1、計算機應用基礎thehaisuzone第一章 計算機應用基礎知識信息技術概論計算機基本結構和原理計算機軟件系統數據通信技術簡介1.1 信息技術概述1.1.1 社會進入信息化的時代1.1.2 信息技術的發展1.1.3 現代信息技術的內容1.1.4 信息技術應用與信息安全1.1.1 社會進入信息化的時代1. 游牧時代和農業時代2. 工業時代3. 信息時代游牧時代和農業時代游牧業: 狩獵 ,采摘野果農業: 農業和畜牧業工業時代農民 工人電 電燈 , ,電報 社會電氣化 信息時代20世紀50年代末,計算機出現和普及.信息量,傳播速度,處理速度,應用程度都幾何級增長 -信息時代信息時代的基本特征信息成為

2、社會發展的三大資源之一社會信息化工作完成依賴于信息技術任務的完成變的高效率信息技術改變人們的工作方式信息技術嵌入到產品和服務中1.1.2 信息技術的發展 隨著人類對外部世界的認識和控制能力的提高而逐步發展的.1. 古代信息技術發展階段2. 近代信息技術發展階段3. 現代信息技術發展階段古代信息技術信息以聲,光,文字,圖形等方式進行.語言,文字,印刷術以文字為主要信息存儲手段，以書信傳遞為主要傳遞方法。近代信息技術發展階段1837,有線電報,莫爾斯密電碼1876,貝爾,電磁 1878,愛迪生,炭精 1925,貝爾, 機1906,費森,無線電廣播1939,美國,電視1945,克拉克,提出了衛星通信

3、的設想.現代信息技術發展階段ABCENIAC基本特征基本特征: 計算機計算機,網絡網絡,光纖光纖,衛星通信衛星通信.1.1.3 現代信息技術的內容1. 信息獲取技術2. 信息傳輸技術(通信技術)3. 信息處理技術(計算機技術)4. 信息控制技術 5. 信息存儲技術1.1.4 信息技術應用及信息安全1. 在學習中應用信息技術2. 在生活中應用信息技術3. 在工作中應用信息技術4. 信息安全和信息應用中的法律及道德1.2 計算機基本結構和原理1.2.1 計算機基本結構1.2.2 信息在計算機內部的表示1.2.3 存儲器及其管理1.2.4 總線,外設和接口1.2.5 微電子技術及其展望1.2.1 計

4、算機基本結構1. 基本組成2. 二進制編碼3. 程序和數據的存儲4. 指令系統5. 指令的執行基本組成各部件之間的關系中央處理機(CPU)運算器控制器主存貯器(內存)輔助存貯器(外存)輸入設備輸出設備信息主機二進制編碼正整數在計算機中的表示 例：十進制的 1234=1103+2102+3101+4100二進制的00111100=027+026+125+124+123+122+021+020權權數碼數碼基數基數二進制、八進制、十六進制數間的關系 八進制 對應二進制 十六進制對應二進制 十六進制 對應二進制0000000008100010011000191001201020010A10103011

5、30011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111對任意十進制數轉換為二進制數的主要方法是：除2取余。例例 （60）10=（111100）2 6023021527232120001111八進制和十六進制八進制01234567二進制000001010011100101110111十六進制01234567二進制00000001001000110100010101100111十六進制89abcdef二進制10001001101010111100110111101111八進制和十六進制例1 101 101 110.110

6、 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36E.D4(H)3 6 E D 4程序和數據的存儲隨機存取存儲器 對所有存儲單元的存取速度一樣 。順序存取存取器 對存儲單元按順序存取,對各單元存取時間不同。指令系統指令:指揮硬件動作的命令,由操作碼和操作數組成.操作碼:要進行什么操作(加,減等)操作數:指示操作對象的內容(加數,被加數)例:操作碼(跳轉)- JMP M1 -操作數指令的執行取指令-指令譯碼-指令執行-存操作結果指令周期: 計算機完成一條指令所花的時間決定指令周期參數: CPU時鐘頻率3.06G Hz1.2.2 信息在

7、計算機內部的表示1. 西文字符在計算機中的存儲2. 漢字在計算機中的存儲3. 圖像信息在計算機中的存儲4. 聲音信息在計算機中的存儲西文字符在計算機中的存儲 ACSII碼碼(American Standard Code for Information Interchange) 128個常用字符，用個常用字符，用7位二進制編碼，從位二進制編碼，從0到到127 控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94個。個。 例如：例如：“a”字符的編碼為，對應的十進制數是字符的編碼為，對應的十進制數是97； 換行換行 0AH 10 回車回車 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30

8、H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122ASCII碼編碼表0000010100111001011101110000NULDLESP0 Pp0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4￥4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*：JZjz1011VTESC+；Kk1100FFFS，L、l|1101CRGS-=Mm1110SORS.Nn1111SIU

9、S/?O_oDEL漢字在計算機中的存儲1.國標碼 ：國標碼規定用兩個字節來表示一個漢字，每個字節的最高位都是“0”。 2.機內碼 ：國標碼與ASCII碼屬同一制式，最高位都為“0”，為了區分國標碼和ASCII碼，在計算機內存放漢字編碼時使用機內碼，即漢字編碼的最高位為“1”。 3.機外碼（也稱漢字輸入碼）4.漢字字形碼國標碼 漢字國標碼就是GB 2312-80為漢字規定的代碼，也稱為交換碼。國標碼是漢字編碼的國家標準。在GB 2312-80代碼表中，縱向分為093，共94行；橫向也是093，共94列。行與列分別用七位二進制碼表示，第一字節表示行，第二字節表示列。其值都從到。這正是ASCII 碼

10、的可打印字符的編碼。其范圍為十六進制的217E。漢字國標碼是將第一字節和第二字節連寫而得到的。由于二進制形式太長，通常用十六進制表示。 例如： 漢字第一字節第二字節十六進制 區位碼 啊 0100001 3021 1601 保 0110001 0100011 3123 1703 播 0110010 0100101 3225 1805漢字字模庫漢字字模庫漢字輸出的方式有兩種：顯示和打印。不論哪一種輸出方式，都是把一個漢字看成一個二維圖形，并把筆劃離散化，用點陣來表示漢字。點陣的每個點位只有兩種狀態：有筆畫上的點或無筆劃上的點。這就可以用一位二進制代碼來表示。該位取值為1表示 “有點”，取值為0表示

11、 “無點”。那么，一個二進制代碼串就可以表示點陣的一行。若干個代碼串就表示整個漢字的點陣信息。在具體實現時，點陣上取值為1就顯示或打印一個“點”，否則不顯示或打印。如漢字“梅”就可用下頁圖所示的點陣圖來表示。漢字的點陣表示漢字的點陣表示圖象信息在計算機中的存儲圖形數字化的基本思想:把一副圖象看成由許多彩色和各種級別灰度的點組成.把這種點稱為像素.像素越多,排列越緊密,圖象就越清晰.每個像素的顏色都被量化成一定數值.聲音信息在計算機中的存儲采樣:按照一定頻率,即每隔一段時間,測得模擬信號的模擬量值.如下頁圖如:CD采用的采樣頻率為44.1kHz.量化:將采樣測得的模擬電壓值,進行分級量化.按照整

12、個電壓變化的最大幅度劃分成幾個區段,把落在某個區段的采樣到的樣本值歸成一類,并給出相應的量化值;聲音數字化時間數值5101520252010158 聲音數字化時間數值8=1000B9=1001B15=1111B10=1010B20=10100B注意:數字化聲音的質量取決于采樣頻率和量化分級的細密程度1.2.3 存儲器及其管理1. 存儲器器件的變革2. 現代信息存儲技術3. 存儲器的層次結構計算機硬件系統主機CPU主板內存硬盤主機 主機是指計算機機箱內的主要部件，包括主板、中央處理器CPU、內存儲器、輸入/輸出接口插槽（I/O接口）、電源、硬盤，其主要部分是CPU和內存儲器。 1. CPU CP

13、U(Central Processing Unit)中文名稱是中央處理器，微型計中文名稱是中央處理器，微型計算機的算機的CPU又稱為微處理器，是計算機的核心部件，負責計算機又稱為微處理器，是計算機的核心部件，負責計算機系統中最重要的算術運算和邏輯運算。系統中最重要的算術運算和邏輯運算。CPU是判斷計算機性能高是判斷計算機性能高低的首要標準，它一般安插在主板的低的首要標準，它一般安插在主板的CPU插座上。插座上。 CPU的主要性能指標有芯片型號，如的主要性能指標有芯片型號，如Pentium III；時鐘頻率，；時鐘頻率，如如800MHZ；字長，即計算機一次能處理的二進制位數，目前計；字長，即計算

14、機一次能處理的二進制位數，目前計算機的字長為算機的字長為32位，也有位，也有64位的，字長越長，計算機的運算速位的，字長越長，計算機的運算速度和效率越高。度和效率越高。CPU CPU目前主要生產廠商有美國的目前主要生產廠商有美國的Intel(英特爾英特爾)、AMD(超微超微)公司和中國臺灣的公司和中國臺灣的VIA(威盛威盛)等，等，Intel公公司是司是CPU市場的老大。如下圖所示分別是市場的老大。如下圖所示分別是Intel、AMD和和VIA公司的公司的CPU產品。產品。主主 板板 主板實際上就是一塊電路板。主板上集成了各式各樣的電子零件并布滿了大量的電子線路，如下圖所示。主板是整個計算機內部

15、結構的基礎，無論是CPU、內存、顯卡還是鼠標、鍵盤、聲卡、網卡都是靠主板來協調工作的。因此，主板的好壞，將直接影響計算機性能的發揮。系統主板內存內存總線插槽總線插槽接口卡接口卡CPUCPU串行串行接口接口USB接口接口芯片芯片組組 內存內存 內存或主存,也稱半導體存儲器，用于存放當前計算機正在執行或經常要使用的程序或數據，CPU可直接從內存中讀取指令并執行，還可直接從內存中存取數據。 存儲器的容量單位有：位(Bit)、字節（Byte）、千字節（KB）、兆字節（MB）和吉字節(GB)。Bit是最小的存儲單位，可存放一位二進制數，8個Bit組成一個Byte，一個Byte可存放一個8位的二進制數或一

16、個英文字符的編碼，兩個字節存放一個漢字編碼。目前一般微型計算機的內存配置為：256M,512M,1G等。存儲容量的換算關系是： 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB內存 內存儲器通常分為只讀存儲器（Read Only Memory 簡稱ROM）和隨機存儲器（Random Access Memory 簡稱RAM），只讀存儲器用于存儲由計算機廠家為該機編寫好的一些基本的檢測、控制、引導程序和系統配置等，如系統的BIOS 即為ROM存儲器。只讀存儲器的特點是存儲的信息只能讀出，不能寫入，斷電后信息不會丟失。 隨機存儲器的特點是既可以讀出數據，也可以寫入數據，因此隨機存儲器又

17、稱為可讀寫存儲器。用于存放當前正在使用或常要使用的程序和數據。隨機存儲器只能在加電后保存數據和程序，一旦斷電則其內所保存的所有信息將自然消失。常見內存分類SDRAM(SynchronousDRAM,同步動態隨機存取存儲器) DDRSDRAM(DoubleDataRateSDRAM,二倍速率同步動態隨機存取存儲器) DDRII(DoubleDataRateSynchronousDRAM,第二代同步雙倍速率動態隨機存取存儲器) SDRAMDDRSDRAM333MHz和400MHzDDRII533MHz和667MHz 現代信息存儲技術1. 直接連接存儲技術 硬盤,磁帶2. 移動存儲技術 閃存卡,CF

18、 ,SM,SD卡,優盤,移動硬盤3. 網絡存儲技術 NAS(網絡附加存儲) SAN(存儲區域網絡) 存儲器的層次存儲器的層次CPUCACHE主存（內存）主存（內存）輔存（外存）輔存（外存）外存或輔存外存或輔存一般是由磁性材料以及運用激光技術等實現的一般是由磁性材料以及運用激光技術等實現的存儲器，分為硬磁盤、軟磁盤、光盤等。外存存儲器，分為硬磁盤、軟磁盤、光盤等。外存容量很大，但存取速度很慢，通常使用容量很大，但存取速度很慢，通常使用DMA技術和技術和IOP技術來實現內存與外存之間的數據技術來實現內存與外存之間的數據直接傳送直接傳送高速緩沖存儲器(Cache) 用途：設置在用途：設置在 CPU

19、和和 主存儲器之間，主存儲器之間，完成高速與完成高速與 CPU 交換信息，盡量避免交換信息，盡量避免 CPU不不必要地多次直接訪問慢速的主存儲器必要地多次直接訪問慢速的主存儲器，從而提從而提高計算機系統的運行效率。高計算機系統的運行效率。 實現：這是一個存儲容量很小，但讀寫實現：這是一個存儲容量很小，但讀寫速度更快的，以關聯存儲器方式運行、用靜態速度更快的，以關聯存儲器方式運行、用靜態存儲器芯片實現的存儲器系統。存儲器芯片實現的存儲器系統。 要求：有足夠高的命中率，既當要求：有足夠高的命中率，既當 CPU需需用主存中的數據時，多數情況可以直接從用主存中的數據時，多數情況可以直接從CACHE中得

20、到，稱二者之比為命中率。中得到，稱二者之比為命中率。硬盤分類SCSI應用范圍廣、多任務、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優點 IDE價格低廉、兼容性強 SATA串口硬盤 ,當今主流硬盤IDEIDE硬盤也叫ATA硬盤，是采用并行傳輸技術的硬盤,老機器主板全部提供2個IDE接口SCSI系統占用率低,速度快,可達15000RPM ,價格昂貴,多用于服務器.SATA速度快，易散熱,安裝方便.現在的主流.1.2.4 總線,外設和接口1. 計算機中的內部總線2. 外部設備3. 個人計算機的擴展總線4. 從RS-232到USB總總 線線 總線是連接微型機CPU、內存儲器和外部設備（I/O設備）的公共信息

21、通道。在總線上傳送數據、地址和控制三種信傳送數據、地址和控制三種信號號。傳送數據信號的線稱為數據總線DB(Data Bus)，傳送地址信號地址信號的線稱為地址總線AB(Address Bus)，傳送控制控制信號信號的線稱為控制總線控制總線CB(Control Bus)，目前微型計算機的總線由這三種總線構成。 微型計算機常用的總線有以下幾種: (1) ISA總線總線 ISA(Industry Standard Architecture)總線,簡稱AT總線。為工業標準體系結構總線，是一種16位總線，用于80286微機。 (2)EISA總線總線 EISA（Extension Industry Sta

22、ndard Architecture）總線, 為擴展工業標準體系結構總線，是ISA總線的擴展，是一種32位總線，目前這種總線用在服務器系統板上。 (3)VESA總線總線 VESA（Video Electronics Standard Architecture）總線, 簡稱VL總線, 是一種32位總線,主要用于386、486微型機。 (4)PCI總線總線 PCI（Peripheral Component Interconnect）總線, 是一種32位總線,也支持64位數據傳送。這種總線具有一個管理層，用來協調數據傳輸，可以支持 34個擴展槽，數據傳送率較高，目前主要用在服務器和Pentium微型

23、機系統板上。 (5)USB總線總線 USB（Universal Serial Bus）總線，它是由Intel公司提出的一種新型接口標準。利用它可以將一些低速設備（如鍵盤、鼠標、掃描儀）連接在一起。USB總線支持多個并行操作，能為設備提供電源。計算機中的內部總線總線：微處理器與各部件和外圍設備共用的連接線路總線：微處理器與各部件和外圍設備共用的連接線路處理器處理器存儲子存儲子系統系統I/O子子系統系統總線分類地址總線地址總線: :傳輸地址信息傳輸地址信息數據總線數據總線: :傳輸數據信息傳輸數據信息控制總線控制總線: :傳輸控制信息傳輸控制信息內部總線：連接內部總線：連接CPU的各個組成部件（芯

24、片內部）的各個組成部件（芯片內部）系統總線：連接計算機中各大部件系統總線：連接計算機中各大部件外部總線：外部總線：連接計算機和外部設備連連接接對對象象傳傳輸輸對對象象并行總線并行總線: :通信速度快、實時性好通信速度快、實時性好串行總線串行總線: :簡易、方便、靈活簡易、方便、靈活 通通信信方方式式 總線微微處處理理器器地址總線地址總線數據總線數據總線控制總線控制總線內存插槽內存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存儲器存儲器硬盤等硬盤等各種外設各種外設鍵盤顯示鍵盤顯示接口電路接口電路微處理器、總線、存儲器、接口電路和外設邏輯關系微處理器、總線、存儲器、接口電路和外

25、設邏輯關系 CPU存儲器存儲器CPU總線總線CPU總線總線/PCI總線橋（總線橋（北橋北橋）PCI總線總線/ISA總線橋（總線橋（南橋南橋）PCI圖形圖形適配器適配器PCI網卡網卡PCI硬盤硬盤控制器控制器PCI總線總線ISA總線總線ISA卡卡. . .ISA卡卡PCI總線結構框圖總線結構框圖外部設備磁盤,光盤驅動器,接口顯示器,顯示卡,鍵盤,鼠標打印機,掃描儀其他設備和接口(聲卡,Modem,網卡)個人計算機的擴展總線PCI總線系統PCMCIA總線系統RS232 / USBRS232-COM11.2.5 微電子技術及其展望晶晶體體管管數數目目4004奔騰奔騰2,30042,000,00032

26、 年年P43,500,000晶晶體體管管數數10K100K1M10M100M197519801985199519902000單單位位時時間間執執行行的的指指令令數數百萬條百萬條/每秒每秒0.1110255004004Pentium每每2年芯片能力增長一倍年芯片能力增長一倍808080888286838684862000年的年的微處理器微處理器1.3 計算機軟件系統 軟件（軟件（Software）是計算機系統中各類程序、有關文）是計算機系統中各類程序、有關文檔以及所需要的數據的總稱檔以及所需要的數據的總稱。軟件是計算機的靈魂，包括指揮、控制計算機各部分協調工作并完成各種功能的程序和數據。計算機系

27、統的軟件極為豐富，通常分為系統軟件和應用軟件兩大類。 系統軟件一般是用來管理、維護計算機及協調計算機內部更有效地工作，主要包括操作系統、語言處理程序和一些服務性程序。 應用軟件一般是為了某個具體應用開發的軟件，如文字處理軟件，殺毒軟件，財會軟件，人事管理軟件等。計算機系統的抽象層次結構1.3.1 操作系統WindowsApple Mac OS XSun- SolarisIBM - AIXLinuxUnix操作系統的基本功能資源管理 處理器管理 ,存儲器管理,輸入輸出管理,信息管理 ( 資源管理器)人機接口界面管理 操作系統是用戶與計算機的接口. (圖形用戶界面)操作系統類型批處理操作系統分時操

28、作系統實時操作系統網絡操作系統批處理操作系統 所謂批處理意指將用戶作業一批一批地輸入系統并暫存在外存中，組成一個后備作業列隊，每次按一定的調度原則從后備作業中挑選一個或多個裝入主機處理，作業完成后退出主機和后備作業裝入主機運行均由系統自動實現，從而大大壓縮了兩個作業之間的轉接時間，在系統中形成了一個自動轉接的連續作業流，當一批作業運行完后，輸出它們的運行結果，再接受下一批作業進入系統處理。 脫機服務方式，即用戶在其作業運行期間不能在控制臺或終端上請求系統的服務以直接干預其作業的運行過程。 DOS 分時操作系統 所謂“分時”，就是多個用戶對系統資源進行時間上的分享。在分時環境下，一個計算機系統聯有若干臺本地或遠程終端，每個用戶可以在所占用的終端上以人-機會話的交互方式使用計算機。故分時系統又稱為多用戶交互式共享系統。分時系統具有以下三個特點： 多路性，交互性,獨占性. Unix,Linux 實時操作系統 所謂“實時”就是“立即”或“及時”，具體含義是指系統能夠及時響應隨機發生的外部事件，并以足夠快的速度完成對事件的處理。外部事件是指傳感器或其它信號測量裝置所采集的現場數據或終端用戶提出的服務請求。 多用與工業控制。 實時系統具有如下三個特點