第一讲 信息技术基础知识 2018/12/6 大学计算机基础教程

一、计算机的发展 1946年2月，美国物理学家约翰·莫克利和工程师普雷斯伯·埃克特领导研制出了世界上第一台数字式电子计算机——ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）电子数值积分计算机 2018/12/6 大学计算机基础教程

EDVAC 第一台按“存储程序”原理设计的计算机 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。这个方案包含三个要点： 采用二进制数的形式表示数据和指令。 将指令和数据同时存放在存储器中。 由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成计算机。 EDVAC 第一台按“存储程序”原理设计的计算机 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机的发展经历了四代 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机的特点 运算速度快：普通微机可达每秒万亿次 计算精度高 具有记忆和逻辑判断能力 能自动运行，并支持人机交互 通用性强 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机的分类 巨型机：速度最快、处理能力最强 大型机：大型、通用、较快、较强 作“客户机/服务器”的服务器 按综合性能指标分类 巨型机：速度最快、处理能力最强 已达十几万亿次浮点运算 “银河 Ⅲ” 达每秒130亿次 大型机：大型、通用、较快、较强 作“客户机/服务器”的服务器 作“终端/主机”的主机 小型机：规模小，结构简单，设计试制周期短 工艺先进、使用维护简单 工作站：介于PC与小型机之间 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强 微型计算机：小、巧、轻、使用方便、价格便宜 中央处理器：一个芯片 网络计算机：基于Java技术的瘦客户机系统 2018/12/6 大学计算机基础教程

通用机：通用性强，综合能力强，解决各种问题 按用途分类 通用机：通用性强，综合能力强，解决各种问题 专用机：特殊配置，功能单一，解决特定问题 按处理 的数据分类 数字计算机 模拟计算机 混合计算机 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机发展趋势 微型化 巨型化 网络化 多媒体化 智能化 2018/12/6 大学计算机基础教程

未来计算机 神经网络计算机 生物计算机 光子计算机 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机的应用 科学计算 信息管理 电子商务 过程控制 计算机辅助设计 现代教育 2018/12/6 大学计算机基础教程

二、计算机系统组成 存储器 控制器 CPU 运算器 寄存器 主机 随机存储器(RAM) 内存 硬件系统 只读存储器(ROM) 外存储器 软件系统 主机 外部设备 内存 CPU 运算器 寄存器 随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 外存储器 输入/输出设备（I/O设备） 系统软件(操作系统、 语言处理程序等) 应用软件(字处理、计算机辅助设计等) 控制器 存储器 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机硬件系统 计算机的硬件组成 输入设备 运算器 输出设备 存储器 控制器 冯.诺依曼计算机 程 序 运行结果 存取命令 输出命令 输入命令 取数 存数 指令及其地址 计算机的硬件组成 冯.诺依曼计算机 五大模块（控制器、运算器、存储器，输入设备、输出设备） 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机硬件系统 1.控制器：核心部件，分析指令并发出控制信号。 2.运算器：又称算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit，简称ALU)，它由加法器、寄存器、累加器等逻辑电路组成。 运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上有十分紧密 的联系,特别是大规模集成电路中往往把这两部分做在一块芯片上,因此把它们称为中央处理机（Central Processing Unit），简称CPU。 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机硬件系统 3.存储器：存储程序和数据，分内存和外存。 内存：与CPU直接相连，存放当前正在使用的程序和数据。容量小、速度快、价格高。 外存：存放尚未使用的程序和数据。容量大、速度慢、价格低。有软盘、硬盘、光盘和可移动磁盘等。 2018/12/6 大学计算机基础教程

有关内存的几个术语： 【位】bit : 二进制位，是计算机中数据最小的单位。能够代表0和1的一个二进制电路称为二进制位，简称位 【字节】Byte : 8位二进制数组成1个字节，是衡量信息数量或存储设备容量的基本单位。1 Byte = 8 bit 【字】Word : 一个存储单元所存放的内容称为一个字。常用来表示数据或信息的长度。 【字长】： 一个存储单元（或一个字）所包含的二进制位数称为字长，它是衡量计算机精度和运算速度的主要技术指标。同常说计算机是8位机、16位机或32位机，就是指计算机的字长是8位的、16位的或32位的。 信息数量或存储容量的单位及换算关系： 1 TB = 210 GB = 220 MB = 230 KB = 240 B 太字节 吉字节 兆字节 千字节 字节 相邻单位之间是210倍关系，即：1 KB＝1024 B 1 MB＝ 1024 KB 1 GB＝ 1024 MB 1 TB＝ 1024 GB 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机硬件系统 4.输入设备：信息输入。有键盘、鼠标、光笔、读卡机和扫描仪等。 5.输出设备：结果输出。有显示器、打印机等。 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机软件系统 1.系统软件：控制和管理计算机各种资源，扩展功能，方便使用。 （1）操作系统 硬件第一级扩充； 软件系统中最基础、最核心的部分； 控制、管理全部资源； 支持应用软件的开发和运行。 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机软件系统 （2）语言处理系统：包括汇编、编译和解释程序。 （3）服务型程序：用于软件开发的编辑、调试与装配连接和用于机器的诊断与维护程序。 （4）数据库管理系统(DBMS)：管理数据库(DB) （5）网络软件：包括网络操作系统、网络协议和各种网络应用软件。 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机语言处理程序 （1）源程序——用高级语言或汇编语言编写的程序。 （2）目标程序——把源程序翻译成的机器语言程序。 （3）汇编 ——把汇编语言源程序翻译成的机器语言程序的过程。 所使用的翻译程序称为汇编程序。 （4）解释——把高级语言源程序逐句翻译，翻译一句执行一句， 边翻译边执行。解释执行所用的程序称解释程序。 源程序 输出结果 编辑程序 解译程序 程序解释执行过程 2018/12/6 大学计算机基础教程

（5）编译——把高级语言源程序的整个程序翻译成等价的独立的 目标程序。翻译所用的程序称为编译程序。 （6）连接——把目标程序以及所需的功能库转换成一个可执行的 程序。连接所用的程序叫连接程序。 可执行程序 目标程序 编辑程序 汇编或编译程序 联接程序 程序的汇编或编译执行过程 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机软件系统 2.应用软件：用于解决各种实际问题而设计。 字处理软件：Word, WPS等 电子表格软件：Excel, Lotus1-2-3等 绘图软件：Auto CAD, Protel等 课件制作软件：PowerPoint, Authorware等 网络通讯软件：Internet Explorer, OutLook等 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机软件系统 3.软件系统的层次结构（见下图） 内层软件应向外层软件提供服务。 操作系统是用户和计算机之间的媒介。 用户须在各类软件支持下才能使用计算机。 应用软件 各类系统软件 操作系统 裸机 2018/12/6 大学计算机基础教程

计算机的工作原理 指令与指令系统 工作过程 指令：指挥计算机进行某一操作的命令。 指令系统：一台计算机所能识别的全部指令集合。 由操作码和操作数两部分组成。 如： mov A,13 add A,12 指令系统：一台计算机所能识别的全部指令集合。 工作过程 应用程序读入内存，反复进行“取指令 → 分析指令 → 执行指令”，直到程序结束。 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 微机硬件组成与结构 组成 结构 主机：微处理器( MPU)、主存储器、I/O电路。 外设：辅助存储器、I/O设备。 三总线：地址总线(AB)、数据总线(DB)、控制总线(CB)。 系统结构框图：见下页 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件组成 CPU 系 统 总 线 RAM BIOS IDE接口 软盘接口 打印接口 键盘接口 键盘 硬盘 软盘 打印机 鼠标接口 鼠标 系 统 总 线 CPU RAM BIOS IDE接口 软盘接口 打印接口 键盘接口 键盘 硬盘 软盘 打印机 鼠标接口 鼠标 光驱 AGP插槽 显示器 显示卡 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 1.微处理器 组成：运算器、控制器、寄存器 主要性能指标 字长：字是MPU进行数据处理的基本单位。字长越长，运算能力越强，计算精度越高。有：8、16、32、64bit 主频：主频越高，运算速度越快。目前可3.0G 内部缓存(Cache)：缓存越大，运算速度越快 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 2.主存储器 分类(实物图片见下页) 性能指标 RAM(Random Access Memory)：可读/写，断电丢失信息 DRAM：用于内存，有64、128、256、512MB SRAM：用于Cache ROM(Read Only Memory)：只能读，信息永存 Cache：容量小，速度快。有128、256、512KB 性能指标 存储容量：影响程序运行速度 存取周期：一次读写所需时间，影响工作速度 2018/12/6 大学计算机基础教程

内存储器芯片 主板上的ROM BIOS芯片 插在主板扩展槽中的RAM 内存条 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 3.辅助存储器 软盘存储器：包括盘片、驱动器和接口 软盘分类：分5.25”/3.5”；单/双面；单/双/高密度。常用1.44MB 软盘驱动器：读写控制电路、马达、磁头及其定位装置,硬盘存储器：包括盘片、驱动、读写控制。 分类：按直径分有1.8”,2.5”,3.5”,5.25”；按容量分有15G,20G,40G,80G 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 光盘存储器：包括光盘、驱动器和接口 几种外存的比较 光盘分类：CD-ROM(只读型)、CD-WO(一次写入型)、CD-RW(可重写型)、DVD(数字视频) 几种外存的比较 类型 容量 速度 寿命 价格 软盘 小 慢 短 低 硬盘 大 快 长 高 光盘 中 较快 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 4.系统总线 总线：连接各部件的公共通道 分类 常用总线标准 内部总线、系统总线、外部总线 ISA：时频8MHz；位宽16bit；带宽16MB/s EISA：时频8.33MHz；位宽32bit；带宽33MB/s VESA：时频33MHz；位宽32~64bit；带宽132 PCI：位宽32~64bit；带宽132~264MB/s 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 5.输入设备 键盘（实物图片见下页） 鼠标 分类：83/101/102/104键；AT口和PS/2口 分区：主键盘、功能键、控制键和数字小键盘 常用键：Esc, Shift, Alt, Ctrl, Caps Lock, Enter, Back space, Tab, Home, End, PgUp, PgDn, Ins, Del, Print Screen, Scroll Lock, Pause/Break, Num Lock 鼠标 分类：机械式、光电式、无线遥控式 2018/12/6 大学计算机基础教程

键盘 主键盘区 数字小键盘 功能键 控制键 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 6.输出设备 显示器,分类：单/彩色；CRT/LCD/LED；字符/图形 主要性能指标 尺寸：对角线长度。有：15”、17”、19”、21” 分辨率：表示为“水平点数×垂直点数”，如：800×600、1024×768 灰度或颜色深度：像素点的亮度等级或颜色数。有：8、16、24、32位色 刷新频率：每秒屏幕画面刷新次数。通常75~200Hz 扫描方式：分隔行扫描和逐行扫描。常用后者 2018/12/6 大学计算机基础教程

微机硬件系统 打印机 显示卡 分类 主要性能参数 组成：显示控制芯片、显存RAM 、DAC芯片、BIOS 分类：单色/彩色/2D/3D；ISA/VESA/PCI/AGP；伪彩/高彩/真彩 打印机 分类 按输出方式：逐行、逐字 按打印颜色：单色和彩色 按工作方式：击打式和非击打式（激光和喷墨） 主要性能参数 打印分辨率（DPI）、打印速度（CPS）、纸张大小 2018/12/6 大学计算机基础教程

⑴击打式打印机：利用机械原理由打印头通过色带把字体或图形打印在打印纸上。 点阵针式打印机(例如EPSON LQ-1600K) ⑵非击打式印字机：利用光、电、磁、喷墨等物理和化学的方法把字印出来。主要有激光打印机和喷墨打印机。 喷墨打印机 激光打印机：激光打印机是激光扫描技术和电子照相技术相结合的产物。是页式打式打印机，它具有很好的印刷质量和打印速度。 2018/12/6 大学计算机基础教程

基数：每种数制中数码的个数称为该数制的基数 。如十进制中有10个数码，基数是10；二进制中有两个数码0和1，基数是2 。 三、 信息的表示及编码 计算机中的数制 计算机科学中经常使用十进制、二进制、八进制和十六进制。但在计算机内部，不管什么样的数都使用二进制编码形式来表示。 基数：每种数制中数码的个数称为该数制的基数 。如十进制中有10个数码，基数是10；二进制中有两个数码0和1，基数是2 。 2018/12/6 大学计算机基础教程

进制：在数制中有一个规则，就是N进制一定是“逢N进一”。如十进制就是“逢十进一”，二进制就是“逢二进一” 。 位权值：在任何数制中，数码所处的位置不同，代表的数值大小也不同 。 某一位数码代表的数值的大小是该位数码与位权的乘积 。 234.18=2×102+3×101+4×100+1×10-1+8×10-2 2018/12/6 大学计算机基础教程

十进制数（D） ·特点： (1)有0、1、2、…、9十个数字 (2)逢十进一，进位基数为10，位的权数是十的幂。 ·举例： 十进制数569.28可以表示为： 569.28=5×102 ＋ 6×101 ＋ 9×100 ＋ 2×10－1 ＋ 8×10－2 换一个角度： 102 101 100 10－1 10－2 5 6 9 2 8 ·推广：任意一个十进制数可以表示为： (D)10 = dn×10n-1 ＋ dn-1×10n-2 ＋… d2×101 ＋ d1×100 ＋ d-1×10-1 ＋ d-2×10-2 ＋… d-m×10-m n m = ∑ di×10i-1 ＋ ∑ dj×10-j i=1 j=1 其中： di和 dj 为0－9中任一个数字；n为整数部分位数；m为小数部分位数； 10i-1 和10-j分别为整数部分和小数部分位权。 2018/12/6 大学计算机基础教程

二进制数（B） ·特点： (1)、有0、1二个数字 (2)、逢二进一，进位基数为2。 ·举例： 二进制数1101.01可以表示为： 1101.01=1×23 ＋ 1×22 ＋ 0×21 ＋ 1×20 ＋ 0×2－1 ＋ 1×2－2 换一个角度： 23 22 21 20 2－1 2－2 1 1 0 1 0 1 ·推广：任意一个二进制数可以表示为： (B)2 = bn×2n-1 ＋ bn-1×2n-2 ＋… b2×21 ＋ b1× 0 ＋ b-1×2-1 ＋ b-2×2-2 ＋… b-m×2-m n m = ∑ bi×2i-1 ＋ ∑ bj×2-j i=1 j=1 其中： bi和 bj 为0或1；n为整数部分位数；m为小数部分位数 ；2i-1 和2-j分别为整数部分和小数部分位权。 2018/12/6 大学计算机基础教程

八进制数（O） ·特点： (1)、有0－7八个数 (2)、逢八进一，进位基数为8。 ·举例： 八进制数2533.42可以表示为： 2533.42 =2×83 ＋ 5×82 ＋ 3×81 ＋ 3×80 ＋ 4×8-1＋ 2×8－2 换一个角度： 83 82 81 80 8－1 8－2 2 5 3 3 4 2 ·推广：任意一个八进制数可以表示为： (E)8 = e n×8 n-1 ＋ e n-1×8 n-2 ＋… e 2×8 1 ＋ e 1×8 0 ＋ e -1×8 -1 ＋ e -2×8 -2 ＋… e -m×8 -m n m = ∑ e i×8 i-1 ＋ ∑ e j×8 -j i=1 j=1 其中： ei和 ej 为0－7中一个；n为整数部分位数；m为小数部分位数； 8i-1 和8-j分别为整数部分和小数部分位权。 2018/12/6 大学计算机基础教程

十六进制数（H） ·特点： (1)、有0－9、A、B、C、D、E、F十六个数码 (2)、逢十六进一，进位基数为16。 16B.68 =1×162 ＋ 6×161 ＋ B×160 ＋ 6×16-1＋ 8×16－2 =1×162 ＋ 6×161 ＋ 11×160 ＋ 6×16-1＋ 8×16－2 换一个角度： 162 161 160 16－1 16－2 1 6 11(B) 6 8 1 ·推广：任意一个十六进制数可以表示为： (H)16 = h n×16 n-1 ＋ h n-1×16 n-2 ＋… h 2×16 1 ＋ h 1×16 0 ＋ h -1×16 -1 ＋ h -2×16 -2 ＋… h -m×16 -m n m = ∑ h i×16 i-1 ＋ ∑ h j×16 -j i=1 j=1 其中： hi和 hj 为0、1－9、A、B、C、D、E、F中一个；n为整数部分位数；m为小数部分位数； 16 i-1 和16 -j分别为整数部分和小数部分位权。 2018/12/6 大学计算机基础教程

常用数制之间的相互转换 二进制数转换成十进制数 【例】将1101.01转换成十进制数 (1101.01)2 = 1×23 ＋ 1×22 ＋ 0×21 ＋ 1×20 ＋ 0×2－1 ＋ 1×2－2 = 8+4+0+1+0+0.25 = (13.25) 10 【注】括号外的下标用来表示不同的数制 【举一反三】八进制数和十六进制数如何转换成十进制数？ 【提示】方法同二进数转换成十进制数 2018/12/6 大学计算机基础教程

└ └ └ └ └ └ └ └ 十进制数转换成二进制数(1) A、整数 【方法】除2取余数倒排 【例】将十进制数253转换成二进制数 十进制数(D) 余数 └ 2 253 1 转换结果的最低位 └ 126 2 └ 63 2 1 └ 31 2 1 └ 15 2 1 └ 7 2 1 └ 3 2 1 └ 1 2 1 转换结果的最高位 转换结果： (253)10=(11111101)2 2018/12/6 大学计算机基础教程

十进制数转换成二进制数(2) 【举一反三】十进制数如何转换成八进制数或十六进制数？ B、小数 【方法】乘2取整法 【例】将十进制数0.45转换成二进制小数（取4位） 十进制数(D) 乘 2 取整数部分 0.45 ×2＝0.9 0 转换结果的最高位 0.9 ×2＝1.8 1 0.8 ×2＝1.6 1 0.6 ×2＝1.2 1 转换结果的最低位 转换结果： (0.45)10=(0.0111)2 为取4位的近似值 【举一反三】十进制数如何转换成八进制数或十六进制数？ 【提示】方法同十进制数转换成二进制数 2018/12/6 大学计算机基础教程

二进制数转换成十六进制数 【方法】将给定的二进制数以小数点为界，分别向左、向右每4位分成一组，若不足4位，要分别前补0（整数部分）或后补0（小数部分）。然后将每4位一组的数分别用对应的十六进制数来书写。 【例】将二进制数101101011.01101转换成十六进制数 二进制数： 0001 0110 1011 . 0110 1000 十六进制数： 1 6 B . 6 8 2018/12/6 大学计算机基础教程

十六进制数转换成二进制数 【方法】将每一位十六进制数用对应的4位二进制数来表示，其最左侧和最右侧的0可以省去。 十六进制数： 1 6 B . 6 8 二进制数 ： 0001 0110 1011 . 0110 1000 【举一反三】二进制数和八进制数之间如何转换？ 2018/12/6 大学计算机基础教程

字符编码 1、ASCII码 【字符】：各种符号、数字、字母，统称为字符。 【字符编码】：由字符组成的数据称为非数值数据。计算机不仅能处理数值数据，也能够处理非数值数据（如文字编辑）。这些字符在计算机中也都是以二进制代码表示，每个字符都有一个相应的二进制码，即字符编码。 1、ASCII码 ASCII码即美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange）,是目前计算机中使用最广泛的符号编码。 ASCII包括32个通用控制字符、10个十进制数码、52个大小写字母和32个专用字符共128个字符。 因此ASCII编码方案需要使用7位二进制数进行编码以区分每一个字符（因此ASCII是7位码）。通常使用1个字节（8个二进制位）表示一个ASCII字符，规定最高位为0 2018/12/6 大学计算机基础教程

7位ASCII码表 765 4321 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE SP @ P ′ p 0001 SOH DC1 ！ 1 A Q a q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 2018/12/6 大学计算机基础教程

7位ASCII码表（续） 765 4321 000 001 010 011 100 101 110 111 大学计算机基础教程 0111 BEL ETB ’ 7 G W g w 1000 BS CAN （ 8 H X h x 1001 HT EM ） 9 I Y i y 1010 LF SUB * ： J Z j z 1011 VT ESC + ； K [ k { 1100 FF FS ， < L \ l | 1101 CR GS – = M ] m } 1110 SO RS . > N ↑ n ~ 1111 SI VS / ？ O ↓ o DEL 2018/12/6 大学计算机基础教程

汉字编码 汉字信息交换码 汉字输入码（即汉字的外部码）； 汉字内码：汉字信息在计算机内部处理时，统一使用机内码； 汉字字形码：汉字信息在输出时使用字形码以确定一个汉字的点阵 汉字地址码 2018/12/6 大学计算机基础教程