第1章 计算机基础知识与基本操作

第1章计算机基础知识与基本操作计算机应用基础第1章计算机基础知识与基本操作第1章计算机基础知识与基本操作1.1计算机发展概述1.2计算机系统的组成1.3微型计算机的系统组成与基本操作1.4计算机中的数制与编码1.5计算机多媒体技术1.6信息高速公路与金字工程1.7计算机信息安全与病毒防治第1章计算机基础知识与基本操作1.1计算机发展概述1.1.1计算机发展历程1946年2月，人类历史上第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。在同年，著名美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（Neumann，Johnvon）提出了“存储程序”和“程序控制”的思想，这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。1.冯·诺依曼思想的核心要点是：1)计算机的基本结构应由五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。2)计算机中应采用二进制形式表示数据和指令。3)采用“存储程序”和“程序控制”的工作方式。第1章计算机基础知识与基本操作第一代计算机（1946年～1957年），采用电子管作为逻辑元件，因此称为电子管计算机。使用机器语言作为编程语言，应用范围主要是科学计算。其体积较大，运算速度较低，存储容量不大，而且价格昂贵，使用也不方便。第二代计算机（1958年～1964年），采用晶体管作为逻辑元件。开始使用汇编语言进行程序设计，应用范围扩展到数据处理和事务处理及工业控制。其运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍，体积为原来的几十分之一。2.计算机大致经历了四个阶段第1章计算机基础知识与基本操作第三代计算机（1965年～1970年），这一时期的主要特征是以中、小规模集成电路为电子器件，并且出现了操作系统，使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算，还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。第四代计算机（1971年至今），采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器，在面积约为10mm×l0mm的单个芯片上，可以集成大约32万个晶体管，使计算机的体积大大缩小，出现了微型化的计算机。操作系统不断完善，出现了Windows操作系统，应用软件层出不穷，逐步形成软件产业。第1章计算机基础知识与基本操作3.微型计算机大致经历了四个阶段：第一阶段是1971～1973年，微处理器有4004、4040、8008。1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机（CPU为4040，4位机）。第二阶段是1974～1977年，微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、M6800、Z80。第三阶段是1978～1983年，16位微型计算机的发展阶段，微处理器有8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是IBM-PC（CPU为8086）。本阶段的顶峰产品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC／AT286(1986年)微型计算机。第四阶段是从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段。微处理器相继推出80386、80486。1993年，Intel公司推出了Pentium或称P5（中文译名为“奔腾”）的微处理器，它具有64位的内部数据通道。由此可见，微型计算机的性能主要取决于它的核心器件——微处理器（CPU）的性能。第1章计算机基础知识与基本操作1.1.2计算机的特点1．运算速度快计算机的运算速度从每秒几十万次到上千亿次，是人工和传统运算工具所无法比拟的，高速运算是计算机的一个基本特征。2．精确度高它具有人类无能为力的高精度控制，计算机在进行数值运算时能够达到很高的精度，可以精确到十几位到几十位有效数字，计算机的高精确度使得它应用于航空航天、核物理等尖端科学领域。第1章计算机基础知识与基本操作3．具有很强的存储（记忆）功能在计算机中有容量很大的存储装置，它不仅可以长久性地存储大量的文字、图形、图像、声音等信息资料，还可以存储指挥计算机工作的程序，使得计算机具有了很强的记忆能力。4．具有逻辑判断功能计算机内部是按照布尔代数进行运算的，布尔代数也就是逻辑代数，所以不仅可以进行加、减、乘、除等算术运算，也可进行与、或、非等逻辑运算。因此具有可靠的判断能力，5．自动执行功能计算机在进行计算、事务管理中，人只需要事先将编好的应用程序输入计算机，发布执行指令，计算机就能自动按照程序规定的步骤完成预定的处理任务。第1章计算机基础知识与基本操作1.1.3计算机的应用1.科学计算2．信息处理3．过程控制4．计算机辅助功能5．计算机与网络、多媒体技术第1章计算机基础知识与基本操作1.1.4计算机的分类根据计算机规模和性能，可以将计算机分为以下几类：1．巨型计算机运算速度在每秒亿次以上的计算机可称为巨型计算机。2.大型计算机运算速度在每秒几千万次以上的计算机为大型计算机。3.中型计算机运算速度在每秒百万次以上千万次以下的计算机为中型计算机，与大型计算机的区别不甚明显，通常用在国家重点科研机构、重点理工科院校。第1章计算机基础知识与基本操作4.小型计算机小型计算机的运算速度在每秒几百万次左右5．微型计算机微型计算机也称为个人计算机，简称微机、PC机。随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。6．工作站工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快，配有大容量的存储器和大屏幕显示器，并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。第1章计算机基础知识与基本操作1.2计算机系统的组成第1章计算机基础知识与基本操作1.2.1计算机硬件系统计算机硬件系统均由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分构成。他们之间的逻辑关系如下图所示:第1章计算机基础知识与基本操作下面分别简述这五大部件的基本功能：1.运算器又名“算术逻辑部件”，简称“逻辑部件ALU(ArithmaticLogicUnit)”。它是实现各种算术运算和逻辑运行的实际执行部件。算术运算是指各种数值运算；逻辑运算则是指因果关系判断的非数值运算。运算器的核心部件就是加法器和高速寄存器，前者用于实施运算，后者用于存放参加运算的各类数据和运算结果。第1章计算机基础知识与基本操作2．控制器控制器是分析和执行指令的部件，也是统一指挥和控制计算机各部件按时序协调操作的部件。计算机之所以能自动、连续地工作就是依靠控制器的统一指挥。控制器通常是由一套复杂的电子电路组成，现在普遍采用超大规模的集成电路。控制器与运算器都集成在一块超大规模的芯片中，形成整个计算机系统的核心，这就是我们常说的中央处理器－CPU（CentralProcessingUnit）。中央处理器是计算机硬件的核心，是计算机的心脏。微型计算机的中央处理器又称为微处理器。第1章计算机基础知识与基本操作3．存储器一般是指内部存储器，或称“主存储器”。内部存储器是计算机的记忆部件，用于存放正在运行的程序及数据。内部存储器通常由许许多多的记忆单元组成，各种数据存放在这一个个存储单元中，当需要存入或取出时，可通过该数据所在单元的地址对该数据进行访问。内部存储器按其存储信息的方式可以分为只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)、随机存储器RAM(RandomAccessMemory)和高速缓冲存储器Cache三种。第1章计算机基础知识与基本操作4．输入设备输入设备是计算机用来接收外界信息的设备，人们利用它送入程序、数据和各种信息。输入设备一般是由两部分组成，即：输入接口电路和输入装置。输入接口电路是输入设备中将输入装置(外设的一类)与主机相连的部件，如键盘、鼠标接口，通常集成于计算机主板上。也就是说输入装置一般必须通过输入接口电路挂接在计算机上才能使用。最常见的输入设备当然就是键盘和鼠标了，扫描仪也是输入设备，现在还有一种用于手写输入的手写光电笔也属于输入设备。第1章计算机基础知识与基本操作5．输出设备输出设备的功能与上面所介绍的“输入设备”相反，它是将计算机处理后的信息或中间结果以某种人们可以识别的形式表示出来。输出设备与输入设备一样，也包括两个部分，即输出接口电路和输出装置。输出接口电路是用来连接计算机系统与外部输出设备的，如显卡是用来连接显示器这样一种输出设备的，声卡可以连接主机与音箱之类的输出设备；打印机接口则是用来连接打印机与主机系统的。输出装置就是上面所说的显示器、音箱、打印机、绘图仪等。第1章计算机基础知识与基本操作1.2.2计算机软件系统第1章计算机基础知识与基本操作基本概念：软件：由程序、数据和文档三部分内容组成。程序：是一系列有序指令的集合。计算机之所以能够自动而连续地完成预定的操作，就是运行特定程序的结果。计算机程序通常是由计算机语言来编制，编制程序的工作称为程序设计。数据：指各种信息集合，数值的与非数值的。文档：用自然语言（汉语或英语）对程序进行描述的文本称为文档。第1章计算机基础知识与基本操作计算机软件系统：1.系统软件是指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件。系统软件主要包括操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统、网络系统及服务性程序。核心是：操作系统、语言处理程序和各种服务性程序。(1)操作系统操作系统是管理、控制计算机的软、硬件和数据资源的大型程序，是用户和计算机之间的接口，并提供了软件的开发和应用环境。第1章计算机基础知识与基本操作操作系统的分类方法很多，如：按计算机的机型可以分为大型机、中、小型机和微型机操作系统；按计算机用户数目的多少可以分为单用户和多用户操作系统；按照操作系统的功能特征来对操作系统进行分类，主要分为三类：批处理操作系统、实时操作系统和分时操作系统。随着计算机技术和计算机体系结构的发展，又出现了许多新型的操作系统，例如，微机操作系统、多处理机操作系统、网络操作系统以及分布式操作系统等。微机操作系统当前主流是Microsoft公司的DOS（单用户单任务）操作系统和Windows（单用户多任务）操作系统。第1章计算机基础知识与基本操作(2)语言处理程序机器语言是用二进制代码编写，能够直接被机器识别的程序设计语言。它的优点是不需要翻译就能够被计算机识别，因而执行速度快。它的缺点是不易书写和阅读，直观性差（全是0和1的数字），在使用时难记、易出错，且针对具体机型，局限性大。汇编语言是用能够反映指令功能的助记符来表示指令的程序设计语言，即符号化了的机器语言。汇编语言的优点是运算速度快，比机器语言易于书写和修改，主要的缺点是因为采用了大量的助记符，所以记忆和掌握起来仍然比较困难。高级语言是用不依赖于机器的指令形式表达操作意图的程序设计语言。高级语言的表示方式更接近于人类的自然语言。高级语言的特点是：相对于机器语言和汇编语言，运行速度较慢，但是它易于书写和修改，而且容易被人们掌握。人们常用的高级语言有：BASIC语言、FORTRAN、PASCAL语言、C语言等。第1章计算机基础知识与基本操作由于计算机只能直接识别执行机器语言，因此对于汇编语言或是高级语言编写的程序，机器是不能立即执行的，需要经过语言处理程序翻译成计算机能够直接识别和执行的机器指令代码。把汇编语言编写的源程序翻译成机器代码的过程，称之为汇编，完成此项工作的软件称之为汇编程序。将高级语言编写的程序（称为“源程序”）翻译成机器语言程序（称为“目的程序”），然后计算机才能执行。这种翻译过程一般有两种方式：解释方式和编译方式。编译是先整段地将源程序翻译成目标程序，然后执行。第1章计算机基础知识与基本操作(3)数据库管理系统在计算机应用中数据处理占据很大比例，对于大量的数据如何存储、利用和管理，如何使多个用户共享同一数据资源，是数据处理必须解决的问题，60年代末在美国诞生了第一个商品化的数据库系统。(4)网络系统软件计算机网络将分布在不同地理位置的多个独立计算机系统