第1章计算机基础知识

§1.计算机的发展 1.1.1 电子计算机简介 第1台电子数字计算机 P1

1946年由美国的宾夕法尼亚大学采用真空管建造一台电子计算机，帮助军方计算弹道轨迹(科学计算)，名为ENIAC，它被公认为世界上第一台现代意义上的计算机。如图1-1所示。

ENIAC本身存在两大缺点：P2

没有存储器；用布线接板进行控制，电路连线繁琐耗时。

ENIAC项目的一个研究人员冯.诺依曼，研制了EDVAC计算机，它的主要特点： 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；

程序和数据存放在存储器中，计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行，并得到预期的结果。 冯.诺依曼原理和思想 P2

计算机必须有输入、存储、运算、控制和输出五部分组成。 今天计算机的基本结构仍然采用冯.诺依曼提出的原理和思想。 计算机发展的四个阶段 表1-1 P3

根据计算机所采用的物理器件，将计算机发展分为四个阶段：

年代 部件 第一阶段 （1946-1959） 第二阶段 （1959-1964） 晶体管 磁芯存储器 第三阶段 （1964-1972） 中小规模集成电路 半导体存储器 磁带、磁盘 几十万至几百万条 第四阶段 （1972至今） 大、超大规模集成电路 半导体存储器 磁盘、磁带、光盘 上千万至万亿条 主要电子器件 电子管 内存 外存储器 汞延迟线 穿孔卡片、纸带 磁带 几万至几十万条 处理速度(每几千条 秒指令数) 现在的微型机、巨型机属于第四阶段的计算机。

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我国计算机研制情况 P4

1958年研制出第一台电子管计算机； 1964年研制出第二代晶体管计算机； 1971年研制出第三代集成电路计算机； 1977年研制出第一台微型计算机DJS050；

我国自主研制的巨型计算机有“银河”、“曙光”和“神威”三大系列。例如： 2013.11.18国际TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”比第二名美国的“泰坦”快近一倍的速度再度轻松登上榜首。

1.1.2 计算机的特点、用途和分类 1．计算机的特点：P4-P5

(1)高速、精确的运算能力。

(2)准确的逻辑判断能力：计算机能够进行逻辑处理，即能够“思考”，如信息查询等方面，能够根据要求进行匹配检索。

(3)强大的存储能力：它可以轻易地“记住”一个大型图书馆的所有资料。 (4)自动功能(通过程序控制计算机运行)。 (5)网络与通讯功能。 2．计算机的应用(8方面)：P5-P6

名称 科学/数值 计算 数据/信息 处理 过程控制 说明 是最早的应用。如人类基因序列分析计划、人造卫星的轨道测算、天气预测报告等。 对各种形式的信息(数据、文字、图像、声音等)收集、输入、分类、存储、合并、整理、统计、报表、检索查询等。 对生产过程、制造过程或运行过程进行检测与控制，使被控对象能够正确地完成生产、制造或运行。 主要有：计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)，计算机辅助教育(CAI)，计算机辅助技术/测试(CAT)，计算机仿真计算机辅助 2

模拟（如核爆炸和地震灾害的模拟）。 网络通讯 人工智能 通过网络，人们坐在家里通过计算机可预订机票、可购物等。 利用计算机进行图像和物体的识别，模拟人类的学习过程和探索过程。如机器翻译、智能机器人等。 人和计算机交互进行多种媒介信息的捕获、传输、转换、编辑、存储、管理等。 特殊的计算机用于不同的设备中，完成特定的处理任务。如数码相机、数码摄像机都使用了不同功能的处理器。 多媒体应用 嵌入式系统 3．计算机的类型： P7-P8

按计算机性能、规模和处理能力分类(5类)：

巨型(超级)机：是速度最快、处理能力最强的计算机。

大型通用机：是具有较高的运算速度、极强的综合处理能力和极大性能覆盖。 微型机：因其小、轻、使用方便、价格便宜等优点，成为计算机的主流。 工作站：是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内存储器和外部存储器，并具有较强的信息处理功能和高性能的图形、图像处理功能及联网功能。

服务器：作为网络的结点，存储、处理网络上80%的数据、信息，被称为网络的灵魂。

1.1.3 计算科学研究与应用 人工智能 P9

研究如何让计算机完成过去只有人才能做的智能工作，核心目标是赋予计算机人脑一样的智能。如指纹识别技术。 网格计算 P9

它是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“结点”，而整个计算是由成千上万个“结点”组织成的“一张网格”。 中间件技术 P10

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是介于应用软件和操作系统之间的系统软件，在客户机C和服务器S之间增加的一组服务。见图1-2所示。 云计算 P10

是分布式计算、网格计算、并行计算、网络存储及虚拟化计算机和网络技术发展融合的产物。它的组成包括硬件、软件和服务。 1.1.4 未来计算机的发展趋势 电子计算机的发展方向 P11 名称 说明 巨型化 是计算速度更快、存储容量更大、功能更完善、可靠性更高的计算机。 微型化 从过去的台式机向便携机、掌上机、膝上机发展，其低廉的价格、方便的使用、丰富的软件，使其受到人们的青睐。 把分散在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议相互通信，以共享软件、硬件和数据资源。性能更好。 网络化 智能化 智能计算机模拟人的感觉和思维过程的能力。 1.1.5 信息技术 信息技术的定义 P14

信息的采集、加工、存储、传输和利用过程中的每一种技术。 现代信息技术的发展趋势 P15

① 数字化：当信息被数字化并经由数字网络流通时，一个拥有无数可能性的全新世界便由此揭开序幕。

② 多媒体化：多媒体技术将文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起，使计算机的应用进入文、图、声、影集成处理。

③ 高速度、网络化、宽频带 ④ 智能化

§2．信息的表示与存储 1.2.1 数据与信息

数据：数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。P16

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信息：既是对各种事物的变化和特征的反应，又是事物之间相互作用和联系的表征。P16

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。P16

1.2.2 计算机中的数据

计算机内部信息均采用二进制表示，但计算机与外界交往仍采用人们熟悉和便于阅读的形式，如十进制数据、文字以及图形描述，需要转换。

1.2.3 计算机中的数据的单位 1.位b(bit) P17

位b是度量数据的最小单位，代码只有0和1，在CPU中都是1位。 2.字节B(Byte) P17

一个字节B由八位二进制数字组成。字节是信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位。

存储器常用的单位 P17 千字节KB: 1KB=1024B 兆字节MB: 1MB=1024KB 吉字节GB: 1GB=1024MB 太字节TB: 1TB=1024GB 3.字长 P17

是计算机一次能够同时处理的二进制位数。通常有8位、16位、32位、64

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位、128位等。

计算机字长越长，计算机的数据处理速度越快。 1.2.4 进位计数制及其转换 1. 进位计数制

基数：如果数制采用R个基本符号表示数值，则称为R数制，R称为该数制的基数。

数码：一数制中都有固定的基本符号，称为“数码”。

权：处于不同位置的数码代表的值不同，与它所在的位置的“权”值有关。 计算机中常用的几种进位计数制的表示 P18

名称 二进制数 (数尾加B) 八进制数 (数尾加O) 十进制数 (数尾加D) 十六进制数 (数尾加H) 基数：10；数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；权：10i; 基数：16；数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F；权：16i 基数：8；数码：0、1、2、3、4、5、6、7；权：8i; 说明 基数：2；数码：0、1；权：2i; 2．R进制转换为十进制

方法：将R进制的数按权展开求和。P19 例：(234)H =(2×16+3×16+4×16)D

2

1

0

=(512+48+4)D =(564)D

(234)O=(2×8+3×8+4×8)D

=(128+24+4)D =(156)D

(10110)B=(1×2+0×2+1×2+1×2+0×2)D

6

4

3

2

1

0

2

1

0

=(16+4+2)D =(22)D

3．十进制转换为R进制 方法：P20

将十进制整数部分转换成R进制数，采用“除R取余”法。即将十进制整数连续除以R取余数，直到商为0，余数从右到左排列。

小数部分转换成R进制数采用“乘R取整”法。即将十进制小数不断乘以R取整数，直到小数点部分为0或达到要求的精度为止，所得的整数从小数点之后自左往右排列。 转换例： P20

2．5 二进制、八进制、十六进制之间的转换 转换例： P21-P22

 将二进制(10101011.110101)B转换成八进制数 分3位一组 (010 101 011.110 101)B=(253.65)O

 将二进制(10101011.110101)B转换成十六进制数 分4位一组 (1010 1011.1101 0100)B=(AB.D4)H

 将八进制(2731.62)O转换成二进制数 1位用3位表示

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(2731.62)O=(010 111 011 001.110 010)B

 将十六进制(2D5C.74)H转换成二进制数 1位用4位表示 (2D5C.74)H=(0010 1101 0101 1100.0111 0100)B 1.2.5 字符的编码

字符包括西文字符(字母、数字、各种符号)和中文字符。 1．西文字符的编码 P22

计算机中最常用的字符编码是ASCII(美国信息交换标准交换代码)。有7位码和8位码两种版本。国际通用的是7位ASCII码(用一个字节的低7位)。

表1-6 是7为ASCII码表。 P22-P23

一个字符的7位码是b6b5b4b3b2b1b0,如字符’A’的码是100 0001，’a’的码是110 0001。

ASCII码，包括94个是可打印字符，34个是非打印字符，称控制字符。 2．汉字的编码 GB码 P23

我国于1980年发布了国家汉字编码标准GB 2312-80,简称GB码。 它包括6 763个最常用汉字，分为两级：一级汉字3 755个，按汉语拼音排列；二级汉字有3 008个，按偏旁部首排列。

一个国标码用两个字节来表示。 区位码 P23

代码表分为94个区和每各区94个位来表示，分别由两个字节表示区号和位号。由区号(1-94)和位号(1-94)构成了区位码。

如“中”的十进制数区号是54，位号是48，连起来是5448D。 区位码与国标码的转换 P24

转换的方法：先将一个汉字的十进制区号和位号分别转换成十六进制；然后分别加上十六进制数20H 。

例,汉字“中”的区位码：5448D，转成十六进制数： 3630H 其国标码： 3630H+2020H=5650H

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BIG5码：P24

是中国台湾、香港等地区使用的繁体字汉字的编码。 GBK码(扩展汉字编码) P24

1995年发布了GBK编码，对GB 2312—80扩展，共收录了21 003个汉字，支持ISO 10646中的全部中日韩汉字，也包括了BIG5(台港澳)编码中的所有汉字。

Windows 95/98/2000/XP都支持GBK编码。 3．汉字的处理过程

计算机对汉字信息的处理过程实际上是各种汉字编码间的转换过程。 P24

1)汉字输入码 P24-P25

是将汉字输入计算机而编制的代码，也叫外码。

目前常用的输入法大致有音码、形码、语音输入、手写输入或扫描输入等。 例，汉字“中”全拼输入码是“zhong”,双拼输入码是“vs”,五笔形输入码是“ks”。各种不同输入码通过输入字典转换统一到国标码。 2) GB内码 P25

机内码是计算机内部对汉字进行存储、处理的汉字代码。

是将国标码的2个字节的最高二进制位置“1”，以避免与单个字节的ASCII码产生歧义。即汉字国标码的每个字节加上80H(二进制数为10000000)。

汉字的内码=汉字的国标码H+8080H。 汉字的内码=汉字的区位码H+A0A0H。

例如汉字“中”的内码=“中”的国标码5650H+8080H=D6D0H 4．汉字字形码 P25

汉字字形码又称为汉字字模，用于汉字在显示屏或打印机输出。

用点阵表示字形时，汉字字形就是汉字的点阵的代码。有简易型汉字为16 x 16

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点阵，普通型汉字为24 x 24点阵，提高型汉字为32 x 32点阵、48 x 48点阵等。

例，图1-6是“次”字的16 x 16点阵代码。P26 5．汉字地址码

是指汉字库中存储汉字字形信息的逻辑地址码。 §3 多媒体技术简介

1.3.1 多媒体的特征 P27-P28

1. 交互性:用户可以主动地编辑、处理各种信息，具有人机交互功能。 2. 集成性:集成了许多单一的技术，如图像处理技术、声音处理技术等。 3. 多样性:指多媒体信息多样化，媒体输入、传播、再现和展示手段的多样性。 4. 实时性:在多媒体系统中声音及活动的视频图像是强实时的。 1.3.2 媒体的数字化 1．声音 P28

其种类繁多，如人的语音、动物的声音、乐器声、机器声等。 1)声音的数字化 P29

计算机系统通过输入设备(麦克风等)输入声音信号，并对其采样、量化而将其转换成数字信号，然后通过数字/模拟转换器(D/A)后在设备上(音箱等)输出。 采样、量化使用的硬件是模拟/数字转换器(A/D)， 2)声音文件格式 P29

常用的有WAV、MP3、VOC文件等。

WAV文件：又称波形声音文件，它以“wav”作为文件的扩展名。数据量庞大，存储麻烦。

MPEG文件：是采用MPEG音频压缩标准进行的压缩文件，根据压缩质量和编码复杂程度不同分为3层，分别对应MP1(4:1)、MP2(6:1-8:1)、MP3(10:1-12:1)，其中MP3文件压缩比最高。

VOC文件：是声霸卡使用的音频文件格式，扩展名为“voc”。 其他文件：

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AU文件：主要用在Unix工作站上，扩展名是“au”; AIF文件:是苹果机的音频文件格式，扩展名“aif”。 2．图像

1)静态图像的数字化 P30

一幅图像是由许许多多的点组成的，它的数字化通过采样和量化就可以得到。

图像的采样就是采集组成一幅图像的点。量化就是将采集到的信息转换成相应的数值。

2)动态图像的数字化 P30

是将静态图像以每秒种n(n≥25)幅的速度播放，显示在人眼中的就是连续的画面。

3)点位图和矢量图 P30

点位图：是将一幅图像分成很多小像素，每个像素用若干二进指位表示像素的颜色、属性等信息。

矢量图：用一些指令来表示一幅图，如画一个半径为50个像素的圆等。 4) 图像文件格式 P30

.bmp文件:是Windows采用的图像文件存储格式(位图)； .gif文件:供联机图形交换使用的一种图像文件格式； .png文件:图像文件格式，其开发目的是替代gif文件格式； 5）视频文件格式 P30

.avi文件:是Windows中的数字视频文件的标准格式；

.mov文件:是QuickTime for Windows视频处理软件所采用的视频文件格式，其图像画面的质量比avi文件好。 1.3.3 多媒体数据压缩 P31

多媒体信息数字化后，其数据量往往非常庞大，必须经过压缩才能满足实际的需要(时间和空间)。 1.无损压缩：

是利用数据的统计冗余进行压缩，又称为可逆编码(能完全还原)，其原理是

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统计被压缩数据中重复数据出现次数进行编码。

压缩比例较低(2:1-5:1),通常广泛应用于文本数据、程序以及重要图形和图像的压缩。 2.有损压缩：

是压缩后的数据不能够完全还原成压缩前的数据，但是非常接近。 其损失的信息多是对视觉和听觉感知不重要的信息，但压缩比通常较高，一般为几十到几百，常用于音频、图像和视频的压缩。 §4 计算机病毒及其防治 1.4.1 计算机病毒的特征和分类 1．计算机病毒 P33

计算机病毒：指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。

主要特征(5点)：P33-P34 特征名称 说明 寄生性 寄生在其他可执行的程序中。 破坏性 破坏系统，删除或修改数据，甚至格式化整个磁盘。 传染性 将自身的复制品或变种传染到其他未染毒的程序上。 潜伏性 在外界激发条件出现前，病毒可在计算机内的程序中潜伏、传播。 隐蔽性 病毒寄生在其他程序中的可执行程序，有很强的隐蔽性。 2. 计算机病毒的分类 P34-P35

病毒名称 说明 引导区型病毒 传染各种存储介质的引导区的病毒。 文件型病毒 混合型病毒 宏病毒 主要传染扩展名为COM、EXE、DRV、BIN、SYS等可执行的文件。 既传染存储介质的引导区，也传染可执行文件的病毒。 只传染Wicrosoft Word文档文件(DOC)和模板文件(DOT)。 Internet病毒 大多通过E-mail及其附件传播的病毒。 3．计算机感染病毒的常见症状 P35

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磁盘文件数目无故增多；

感染病毒后的可执行文件的长度通常会明显变长；

正常情况下可以运行的程序却突然因内存区不足而不能装入； 计算机经常出现死机现象或不能正常启动；

显示器上经常出现一些莫名其妙的信息或异常现象等。 4．计算机病毒的清除 P36

用杀病毒软件清除：方便而安全。只能检测出已知病毒并清除，要不断升级。 目前较流行的杀病毒软件：瑞星、诺顿、卡巴斯基、金山毒霸、江民等。 1.4.2 计算机病毒的预防 P36

具体方法：

安装有效的杀病毒软件并根据实际需求进行安全设置； 扫描系统漏洞，及时更新系统补丁；

未经检测过的光盘、U盘及移动硬盘在使用前用杀病毒软件检测后再使用； 分类管理数据；

浏览网页、下载文件要选择正规的网站等。

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