计算机基础 第一章 计算机基础知识 机电系计算机教研室

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1 计算机基础 第一章 计算机基础知识 机电系计算机教研室
计算机基础 第一章 计算机基础知识 机电系计算机教研室 课前和课间播放光盘《计算机发展历史》、《计算机发展趋势》和《计算机科学与信息社会》三段

2 进度安排和学习要求 进度安排： 学习要求： 预习 笔记 上机 学习指导（各章要点/考试大纲） 学习光盘的使用 本学期：除第四章外各章
下学期：第四章 2002年6月参加全省高校一级考试 学习要求： 预习 笔记 上机 学习指导（各章要点/考试大纲） 学习光盘的使用

3 1.1 计算机的发展及其应用 代别 逻辑元件 其他 computer 第一台计算机 46年2月 ENIAC 四代计算机
第一代 ( ) 电子管 见《学习指导》P1 本章要点 “计算机划分” 第二代 ( ) 晶体管 第三代 ( ) 中小规模集成电路（IC） 第四代 ( ) 大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）

4 分类与发展趋势 (P2-P5) 发展趋势 分类 多极化 主机（mainframe) 网络化 小型机 多媒体化 个人计算机（PC） 智能化
多媒体(multimedia): 集文字、图形、声音、图像于一身 多媒体计算机与普通计算机相比 增加了： 声卡 音箱 CD-ROM（只读光盘）驱动器 分类与发展趋势 (P2-P5) 发展趋势 多极化 网络化 多媒体化 智能化 分类 主机（mainframe) 小型机 个人计算机（PC） 巨型机 小巨型机 工作站 新一代计算机： 知识信息处理系统 神经网络计算机 生物计算机

5 1.2 计算机在信息社会中的应用 科学计算 数据处理 数据库应用/OA/Internet应用等 过程控制 辅助工程
CAD/CAM/CAI/CAT/multimedia 人工智能（AI） 机器人/专家系统/计算机模拟

6 1.3 计算机的基本常识 1、二进制（计算机内部的基本运算）
如果我们深入了解计算机内部运算原理，可能会大吃一惊 ——这个似乎无所不能的精灵，其实只会做一点简单的“二进制运算”，即用两个数码（ “0”和“1”）进行运算（二进制运算）。 ①算术运算（数值运算） 且只会做加法（减/除/乘都要转换成加法进行运算） 0+0= = = =10（逢二进一） ②逻辑运算（判断真假） 一般 1—真 0 —假 在计算机内部中，一切信息（程序及数据）都必须用二进制代码（0和1）形式表示，才能存储和被计算机识别。

7 2、计算机的基本组成（P10） 迄今为止所有计算机从其功能结构来看，都可看作由五大部分组成： 运算器 功能：算术运算和逻辑运算 控制器
其主要部件：ALU（算术逻辑部件） 控制器 功能：使计算机能自动地执行程序，并使各部分协调工作 存储器 功能：用于保存程序和数据 主存储器（内部存储器）：存放当前所执行程序的指令和数据 辅助存储器（外部存储器）：存放暂不参加运算的程序的指令和数据 注意：一切程序和数据必须进入内存才能被计算机执行和使用。 输入设备：用于程序和数据输入（标准设备：键盘） 输出设备：用于程序和数据输出（标准设备：显示器）

8 计算机工作原理示意图（参考P10图1-1） 辅助存储器 输出 输入 输入设备 主存储器 输出设备 运算器 控制器 程序 运算结果 原始数据
指令数据线 控制信号线

9 对照一下人进行某项运算时的情况 输入设备 主存储器 辅助存储器 输出设备 运算器 控制器
程序 原始数据 运算结果 外部存储器 笔记本、手册等 输入设备 输出设备 　　　　大　脑 输入 输出 ·控制 （控制器） 眼、耳等 手、口等 ·计算、判断 （运算器） 解题方法 (事先学习） 题目 提供答案 ·记忆细胞 （内部存储器）

10 常用术语 运算器 输入设备 主存储器 辅助存储器 输出设备 控制器
程序 原始数据 运算结果 在计算机五大部分中，运算器和控制器是最核心的部分，通常做在一个器件上，称作CPU（Center Processing Unit） 。 【术语】 CPU=控制器+运算器（+寄存器组） 只有主存（内存）可直接与CPU交换信息，它与CPU组合可实现计算机的基本功能。 【术语】主机=CPU+主存储器 输入/输出(Input/Output)设备和外存合称“外围设备”。 【术语】外设=I/O+辅助存储器 五大部件之间是通过三大“总线”（Bus）连接实现信息交换的。 【术语】三大总线=数据总线+地址总线+控制总线

11 3、冯·诺依曼型计算机 上述计算机的基本结构是由美藉匈牙利科学家冯·诺依曼于1946年提出的。迄今为止所有进入实用的电子计算机都是按冯·诺依曼的提出的结构体系和工作原理设计制造的，故又统称为“冯·诺依曼型计算机”。 新一代计算机将努力突破冯氏的结构体系和工作原理，将是“非冯·诺依曼型计算机”。 冯·诺依曼型计算机的两大特征： 程序存储（计算机自动连续工作的基础） 采用二进制（机内一切信息均需为二进制编码形式存在） 冯·诺依曼型计算机的工作原理： 存储程序（将欲执行的任务事先编成程序存入主存中） 程序控制（执行时由CPU调用主存中的程序进行运算）

12 4、计算机系统 计算机系统的组成 计算机系统=硬件系统+软件系统 硬件（hardware） 五大部件（主机+外设）+其他物理设备
比较—— “人”可以抽象定义为： 人=肉体+思想 4、计算机系统 计算机系统的组成 计算机系统=硬件系统+软件系统 硬件（hardware） 五大部件（主机+外设）+其他物理设备 软件（software） 程序+文档 没有配备软件的计算机称为“裸机”

13 5、程序设计语言(学习指导P10-11） 机器语言（指令系统） 其指令为二进制代码(0、1)，如用00110011……表示相加。
用机器语言编写的程序计算机可直接识别，执行速度最快，但可读性、可移植性差 汇编语言 用“助记符”代替二进制代码，如用ADD A,B表示两数相加。 其程序必须通过翻译程序（汇编程序）翻译成二进制代码后才能执行。 机器语言和汇编语言都是“面向机器”的低级语言。 高级语言（面向过程） 用英文单词和代数表达式编写程序，最接近人类的自然语言（英语）。 如用 LET C=A+B 表示两数相加。 用高级语言编写的程序称为“源程序”。 源程序必须经过翻译程序翻译后计算机才能处理。 高级语言的翻译程序有两种： 解释程序：翻译一句，计算机执行一句。 （相当于“口译”） 编译程序：将源程序整个翻译成目标程序，再通过“链接程序”生成 “可执行程序”，然后交计算机执行。 （相当于“笔译”）

14 【术语】 指令=操作码+操作数（地址码） (操作码不可缺少)
5、程序设计语言(续） 程序设计语言小结： ①低级语言（面向机器语言） 　机器语言——其程序无需翻译即可被识别，执行速度最快 汇编语言——其程序需通过翻译程序（汇编程序）处理 【术语】 指令=操作码+操作数（地址码） (操作码不可缺少) ②高级语言（面向过程语言） 　其程序需通过翻译程序（解释程序/编译程序）处理 常见高级语言种类： BASIC语言——简单易学 C语言——编程通用 Fortran语言——科学计算 Pascal语言——程序设计教学

15 5、程序设计语言(续） 名词： 【源程序】用汇编语言或高级语言编写的程序（需经“翻译”处理）
【翻译程序】将源程序译成目标程序或可执行指令的程序 【目标程序】经翻译程序翻译生成的程序 【可执行程序】经连接程序处理过的程序 互相关系 注意——生成目标程序的条件! 汇编程序 目标程序 MOV A , 3 ADD A , 6 连接程序 可执行程序 汇编语言源程序 编译程序 A=5, B=4 C=B+A*2/B 翻译一句 执行一句 高级语言源程序 解释程序

16 1.4 信息编码基础 0、1 本节学习： ①无符号整数是如何数字化的？ 数制的概念 十进制数和K进制数的互相转换
数字化信息编码的概念： 信息：数值、文字、语音、图形和图像。 在计算机内一切信息必须进行数字化编码（即用二进制代码形式），才能在机内传送、存储和处理。 0、1 本节学习： ①无符号整数是如何数字化的？ 数制的概念 十进制数和K进制数的互相转换 ②二进制数的简单运算（算术和逻辑）法则 ③有符号整数是如何数字化？ 　 ④基本信息单位 ⑤常用西文字符是如何数字化的？ ⑥汉字是如何数字化的？

17 一、常用数制（学习指导P2） 数值的构成 基数：相邻位权之比 位权：基数的 i 次方 ( i 为与位置对应的自然数）
一个数值各位数字（数码）表示的值不仅与该数字有关，且与所在位置有关。 【例】数 可以分解为： 3×104＋2×103＋3×102＋4×101＋3×100＋4×10 -1＋3×10 -2 位权 基数：相邻位权之比 位权：基数的 i 次方 ( i 为与位置对应的自然数） 每个数位上的数字所表示的值=该数码×位权

18 常用数制 十进制 二进制 八进制 十六进制 K进制 基数 10 2 8 16 K 进位 逢10进1 逢2进1 逢8进1 逢16进1 逢K进1
可用 数码 0 1 ABCDEF 0…K-1 推广： 设x=K-1， 则m位K进制数， 最大是xxx……x（Km -1） 最小是0 再想想： 3位2进制数， 最大是111（2 3 -1） 最小是0 想想： 3位10进制数， 最大是999（103-1） 最小是0 K进制数的某些性质： 小数点右移n 位——相当于乘以K n（增加K n 倍） 小数点左移n 位——相当于除以K n （为K n 份之一） 思考： m位K进制数，其最大数值是多少？最小数值是多少？

19 二、K进制数转换为十进制数 ② (11011011)2 (219)16 (210)8 (219)10 简便算法： 位权展开法
计算： = 219 位权展开法 【例一】将下列数值转换为十进制数 (101.01) (205.4) (AF.8)16 解： (101.01)2= 1×22＋0×21＋1×20＋0×2 -1＋1×2-2 =(5.25)10 (205.4)8= 2×82＋0×81＋5×8 0＋4×8 –1 =(133. 5)10 (AF.8)16= 10×16 1 ＋15×160＋8×16 -1 =(175. 5)10 【思考】以下数值中最大的和最小的分别是哪个？ ① (1234) (1234) (1234) (1234)10 　 ② ( ) (219) (210) (219)10 Windows 98自带计算器（科学型）——适合于整数部份, 其他进制向十进制转换时，小数部分亦可用计算机求出。

20 三、十进制数转换为K进制数 将整数部份和小数部份分开来算，位权展开法 整数部份：除以K取余数，直到商为0，余数从自下而上排列
到小数部份为0或规定精度为止 【例】将( )10 转换为二、八、十六进制 低位 × 　 高位 × × 高位 × 2 1.520 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 × 　　　　 …… 低位 结果： ( )10 ≈（ 。0101)2 (100)10= (144)8 = (64)16

21 四. 八、十六进制与二进制相互转换 法则：以小数点为界，每个八进制数对应三位二进制数，每个十六进制数对应四位二进制数。
四. 八、十六进制与二进制相互转换 法则：以小数点为界，每个八进制数对应三位二进制数，每个十六进制数对应四位二进制数。 【注意】小数部分不足之处应补零 记住—— 【例】 (2C1.D)16=( )2 C D 【例】 (71.23)8=( )2 【例】 ( )2 = (36E.D4)16 E D 01应补00为0100

22 五、二进制数的简单运算（学习指导P5） 1、算术运算（加减乘除） 加法：逢2进1 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 （进位）
加法：逢2进 =0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 （进位） 减法：借1当 = =1 1-1= =1（借位） 乘法：加法+移位 0 * 0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1 除法：减法+移位 0÷1=0 1÷1=1 例三 1110 × 例四 110 10 100 例一 1101 10010 例二 1011 － 101 　110

23 五、二进制数的简单运算（续，学习指导P6）
2、逻辑运算 与运算：都是1时才为1，运算符：A∧B 、A×B 或 A·B 或运算：都是0时才为0，运算符：A∨B 、A＋B 非运算：0变1，1变0， 运算符：A 异或运算：相异为1, 运算符：A∞B 例：设A=1101，B=1001，求：A∧B 、 A∨B、A∞B、A 例一 A∧B 1101 ∧ 1001 1001 例二 A∨B 1101 ∨ 1001 例三 A∞B 1101 ∞ 1011 0110 例四 A A=0010

24 六、二进制数的定点和浮点表示（P14） 对数值位为x的无符号二进制整数，其数值的范围 为： 000 …… 0～111……1 01111111
定点表示法——小数点位置固定不变 1、定点整数： n位二进制定点整数能表示的数的范围： 0～2n-1(无符号数） -2n-1-1～2n-1-1（有符号数） 问题：字长为8位的计算机，可以表示的最大数和最小数是多少？ 2、定点小数（早期计算机中使用） ： m位二进制定点小数能表示的数的范围： |N|≤1-2-m 对数值位为x的无符号二进制整数，其数值的范围 为： 000 …… 0～111……1 x个 x个1 x个1=2x-1，因为： 111……1 （ x个1） 100 …… 0 （ 2x-1） 假想小数点位置（在最后一位之后） 符号位 数值位（n-1位） 假想小数点位置（在第一位之后） 符号位

25 六、二进制数的定点和浮点表示（续） 阶符 阶码 数符 尾数 尾数的位数决定数的精度 0 11 0 110011
浮点表示法——小数点位置是“浮动的” 在计算机中一个浮点数由两部分组成：阶码和尾数，阶码是指数，尾数是纯小数 ( )B= ×2+10= × 2-10 = × 2+11 即： N=数符×尾数×2阶符×阶码 尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围 阶码和数符： 0—正数 1—负数 阶符 阶码 数符 尾数

26 七、基本信息单位 （数据存储单位，《学习指导》P6）
位（bit，比特） 二进制位（每位存储一个0或1） 字节（byte，B，拜特） 1byte=8 bit 1kB=1024byte=210byte 1MB= 1024kB=220byte 1GB=1024MB=230byte 字长（word） 计算机一次同时存储、加工和传递的数据长度。 问题 1、 两个bit 可以表示状态？ 2、 有几个bit？占几个字节？ 3、一台计算机的字长是2个字节，意味着在CPU中作为一个整体加以传递处理的二进制代码为多少位？ 8个bit ，一个字节 千字节 兆字节 吉字节 16位

27 八、字符（数码、符号、汉字）编码 想想： 为什么是128个字符？ BCD码（二-十进制编码） 每位十进制数码用4位二进制编码表示
比较: ( )2 =(37)10 十进制数用BCD码表示时，不能直接用于运算或位权展开。 ASCII码（美国标准信息交换码） 常用西文字符（128个）的二进制编码（P17表1-2） （注：ASCII编码的基本和扩展字符集中共有256个字符。） 每个字符用标准规定的7位二进制数表示，在机内则占一个字节（最高位为0）。 如字符“A”的ASCII码为：( )2 或 6510、1018、4116 字符“0”的ASCII码为：( )2 或 4810、608、3016 要求：会比较ASCII字符的大小（按其ASCII码值） 空格＜0～9＜A ～Z ＜a～z 会推算同组字符ASCII码值 如A的ASCII值（十进制）为65，则B、C…的ASCII值分别为66、67… 想想： 为什么是128个字符？

28 八、字符（数码、符号、汉字）编码（续） 8×8点阵字形 汉字编码（由GB2312-80规定，即国标码）
并存放在主存储器中，那么将占用存储器容量多少个字节？假设将汉字显示在屏 幕上，一屏24行，每行40字，为保持一屏信息，需存储容量多少字节？ 解： （ 16×16÷8） ×3755=120160字节 （ 16×16÷8） ×24 ×40=30720字节 【例】设一软盘有300kB可用空间，若使用ASCII码存盘，则可存储英文多少 个？若存放汉字，则可存储汉字多少个？ 300×1024=307200（个） 300×1024÷2=153600（个） 汉字编码（由GB 规定，即国标码） 共对6763个常用汉字的二进制编码作了规定。 其中：一级汉字3755个，按拼音排序（最常用字） 二级汉字3008个，按偏旁部首排序（次常用字） 国标码规定每个汉字用两个七位二进制代码表示，在机内则用两个字节表示（每个字节的最高位置为1）。 内码（机内码）与国标码的换算关系（《学习指导》P8： 如汉字“啊”，国标码为： （即3021H） 内码则为: （即B0A1H） 外码（输入码）：区位码、拼音码、五笔字型码等 汉字点阵（汉字库，用于汉字的打印或显示）占用字节数的计算： 一个A×B点阵的汉字所占的字节数= A×B÷8 点阵越大，显示精度越好。 8×8点阵字形 ● ● ● ● ● ● ● ●

29 1.5 微型计算机硬件系统 一、CPU芯片 目前最新的CPU芯片 为Pentium Ⅳ（P4）， 即奔腾四代 谱系：
Pentium Pentium Pro Pentium II Pentium III 型号标识 Pentium MMX Pentium III 550 奔腾 高能奔腾 奔腾II代 奔腾III代 目前最新的CPU芯片 为Pentium Ⅳ（P4）， 即奔腾四代 Pentium MMX (多能奔腾） Celeron （赛扬） CPU主频 单位为兆赫（MHz） （决定CPU的运行速度） CPU型号 （决定CPU的性能档次）

30 CPU Pentium Pentium III

31 1.5 微型计算机硬件系统（续） 二、内存(memory) 有关内存的几个名词 Cache （高速缓冲存储器） 用于提高CPU读写速度
BIOS（基本输入/输出系统）芯片 主机板上最重要的ROM芯片，BIOS是微 机启动、自检和运行最基本的软件。 Flash Memory（闪速存储器） 主机板上用来存放系统软件（如BIOS） 且其内容可以升级的特殊存储器。 二、内存(memory) 地址：存储单元的编号 两类内存： ROM（只读存储器） 特点：所存数据只能读出（调用），不能用一般 的方法修改； 断电数据不会丢失 用途：一般用于存放系统信息 RAM（随机存取存储器） 特点：新进旧出，断电数据全部丢失 只有内存才能与CPU直接交换信息（打交道） 内存=ROM+RAM

32 1.5 微型计算机硬件系统（续） 三、外部存储器 软磁盘 3.5〃盘，5.25 〃盘 硬磁盘 既是外存，又是I/O设备
现代微机一般使用1.44MB的3.5〃盘 盘上写保护缺口封上时，可读可写 盘上写保护缺口露出时，只能读不能写 软盘是外存，软盘驱动器（drive)是I/O设备 硬磁盘 既是外存，又是I/O设备 磁带 磁带是外存，磁带机是I/O设备 只读光盘（CD-ROM） CD-ROM是外存，CD-ROM驱动器或DVD-ROM驱动器是I/O设备 CD-ROM的存储容量一般在650MB左右。 以上外存中，存取速度最快是硬盘，其余依次是光盘、软盘、磁带。 各种存储器中，存取速度最快的则是内存。

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34 1.5 微型计算机硬件系统（续） 四、输入与输出设备 输入设备： 键盘、鼠标、扫描仪、光笔、手写板、语音输入设备等 输出设备
显示器 display 或 monitor 打印机（针式，喷墨、激光） Printer 绘图仪等 既是输入又是输出的设备： 软盘驱动器、光盘驱动器、磁带机、调制解调器（Modem） 既是输入又是输出又是外部存储器的设备： 硬盘 用于连接 计算机与因特网

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36 感染Microsoft Office文档的病毒
1.6 计算机安全技术教育（P25） 常见病毒介绍 CIH病毒 由台大学生陈盈豪编写，破坏计算机系统Flash Memory 芯片中的BIOS系统程序，使主机板损坏，并破坏硬盘中的数 据，是迄今为止最凶恶的一种病毒。发作时间：4月26日、6 月26日或每月26日（与其版本有关） “台湾一号”宏病毒 每月13日发作，激发时弹出一心算题，如做对，会再问 “什么是巨集病毒（宏病毒）？”“如何预防巨集病毒？” （回答：“我就是巨集病毒”、“不要看我”） 电子邮件病毒 如电子邮件炸弹、“美丽莎”病毒等，通过电子邮件( ) 传播。 新型恶性网络蠕虫病毒 如“CodeRedII”（红色蠕虫） 、Nimda worm（尼姆达病毒， 又称“中国一号”网络蠕虫) 等。 计算机病毒（V irus） 人为编制的有害程序 计算机病毒的特点 破坏性、传染性、寄 生性、潜伏性 计算机病毒的类型 引导型、文件型、复合型、宏（Micro）病毒 计算机病毒的传染途径 软盘、光盘、网络 计算机病毒的防治 查毒软件/杀毒（消毒）软件 国内常用：KV系列、瑞星、KILL、金山毒霸等 预防： 软盘写保护/数据备份/软件用前查毒 病毒主要破坏内存和磁盘上的数据，不会破坏机器的硬件（CIH病毒除外） 感染Microsoft Office文档的病毒

37 本章作业 P29 1 5-10 14 补充： 1、在以下不同进制的四个数中，最小的是——。
A) ( )2 B) (75)10 C) (37)8 D) (2A)16 2、以下数值中与十进制数25.625不等值的是——。 A） B B) 31.5Q C)19.AH D) B 注:下标B表示二进制数 ,Q表示八进制数,H表示十六进制数