大学计算机基础-计算机基础知识

大学计算机基础第一章计算机基础知识1.1概述计算机是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。计算机是一门科学，也是一种自动、高速、精确地对信息进行存储、传达与加工处理的电子工具。1.1.1计算机的发展世界上第一台计算机ENIAC第一章计算机基础知识冯.诺依曼原理的主要思想：1.计算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式存放在计算机的存储器中。2.程序和数据存放在存储器中，即存储程序的概念。计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。3.计算机的硬件系统由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。计算机发展经历的四个阶段阶段部件第一阶段（1946-1958）第二阶段（1958-1964）第三阶段（1964-1971)第四阶段（1971年至今）主机电子器件电子管晶体管中小规模集成电路大规模，超大规模集成电路内存汞延迟线磁芯存储器半导体存储器半导体存储器外存储器穿孔卡片，纸袋磁带磁带，磁盘磁带，磁盘，挂盘等大容量存储器处理速度几千条几万至几十万条几十万至几百万条上千万至万亿条代表UNIVAC-I通用自动计算机IBM-7000系列机IBM-360系列机IBM-4300、3080、3090、9000系列1.1.2计算机的特点与用途1.计算机的特点（1）高速、精确的运算能力（2）精确地逻辑判断能力（3）强大的存储能力（4）自动化程度高（5）网络与通信功能1.1.2计算机的特点与用途2.计算机的应用（1）科学计算（2）数据/信息处理（3）过程控制（4）计算机辅助（5）网络通信（6）人工智能（AI）（7）多媒体应用（8）嵌入式系统1.1.3计算机的分类1.按计算机处理数据的类型分可以分为：模拟计算机、数字计算机、数字和模拟混合计算机。2．按计算机的用途可分为：通用计算机和专用计算机。3.按计算机的性能、规模和处理能力，可分为：巨型机、大型通用机、微型计算机、工作站及服务器。1.1.4计算机科学研究与应用1．人工智能2．网络计算3．中间件技术4．云计算1.1.5未来计算机的发展趋势1．电子计算机的发展方向从类型上看，电子计算机技术正在向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。2．未来新一代的计算机（1）模糊计算机（2）生物计算机（3）光子计算机（4）超导计算机（5）量子计算机1.1.6电子商务1．狭义电子商务狭义电子商务（E-Commerce）是指利用互联网进行交易的一种方式。主要指信息服务、交易和支付。主要内容包括：电子商情广告；电子选购和交易、电子交易凭证的交换；电子支付与结算等。2．广义电子商务广义电子商务（E-Business）是利用Internet能够进行全部的贸易活动。1.1.6电子商务电子商务分为如下几类企业间的电子商务（Business-to-Business，B2B）企业与消费者间的电子商务（Business-to-Consumer，B2C）消费者与消费者间的电子商务（Consumer-to-Consumer，C2C）非商务的电子商务（No-businessEC）企业内的电子商务（IntrabusinessEC）1.1.7信息技术1．信息技术的定义联合国教科文组织对信息技术的定义是：应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧。2．现代信息技术的内容信息技术包含三个层次的内容：信息基础技术、信息系统技术和信息应用技术。1.1.7信息技术3．现代信息技术的发展趋势（1）数字化（2）多媒体化（3）高速度、网络化、宽频带（4）智能化1.2信息的表示与存储1.2.1数据与信息数据是对客观事物的符号表示。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。信息是对各种事物变化和特征的反映，是经过加工处理并对人类客观行为产生影响的数据表现形式。数据与信息的区别：数据处理之后产生的结果为信息，信息具有针对性、时效性。尽管人们在许多场合把这两个词互换使用。信息是有意义的，而数据没有。1.2.2计算机常用数据的转换1．十进制运算规则：逢十进一，借一当十在八进制数据后加英文字母“D”。2．二进制运算规则：逢二进一，借一当二在八进制数据后加英文字母“B”。3．八进制运算规则：逢八进一在八进制数据后加英文字母“Q”。4.十六进制运算规则：逢十六进一在十六进制数据后加英文字母“H”以示分别。1.2.2计算机常用数据的转换5.不同进制之间的等值转换（1）十进制转换与二进制之间的转换【例1】将十进制18转换成二进制。1.2.2计算机常用数据的转换【例2】将十进制小数0.8125D转换成二进制数。（2）二进制与八进制之间的转换（2）二进制与八进制之间的转换（3）十进制与十六进制之间的转换（3）十进制与十六进制之间的转换（3）十进制与十六进制之间的转换（3）十进制与十六进制之间的转换二进制、八进制、十进制、十六进制数之间的转换1.2.3计算机中数据的单位计算机中数据的最小单位是位。存储容量的基本单位是字节。8个二进制位称为1个字节，此外还有KB、MB、GB、TB等。1．位位是度量数据的最小单位，在数字电路和计算机技术中采用二进制表示数据，代码只有0和1。1.2.3计算机中数据的单位2．字节一个字节由8位二进制数字组成（1Byte=8bit）。字节是信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系机构的基本单位。为了便于衡量存储器的大小，统一以字节（Byte，B）为单位。千字节1KB=1024B=210B兆字节1MB=1024KB=220B吉字节1GB=1024MB=230B太字节1TB=1024GB=240B3．字长在计算机诞生初期，受各种因素限制，计算机一次能够同时（并行）处理8个二进制数。人们将计算机一次能够并行处理的二进制数成为该机器的字长，也成为计算机的一个“字”。1.2.4字符的编码1．西文字符的编码计算机中的数据都是用二进制编码表示的，用以表示字符的二进制编码称为字符编码。计算机中最常用的字符编码是美国信息交换标准交换代码（ASCII），被国际标准化组织指定为国际标准。1.2.4字符的编码2．汉字的编码我国于1980年发布了国家汉字编码标准GB2318—1980，全称是《信息交换用汉子编码及字符集——基本集》（简称GB码或国际码）。为避开ASCII表中的控制码，区位码将GB2312—1980中的6763个汉字分为94行、94列，代码表分94个区（行）和94个位（列）。由区号（行号）和位号（列号）构成了区位码。1.2.4字符的编码3．汉字的处理过程1.2.4字符的编码（1）汉字输入码为将汉字输入计算机而编制的代码称为汉字输入码，也叫外码。（2）汉字内码汉字内码是为计算机内部对汉字进行存储、处理的汉字代码，它应满足存储、处理和传输的要求。汉字的内码=汉字的国际码+8080H例如，已知“中”字的国际码为5650H，则根据上述公式得：“中”字的内码=“中”字的国际码5650H+8080H=D6D0H二进制表示：0101011001010000B+1000000010000000B=1101011011010000B1.2.4字符的编码4．汉字字形码“次”字的16×16字形点阵和代码1.2.4字符的编码5．汉字地址码汉字地址码是指汉字库（这里主要指整字形的点阵式字模库）中存储汉字字形信息的逻辑地址码。6．其他汉字内码（1）GBK码（2）UCS码（3）Unicode编码1.3计算机硬件系统硬件是计算机的物质基础，没有硬件就不称其为计算机。尽管各种计算机在性能、用途和规模上有所不同，但其基本结构都遵循冯·诺依曼型体系结构。人们称符合这种设计的计算机称冯·诺依曼模型。这决定了计算机由输入、存储、运算、控制和输出五个部分组成。1.3.1运算器运算器（ALU）是计算机处理数据形成信息的加工厂，它的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。所以，也称为算术逻辑部件（ALU）。1.3计算机硬件系统1.3.2控制器控制器（CU）是计算机的心脏，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作。控制器由指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、程序计数器（PC）和操作控制器（OC）4个部件组成1.3计算机硬件系统1．机器指令为了让计算机按照人的意识和思维正确运行，必须设计一系列计算机可以真正识别和执行的语言——机器指令。（1）操作码：指明指令所要完成操作的性质和功能。（2）操作数：指明操作码执行时的操作对象。1.3计算机硬件系统2．指令的执行过程（1）取指令：（2）分析指令：（3）生成控制信号：（4）执行指令：（5）重复执行：1.3计算机硬件系统1.3.3存储器存储器是存储程序和数据的部件。它可以自动完成程序或数据的存取，是计算机系统中的记忆设备。存储器分为内存（又称主存）和外存（又称辅存）两大类。1.3计算机硬件系统1.内存存储器有内存储器和外存储器两种。内存储器按功能又可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。（1）随机存取存储器通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存。RAM有两个特点第一个特点是可读写性，也就是说对RAM既可以读操作，又可以写操作。第二个特点是易失性。1.3计算机硬件系统（2）只读存储器CPU对ROM只取不存，里面存放的信息一般由计算机制造厂写入并经固化处理，用户是无法修改的。几种常用ROM简介：①可编程只读存储器（PROM）②可擦除可编程只读存储器（EPROM）1.3计算机硬件系统（3）内存储器的性能指标存储器的主要性能指标有两个：容量和速度。存储容量：指一个存储器包含的存储单元总数，这一概念反映了存储空间的大小。目前常用的DDR3内存条，存储容量一般为2GB和4GB。好的主板可以到8G，服务器主板可以到32G。存取速度：一般用存储周期（也称读写周期）来表示。存取周期就是CPU从内存储器中存取数据所需的时间（读出或写入）存储器之间的最小时间间隔。半导体存储器的存取周期一般为60~100ns。1.3计算机硬件系统2.外存（1）硬盘硬盘是微型机上主要的外部存储设备。它是由磁盘片、读写控制电路和驱动机构组成。①内部结构：一个硬盘内部包含多个盘片，这些盘片被安装在一个同心轴上，每个盘片有上下两个盘面，每个盘面被划分为磁道和扇区。②硬盘容量：一个硬盘的容量是由以下几个参数决定的，即磁头数H、柱面数C、每个磁道的扇区数S和每个扇区的字节数B。将以上几个参数相乘，乘积就是硬盘容量。即硬盘总容量=磁头数（H）×柱面数（C）×磁道扇区数（S）×每扇区字节数（B）1.3计算机硬件系统③硬盘接口：硬盘与主板的连接部分就是硬盘接口，常见的有高级技术附件（ATA）、串行高级技术附件（SATA）和小型计算机系统接口（SCSI）。ATA和SATA接口的硬盘主要应用在个人电脑上，SCSI接口的硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。硬盘接口的性能指标主要是传输率，也就是硬盘支持的外部传输速度。④硬盘转速：指硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内旋转的最大转数。转速转速快慢是标志硬盘档次的重要参数之一，也是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘硬盘的速度。硬盘转速单位为RPM，即转/每分钟。普通硬盘转速一般有5400rpm和7200rpm两种。7200rpm高转速硬盘是台式机的首选，笔记本则以4200rpm和5400rpm为主。1.3计算机硬件系统⑤硬盘的容量：有320GB、500GB、750GB等，甚至已达到数TB级。目前市场上能买到的硬盘最大容量为6TB。主流硬盘各参数为SATA接口、500GB容量、7200rpm转速和150Mbps传输率。⑥固态硬盘（SolidStateDrives），简称固盘，固态硬盘（SolidStateDrive）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。1.3计算机硬件系统（2）快闪存储器USB接口的传输率有：USB1.1为12Mbps，USB2.0为480Mbps，USB为3.0为5.0Gbps。（3）光盘光盘是以光信息作为存储物