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计 算 机 基础 知 识本讲稿第一页，共一百页计算机操作基础和程序设计 电信工程学院计算机技术中心本讲稿第二页，共一百页课程教学目的课程教学目的n本课程是计算机的入门课程，主要是使同学掌握在现代社会中进行工作、学习和生活所必须具有的计算机基本知识和基本操作。为进一步学习其他的计算机课程打好坚实的基础。n本课程也应开始培养同学通过自学和实践来学习计算机知识和技能，掌握正确的学习方法。本讲稿第三页，共一百页本课程基本要求l了解计算机在现代社会和现代科学发展中的作用；l掌握计算机系统组成和基本工作原理；l了解操作系统的基本概念和功能，对常见的操作系统有一个总体的了解；l掌握Windows 2000的基本操作；l熟悉以下Office办公软件的使用方法和基本操作。lWord、PowerPoint、Excell掌握计算机网络的基本知识，初步掌握Internet的使用。本讲稿第四页，共一百页计算机基础知识微型计算机系统 操作系统的功能和分类Windows2000基本操作Word2000的使用 Excel2000的使用 Powerpoint2000的使用计算机网络基础和Internet应用 本讲稿第五页，共一百页第一章第一章计计算算机机基础基础知知识识一、电子计算机的定义二、计算机发展简史三、计算机的主要应用领域四、计算机系统的主要技术指标五、未来计算机的发展趋势第一节第一节计算机概述计算机概述本讲稿第六页，共一百页 电子计算机是一种能够电子计算机是一种能够高速计算高速计算、具、具有内部有内部存储能力存储能力，由，由程序控制程序控制其操作过其操作过程的电子设备。程的电子设备。一、电子计算机定义本讲稿第七页，共一百页特点：特点：uu速度快速度快 u u精度高精度高 u u具有记忆和逻辑判断能力具有记忆和逻辑判断能力 u u具有存储和自动执行程序的能力具有存储和自动执行程序的能力 u u通用性强通用性强本讲稿第八页，共一百页分类分类 ：电子计算机根据运算速度、存储电子计算机根据运算速度、存储能力、功能强弱、配套设备与软件系能力、功能强弱、配套设备与软件系统的丰富程度等因素可划分为巨型机、统的丰富程度等因素可划分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、大型机、中型机、小型机、微型机、服务器和工作站。服务器和工作站。本讲稿第九页，共一百页国内研制的国内研制的“神威神威”巨型机，共耗资巨型机，共耗资1亿人民币建成。亿人民币建成。本讲稿第十页，共一百页NEC的小型机的小型机本讲稿第十一页，共一百页康柏的服务器康柏的服务器本讲稿第十二页，共一百页DELL的工作站的工作站本讲稿第十三页，共一百页Altair 8800(1975)Apple 1联想天麒电脑联想笔记本本讲稿第十四页，共一百页一、机械式计算器时代一、机械式计算器时代最早的机械式计算器-算盘石器时代结绳记事本讲稿第十五页，共一百页 1642年法国数学家Pascal 在计算尺基础上发明了的机械式计算器。本讲稿第十六页，共一百页 1823年英国人Charles Babbage设计了差分机和分析机，提出了利用卡片输入程序和数据的设计。分析机(analytial engine)1842年Augusta Ada Byron翻译了分析机的使用，成为世界上第一个程序员本讲稿第十七页，共一百页二、电子计算器时代 1906年美国人Lee De Forest发明了电子管。这为电子计算机的发展奠定了基础。本讲稿第十八页，共一百页第一台通用可编程计算机-ENIAC 第一个通用可编程电子计算机于1946年于宾夕法尼亚大学开发成功,这一计算机叫做ENIAC(Electronics Numerical Integrator and Calculator)本讲稿第十九页，共一百页 计算机必须有存存储储器器、控控制制器器、运运算算器器和输输入入输输出出设备这种思想是由冯诺依曼(John Von Neumann)等人于1946年提出，因此称为冯诺依曼型计算机或存储程序式计算机。冯诺依曼的设计思想被誉为计算机发展史上的里程碑。冯诺依曼1903年生于匈牙利，是一位数学家、计算物理学家和计算机科学家。1930年到美国，1957年去世。冯诺依曼型计算机冯诺依曼本讲稿第二十页，共一百页 计算机科学界最重要的人物是图灵(Alan Mathison Turing)。他是英国人，世界著名的科学家，1912年出生，1954年去世，年仅42岁。The whole thinking process is stillrather mysterious to us,but I believethat a thinking machine will help usgreatly in finding out how wethink ourselves.Alan Turing,May 1951 本讲稿第二十一页，共一百页 1936年，图灵发表了著名的论文论可计算数及其在密码问题的应用，首次提出逻辑机的通用模型图灵机的概念，为可计算性理论奠定了基础。1945年，图灵以极大的热情投入电子计算机的设计工作。他起草了关于自动计算机器ACE(Automatic Computing Engine)的报告，描述了存储程序概念在计算机中的应用，阐明了用子程序实现某些运算而程序员不必知道机器细节的情况，这就预言了以后对高级语言的开发。本讲稿第二十二页，共一百页图灵在曼彻斯特(1951)鉴于他在计算机理论方面的创造性的奠基工作，而被称为计算机科学之父计算机科学之父。为纪念图灵对计算机科学做出的奠基性的贡献，ACM(美国计算机协会)专门设立了图灵奖，并于1966年开始颁发。图灵奖是计算机界的最高奖。本讲稿第二十三页，共一百页第一代计算机(19461957)电子管计算机时代 IBM 701计算机(50年代初设计制造)中用来存储二进制信息的电子管特点:运算速度仅为每秒数千到几万次；仅支持机器语言和汇编语言。计算机经历的五代变化本讲稿第二十四页，共一百页第二代计算机(19581964)晶体管计算机时代特点:运算速度提高到每秒几万次到几十万次;产生了高级语言和编译系统,操作系统得到快速发展。本讲稿第二十五页，共一百页第三代计算机(19651971)集成电路时代1958年,第一片集成电路问世特点:运算速度达每秒几十万次到几百万次；出现了微程序、多道程序及并行处理等新技术；操作系统趋于成熟。本讲稿第二十六页，共一百页 1971年,第一个微处理器Intel4004出现(这是当时在Electronic News上的广告)第四代计算机(19721990)大规模集成电路时代特点:广泛采用大规模和超大规模集成电路；出现了软件工程的标准化；微型计算机发展迅速。本讲稿第二十七页，共一百页第五代计算机(1991今)超大规模集成电路时代特点:超大规模集成电路计算机（1991至），使用高 密度高速度芯片，出现了因特网，发 展了Java语 言，分布式操作系统，万维网。本讲稿第二十八页，共一百页一、巨型化 研制巨型机是现代科学技术、尤其是国防尖端技术发展的需要。巨型机的研制水平、生产能力及其应用程度已成为衡量一个国家经济实力和科技水平的重要标志。本讲稿第二十九页，共一百页二、微型化计算机微型化是因大规模集成电路的出现而发展最迅速的的技术之一。由于微型机可以渗透到仪表、家电、导弹头等这些中小型机难以进入的领域，其发展十分迅速。本讲稿第三十页，共一百页三、网络化计算机网络就是将分散的多台计算机用通讯线路连接起来,形成一个有机的网络系统，实现网上的计算机之间互相通讯、共享系统资源，从而提高计算机系统资源的综合利用率。本讲稿第三十一页，共一百页四、智能化智能化就是使计算机具有人工智能，即研究如何用计算机来“模仿”人的智能，让计算机具有“推理”和“学习”的功能。本讲稿第三十二页，共一百页 1971年1月，Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。在4.2mmX3.2mm的硅片上集成了2250个晶体管，构成了CPU，再加上一片RAM、一片ROM和一片寄存器，构成了Intel4004微处理器。本讲稿第三十三页，共一百页第一代（19741977年）以8位微处理Intel8008、ZilogZ80、Motorola 6502为代表的微型计算机。1972 1972年年年年4 4月，霍夫等人开发出第一个月，霍夫等人开发出第一个月，霍夫等人开发出第一个月，霍夫等人开发出第一个8 8位位位位微处理器微处理器微处理器微处理器Intel 8008Intel 8008。7373年年年年8 8月月月月80808080处处处处理器问世理器问世理器问世理器问世本讲稿第三十四页，共一百页 1975年第一台微型计算机 Altair 8800 1976年3月，微型计算机Apple I问世本讲稿第三十五页，共一百页第二代（19781981年）以16位微处理Intel8086、8088、80286为代表的微型计算机。IBM PC微型计算机。1981年IBM公司在纽约宣布第一台IBM PC诞生-80286微机80286芯片本讲稿第三十六页，共一百页 第三代（19851988年）以32位微处理Intel 80386、80486、为代表的微型计算机。8038680386芯片芯片芯片芯片本讲稿第三十七页，共一百页第四代（1989现在）以32位 微 处 理 （586）、Pentium、Pentium为代表的奔腾计算机。Intel于1993年3月推出奔腾（Pentium）处理器本讲稿第三十八页，共一百页1、科学计算、科学计算 也称数值计算，是指用计算机来解决科学研究和工程技术中所提出的复杂的数学问题。本讲稿第三十九页，共一百页2、数据处理、数据处理 也称信息据处理，计算机可以在短时间内对大量数据及各种各样的数据进行处理，以满足信息时代的要求。大学生活本讲稿第四十页，共一百页3、自动控制、自动控制 自动控制是指在工业生产过程中，对控制对象进行自动控制和自动调节的控制方式，又叫过程控制。本讲稿第四十一页，共一百页4、计算机辅助设计计算机辅助设计 利用计算机来辅助人们设计和制造产品。本讲稿第四十二页，共一百页本讲稿第四十三页，共一百页5、计算机网络计算机网络 将在不同地理位置上的计算机或终端连接起来，实现计算机资源共享和通信。本讲稿第四十四页，共一百页6、娱乐娱乐 可以用微型计算机进行各种娱乐活动。如游戏、听音乐、看电影、新闻等。本讲稿第四十五页，共一百页n1.字长n2.运算速度n3.内存容量n4.主频n5.外设配置本讲稿第四十六页，共一百页 指计算机一次能直接处理的二进制数据的位数。如一台Pentium的CPU字长为32位，表示其一次能处理的最大二进制数为232。字长的位数越多，计算机的运算能力越强，精度越高。1、字长字长本讲稿第四十七页，共一百页2运算速度运算速度 运算速度是指计算机每秒钟内执行指令的数目，单位用MIPS(Million of Instructions Per Second，百万条指令秒)表示。目前微机的运算速度已达到几千万次加减法指令/每秒。巨型机目前可达到12.5万亿次加减法指令/秒。本讲稿第四十八页，共一百页3内存容量内存容量 主存储器简称内存。内存越大，则运算或处理信息的速度更快和容量更多。但内存容量越大，机器价格也越高。存储容量一般KB、MB和GB为单位，B（Byte）为字节，8位(bit)二进制数为一个字节，1B=8bit 1KB1024B 1MBl024KB 1GB1024MB。本讲稿第四十九页，共一百页4主频主频 主频是指CPU的时钟频率，即CPU在单位时间（秒）内平均“操作”的次数。例如，Pentium 的主频有500、733，赛扬400A等。主频的单位是兆赫兹(MHz)。目前微型计算机的主频都在800MHz1GHz以上。提高CPU的主频也是提高计算机性能的有效手段。本讲稿第五十页，共一百页5外设配置外设配置 外设是指计算机的输入输出设备以及外存储器，如硬盘、键盘、显示器与显示卡、音箱、声卡、打印机、磁盘驱动器、鼠标等。硬盘硬盘早期鼠标早期鼠标光驱光驱本讲稿第五十一页，共一百页五、未来计算机的发展趋势 有可能引发计算机革命的新技术至少有三种：1.光子计算机 2.生物计算机 3.量子计算机 本讲稿第五十二页，共一百页n1.1.光子计算机光子计算机 在光子计算技术中，光能够像电一样传送信息，甚至传送效果更好。优点：光传输速度快，光器件能耗低。预计，光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快1000。难点：光学晶体管的制造技术还不成熟。本讲稿第五十三页，共一百页n2.生物计算机 自本世纪70 年代以来，人们开始研究生物计算机（也叫分子计算机），研究了解并操纵制造大脑的基因学机制。n3.量子计算机 潜在的运算速度是无止境的。本讲稿第五十四页，共一百页一、进位计数制二、不同数制之间的转换三、计算机中数据的单位四、数据的编码五、字符的编码 第二节第二节计算机的数与编码计算机的数与编码本讲稿第五十五页，共一百页n1十进制数 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9n2二进制数的表示 0、1n3.十六进制数的表示 09、A、B、C、D、E、F本讲稿第五十六页，共一百页n1十进制数十进制数 逢“十”进位的。例如：999.99 999.99=910291019100910-1910-2n2 2二进制数的表示二进制数的表示 逢“二”进位的。例如：11010.001 (11010.001)2=124123022+121+020+02-1+02-2+12-3n3.3.十六进制数的表示十六进制数的表示 逢“16”进位。例如：43D (43D)1641623161D160本讲稿第五十七页，共一百页进制数的规律进制数的规律 任意一个进制数 J=Jn-1Jn-2J1J0 .J1J2J-m J=Jn-1Rn-1+Jn-2Rn-2 +J1R1 +J0R0 +J-1R-1 +J-2R-2 +J-m R-m n、m为正整数，n为小数点左边的位数，m为小数点右边的位数；R为基数，可以是10、2、16。本讲稿第五十八页，共一百页本讲稿第五十九页，共一百页二、不同数制之间的转换 n1十进制数与二进制数的转换 （1）整数的转换 方法：除2取余，逆序读数 例如：将十进制数28转换为二进制数。即：(28)D(11100)B 本讲稿第六十页，共一百页n（2）小数的转换 方法：乘2取整，顺序读数 例如：将十进制0.125转换为二进制数 即(0.125)D=(0.001)B本讲稿第六十一页，共一百页n（3）二进制数转换成十进制数 方法：把每一位二进制数乘以其相应位的位权值，然后将各乘积相加。例如：将(101.11)2转换成十进制数。B=12202112012-112-2=(5.75)D 即：(101.11)B=(5.75)D本讲稿第六十二页，共一百页n2二进制数与十六进制数的转换 （1）十六进制数转换成二进制数 方法：将每一位十六进制数用4位二进制数代替，小数点不动。例如：将十六进制7A8E.6C转换成二进制数 7 A 8 E .6 C 0111 1010 1000 1110.0110 1101 (7A8E.6C)H=(111101010001110.01101101)B本讲稿第六十三页，共一百页n（2）二进制数转换成十六进制数 方法：从小数点开始，向左或向右每4位二进制数分成一组（不足4位补0），然后按对应位置写出每组二进制数等值的十六进制数及对应的小数点，即可得到转换后的十六进制数。例如：将二进制数11010111.1011转换成十六进制数。1101 0111 .1011 D 7 .B 即：(11010111.1011)B=(D7.B)H 本讲稿第六十四页，共一百页n3十进制数与十六进制数的转换 （1）十进制整数转换成十六进制数 方法：除除16取余，逆序读数。取余，逆序读数。例如：将十进制将十进制4586转换成十六进制数。转换成十六进制数。即：(4586)D=(11DA)H本讲稿第六十五页，共一百页n（2）十进制小数转换成十六进制数）十进制小数转换成十六进制数 方法：乘16取整，顺序读数。例如：将十进制0.32转换成十六进制数。即：(0.32)D=(0.08)H本讲稿第六十六页，共一百页n（3）十六进制数转换成十进制数 方法：把把每每一一位位的的二二进进制制数数码码乘乘以以其其相相应应位位的的位位权权值，然后将各乘积相加。值，然后将各乘积相加。例如：将十六进制数将十六进制数5EA.11转换成十进制数转换成十进制数（5EA.11）H=5162+14161+10160+116-1+116-2=(1514.0664062)D 即：(5EA.11)H=(1514.0664062)D 本讲稿第六十七页，共一百页三、计算机中数据的单位三、计算机中数据的单位n 计算机中数据的常用单位有 位 bit 字节 byte 字 word byte=8 bit本讲稿第六十八页，共一百页n1位（bit）计算机中数据的最小单位是位。位是指一位二进制数，英文名称是bit。计算机只识别二进制数。一位二进制数只能表示两种状态 “0”或“1”两位二进制数能表示4种状态 00、10、01、11 本讲稿第六十九页，共一百页n2字节（Byte）计算机数据中的所有字符（包括各种符号、数字、字母等），大约在128到256个，需要用7到8位二进制数表示。因此，人们选定8位为1个字节。字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。1KB=1024B 1MB=1024KB1GB=1024MB本讲稿第七十页，共一百页n3字（Word）数据的另一个单位就是计算机的字长。字是由整数倍个字节构成，是计算机进行数据处理和运算的单位。按计算机的字长可分为 8位机（如苹果II、中佛学习机）16位机（如286机）32位机（如386、486机）64位机（如Pentium、Pentium）等。本讲稿第七十一页，共一百页四、数据的编码n 计算机中数的存储和运算都使用二进制数，但前面提到的二进制数均未涉及符号，因而是一种无符号数。那么计算机中正负数怎样表示呢？1原码 2反码 3补码 本讲稿第七十二页，共一百页n1原码 原码最高位是其符号位，0表示正数，1表示负数。例如：十进制数76，转换成二进制数为：(76)D(1001100)B，于是+76=01001100-76=11001100本讲稿第七十三页，共一百页n2反码 正数的反码与其原码相同。负数的反码是除符号位外按位取反求得。例如：(+5)反00000101 (-5)反11111010 (+0)反00000000 (-0)反11111111 (+127)反01111111 (-127)反10000000本讲稿第七十四页，共一百页n3补码 正数的补码与其原码相同。负数的补码是在其反码的最低位上加1得到。例如：(+5)补00000101 (-5)补11111011 (+0)补(-0)补00000000 (+127)补01111111 (-127)反10000001本讲稿第七十五页，共一百页本讲稿第七十六页，共一百页n4补码运算 引入补码的主要目的在于简化减法运算，可以把减法运算用补码加法来实现。计算机中就只有加法计算。补码运算定律：(x+y)补(x)补 +(y)补本讲稿第七十七页，共一百页n例如：正数x和负数y相加，|x|y|。x=3DH，y=-21H (x)补+(y)补=(00111101)补+(10100001)补 =00111101+11011111 =00011100 (x+y)补 =(00111101-00100001)补 =(00011100)补 =00011100 所以：(x+y)补(x)补 +(y)补本讲稿第七十八页，共一百页n注意：补码是有一定范围的。对于8位补码来说，其范围是+127 -128。当运算结果超出该范围时，答案就不正确了，称为溢出。例如 64+67=131=10000011 补码为10000111的数，值为01111101=-125，显然出错了。因为131127了，称为正向溢出。同样道理，如果两个负数之和小于-128，就会产生负向溢出。本讲稿第七十九页，共一百页n5.定点数和浮点数 定点小数 定点整数本讲稿第八十页，共一百页浮点数（对应科学计数法）浮点数（对应科学计数法）计算机中的浮点数：阶码 +尾数 阶符 阶码+数符.尾数 例如：110.011(B)=0.110011 2+11 尾数 阶码 -0.000110011(B)=-0.110011 2-11 尾数 阶码 本讲稿第八十一页，共一百页五、字符的编码 n1ASCII编码编码 ASCII码是美国标准信息交换码(American standard code for Information Interchange),是微型计算机中表示字符的常用编码。标准的ASCII码是占一个字节，最高位置为“0”，用7位二进制数编码，总共可以表示128个字符。ASCII码的新版本是把原来的7位码扩展成8位码，因此它可以表示256个字符。本讲稿第八十二页，共一百页本讲稿第八十三页，共一百页 A的ASCII码 41H000010000000101000001000100010000010011111110010000010010000010010000010ASCII码字符的显示例：字符A的显示本讲稿第八十四页，共一百页本讲稿第八十五页，共一百页 字体小于字体小于2424号，一般使用点阵表示字形，大于号，一般使用点阵表示字形，大于2424号，号，主要采主要采 用贝塞尔曲线表示：用贝塞尔曲线表示：X1,Y1 X2,Y2 X1,Y1 X2,Y2 贝塞尔公式贝塞尔公式 本讲稿第八十六页，共一百页n2汉字的编码汉字的编码 汉字编码包括：（1）汉字的输入码 （2）机器内码 （3）字形码（汉字库）。本讲稿第八十七页，共一百页（1)汉字的输入码：汉字输入码也称外码，它是专门用来向计算机输入汉字的编码。例如全拼编码、双拼编码等、五笔字型码。本讲稿第八十八页，共一百页（2）汉字的机内码：汉字的内码是供计算机系统内部处理、存储、传输时使用的代码。目前使用最广泛的一种国标码是GB2312-80。国标码将7000多个汉字全部按照2字节编码。但为了与ASCII码区分，汉字机内码的每个字节的高位置为1。例如：计算机的机内码 计 算 机 BCC6 CBE3 BBFA 本讲稿第八十九页，共一百页（3）字的字形码：汉字字形一般是以数字化的方式存储在计算机的存储器中，将汉字图象预先分割为许多小方块，组成一个点阵。若用0表示白点，1表示黑点，这个点阵字形就很容易地用二进制表示了，这种方法我们称为点阵。表示字形的二进制代码称为汉字字形码。本讲稿第九十页，共一百页 一般地说，表示汉字时，使用的点阵（有16X16、24X24、32X32、64X64等).点阵越大，则汉字质量越好，存储空间也越大。例如：存储一个16X16的汉字需要32字节。16*16=256 bit=32字节 这种形式存储的汉字字形信息的集合称为 汉字库。本讲稿第九十一页，共一百页n3BCD码码 由于人们日常使用的是十进制，而机器内使用的是二进制，所以，需要把十进制数表示成二进制码。一位十进制数字，用4位二进制编码来表示可以有多种方法，但常用的是BCD码。四位二进制数表示24即16种状态。只取前10种状态来表示09，从左到右的每位二进制数的权分别为8，4，2，1，因此又叫8421码。本讲稿第九十二页，共一百页 1001 0111 0101.0001 9 7 5 .1本讲稿第九十三页，共一百页补充二进制运算规则：加法：1+1=0（进位1）0+0=0 1+0=0+1=1 减法：0-1=1（借位1）1-0=1 1-1=0 0-1=0本讲稿第九十四页，共一百页二进制运算规则：乘法：1*1=1（进位1）0*0=0 1*0=0*1=0 除法：0/1=0 1/1=1 本讲稿第九十五页，共一百页逻辑运算规则：与、或、非、异或运算 与运算AND 或运算OR 异或运算XOR 非运算NOT本讲稿第九十六页，共一百页作业：每班小学号为1-10号的学生下次课后交1.X=-1CH,Y=-64H,分别计算(X补+Y补)和(X+Y)补的值。2.已知X补=E3H，求X原和X反。3.使用补码按照8位二进制数计算时，-64D-67D的值是多少？4.存储2424点阵的一个汉字信息，需要的字节数为多少？本讲稿第九十七页，共一百页1、X补=(-0011100)补=(10011100)补=11100100 Y补=(-1100100)补=(11100100)补=10011100 X补+Y补=10000000 (X+Y)补=(10000000)补=100000002、X补=E3H=11100011 X原=10011101 X反=X补 1=11100010本讲稿第九十八页，共一百页3、(-64D)补=(-1000000)补=11000000 (-67D)补=(-1000011)补=10111101 (-64D-67D)补=(-64D)补+(-67D)补 =01111101 =125 两个负数之和小于-128，负向溢出。4、24*24 bit/8=72Byte本讲稿第九十九页，共一百页本讲稿第一百页，共一百页