1、高等職業(yè)院校21世紀(jì)規(guī)劃教材，大學(xué)計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)，中鐵出版社，第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，本章將介紹一些計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，如計(jì)算機(jī)的歷史、特點(diǎn)和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)的基本組成，計(jì)算機(jī)硬件、軟件和常用術(shù)語(yǔ)，以及計(jì)算機(jī)的數(shù)字表示。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者對(duì)計(jì)算機(jī)有了初步的了解，為今后學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)打下了良好的基礎(chǔ)。本章的要點(diǎn)是計(jì)算機(jī)概述、計(jì)算機(jī)中的信息表示、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)、1.1計(jì)算機(jī)概述、1.1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生于20世紀(jì)40年代，它的出現(xiàn)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了巨大的影響。它是一種現(xiàn)代電子設(shè)備，能夠根據(jù)人們的意愿自動(dòng)、高速、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。1946年2月14日，美國(guó)賓夕法尼亞

2、州立大學(xué)摩爾機(jī)電工程學(xué)院在美國(guó)費(fèi)城開發(fā)并公開展示了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC。這臺(tái)計(jì)算機(jī)使用了18000多個(gè)電子管和5000多個(gè)繼電器，占地約170平方米，重30噸，每小時(shí)消耗150千瓦，當(dāng)時(shí)價(jià)值40萬(wàn)美元。雖然它的運(yùn)算速度只有每秒5000次加法，但仍比當(dāng)時(shí)的中繼計(jì)算機(jī)快1000倍。世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，第一代計(jì)算機(jī)(1946-1956)使用的電子元件主要是電子管，運(yùn)行速度是每秒幾千次，而存儲(chǔ)容量只有幾千字。第二代計(jì)算機(jī)(1957-1964)使用的電子元件主要是晶體管，運(yùn)算速度從每秒數(shù)萬(wàn)次增加到數(shù)十萬(wàn)次，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大到幾十萬(wàn)字。1.1計(jì)算機(jī)概述1.1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史在計(jì)算機(jī)發(fā)展階段，

3、第三代計(jì)算機(jī)(1965-1970)中使用的電子元件主要是小型集成電路。在此期間，計(jì)算機(jī)開始使用操作系統(tǒng)，這使得計(jì)算機(jī)能夠在中央程序的控制和協(xié)調(diào)下同時(shí)運(yùn)行許多不同的程序。第四代計(jì)算機(jī)(自1971年以來(lái))中使用的電子元件主要是大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。1.1計(jì)算機(jī)概述1.1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史在計(jì)算機(jī)發(fā)展階段，美國(guó)匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾伊曼針對(duì)ENIAC的缺點(diǎn)，于1946年提出了計(jì)算機(jī)“存儲(chǔ)程序”的工作原理。同時(shí)指出計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)由運(yùn)算單元、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成，并首次提出了“中央處理器”的概念，即著名的“馮諾依曼結(jié)構(gòu)”。1.1計(jì)算機(jī)概述，1.1.1計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史“存儲(chǔ)程

4、序”的工作原理和馮諾依曼結(jié)構(gòu)，1.1.2計(jì)算機(jī)按處理數(shù)據(jù)的方式分類：模擬計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)；按應(yīng)用范圍分類：專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)；按規(guī)模分類：超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、微型計(jì)算機(jī)等。1971年，美國(guó)英特爾公司成功地在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了中央處理器的功能，并制造了世界上第一臺(tái)4位微處理器，形成了第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，從而揭開了微型計(jì)算機(jī)普及的序幕。隨后，芯片的主頻和集成度不斷提高，芯片的集成度幾乎每18個(gè)月翻一番，由它們組成的微型計(jì)算機(jī)的功能也在不斷提高。如今，計(jì)算機(jī)通常指微型計(jì)算機(jī)，也稱為計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)。1.1計(jì)算機(jī)概述1.1.3計(jì)算機(jī)的應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)以其卓越的性能和旺盛的生命力，被廣

5、泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)和生活中，取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。1科學(xué)計(jì)算(數(shù)值計(jì)算)、2數(shù)據(jù)處理(信息管理)、3自動(dòng)控制、4計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)、5辦公自動(dòng)化、6人工智能、7多媒體技術(shù)應(yīng)用、1.1計(jì)算機(jī)概述、1.2.1計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字表示和轉(zhuǎn)換，無(wú)論是指令還是數(shù)據(jù)，如果計(jì)算機(jī)想要識(shí)別和執(zhí)行它，必須是二進(jìn)制編碼形式，甚至像圖像和聲音這樣的信息也必須在計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別它之前轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字形式。1常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)系統(tǒng)包括十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。十進(jìn)制是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫臄?shù)字系統(tǒng)。二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)中使用的編碼形式。八進(jìn)制和十六進(jìn)制是二進(jìn)制的縮寫。1.2計(jì)算機(jī)中信息的表示1.2.1計(jì)算機(jī)中

6、數(shù)字的表示和轉(zhuǎn)換(1)十進(jìn)制中有十種不同的數(shù)字符號(hào)：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。計(jì)數(shù)特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)字符號(hào)根據(jù)其在數(shù)字十進(jìn)制中的位置(數(shù)字)按下“每一個(gè)十進(jìn)制1”，這是一種常用的計(jì)數(shù)方法。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，用戶仍然使用十進(jìn)制數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)。1.2計(jì)算機(jī)中信息的表示，1.2.1計(jì)算機(jī)中內(nèi)部數(shù)的表示和轉(zhuǎn)換(2)二進(jìn)制有兩個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)0和1，計(jì)數(shù)特征是“每個(gè)二進(jìn)制都是1”，基數(shù)是2。計(jì)算機(jī)中數(shù)字的存儲(chǔ)和運(yùn)算都是用二進(jìn)制進(jìn)行的。加法規(guī)則：0 0=01 0=10 1=11 1=10乘法規(guī)則：00=001=010=011=1，1.2計(jì)算機(jī)中的信息表示，1.2.1計(jì)算機(jī)

7、內(nèi)部數(shù)字表示和轉(zhuǎn)換(3)八進(jìn)制有八個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，0，1，2，3和3例如，八進(jìn)制數(shù)7 1=10而不是8；一個(gè)八進(jìn)制數(shù)653.27可以表示為：(653.27)8=682 581 380 28-1 78-2，1.2計(jì)算機(jī)中的信息表示，1.2.1計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)表示和轉(zhuǎn)換(4)十六進(jìn)制有16個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，0，1，2，3，4例如，十六進(jìn)制數(shù)F 1=10，9 1=A而不是10。(8B。D)16=8161 11160 1316-1，1.2計(jì)算機(jī)中信息的表示，1.2.1計(jì)算機(jī)中內(nèi)部數(shù)字的表示和轉(zhuǎn)換(1)十進(jìn)制數(shù)被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制(8，16)數(shù)，當(dāng)十進(jìn)制數(shù)被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制(8，16)數(shù)時(shí)，即整數(shù)部分：除2(8或1

8、6)得到余數(shù)，余數(shù)從上到下依次排列。小數(shù)部分：乘2(8或16)得到整數(shù)，整數(shù)從上到下從高到低依次排列。1.2計(jì)算機(jī)中的信息表示，1.2.1計(jì)算機(jī)中內(nèi)部數(shù)字的表示和轉(zhuǎn)換，1.2.1計(jì)算機(jī)中內(nèi)部數(shù)字的表示和轉(zhuǎn)換(2)二進(jìn)制(8，16)數(shù)字被轉(zhuǎn)換成以二進(jìn)制(8，16)為基數(shù)的十進(jìn)制數(shù)字，只要每個(gè)數(shù)字乘以其位權(quán)重，乘積就是相位。示例1.2將二進(jìn)制數(shù)(11010111.11001)2轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)(11010111.11001)2=127 126 025 124 023 122 121 120 12-1 12-2 02-3 02-4 12-5=215 0 1 . 2 . 1計(jì)算機(jī)中內(nèi)部數(shù)字的表示和轉(zhuǎn)換(

9、2)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為以二進(jìn)制數(shù)為基數(shù)的十進(jìn)制數(shù)，因此示例1.3轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)(D7。C8)16進(jìn)十進(jìn)制數(shù)(D7.c8)16=13161 7160 1216-1 816-2=(215.78125)10，1.2信息在計(jì)算機(jī)中的表示，1.2.1數(shù)字在計(jì)算機(jī)中的表示和轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制(十六進(jìn)制)數(shù)的方法：以二進(jìn)制數(shù)的小數(shù)點(diǎn)為中心，左右分為一組3位(4位)，中間的0不能省略。如果最高位或最低位少于3位(4位)，可以分別用0填充。示例1.4將二進(jìn)制數(shù)(11010111.11001)2轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)(11010111.11001)2=11010111.11001000=(d7.c8)16 d7 c8

10、，1.2計(jì)算機(jī)中的信息表示，1.2.1計(jì)算機(jī)示例1.5轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)(D7。C8)16進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)(d7.c8)16=d7.c8=(11010111.11001)211010111.11001000，1.2表示計(jì)算機(jī)中的信息，1.2.2表示計(jì)算機(jī)的容量。計(jì)算機(jī)信息的單位通常是“比特”、“字節(jié)”和“字”。1位是測(cè)量數(shù)據(jù)的最小單位，代表一位二進(jìn)制信息。二進(jìn)制位可以代表兩種不同的狀態(tài)：0或1。1.2計(jì)算機(jī)中信息的表示，1.2.2計(jì)算機(jī)容量的表示2字節(jié)，1字節(jié)由8個(gè)二進(jìn)制數(shù)字組成(1字節(jié)=8位)。字節(jié)是用來(lái)表示計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間大小的最基本的單位。計(jì)算機(jī)中的信息容量通常按2的冪計(jì)算，如210=1024。例

11、如，文件的大小是1K，這意味著文件需要1024字節(jié)的存儲(chǔ)空間，即10248個(gè)二進(jìn)制位。1.2計(jì)算機(jī)中信息的表示，1.2.2計(jì)算機(jī)容量的表示2字節(jié)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存通常表示它的容量有多少字節(jié)？常用的單位是字節(jié)(Byte)、千字節(jié)(KB)、兆字節(jié)(MB)、千兆字節(jié)(GB)和兆字節(jié)(TB)1b=8位1kb=210 b=1024字節(jié)1mb=220b=1024kb=10241024byte字節(jié)1gb=230 b=1024 MB=10241024 KB=10241024字節(jié)1tb=240字節(jié)，1.2計(jì)算機(jī)中信息的表示，1.2.3字符的表示因此，首先，字符和符號(hào)應(yīng)該數(shù)字化，也就是說(shuō)，字符和符號(hào)應(yīng)該用二進(jìn)制編碼

12、來(lái)表示。字符編碼是用二進(jìn)制代碼來(lái)表示字母、數(shù)字和特殊符號(hào)。下面簡(jiǎn)要介紹ASCII碼和漢字編碼。1.2計(jì)算機(jī)中信息的表示1.2.3字符的表示1目前，計(jì)算機(jī)中常用的字符信息編碼方案是ASCII碼，即美國(guó)信息交換交換標(biāo)準(zhǔn)碼ASCII。ASCII碼包括10個(gè)從0到9的數(shù)字，52個(gè)大寫和小寫英文字母，33個(gè)控制字符，32個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和算術(shù)符號(hào)。ASCII碼由7位二進(jìn)制數(shù)編碼組成，有128個(gè)(27=128)不同的符號(hào)。因?yàn)橐粋€(gè)字符在計(jì)算機(jī)中實(shí)際上是由8位來(lái)表示的，所以ASCII碼的最高位被用作校驗(yàn)位，另外7位記錄數(shù)字符號(hào)的編碼。1.2信息在計(jì)算機(jī)中表示，1.2.3字符表示2漢字編碼ASCII碼只能表示英文字

13、母和數(shù)字等符號(hào)。要用計(jì)算機(jī)處理漢字，還必須對(duì)漢字進(jìn)行編碼。與西方漢字相比，漢字?jǐn)?shù)量多、形狀復(fù)雜、同音字多，所以漢字在存儲(chǔ)、傳輸、交換、輸入和輸出中所使用的編碼是不同的。(1)漢字輸入碼(2)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碼、位置碼和序列碼(3)漢字內(nèi)碼(4)漢字字體碼(1.2)計(jì)算機(jī)信息表示和漢字輸入碼。目前，標(biāo)準(zhǔn)的西方鍵盤仍然是在計(jì)算機(jī)上輸入漢字最廣泛使用的鍵盤。為了使用西方標(biāo)準(zhǔn)鍵盤直接輸入漢字，有必要為漢字設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于各種鍵位的代碼，以滿足計(jì)算機(jī)輸入漢字的需要。所謂的漢字輸入碼是西方鍵盤上按照一定規(guī)則對(duì)應(yīng)漢字的鍵序列。根據(jù)漢字的筆畫和部首，漢字代碼稱為字體代碼，如吳彼字體代碼。根據(jù)漢字的發(fā)音，形成的漢字編碼稱為音

14、碼，如目前流行的智能ABC和微軟拼音。同時(shí)，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是根據(jù)漢字的筆畫、部首和讀音建立起來(lái)的，形成的漢字編碼稱為音碼，如自然碼。1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理組件。它是由各種電子設(shè)備和印刷電路板組成的復(fù)雜系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)插件、機(jī)箱、電源、冷卻系統(tǒng)和外部設(shè)備。它以電氣和機(jī)械的方式相互連接，形成一個(gè)功能實(shí)體，這是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)是指各種系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和相應(yīng)的描述文件等。軟件根據(jù)其功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是指為方便用戶、提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率和擴(kuò)展硬件

15、功能而編制的程序。如操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯器、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。應(yīng)用軟件是指用戶為解決特定問(wèn)題而編譯的程序。1.3.2計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件是人們可以看到和感覺(jué)到的實(shí)體。它由一組設(shè)備組裝而成，這些設(shè)備作為一個(gè)整體進(jìn)行協(xié)調(diào)，因此被稱為硬件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)硬件主要由五部分組成：運(yùn)算單元、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。1算術(shù)單元(ALU)2?？刂破?CU)3存儲(chǔ)器(1)主存儲(chǔ)器(內(nèi)部存儲(chǔ)器)(2)輔助存儲(chǔ)器(外部存儲(chǔ)器)4輸入設(shè)備5輸出設(shè)備，1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)硬件基本組成圖，計(jì)算機(jī)硬件輸入設(shè)備，輸入設(shè)備：從外部向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和程序的設(shè)備。常見(jiàn)的輸入設(shè)備如下：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀和針式打印機(jī)優(yōu)點(diǎn)：

16、打印成本低，打印介質(zhì)廣。缺點(diǎn)：印刷質(zhì)量差，噪音大。噴墨打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低，噪音低，打印速度快，打印質(zhì)量好。缺點(diǎn)：當(dāng)暴露在水中時(shí)，顏色會(huì)褪色，這就需要很高的打印紙。激光打印機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：打印速度快，打印質(zhì)量好，噪音低。缺點(diǎn)：價(jià)格高，打印成本高。輸出設(shè)備打印機(jī)，計(jì)算機(jī)硬件-輸出設(shè)備，1.3.3計(jì)算機(jī)軟件1計(jì)算機(jī)軟件分類計(jì)算機(jī)軟件是指運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的各種程序和相關(guān)文件。使用不同的計(jì)算機(jī)軟件，計(jì)算機(jī)可以做許多不同的工作。計(jì)算機(jī)軟件一般分為兩類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是指與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)并面向系統(tǒng)本身的軟件。它主要負(fù)責(zé)管理、控制、維護(hù)和開發(fā)計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，為用戶提供方便的操作界面，為應(yīng)用軟件的編譯提供資源環(huán)境。應(yīng)用軟件是計(jì)算機(jī)用戶在各自的業(yè)務(wù)領(lǐng)域開發(fā)和使用的應(yīng)用程序，用于解決各種實(shí)際問(wèn)題。1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.3計(jì)算機(jī)軟件2計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和編程計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是人和計(jì)算機(jī)之間交換信息的工具。人們使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫程序，并讓計(jì)算機(jī)根據(jù)他們的意愿為人們解決一些實(shí)際問(wèn)題。