計算機基礎(chǔ)教程(windows+office2003)第02章

1、第02章 計算機基礎(chǔ)知識及系統(tǒng)組成 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機的應(yīng)用已滲透到人們工作和生活的各個角落，而且這種滲透趨勢還會越來越強?，F(xiàn)代社會是信息的社會，而絕大多數(shù)信息的處理都離不開計算機。為了更好地使用計算機，很有必要了解計算機的發(fā)展和應(yīng)用、計算機的進制和信息的表示、微型計算機的構(gòu)成和工作原理等計算機基礎(chǔ)知識，為以后學習和使用計算機打下良好的基礎(chǔ) 。 教學重點與難點 計算機的發(fā)展 計算機的分類 計算機的進制和信息表示 進制之間的轉(zhuǎn)換 微型計算機的系統(tǒng)基本組成 計算機操作系統(tǒng) 計算機的工作原理和性能指標2.1 計算機的發(fā)展與應(yīng)用 電子計算機的產(chǎn)生和發(fā)展是當代科學技術(shù)最偉大的成就之一。自194

2、6年美國研制的第一臺電子計算機ENIAC以來，在半個多世紀的時間里，計算機的發(fā)展取得了令人矚目的成就。計算機的出現(xiàn)有力地推動了科學技術(shù)的應(yīng)用。計算機在科學研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)以及在社會各個領(lǐng)域都得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機將在信息交流及在新技術(shù)革命中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并推動人類社會更快地向前發(fā)展。 計算機的發(fā)展 計算機的特點 計算機的分類 計算機的應(yīng)用領(lǐng)域2.1.1 計算機的發(fā)展 1946年2月14日，美國賓夕法尼亞大學的物理學家毛徹萊(J.W.Mauchly)和電子工程師?？铺?J.P.Eckert)在海軍部的支持下，以馮紐曼的設(shè)計思想為指導(dǎo)，研制出一臺電子真空管計算

3、機，稱為 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator電子數(shù)字積分計算機) (讀作“埃尼克”)，被后人稱之為世界上第一臺電子數(shù)字計算機 。2.1.2 計算機的特點 計算機是一種可以進行自動控制、具有記憶功能的現(xiàn)代化計算機工具和信息處理工具。它主要有以下5個方面的特點 。 運算速度快 計算精度高 存儲功能強 具有邏輯判斷能力 可靠性高、通用性強2.1.3 計算機的分類 從總體上講，電子計算機可分為模擬計算機和數(shù)字計算機兩大類。數(shù)字計算機又可分為通用機和專用機兩類。通用計算機能夠解決各種類型的問題，具有較強的通用性。專用計算機是為了解決某

4、些特定問題而專門設(shè)計的計算機。一般所講的計算機類型，指是的通用機 。2.1.4 計算機的應(yīng)用領(lǐng)域 由于計算機的快速性、通用性、準確性和邏輯性等特點，使它不但具有高速運算能力，而且還具有邏輯分析和邏輯判斷能力。這不僅可以大大提高人們的工作效率，而且可以部分替代人的腦力勞動，所以其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎各行各業(yè)都能使用計算機幫助人們完成一定的工作。例如，從工業(yè)生產(chǎn)的計劃到過程控制，從醫(yī)學自動生化分析到自動問診、提出治療方案和開處方，以及從兒童玩具自動化到家庭生活計劃管理等 。2.2 計算機的進制和信息表示 數(shù)據(jù)是計算機處理的對象。在計算機內(nèi)部，各種信息都必須經(jīng)過數(shù)字化編碼后才能被傳送、存儲和處理，

5、而在計算機中采用什么進制，如何表示數(shù)的正負和大小，是學習計算機首先遇到的一個重要問題。 計算機內(nèi)部一律采用二進制，而人們在編程中經(jīng)常使用十進制，有時為了方便還采用八進制和十六進制。因此，搞清不同進制及其相互轉(zhuǎn)換是重要的 。 計算機采用二進制數(shù)的原因 計算機中的進制表示 進制之間的轉(zhuǎn)換 二進制數(shù)的算術(shù)運算 二進制數(shù)的邏輯運算2.2.1 計算機采用二進制數(shù)的原因 二進制并不符合人們的習慣，但是計算機內(nèi)部卻采用二進制表示信息，其主要原因有以下4點。 電路簡單：計算機是由邏輯電路組成的，邏輯電路通常只有兩個狀態(tài)。例如，開關(guān)的接通與斷開，電壓電平的高與低等。這兩種狀態(tài)正好用二進制的0和1來表示。若采用十

6、進制，則要求處理10種電路狀態(tài)，相對于兩種狀態(tài)的電路來說，是很復(fù)雜的。 工作可靠：兩個狀態(tài)代表兩個數(shù)據(jù)，數(shù)字傳輸和處理不容易出錯，因而電路更加可靠。 簡化運算：二進制運算法則簡單。例如，求和法則有3個，求積法則有3個。 邏輯性強：計算機工作原理是建立在邏輯運算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據(jù)。二進制只有兩個數(shù)碼，正好代表邏輯代數(shù)中的“真”與“假” 。2.2.2 計算機中的進制表示 在計算機中必須采用某一方式來對數(shù)據(jù)進行存儲或表示，這種方式就是計算機中的數(shù)制。數(shù)制，即進位計數(shù)制，是人們利用數(shù)字符號按進位原則進行數(shù)據(jù)大小計算的方法。通常是以十進制來進行計算的。另外，還有二進制、八進制和十六進

7、制等 。2.2.3 進制之間的轉(zhuǎn)換 不同進制之間進行轉(zhuǎn)換應(yīng)遵循轉(zhuǎn)換原則。其轉(zhuǎn)換原則是：兩個有理數(shù)如果相等，則有理數(shù)的整數(shù)部分和分數(shù)部分一定分別相等。也就是說，若轉(zhuǎn)換前兩數(shù)相等，則轉(zhuǎn)換后仍必須相等 。2.2.4 二進制數(shù)的算數(shù)運算 同十進制數(shù)的運算類似，二進制數(shù)的算術(shù)運算包括加法、減法、乘法和除法 。2.2.5 二進制數(shù)的邏輯運算 邏輯變量之間的運算稱為邏輯運算，它是邏輯代數(shù)的研究內(nèi)容，也是計算機需要的基本操作。二進制數(shù)1和0在邏輯上可代表“真”與“假”、“是”與“否”、“有”與“無”。這種具有邏輯屬性的變量就稱邏輯變量。由此可見，邏輯運算是以二進制數(shù)為基礎(chǔ)的。 計算機的邏輯運算區(qū)別于算術(shù)運算的

8、主要特點是：邏輯運算是按位進行的，位與位之間不像加減運算那么有進位或借位的關(guān)系。 邏輯運算主要包括3種基本運算：邏輯加法(又稱“或”運算)、邏輯乘法(又稱“與”運算)和邏輯否定(又稱“非”運算)。此外，“異或”運算也很有用 。2.3 計算機中的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)是指能夠輸入計算機并被計算機處理的數(shù)字、字母和符號的集合。平常所看到的景象和聽到的事實，都可以用數(shù)據(jù)來描述。通常經(jīng)過收集、整理和組織起來的數(shù)據(jù)，就能成為有用的信息 。 計算機中數(shù)的單位 計算機中數(shù)的表示2.3.1 計算機中數(shù)的單位 在計算機內(nèi)部，數(shù)據(jù)都是以二進制的形式存儲和運算的。計算機數(shù)據(jù)的表示經(jīng)常使用到以下幾個概念 。1KB210B1024

9、B1MB210210B10241024B1GB210210210B1024MB10241024KB102410241024B2.3.2 計算機中數(shù)的表示 在計算機內(nèi)部，任何信息都以二進制代碼表示(即0與1的組合來表示)。一個數(shù)在計算機中的表示形式稱為機器數(shù)。機器數(shù)所對應(yīng)的原來數(shù)值稱為真值，由于采用二進制，必須要把符號數(shù)字化，通常是用機器數(shù)的最高位作為符號位，僅用來表示數(shù)符。若該位為0，則表示正數(shù)；若該位為1，則表示負數(shù)。機器數(shù)也有不同表示法，常用的有3種：原碼、補碼和反碼。下面以字長8位為例，介紹計算機中數(shù)的原碼表示法，其他表示法可參考其他資料。 原碼表示法即用機器數(shù)的最高位代表符號(若為0，

10、則代表正數(shù)，若為1，則代表負數(shù))，數(shù)值部分為真值的絕對值的一種表示方法 。2.4 計算機中常用的編碼 字符又稱為符號數(shù)據(jù)，包括字母和符號等。計算機除處理數(shù)值信息外，大量處理的是字符信息。例如，將高級語言編寫的程序輸入到計算機時，人與計算機通信時所用的語言就不再是一種純數(shù)字語言而是字符語言。由于計算機中只能存儲二進制數(shù)，這就需要對字符進行編碼，建立字符數(shù)據(jù)與二進制串之間的對應(yīng)關(guān)系，以便于計算機識別、存儲和處理 。 ASCII碼 漢字的存儲與編碼2.4.1 ASCII碼 目前，國際上使用的字母、數(shù)字和符號的信息、編碼系統(tǒng)種類很多，但使用最廣泛的是ASCII碼(American Standard C

11、ode for Interchange)。該碼開始時是美國國家信息交換標準字符碼，后來被采納為一種國際通用的信息交換標準代碼。 ASCII碼總共有128個元素，其中包括32個通用控制字符、10個十進制數(shù)碼、52個英文大、小寫字母和34個專用符號。因為ASCII碼總共為128個元素，故用二進制編碼表示需用7位。任意一個元素由7位二進制數(shù)D6D5D4D3D2D1D0表示，從0000000到1111111共有128種編碼，可用來表示128個不同的字符。ASCII碼是7位的編碼，但由于字節(jié)(8位)是計算機中常用單位，故仍以1字節(jié)來存放一個ASCII字符，每個字節(jié)中多余的最高位取為0 。2.4.2 漢字

12、的存儲與編碼 漢字的存儲有兩個方面的含義：一是字型碼的存儲，一是漢字內(nèi)碼的存儲。 為了能顯示和打印漢字，必須存儲漢字的字型。目前普遍使用的漢字字型碼是用點陣方式表示的，稱為“點陣字模碼”。所謂“點陣字模碼”，就是將漢字像圖像一樣置于網(wǎng)狀方格上，每格是存儲器中的一個位，1616點陣是在縱向16點、橫向16點的網(wǎng)狀方格上寫一個漢字，有筆劃的格對應(yīng)1，無筆劃的格對應(yīng)0。這種用點陣形式存儲的漢字字型信息的集合稱為漢字字模庫，簡稱漢字字庫 。2.5 微型計算機的硬件系統(tǒng) 微型計算機簡稱為PC機，經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，已成為現(xiàn)代信息社會的一個重要角色。伴隨著電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的不斷進步，計算機從最早的

13、IBM-PC機發(fā)展到今天的酷睿2(Core 2 Duo)雙核系列，其性能指標、存儲容量和運行速度已大大提高 。 主機 存儲器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備2.5.1 主機 主機從外觀上分為臥式和立式兩種，主要由機箱、電源、主板、CPU、內(nèi)存、硬盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、顯示適配器(顯卡)、音頻適配器(聲卡)等部分組成。 通常在主機箱正面，都有電源開關(guān)和Reset按鈕。Reset按鈕可以在計算機系統(tǒng)不能正常關(guān)閉的情況下重新啟動計算機。在主機箱的正面都有一個軟盤驅(qū)動器插口和光盤驅(qū)動器托盤，用來插入軟盤存取數(shù)據(jù)，或者讀取光盤上的信息 。2.5.2 存儲器 計算機之所以能夠快速、自動地進行各種復(fù)

14、雜的運算，是因為事先已把解題程序和數(shù)據(jù)存儲在存儲器中。在運算過程中，由存儲器按事先編好的程序，快速地提供給微處理器進行處理。這就是程序存儲工作方式。根據(jù)存儲器設(shè)在主機內(nèi)部和外部，可將存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器 。2.5.3 輸入設(shè)備 輸入設(shè)備指的是將外界信息(數(shù)據(jù)、程序、命令及各種信號)送入計算機的設(shè)置。計算機常用輸入設(shè)備為鍵盤和鼠標等設(shè)備 。2.5.4 輸出設(shè)備 所謂輸出設(shè)備是指計算機處理和計算后所得的結(jié)果，以人們便于識別的形式(如字符、數(shù)值和圖表等)記錄、顯示或打印出來的設(shè)備。常用的設(shè)備有顯示器和打印機等 。 2.6 微型計算機的軟件系統(tǒng) 計算機軟件由程序和有關(guān)的文檔組成。程序是指令序列

15、的符號表示，文檔是軟件開發(fā)過程中建立的技術(shù)資料。程序是軟件的主體，一般保存在存儲介質(zhì)，如軟盤、硬盤或光盤中，以便在計算機上使用。文檔對于使用和維護軟件尤其重要，隨軟件產(chǎn)品發(fā)布的文檔主要是使用手冊，其中包含了該軟件產(chǎn)品的功能介紹、運行環(huán)境要求、安裝方法、操作說明和錯誤信息說明等。計算機軟件按用途可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 。 系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件2.6.1 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是管理、監(jiān)控和維護計算機資源的軟件，是用來擴大計算機的功能、提高計算機的工作效率、方便用戶使用計算機的軟件，人們借助于軟件來使用計算機。系統(tǒng)軟件是計算機正常運轉(zhuǎn)不可缺少的，一般由計算機生產(chǎn)廠家或?qū)ｉT的軟件開發(fā)公司研制，出廠時寫入

16、ROM芯片或存入磁盤(供用戶選購)，任何用戶都要用到系統(tǒng)軟件，其他程序都要在系統(tǒng)軟件支持下運行。 系統(tǒng)軟件又可分為4類：操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和軟件工具 。2.6.2 應(yīng)用軟件 為解決計算機各類問題而編寫的程序稱為應(yīng)用軟件。它又可分為應(yīng)用軟件包與用戶程序。應(yīng)用軟件隨著計算機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展而與日俱增2.7 計算機操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)(Operating System，簡稱OS)是為計算機配置的一種必不可少的系統(tǒng)軟件，用來管理計算機的硬件資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源，因此，操作系統(tǒng)是所有應(yīng)用軟件運行的平臺，只有在操作系統(tǒng)的支撐下，整個計算機系統(tǒng)才能正常運行 。 操作系統(tǒng)的功能 操作系

17、統(tǒng)的分類2.7.1 操作系統(tǒng)的功能 操作系統(tǒng)的功能概括起來有以下幾方面。 作業(yè)管理：所謂作業(yè)是指每個用戶請求計算機系統(tǒng)完成的一個獨立任務(wù)。一個作業(yè)包括程序、數(shù)據(jù)及解決問題的控制步驟。作業(yè)管理為用戶提供用于書寫控制作業(yè)執(zhí)行操作的“作業(yè)控制語言”，同時還提供用于操作員與終端用戶對話的“命令語言”。作業(yè)管理包括作業(yè)調(diào)度和作業(yè)控制兩個功能。 存儲管理：存儲管理主要是指對內(nèi)存儲器的管理，是對內(nèi)存儲器中用戶區(qū)域的管理。具體來說，包括存儲分配、存儲共享、存儲擴充、存儲保護和地址映射等 。2.7.2 操作系統(tǒng)的分類 操作系統(tǒng)按照功能的不同，大致可分為7類，即單用戶操作系統(tǒng)、 多用戶操作系統(tǒng)、批處理操作系統(tǒng)、分

18、時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。 單用戶操作系統(tǒng)是微型計算機中廣泛使用的操作系統(tǒng)。這類操作系統(tǒng)最主要的特點是在同一段時間僅能為一個用戶提供服務(wù)，它又分為單任務(wù)和多任務(wù)兩類。例如，DOS屬于單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，Windows屬于單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。與單用戶操作系統(tǒng)相反，多用戶操作系統(tǒng)同時面向多個用戶，使系統(tǒng)資源同時為多個用戶所共享。UNIX操作系統(tǒng)就是多用戶操作系統(tǒng) 。2.8 計算機的工作原理和性能指標 為了更好地了解和使用計算機，除熟悉計算機的組成及軟硬件系統(tǒng)之外，還應(yīng)對計算機的工作原理和性能指標進行了解，以便于今后的實際操作 。 計算機的基本工作原理 微型計算機的性能指標2.8.1 計算機的基本工作原理 計算機的基本工作原理是存儲程序和程序控制。預(yù)先把指揮計算機如何進行操作的指令序列(稱為程序)和原始數(shù)據(jù)中輸入到計算機內(nèi)存中。每一條指令中明確規(guī)定了計算機從哪個地址取數(shù)，進行什么操作，然后送到什么地方去等步驟。計算機在運行時，先從內(nèi)存中取出第1條指令，通過控制器的譯碼器接受指令的要求，從存儲器中取出數(shù)據(jù)進行指定的運算和邏輯操作等加工，然后再按地址把結(jié)果送到內(nèi)存中去，接下來，取出第