计算机的基本常识.docx

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计算机的基本常识

计算机的基本常识

一、发展与应用

1、诞生与发展

  1946年，美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台数字电子计算机“ENIAC”。

  电子计算机从诞生到现在，大致经历了四代：

  第一代是电子管计算机，开始于1946年，结构上以中央处理机为中心，使用机器语言，存储量小，主要用于数值计算。

  第二代是晶体管计算机，开始于1958年，结构上以存储器为中心，使用高级程序设计语言，应用范围领域扩大到数据处理和工业控制等方面。

  第三代是中小规模集成电路计算机。

开始于1964年，仍以存储器为中心，应用范围扩展到处理图象、文字和资料。

  第四代是大规模和超大规模集成电路计算机。

开始于1971年，已经广泛应用到社会生活和生产的诸多方面。

出现了微型计算机。

  电子计算机发展的总体趋势是：

体积越来越小，重量越来越轻，功能越来越强，价格越来越便宜，应用领域越来越广泛。

2、我国电子计算机的发展

  我国从1956年开始了电子计算机的科研和数学工作。

  1958年和1959年先后研制成功“103”和“104”型电子管计算机。

  1965年每秒运行12万次的“109乙”型晶体管计算机问世。

  1971年“709”型集成电路计算机研制成功，在此以后“DJS100”和“DJS200”系列集成电路计算机也相继研制成功。

  1983年12月，每秒运算1亿次的“银河”巨型计算机在中国国防科技大学问世。

  1992年11月，每秒运算10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机又在中国国防科技大学研制成功。

  1997年，每秒运算100亿次的“银河Ⅲ”研制成功。

3、电子计算机的特点

  运算速度快、计算精度高、有记忆和逻辑判断能力、有自动处理能力

4、电子计算机的应用

  数值计算：

指完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题的计算。

  数据处理：

又称信息处理。

特点是处理数据量大、类型复杂、需要长期保存反复利用或多个用户共享。

对数据运算较简单，主要加工数据的工作是对数据的管理（存储、维护、查询和传输）

  实时控制：

能够及时地收集检测数据，按一定方式控制对象进行自动操作的过程。

  辅助教育：

辅助教学和管理教学。

  辅助设计：

利用计算机的图形处理能力帮助设计人员进行某一方面的设计工作。

  办公自动化：

要求具有文字处理、资料查询、资料检索、图象处理和网络通讯的能力。

  人工智能：

利用计算机模拟人类的某些智力活动。

  通讯：

收发E—mail

二、电子计算机的组成和工作原理

1、“存储程序”工作原理

  存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出的。

  所谓存储程序是指把程序存储在计算机内，使计算机能象快速存取数据一样快速存取组成程序的指令。

其中需要强调两点：

  ①、程序中的所有指令均采用数字化编码方式，使程序和数据一样保存在存储器中，否则无法实现程序的存储工作。

  ②、程序中的所有指令必须是属于执行程序的计算机的指令系统。

2、电子计算机系统

  现代计算机的组成和配置是由硬件和软件两部分组成的、复杂的计算机系统。

  ⑴、硬件：

  所谓硬件就是指构成电子计算机的电子元器件、部件或整个计算机及其有关设备。

  计算机的硬件是由输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器组成的。

  ①输入设备：

接受用户的程序和数据，并转换成二进制代码送入计算机的内存储器存储起来，代计算机运行时存取使用。

常见的输入设备有：

键盘、鼠标、扫描仪等。

  ②输出设备：

将输入的信息和计算机处理的结果转换成人们能够接收的形式，显示或打印出来。

常见的输出设备有：

显示器、打印机、绘图仪等。

  通常，输入设备和输出设备统称为外部设备，是用户与计算机进行信息交换的设备。

磁盘机、磁带机是既能输入又能输出的输入/输出设备。

  ③运算器：

对代码进行各种基本运算，不仅能进行加、减、乘、除等基本算术运算，还可以进行基本逻辑运算，实现逻辑判断、比较和移位等操作。

  ④控制器：

是计算机的指挥系统，根据程序中的指令发出操作命令指挥各部件协调一致地工作，从而完成用户所需要完成的任务。

控制器的运算过程就是取指令→分析指令→执行指令。

周而复始地重复这一过程，就形成了计算机按程序自动工作的特点。

  ⑤存储器：

为了能实现程序和数据的存储，计算机必须设置具有记忆功能的部件——存储器。

存储器分为内存储器和外存储器。

  计算机的内存储器一般通过电路与CPU相连（通常把运算器和控制器称为CPU——中央处理器），存取数据的速度与CPU执行指令的速度相匹配。

  存储器的存储作用是将计算机所需要记忆的信息保存起来，提供原始信息而又不被破坏；还可以将原始信息抹去，重新记录、保存新的信息。

存储器里所保存的信息主要有程序与数据，其中包括原始数据、中间结果和最终的结果数据。

  内存储器存储容量的大小决定了计算机存放数据和程序的数量，限制了解决问题的规模，因此内存储器是衡量计算机性能的一项重要指标。

  存储器的容量以字节为单位，一个字节由8个二进制位（bit）组成。

可以表示256种不同的代码形式（00000000-11111111），在不同的应用环境中，它可以代表数、指令的一部分、字符或组成汉字的编码。

通常1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。

  内存储器按使用功能分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两种。

  ROM只能读不能写，其中的信息是在机器出厂前写入的，断电后不会消失，只读存储器用来存放计算机管理最必须的专用程序。

  RAM既能读又能写，计算机一旦断电后，其中的信息就会消失。

随机存储器的每个存储单元中的数据随时都可以改变，是供用户使用的空间，一般的用户编写的程序、原始数据、程序执行的中间结果、有关数据都可能保存在随机存储器中。

  内存中的每一个基本单位，都被赋予一个唯一的序号，称为地址。

CPU凭借地址，准确地操纵每个单位，按照人的预先安排，每一下运算该从哪里存放数据，丝毫不会搞错。

  计算机各部件之间的关系如下图所示：

（2）软件

  软件是指程序和有关的文档资料。

计算机软件可以分为系统软件和应用软件两类。

  ①系统软件：

是对计算机系统进行合理调度、管理、提供服务的一类软件，主要有操作系统、数据库管理程序、语言处理程序、数据通讯程序、工具程序等。

 ② 应用软件：

是计算机用户根据系统提供的各种功能为解决某些具体问题而编制的程序，如图书馆检索软件、人事管理软件、辅助教学软件等。

　三、电子计算机中数的表示

  数据是一组可以识别的记号或符号，它通过各种组合来表达客观世界中的各种信息。

数据是信息的载体，是信息的具体表现形式。

数据可以是数字、字符、文字、声音、图像等，可以存贮在物理介质上，用于传输和处理。

而信息是数据所表达的含义。

计算机内部存储、处理和传输的信息都是用二进制代码表示的。

1、计算机中的数据是二进制数，常用的单位有：

位、字节和字三种。

计算机中最小的单位是二进制的一个数位，简称位（bit：

比特）。

一位只能用来存放一位二进制即"0"或"1"通常将相邻的8位组成一个字节（Byte:

拜特，简写为B）。

字节是计算机中用于衡量容量大小的最基本的单位，容量一般用KB、MB、GB、TB来表示，它们之间的关系是1KB＝1024B，1MB＝1024KB，1GB＝1024MB，1TB＝1024GB，其中1024＝210

2、编码

（1）BCD码（二--十进制编码），所谓二--十进制编码（BCD码）就是指将十进制的每一位用4位二进制来表示，其最常用是8421BCD码。

（2）ASCII码，主要对数字、字母、通用符号、控制符号等字符的编码。

ASCII码是用七位表示一个字符，可以表示128种不同的字符，共有三类：

（1）数字0~9；

（2）26个大写英文字母和26个小写英文字母；（3）各种运算符号、标点符号和控制符号等。

（3）汉字编码汉字编码主要分为四类：

汉字输入编码、汉字交换码、汉字内码和汉字字型码。

其中汉字输入编码主要分为四种：

数字编码、字音编码、字形编码、音形编码。

3、数制与进位计数制

数制是人们利用符号来计数的科学方法。

数制分为非进位计数制和进位计数制进位计数制中，逢十进一的是十进制（n）D，逢八进一的是八进制（n）O,逢二进一的是二进制（n）B，逢十六进一的是十六进制（n）H。

无论哪一种计数制都涉及两个基本概念：

基数和权。

某种进位制的基数是指在这种进位制中允许使用的基本数码，也即每个数位上能使用的数码个数。

如十进制的基数是10。

权也称位权，它的计算方法是：

以该进位制的基数为底，以数码所在数位的序号为指数，所得的整数次幂即为该进位制在该数位上的权。

4、不同进位计数制间数据的转化

（1）将非十进制数转换成十进制数

把任意一种非十进制数权按展开式写成多项式和的形式，算出该多项式的结果即可。

也就是说，把各数位的权和该位上的数码相乘，乘积逐项相加，和便是所对应的十进制数例：

111010＝1×25+1×24+1×23+1×21=32+16+8+2=（58）10

（2）十进制转换成非十进制

十进制转换成任意非十进制的方法基本相同，整数部分与小数部分不同，需要分开进行。

整数部分采用"除基逆序取余法"。

例如，将十进制数转换成二进制数时，把十进制整数除以二进制基数2，取余数作最低位系数k0；再取商继续除以2，取余数作为高一位的系数；如此继续直到商为0时得到最高位系数，停止算法，所得到的余数系列就是转换成的二进制数。

小数部分采用"乘基取整法"。

例如，将将十进制数转换成二进制数时，把十进制小数乘以二进制基数2，其积的整数作为二进制小数的最高位系数k-1；再取其积的小数部分继续乘以2，新的积的整数部分作为二进制小数的下一位的系数k-2；如此继续直到小数为0或小数点后的位数达到要求精度为止，这时乘积的整数部分是二进制最低数位的系数。

这样所得到的整数系列就是所求的二进制小数。

（3）十六进制和八进制转换成二进制

由于23＝8，1位八进制数恰好等于3位二进制数；同样24＝16，一位十六进制数恰好等于4位二进制数。

可根据它们的关系转换。

如：

（2614）8=（010110001100）2（2C1D.A1）16=（0010110000011101.10100001）2

（4）将二进制数转换成八进制、十六进制

二进制数转换成八进制的方法是：

以小数点为中心，整数部分自右向左分组，小数部分自左向右分组，每3位二进制一组，不足的补零（即只有整数的高位和小数的低位才能补零）。

然后，将各组的3位二进制数按22、21、20权展开后相加得到1位八进制数值，把各组行到的数值组合起来就得到了一个八进制数值，把各组得到的数值组合起来就得到了一个八进制数。

二进制数转换成十六进制的方法与转换成八进制的方法类似，不同的是分组时每4位一组。

5、二进制数的算术运算

（1）加法二进制的加法运算遵循以下法则：

0＋0＝00＋1＝11＋0＝11＋1＝10（逢二进一）

（2）减法二进制的减法运算遵循以下法则：

0－0＝00－1＝1（借一当二）1－0＝11－1＝0

（3）乘法二进制的乘法运算遵循以下法则：

0×0=00×1=01×0=01×1=1

（4）除法二进制的除法运算遵循以下法则：

0÷0=00÷1=01÷0无意义1÷1=1

6、二进制的逻辑运算

（1）逻辑与只有当所有的条件都满足时，结果才成立，这种逻辑关系称为"与"逻辑。

通常用"·"、"×"和"∧"来表示。

与运算的规则如下：

0×0=00×1=01×0=01×1=1

（2）逻辑或只要一个条件满足，结果就成立，这种逻辑关系叫做"或"逻辑。

通常用"∪"或"+"来表示。

或运算规则如下：

0＋0＝00＋1＝11＋0＝11＋1＝1

（3）逻辑非逻辑非指的是逻辑否定，即"求反"。

逻辑非在运算变量上面加一根横线表示。

如A的"非"写作ā。

"非"运算规则如下：

＝0

＝1

（4）逻辑异或异或运算中，只有在两个逻辑变量的值不同时，异或运算的结果为1；否则，异或运算的结果为0，异或运算通常用符号"⊕"来表示。

运算规则如下：

0⊕0＝00⊕1＝11⊕0＝11⊕1＝0

　7、二进制数据在计算机内的表示

A、机器数与真值数

数有正、负两种，在计算机中数的符号是用数据码表示的。

一般情况下，用0表示正数，用1表示负数。

通常符号位放在数的最高位。

例如

X1=（+1011011）2，X2=（-1011011）2，它们在机器中表示为：

0

1

0

1

1

0

1

1

X1

1

1

0

1

1

0

1

1

X2

左边最高位为符号位，其余为数值部分。

连同符号位在一起作为一个数，称为机器数，而它的数值部分称为真值数。

在此例中，X1的机器数为01011011，对应的真值数为+1011011；X2机器数为11011011，所对应的真值数为—1011011。

　B、数的定点和浮点表示

计算机在处理数据时，要考虑到小数点的位置。

如果将小数点固定在某一位置，则称为定点表示法；如果小数点可以任意移动，则称为浮点表示法。

1、数的定点表示法

定点数规定：

机器中所有数的小数点位置都是固定不变的，可以固定在某一位置上，常用的是定点小数和定点整数。

（1）定点小数格式：

小数点的位置固定在最高数据位的左边，小数点前面再设一位符号位。

根据这个规则，任何一个m位的小数可以被写成：

N=Ns·N-1N-2…N-m

在计算机中用m+1位二进制数表示它，用最高（最左）一位二进制位表示符号（0表示正号，1表示负号），后面的m个二进制位表示该小数的数值。

其格式为：

Ns

N-1

N-2

…

N-m+1

N-m

······▪

符号位小数点数值部分

由于小数点总是在符号位与最高数据位之间，因此在计算机中不明确表示出来。

定点小数的数值的范围很小，对于用m+1个二进制位表示的小数来说，其值的范围为：

|N|≤1-2-m，是一个小于1的纯小数。

（2）定点整数格式：

整数所表示的数据最小单位是1，它的小数点位置固定在最低数据位的右边。

整数又分为带符号和不带符号的两类。

带符号的整数，符号位安排在最高（最左）位。

一个n位的带符号整数表示为：

N=NsNn-1Nn-2…N1N0

在计算机中用n+1位二进制数表示它，用最高一位二进制位表示符号，后面的n个二进制位表示该整数的数值部分。

其格式为：

Ns

Nn-1

Nn-2

…

N1

N0

·

▪

符号位n位数值小数点

由于小数点固定在最低数据位右边，因此在计算机中不明确表示出来。

对于用n+1个二进制位表示的带符号整数来说，其值的范围为：

|N|≤2n-1

对于不带符号的整数来说，把所有n+1个二进制位全部视为数值，这时数值的范围是：

0≤N≤2n+1-1

在很多计算机中，往往使用多种位数的整数，例如用8位、16位、32位或64位二进制来表示一个整数。

2、数的浮点表示法

浮点数是指小数点在数据中的位置可以左右移动的数。

一个数N要用浮点数表示可以写成：

N=M·RE

这里M表示浮点数的尾数，E表示浮点数的指数或阶码，R指的是在这个指数下的基数。

在计算机中一般规定R（基数）取值为2、8或者16，它是一个常数。

一旦机器的浮点部件设计好了，基数的大小也就确定了，不能再改变了。

因此基数在浮点数表示中不出现，是隐含的。

（1）浮点数的表示：

要表示一个浮点数，一是要给出尾数M的位数，二是要给出阶码E的位数，三是要给出浮点数的符号位。

浮点数通常表示成如下格式：

Ms

E

M

1位m位n位

M：

浮点数的尾数，用定点小数表示，小数点在尾数最高位之前，是默认的。

尾数用于表示浮点数的有效位，其位数n的大小反映了此浮点数的精度。

E：

浮点数的阶码，用定点整数表示。

阶码用于表示小数点在该浮点数中的位置其位数m的大小反映了此浮点数所能表示的数的范围。

Ms：

浮点数的符号位，也就是尾数的符号位，一般放在整个浮点数的最高位，占1个二进制位。

（2）浮点数的表示规定：

如果不对浮点数的表示作出统一规定，同一个浮点数的表示就不是唯一的。

例如（0.101）2，可以表示成0.101

20,0.0101

21等多种情况。

为了提高数据的表示精度，规定计算机内浮点数的尾数部分用纯小数形式给出，而且当尾数的值不为0时，其绝对位应大于或等于0.5，对于不符合这一规定的浮点数要通过修改阶码的大小并同时左右移尾数的办法使其满足这一要求的表示形式。

C、二进制数据的编码方法：

原码、补码和反码

1、原码表示法

X（0≤X<1）

1−X=1+|X|（−1

用机器的最高（最左）一位代表符号，其余各位给出数值的绝对值，其定义为：

若定点小数的原码序列为X0.X1X2…Xn，则

[X]原=

例如：

X1=0.1011，X2=-0.1011，则：

[X1]原=01011，[X2]原=11011

符号数值符号数值

若定点整数的原码序列为X0X1X2…Xn，则

X（2n>X≥0）

2n−X=2n+|X|（0≥X>−2n）

[X]原=

例如X1=+1010101，X2=-1010101，则

[X1]原=01010101，[X2]原=11010101

符号数值符号数值

X1，X2为真值数，[X1]原，[X2]原为X1，X2的原码机器数。

根据原码定义，一个数X的原码表示又可写成：

[X]原=符号位+|X|。

（0代表正号，1代表负号）。

原码表示法的优点是数的真值与它的原码表示之间对应关系简单、直观、转换容易。

用原码实现乘除运算规则也简单；原码表示法的缺点是实现加减运算很不方便。

2、补码表示法

为了克服原码加减的缺点，让符号位也作为数值的一部分直接参与运算，简化加减运算方法，化“减”为“加”，计算机广泛采用补码表示作为运算基础。

补码表示方法是：

如果数为正，则正数的补码与原码表示形式相同；如果数为负，则将负数原码除符号位外其余各位取反，末位再加1，即得到负数的补码。

例如：

[X]原=01011，则[X]补=01011

[X]原=11011，则[X]补=10101

众所周知，时钟以12为计数循环，即以12为模。

13点钟在舍去模12后，即1点钟。

从0点出发反时针拨1格即-1点钟，也可看成是从0点出发顺针拨11格，即11点。

换句话说，在模12前提下，-1可映射为+11。

在讨论三角函数时，常将角度分为四个象限，将360º分为0～+180º与0～-180º，以360º为计数循环，即以360º为模，370º可认为是+10º，即舍去360º。

-30º可映射为360º－30º=330º。

计算机的运算部件与寄存器都有一定字长限制，因此它的运算也是一种有模运算。

例如一这位数的计数器，在计满后会产生溢出，又从头开始计数；产生溢出的量就是计数器的模，相当于时钟一例中的12。

又如，在以2为模的前提下表示-1～+1之内的定点小数，也可实现正负数之间的互补性映象，如同三角函数一例。

确定模以后，我们将某数X对该模的补数称作其补码，定义如下：

[X]补=M+X（modM）

若X>0，则模M作为正常的溢出量可以舍去。

如同时钟一例舍去12一样。

因而正数的补码就是其本身，形式上与原码相同。

例如果X=+0.101，则[X]补=2+0.101=0.101=0101（mod2）在计算机中小数点被隐含，最高位（最左位）是符号位。

若X<0，则[X]补=M+X=M-|X|。

因而负数的补码等于模M减去该数的绝对值，如同时钟一例中，-1的补码是+11一样。

X（0≤X<1）

2+X=2−|X|（−1≤X≤0）

（1）若定点小数的补码序列为X0.X1X2…Xn，则

[X]补=（mod2）

式中X为真值，[X]补是采取补码表示的机器数。

例若X=0.1011，则[X]补=0.1011=01011

若X=-0.1011，则[X]补=2-0.1011=1.0101=10101

X（2n>X≥0）

2n+1+X=2n+1−|X|（0>X≥−2n）

（2）若定点整数的补码序列为X0X1X2…Xn，则

[X]补=（mod2n+1）

例若X=+1010101，则[X]补=01010101

若X=-1010101，则[X]补=10101011

3、反码表示法

用机器数的最高一位代表符号位，数值位是对负数值各位取反的表示方法，其定义为：

X（0≤X<1）

（2−2−n）+X（−1

若定点小数的反码序列为X0.X1X2…Xn，则

[X]反=

X（2n>X≥0）

（2n+1−1）+X（0≥X−>2n）

若定点整数的反码序列为X0X1X2…Xn，则

[X]反=

正数的反码表示与原码相同，负数的反码表示规则是：

符号位为1，数值位则由原码按位取反。

例[X]原=01010，则[X]反=01010

[X]原=11010，则[X]反=10101

[X]原=01010101，则[X]反=01010101

[X]原=11010101，则[X]反=10101010

四、计算机信息安全基础知识

鉴于计算机病毒传播危害性大，计算机系统一旦感染上病毒，可能会使计算机系统瘫痪，从而可能造成灾难性的后果。

所以，各国一直对计算机病毒的防犯给予高度重视，并且逐步采取了一系列科学管理方法和预防措施。

通常采用如下安全管理方法和对策。

（１）对工作人员应该加强关于计算机病毒及其危害的教育使有关人员认识到，程序和数据的破坏或系统瘫痪，不仅给公司或厂方造成巨大的经济损失，而且还会严重地损害公司和厂方的社会形象和信誉。

（２）为了防犯病毒的入侵，对于系统软件应予以写保护。

注意对需要的可执行程序和数据文件进行写保护。

（３）对于予以保护的文件，为了防止文件的任何可能的修改，只允许使用读操作，而且要经常检查这些文件是否被修改了。

（４）对于计算机系统中的程序，要定期进行比较测试和检查，以检测是否有病毒侵入。

（５）要谨慎使用公共软件，防止计算机病毒的传播和扩散。

（６）在使用口令（Password）时，要尽可能选择随机字符作为口令，让口令本身无意义，不要用名字生日等作为口令，以增加破译口令难度。

（７）加强使用软盘的管理，尽量不用软盘引导。

因为用软盘引导造成病毒感染的机会要多一些，而用硬盘引导，则较安全。

（８）要严禁将其它部门的程序带入本系统。

外来程序如确需要使用，必须经管理人员授权，并要经过严格检查和测试，在确信无病毒感染时，才允许在本系统中运行。

（９）不允许随便将本系统与外界系统接通，以防止外界系统的病毒乘机侵入。

（１０）不允许将各种游戏软件装入计算机系统，因为游戏软件被病毒侵入的机会很多，带病毒可能性大，以防止计算机病毒乘机侵入。

（１１）使用杀毒软件，病毒本质上是一种程序，故可以通过软件的方法来预防或清除病毒程序，这就是杀毒软件。

现今市面上流行的国际，国内的杀病毒软件的很丰富。

如：

Scan、Clean、kill系列、KV200、KV300，等等不一而足。

这些杀毒软件各有特点，使用较多的是kill系列和k