计算机基础知识

计算机基础知识是关于计算机的应用及操作的基本知识。在当下，计算机成为一个不可或缺的工具，无论是学习、工作，还是生活中，都离不开它。为了让广大的学员了解计算机、用好计算机，进一步普及计算机基础知识。主要从三个方面进行介绍：计算机的躯体——硬件系统、计算机的灵魂——软件系统以及计算机的精彩世界——计算机网络。这三部分内容是相辅相承的关系，通过课程系统的学习，相信将加深你对计算机的认识。

基本信息

• 中文名：计算机基础知识
• 英文名：Computer basic knowledge

• 工作原理：存储程序，逐条执行
• 数制：二进制
• 基本逻辑运算：与、或、非

概述

基本理论

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计算机与信息处理

● 信息是反映客观情况的资料，其可由图、文、声、像等多媒体形式表现。

● 数字化信息：仅用0和1代码串表示的信息称数字化信息。

● 计算机是一种信息处理（加工）机。计算机一般指的是数字计算机，数字计算机能接受和处理的是数字化信息。

● 输入计算机的信息可分成数据和程序两类：数据是被加工的对象；程序是加工数据的指令串。

● 信息处理指的是对信息的编码、存储、转换、传输、检测等。

● 计算机可处理的信息有文字、数值、图形、声音、图像、视频等。

计算机的工作原理和分类

1.计算机的工作原理：存储程序，逐条执行（由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼/Von Neumann提出并付诸实现）。

2.计算机的分类：

● 按信息的表示和处理方式分：数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机。

● 按计算机用途分：专用计算机、通用计算机

● 按计算机规模与性能分：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机

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计算机的发展与应用

1.计算机的发展简况

● 1946年第一台数字计算机(ENIAC)问世（诞生于美国）

● 第一代（46-57年）:以电子管为逻辑元件，迟延线或磁鼓做存储器；一般用于科学计算和军事方面。

● 第二代（58-64年）:以晶体管为逻辑元件，用磁芯为主存储器，并开始使用及磁带等外存储器；创立了高级语言。

● 第三代（65-71年）:以集成电路为主要功能器件，主存储器采用半导体存储器；出现了批处理、分时及实时操作系统。

● 第四代（72— ）:将CPU、存储器及各I/O接口做在大规模集成电路芯片上。应用已极其广泛。

2.计算机的特点:

● 运算速度快——运算速度以每秒运算次数表示，目前已高达每秒几十亿次到几千亿次

● 精确度高——精确度以机器字长表示，即所能表示数据（二进制数）的位数，目前已达到64位。

● 具有记忆(存储)能力——用各种存储器存储信息。

● 具有逻辑判断功能——进行是或非的判断。

● 高度自动化与灵活性——用程序控制计算机自动操作。

3.计算机的应用领域:

● 科学计算 (航天、桥梁、建筑)

● 实时控制 (生产线、现代武器)

● 数据处理 (数据库)

● 计算机辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）和辅助教学（CAI）

● 文字处理和办公自动化

● 人工智能（机器人、智能汽车）

● 计算机网络应用（Internet、校园网）

数制与编码

数制是表示数的方法和规则；编码就是解决各种信息按照什么方法和规则表示成0、1代码串的问题。
数制
1. 进位计数制
（1）十进制计数制:有0-9十个数码，逢十进一。
（2）二进制计数制:仅有0、1两个数码，逢二进一。（0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10）
（3）八进制计数制:有0-7共8个数码，逢八进一。（7+1=10）
（4）十六进制计数制:有0-9、A、B、C、D、E、F共十六个数码，逢十六进一。（F+1=10）
（5）数的表示：(数值)计数制 例：(2BF)16 （十进制数默认，可不加下标。）
（6）各进制数的对应关系。（试写出？处相应的数）
2. 数制间的转换（输入计算机的数都要被转换为二进制）
（1）各进位制数转换为十进制数
将各进位制数按照其通式展开（个位为0位），计算出结果即可。
（2）十进制数换成二、八、十六进制数
10→？采用“?除 — 倒取余数法”（一直除到商为0，将得出的余数倒排即为转换结果。）
（3）二进制数与八进制数转换
2→8采用“三位一并”法：以小数点为基点，向左右两边三位一组转为八进制数，不足三位用0补齐。
8→2采用“一分为三”法。
（4）二进制数与十六进制数转换
2→16采用“四位一并”法：以小数点为基点，向左右两边四位一组转为十六进制数，不足四位用0补齐。
16→2采用“一分为四”法。
ASCII码(美国标准信息交换码)
● 字母、标点符号、特殊符号以及作为符号使用的数字，通称为字符。这些字符统一采用美国标准信息交换代码表示，简称ASCII码。
● ASCII码查表方法：ASCII码用7位二进制数（或最高位为0的8位二进制数）来表示；表中的列表示第654位，行表示第3210位，共128个编码。查表按先列后行读数。
● 字符的大小是根据其ASCII码大小来比较的。常用字符的ASCII码（由小到大）：空格 — 数字 — 大写字母 — 小写字母
汉字编码
为了用0、1代码串表示汉字，我国制定了汉字的信息交换码GB2312-80，简称国标码。
● 国标码共有字符7445个。一级汉字3755个，按汉语拼音顺序排列；二级汉字3008个，按部首和笔画排列。
● 由于汉字的字符多，国标码的每一个符号都用两个字节（16位二进制）代码来表示。
1. 国标码：行、列各94(0-93)，用先行后列的双7位二进制数表示，即两个字节的最高位为0。
2. 区位码：用二进制国标码表示不很方便，因此汉字也可用十进制区位码表示。
● 区(行)、位(列)各94(1-94)，用先区后位的双2位十进制数表示，不足两位前面补0。
3. 机内码：是计算机内部实际使用的表示汉字的代码，在微机中多用两字节(最高位为1)代码作为机内码。
4. 三种编码的相互转换：
● 将区位码的区号和位号分别由十进制转换对应的十六进制后+2020H即为国标码(其中H表示16进制数）；
● 将十六进制国标码+8080H即为机内码。由此可见，机内码两个字节的最高位一定为1（国标码的为0）。
例：大字的区位码为2083、国标码为1453H+2020H=3473H、机内码为3473H+8080H=B4F3H。

基本运算

计算机的计算有两种：数值计算（最基本的是四则运算）和非数值计算（最基本的是逻辑运算）。
四则运算
四则运算中最基本的是加法，其它运算都可由加法实现。
二进制的加法规则：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10
二进制的乘法规则：0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1
基本逻辑运算
基本逻辑运算有三种：与（AND）、或（OR）、非（NOT）。
以下0、1是二进制码，一般1表示事件的肯定（真）、0表示事件的否定（假）。
1.逻辑与规则（当A和B同时为真时，A AND B 的值为真，否则为假。）
0 AND 0=0,n,0 AND 1=0 nn1 AND 0=0 nn1 AND 1=1（或 0?0=0 0?1=0 1?0=0 1?1=1）
2.逻辑或规则（当A和B有一个为真时，A OR B 的值为真，否则为假。）
0 OR 0=0 nn0 OR 1=1nn1 OR 0=1 nn1 OR 1=1（或 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1）
3.逻辑非规则（当A为真时，NOT A 的值为假；当A假时，NOT A 的值为真。）
NOT 0=1 nnNOT 1=0（取反）

系统组成

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● 计算机系统包括硬件系统和软件系统两部分。

● 硬件系统是构成计算机的所有实体部件的集合；软件系统是各种程序和文档的总和。

计算机的硬件系统

硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分构成。

1. 运算器：计算机进行算术运算与逻辑运算的主要部件。

2. 控制器：从存储器中逐条取出指令控制计算机各部件协调工作，其是计算机的指挥中心。

3. 存储器

● 计算机的存储部件,用于存放原始数据和程序。

● 存储器按8位二进制位或其倍数划分存储单元，每个单元有一个编号，即地址。

● 存储容量以字节为单位计算:

A.8位二进制数为1字节[byte]记为1B；1024[2的10次方]个字节记为1KB；1024KB记为1MB；1024MB记为1GB。

B.字节单位换算关系：1GB=1024MB=1024×1024KB=1024×1024×1024B

● 存储器分为内存储器（主存储器）和外存储器（辅助存储器）两种：

A.内存是半导体存储器，其又可分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)两种，平时所说的内存一般是指RAM；外存主要是磁性介质存储器，有磁盘(软盘、硬盘)、磁带、只读光盘等。

B.CPU可直接对内存进行存取操作，而外存的数据都必须先调入内存才能进行操作，因此内存是计算机信息交换的中心。

C.内存存取速度快，存储容量小，一掉电信息就丢失；外存存取速度慢，存储容量大，可永久保存数据。

4. 输入设备：将原始数据与程序转换成计算机所能识别的0、1代码串输入到计算机中。

常用输入设备有键盘、鼠标器、麦克风、扫描仪、光笔、电传打字机等。

5. 输出设备：将计算机处理过的信息转换成人们熟悉的形式或其它设备能够识别的信息输出机外。

常用输出设备有显示器、打印机、音箱、绘图仪等。

注意:

● 控制器与运算器组成计算机的核心称中央处理器(CPU)

● CPU与内存一起称为主机。

● 输入、输出设备和外存储器统称为外部设备。

注：磁盘驱动器虽是存储设备，但也有输入和输出双重功能, 因此又可作为输入、输出设备。

硬件结构组成图。

PC的硬件组成

PC是个人计算机的简称，是微型计算机的一种，最先由IBM公司推出IBM PC。

硬件设施

主机与主机箱

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主机箱内主要有主机板、接口卡、外存的驱动器、电源、扬声器等，如图1-7及视频1-1示

（1） 主机板

PC的主机及其附属电路都装在一块电路板上，称为主机板或主板，如图1-8所示。

主板上最主要的部件是主机，即CPU和内存，图1-9是CPU和内存条的外形。

CPU

CPU的两个重要指标是字长和时钟频率。字长反映了PC能同时处理的数据的长度，其标志计算机的运算精度；时钟频率则反映了PC的运行速度。CPU的性能指标决定了计算机的档次。

内存

PC的内存主要有ROM、RAM和Cache三种：

● ROM[只读存储器]只能读不能写，用来固化一些重要的系统程序；

● RAM[随机读写存储器]是PC的主存储器，做成内存条插在插座上。计算机一旦掉电，RAM中的信息全部丢失。目前配置一般有64MB、128MB、512MB或更高。

● Cache[高速缓冲存储器]

A. 为解决CPU速度[提高很越来越快]和内存速度[提高较慢]不匹配的瓶颈问题；

B. Cache是一种速度较高造价也较高的随机存储器，配在内存和CPU之间或两者分别配有；

C. 内存中的部分数据放在Cache中，CPU读写数据时，先访问Cache，不能满足时才访问内存，这样既可提高数据的存取速度，又有较好的性能价格比。

其他

主板上还有一些附属电路，主要有总线和一些寄存器及其控制线路等。

总线是CPU内部各单元之间数据传送、CPU与外部交换信息的通道。

寄存器是临时存放数据或指令的存储单元。

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（2）扩充插座及接口卡

● 一般配置有6-8个扩充插座，用于将外设与主机相连的接口卡（适配器）可插在任何一个扩充插座中。

● 不同的外设有不同的接口卡，如显示卡、网络卡、声卡、防病毒卡、图形加速卡、A/D、D/A转换卡等。现在一般都将声卡、软驱和硬驱控制卡等集成在主板上，以减少接口卡。

● 显示卡单独做在一个电路板上，不同类型的显示卡要与相应的显示器匹配。

A.根据显示模式可分为MDA[单色显示卡]、CGA[彩色图形卡]、EGA[增强型图形卡]、VGA[视频图形阵列卡]、TVGA、SVGA卡；

B.VGA图形显示分辨率最少有640×480象素，颜色最多可选择256种；TVGA和SVGA扩展了若干字符显示和图形显示的新标准，分辨率可达1280×1024，色彩可达到真彩色。

（3）磁盘驱动器和光盘驱动器

● 在主机箱内最多可以装两个软驱和两个硬驱或光驱。

● 它们属于外部设备（外存），因此必须用通过驱动器控制卡（或直接）与主机连接。

（4）电源

主机箱内安装的稳压电源可将交流电（市电）变换为低压直流电，供主机箱内各部件和键盘使用。

键盘

键盘是主要输入设备，其自带微处理器，具有通断、译码功能。键盘通过电缆与主机后面相同颜色的插孔相连。
● 键盘操作要领
A.基准键位及手指键位：左手A、S、D、F 右手 J、K、L、；
B.正确的指法● 要领:将双手食指定位到J和F两键（各有一个小凸台），其他手指依次搭在相应的键上，两大拇指搭在空格键上，用最近的手指敲击各键，注意击后回位。
● 不要用力过猛，更不要按住一键不放；眼睛尽量不看键盘，经常练习即可实现盲打。

鼠标器

鼠标是重要输入设备，分二键和三键鼠标两种，但都使用左、右两键。鼠标的箭头在不同情况下会有不同形状，表示不同的意义，如漏斗型表示系统忙、请等待。
● 移动: 不按键移动鼠标
● 拖动: 按住左键不放移动鼠标
● 单击: 按下鼠标左键。如不说明，鼠标按键指左键。
● 双击: 连续快速按左键两次
● 右击: 按下鼠标右键

显示器

● 显示器的主要指标是分辨率，用屏幕纵、横方向显示的点（像素）数表示。分辨率越高，显示的字符和图像越清晰。
● 显示器的另一指标是色彩深度指，用一点上表示色彩的二进制位数表示。位数越多，色彩层次越丰富，一般16M以上的色彩称为真彩色。
● 显示器的尺寸是指屏幕对角线的长度，常用的有15'—21'。
● 目前常见的显示器有两种：CRT普通或纯平显示器、LCD液晶显示器[无辐射]。
● 每一种显示器都要与相应的显示卡匹配。

打印机

打印机分为三种：点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机。
点阵式打印机
● 原理：击打式，打印头有24根钢针点击色带将点阵打印到纸上。
● 相对性能：价格低、耗费少；但打印质量较差，噪音大、速度慢。
● 常见机型：LQ—1600K等
喷墨打印机
● 原理：非击打式，从许多精细的喷嘴喷射墨水到纸上。
● 相对性能：价格较低、打印质量好、噪音小；但耗费大、且喷嘴易堵。
● 常见机型：Cannon、Epson、联想等各种品牌
激光打印机
● 原理：利用激光扫描技术将输出信号进行高频调制，再转换成点阵信号输出。
● 相对性能：速度快、噪音小、打印质量最高；但价格较高。
● 常见机型：Hp LaserJet 6L等

其他外部设备

扫描仪、绘图仪、游戏棒、数码相机、数码摄像机等。

外部存储器

PC的外部存储器有软盘、硬盘和光盘驱动器等。
（1）软盘存储器：软盘与驱动器分离
● 软盘是磁性介质存储器，根据盘片直径的不同，软盘有3.5英寸和5.25英寸两种（已淘汰）。
● 速度：软盘的速度低，仅为每分钟300转。
● 容量：3.5英寸软盘有2个记录磁面，编号为0和1；每个磁面有80个磁道，从外到里编号为0—79；每个磁道划分18个扇区；每个扇区可存储512字节的数据。容量为：512B×18×80×2≈1.44MB
（2） 硬盘存储器：硬盘与驱动器合为一体密封在金属盒体中。硬盘读写速度快、容量大、寿命长，是计算机最主要的外存。
● 硬盘片由钢性的合金圆片组成，表面敷有一层磁性介质。
● 速度：硬盘的读写速度大大高于软盘，每分钟可达5400—7200转。如图1-14所示，每个盘片的每个面都对应有一个读写磁头，磁头悬浮在磁盘表面（温彻斯特技术），因而读写速度快，并可减少磁头磨损。
● 容量：硬盘由多个性能相同、尺寸一样的双面盘片固定安装在同一个主轴上，容量一般在40-300GB之间。
（3）光盘存储器：光盘与驱动器分离，光盘存储器一般指CD-ROM。其他类型的光驱有：光盘刻录机CD-R、DVD、康宝COMBO[综合型]等。
● 光盘片是有铝放射层的塑料圆盘，由于采用了光存储技术，故存储密度高。
● 速度：光驱的读写速度介于硬盘与软盘之间，用倍速表示，1倍速是150Kbps，如为40倍速，则数据传输速率为150Kbps×40。（这里的b是指二进制位，不是字节B）
● 容量：一般为650—700MB。虽然只是单面存储，但目前最先进的DVD光盘容量已达到150GB。
（4）大容量移动存储设备
● 优盘[OnlyDisk]： USB接口（热插拔）、无需驱动器的高容量存储器。其特点是体积小、重量轻，容量较大（64MB、128MB、256MB……2GB）、存取速度较快，价格比较便宜，已在逐步取代软盘。
● 移动硬盘：USB接口的可携带的硬盘，具有固定硬盘的基本特征。容量20—80GB，价格比较贵。

软件系统

软件是所有程序和文档的总和。
1.指令与指令系统
指令是指示计算机执行某种操作的命令。基本指令的集合构成了计算机的指令系统。
指令由两部分构成：操作码和操作数地址码。操作码规定计算机做何种操作；地址码指出参与操作的数据及操作结果所存放的位置（简单的地址码只有一个，复杂的可有两到三个）。
指令的种类：运算指令、传送指令、控制指令、输入输出指令、特殊指令。

2.程序
程序是指令的有序集合。

3.程序设计语言
（1）机器语言
● 以二进制代码表示的机器指令的集合。其是面向机器的程序设计语言。
● 是计算机唯一能直接识别的语言。运行速度快，但难以记忆。
（2）汇编语言
● 用助记符号表示的语言。也是面向机器的程序设计语言（低级语言）。
● 要将其翻译成机器语言才能执行。
（3）高级语言
● 接近人类自然语言的程序设计语言，其是面向过程的通用性很强的语言。
● 也要将其翻译成机器语言才能执行。常用的有VisualC、 VisualFoxPro、VisualBASIC、JAVA等。 

4.软件系统的基本概念
软件是计算机系统中为运行、维护、管理和应用计算机所编制的所有程序和支持文档的总和。

系统软件

系统软件

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系统软件是运行、管理、维护计算机的最基本的软件，一般由厂商提供。

（1）操作系统

操作系统是控制与管理计算机软、硬件资源，合理组织计算机工作流程以及提供人机界面的程序的集合。

操作系统主要功能：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理。

（2）语言处理程序

用汇编语言或高级语言书写的程序称为源程序；源程序必须经过翻译处理才能转换成计算机可直接执行的机器语言程序，称为目标程序。

语言处理（翻译）程序有三种：

● 汇编程序：将汇编语言源程序翻译成目标程序后执行的翻译程序。

● 解释程序：将高级语言源程序逐句翻译、逐句执行的翻译程序。

● 编译程序：将高级语言源程序整个翻译成目标程序并连接再后执行的翻译程序

（3）实用程序：也称为支撑软件，是机器维护、软件开发所必须的软件工具。

应用软件

针对各类应用的专门问题而开发的软件。1.4.4 PC的操作系统
操作系统是最基本最重要的系统软件，影响较大的操作系统有MS-DOS/PC-DOS、UNIX/XENIX和Windows三类。
1. 从DOS到WindowsXP
MS-DOS/PC-DOS
● DOS是磁盘操作系统的缩写，其是基于字符界面的单用户、单任务的操作系统。
● 对西文DOS经过扩充改造，使之既能处理汉字，又保持西文软件原有的功能，称为DOS中文平台，又称为汉字系统。
● DOS版本从1.0-6.22，中文平台有CCDOS、SPDOS、UCDOS等。
Windows
● Windows是基于图形窗口界面的操作系统。
● Windows的版本从开始的Windows2.0、Windows3.X都需要DOS支持才能运行；
● 95年发布了的视窗操作系统Windows95；
● XP年发布了WindowsXP，其网络功能更强、速度更快、可靠性好。
● Windows95/XP与DOS相比的最大不同点是支持多任务运行；是单用户、多任务的操作系统。另外它还能支持声音、音乐、图像等多媒体信息处理。
2. WindowsXP视窗操作系统

1. WindowsXP操作系统家族
● WindowsXP Professional 用于个人机
● WindowsXP Server 用于中小型企业、服务器
● WindowsXP Advanced 用于大型企业、服务器
● WindowsXP Data Center Server 用于大型数据仓库、特大型服务器
2. WindowsXP的特征
● WindowsXP是基于WindowsNT技术的多用户、多任务的操作系统。
● 加强了系统稳定性和安全性,进一步提高了网络功能支持。
● 提高了系统对硬件、软件和网络协议的兼容性。
● 除了FAT外，又新增了更为安全的NTFS磁盘分区格式。
● 加强了多媒体技术的支持，改进了系统管理。
● 界面更友好，WindowsXP/XP都捆绑IE5.0。
6.不同档次PC的基本配置
1.4.5 计算机的性能指标
1.主频（时钟频率）：即计算机CPU的时钟频率，在很大程度上决定了计算机的运算速度。单位是赫兹，目前主频已高达3.0GHz。
2.基本字长：标志计算机的运算精度。字长越长，运算精度越高。单位是二进制位数，一般字长有16、32、64位。
3.存储器容量：一般来说，内、外存容量越大，计算机的处理能力就越强，速度越快，但须与处理器的速度相匹配。
4.运算速度、系统可靠性、可维护性、兼容性、诊断能力容错能力、指令系统功能
5.性能价格比：软硬件的各种性能与整个系统的价格比越高越好。