， 如图2-6所示。中央处理器 （CPU）、内存储器、磁盘 驱动器、显卡、声卡、输 入/输出接口设备及电源等 重要部件都安装在主机中。
2．主板
3．中央处理器
自1973至1977年间，先后出现了以Intel公司的8080、 8085和Motorola公司的MC6800、ZILOG公司的Z80为代表的第 二代微型计算机。
1981年，以IBM公司的IBM-PC/XT为代表的微型计算机才 真正被人们所了解、接受并使用。其CPU采用Intel的8088， 并配备了软驱、硬盘、512KB的内存和专用的操作系统。从 各个性能指标评价，都比第二代微型机提高了一个数量级。
1985年，Intel公司的32位微处理器80386的问世，标志 着微型计算机发展进入了第四阶段。
1992年2月Compaq公司推出了第一款64位处理器Alpha， 其主频突破了200MHz，成为第五代微机的代表。
2.1.2 计算机的特点
（1）运算速度快。 （2）计算精度高。 （3）存储能力强。 （4）具有逻辑判断能力。 （5）自动化程度高，通用性强。
至今为止，计算机基本工作原理仍然采用冯·诺依曼于1945年提出 的以“存储程序”和“程序控制”为基础的设计思想，即“存储程序控 制”原理，又称为“冯·诺伊曼原理”。
图2-4 计算机的工作原理
2.4 微型计算机的硬件构成
微型计算机，简称微机，是目前发展最快、应用最广泛 的一类计算机。如图2-5所示，微机硬件系统仍然是由运算 器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组 成。
2.2.1 数制
数制又称计数法，是用一组固定的数字和一套统一的规则来表 示数目的方法。按照进位方式计数的数制称为进位计数制。 例如，逢十进一，即十进制；逢二进一，即二进制。
进位计数制包括基数与各数位的位权两个要素。
1．基数
基数是指各种进制中允许选用的基本数码的个数。例如，十进制选用的数码有0、1、 2、3、4、5、6、7、8、9，其基数为10；二进制选用的数码只有0和1，其基 数为2。
2.2.5 计算机中常用的信息编码
1．数值数据编码
（1）带符号数的编码。数值型数据分为无符号 数和有符号数两种。在计算机中，用一个二进制数 的最高位表示符号，0表示正，1表示负，其余位表 示数值，这种带符号数的表示方法称为原码表示法。
直接对二进制数进行加减运算有可能导致错误 的结果，所以有时需要用补码或反码来表示。正数 的补码、反码与其原码相同。负数的反码，除了符 号位外，其余各位按位取反。负数的补码为其反码 加1。
第2章 计算机基础知识
知识目标 了解计算机的发展、特点、分类及应用 理解计算机中的信息表示方法和常用的编码方式 理解计算机系统的组成和工作原理 了解常用计算机操作系统 了解计算机的使用和维护常识
技能目标 能够熟练完成数制间的相互转换 能够识别微机的硬件设备，并说出它 们的基本功用 能够正确使用软驱、光驱和U盘 能够正确开机和关机 能够正确使用鼠标和键盘，并完成简 单的中、英文输入
（1）位（bit）。位又称比特，是计算机中最小的信息单位，表示1位 二进制信息。
（2）字节（Byte）。字节简写为B，是计算机中基本的信息存储单元。 1个字节由8位二进制数位组成，即1B=8bit。常用的信息存储单位还 有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）以及太字节（TB）等。 它们之间的换算关系如下：
2.1.4 计算机的应用
根据应用领域，计算机的应用大致可分为以下几个 方面。 （1）科学计算。 （2）数据处理。 （3）实时控制。 （4）计算机辅助系统。 （5）计算机网络。 （6）人工智能。
2.1.5 新型计算机技术展望
现在问世的计算机，都是用硅芯片作为“心脏”，因此， 无论是晶体管的密集程度，还是计算机的运算速度都有一定 的极限。目前，科学家正在研究包括生物计算机、光子计算 机、量子计算机在内的各种新型计算机，而且已经取得了一 些突破。
2．微型计算机的发展
微型计算机（Microcomputer），简称微机， 是以微处理器——中央处理器CPU（Central Processing Unit）为核心部件，配以大规模集成 电路制作的存储器、输入/输出接口电路及系统总 线所组成的计算机。
1971年，以Intel公司研制成功的4004 CPU和由它组成 的MCS-4微型计算为代表，第一代微型计算机诞生。
（2）对小数部分采用“乘R取整法”，即小数部分不 断乘以R取其整数，直到小数为0或达到有效精度为 止，最先得到的整数为最高位，最后得到的整数为 最低位。
3．二进制数转换为八进制、十六进制数
4．八进制、十六进制数转换为二进制数
转换规则是：将每位八（或十六）进制数展开为3（或4）位进 制数。
2.2.4 计算机中的信息存储单位
中央处理器简称CPU，是计算机系统的核心部件。生产 CPU芯片的公司主要有Intel、AMD、Cyrix、TI等。
4．存储器
存储器是计算机的记忆和存储部件。计算机的存储器有两类： 一类是内存储器，它直接和运算器、控制器交换数据，容量 小，存取速度快；另一类是外存储器，它间接和运算器、控 制器交换信息，存取速度慢，但存取容量大，价格低廉。
2．位权
同一个数码处在不同位置上所代表的值不同，每个数码所表示的数值等于该数码乘 以一个与数码所在位置相关的常数，这个常数叫做位权。例如，十进制数 34958.34的值为：
(34958.34)10=3×104+4×103+9×102+5×101+8×100+3×101+4×10-2
小数点左边：从右向左，每一位对应权值分别为100、101、102、103、104
2．字符信息编码
（1）BCD码（Binary-Coded Decimal，二-十进制编码）。 BCD码用于解决以二进制数表示十进制数的问题。BCD编码 方式很多，最常用的是8421码。
（2）ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码。ASCII码是“美国标准信息交换码”的 简称，是目前使用最广泛的西文字符信息编码。
（1）内存储器。内存储器简称内存，又称主存，它和CPU一起 构成了计算机的主机部分。内存由半导体材料制成，它包含 很多的存储单元，每个单元可以存放一个字节，每个字节各 有一个固定的编号，这个编号称为地址。CPU在存储器中存 取数据时按地址进行。所谓存储器容量即指存储器中所包含 的字节数，通常用KB和MB作为存储器容量的单位。
2.2.2 二进制
1．二进制的特点 自1946年第一台电子计算机诞生以来，计算机中的信息一直
采用二进制编码形式表示，这主要是由二进制在技术操作 上的
可行性 可靠性 简易性 逻辑性
等特点所决定的。
2．二进制数的运算 （1）二进制数的算术运算 （2）二进制数的逻辑运算
（1）二进制数的算术运算
（2）二进制数的逻辑运算
（2）定点数与浮点数的编码。定点数是指小数点位值 固定不变的数。若小数点的位置固定在符号位之后，则该 数值只能表示纯小数，称为定点小数；若小数点的位置固 定在最低位之后，则该数值只能表示整数，称为定点整数。
浮点数是指小数点位置不固定（浮动）的数。一个十 进制实数可以表示为一个纯小数（称为尾数）与10的正整 数次幂（称为阶码）的乘积。例如， 52.483=0.52483×102。同样，一个二进制数N也可表示为： N=尾数×2阶码，这里的尾数和阶码也都是二进制数。
（3）汉字编码。与西文字符相比，汉字字符集要大得多，编 码也要困难得多。在计算机输入、输出和内部处理时，需 要使用不同的编码，并在编码之间进行转换，其过程为：
1）汉字输入码（外码）。 2）汉字交换码。 3）汉字机内码。 4）汉字字形码。
2.3 计算机系统的组成与工作原理
计算机系统由硬件和软件两部分组成。其中 “硬件”是指由电子、机械和光电元件组成的各种 计算机部件和设备。“软件”是指为计算机运行工 作服务的全部技术和各种程序。硬件是软件运行的 物质基础，软件是计算机的灵魂，二者相互配合， 缺一不可。
由于这些新型计算机都具有极高的实用价值，美国、日 本、德国、俄罗斯等国都投入巨资资助相关研究。不久的将 来，新型计算机的研究将会取得突破性进展。
2.2 计算机中的信息表示与编码
计算机不仅能处理数值信息，还能处理诸如图 形、图像、文字、音频、视频等非数值类信息。这 些信息必须转换成二进制编码，才能被计算机识别、 处理和存储。也就是说计算机只能识别二进制形式 的数据。
2.1 计算机的发展与应用
计算机是20世纪最卓越的科技发明之一。自世 界上第一台计算机诞生以来，在半个世纪的时间里， 计算机的发展与应用取得了令人瞩目的成就，有力 地推动了科学技术的发展。
2.1.1 计算机的发展
1．电子计算机的发展 根据计算机所采用的主要电子器件的不同，把计算机的发展 划分为四个阶段。 （1）第一代——电子管计算机（1946～1957年）。。 （2）第二代——晶体管计算机（1958～1964年）。 （3）第三代——集成电路计算机（1965～1970年）。 （4）第四代——大规模和超大规模集成电路计算机
3．常用进制及特点 （1）十进制（Decimal System）。十进制由0、1、2、…9十个数码组成，逢十
进一，借一当十，其位权是以10 为底的幂，在数字后面加写英文字母D或在括 号外面加数字下标10进行标识，如269D或(269)10。 （2）二进制（Binary System）。 二进制由0和1两个数码组成，逢二进一，借 一当二，其位权是以2为底的幂，在数字后面加写英文字母B或在括号外面加数 字下标2进行标识，如1011B或(1011)2。 （3）八进制（Octave System）。八进制由0、1、2、…7八个数码组成，逢八 进一，借一当八，其位权是以8为底的幂，在数字后面加写英文字母O或在括号 外面加数字下标8进行标识，如607O或(607)8。 （4）十六进制（Hexadecimal System）。十六进制由0、1、2、…9、A、B、 C、D、E、F十六个数码组成，逢十六进一，借一当十六，其位权是以16为底 的幂，在数字后面加写英文字母H或在括号外面加数字下标16进行标识，如 3EF7H或(3EF7)16。
2.2.3 数制间的转换
1．R进制数转换成十进制数
由于不同进制的基数不同，其权值也不相同。对于任意的R 进制数值都可表示为各位数码本身的值与其权值的乘积之和， 即数值的按权展开：
Hale Waihona Puke 2．十进制数转换成R进制数
在将十进制数转换成R进制数时，整数部分和小数部 分须分别遵循不同的转换规则：
（1）对整数部分采用“除R取余法”，即整数部分不 断除以R取其余数，直到商为0为止，最先得到的余 数为最低位，最后得到的余数为最高位。
1TB=210GB=210×210 MB=210×210×210KB =210×210×210×210B
（3）字（Word）。字是字节的组合，并作为一个独 立的信息单元进行存取、传送和处理。每个字中二 进制位数的长度，称为字长。不同计算机系统的字 长也不相同，字长越长，计算机一次处理的信息位 越多，计算精度越高。字长是衡量计算机性能的一 个重要指标。
2.3.1 计算机硬件系统
图2-2 计算机硬件系统结构示意图
2.3.2 计算机软件系统
计算机软件按用途可分为系统软件和应用软件两大类。 ⒈ 系统软件 （1）操作系统。 （2）支撑软件。 （3）语言处理系统。 （4）数据库管理系统。
⒉ 应用软件
图2-3 计算机系统的组成结构
2.3.3 计算机的基本工作原理
2.1.3 计算机的分类
计算机的种类很多，分类的方法也很多，当前沿用较多的是 “电气与电子工程师协会于1989年提出的一种分类方法。该 方法将计算机分为六种： （1）超级计算机或称巨型机（Supercomputer）。 （2）小超级机或称小巨型机（Minisupercomputer）。 （3）大型主机（Mainfram）。 （4）小型机（Minicomputer）。 （5）工作站（Work Station）。 （6）个人计算机（Personal Computer）。
图2-5 微机硬件系统的组成
2.4.1 微型计算机的硬件组成
⒈ 主机 微机的主机从外观上可分 为卧式和立式两种，立式 主机是目前的主流款式， 如图2-6所示。中央处理器 （CPU）、内存储器、磁盘 驱动器、显卡、声卡、输 入/输出接口设备及电源等 重要部件都安装在主机中。
2．主板
3．中央处理器
自1973至1977年间，先后出现了以Intel公司的8080、 8085和Motorola公司的MC6800、ZILOG公司的Z80为代表的第 二代微型计算机。
1981年，以IBM公司的IBM-PC/XT为代表的微型计算机才 真正被人们所了解、接受并使用。其CPU采用Intel的8088， 并配备了软驱、硬盘、512KB的内存和专用的操作系统。从 各个性能指标评价，都比第二代微型机提高了一个数量级。
1985年，Intel公司的32位微处理器80386的问世，标志 着微型计算机发展进入了第四阶段。
1992年2月Compaq公司推出了第一款64位处理器Alpha， 其主频突破了200MHz，成为第五代微机的代表。
2.1.2 计算机的特点
（1）运算速度快。 （2）计算精度高。 （3）存储能力强。 （4）具有逻辑判断能力。 （5）自动化程度高，通用性强。
至今为止，计算机基本工作原理仍然采用冯·诺依曼于1945年提出 的以“存储程序”和“程序控制”为基础的设计思想，即“存储程序控 制”原理，又称为“冯·诺伊曼原理”。
图2-4 计算机的工作原理
2.4 微型计算机的硬件构成
微型计算机，简称微机，是目前发展最快、应用最广泛 的一类计算机。如图2-5所示，微机硬件系统仍然是由运算 器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组 成。
2.2.1 数制
数制又称计数法，是用一组固定的数字和一套统一的规则来表 示数目的方法。按照进位方式计数的数制称为进位计数制。 例如，逢十进一，即十进制；逢二进一，即二进制。
进位计数制包括基数与各数位的位权两个要素。
1．基数
基数是指各种进制中允许选用的基本数码的个数。例如，十进制选用的数码有0、1、 2、3、4、5、6、7、8、9，其基数为10；二进制选用的数码只有0和1，其基 数为2。
2.2.5 计算机中常用的信息编码
1．数值数据编码
（1）带符号数的编码。数值型数据分为无符号 数和有符号数两种。在计算机中，用一个二进制数 的最高位表示符号，0表示正，1表示负，其余位表 示数值，这种带符号数的表示方法称为原码表示法。
直接对二进制数进行加减运算有可能导致错误 的结果，所以有时需要用补码或反码来表示。正数 的补码、反码与其原码相同。负数的反码，除了符 号位外，其余各位按位取反。负数的补码为其反码 加1。
第2章 计算机基础知识
知识目标 了解计算机的发展、特点、分类及应用 理解计算机中的信息表示方法和常用的编码方式 理解计算机系统的组成和工作原理 了解常用计算机操作系统 了解计算机的使用和维护常识
技能目标 能够熟练完成数制间的相互转换 能够识别微机的硬件设备，并说出它 们的基本功用 能够正确使用软驱、光驱和U盘 能够正确开机和关机 能够正确使用鼠标和键盘，并完成简 单的中、英文输入
（1）位（bit）。位又称比特，是计算机中最小的信息单位，表示1位 二进制信息。
（2）字节（Byte）。字节简写为B，是计算机中基本的信息存储单元。 1个字节由8位二进制数位组成，即1B=8bit。常用的信息存储单位还 有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）以及太字节（TB）等。 它们之间的换算关系如下：
2.1.4 计算机的应用
根据应用领域，计算机的应用大致可分为以下几个 方面。 （1）科学计算。 （2）数据处理。 （3）实时控制。 （4）计算机辅助系统。 （5）计算机网络。 （6）人工智能。
2.1.5 新型计算机技术展望
现在问世的计算机，都是用硅芯片作为“心脏”，因此， 无论是晶体管的密集程度，还是计算机的运算速度都有一定 的极限。目前，科学家正在研究包括生物计算机、光子计算 机、量子计算机在内的各种新型计算机，而且已经取得了一 些突破。
2．微型计算机的发展
微型计算机（Microcomputer），简称微机， 是以微处理器——中央处理器CPU（Central Processing Unit）为核心部件，配以大规模集成 电路制作的存储器、输入/输出接口电路及系统总 线所组成的计算机。
1971年，以Intel公司研制成功的4004 CPU和由它组成 的MCS-4微型计算为代表，第一代微型计算机诞生。
（2）对小数部分采用“乘R取整法”，即小数部分不 断乘以R取其整数，直到小数为0或达到有效精度为 止，最先得到的整数为最高位，最后得到的整数为 最低位。
3．二进制数转换为八进制、十六进制数
4．八进制、十六进制数转换为二进制数
转换规则是：将每位八（或十六）进制数展开为3（或4）位进 制数。
2.2.4 计算机中的信息存储单位
中央处理器简称CPU，是计算机系统的核心部件。生产 CPU芯片的公司主要有Intel、AMD、Cyrix、TI等。
4．存储器
存储器是计算机的记忆和存储部件。计算机的存储器有两类： 一类是内存储器，它直接和运算器、控制器交换数据，容量 小，存取速度快；另一类是外存储器，它间接和运算器、控 制器交换信息，存取速度慢，但存取容量大，价格低廉。
2．位权
同一个数码处在不同位置上所代表的值不同，每个数码所表示的数值等于该数码乘 以一个与数码所在位置相关的常数，这个常数叫做位权。例如，十进制数 34958.34的值为：
(34958.34)10=3×104+4×103+9×102+5×101+8×100+3×101+4×10-2
小数点左边：从右向左，每一位对应权值分别为100、101、102、103、104
2．字符信息编码
（1）BCD码（Binary-Coded Decimal，二-十进制编码）。 BCD码用于解决以二进制数表示十进制数的问题。BCD编码 方式很多，最常用的是8421码。
（2）ASCII（American Standard Code for Information Interchange）码。ASCII码是“美国标准信息交换码”的 简称，是目前使用最广泛的西文字符信息编码。
（1）内存储器。内存储器简称内存，又称主存，它和CPU一起 构成了计算机的主机部分。内存由半导体材料制成，它包含 很多的存储单元，每个单元可以存放一个字节，每个字节各 有一个固定的编号，这个编号称为地址。CPU在存储器中存 取数据时按地址进行。所谓存储器容量即指存储器中所包含 的字节数，通常用KB和MB作为存储器容量的单位。
2.2.2 二进制
1．二进制的特点 自1946年第一台电子计算机诞生以来，计算机中的信息一直
采用二进制编码形式表示，这主要是由二进制在技术操作 上的
可行性 可靠性 简易性 逻辑性
等特点所决定的。
2．二进制数的运算 （1）二进制数的算术运算 （2）二进制数的逻辑运算
（1）二进制数的算术运算
（2）二进制数的逻辑运算
（2）定点数与浮点数的编码。定点数是指小数点位值 固定不变的数。若小数点的位置固定在符号位之后，则该 数值只能表示纯小数，称为定点小数；若小数点的位置固 定在最低位之后，则该数值只能表示整数，称为定点整数。
浮点数是指小数点位置不固定（浮动）的数。一个十 进制实数可以表示为一个纯小数（称为尾数）与10的正整 数次幂（称为阶码）的乘积。例如， 52.483=0.52483×102。同样，一个二进制数N也可表示为： N=尾数×2阶码，这里的尾数和阶码也都是二进制数。
（3）汉字编码。与西文字符相比，汉字字符集要大得多，编 码也要困难得多。在计算机输入、输出和内部处理时，需 要使用不同的编码，并在编码之间进行转换，其过程为：
1）汉字输入码（外码）。 2）汉字交换码。 3）汉字机内码。 4）汉字字形码。
2.3 计算机系统的组成与工作原理
计算机系统由硬件和软件两部分组成。其中 “硬件”是指由电子、机械和光电元件组成的各种 计算机部件和设备。“软件”是指为计算机运行工 作服务的全部技术和各种程序。硬件是软件运行的 物质基础，软件是计算机的灵魂，二者相互配合， 缺一不可。
由于这些新型计算机都具有极高的实用价值，美国、日 本、德国、俄罗斯等国都投入巨资资助相关研究。不久的将 来，新型计算机的研究将会取得突破性进展。
2.2 计算机中的信息表示与编码
计算机不仅能处理数值信息，还能处理诸如图 形、图像、文字、音频、视频等非数值类信息。这 些信息必须转换成二进制编码，才能被计算机识别、 处理和存储。也就是说计算机只能识别二进制形式 的数据。
2.1 计算机的发展与应用
计算机是20世纪最卓越的科技发明之一。自世 界上第一台计算机诞生以来，在半个世纪的时间里， 计算机的发展与应用取得了令人瞩目的成就，有力 地推动了科学技术的发展。
2.1.1 计算机的发展
1．电子计算机的发展 根据计算机所采用的主要电子器件的不同，把计算机的发展 划分为四个阶段。 （1）第一代——电子管计算机（1946～1957年）。。 （2）第二代——晶体管计算机（1958～1964年）。 （3）第三代——集成电路计算机（1965～1970年）。 （4）第四代——大规模和超大规模集成电路计算机