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计算机公共基础,北方民族大学 基础部 张 欣,前言,本课程的主要研究对象 本课程的教学目的 课时与进度安排 考核情况,研究对象计算机,计算机正在以前所未有的能力改变世界 计算机是什么？ 计算机如何进行运算与控制？ 我们应该如何看待计算机？ 我们应该如何更好的利用计算机？,教学目的,基本了解计算机的硬件组成 了解与掌握计算机操作系统的功能 熟练掌握Office套件中Word、Excel等软件的操作 了解多媒体的结构与应用 了解与掌握初步的网络知识,第1章 计算机基础知识,1.1 计算机概述 1.1.1 计算机的发展 计算工具：用于对数字进行记录和运算的工具。 例如：结绳计数，算筹，算盘，计算尺，加法机，差分机等。 运行方式：手动，机械，电子,1946年，世界第一台电子计算机诞生，它的名字叫做ENIAC（The Electronic Numercial Integrator And Computer，电子数值积分计算机）。,各种参数 体积：3031 M3 重量：130吨 耗电量：150KW 速度：5000次/秒 元件：18800个电子管 占地面积：170M2,计算机发展的代别：,1.1.2 计算机的特点,（1）有逻辑判断能力 逻辑判断与加工能力是计算机的一大特点，逻辑判断即判断对与错、真与假。 （2）存储容量大 信息的海量存储意味着处理能力的提高。 （3）运算速度快 从诞生至今，计算机的运算速度已从每秒5000次增长到了每秒运算数百亿次（加法运算）。 （4）通用性强 具有处理各种信息的能力。 还具有精度高技术密集等特点。,1.1.3 计算机的分类,按照处理能力来分类： （1）巨型计算机 （2）小巨型计算机 （3）大型主机 （4）小型计算机 （5）个人计算机（PC） （6）工作站,大型计算机,小型计算机,微型计算机,1.1.4 计算机的基本工作原理,1.冯诺伊曼的设计思想 计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备5大部件组成。 计算机内部采用二进制数码来表示指令和数据，一条指令由一个操作码和一个地址码构成。 编制好的程序（由若干条相应的指令构成）保存在计算机的存储器中，计算机工作时，自动从存储器中逐条取出指令并执行。,2.基本工作原理,输入设备,存储器,输出设备,运算器,控制器,程序 数据,结果,指令和数据,控制信号,1.1.5 计算机应用简介,计算机是人脑的扩展和延伸。 主要应用于以下几个方面： （1）科学与工程计算速度快，精度高 （2）自动控制逻辑判断，精度高 （3）数据处理逻辑判断，速度快，存储容量大 （4）各种计算机辅助系统通用性强，精度高 （5）多媒体技术与应用通用性强，存储容量大 （6）计算机网络与应用速度快，存储容量大,1.2 二进制与信息数字化,1.2.1 认识二进制 1.十进制 有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10个基本数码 逢十进一 每个数位的位值，或称“权”，均是基数10的某次幂 按权展开式：,4102,6101,9100,210-2,410-1,469.42,4006090.40.02,2.二进制 只有0、1共2个基本数码 逢二进一 每个数位的位值，或称“权”，均是基数2的某次幂 按权展开式：,123,022,121,02-1,120,（1011.01）2, 802100.25,12-2,（11.25）10,如上，将二进制数转化为十进制数,3.二进制的特点 （1）表示容易 充分利用了物理器件的物理特性，通或断，明或暗，高电压或低电压等。 （2）运算简单 只有0、1两种基本数码，运算方法简单。 （3）工作可靠 只有两种状态，在表示、传输和处理过程中不易出错。 （4）逻辑性强 两种状态刚好表示出了真、假两个逻辑值，有利于逻辑判断。,二进制的基本运算 数学加法：,验证： 10110.1012402312212102012-102-2 1604200.50 22.5,注意：逢二进一,000,101,011,1110,加以引申： 1011.01（11.25） + 1011.01（11.25） 10110.10（22.50）,1.2.2 二进制与十进制的转换,1.二进制转换为十进制 按权展开 (11011.101)2=(124+123+022+121+120+121+022+123）10 =(16+8+0+2+1+0.5+0+0.125)10 =(27.625)10 2.十进制转换为二进制 （1）十进制整数转换为二进制整数 通常采取“除以2取余”的方法。即对该十进制整数逐次除以2，直至商数为0，逆向取每次得出的余数，就可得到该十进制数对应的二进制数。,例：将十进制数89和225分别转换为二进制数,89,2,11,22,5,2,1,225,0,112,28,56,14,7,3,44,0,1,2,2,2,2,2,2,1,0,0,1,2,2,0,1,1,1,2,2,2,2,2,2,1,1,1,0,0,0,0,余数,余数,逆向,逆向,即：（89）10（1011001）2,即：（225）10（11100001）2,此时整数部分0 运算结束。,3.十进制小数转换为二进制小数 通常采取“乘以2取整”的方法。即对该十进制小数逐次乘以2，直至乘积的小数部分为0，正向取每次乘积的整数部分，即为该十进制小数对应的二进制小数。注意：每次相乘只有小数部分参与运算。 例：十进制小数0.34375转换为二进制小数,0.34375, 2,1.37500,0.68750,0.75000,1.50000, 2, 2, 2, 2,1.00000,整数部分0,整数部分1,整数部分0,整数部分1,整数部分1,正向,即：（0.34375）10（0.01011）2,此时小数部分0 运算结束。,综上所述，十进制数字转换为二进制数字时，可将整数部分与小数部分分开来进行转换，转换完成后再将整数部分和小数部分相加合并。需要注意的是，整数的转换可以完全转换，而对于小数的转换，大部分的十进制小数无法用有限位的二进制小数表示。 例如： 0.4 2 0.8整数部分0 2 1.6整数部分1 2 1.2整数部分1 2 0.4整数部分0 陷入了无穷循环。结果（0.4）10（0.0110011001100110）2 对于这样的转换结果，可以取其近似值。 即（0.4）10（0.011011）2（0.390625）10,1.2.3 八进制与十六进制,二进制虽然很符合计算机对数字的要求，但是由于进制太小，导致了表示数字的位数较长。 例如：（64）10（1000000）2，（256）10（100000000）2 二进制的这个特性对于计算机的用户的记忆和书写来说是非常不方便的，所以在实际工作中，人们往往采用八进制和十六进制作为二进制的缩写形式对二进制数字进行描述，这样就大大简化了记忆和书写的难度。 还是上面的例子： （64）10（100）8（40）16，（256）10（400）8（100）16 由上面的例子就可以看出，八进制和十六进制对于简化二进制有着很重要的作用。,1.八进制数 同十进制与二进制一样： 有0、1、2、3、4、5、6、7共8个基本数码 逢八进一 “权”均是8的某次幂 八进制数转换为十进制数，依然是按权展开式： （137）8（182381780）10 （64247）10 （95）10 十进制数转换为八进制数，同二进制一样，整数部分与小数部分分开转换，只是将整数部分的“除以2取余”改为“除以8取余”， 小数部分的“乘以2取整”改为“乘以8取整”,2.十六进制数 由于十进制只有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个基本数码，所以用A、B、C、D、E、F来代表10、11、12、13、14、15： 有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16个基本数码 逢十六进一 “权”均是16的某次幂 十六进制数转换为十进制数，依然是按权展开式： （137）16（116231617160）10 （256487）10 （311）10 （1EA）16（11621416110160）10 （25622410）10 （490）10 十进制数转换为十六进制数，同二进制一样，整数部分与小数部分分开转换，只是将整数部分的“除以2取余”改为“除以16取余”， 小数部分的“乘以2取整”改为“乘以16取整”,3.八进制与二进制之间的转换 （1）八进制转换为二进制 由于8是2的3次方，八进制的1位数码对应的就是二进制的3位数码。 例：八进制数37.416转换为二进制数 3 7 . 4 1 6（八进制） 011 111 . 100 001 110（二进制） 即：（37.416）8（11111.10000111）2 （2）二进制转换为八进制 将二进制数以小数点为基准，向两边三位三位分开（不足三位的用0补齐），每3位二进制数码转换为1位八进制数码。 例：二进制数1010110.00110101转换为八进制数 001 010 110 . 001 101 010（二进制） 1 2 6 . 1 5 2（八进制） 即：（1010110.00110101）2（126.152）8,4.十六进制与二进制之间的转换 （1）十六进制转换为二进制 由于16是2的4次方，十六进制的1位数码对应的就是二进制的4位数码。 例：十六进制数5D.F9转换为二进制数 5 D . F 9（十六进制） 0101 1101 . 1111 1001（二进制） 即：（ 5D.F9 ）16（1011101.11111001）2 （2）二进制转换为十六进制 将二进制数以小数点为基准，向两边四位四位分开（不足四位的用0补齐），每4位二进制数码转换为1位十六进制数码。 例：二进制数101011000100.00010110转换为十六进制数 1010 1100 0100 . 0001 0110（二进制） A C 4 . 1 6（十六进制） 即：（101011000100.00010110）2（AC4.16）8,思 考,（100）10 1 （100）2 1 （100）8 1 （100）16 1,？,？,？,？,（99）10,（11）2,（77）8,（FF）16,（99）10,（3）10,（63）10,（255）10,以上的四个数字（100）10、（100）2、（100）8、（100）16，哪个数字最大？,所以（100）2（100）8（100）10（100）16，由此可见，数字表现一样的，进制数越大则数值本身越大。,1.2.4 字符ASCII码,计算机所处理的不仅仅是数字，要面对用户，就必须能够处理文字字符。为了实现这个目的，在计算机中广泛使用了ASCII码（American Standard Code for Information Interchange，美国标准信息交换代码），ASCII码用一组7位的二进制码来表示最常用的字符和符号以及控制码，由于7位的二进制码（00000001111111）转换为十进制是（0127），所以最多只能表示出128个上述符号。 ASCII码被国际标准化组织认定为国际标准，在世界范围内通用。其中包括34个控制码、10个阿拉伯数字、26个大写英文字母、26个小写英文字母以及32个标点符号和运算符，共128个。除了34个控制码不可打印输出外，其余的字符和符号都可以印刷或通过打印机输出。 通常，用8位二进制码来存储和表示ASCII码。当最高位（最左边）为“0”时，表示的是标准ASCII码（0127），当最高位为“1”时，表示的是扩展ASCII码（128255），用于表示其他一些西文文字和特殊符号。,1.2.5 汉字信息的编码,计算机自从出现，一直在西方主要是美国发展，所以英文在计算机中占主导地位，各种软件，包括操作系统，各种应用软件（除了国内厂商生产的软件），绝大部分是英文版，或者先有英文版再有中文版。这种情况对于中国或其他非英语国家的计算机普及是很不利的，所以在二十世纪八十年代，出现了很多的非英语文字信息的解决方案。 下面就是汉字信息的一些概念： 1.汉字输入码 要通过普通的英文键盘输入汉字，必需要对汉字进行编码，按照某种对应关系进行编码，将英文键盘的的几个按键的组合对应到一个汉字上，这种编码称为汉字输入码，也叫做外码。显然，对于不同的输入方法，同一个汉字的输入码也不同。 汉字输入码主要分为形码（按照汉字字型输入）、音码（按照汉字字音输入）、音型结合码（混合输入）三大类。经练习，汉字的输入速度可以接近甚至超过英文的输入速度。,2.汉字机内码 对于机内码，最常见的就是ASCII码，这是英文的机内码。汉字机内码（简称内码）和ASCII码非常类似，或者说是ASCII码的扩展和延伸。由于汉字的数量非常大，用128个符号表示是远远不够的，所以我国定制了汉字机内码的规范，用12812816384个编码来对应部分常用汉字。实际上，汉字机内码就是在ASCII码7位二进制码的基础上又增添了7位（1个汉字机内码2个ASCII码）。 例如： （B9FA）16（1011100111111010）2代表汉字“国” 需要注意的是，为了使一个汉字机内码（16位二进制）不和两个标准ASCII码（同样为16位二进制）混淆，作出了规定，如果该16位二进制数的第一位和第九位是“1”，则是汉字机内码，否则是ASCII码。 例如： （1011100111111010）2代表汉字 “国” （0011100101111010）2代表ASCII码 “）” 和 “z”,第一位和第九位均为“1”,第一位和第九位均为“0”,3.汉字交换码 在不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间进行汉字信息交换时所使用的代码标准。现有GB231280和GB18030两个国家标准，前者包含6736个汉字的编码标准，后者包含有27484个汉字及简体和繁体的编码标准。 4.字型存储码 存放在汉字字库中的汉字字型信息，用于在屏幕和打印机上显示汉字字型，包括各种不同的字体，如宋体、楷体、黑体等。 5.汉字编码的国家标准,1.2.6 数字化信息的计量,有关数字化信息计量的几个术语： 1.比特（bit） 比特也称为“位”，用来表示一个一位的二进制数，是计量数字化信息的最小单位，一个比特的取值只可能为“0”或“1”。 2.字节（Byte） 存储一个英文字母需要8位二进制数，一个汉字需要16位二进制数。我们将8位的二进制数称为一个字节，则一个汉字就需要占用两个字节。 由上面可得出：1Byte8bit，一般用b表示比特，用B表示字节。通常在计算机中的信息量、存储容量都是用字节来描述的，有KB、MB、GB甚至TB等单位：1KB1024B（1千字节） 1MB1024KB（1兆字节） 1GB1024MB 1TB1024GB,1.2.7 其他信息的数字化,1.图象信息的数字化 2.声音信息的数字化 3.视频信息的数字化,1.3 计算机硬件系统,一个完整的计算机系统是由相互独立而又密切相连的硬件系统和软件系统两大部分组成的。 运算器 中央处理器 控制器 主机 内部存储器 随机存储器 硬件系统 只读存储器 （Hardware） 外部存储器 硬盘、软盘、光盘等 外部设备 输入设备 键盘、鼠标、扫描仪等 输出设备 显示器、打印机等 计算机系统 操作系统 系统软件 语言处理程序 各种工具软件 软件系统 （Software） 应用软件,1.3.1 硬件基本结构,总线结构： 计算机的各个部件都与总线相连接，根据传输信息种类的不同，将总线分为3种： 数据总线DB（Data Bus） 地址总线AB（Address Bus） 控制总线CB（Control Bus） 名词： 中央处理器 存储器 输入输出设备,1.3.2 中央处理器,中央处理器，也称为CPU（Central Procession Unit，中央处理单元），是计算机的核心部分，可以比喻为计算机的大脑。中央处理器由运算器、控制器构成，运算器是对所有数据进行处理加工，是运算中心；控制器协调计算机的各个部分正常工作，是控制中心。 CPU的性能指标中最重要的一项就是主频，主频指的是CPU在工作时内部的主振频率，频率越高说明运算速度越快。 CPU的主要制造商是Intel（英特尔）公司，从第一片CPU至今已发展了很多代，其中有用于普通PC的CPU，也有用于服务器和大型计算机的CPU。另一家有竞争力的CPU制造商是AMD公司。 摩尔定律：每隔18个月，计算机（CPU）的处理能力翻一番。,型号：4004，1971年推出，集成了2300个晶体管，字长4位。主频：108740KHz,型号：8008，1972年推出，集成了4000个晶体管，字长8位。主频：800KHz2MHz,型号：8088/8086，1979/1978年推出，集成了40000个晶体管，字长8/16位。主频：4.7710MHz,型号：80286，1982年推出，集成了125000个晶体管，字长16位。主频：625MHz,型号：80386，1985年推出，集成了275000个晶体管，字长16/32位。主频：1640MHz,型号：80486，1989年推出，集成了120万个晶体管，字长32位。主频：2066MHz,型号：Pentium（奔腾），1992年推出，集成了310万个晶体管，字长32/64位。主频：75133MHz,型号：P II（奔腾2），1997年推出，集成了750万个晶体管，字长32/64位。主频：233375MHz,型号：P III（奔腾3），1999年推出，集成了2800万个晶体管，字长32/64位。主频：450MHz1GHz,型号：P IV（奔腾4），2001年推出，集成了4000万5500万个晶体管，字长32/64位。主频：12.4GHz,1.3.3 主存储器,主存储器又称内存，是CPU可以直接访问的存储器。计算机在运行时，所有的要参与运算和运算结果都存放在主存储器中，所以对主存储器的读写速度和存储容量要求很高，否则就会严重阻滞CPU的高速处理。由于这个特性，内存的价格往往比较高。 按照用途的不同，可将主存储器分为两大类： 1.随机存储器（RAM ，Random Access Memoey ） 随机存储器是在计算机运行时使用最频繁的存储器，是内存的主要组成部分。它的存储内容可以读出，也可以写入，并且可以任意访问，不必按照一定的先后次序进行，故被称为随机存储器。需要注意的是，随机存储器中存储的内容随计算机的断电或关机而消失。 随着计算机的不断发展随机存储器的存储容量不断增长，从最初的几十KB到现在的几百MB甚至几GB。,2.只读存储器（ROM，Read Only Memoey） 与随机存储器不同，只读存储器中的存储内容只能读出，不能写入，并且存储内容不随计算机的断电或关机而消失。所以被用来存储计算机内部的一些重要数据信息和制造厂家的一些相关信息。 由于ROM的特点，一般存储容量都比较小，通常在一二百KB之间。,RAM,ROM,1.3.4 辅助存储器,辅助存储器又叫做外部存储器或者外存，是由CPU间接访问的存储器。它的主要功能是对内存的补充与延伸。常用的外部存储器包括软盘、硬盘和光盘等。 1.软盘存储器,