1、计算机基础知识1 计算机概述1 1计算机的发展史（1）计算机发展可划分：代别 年代 逻辑元件第一代 19461958 电子管第二代 19591964 晶体管第三代 19651970 集成电路第四代 1971？ 大规模集成电路（2）1946 年 2 月，在美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer） ，这台计算机占地 170 平方米，重 30 吨，用了 18000 多个电子管，每秒能进行 5000 次加法运算。（3）冯诺依曼理论1944 年，美籍匈牙利数学家 冯诺依曼 提出计算机基本结构和工作
2、方式的设想，为计算机的诞生和发展提供了理论基础。时至今日，尽管计算机软硬件技术飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯诺依曼架构。其理论要点如下：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 部分组成。 存储程序思想把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。（4）我国的计算机发展情况我国从 1956 年开始计算机的科研和教学工作；1960 年我国第一台自行设计的通用电子计算机 107 机诞生；1964 年我国研制成大型通用电子计算机 119 机；1983 年每秒运行
3、一亿次的银河巨型计算机在国防科技大学诞生；1992 年研制成功每秒运行 10 亿次的“银河”巨型计算机；1997 年又研制成功每秒运行 130 亿次的“银河”巨型计算机；我国较有名的微型计算机品牌有：“联想” 、 “长城” 、 “方正”等；（5）微机发展：1982 年 Intel 公司发布 80286 个人计算机微处理器芯片；1985 年803861989 年804861993 年，Pentium，主频 6066 MHz；1997 年，Pentium，主频 233 MHz；1999 年，Pentium ，主频 450MHz 以上；2000 年，P4，主频 1.4G 以上； 2 2计算机的特点：
4、运算速度快，运算精度高，具有记忆能力，具有逻辑判断能力，具有自动控制能力；计算机的应用：科学计算、自动控制、信息处理、辅助设计（教学、制造）等；3 3分类2 计算机系统的基本组成计算机系统由硬件和软件两部分组成。（一）计算机硬件计算机硬件由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。1 1 中央处理器（CPUCentral Processing Unit）由运算器、控制器和一些寄存器组成；运算器进行各种算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统；CPU 的主要性能指标是主频和字长。2 2存储器（1）内部存储器中央处理器能直接访问的存储器称为内部存储器，它包括快速缓冲存储器和主存
5、储器，中央处理器不能直接访问的存储器称为外部存储器，外部存储器中的信息必须调入内存后才能为中央处理器处理。主存储器：内存也常泛称主存，但严格上说，只有当内存中只有主存，而没有快速缓冲存储器时，才能称为主存。主存储器按读写功能，可分只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两种。（2）外部存储器外存储器：也称为辅助存储器，一般容量较大，速度比主存较慢。硬盘（Hard disk）：目前的硬盘大多采用了温彻斯特技术，所以又称为“温盘” ；* 温氏技术的特点是：将盘片、读写磁头及驱动装置精密地组装在一个密封盒里；采用接触式起停，非接触式读写的方式（磁盘不工作时，磁头停在磁盘表面的起停区，一旦加电后，磁
6、头随着盘片旋转的气流“飞”起来，悬浮在磁盘表面，进行读写） 。软盘（Floppy Disk）：目前常见的是 3.5 英寸/1.44 MB 的软盘。光盘存储器（CD-ROM）：普通的 CD-ROM，只能读，不能写； CD 盘片的存储量大约是650 MB。可读写光驱：能读又能写。3 3输入设备键盘（Keyboard）：目前大多使用 104 或 108 键盘鼠标（Mouse）：主要有机械型鼠标和光电型鼠标两种手写笔 触摸屏 麦克风 扫描仪（Scanner）视频输入设备条形码扫描器4 4输出设备显示器（Monitor）：目前主要有 CRT（阴极射线管）显示器和 LCD 液晶显示器。打印机（Printe
7、r）：主要有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。绘图仪 音箱（二）计算机软件计算机软件可分为系统软件和应用软件两大类。系统软件：用来支持应用软件的开发和运行的，主要是操作系统软件，如：DOS、Windows95/98/2000、Unix、Linux、WindowsNT；应用软件：为了某个应用目的而编写的软件，主要有文字处理软件、电子表格软件、数据库管理软件等。3 信息数字化3.1 无符号位数的表示（一） 、四种常用的数制及它们之间的相互转换：进制 基数 基数个数 权 进数规律十进制 0、1、2、3、4、5、6、7、8、 9 10 10i 逢十进一二进制 0、1 2 2i 逢二进一八进制 0、1
8、、2、3、4、5、6、7 8 8i 逢八进一十六进制 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F 16 16i 逢十六进一注意：在进行十六进制运算时，A、B、C、D、E、F 六个字母要化成对应的十进制数：10、11、12、13、14、15，详见后面例题。十进制、二进制、八进制与十六进制数字对照表(要求熟记于心)十进制 二进制 八进制 十六进制0 0000 0 01 0001 1 12 0010 2 23 0011 3 34 0100 4 45 0101 5 56 0110 6 67 0111 7 78 1000 10 89 1001 11 910 1010 12 A11 1
9、011 13 B12 1100 14 C13 1101 15 D14 1110 16 E15 1111 17 F十进制数转换为二进制数、八进制数、十六进制数的方法：整数转换方法：除基反取余法小数转换方法：乘基取整法二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数的方法：按权展开求和法1二进制与十进制间的相互转换：（1）二进制转十进制方法：“按权展开求和”例： （1011.01） 2 （12 302 212 112 002 1 12 2 ）10（802100.25） 10（11.25） 10规律：个位上的数字的次数是 0，十位上的数字的次数是 1，.，依奖递增，而十分位的数字的次数是-1，百分位上数
10、字的次数是-2，.，依次递减。注意：不是任何一个十进制小数都能转换成有限位的二进制数。（2）十进制转二进制 十进制整数转二进制数：“除以 2 取余，逆序输出” （短除反取余法）例： （89） 10 （1011001） 22 892 44 12 22 02 11 02 5 12 2 12 1 00 1 十进制小数转二进制数：“乘以 2 取整，顺序输出” （乘 2 取整法）例： (0625) 10= (0101) 20625X 2 125 1X 2 05 0X 2 10 12八进制与二进制的转换：二进制数转换成八进制数：从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每 3 位为一组用一位八进制数的数字
11、表示，不足 3 位的要用“0”补足 3 位，就得到一个八进制数。八进制数转换成二进制数：把每一个八进制数转换成 3 位的二进制数，就得到一个二进制数。例：将八进制的 37.416 转换成二进制数：3 7 4 1 6011 111 100 001 110即：（37.416） 8 （11111.10000111） 2 例：将二进制的 10110.0011 转换成八进制：0 1 0 1 1 0 . 0 0 1 1 0 0 2 6 . 1 4 即：（10110.011） 2 （26.14） 83十六进制与二进制的转换：二进制数转换成十六进制数：从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每 4 位为一组
12、用一位十六进制数的数字表示，不足 4 位的要用“0”补足 4 位，就得到一个十六进制数。十六进制数转换成二进制数：把每一个八进制数转换成 4 位的二进制数，就得到一个二进制数。例：将十六进制数 5DF.9 转换成二进制：5 D F 90101 1101 1111 1001即：（5DF.9） 16 （10111011111.1001） 2 例：将二进制数 1100001.111 转换成十六进制：0110 0001 11106 1 E即：（1100001.111） 2 （61.E） 16注意：以上所说的二进制数均是无正、负符号的数。这些数的范围如下表：无符号位二进制数位数 数值范围 十六进制范围表
13、示法8 位二进制数 0255 （255=2 8-1） 000FFH16 位二进制数 065535 （65535=2 16-1）0000H0FFFFH32 位二进制数 0232-1 00000000H0FFFFFFFFH3.2 符号数的表示一、符号数的机器码表示方法1带符号二进制数的表示方法：带符号二进制数用最高位的一位数来表示符号：0 表示正，1 表示负。含符号位二进制数位数 数值范围 十六进制范围表示法8 位二进制数 -128 +127 80H7FH16 位二进制数 -32768 +32767 8000H7FFFH32 位二进制数 -2147483648 +21474836478000000
14、0H7FFFFFFFH2、符号位的机器码表示：1）机器数和真值数在计算机中的表示形式统称为机器数，它有两上特点：其一，数的符号数值化；其二，二进制数的位数受计算机设备字长的限制。字长：机器内部一次能表示的二进制位数由机器的字长，字长 8 位叫一个字节（Byte)，一般机器字长都是字节的整数倍，如字长 8 位、16 位、32 位、64 位等。机器数的真值：指带符号位的机器数所对应的十进制数值；如符号数 01001B，11011B的真值分别是+9 和-11。2）最常用的机器数的表示方法：原码、反码和补码。（1）原码表示法：一个机器数 x 由符号闰和有效数值两部分组成，设符号位为 x0，x真值的绝对
15、值|x|=x 1x2x3.xn，则 x 的机器数原码可表示为：x原 = .0，当 x=0 时，x 0=0，当 x0 时，x 0=1。例如：已知：x 1=-1011B，x 2= +1001B，则 x1，x 2有原码分别是x1 原 =11011B，x 2原 =01001B规律：正数的原码是它本身，负数的原码是取绝对值后，在最高位（左端）补“1” 。（2）反码表示法：一个负数的原码符号位不变，其余各位按位取反就是机器数的反码表示法。正数的反码与原码相同。按位取反的意思是该位上是 1 的，就变成 0，该位上是 0 的就变成 1。即 1=0，0=1设x 原 = nx.210，则当 x0=0 时，x 反
16、=x原 = nx.21，当 x0=1 时，x 反 =x原 = nx.210。例： B， 2，求 反1和 反2x。解： 反1= ， 反= B（3）补码表示法： 首先分析两个十进制数年运算：79-38=41，79+62=141如果使用两位数的运算器，做 79+62 时，多余的 100 因为超出了运算器两位数的范围而自动丢弃，这样在做 78-38 的减法时，用 79+62 的加法同样可以得到正确结果。模是批一个计量系统的测量范围，其大小以计量进位制的基数为底数，位数为指数的幂。如两位十进制数的测量范围是 19，溢出量是 100，模就是 102=100，上述运算称为模运算，可以写作：79+（-38）=
17、79+62 （mod 100)进一步写为 -38=62，此时就说 38 的补法（对模 100 而言）是 62。计算机是一种有限字长的数字系统，因此它的运算都是有模运算，超出模的运算结果都将溢出。n 位二进制的模是 2n,一个数的补码记作x 补 ，设模是 M，x 是真值，则补码的定义如下：)0(xMx原补例：设计算机字长 n=8 位，机器数真值 x=-1011011B，求x 补 。解：因为 n=8，所以模 M=2 8=100000000B，x0，所以x补 =M+x=100000000B-1011011B=10100101B注意：这个 x 的补码的最高位是“1” ，表明它是一个负数。对于二进制数还
18、有一种更加简单的方法由原码求出补码：（1）正数的补码表示与原码相同；（2）负数的补码是将原码符号位保持“1”之后，其余各位按位取反，末位再加 1 便得到补码，即取其原码的反码再加“1”：x 补 =x反 +1。下表列出 1287,390及 的 8 位二进制原码，反码和补码并将补码用十六进制表示。真值 原码（B） 反码（B） 补码（B） 补码（H）+127 0 111 1111 0 111 1111 0 111 1111 7F+39 0 010 0111 0 010 0111 0 010 0111 27+0 0 000 0000 0 000 0000 0 000 0000 00-0 1 000 0
19、000 1 111 1111 0 000 0000 00-39 1 010 0111 1 101 1000 1 101 1001 D9-127 1 111 1111 1 000 0000 1 000 0001 81-128 无法表示 无法表示 1 000 0000 80从上可看出，真值+0 和-0 的补码表示是一致的，但在原码和反码表示中具有不同形式。8 位补码机器数可以表示-128，但不存在+128 的补码与之对应，由此可知，8 位二进制补码能表示数的范围是-128+127。还要注意，不存在-128 的 8 位原码和反码形式。二、定点数和浮点数（一）定点数（ Fixed-Point Numb
20、er）计算机处理的数据不仅有符号，而且大量的数据带有小数，小数点不占有二进制一位而是隐含在机器数里某个固定位置上。通常采取两种简单的约定：一种是约定所有机器数的小数的小数点位置隐含在机器数的最低位之后，叫定点纯整机器数，简称定点整数。如0 1 0 1 1 0 0 1小数点位置若有符号位，符号位仍在最高位。因小数点隐含在数的最低位之后，所以上数表示+1011001B。另一种约定所有机器数的小数点隐含在符号位之后、有效部分最高位之前，叫定点纯小数机器数，简称定点小数，例如1 0 0 1 1 0 0 1小数点位置最高位是符号，小数点在符号位之后，所以上数表示 -0.0101101B。无论是定点整数，
21、还是定点小数，都可以有原码、反码和补码三种形式。例如定点小数1 1 1 1 0 0 0 0如果这是个原码表示的定点小数，x 原 =11110000B，则 x= -0.111B=-0.875D，如这是补码表示的定点小数，x 补 =11110000B，则x 原 =10010000B，则 x= -0.001B=-0.125D。(想一想，如何由补码求原码？)（二）浮点数（ Floating-Point Number）计算机多数情况下采作浮点数表示数值，它与科学计数法相似，把一个二进制数通过移动小数点位置表示成阶码和尾数两部分： SNE2其中：EN 的阶码（Expoent） ，是有符号的整数SN 的尾数
22、（Mantissa） ，是数值的有效数字部分，一般规定取二进制定点纯小数形式。例：1011101B=2 +7*0.11101，101.1101B=2 +3*0.1011101，0.01011101B=2 -1*1011101浮点数的格式如下：E0 E1E2En E0 E1E2En阶符 阶 尾符 尾数 浮点数由阶码和尾数两部分组成，底数 2 在机器数中不出现，是隐含的。阶码的正负符号 E0，在最前位，阶反映了数 N 小数点的位置，常用补码表示。二进制数 N 小数点每左移一位，阶增加 1。尾数是这点小数，常取补码或原码，码制不一定与阶码相同，数 N 的小数点右移一位，在浮点数中表现为尾数左移一位。
23、尾数的长度决定了数 N 的精度。尾数符号叫尾符，是数 N 的符号，也占一位。例：写出二进制数-101.1101B 的浮点数形式，设阶码取 4 位补码，尾数是 8 位原码。-101.1101=-0.1011101*2+3浮点形式为：阶码 0011 尾数 11011101补充解释：阶码 0011 中的最高位“0”表示指数的符号是正号，后面的“011”表示指数是“3” ；尾数 11011101 的最高位“1”表明整个小数是负数，余下的 1011101 是真正的尾数。浮点数运算后结果必须化成规格化形式，所谓规格化，是指对于原码尾数来说，应使最高位数字 S1=1，如果不是 1 且尾数不是全 0 时就要移
24、动尾数直到 S1=1，阶码相应变化，保证 N 值不变。例：计算机浮点数格式如下，写出 x=0.0001101B 的规格化形式，阶码是补码，尾数是原码。x=0.0001101=0.1101*10-3又-3 补 =-001B补 =1011补 =1101B所以 规格化浮点数形式是 1 101 0 1101000三、ASCII 码 ( American Standard Code for Information Interchange )美国标准信息交换代码将每个字符用 7 位的二进制数来表示，共有 128 种状态大小字母、09、其它符号、控制符 0 48 A 65 a 973.3 汉字信息编码1 1
25、 汉字输入码汉字输入方法大体可分为：区位码（数字码） 、音码、形码、音形码。 区位码：优点是无重码或重码率低，缺点是难于记忆； 音码：优点是大多数人都易于掌握，但同音字多，重码率高，影响输入的速度； 形码：根据汉字的字型进行编码，编码的规则较多，难于记忆，必须经过训练才能较好地掌握；重码率低 音形码：将音码和形码结合起来，输入汉字，减少重码率，提高汉字输入速度；2汉字交换码汉字交换码是指不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间在交换汉字信息时所使用的代码标准。自国家标准 GB231280 公布以来，我国一直延用该标准所规定的国标码作为统一的汉字信息交换码。GB231280 标准包括了 6763
26、个汉字，按其使用频度分为一级汉字 3755 个和二级汉字3008 个。一级汉字按拼音排序，二级汉字按部首排序。此外，该标准还包括标点符号、数种西文字母、图形、数码等符号 682 个。区位码的区码和位码均采用从 01 到 94 的十进制，国标码采用十六进制的 21H 到73H（数字后加 H 表示其为十六进制数） 。区位码和国标码的换算关系是：区码和位码分别加上十进制数 32。如“国”字在表中的 25 行 90 列，其区位码为 2590，国标码是 397AH。* 由于 GB231280 是 80 年代制定的标准，在实际应用时常常感到不够，所以，建议处理文字信息的产品采用新颁布的 GB18030 信
27、息交换用汉字编码字符集，这个标准繁、简字均处同一平台，可解决两岸三地间 GB 码与 BIG5 码间的字码转换不便的问题。3字形存储码字形存储码是指供计算机输出汉字（显示或打印）用的二进制信息，也称字模。通常，采用的是数字化点阵字模。如下图：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 一般的点阵规模有 1616，2424，3232，6464 等，每一个点在存储器中用一个二进制位（bit）存储。例如，在 1616 的点阵中，需 1616=832 bit 的存储空间，每 8 bit 为 1
28、字节，所以，需 32 字节的存储空间。在相同点阵中，不管其笔划繁简，每个汉字所占的字节数相等。为了节省存储空间，普遍采用了字形数据压缩技术。所谓的矢量汉字是指用矢量方法将汉字点阵字模进行压缩后得到的汉字字形的数字化信息。（四）其它信息的数字化1 1 图像信息的数字化一幅图像可以看作是由一个个像素点构成，图像的信息化，就是对每个像素用若干个二进制数码进行编码。图像信息化后，往往还要进行压缩。图像文件的后缀名有：bmp、gif、jpg 等；1616 点表示2 2 声音信息的数字化自然界的声音是一种连续变化的模拟信息，可以采用 A/D 转换器对声音信息进行数字化。声音文件的后缀名有：wav、mp3、
29、mid 等；3 3 视频信息的数字化视频信息可以看成连续变换的多幅图像构成，播放视频信息，每秒需传输和处理 25 幅以上的图像。视频信息数字化后的存储量相当大，所以需要进行压缩处理。视频文件后缀名有：avi、mpg 等；4 操作系统（OSOperating System）操作系统是控制与管理计算机系统资源的软件，是硬件的第一层扩充，任何应用软件的运行都必须依靠操作系统的支持。（一） （一） 微机的 OS单任务：DOS单用户 多任务：Windows3.0单用户多任务：Window9x多用户 WindowNT、Window2000Unix、Linux多用户多任务：Windows XP（二） （二）
30、 Windows 系列操作系统Windows 是 Microsoft 公司开发的图形化界面的操作系统。基本概念：图标、任务栏、标题栏、菜单栏、滚动条、工具栏、对话框、开始菜单基本操作：（1）鼠标单击、双击、拖动，左键、右键功能；（2）窗口操作：最大（小）化、大小调整、拖动、关闭、排列、切换；（3）菜单操作：激活、选择； 命令项的约定正常显示和灰色显示；命令后带“”：执行命令则弹出对话框；带快捷键：某些菜单命令的后面标有对应的键盘命令，称为该命令的快捷键或热键；选中标志：某些命令选项的左侧有用打勾表示的选中标志，说明此命令功能正在起作用；命令后带“”：级联：此命令后会有下一级的子命令菜单弹出供用
31、户作进一步选择； 快捷菜单当鼠标位于某个对象上，单击鼠标右键，可打开有关对象的快捷菜单；（4）剪贴板：复制（CtrlC） 、粘贴（CtrlV） 、剪切（CtrlX）复制屏幕图像：可将当前屏幕图形以 BMP 格式传送到剪贴板（5）其它：查找、运行、切换 Windows、进入 DOS 环境、文件夹选项输入法切换，中、英文切换，半角/全角切换软键盘：是在屏幕上显示的一个键盘图形，用户可用鼠标点击其中某个键以替代实际的按键；各种文件的后缀名：bat、com、exe、sys、tmp、zip、doc、xls、txt、htm、bmp、gif、jpg、psd、wav、avi、mp3、swf（三）DOS（Dis
32、k Operating System）操作系统由美国 Microsoft 公司发行的 DOS 称为 MSDOS，主要由IO.sys、MSDOS.sys、COMMAND.COM 三个基本文件和几十个内、外部命令文件组成。* 主要命令： DIR显示磁盘文件目录 CD改变当前目录 MD建立目录 RD删除目录 DATE显示和设置系统日期 内部命令 TIME显示和设置系统时间 COPY复制文件 DEL删除文件 REN文件重命名 TYPE显示文本文件内容 FORMAT磁盘格式化 DISKCOPY全盘复制 外部命令 BACKUP文件备份 CHKDSK检查磁盘5 网络1网络的定义：所谓计算机网络，就是利用通信
33、线路和设备，把分布在不同地理位置上的多台计算机连接起来。计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。网络中计算机与计算机之间的通信依靠协议进行。协议是计算机收、发数据的规则。TCP/IP：用于网络的一组通讯协议。包括 IP(Internet Protocol)和TCP(Transmission Control Protocol)Netbeui：MICROSOFT IPX：NOVELL2网络的发展计算机网络的发展过程大致可以分为三个阶段：远程终端联机阶段：主机终端计算机网络阶段：计算机计算机Internet 阶段： Internet3网络的主要功能：（1）资源共享（2）信息传输（3）分布处理（4）综合信息服务4网络的分类按覆盖地域分：局域网-城域网-广域网-Internet 按（布线方式）拓扑结构分：（网络拓扑结构是指网络中节点间的物理连接方式）总线形、环形、星形（树形） 、混合形：5网络的体系结构OSI 的七层体系结构：应用层
