计算机基础知识.docx

计算机基础知识.docx

《计算机基础知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机基础知识.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

计算机基础知识

计算机基础知识

一、什么是计算机

计算机（Computer）是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序（这些程序

是人们意志的体现）对输入的信息进行加工、处理，并输出处理结果的高度自动化的电子设

备。

二、电子计算机的诞生

1、世界上第一台计算机ENIAC，1946年2月在美国诞生，它不具备现代计算机的主

要原理特征——存储程序和程序控制。

2、世界上第一台按存储程序功能设计的计算机EDVAC，美国1946年开始设计，1950

年研制完成。

3、世界上第一台实现存储程序功能的计算机EDSAC，英国1947开始设计，1949年5

月投入运行。

三、计算机的发展

电子计算机的发展按电子逻辑器件可划分为4个阶段：

1、第一代计算机（从ENIAC问世～20世纪50年代初期），电子管时代，用光屏管或

汞延时电路作存储器，输入输出采用穿孔纸带或卡片。

软件处于初始阶段，没有系统软件，

语言只有机器语言或汇编语言。

应用以科学计算为主。

2、第二代计算机（20世纪50年代中期～20世纪60年代中期），晶体管时代，用磁芯

和磁鼓做存储器，产生了高级程序设计语言和批量处理系统。

应用领域扩大至数据处理和事

务处理，并逐渐用于工业控制。

3、第三代计算机（20世纪60年代中期～20世纪70年代初期），中小规模集成电路时

代，主存储器开始采用半导体存储器，外存储器有磁盘和磁带，有了操作系统和标准化的程

序设计语言和人机会话式的Basic语言。

不仅应用于科学计算，还应用于企业管理、自动控

制、辅助设计和辅助制造等领域。

4、第四代计算机（20世纪70年代中期至今），大规模超大规模集成电路时代，计算机

的应用涉及各个领域如办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统，并且进

入了家庭。

四、计算机分类

计算机可按用途、规模或处理对象等多方面进行划分。

1、按用途划分

（1）通用机：

适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科

学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。

（2）专用机：

用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在

生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。

2、按规模划分

（1）巨型计算机：

应用于国防尖端技术和现代科学计算中。

巨型机的运算速度可达每

秒百万亿次，研制巨型机是衡量一个国家经济实力和科学水平的重要标志。

（2）大/中型计算机：

具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大

的存储空间。

往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用。

（3）小型计算机：

规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控

制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。

小型机在用作巨型计算机系统的辅助机方面

也起了重要作用。

（4）微型计算机：

中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于

商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理。

（5）工作站：

以个人计算环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机，工作站不单

纯是进行数值计算和数据处理的工具，而且是支持人工智能作业的作业机，通过网络连接包

含工作站在内的各种计算机可以互相进行信息的传送，资源、信息的共享，负载的分配。

（6）服务器：

在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、

打印服务器、计算服务器和通信服务器等。

3、按处理对象划分

（1）数字计算机：

计算机处理时输入和输出的数值都是数字量。

（2）模拟计算机：

处理的数据对象直接为连续的电压、温度、速度等模拟数据。

（3）数字模拟混合计算机：

输入输出既可是数字也可是模拟数据。

五、计算机的特点

计算机是一种高度自动化的信息处理设备。

主要特点有处理速度快、计算精度高、记忆

能力强、可靠的逻辑判断能力、可靠性高，通用性强。

1、处理速度快：

计算机的运算速度用MIPS（每秒钟执行多少百万条指令）来衡量。

2、计算精度高：

数的精度主要由表示这个数的二进制码的位数决定。

3、记忆能力强：

存储器能存储大量的数据和计算机的程序。

4、可靠的逻辑判断能力：

具有可靠的逻辑判断能力是计算机的一个重要特点，是计算

机能实现信息处理自动化的重要原因。

5、可靠性高，通用性强。

六、计算机的性能指标

计算机的主要技术性能指标有主频、字长、内存容量、存取周期、运算速度及其他指标。

1、主频（时钟频率）：

是指计算机CPU在单位时间内输出的脉冲数。

它在很大程度上

决定了计算机的运行速度。

单位MHz。

2、字长：

是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。

字长决定了计算机

的运算精度。

3、内存容量：

是指内存贮器中能存贮的信息总字节数。

能常以8个二进制位（bit）作为

一个字节（Byte）。

4、存取周期：

存贮器连续二次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间，单位用纳

秒（ns,1ns=10-9s）。

存储器完成一次“读”或“写”操作所需的时间称为存储器的访问时间

（或读写时间）。

5、运算速度：

是个综合性的指标，单位为MIPS（百万条指令/秒）。

影响运算速度的因

素，主要是主频和存取周期，字长和存储容量也有影响。

其他指标：

机器的兼容性（包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容）、

系统的可靠性（平均无故障工作时间MTBF）、系统的可维护性（平均修复时间MTTR）、机

器允许配置的外部设备的最大数目、计算机系统的汉字处理能力、数据库管理系统及网络功

能等。

性能/价格比是一项综合性评价计算机性能的指标。

七、计算机的应用领域

计算机的应用范围，按其应用特点可分为科学计算、信息处理、过程控制、计算机辅助

系统、多媒体技术、计算机通信、人工智能。

1、科学计算：

指计算机应用于完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题（数值计

算）。

一般要求计算机速度快、精度高，存储容量相对大。

科学计算是计算机最早的应用方

面。

2、信息处理：

信息处理主要是指非数值形式的数据处理，包括对数据资料的收集、存

储、加工、分类、排序、检索和发布等一系列工作。

信息处理包括办公自动化（OA）、企业

管理、情报检索、报刊编排处理等。

特点是要处理的原始数据量大，而算术运算较简单，有

大量的逻辑运算与判断，结果要求以表格或文件形式存储、输出。

要求计算机的存储容量大，

速度则不怎么要求。

信息处理目前应用最广，占所有应用的80％左右。

3、过程控制：

把计算机用于科学技术、军事领域、工业、农业等各个领域的过程控制。

且计算机控制系统中，需有专门的数字—模拟转换设备和模拟—数字转换设备（称为D/A

转换和A/D转换）。

由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要

求可靠性高、响应及时。

4、计算机辅助系统：

有计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅

助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）等系统。

5、多媒体技术，：

把数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体有机组合起来，

利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理（包括对这

些媒体的录入、压缩和解压缩、存储、显示和传输等）的技术。

目前多媒体计算机技术的应__

用领域正在不断拓宽，除了知识学习、电子图书、商业及家庭应用外，在远程医疗、视频会

议中都得到了极大的推广。

6.、计算机通信：

是计算机技术与通信技术结合的产物，计算机网络技术的发展将处在

不同地域的计算机用通讯线路连接起来，配以相应的软件，达到资源共享的目的。

7、人工智能：

研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。

其主要任务

是建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。

人工智

能学科包括：

知识工程、机器学习、模式识别、自然语言处理、智能机器人和神经计算等多

方面的研究。

八、计算机的运行基础——二进制

1、计算机中采用二进制是由计算机电路所使用的元器件性质决定的。

计算机中采用了

具有两个稳态的二值电路，二值电路只能表示两个数码：

0和1，用低电位表示数码“0”，

高电位表示数码“1”。

2、在计算机中采用二进制，具有运算简单、电路实现方便、成本低廉等优点。

九、进位计数制

进位计数制：

是人们利用符号来计数的方法。

一种进位计数制包含一组数码符号和两个

基本因素。

（1）数码：

用不同的数字符号来表示一种数制的数值，这些数字符号称为“数码”。

（2）基数：

数制所使用的数码个数称为“基数”。

（3）位权：

某种数制的每一位所具有的固定系数称为“位权”。

1、常用进位计数制

（1）十进制

数码：

0~9基数：

10位权：

10i（i=……-2,-1,0,1,2,……）逢10进1

（2）二进制

数码：

0、1基数：

2位权：

2i（i=……-2,-1,0,1,2,……）逢2进1

（3）八进制

数码：

0~7基数：

8位权：

8i（i=……-2,-1,0,1,2,……）逢8进1

（4）十六进制

数码：

0~9、A、B、C、D、E、F

基数：

16位权：

16i（i=……-2,-1,0,1,2,……）逢16进1

2、书写格式：

二进制：

10110.011

（2）或（10110.011）2或10110.011B

八进制：

375.4（8）或（375.4）8或375.4O

十进制：

36.82（10）或（36.82）10或36.82D或36.82

十六进制：

DA01（16）或（DA01）16或DA01H

十、进制之间的转换

1、二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数：

按位权展开法

把一个任意R进制数SnSn-1...S1S0.S-1S-2...S-m转换成十进制数，其十进制数值为

每一位数字与其位权之积的和。

（S）P=±Sn-1×Rn-1+…+S1×R1+S0×R0+S-1×R-1+S-2×R-2+…+S-m×R-m

（S）P=±∑-

=-

m

in1

i

SiR

式中Si表示数位上的数码，其取值范围为0～R–1，R为计数制的基数，i为数位的编号（整

数位取n–l～0，小数位取–1～–m）。

例：

将（110101）2转换为十进制。

解：

（110101）2=1×25＋1×24＋0×23＋1×22＋0×21＋1×20

=32＋16＋0＋4＋0＋1=（53）10

2、十进制转化成R进制

整数部分：

除以R取余数，直到商为0，得到的余数即为二进数各位的数码，余数从

下到上排列。

小数部分：

乘以R取整数，得到的整数即为二进数各位的数码，整数从上到下排列。

例：

将十进制数（125.6875）10转换为二进制数。

整数部分125转换如下：

2│125余数

└─┰───────

2│62┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1二进制整数低位

├──────

2│31┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄0

├──────

2│15┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

└┬────

2│7┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

├────

2│3┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

├────

2│1┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1

└────

0┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1二进制整数高位

小数部分0.6875转换如下：

小数点·整数0.6875

二进制小数首位×）2

1┄┄┄1.3750

0.3750

×）2

0┄┄┄0.7500

0.7500

×）2

1┄┄┄1.5000

0.5000

×）2

二进制小数末位1┄┄┄1.0000

0.0000…为零，转换结束

即（125.6875）10=（1111101.1011）2。

3、八进制和十六进制转化成二进制

每一位八进制数对应二进制的三位，逐位展开。

每一位十六进制数对应二进制的四位，逐位展开。

例：

将八进制数（714.431）8转换成二进制数。

714．431

111001100100011001

4、二进制转化成八进制和十六进制

转化成八进制：

将二进制数从小数点开始分别向左（对二进制整数）或向右（对二进

制小数）每三位组成一组，不足三位补零。

转化成十六进制：

将二进制数从小数点开始分别向左（对二进制整数）或向右（对二进

制小数）每四位组成一组，不足四位补零。

十一、二进制数的运算

1、算术运算

加法：

0+0=00+1=1+0=11+1=0（有进位）

减法：

0-0=1-1=01-0=10-1=1（向高位借位）

乘法：

0×0=1×0=0×1=01×1=1

除法：

0÷1=01÷1=1

2、逻辑运算

或∨：

0∨0=00∨1=1∨0=1∨1=1

与∧：

0∧0=0∧1=1∧0=01∧1=1

非：

0=11=0

异或⊕：

0⊕0=1⊕1=00⊕1=1⊕0=1

十二、数值在计算机中的表示——定点数和浮点数

1、定点数：

在计算机中一个数的小数点的位置是固定的

（1）纯小数表示法

符号位

.数值部分

（2）整数表示法

符号位

数值部分.

2、浮点数：

在计算机中一个数的小数点的位置是浮动的。

一个浮点数的表示分为阶码

和尾数两个部分：

N＝M×2e

其中e是一个二进制整数，M是二进制小数，这里称e为数N的阶码，M称为数N的

尾数，M表示了数N的全部有效数字，阶码e指明了小数点的位置。

十三、非数值信息在计算机中的表示

1、ASCII码

ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）是美国信息交换标准代

码的简称。

ASCII码占一个字节，标准ASCII码为7位（最高位为0），扩充ASCII码为8

位。

7位二进制数给出了128个编码，表示了128个不同的字符。

其中95个字符可以显示。

包括大小写英文字母、数字、运算符号、标点符号等。

另外的33个字符，是不可显示的，

它们是控制码，编码值为0～31和127。

例如A的ASCII码为1000001,十六进制表示为41H。

回车符（CR）的ASCII码为13。

空格20H

‘0’～‘9’30H～39H

‘A’～‘Z’41H～5AH

‘a’～‘z’61H～7AH

2、BCD码

BCD码用4位二进制数表示一位十进制数。

也称为8421码。

3、汉字交换码

（1）区位码：

GB2312-80“信息交换用汉字编码字符集”，组成一个94*94的矩阵。

每

一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”。

一个汉字的区号和位号合在一起构成“区位码”

（2）汉字交换码（国标码）：

区位码（十进制）的两个字节分别转换为十六进制后加

20H。

4、汉字机内码：

是计算机系统中对汉字的一种运行代码，系统内部的存储、传输都是

对机内码进行的。

它也和汉字存在着一一对应的关系。

机内码也占两个字节，且最高位为1。

同一个汉字，在同一种汉字操作系统中，内码是相同的。

汉字机内码是汉字交换码两个字节的最高位分别加¡°1¡±，即汉字交换码的两个字节分别

加80H；或区位码（十进制）的两个字节分别转换为十六进制后加A0H。

十四、信息在计算中的存储地址

所有的存储单元都按顺序排列，计算机中以一个字节为单位处理，所以计算机对每个存

储单元进行了编号，这种编号称为单元地址。

通过地址编号寻找在存储器中的数据单元称为

“寻址”。

1、地址编号：

用二进制数编码，存储器的总容量决定了地址的范围，也决定了地址编

号的二进制数位数。

如存储器的总容量为64MB，那么它的地址编码为0～64×220-1；对应的二进制数是

00000000000000000000000000～11111111111111111111111111；对应的十六进制数是

0000000～3FFFFFF；需要用26位二进制来表示，也就是需要26根地址线。

2、地址和容量的计算

（1）由地址线，求寻址空间。

若地址线有32根，则它的寻址空间为232B=222KB=212MB=4GB

（2）由起始地址和末地址，求存储空间。

若编号为4000H~4FFFH的地址中，包含的单元数的计算：

方法一：

用十六进制计算。

4FFFH－4000H＋１=FFFH＋1=1000H=1⨯163=4096=4KB

方法二：

转换成十进制计算。

4FFFH－4000H＋１=20479－16384＋１=4096=4KB

十五、存储程序和程序控制原理

程序输入到计算机中，存储在内存储器中（存储程序），在运行时，控制器按地址顺序

取出存放在内存储器中的指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能，

遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令（程序控制）。

十六、计算机的硬件组成

计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器5部分组成。

CPU：

控制器+运算器。

主机：

控制器+运算器+内存储器。

1、控制器：

是计算机的控制中心，实现处理过程的自动化。

计算机系统各个部件在控

制器的控制下协调地进行工作：

（1）、控制器控制输入设备将数据和程序从输入设备输入到内存储器。

（2）、在控制器指挥下，从存储器取出指令送入控制器。

（3）、控制器分析指令，指挥运算器、存储器执行指令规定的操作。

（4）、运算结果由控制器控制送存储器保存或送输出设备输出。

2、运算器：

运算器的功能是在控制器的指挥下，对信息或数据进行处理和运算，包括

算术运算和逻辑运算，其内部有一个算术逻辑运算部件ALU（ArithmeticalLogicUnit）和若

干种寄存器。

运算器主要工作是数据处理（运算）和暂存运算数据。

3、存储器（Memory）：

Memory是指内存储器，是计算机用来存放程序和数据的记忆

部件。

（1）位（bit）：

表示一位二进制信息，可存放一个0或1。

位是计算机中存储信息的最

小单位

（2）字节（Byte）：

是计算机中存储器的一个存储单元，由8个二进制位组成。

字节（B）

是存储容量的基本单位，常用的单位有：

KB1KB=210Byte=1024Byte

MB1MB=210KB=1024KB

GB1GB=210MB=1024MB

TB1TB=210GB=1024GB

（3）字：

由若干个字节组成，用作信息处理的单位。

向存储单元保存信息的操作称作“写”操作，向存储单元获取信息的操作称作“读”操

作，“读”、“写”时一般都以字节为单位。

“读”操作不会影响存储单元中的信息，“写”操

作将新的信息取代存储单元中原有的信息。

内存（Memory）直接和运算器、控制器交换信息，分为随机存取存储器RAM（Random

AccessMemory）和只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）两种。

控制器运算器

输入设备存储器输出设备

指令流

控制流

数据流

RAM中的信息：

可随机地读出或写入，一旦关机（断电）后，信息不再保存。

ROM中的信息：

只有在特定条件下才能写入，通常只能读出而不能写入，断电后，ROM

中的原有内容保持不变。

ROM一般用来存放自检程序、配置信息等。

4、输入设备：

把原始数据和处理这些数据的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中。

常用输入设备：

键盘、鼠标、扫描仪、光笔、写字板、数字化仪、条形码阅读器、数码相

机、扫描仪、模——数（A/D）转换器等。

从读取数据的角度看，当从磁盘、光盘、电子

盘或磁带读取文件时，它们是输入设备。

5、输出设备：

输出计算机的处理结果。

常用输出设备：

显示器、打印机、绘图仪、X/Y

记录仪、数/模（D/A）转换器等。

从保存数据的角度看，当向磁盘、光盘、电子盘或磁带保

存文件时，它们是输出设备。

十七、指令和程序

1、指令：

是让计算机完成某个操作发出的命令。

它是由操作码、地址码两部分组成的

一串二进制数码。

操作码规定了操作的类型，即进行什么样的操作；地址码规定了要操作的

数据（操作对象）存放在什么地址中，以及操作结果存放到哪个地址中去。

2、指令系统：

是指机器所具有的全部指令的集合。

它反映了计算机所拥有的基本功能。

3、程序：

设计者为解决某一问题而设计的一组排列有序的指令序列。

十八、微型计算机

微型计算机是由主机箱、显示器、键盘、鼠标、打印机组成，主机箱里面一般有主板、

硬盘、软驱、光驱、电源，主板上一般插有CPU、内存、显示卡等。

1、微机的启动与关闭

微机的启动是把系统盘上的系统文件依次装入到计算机中并运行的过程。

（1）冷启动：

先打开外设电源，后打开主机电源

（2）热启动：

当计算机正在工作时要重新启动计算机。

①按机箱上的RESET钮，进行复位启动，从自检开始引导系统。

②在Windows系统下，选择关闭计算机中的重新启动选项，不经过自检，引导系统。

（3）关机：

先关上主机电源，后关外设电源。

软关机由Windows系统自动关闭。

2、微处理器

第一代微处理器：

1971年Intel公司制成的4位微处理器4004、4040和早期的8位微

处理器8008。

第二代微处理器：

以Intel公司1973年12月研制成功的8080为标志。

第三代微处理器：

1978年制造的8086和1979年研制的8088，1983年又制造了全16

位的80286。

第四代微处理器：

1985年Intel公司制造出32位字长的微处理器80386；

1989年4月又研制成功80486；

1993年3月Intel公司制造出Pentium（奔腾）微处理器；

1995年11月，推出了PentiumPro，接着又推出了含有MMX（多媒体扩展指令集）功

能的Pentium处理器P55C；

1999年11月推出PⅢ微处理器；

2000年11月，Intel推出更新的微处理器芯片P4，

3、主板

微型计算机中最大的一块电路板是主板。

微处理器、内存、显示接口卡以及各种外设接

口卡都插在这块主板上。

不同的CPU能用的主板不一定相同。

4、基本输入/输出系统（BIOS）。

主板上有一块FlashMemory（快速电擦除可编程只读存储器，也称为“闪存”）集成电

路芯片，其中存放着一段启动计算机的程序，微机开机后自动引导系统。

5、CMOS。

主板上有一片CMOS集成芯片，它有两大功能：

一是实时时钟控制，二是由SRAM构

成的系统配置信息存放单元。

CMOS采用电池和主板电源供电，当开机时，由主板电源供

电；断电后由电池供电。

系统引导时，一般可通过Del键，进入BIOS系统配置分析程序修

改CMOS中的参数。

6、总线

总线是计算机系统中信息传递的通道。

在微机中，微处理器与存储器输入输出设备以及

其他接口部件之间的总线称为系统内部总线；主机系统与外部设备之间的通信的总线称为外

部总线。

总线分控制总线、数据总线、地址总线。

系统总线标准有：

ISA、EISA、VESA、PCI，AGP等。

十九、内存储器

1、主存储器（内存储器）

RAM是一种读写存储器，其内容可以随时根据需要读出或写入新的信息。

这种存储器

可以分为静态RAM和动态RAM两种。