计算机文化基础

课程介绍 本课程是一门公共基础课，主要是提高学生使用计算机的能力。课程的主要内容包括：计算机的基本知识、中英文输入方法， Windows 操作系统、Word文字处理、Excel电子表格和PowerPoint演示文稿软件的基本使用与操作技巧，以及Internet的实用知识和操作。 通过本课程的学习，学生应能够掌握计算机的基础知识、微型计算机的基本使用方法、文字和数据信息处理技术、计算机网络和一些工具软件的基本使用方法。

第一章 计算机基础知识 通过本章的学习，了解计算机的发展简史、微型计算机系统的组成、常用计算机术语的解释、计算机病毒与防治。

1.1 计算机概述 电子计算机是一种能按程序自动进行信息处理的通用电子设备。人们常把电子计算机简称为计算机或电脑。

1.1.1 计算机发展简介 1946年，世界上第一台数字式电子计算机由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰.莫克利（John Mauchly）和工程师普雷斯伯.埃克特（J – Presper Eckert）领导研制成功，名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）。 其运算速度每秒 5000 次，体重30吨，占地170m2 。用了1.88万只电子管、1500个继电器、7万只电阻等及其他各类电气元件，功率180KW。 ENIAC的由来 世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰·莫克利（John Mauchly）和工程师普雷斯伯·埃克特（J – Presper Eckert）领导研制的取名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）的计算机。 1942年在宾夕法尼亚大学任教的莫克利提出了用电子管组成计算机的设想，这一方案得到了美国陆军弹道研究所高尔斯特丹（Goldstine）的关注。当时正值第二次世界大战之际，新武器研制中的弹道问题涉及许多复杂的计算，单靠手工计算已远远满足不了要求，急需自动计算的机器。于是在美国陆军部的资助下，1943年开始了ENIAC的研制，并于1946年完成。当时它的功能确实出类拔萃，例如它可以在一秒钟内进行5000次加法运算，3毫秒便可进行一次乘法运算，与手工计算相比速度要大大加快，60秒钟射程的弹道计算时间由原来的20分钟缩短到30秒。但它也明显存在着缺点。它体积庞大，机器中约有18800只电子管，1500个继电器，70000只电阻及其他各类电气元件，运行时耗电量很大。另外，它的存储容量很小，只能存20个字长为10位的十进位数，而且是用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间。 尽管如此，ENIAC的研制成功还是为以后计算机科学的发展提供了契机，而每克服它的一个缺点，都对计算机的发展带来很大影响，其中影响最大的要算是“程序存储”方式的采用。将程序存储方式的设想确立为体系的是美国数学家冯·诺依曼（Von Neumann)，其思想是：计算机中设置存储器，将符号化的计算步骤存放在存储器中，然后依次取出存储的内容进行译码，并按照译码结果进行计算，从而实现计算机工作的自动化。

ENIAC计算机 ENIAC和其主要发明人约翰.莫克利及普雷斯伯.埃克特

计算机的运算速度 运算速度，最初指的是每秒执行加法运算的次数。现已普遍采用计算机每秒执行各种指令的次数，再考虑每一种指令的执行时间，用一定的数学公式求出其平均速度来表示。

定点、浮点格式运算 一般计算机中的数有两种常用表示格式：定点、浮点。 定点格式是小数点固定在某一个位置，数值范围有限，定长，如16或32位等。 浮点格式是小数点浮动，采用科学计数法(指数)，容许的数值范围很大。 由于浮点运算比定点运算更复杂，因此计算机进行浮点运算速度要比进行定点运算慢得多。有时为了强调计算机的运算能力，会用每秒执行多少次浮点运算来衡量。

(按其所使用的逻辑元器件) 电子计算机发展的几个阶段 第二代 （1957~1964） 晶体管 几十万~上百万（次/秒） 第一代 （1946~1956） 电子管 5千~4万（次/秒） 第四代 （1971~现在） 大规模和超大规模 集成电路 几千万~几千万亿（次/秒） 第三代 （1965~1970） 集成电路 几百万~上千万（次/秒） 按照所采用的基本元件，计算机的发展经历了4个阶段： “埃迪瓦克”（EDVAC）是典型的第一代电子计算机。第一代电子计算机的主要特点是使用电子管作为逻辑元件。它的五个基本部分为运算器，控制器，存储器，输入器和输出器。运算器和控制器采用电子管，控制器和运算器构成中央处理机，存储器采用电子管和延迟线，这一代计算机的一切操作，包括输入输出在内，都由中央处理机集中控制。这种计算机主要用于科学技术方面的计算。 第一代电子计算机使用的是“定点运算制”，参与运算的绝对值必须小于1；而第二代电子计算机则增加了浮点运算，使数据的绝对值可达到2的几十次方或几百次方，使电子计算机的计算能力实现了一次飞跃。同时，用晶体管取代了电子管使第二代电子计算机的体积大大减小，寿命延长，价格降低，为电子计算机的广泛应用创造了条件。 第二代电子计算机是用晶体管制造的计算机。在20世纪50年代之前，计算机都采用电子管作元件。电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小，重量轻，寿命长，效率高，发热少，功耗低等优点。使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观，制造高速电子计算机的设想也就更容易实现了。 第三代电子计算机是使用了集成电路的计算机。集成电路所包含的元件数量以每1~2年翻一番的速度增长着。发展到70年代初期，大部分电路元件都已经以集成电路的形式出现。甚至，在像拇指指甲那样大的约1平方厘米的芯片上，就可以集成上百万个电子元件。 进入20世纪60年代后，微电子技术发展迅猛。在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路，并立即在电子计算机上得到了应用。由大规模和超大规模集成电路组装成的计算机，就被称为第四代电子计算机。美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。

新一代计算机展望 计算机的发展趋势是向着微型化、巨型化、网络化和智能化方向发展 CRAY-Ⅱ

1.1.2 我国计算机的发展 1958年研制出第一台电子管计算机 1964年研制出第二代晶体管计算机 1971年研制出第三代集成电路计算机 1983年研制成功银河亿次机(第四代计算机) 2002年研制深腾1800计算机,运算速度超1万亿次/秒 2003年研发当时世界第三快的10万亿次曙光4000A 2009年，我国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”研制成功。 2010年，它以峰值速度4700万亿次、持续速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能位居世界第一 。

天河一号超级计算机系统 140个机柜组成， 占地约700平方米， 总重量约160吨。

1.1.3 计算机的特点 运算速度快 计算精度高 自动化程度高 具有很强的记忆能力 具有很强的逻辑判断能力

1.1.4 计算机应用领域 科学计算 数据处理和信息加工 自动控制 计算机辅助系统 人工智能 网络服务

1.2 数字化信息编码与数据表示 计算机处理的信息有数值、文字、声音、图形、图像、视频等。 计算机只能识别0和1两个数字。 在计算机内部，各种信息必须经过数字化编码后才能被传送、存储和处理。

1.2.1 二进制数 二进制数具有运算简单、容易实现等特点。因此在计算机内部，数据都是以二进制数的形式进行处理的。 二进制数的基数为2，它只有0和1二个数码。

二进制数和十进制数对应表 十进制 二进制 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 12 13 14 15 16 17 18 19 20 … 1011 1100 1101 1110 1111 10000 10001 10010 10011 10100

1.2.2 信息编码 Bit（位） ： 一位二进制数， 0 或 1 Byte（字节）： 八位二进制数，1Byte=8Bit 其范围为: 00000000~11111111，有28=256种不同状态。 二进制位与所能表示的状态数： 21=2， 22=4， 23=8， 24=16， 25=32，26=64 27=128， 28=256， 29=512， 210=1024 ～

ASCII码 十进制 二进制 字符 48 00110000 49 00110001 1 50 00110010 2 65 01000001 A 66 01000010 B 67 01000011 C 97 01100001 a 98 01100010 b 99 01100011 c 目前使用最广的字符集编码为ASCII码（American Standard Code for Information Interchange），由美国国家标准局(ANSI)制定。详见教材附录5。

常用的存储计量单位 1KB= 210 Byte=1024B(字节) （210=1024） 1MB(兆)=210KB=1024KB=1024x1024Byte 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024TB 以上单位中Byte常简记为B（大写），若用b(小写)则表示是bit。1MB=8Mb。

1.3 计算机系统构成 硬件系统 (Hardware System) 计算机系统构成 软件系统 (Software System)

1.3.1 计算机硬件系统 运算器 CPU 控制器 计算机硬件系统 主机 ROM 内存 RAM 存储器 外存 外设 输入输出设备

计算机硬件系统工作原理 （内）存储器 （外）存储器 中央处理器（CPU） 输入 设备 输出 冯.诺依曼体系计算机工作原理图 控制器 运算器 数据流 地 址 控制流 现代计算机的结构基础：存储程序控制结构。 　　计算机的工作原理可概述为：“存储程序”+“程序控制”，即，1）以二进制方式表示数据和指令，2）将程序存入存储器中，由控制器自动读取并执行。 　　现代计算机统称为诺依曼计算机，其硬件结构由5个部分组成如幻灯片示图，各组成部分的功能： 　　1.输入设备用来输入程序和原始数据。 　　2.存储器用来存放程序、原始数据和运算结果。计算机存储信息的记忆部件。 　　3.运算器是对数据进行处理和运算的部件。经常进行的有算术和逻辑运算，称为 　　　ALU ( Arithmetic Logical Unit ) 。 　　4.输出设备用来输出计算机的处理结果。 　　5.控制器用来实现计算机本身的自动化，实现指令的自动装入和自动执行。包括： 　　1）从存储器中取出指令 　　2）对指令进行译码分析 　　3）发出执行指令相应的控制信号 　　4）从存储器（或输入设备）获得运算所需的数据 　　5）将运算器处理结果存放在存储器或由输出设备输出 　　在实际结构中，将控制器和运算器集成在一片芯片上，是计算机的核心部件，称为中央处理部件，简称CPU(Central Process Unit)。 冯.诺依曼体系计算机工作原理图

冯.诺依曼体系计算机 冯.诺依曼体系主要可归纳为以下三点 （1）计算机有五个组成部分：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。 （2）程序和数据以二进制形式存放在计算机存储器中。 （3）计算机根据程序的指令序列进行，即程序存储（Stored-Program）的概念。

1.3.2软件系统 计算机软件(Computer Software)是指计算机系统中的程序及其文档。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。程序必须装入电脑内部才能工作，文档一般是给人看的，不一定装入电脑。

软件分类 系统软件 计算机软件系统 应用软件 操作系统 （WINDOWS、UNIX等） 程序设计语言 （BASIC、C语言等） 开发工具、网络系统软件、诊断程序、数据库系统等 系统软件 计算机软件系统 系统软件是计算机系统中提供内部服务的软件。它支持应用软件的运行，为用户开发应用系统提供平台。 操作系统是统一管理和调度计算机所有资源的软件。 文字处理程序、人事档案管理、财务管理等 应用软件

语言处理程序 计算机所能识别的语言只有机器语言，即由0和1构成的代码。但通常人们编程时，不采用机器语言，因为它非常难于记忆和识别。为了让计算机能够更方便供人使用，出现了类似人类语言的高级程序设计语言。 高级语言所编制的程序不能直接被计算机识别，必须经过解释或编译成一条条的通用二进制代码，才能被计算机识别和运行。

1.4 微型计算机 微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，特点是体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便。

1.4.1 微机的分类 从功能和用途上区分，微机可分为台式、便携式、单板和单片机。

1.4.2 微机硬件基本构成 微机硬件系统也是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。与其它计算机不同之处在于，微机系统将运算器和控制器集成在一块微芯片上构成了CPU，又称微处理器 。

微机主要硬件介绍 微机主机箱内安装有电源、板卡、内存、CPU、光驱和硬盘等。

CPU的主要技术指标 CPU是微机的核心部件，其主要技术指标有： 主频：CPU内核工作的时钟频率，单位是Hz。

Intel和AMD 的CPU 目前微机中使用的CPU主要是美国Intel公司和AMD公司设计生产的32位和64位产品。主流CPU的生产多采用纳米级工艺技术，核心集成了几亿个晶体管。体积小、耗能低而性能强。

主板

内存 内存(RAM) BIOS(ROM)

电源、板卡 网卡 电源 鼠标 显示卡

调制解调器 所谓调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号。合称调制解调器，即Modem 。 内置 外置

硬盘及工作原理图示

软盘 软盘结构示意图 软盘片示意图

U盘和存储卡

光驱

显示器 液晶显示器 CRT显示器

外设 笔记本电脑 扫描仪 数码照相机 彩色打印机

键盘1 按功能可分为打字键、控制键和功能键

键盘2 上档转换键:SHIFT 功能键: F1 ～ F12 的功能由应用程序定义 大写锁定键:Caps Lock 回车键:Enter 或 ←┚ 删除键:Delete 左删除键:Backspace 或 ←─ 数字锁键:Num Lock 插入/修改状态键:Insert 功能键: F1 ～ F12 的功能由应用程序定义

键盘3 控制键:CTRL 选择键:ALT 放弃键:ESC 屏幕拷贝键:Print Screen 开始菜单键: 鼠标右键: 上翻页键:Page Up 下翻页键:Page Down 光标到行首键:Home 光标到行首键:End 跳格键:Tab 光标移动键:→ ← ↑ ↓

打字坐势 打字时坐势要端正，双脚自然平放在地上，肩部要放松，上臂自然下垂，大臂和肘不要远离身体，指、腕不要压到键盘上，座位高低要适度。

指法分布

1.5 多媒体 是指把文字、声音、图形、图像、动画、视频等多种媒体信息通过计算机进行数字化采集、获取、压缩／解压缩、编辑、存储等加工处理，再以单独或合成的形式表现出来的一体化技术。 其基本特征是多媒体的集成性和系统的交互性。其最基本的硬件配置有光盘驱动器、声卡和视频卡。

1.5.1多媒体的关键技术 数据压缩与解压技术 多媒体专用芯片技术 媒体输入／输出技术

1.5.2 多媒体技术的应用 教育与培训、多媒体通信、GPS导航、信息管理、宣传广告、演示系统、咨询服务、电子出版物、电子商务、建筑设计、电脑动漫、电脑游戏等。

1.6 计算机安全 一是计算机设备安全 二是数据安全

1.6.1 计算机设备安全 防止窃贼和破坏者对计算机设备的盗窃和破坏 按照计算机操作规范正确使用计算机 防止自然灾害和其他物理环境变化对计算机的破坏

1.6.2 计算机数据安全 保证存储介质不受外界客观环境破坏 防止信息盗窃和信息破坏 防止计算机病毒破坏 防治“黑客”入侵

计算机病毒 计算机病毒: 指编制或者在计算机程序中插入破坏计算机功能或者毁坏数据，影响计算机使用，并能自我复制的一组计算机指令或者程序代码。 计算机病毒有五大特征： 破坏性、传染性、隐蔽性、潜伏性和变异性。

预防计算机病毒 一、管理方法上的预防 及时备份数据、慎用外来的U盘、光盘等，谨慎接收网络信息。 二、技术上的预防 使用专门的防病毒软件，并及时升级防病毒软件，经常对计算机系统进行病毒检查，安装计算机病毒实时监测系统。

黑客 “黑客”是指利用通讯软件，通过网络非法进入他人计算机系统，获取或篡改各种数据，危害信息安全的入侵者。 黑客们惯用的手法有： 通过猜测程序对用户账号和口令进行破译；利用某些服务进程的漏洞获取有用信息；利用网络和系统本身存在的设置错误和安全漏洞实施电子引诱(如安放木马) ；通过系统应用程序的漏洞获得用户口令；伪装成一个普通电子邮件的附件，借以渗透网络的安全防线。

防御黑客入侵 实体安全的防范：主要是对系统进行全天候的动态监控 基础安全防范：授权认证、数据加密和信息传输加密、防火墙。 内部安全防范内部防范机制：预防和制止内部信息资源或数据的泄露，防止敌人从内部把“堡垒”攻破。

1.7 计算机与计算机文化 计算机文化的诞生 计算机文化的内涵与外延 计算机文化素养的构成 计算机文化素养的培养 计算机文化课程的学习要求

1.7.1 计算机文化的诞生 当前，以计算机技术、微电子技术和通信技术为特征的现代信息技术，已在社会各个领域中得到广泛应用，正在改变着人们的生产与生活方式、工作与学习方式。 信息时代，计算机作为现代信息技术的核心，它能够替代人脑的部分劳动，成为人脑的延伸。因此进入到信息社会以后，人类社会就会形成一种新的文化─―计算机文化。现代文明人也就需要一种新的文明素养─―计算机文化素养。

1.7.2 计算机文化的内涵与外延 计算机文化是对计算机的特性、功能和作用的理解，以及能熟练地应用计算机来有效地解决个人和社会的问题。掌握计算机文化的人应该有四个标准。能一般性使用计算机、知道计算机系统的一般概念和原理、能用计算机语言编程序、对计算机和计算机科学持有积极的态度。 文字的数字化可以看作是计算机步入人类生活各个领域的一个重要的里程碑，作为人类传统文化三大支柱的读、写、算，在计算机语言文化中不可分割地融为一体。

1.7.3 计算机文化素养的构成 获取知识的方式发生了巨大的变化 计算机具有反馈即时和互动特点，可以使人们主动地查询、积极地提问，更多更快地获得知识。 表达自己的方式发生了巨大的变化 利用电脑可以进行图文并茂、声形并茂的多媒体写作方式，还可采用超文本结构的构思与写作。 社会交往活动的方式发生了巨大的变化 计算机文化的无地域性可以增加一些新的社会交往活动方式，它能够让所有关心同样问题的人们通过计算机网络相互交往 。

1.7.4 计算机文化素养的培养 加强使用计算机进行信息处理的意识 掌握基本的计算机科学技术知识 提高获取信息与处理信息的能力 加强信息道德能力

1.7.5计算机文化课程的学习要求 （1）操作使用能力：是指最基本的使用计算机处理信息的能力。 （2）应用开发能力：是指在操作使用能力的基础上，将计算机技术应用于本专业领域中的能力，要求将计算机技术与本专业知识结合，综合运用所学的信息技术知识有效地去处理本专业的任务。 （3）研究创新能力：是指具有较强的创新意识和研究能力。通过自主学习获取新的知识，能独立地、创造性地进行工作，根据本专业领域的需要进行有关计算机应用的研究。