计算机基础实训教程PPT2--windows7+office2010版

1、第第1 1章计算机基础知识章计算机基础知识1.11.1计算机概述计算机概述 1.1.11.1.1计算机发展简史计算机发展简史1 1计算工具的演变与发展计算工具的演变与发展从远古到现代，人类的计算工具先后出现了手动计算工具、机械计算工具、机电计算工具，最后才进步到电子计算工具。2 2现代电子计算机的产生现代电子计算机的产生 （1）ABC计算机1939年，美国依阿华州大学数学物理学教授约翰阿塔纳索夫（John Atanasoff）和他的研究生贝利（Clifford Berry）一起研制了一台称为ABCABC（Atanasoff-Berry-Computer）的电子计算机。由于经费的限制，他们只研制

2、了一个能够求解包含30个未知数的线性代数方程组的样机。在阿塔纳索夫的设计方案中，第一次提出采用电子技术来提高计算机的运算速度。这是最早的专用电子计算机。在后来的ENIAC研制中，借鉴了ABC的设计方案。复制的复制的ABCABC计算机计算机（2 2）电子数字积分计算机）电子数字积分计算机ENIACENIAC第二次世界大战中，美国宾夕法尼亚大学物理学教授约翰莫克利（John Mauchly）和他的研究生普雷斯帕埃克特（Presper Eckert）受美国陆军军械部的委托，为计算火炮的弹道和射击表启动了研制ENIACENIAC（Electronic Numerical Integrator and

3、Computer）的计划，1946年2月15日，这台标志人类计算工具历史性变革的巨型机器宣告这台标志人类计算工具历史性变革的巨型机器宣告竣工竣工。ENIAC是一个庞然大物，共使用了18 000多个电子管、1500多个继电器、10000多个电容和7 000多个电阻，占地167平方公尺，重达30吨。ENIAC的最大特点最大特点就是采用电子器件代替机械齿轮或电动机械来执行算术运算、逻辑运算和存储信息，因此，同以往的计算机相比，ENIACENIAC最突出的优点就是高速度最突出的优点就是高速度。ENIAC每秒能完成5 000次加法，300多次乘法，比当时最快的计算工具快1 000多倍。ENIACENIA

4、C是第一个现代通用电子数字计算机是第一个现代通用电子数字计算机，它可被用于解决一大类问题。 ENIAC的出现标志着电子计算机（以下称计算机）时代的到来。ENIACENIAC（3 3）冯）冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构 1944年，普林斯顿大学数学教授，美籍匈牙利数学家冯诺依曼在一个偶然的机会了解到ENIAC的研制工作，当时他正为美国研制原子弹的曼哈顿计划中的复杂的科学计算所困扰，因此冯诺依曼参加了ENIAC的研制小组。在了解到ENIAC的缺点，并与研制人员讨论后，1945年6月，冯诺依曼（Von Neumann）发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”，确立了现代计算机的基本结构，其中包

5、含三个重要的思想三个重要的思想：（1 1）计算机至少应由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五个基本功能部分组成。（2 2）采用二进制数形式表示计算机的指令和数据。（3 3）将程序（一系列指令的集合）和数据放在存储器中，由程序控制计算机自动执行，即“存储程序控制”。迄今为止，大部分计算机仍基本上遵循冯诺依曼结构。3 3现代计算机的不断发展现代计算机的不断发展ENIAC的诞生标志着现代计算机的产生和计算机时代的开始。从ENIAC问世开始，人们一般认为现代计算机的发展历经了4代，现在正向新一代迈进。第一代（第一代（1946195719461957年）年）电子管时代电子管时代这一时代的计算机具

6、备如下一些主要技术指标和特点技术指标和特点。 （1 1）元器件）元器件：采用真空电子管和继电器，内存储器采用水银延迟线，外存储器采用纸带、卡片、磁带、磁鼓和磁芯。（2 2）软件）软件：使用线路和机器语言编程。（3 3）特点：）特点：计算机体积大，造价高，运算速度慢，存储容量小，编程繁琐。（4 4）应用范围：）应用范围：用于数值计算、军事研究和人口普查。（5 5）代表产品）代表产品：ENIAC、UNIVCA I、EDVAC、IBM70X系列。第二代（第二代（1958196419581964年）年）晶体管时代晶体管时代1947年，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组发明了晶体管。晶体

7、管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。同时，它的出现又为后来集成电路的诞生吹响了号角。晶体管比电子管功耗少、体积小、质量轻、工作电压低、工作可靠性好。1954年，贝尔实验室制成了第一台晶体管计算机TRADIC，使计算机体积大大缩小。1957年，美国研制成功了全部使用晶体管的计算机，第二代计算机诞生了。第二代计算机的主要特点分别介绍如下。（1 1）元器件：）元器件：采用晶体管；内存储器采用磁芯存储器，外存储器增加了磁盘；开发了一些外部设备。（2 2）软件）软件：出现了监控程序和管理软件；出现了高级语言，如FORTRAN、Cobol等。（3 3）特点）特点：计算机体积减小，成本降

8、低，功能增强，可靠性提高；运算速度提高到每秒几十万次；存储容量扩大；由于程序设计语言的出现，使编程更加方便。（4 4）应用范围）应用范围：科学计算、数据处理与事务管理。（5 5）代表产品）代表产品：UNIVAC II、IBM7000系列、ATLAS。第三代（第三代（1965197019651970年）年）中、小规模集成电路时代中、小规模集成电路时代20世纪60年代初期，美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，引发了电路设计革命，第三代计算机诞生了。第三代计算机的主要特点分别介绍如下。（1 1）元器件：）元器件：小规模和中等规模集成电路，磁芯存储器容量增加，外部设备大量出现。（2 2）软件：）软件：

9、出现了操作系统，程序设计语言的种类进一步增多。（3 3）特点：）特点：体积进一步减小，功能进一步增强，可靠性进一步提高；运算速度达到每秒几百万次；存储容量进一步扩大；计算机向标准化、多样化、通用化与系列化方向发展。（4 4）应用范围：）应用范围：已广泛用于各个领域。（5 5）代表产品：）代表产品：IBM System/360、PDP 11、NOVA。第四代（第四代（19711971年至今）年至今）大规模和超大规模集成电路时代大规模和超大规模集成电路时代第四代计算机的主要特点分别介绍如下。（1 1）元器件：）元器件：采用大规模和超大规模集成电路；半导体存储器代替了磁芯存储器；出现了光盘、U盘等存

10、储设备。（2 2）软件：）软件：操作系统更加完善，种类更加齐全，程序设计语言由非结构化向结构化和面向对象方向转变。（3 3）特点：）特点：计算机制造和软件生产形成产业化，计算机网络化是这个时代的一大特征。（4 4）应用范围：）应用范围：已经普及、深入到各行各业之中。（5 5）代表产品：）代表产品：IBM4300系列、CRAY系列、微型计算机、网络计算机。微型计算机是大规模和超大规模集成电路发展的一大成果。大规模集成电路的一个重要特点是将中央处理器（CPU）制作在一块电路芯片上，这种芯片习惯上称为微处理器。根据微处理器的集成规模和处理能力，又形成了微型机的不同发展阶段。 新一代计算机的发展趋势新

11、一代计算机的发展趋势计算机的发展趋势可归结在如下几个方面： 超级计算机。 微型计算机。 智能计算机。 普适计算机。 网络与网格。 新型计算机。 1.1.21.1.2计算机的分类计算机的分类计算机的种类其实非常多，我们大部分人日常接触到的计算机叫微型计算机。 1 1按信息的形式和处理方式划分按信息的形式和处理方式划分 （1）电子数字计算机 （2）电子模拟计算机 （3）数模混合计算机 2 2按使用范围划分按使用范围划分 （1）通用计算机 （2）专用计算机 3 3按计算机规模和处理能力划分按计算机规模和处理能力划分 （1）巨型计算机 （2）大/中型计算机 （3）小型计算机 （4）微型计算机 （5）工

12、作站 （6）服务器 目前，微型计算机与工作站、小型计算机乃至中、大型机之间的界限已经愈来愈模糊。无论按哪一种方法分类，各类计算机之间的主要区别是运算速度、存储容量及机器体积等。 1.1.31.1.3计算机的特点计算机的特点 1 1运算速度快运算速度快 大型、巨型计算机已经由20世纪50年代初的几万次每秒的运算速度发展到1976年1亿次每秒及1985年前后的100亿次每秒；90年代初达到了1万亿次每秒；1996年美国推出了2.4万亿次每秒的巨型计算机；2010年，我国研发的曙光“星云”巨型机的速度已超千万亿次每秒。 2 2计算精度高计算精度高 例如，圆周率的计算，发明计算机前的1500多年中经过

13、数代科学家的人工计算，其精度只能达到小数点后的几百位，当第一台计算机诞生后，利用计算机计算就可达到2000位，目前计算精度已达到上亿位。3 3存储容量大存储容量大 目前微型计算机的内存储器的容量已达到28GB，用若干张光盘甚至可以保存一座图书馆的全部内容。4 4具有逻辑判断功能具有逻辑判断功能 计算机不仅能进行计算，还具有逻辑判断能力实现推理和证明，并能根据判断的结果自动决定以后执行的命令，因而能解决各种各样的问题。例如，百年数学难题“四色猜想”（任意复杂的地图，使相邻区域的颜色不同，最多只用四种颜色即能完成），1976年美国两位科学家用IBM-370计算机进行了上百亿次的判断连续运算1200

14、小时证明了此难题，当时震惊世界数学界。5 5高度自动化高度自动化 人们把需要计算机处理的问题编成程序存储在计算机中，当向计算机发出运行指令后，计算机便在该程序的控制下自动按规定步骤完成指定的任务。 1.1.41.1.4计算机的应用计算机的应用 1科学计算（或称为数值计算） 2数据处理 3过程控制 4人工智能 5计算机辅助工程 6电子商务 7娱乐 8网络通信1.21.2计算机中信息的表示与存储计算机中信息的表示与存储 数据是对客观事物的符号表示数据是对客观事物的符号表示，如数值、文字、声音、图形、图像等都是不同形式的数据；信息则是数据经过处理后的结果，是经过组织后，有意义、有用处的数据，数据是信

15、息的载体。计算机做的一个重要工作就是将数据转换成信息。 数据和信息在计算机内部采用二进制来保存数据和信息在计算机内部采用二进制来保存。无论是指令还是数据，若想存入计算机中，都必须采用二进制数编码形式，即使是图形、图像、声音等信息，也必须转换成二进制，才能存入计算机中。 1.2.11.2.1数据的存储单位数据的存储单位 计算机使用二进制来表示数据时，涉及位、字节、字三个基本数据单位。 1 1位（位（bitbit） 表示一位二进制信息，可存放一个0或1。位是计算机中存储信息的最小单位。 2 2字节（字节（ByteByte） 计算机中表示存储容量的基本单位是字节（B），由8个二进制位组成。表示存储容

16、量的单位还有KB、MB、GB、TB、PB、EB等，它们的换算如下： KB（Kilobyte，千字节）：1KB=1024B=210B MB（Megabyte,兆字节）：1MB=1024KB=220B GB（Gigabyte，吉字节）：1GB=1024MB=230B TB（Trillionbyte，太字节）： 1TB=1024GB=240B PB（Petabyte，拍字节）：1PB=1024TB=250B EB（Exabyte，艾字节）：1EB=1024PB=260B 3 3字（字（wordword） 一个字通常由一个或多个字节构成一个字通常由一个或多个字节构成。计算机进行数据处理时，一次存取、加

17、工和传送的数据长度称为字长。计算机的字长决定了CPU一次操作所能处理的数据的长度。由此可见，计算机的字长越长，其性能越优越。 1.2.21.2.2数制数制 1 1基本概念基本概念 下面介绍关于数制的一些基本概念。数码：数码：一种进位计数制各数位上所允许的有限的几个数字符号。基数：基数：所允许的数字符号的个数就是计数制的基数。位权：位权：人们通常采用有权编码表示数字，即同一个数码处在不同数位时所代表的数值不同。每个数码所表示的每个数码所表示的值就等于该数码本身乘以一个与所在数位有关的常数，值就等于该数码本身乘以一个与所在数位有关的常数，这个常数就称为位权，简称“权”。 常用的几种进位制（十进制、

18、二进制、八进制和十六进制）的基本特点如表所示。十六进制中的数码使用了符号A、B、C、D、E、F，分别对应十进制中的10、11、12、13、14、15。在书写时，为了区别不同进制的数，可以使用以下3种书写格式。10001101(2)、765(8)、12.7(10)、AB.7(16)(10001101)2、(765)8、(12.7)10、(AB.7)16 10001101B、765O、12.7D、AB.7H这里，字母B、O、D、H分别表示二进制、八进制、十进制和十六进制。 2 2按权展开式按权展开式 按权展开式就是将任意进制的数表示成该数每个位置上的数码乘以该位置上的权值。任何进制的数都可以按其位

19、权进行展开。例如：945.7=9102+4101+5100+710-1 (110.011)2=122+121+020+02-1+12-2+12-3 1.2.31.2.3不同数制的数之间的转换不同数制的数之间的转换 1 1非十进制数转换为十进制数非十进制数转换为十进制数 非十进制数转换为十进制数的方法就是按权展开。例如： 2 2十进制数转换为非十进制数十进制数转换为非十进制数 十进制数转换为非十进制数的方法十进制数转换为非十进制数的方法：整数部分采用除基数取余法、小数部分采用乘基数取整法，分别转换后组合得到。 除基数取余法除基数取余法：逐次除以基数，每次求得的余数即为转换后的数的整数部分各位的数

20、码，直到商为0。 乘基数取整法乘基数取整法：逐次乘以基数，每次乘积的整数部分即为转换后的数的小数各位的数码。 例如，把十进制数13.25转换为二进制数，可对整数部分13进行除基数取余法转换，对小数部分0.25进行乘基数取整法转换。 并非所有的十进制小数都能用有限位的非十进制小数来表示，在这种情况下通常取其近似值。 3 3二进制与八进制、十六进制的转换二进制与八进制、十六进制的转换 （1 1）二进制与八进制的转换）二进制与八进制的转换 二进制数转换成八进制数的方法二进制数转换成八进制数的方法是：将二进制数从小数点开始分别向左（整数部分）和向右（小数部分）每3位分成一组，不足3位时补0，分别转换成

21、八进制数码中的一个数字，然后连接起来。例如10110.01，按3位分组为010 110.010，分别转换成八进制数26.2，因此，(10110.01)2=(26.2)8。 八进制数转换成二进制数的方法八进制数转换成二进制数的方法正好相反，只需将每一位八进制数写成相应的3位二进制数，再按顺序组合起来即可。例如，(71.1)8=111 001.001=(111001.001)2。二进制与八进制数码转换如表1-2所示。1.2.41.2.4二进制的运算二进制的运算在计算机中，二进制数可进行算术运算和逻辑运算。1 1算术运算算术运算（1）加法：0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=10（1为进位）（2

22、）减法：00=0 101=1（借位1）10=1 11=0（3）乘法：00=0 01=10=0 11=1（4）除法：0/1=0 1/1=12 2逻辑运算逻辑运算或（“”或“+”）：或运算中，两个逻辑值只要有一个为1，结果就为1，否则为0。例如：00=0，01=1，10=1，11=1。与（“”或“”）：与运算中，只有两个逻辑值都为1时，结果才为1，其余都为0。例如：00=0，01=0，10=0，11=1。 非（“”）：非运算中，对每位的逻辑值取反。例如：0=1，1=0。 1.2.41.2.4二进制的运算二进制的运算 在计算机中，二进制数可进行算术运算和逻辑运算。 1 1算术运算算术运算 （1）加法

23、：0+0=0 1+0=0+1=1 1+1=10（1为进位） （2）减法：0-0=0 10-1=1（借位1）1-0=1 1-1=0 （3）乘法：00=0 01=10=0 11=1 （4）除法：0/1=0 1/1=1 2 2逻辑运算逻辑运算 或（“”或“+”）：或运算中，两个逻辑值只要有一个为1，结果就为1，否则为0。例如：00=0，01=1，10=1，11=1。 与（“”或“”）：与运算中，只有两个逻辑值都为1时，结果才为1，其余都为0。例如：00=0，01=0，10=0，11=1。 非（“”）：非运算中，对每位的逻辑值取反。例如：0=1，1=0。1.2.51.2.5计算机信息编码计算机信息编码

24、在计算机中，所有的数据和程序都是以二进制的形式来表示的。我们日常使用的数值、字符以及声音、图像、视频、动画等数据要用计算机来进行处理，就必须把它们用二进制表示出来，也就是将这些数据用二进制编码。计算机内部把数据区分为数值型和非数值型数值型和非数值型。字符是常见的非数值型数据。1 1数值数据的编码数值数据的编码计算机内表示的数值，可分成整数和实数两大类。（1 1）整数的表示）整数的表示根据是否考虑数值的正负，可把整数分为无符号整数和有符号的整数。无符号整数中，所有二进制位全部用来表示数的大小，有符号整数通常用最高位表示数的正负号，称为符号位，其中0表示正数，1表示负数，其他位表示数的大小。（2

25、2）实数的表示）实数的表示实数一般用浮点数表示，因为它的小数点位置不固定，所以称浮点数。它是既有整数又有小数的数，纯小数可以看作实数的特例。 （3） BCD（Binary-coded Decimal）码 BCD码用4位二进制数表示1位十进制数。例如，BCD码1000 0010 0110 1001按4位一组分别转换，结果是十进制数8269。BCD码中的每4位二进制代码是有权码，从左到右按高位到低位权依次是8、4、2、1。4位BCD码最小数是0000，最大数是1001。 2 2西文字符的编码西文字符的编码 西文字符编码最常用的是ASCIIASCII码码，ASCII码（American Standa

26、rd Code for Information Interchange）是美国信息交换标准代码的简称。ASCII码占1个字节，有7位ASCII码和8位ASCII码两种，7位ASCII码称为标准ASCII码（规定最高位为0），8位ASCII码称为扩充ASCII码。7位二进制数给出了128种不同的组合，表示128个不同的字符。其中，95个字符可以显示，包括大小写英文字母、数字、运算符号和标点符号等；另外33个字符是不可见的控制码，编码值为031和127。例如回车符（CR），编码为13。 3 3汉字编码汉字编码 （1 1）输入码）输入码 键盘是计算机的主要输入设备之一，输入码就是用英文键输入码就是用

27、英文键盘输入汉字时的编码盘输入汉字时的编码。输入汉字一般有两种途径两种途径：一是一是由计算机自动识别汉字，要求计算机模拟人的智能；二是二是由人将相应的计算机编码以手动方式用键盘输入计算机。前者主要有手写笔、语音识别和扫描识别等，后者有区位码、全拼、五笔字型、微软拼音和智能ABC等，它们都属于外码。按照编码原理，汉字输入码主要分为4类，即顺序码顺序码（无重码，如区位码、国标码、电报码等）、音码音码（如智能ABC、微软拼音、全拼和搜狗拼音输入法等）、形码形码（如五笔字型），以及将汉字的音、形相结合的音形码（自然码）或者形音码。 （2 2）国标码）国标码 1980年我国制定了GB 23121980标

28、准，颁布了一套用于汉字信息交换的代码，共收录汉字共收录汉字67636763个，个，各种字母符号682个，合计7445个。其中常用汉字（一级汉字）3755个，以拼音为序；二级汉字3008个，以偏旁部首为序。 由于GB2312表示的汉字比较有限，后来又相继出现了GB13000、GBK、GB18030等汉字编码标准。 目前最新的国家标准是GB18030，是我国继GB2312-1980和GB13000-1993之后最重要的汉字编码标准，是我国计算机系统必须遵循的基础性标准之一。与GB 2312-1980完全兼容，与GBK基本兼容，支持GB 13000及Unicode的全部统一汉字，共收录汉字70244

29、个。 （3 3）区位码）区位码 在GB 23121980的编码方式中，国家标准将汉字和图形国家标准将汉字和图形符号排列在一个符号排列在一个9494行行9494列的二维代码表中列的二维代码表中，每两个字节分别用两位十进制数来编码，前面那个字节的编码叫区码区码，后面那个字节的编码叫位码位码，这就是区位码。例如“保”这个字，它在二维代码表中位于第17区第3位，那么其区位码就是1703。 国标码并不完全等同于区位码国标码并不完全等同于区位码，它是由区位码稍加转换而得到的。转换方法转换方法是：先将十进制区位码的区码和位码分先将十进制区位码的区码和位码分别转换成十六进制的区码和位码，再将转换后的区码和位别

30、转换成十六进制的区码和位码，再将转换后的区码和位码分别加上码分别加上20H20H，就得到了国标码。，就得到了国标码。例如，“保”的区位码为1703D1103H1103H+ 2020H3123H，国标码为3123H。 （4 4）机内码）机内码 国标码是汉字信息交换的标准编码，但是因为其两个字节的最高位规定成了0，这样一个汉字的国标码就很容易被误认为是两个西文字符的ASCII码。于是，在计算机内部也就无法采用国标码。对此可以采用变形后的国标码，也就是将国标码的两将国标码的两个字节的高位由两个个字节的高位由两个0 0变成两个变成两个1 1，这就成了机内，这就成了机内码。码。（5 5）汉字字形码）汉字

31、字形码汉字信息在计算机中采用机内码，但输出时必须转换成字形码，因此对每一个汉字，都要有对应的字的模型储存在计算机内，这就是字库对每一个汉字，都要有对应的字的模型储存在计算机内，这就是字库。它又分为“软字库”和“硬字库”两种。构成汉字字形的方法有两种两种：向量（矢量）法和点阵法向量（矢量）法和点阵法。用点阵表示字形时，汉字字形码一般指确定汉字字形的点阵代码。字形码也称字模码，它是汉字的输出形式。随着汉字字形点阵和格式的不同，汉字字形码也不同。常用的字形点阵有1616点阵、2424点阵、4848点阵等。字模点阵的信息量是很大的，占用存储空间也很大，以1616点阵为例，每个汉字占用32字节。因此，字

32、模点阵只能用来构成“字库”，而不能用于机内存储。字库中存储了每个汉字的点阵代码，当显示输出时才检索字库，输出字模点阵得到字形。 4 4、UNICODEUNICODE UNICODE又称统一码、单一码、万国码，是计算机科学领域里的一项业界标准，是计算机工业界为了解决传统编码方案的局限，支持多语言环境，避免编码之间的冲突，统一地表示世界各国的文字，发起制定的一项编码标准。它对世界上大部分的文字系统进行了整理、编码，使得计算机可以用更为简单的方式来呈现和处理文字。 在Unicode标准中，编码空间的整数范围是从0到10FFFF（16进制），共1,114,112个可用的码点，不仅可以包含当今世界使用的

33、所有语言文字和其他符号，也足够容纳绝大多数具有历史意义的古文字和符号。计算机学院计算机学院- -计算机公共课教研室计算机公共课教研室UnicodeUnicode的实现方式不同于编码方式的实现方式不同于编码方式，一个字符的Unicode编码是确定的，但是在实际传输过程中，由于不同系统平台的设计不一定一致，以及出于节省空间的目的，对Unicode编码的实现方式有所不同。UnicodeUnicode的实现方式也称的实现方式也称为为UnicodeUnicode转换格式转换格式（Unicode Transformation Format，简称为UTF），它指它指定如何将每个码点表示为一个或多个编码单元序

34、列，用于在计算机内存储或定如何将每个码点表示为一个或多个编码单元序列，用于在计算机内存储或在网络上传送。在网络上传送。Unicode标准提供了三种不同的编码格式，使用8位、16位和32位编码单元，分别称为UTF-8、UTF-16、UTF-32。UTF-8是一种变长的编码方式，它使用14个字节表示一个符号，对不同范围的字符使用不同长度的编码；UTF-16则对常用的字符（基本多语言平面）采用2字节16位二进制数进行编码，不常用的采用4字节32位二进制数进行编码；UTF-32统一采用4字节32位二进制数进行编码。Unicode的发展由非营利机构统一码联盟负责，目前UNICODE最新的版本是6.3，其

35、字符集收录的字符已经超过10万个。Unicode 标准已经得到计算机工业界的广泛采用，例如：Apple, HP, IBM, JustSystem, Microsoft, Oracle, SAP, Sun, Sybase, Unisys等等。计算机学院计算机学院- -计算机公共课教研室计算机公共课教研室1.3 1.3 计算机系统组成计算机系统组成 1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 自从第一台电子计算机诞生以来，经过半个多世纪发展，计算机的系统结构已经发生了很大变化，但就其结构原理来说，占主流地位的仍然是冯诺依曼型计算机。计算机学院计算机学院- -计算机公共课教研室计算

36、机公共课教研室1. 1. 运算器运算器运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU），是对数据进行加工、运算的部件，它接受控制器的控制，按照算术运算规则进行加、减、乘、除等算术运算，还可以进行与、或、非等逻辑运算。运算器由算术逻辑部件、数据寄存器、累加器等部分组成。2. 2. 控制器控制器控制器是计算机的控制指挥中心，它协调和指挥整个计算机系统的操作。它的主要功能是识别和翻译指令代码，安排操作的先后顺序，产生相应的操作控制信号，控制数据的流动方向，保证计算机各部件有条不紊的协调工作。控制器由指令计数器、指令寄存器、指令译码器、操作控制器等部分组成。通常将运算器和控

37、制器集成在一块芯片上，称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），它是计算机系统的核心设备。微型计算机的中央处理器被称为微处理器，图2-2为最新Intel公司的CPU的外观（型号：酷睿I7）。计算机学院计算机学院- -计算机公共课教研室计算机公共课教研室3. 3. 存储器存储器存储器是具有记忆功能的部件，用于存放程序和数据。通常对存储器可分为内存储器（也称主存储器）和外存储器（也称辅助存储器）。4. 4. 输入设备输入设备输入设备是外部向计算机输入信息的装置。其功能是将数据、程序及其它信息，从人们熟悉的形式转换成计算机能接受的信息形式，输入到计算机内部。常见的输入

38、设备有键盘、鼠标、光笔、纸带输入机、模/数转换器、声音识别输入等，其中键盘被称为标准输入设备。5. 5. 输出设备输出设备输出设备的功能是将计算机内部二进制形式的信息转换成人们所需要的或其它设备能接受和识别的信息形式。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、数/模转换器、声音合成输出等，其中显示器被称为标准输出设备。 1.3.2 1.3.2 计算机软件系统组成计算机软件系统组成 只有硬件而没有任何软件支持的计算机称为“裸机裸机”，由于过于复杂，人们几乎无法利用裸机进行工作。要使计算机能正常工作还必须要有相应的软件支撑。 一般把计算机的程序、要处理的数据及其有关的文档统称为软件。软件按其功能划分

39、，可分为系统软件和应用软件两大类型，其基本组成如图所示。软件系统系统软件应用软件操作系统语言处理程序数据库管理系统通用应用软件专用应用软件 系统软件系统软件（System Software）是计算机系统必备的具有通用功能的软件，主要功能是管理、控制和维护计算机软、硬件资源，一般由计算机厂商或软件公司提供。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、网络管理软件。 操作系统操作系统（Operating System，OS）是最重要、最核心的系统软件。操作系统通过进行处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和作业管理这五大管理功能实现对计算机软、硬资源的合理调度与分配，改善资源

40、的共享和利用状况，最大限度地发挥计算机的效率，提高计算机在单位时间内处理工作的能力。 计算机上常见的操作系统有微软的Windows系列（如Windows XP、Win 7、Win 8等）和Linux系列（如Red Hat、Ubuntu、Fedora等）。 应用软件（应用软件（Application Software）是在系统软件的支持下，为解决某个实际问题或应用目的设计编制的程序及相关文档。 常用的应用软件可以根据其应用领域分为很多种类，常用的主要有针对文字处理的字处理软件：Word、WPS等；表格处理软件：电子表格软件Excel、WPS等；图像处理软件：PhotoShop、CorelDraw

41、等；动画制作软件：Macromedia Flash、3DMAX、MAYA等；媒体播放软件：RealPlayer、Windows Media Player等。更多应用软件是专业领域的应用软件，如计算机辅助软件（CAD、CAM、CAI）等。1.4 1.4 计算机工作原理计算机工作原理 1946年，美籍匈牙利数学家冯诺依曼（Von Neumann）提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想，就是“存储程序和程序控制”，从而奠定了现代电子计算机的体系结构和工作方式。尽管自从1946 年第一台电子计算机诞生以来，计算机的系统结构已经发生较大变化，但就其基本结构原理来说，占主流地位的仍然是冯诺依曼型计算机。

42、其基本原理结构如图所示。计算机之所以能自动、正确地按人们的意图工作，是由于人们事先已把计算机如何工作的程序和原始数据通过输入设备送到计算机的存储器中。当计算机执行时，控制器就把程序中的控制器就把程序中的“命令命令”一条接一条地从存储一条接一条地从存储器中取出来，加以翻译，并按器中取出来，加以翻译，并按“命令命令”的要求进行相应的操作的要求进行相应的操作。当人们需要计算机完成某项任务的时候，首先要将任务分解为若干个基本操作的集合，计算机所要执行的基本操作命令就是指令，指令是对计算机进行程序控制的最小单位，是一种采用二进制表示的命令语言是一种采用二进制表示的命令语言。每条指令都要求计算机完成一定的

43、操作，它告诉计算机进行什么操作、从什么地址取数、结果送到什么地方去等信息。计算机的指令系统一般计算机的指令系统一般应包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、转移指令、输入应包括数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、转移指令、输入输出指令和处理机控制指令等。输出指令和处理机控制指令等。1.5 1.5 计算机系统性能指标计算机系统性能指标完整的计算机系统是由多个组成部分构成的一个复杂系统，其功能和性能是由其系统结构、其功能和性能是由其系统结构、硬件组成、指令系统、软件配置等多种因素综合决定的硬件组成、指令系统、软件配置等多种因素综合决定的，这也导致了计算机系统性能评价的指标繁多，从而评价

44、计算机系统的性能，需要结合多个因素，综合分析。计算机的主要技术指标包括以下几方面：字长：字长：CPU 能够同时处理的二进制位数目。它直接关系到计算机的计算精度、功能和速度。字长越长，计算机精度越高，处理能力越强。目前，微型计算机字长主要是32位和64位。主频：主频：CPU的标准工作频率，即CPU的时钟频率，CPU在一秒钟内能够完成的工作周期数。这是一个很重要的性能指标，CPU 主频以MHz（兆赫）为单位计算，1MHz 指每秒一百万次（脉冲）。主频越高，单位时间内完成的指令数也越多。目前，主流的微型计算机的CPU 主频有2.8GHz、3.0GHz 和3.2GHz 等。内存容量：内存容量：内存储器

45、中能够存储信息的总字节数，以KB、MB、GB 为单位，反映了内存储器存储数据的能力。内存容量的大小直接影响计算机的整体性能。存取周期存取周期：存取周期是指对内存进行一次完整存/取操作所需的时间，即存储器进行连续存取操作所允许的最小时间间隔，一般以时钟周期的倍数来描述。存取周期越短，计算机存取速度越快，从而计算机性能越好。运算速度：运算速度：运算速度一般用每秒所能执行的指令条数来表示，其单位是百万条指令每秒（MIPS），目前微机的运算速度一般在200300MIPS以上。对计算机的性能进行评价，除了主要技术指标外，还要考虑如下几个方面：CPU CPU 核数核数：一块CPU 上面能处理数据的芯片组的

46、数量。以前的微型计算机的CPU 都是单核，但目前都是双核或四核，甚至八核。核心数越多数据处理能力越强大。外设配置：外设配置：计算机的输入/输出设备。不同的外设配置将影响计算机性能的发挥。例如显示器的分辨率影响图像的质量，磁盘容量的大小影响信息的存储量。系统的可靠性和可维护性：系统的可靠性和可维护性：系统的可靠性是指硬件、软件系统在正常情况下不发生故障或失效的概率，一般用平均无故障时间来衡量；系统的可维护性是指系统出了故障能否尽快恢复的性能，一般用平均修复时间来衡量。软件配置：软件配置：包括所安装的操作系统、工具软件、程序设计语言、数据库管理系统、网络通信、汉字处理及其它各种应用软件等。计算机只

47、有配备了必需的系统软件和应用软件，才能高效地完成相关任务。性能价格比性能价格比：性能一般指计算机的综合性能，包括硬件和软件等方面；价格指购买整个计算机系统（包括硬件和软件）的价格。购买时，应从实际应用领域所要求的性能和价格两方面来考虑。1.6 1.6 多媒体技术多媒体技术1.6.1 1.6.1 多媒体概述多媒体概述一、基本概念一、基本概念（1 1）媒体）媒体（Media）：在计算机和通信领域所说的媒体就是人与人之间实现信息交流的中介，简单地说，就是信息的载体，也称为媒介。（2 2）多媒体）多媒体（Multimedia）：一般理解为多种媒体的综合，也就是文本、声音、图像、图形、动画及视频等多种媒

48、体的直接结合和综合使用。（3 3）多媒体技术）多媒体技术：多媒体技术不是各种信息媒体的简单复合，它是一种把文本、图形、图像、动画和声音等多种信息类型综合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，能支持完成一系列交互式操作的信息技术。多媒体代表数字控制和数字媒体的汇合，目前多媒体技术广泛应用于工业生产管理、学校教育、公共信息咨询、商业广告、军事指挥与训练、建筑规划设计，甚至家庭生活与娱乐等领域。多媒体技术有以下几个主要特点主要特点。1 1集成性：集成性：能够对信息进行多通道统一获取、存储、组织与合成。2 2控制性：控制性：多媒体技术是以计算机为中心，综合处理和控制多媒体信息，并按人的要求以多种媒体

49、形式表现出来，同时作用于人的多种感官。3 3交互性：交互性：交互性是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一。传统信息交流媒体只能单向地、被动地传播信息，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。4 4非线性：非线性：多媒体技术的非线性特点将改变人们传统循序性的读写模式。以 往人们读写方式大都采用章、节、页的框架，循序渐进地获取知识，而多媒体技术将借助超文本链接（Hyper Text Link）的方法，把内容以一种更灵活、更具变化的方式呈现给读者。5 5实时性：实时性：当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。6 6信息使用的方便性：信息使用的方便性：用户可以按照自

50、己的需要、兴趣、任务要求、偏爱和认知特点来使用信息，任取图、文、声等信息表现形式。7 7信息结构的动态性：信息结构的动态性：“多媒体是一部永远读不完的书”，用户可以按照自己的目的和认知特征重新组织信息，增加、删除或修改节点，重新建立链。 1.6.2 1.6.2 媒体的类型媒体的类型 按照国际电信联盟的定义，媒体有以下5 5种种：感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体和传输媒体。感觉媒体感觉媒体指的是用户接触信息的感觉形式，如视觉、听觉和触觉等。表示媒体表示媒体则指的是信息的表示和表现形式，如图形、声音和视频等。显示媒体显示媒体是表现和获取信息的物理设备，如显示器、打印机、扬声器、键盘和摄像机等

51、。存储媒体存储媒体是存储数据的物理设备，如磁盘、光盘、硬盘等。传输媒体传输媒体是传输数据的物理设备，如电缆、光缆、电磁波等。一般说来，如不特别强调，我们所说的媒体指的就是表示媒体，因为作为多媒体系统来说，处理的主要还是各种各样媒体的表示和表现，其 他的媒体类型也都要在多媒体系统中研究，但 方法比较单一。 主要的表示媒体主要的表示媒体有以下几种：（1）视觉类媒体：主要包括位图图像、图形、符号、视频、动画等。（2）听觉类媒体：主要包括波形声音、语音、音乐等。（3）触觉类媒体：主要有指点设备、位置跟踪、力反馈与运动反馈等。 常见的多媒体数据文件格式多媒体数据、程序均以文件的形式存储在计算机中。常见的

52、多媒体数据文常见的多媒体数据文件格式有：件格式有：文档文件：DOC、XLS、PPT、WPS、TXT 等。音频文件：WAV、MP3、MP4、RA、RM、M3U、MPA、VOC、MID 等。图形图像文件：BMP、GIF、JPG、TIF、PSD、DRW 等。影像文件：MPG、MOV、AVI、RM 等。动画文件：GIF、SWF、FLI、DL等。 1.6.3 1.6.3 多媒体计算机系统多媒体计算机系统 多媒体系统却不只是单一的一门技术，而是多种信息技术的集成，是把多种技术综合应用到一个计算机系统中，实现信息输入、信息处理、信息输出等多种功能。一个完整一个完整的多媒体系统由多媒体硬件和多媒体软件两部分构

53、成的的多媒体系统由多媒体硬件和多媒体软件两部分构成的。 多媒体硬件系统多媒体硬件系统主要包括计算机硬件、声音/视频处理器、多种媒体输入/输出设备及信号转换装置、通信传输设备及接口装置等。其中，最重要的是根据多媒体技术标准而研制生成的多媒体信息处理芯片和板卡、光盘驱动器等。多媒体软件系统主要包括多媒体操作系统、媒体处理系统工具、用户应用软件等。 1 1数据冗余类型数据冗余类型 信息数据之所以能进行压缩是因为用来记录和传送信息的载体数据存在很大的冗余量。在多媒体数据中，数据冗余的类型主要有下面几种。 空间冗余 时间冗余 结构冗余 视觉冗余 2 2多媒体数据压缩技术多媒体数据压缩技术 多媒体信息的特

54、点之一就是数据量非常庞大。 目前，被国际社会广泛认可和应用的通用压缩编码标准大致有4种：H.261、JPEG、MPEG和DVI。1.71.7计算机病毒及其防治计算机病毒及其防治1.7.11.7.1计算机病毒的概念计算机病毒的概念 计算机病毒计算机病毒这个词是从生物医学中的病毒概念中引申而来的。在生物界，病毒（Virus）是一种没有细胞结构、只有由蛋白质的外壳和被包裹着的一小段遗传物质两部分组成的比细菌还要小的病原体生物，而且不能独立生存，必须寄生在其他生物的活细胞里才能生存。病毒利用寄主细胞的营养生长和繁殖后代，因此给寄主生物造成极大的危害。计算机病毒计算机病毒之所以被称为病毒，是因为它们与生

55、物医学上的病毒也有着很多的相同点，同样有传染和破坏的特性。中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例第五章附则中明确指出：计算机病毒计算机病毒，是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机是指编制或者在计算机程序中插入的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。令或者程序代码。也就是说，计算机病毒是某些人利用计算机软、硬件所固有的脆弱性，编制出来的一种能够自我复制并对计算机系统造成一定危害的特殊计算机程序。 1.7.21.7.2计算机病毒的分类计算机病毒的分类 按照计算机病毒的诸多特点及特性,

56、其分类方法有很多种, 同一种病毒按照不同的分 类方法可能被分到许多不同的类别中。大致有如下几种不同的分类方法: 1 1按计算机病毒破坏性划分按计算机病毒破坏性划分 按破坏性可分为良性病毒和恶性病毒。良性病毒良性病毒是指只表现自己但不破坏系统、程序或数据的病毒。但它会干扰计算机正常运行，或将文件的长度增加以占用内存或磁盘空间。恶性病毒恶性病毒能够破坏系统数据、删除或更改程序，导致文件被破坏，系统不能启动。2 2按计算机病毒寄生方式和感染途径分类按计算机病毒寄生方式和感染途径分类计算机病毒按其寄生方式大致可分为两类: 一是引导型病毒, 二是文件型病毒。按其感染途径又可分为驻留内存型和不驻留内存型,

57、 驻留内存型按其驻留方式又可细分。 混合型病毒集引导型和文件型病毒特性于一体。( 1) ( 1) 引导型病毒引导型病毒引导型病毒也称磁盘引导型、引导扇区型、磁盘启动型、系统型病毒磁盘引导型、引导扇区型、磁盘启动型、系统型病毒等。引导型引导型病毒病毒就是把自己的病毒程序放在软盘的引导区以及硬盘的主引导记录区或引导扇区, 当作正常的引导程序, 而将真正的引导程序搬到其他位置。这样, 计算机启动时, 就会把引导区的病毒程序当作正常的引导程序来运行, 使寄生在磁盘引导区的静态病毒进入计算机系统, 病毒变成活跃状态(或称病毒被激活) , 这时病毒可以随时进行感染和破坏。此外, 这种病毒通常会改写硬盘上的

58、主引导记录区、引导区、文件分配表、文件目录区、中断向量表等。引导型病毒几乎清一色都会常驻内存, 或称作内存驻留型, 差别仅仅在于内存中的位置不同。引导型病毒按其寄生对象的不同又可分为两类: 主引导区病毒和引导区病毒。引导型病毒的感染目标都是一样的, 即磁盘的引导区, 所以一般比较好防治。( 2) ( 2) 文件型病毒文件型病毒文件型病毒文件型病毒是指所有通过操作系统的文件系统进行感染的病毒。文件文件型病毒型病毒以感染可执行文件( . BAT 、. EXE 、. CO M、. S Y S 、. DLL 、. OV L 、. V XD等)的病毒为主, 还 有一些病毒可以感染高级语言程序的源代码、开

59、发库或编译过程中所生成的中文件。病毒可能隐藏在普通的数据文件中,但是这些隐藏在数据文件中的病毒不是独立存在的,必须通过隐藏在可执行文件中的病毒部分来加载这些代码。宏病毒在某种意义上可以被看作文件型病毒, 但由于其数量多、影响大, 而且也有自己的特点, 所以通常单独分类。文件型病毒文件型病毒通常分为源码型病毒、入侵型病毒和外壳型病毒, 以文件外壳型病毒最为流行。文件型病毒按其驻留内存方式的不同可分为高端驻留型、常规驻留型、内存控制链驻留型、设备程序补丁驻留型和不驻留内存型。 ( 3) ( 3) 混合型病毒混合型病毒 混合型病毒, 也称综合型、复合型病毒, 既具有操作系统型病毒的特点, 又具有文件

60、型病毒的特点, 即这种病毒既可以感染磁盘引导扇区,又可以感染可执行文件, 这类病毒的危害性更大。对染有混合型病毒的机器, 如果只解除了文件上的病毒, 而没解除硬盘主引导区的病毒, 系统引导时又将病毒调入内存, 会重 新感 染文件; 如果只解除了主引导区的病毒,而可执行文件上的病毒没解除, 执行带毒的文件时, 就会又将硬盘主引导区感染。常常因为杀毒不彻底, 而造成“病毒杀不死”的假象。 3 3按计算机病毒的链接形式分类按计算机病毒的链接形式分类 计算机病毒需要进入系统, 从而进行感染和破坏, 因此, 病毒必须与计算机系统内可能被执行的文件建立链接。这些被链接的文件可能是操作系统文件,可能是以各种