第一章计算机基础知识
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键盘
显示器 音箱 鼠标
2、笔记本电脑
1.1.1 计算机发展的几个阶段
计算机发展的四个阶段
代次 第一代 第二代
起止年份 1946~1958 1958~1964
所用电子元 器件
运算速度
应用领域
电子管 5千~3万次/秒 科学计算
晶体管
工程设计、 几万~几十万 数据处理
次/秒
第三代 第四代
1964~1971 1971~今
读写窗口
金属挡板
塑料外壳 中心轴孔
每扇区存储的信息 量均为512B
即存储容量相 同，但存储密
度不同
写保护孔打开，透
写保护口
光时不能写入
键盘
功能键区
数字小键盘区
主键盘区
编辑键区
Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12
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3．计算机的分类
依据IEEE（美国电气和电子工程师协会）的划 分标准，计算机分成:
(1)巨型机 (2)小巨型机 (3)大型主机
(4)小型机 (5)工作站 (6)个人计算机（微机）
1.2 计算机组成与工作原理
微型计算机由硬件系统和软件系统组成。硬件指的是所 能够看得见的组成计算机的物理设备，例如：显示器、主机 等，是构成计算机的实体；软件是用来指挥计算机完成具体 工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。
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暂停或终止
Ins（ertCtrlH+oBmreeakPU）apge
Tab Q W E
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Page Down
在计算机中，数据的长度用“字”表示，每个字所包含的二 进制数的位数称为字长。由于字长是计算机中的CPU一次能够 同时处理的二进制数据的位数，因此它直接关系到计算机的计 算精度、速度和功能。字长越长，计算机处理数据的能力越强 。 （2） 时钟频率（主频）
时钟频率又称主频，指CPU在单位时间（秒）内平均要动作的 次数，单位为MHz（兆赫兹）。时钟频率决定着计算机的运算 速度，时钟频率越高，计算机的运算速度越快。
操作系统分类： 单用户操作系统 批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统 网络操作系统 分布式操作系统
目前，微型计算机中使用的操作系统主要有DOS、Windows 98/2000/XP、UNIX和Linux等。
由0和1组成的二进制代码序列，计算机可直接执行 程序设计语言 汇编语言 – 将二进制形式的机器指令代码序列用符号（助记符）表示
总线通常由地址总线、数据总线和控制总线三部分组成。 地址总线用于传送地址信号。地址总线的数目决定微机系统存 储空间的大小；数据总线用于传送数据信号。数据信号的数目 反映了CPU 一次可接收数据的能力；控制总线用于传送控制 器的各种控制信号。
微型计算机系统所采用的总线结构
2. PC机的硬件配置 微型机又叫PC机或个人电脑。一台个人电脑由主机、显示器
删除字符
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Enter
光标移动
Shift Z X C
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Shift
Ctrl Alt
Alt Ctrl
鼠标
鼠标的外形非常像一只老鼠，所以取名鼠标，现在的使用 频率相当高，可以代替键盘的大部分功能。鼠标分为机械式、 光学式和光学机械式三种，对鼠标的操作可分为左击、右击、 双击及拖动，这四种不同的操作可以实现不同的功能。
输出设备
（1）显示器：显示器由监视器和显示适配卡组成， 是最常用的输出设备。 （2）打印机：打印机也是计算机中最常用的输出设 备。按输出方式可分为击打式和非击打式，击打式 以针式打印机为主要代表，非击打式以激光打印机 和喷墨打印机为主流。
2．微型计算机的发展
微型计算机诞生于20世纪70年代。20世纪80年代初，世界 上最大的计算机制造公司--美国IBM公司推出了命名为IBM-PC 的微型计算机。IBM-PC中的PC是英文“Personal Computer” 的缩写， 翻译成中文就是“个人计算机”或“个人电脑”，因 此人们通常把微型计算机叫做PC机或个人电脑。微型计算机的 体积小，安装和使用都十分方便，对环境没有太严格的要求， 而且价格也相对比较便宜，推出不久便显示出了它的强大生命 力。随后先后推出了的286、386、486、Pentium（奔腾）等档 次的微型计算机。到了20世纪90年代，微型计算机全面广泛渗 透到社会的各个领域，以难以想象的速度和效率深刻地影响和 渗透人们的工作与生活的方方面面，改变着我们的思想和观念。
中、小规模 集成电路
大规模、超 大规模集成
电路
几十万~几百 万次/秒
上亿条指令/ 秒
工业控制、 数据处理
工业、生活 等各方面
1.1.2 我国计算机发展历程简介 1958年，我国第一个计算技术研究所—中国科学院计算机 技术研究所正式建立。同年，我国第一台电子数字计算机103 机研制成功。
1985年6月，我国成功地研制出第一台PC机——长城 0520CH，开始了我国批量生产个人电脑的历程。到20世纪90 年代，我国已经能够与CPU芯片换代同步研制出最新款式的 个人电脑。
1992年，国防科技大学研制成功银河Ⅱ型巨型机（10亿次/ 秒）。长城计算机公司推出我国第一台采用VESA局部总线、 GUI图形加速技术的国产微型计算机。
1995年，我国研制成功数模混合型小型神经计算机。 1997年6月， 国防科技大学计算机研究所又成功地研制出 了银河Ⅲ型新一代巨型计算机。这种巨型机的运算速度每秒高 达百亿次，其系统综合技术指标已达到当前国际先进水平。
在不久的将来，光速计算机、超导计算机以及人 工智能计算机将问世。
计算机的特点
1．计算机的特点
（1）具有高速的运算速度、极高的计算精度和灵敏准确的判断能力 （2）具有自动运行和自动控制的能力。 （3）具有强大的数据处理能力，能完成各种复杂的处理任务。 （4）具有超强的记忆（存储）功能，能存储程序，由程序来控制运算 和处理操作。
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Alt
Alt
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键位和指法
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第1章 计算机基础知识
第1章 计算机基础知识
1.1 计算机发展简史 1.2 计算机组成与工作原理 1.3 计算机中信息表示与存储 1.4 信息安全 1.5 多媒体计算机系统的初步知识
1.1 计算机发展简史
什么是计算机？
第一台电子计算机ENIAC（1946）
现代计算机
1、微机（微型计算机） 主机
3. 操作系统 操作系统是一种系统软件，它负责控制和管理计算机系统
的各种硬件和软件资源，合理地组织计算机系统的工作流程，提 供用户与计算机之间的软件接口。它具有下列主要功能： （1） 进程管理（即处理机管理）：在多用户、多任务的环境 下，主要解决对CPU进行资源的分配调度，有效地组织多个作业 同时运行。 （2） 存储管理：主要是管理内存资源，合理地为程序的运行 分配内存空间。 （3） 文件管理：有效地支持文件的存储、检索和修改等操作 ，解决文件的共享、保密与保护。 （4） 设备管理：负责外部设备的分配、启动和故障处理，让 用户方便地使用外设。 （5） 作业管理：提供使用系统的良好环境，使用户能有效地 组织自己的工作流程。
计算机是如何工作的？
输入设备
存储器
输出设备
运算器
读取指令
控制器
数据流 控制流
冯·诺依曼存储程序工作原理
1、指令和数据用二进制表示 2、自动执行事先编写并存储在内存中的程序
软件系统
操是作指系负统责（管如理DO、S监、控W和ind维ow护s计、算UN机IX硬、件O和S/软2等件）资源的一 种语软言件编。译系和统解软释件系用统于发挥和扩大计算机的功能及用途，
系统软件 提程高序计设算计机语的言工（作如效汇率编，语方言便、用B户AS的IC使、用C。、系PA统S软CA件L主等要） 包编网括译络操程软作序件系、、统解数、释据程程库序序管设等理计）系语、统言数（及据如其库F处管ox理理BA程系S序统E、（、O如系r汇统acl编服e等程务）序程、 序系以统及服故务障程诊序断（程如序诊、断调程试序程等序）、编辑程序等工具软件。
信是息指管利理用软计件算（机如和工系资统管软理件软为件解、决人各事种管实理际软问件题等）
而科编学制计的算程程序序。常见的应用软件有科学计算程序、图 应用软件 形文与字图与像表处格理处软理件软、件自（动如控W制P程S序、、Wo情rd报、检E索xc系el等统）、
工图资形管与理图程像序处、理人软事件管理程序、财务管理程序以及计 算辅机助辅设助计设软计件与（制如造C、A辅D助、教CA学M等、软C件AI。、CAT等）
内存容量指的是内存储器中的RAM（随机存储器）与ROM （只读存储器）的容量总和。内存容量反映了计算机的内存 储器存储信息的能力，是影响整机性能和软件功能发挥的重 要因素。内存的容量越大，运算速度越快，处理数据的能力 越强。
微型计算机的硬件组成
1． 微型计算机的总线结构 微型计算机通常简称为微型机或微机。一台微型计算机的
、键盘、鼠标、音箱、调制解调器等设备组成。主机箱内安装有 电脑的许多重要部件，其中包含有主板、中央处理器（CPU）、 内存、硬盘、软盘驱动器、光盘驱动器、显示卡和声卡等。
主板 各种板卡
CPU RAM
硬盘
CD-ROM
软盘
扫描仪
Modem 常见设备或部件
打印机
软盘
扇区（Sector）
磁面（Side） 磁道（Track）
2. 计算机的应用
（1）科学计算 （2）信息管理 （3）过程控制与检测 （4）计算机辅助工程应用 （5）计算机网络通信 （6）电子商务 （7）电子政府
计算机的发展方向
目前，世界上许多国家正在研制新一代计算机系 统（或称为第五代计算机）。未来的计算机将的发展方 向:
巨型化 微型化 网络化 智能化。
面向过程：BASIC、PASCAL、FORTRAN、C 高级语言
面向对象：C++、Java、Visual BASIC
高级语言的编译与解释
用汇编语言和各种高级语言编写出来的程序称为源程序，将高 级语言或汇编语言经编译后产生的机器语言程序称为目标程序。
编译程序 （事先装入计算机）
翻译程序 （事先装入计算机）
计算机系统的组成
运算器：执行各种算术运算和逻辑运算
控制器：控制程序运行，协调各部件动作 CPU（微处理器）主机
内存：RAM、ROM
硬件 存储器：存储指令和数据
计 算 机 系 统
系统
外存：硬盘、软盘、CD-ROM 输入设备：接受用户的指令和数据
键盘、鼠标、扫描仪……
输出设备：呈现程序运行结果
显示器（屏幕）、打印机……
硬件系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出 设备组成。现在的微型计算机系统多采用总线结构。所谓总线（ Bus），指的是连接微机系统中各部件的一簇公共信号线，这些 信号线构成了微机各部件之间相互传送信息的公用通道。CPU（ 包括内存）与外设、外设与外设之间的数据交换都是通过总线来 进行的。
外设
软件 系统软件：面向系统 Windows、Unix、C…… 系统 应用软件：面向应用 MS Office、Photoshop、WPS……
原始数据、程序
输入设备 控 制 信 号
数据 存储器 数据 设备
地 址
指
运算器
令
反馈 操作 信号 命令
输出设备 控 制 信 号
输出信息
请求信号
控制器
请求信号
图 微机硬件系统组成图
高级语言 源程序
编译
机器语言 目标程序
运行
执行 结果
高级语言 源程序
解释并执行
执行 结果
图1-14 编译过程示意图
图1-15 解释过程示意图
1.2.3 计算机的性能指标 评价一台计算机的性能时，通常要根据该机器的字长、时钟
频率、运算速度、内存及硬盘容量等主要技术指标来进行综合 考虑。 （1） 字长
（3） 运算速度 运算速度是指计算机每秒钟能够执行的指令条数，常以
MIPS（每秒百万条指令）或MFLOPS（每秒百万条浮点指令） 为单位来描述。MIPS是英文“Million of Instructions Per Second”的缩写，意思是“每秒百万条指令”。它用于描述计 算机每秒钟能够执行的指令条数，反映了计算机的运算速度 。 （4） 内存容量
显示器 音箱 鼠标
2、笔记本电脑
1.1.1 计算机发展的几个阶段
计算机发展的四个阶段
代次 第一代 第二代
起止年份 1946~1958 1958~1964
所用电子元 器件
运算速度
应用领域
电子管 5千~3万次/秒 科学计算
晶体管
工程设计、 几万~几十万 数据处理
次/秒
第三代 第四代
1964~1971 1971~今
读写窗口
金属挡板
塑料外壳 中心轴孔
每扇区存储的信息 量均为512B
即存储容量相 同，但存储密
度不同
写保护孔打开，透
写保护口
光时不能写入
键盘
功能键区
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3．计算机的分类
依据IEEE（美国电气和电子工程师协会）的划 分标准，计算机分成:
(1)巨型机 (2)小巨型机 (3)大型主机
(4)小型机 (5)工作站 (6)个人计算机（微机）
1.2 计算机组成与工作原理
微型计算机由硬件系统和软件系统组成。硬件指的是所 能够看得见的组成计算机的物理设备，例如：显示器、主机 等，是构成计算机的实体；软件是用来指挥计算机完成具体 工作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。
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在计算机中，数据的长度用“字”表示，每个字所包含的二 进制数的位数称为字长。由于字长是计算机中的CPU一次能够 同时处理的二进制数据的位数，因此它直接关系到计算机的计 算精度、速度和功能。字长越长，计算机处理数据的能力越强 。 （2） 时钟频率（主频）
时钟频率又称主频，指CPU在单位时间（秒）内平均要动作的 次数，单位为MHz（兆赫兹）。时钟频率决定着计算机的运算 速度，时钟频率越高，计算机的运算速度越快。
操作系统分类： 单用户操作系统 批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统 网络操作系统 分布式操作系统
目前，微型计算机中使用的操作系统主要有DOS、Windows 98/2000/XP、UNIX和Linux等。
由0和1组成的二进制代码序列，计算机可直接执行 程序设计语言 汇编语言 – 将二进制形式的机器指令代码序列用符号（助记符）表示
总线通常由地址总线、数据总线和控制总线三部分组成。 地址总线用于传送地址信号。地址总线的数目决定微机系统存 储空间的大小；数据总线用于传送数据信号。数据信号的数目 反映了CPU 一次可接收数据的能力；控制总线用于传送控制 器的各种控制信号。
微型计算机系统所采用的总线结构
2. PC机的硬件配置 微型机又叫PC机或个人电脑。一台个人电脑由主机、显示器
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鼠标
鼠标的外形非常像一只老鼠，所以取名鼠标，现在的使用 频率相当高，可以代替键盘的大部分功能。鼠标分为机械式、 光学式和光学机械式三种，对鼠标的操作可分为左击、右击、 双击及拖动，这四种不同的操作可以实现不同的功能。
输出设备
（1）显示器：显示器由监视器和显示适配卡组成， 是最常用的输出设备。 （2）打印机：打印机也是计算机中最常用的输出设 备。按输出方式可分为击打式和非击打式，击打式 以针式打印机为主要代表，非击打式以激光打印机 和喷墨打印机为主流。
2．微型计算机的发展
微型计算机诞生于20世纪70年代。20世纪80年代初，世界 上最大的计算机制造公司--美国IBM公司推出了命名为IBM-PC 的微型计算机。IBM-PC中的PC是英文“Personal Computer” 的缩写， 翻译成中文就是“个人计算机”或“个人电脑”，因 此人们通常把微型计算机叫做PC机或个人电脑。微型计算机的 体积小，安装和使用都十分方便，对环境没有太严格的要求， 而且价格也相对比较便宜，推出不久便显示出了它的强大生命 力。随后先后推出了的286、386、486、Pentium（奔腾）等档 次的微型计算机。到了20世纪90年代，微型计算机全面广泛渗 透到社会的各个领域，以难以想象的速度和效率深刻地影响和 渗透人们的工作与生活的方方面面，改变着我们的思想和观念。
中、小规模 集成电路
大规模、超 大规模集成
电路
几十万~几百 万次/秒
上亿条指令/ 秒
工业控制、 数据处理
工业、生活 等各方面
1.1.2 我国计算机发展历程简介 1958年，我国第一个计算技术研究所—中国科学院计算机 技术研究所正式建立。同年，我国第一台电子数字计算机103 机研制成功。
1985年6月，我国成功地研制出第一台PC机——长城 0520CH，开始了我国批量生产个人电脑的历程。到20世纪90 年代，我国已经能够与CPU芯片换代同步研制出最新款式的 个人电脑。
1992年，国防科技大学研制成功银河Ⅱ型巨型机（10亿次/ 秒）。长城计算机公司推出我国第一台采用VESA局部总线、 GUI图形加速技术的国产微型计算机。
1995年，我国研制成功数模混合型小型神经计算机。 1997年6月， 国防科技大学计算机研究所又成功地研制出 了银河Ⅲ型新一代巨型计算机。这种巨型机的运算速度每秒高 达百亿次，其系统综合技术指标已达到当前国际先进水平。
在不久的将来，光速计算机、超导计算机以及人 工智能计算机将问世。
计算机的特点
1．计算机的特点
（1）具有高速的运算速度、极高的计算精度和灵敏准确的判断能力 （2）具有自动运行和自动控制的能力。 （3）具有强大的数据处理能力，能完成各种复杂的处理任务。 （4）具有超强的记忆（存储）功能，能存储程序，由程序来控制运算 和处理操作。
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第1章 计算机基础知识
第1章 计算机基础知识
1.1 计算机发展简史 1.2 计算机组成与工作原理 1.3 计算机中信息表示与存储 1.4 信息安全 1.5 多媒体计算机系统的初步知识
1.1 计算机发展简史
什么是计算机？
第一台电子计算机ENIAC（1946）
现代计算机
1、微机（微型计算机） 主机
3. 操作系统 操作系统是一种系统软件，它负责控制和管理计算机系统
的各种硬件和软件资源，合理地组织计算机系统的工作流程，提 供用户与计算机之间的软件接口。它具有下列主要功能： （1） 进程管理（即处理机管理）：在多用户、多任务的环境 下，主要解决对CPU进行资源的分配调度，有效地组织多个作业 同时运行。 （2） 存储管理：主要是管理内存资源，合理地为程序的运行 分配内存空间。 （3） 文件管理：有效地支持文件的存储、检索和修改等操作 ，解决文件的共享、保密与保护。 （4） 设备管理：负责外部设备的分配、启动和故障处理，让 用户方便地使用外设。 （5） 作业管理：提供使用系统的良好环境，使用户能有效地 组织自己的工作流程。
计算机是如何工作的？
输入设备
存储器
输出设备
运算器
读取指令
控制器
数据流 控制流
冯·诺依曼存储程序工作原理
1、指令和数据用二进制表示 2、自动执行事先编写并存储在内存中的程序
软件系统
操是作指系负统责（管如理DO、S监、控W和ind维ow护s计、算UN机IX硬、件O和S/软2等件）资源的一 种语软言件编。译系和统解软释件系用统于发挥和扩大计算机的功能及用途，
系统软件 提程高序计设算计机语的言工（作如效汇率编，语方言便、用B户AS的IC使、用C。、系PA统S软CA件L主等要） 包编网括译络操程软作序件系、、统解数、释据程程库序序管设等理计）系语、统言数（及据如其库F处管ox理理BA程系S序统E、（、O如系r汇统acl编服e等程务）序程、 序系以统及服故务障程诊序断（程如序诊、断调程试序程等序）、编辑程序等工具软件。
信是息指管利理用软计件算（机如和工系资统管软理件软为件解、决人各事种管实理际软问件题等）
而科编学制计的算程程序序。常见的应用软件有科学计算程序、图 应用软件 形文与字图与像表处格理处软理件软、件自（动如控W制P程S序、、Wo情rd报、检E索xc系el等统）、
工图资形管与理图程像序处、理人软事件管理程序、财务管理程序以及计 算辅机助辅设助计设软计件与（制如造C、A辅D助、教CA学M等、软C件AI。、CAT等）
内存容量指的是内存储器中的RAM（随机存储器）与ROM （只读存储器）的容量总和。内存容量反映了计算机的内存 储器存储信息的能力，是影响整机性能和软件功能发挥的重 要因素。内存的容量越大，运算速度越快，处理数据的能力 越强。
微型计算机的硬件组成
1． 微型计算机的总线结构 微型计算机通常简称为微型机或微机。一台微型计算机的
、键盘、鼠标、音箱、调制解调器等设备组成。主机箱内安装有 电脑的许多重要部件，其中包含有主板、中央处理器（CPU）、 内存、硬盘、软盘驱动器、光盘驱动器、显示卡和声卡等。
主板 各种板卡
CPU RAM
硬盘
CD-ROM
软盘
扫描仪
Modem 常见设备或部件
打印机
软盘
扇区（Sector）
磁面（Side） 磁道（Track）
2. 计算机的应用
（1）科学计算 （2）信息管理 （3）过程控制与检测 （4）计算机辅助工程应用 （5）计算机网络通信 （6）电子商务 （7）电子政府
计算机的发展方向
目前，世界上许多国家正在研制新一代计算机系 统（或称为第五代计算机）。未来的计算机将的发展方 向:
巨型化 微型化 网络化 智能化。
面向过程：BASIC、PASCAL、FORTRAN、C 高级语言
面向对象：C++、Java、Visual BASIC
高级语言的编译与解释
用汇编语言和各种高级语言编写出来的程序称为源程序，将高 级语言或汇编语言经编译后产生的机器语言程序称为目标程序。
编译程序 （事先装入计算机）
翻译程序 （事先装入计算机）
计算机系统的组成
运算器：执行各种算术运算和逻辑运算
控制器：控制程序运行，协调各部件动作 CPU（微处理器）主机
内存：RAM、ROM
硬件 存储器：存储指令和数据
计 算 机 系 统
系统
外存：硬盘、软盘、CD-ROM 输入设备：接受用户的指令和数据
键盘、鼠标、扫描仪……
输出设备：呈现程序运行结果
显示器（屏幕）、打印机……
硬件系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出 设备组成。现在的微型计算机系统多采用总线结构。所谓总线（ Bus），指的是连接微机系统中各部件的一簇公共信号线，这些 信号线构成了微机各部件之间相互传送信息的公用通道。CPU（ 包括内存）与外设、外设与外设之间的数据交换都是通过总线来 进行的。
外设
软件 系统软件：面向系统 Windows、Unix、C…… 系统 应用软件：面向应用 MS Office、Photoshop、WPS……
原始数据、程序
输入设备 控 制 信 号
数据 存储器 数据 设备
地 址
指
运算器
令
反馈 操作 信号 命令
输出设备 控 制 信 号
输出信息
请求信号
控制器
请求信号
图 微机硬件系统组成图
高级语言 源程序
编译
机器语言 目标程序
运行
执行 结果
高级语言 源程序
解释并执行
执行 结果
图1-14 编译过程示意图
图1-15 解释过程示意图
1.2.3 计算机的性能指标 评价一台计算机的性能时，通常要根据该机器的字长、时钟
频率、运算速度、内存及硬盘容量等主要技术指标来进行综合 考虑。 （1） 字长
（3） 运算速度 运算速度是指计算机每秒钟能够执行的指令条数，常以
MIPS（每秒百万条指令）或MFLOPS（每秒百万条浮点指令） 为单位来描述。MIPS是英文“Million of Instructions Per Second”的缩写，意思是“每秒百万条指令”。它用于描述计 算机每秒钟能够执行的指令条数，反映了计算机的运算速度 。 （4） 内存容量