計算機基礎知識-計算機教案

第一章計算機基礎知識

［教學目的］通過本次的講解使學生了解計算機的產生、發(fā)展、特點和分類等，熟練掌握計算機系統(tǒng)的軟硬件組成。

［教學重點］軟硬件組成

［教學難點］計算機工作原理

［教學方法與手段］多媒體演示與理論講解

［教學主要內容］

1.1概述

一、數(shù)字計算機的誕生

通常人們所說的計算機或電子計算機，全稱應為電子數(shù)字計算機。世界上第一臺電子數(shù)字計算機是美國的?？颂睾兔胬?946年2月

在賓西法尼亞大學研制成功的。它被稱為ENIAC,即英文ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator的縮寫，意思是電子數(shù)字積分計

算機。這臺計算機占地面積170平方米，重30噸，耗電140千瓦，共用了18000個電子管，每秒可進行5000次加減法運算。1946年6

月，美籍匈牙利科學家馮?諾依曼(VonNeumann)為了解決ENIAC的問題，率先提出了“存儲程序、自動運行''的設想，并在第一臺存儲

計算機EDVAC中得到了應用，這就是現(xiàn)代計算機的基本框架。

二、計算機的發(fā)展

表1.1計算機的發(fā)展階段

代次起止年份電子元件數(shù)據(jù)處理方式運算速度應用范圍

第一代1946~1957電子管機械語言、匯編語言5千?3萬次鄧國防與高科技

第二代1958?1964晶體管高級程序設計語言幾十萬?幾百萬次/秒數(shù)據(jù)處理、工程設計

第三代1965~1970中小規(guī)模集成電路結構化、模塊化程序設計、實時處理幾百萬?幾千萬次鄧數(shù)據(jù)處理、工業(yè)數(shù)控

第四代1971?今大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路實時數(shù)據(jù)處理、計算機網絡上億次鄧各行各業(yè)

三、計算機的特點及應用

1.計算機的特點

(1)運算速度快：計算機的運算速度是指在單位時間內執(zhí)行指令平均條數(shù)，目前計算機的運算速度已達數(shù)百億次的，極大地提高了工

作效率。

(2)運算精度高：計算機內部數(shù)據(jù)采用二進制，數(shù)據(jù)位數(shù)為64位，可精確到15位數(shù)字。

(3)存儲容量大：計算機具有強大的存儲數(shù)據(jù)的能力。目前常用來存儲信息的硬盤容量已達到了80GB,而人類的大腦存儲信息只有十

幾MB。

(4)具有記憶和邏輯判斷能力：計算機不僅能計算，還可以把原始數(shù)據(jù)、中間結果、指令等信息存儲起來，隨時調用，并在相應程序

的控制下，能判斷"是''與"非

(5)具有自動執(zhí)行程序的能力：計算機能夠按照存儲在其中的程序自動工作，不需要人直接干預運算、處理和控制。

2.計算機的應用

(1)科學計算：工程設計、氣象預報、航空航天、衛(wèi)星軌道計算、導彈軌跡設計等。

(2)自動化生產：主要包含CAD、CAM、CIMS三項內容

CAD：計算機輔助設計的簡稱，即(ComputerAidedDesign),使設計人員更方便快捷修改繪制設計方案，任意改變產品的設計參數(shù)，選

出最佳設計方案。

CAM：計算機輔助制造的簡稱，即(ComputerAidedManufacturing)，由計算機按事先編好的“數(shù)據(jù)加工程序'‘代替人工自動控制機器操作。

C1MS:計算機集成制造系統(tǒng)的筒稱，即(ComputerIntegratedManufacturingSystem),它是將產品的設計、制造、管理、銷售等功能集于

一身的現(xiàn)代化生產系統(tǒng)，它的生產率極高，生產周期極短。

(3)信息處理

(4)實時控制

(5)計算機輔助教育：它的總稱是CBE(ComputerBasedEducation),包含CAI、CAD和CM1。

CAI：指計算機輔助教學(ComputerAidedInstruction),它是利用計算機向學習者提供圖文并茂，生動形象的方式進行教學，提高學習興

趣和效果。

CMI：指計算機管理教學(ComputerManagedInstruction),如：教學計劃、課程安排、計算機題庫與計算機評分等。

(6)網絡技術應用

(7)人工智能：簡稱AI,或稱“智能模擬”，是用計算機模擬人的智能使其具有“判斷”、"推理”、“學習”的功能。如人機搏弈系統(tǒng)、語言

翻譯系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、機器人等。

(8)計算機模擬：它是用計算機程序代替實物模型做各種模擬實驗。這是一種模擬人在自然環(huán)境中聽、看以及動作行為的人-機界面技

術，簡稱VR技術和(VirtualReality)。它有可能是21世紀最有前途的一種新技術。

(9)遠程教育

四、計算機的分類

根據(jù)美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的一個委員會在1989年提出的標準將計算機分為以下六類。

1.巨型機(Supercomputer)：巨型機也被稱為超級計算機，它是所有計算機中價格最高、功能最強，浮點運算速度達到每秒超百億次以

上。

2.小巨型機(Minisupercomputer)

小巨型機的功能略低于巨型；但價格稍低，可以滿足一些大型用戶的需求。

3.大型主機(Mainframe)

大型主機的特點是大型、通用、內存極大。用于規(guī)模較大的科研院所和高等學府以及大銀行、大公司。

4.小型機(Minicomputer)

小型機結構簡單，價格較低，操作方便，主要用于小型企業(yè)和某個部門。

5.微型機(PersonalComputer,PC)

又稱個人計算機，簡稱PC機。它價格最低，應用最廣。主要用于商業(yè)、家庭、辦公等領域。

6.工作站(Workstation)

也可以說是一種高檔次的微型機。它的功能高于一般的微型機，適用于工程技術、科學研究和商業(yè)應用。

1.3計算機系統(tǒng)的組成

一、計算機基本工作原理

1.系統(tǒng)組成

計算機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件是指看得見摸得著的物理設備，如主機、顯示器等；軟件是指完成具體工作的程序和數(shù)據(jù)，是

整個計算機的靈魂所在。二者缺一不可。見下圖：

個人計算機系統(tǒng)組成

控制器

廠中央處理單元

運算器、寄存器等

（CPU）

只讀存儲器（ROM）

C主機Y主（內）存儲

隨機存儲器（RAM）

高速緩沖存儲器（Cache）

（硬件＜「輸入設備（鍵盤、鼠標、光筆、掃描儀、條碼閱讀器）

系統(tǒng)輸出設備（顯示器、打印機、繪圖儀）

計

外設

算輔助（外）存儲器（軟盤、硬盤、光盤、磁帶等）

機I其他：網絡設備（網卡、調制解調器）、聲卡、視頻卡等

象

結

操作系統(tǒng)

構

程序設計語言和語言處理程序

?系統(tǒng)y

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

軟件

I軟件，網絡軟件

系統(tǒng)服務程序（界面工具、編輯程序、連接裝配程序、診斷程序）

系統(tǒng)

應用

軟件

2.工作原理

根據(jù)馮?諾依曼博士提出的“程序存儲”原理，計算機由五部分組成：運算器、控制器、存儲、輸入和輸出設備。見下圖1」所示:

原始數(shù)據(jù)、程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出信息

輸入設備存儲器3輸出設備

控

制

第

運

器

信

號

操

反饋4

信號

命

控制器

圖L1硬件基本結構

注：實線為數(shù)據(jù)線，虛線為控制線

二、硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)是山運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五個部份組成。

1.運算器：它是計算機重要部件，主要負責信息的處理。在控制器的控制下完成加減乘除及各種邏輯運算，并將最后結果送回存儲器中。

2.控制器：它是計算機硬件系統(tǒng)的指揮中心。主要工作是不斷從內存中取出指令分析和執(zhí)行。它與運算器組成在一起稱為CPU,是計

算機的核心。

3.存儲器：存儲器又分為內存儲器和外存儲器。

（1）內存：內存分成只讀存儲器（ROM）和隨機讀寫存儲器（RAM）兩種。

（2）外存：外存也稱為輔助存儲器。

4.輸入設備：輸入設備的主要任務是把計算機程序和數(shù)據(jù)輸入計算機。常用的輸入設備有鍵盤、圖形輸入設備（鼠標、數(shù)字化儀器等）。

圖象輸入設備（掃描儀、傳真機等）及聲音輸入設備。

5.輸出設備：輸出設備的主要任務是把計算機的處理結果或其它信息輸送出來。日常輸出設備如顯示器、打印機、繪圖儀及聲音輸出設

備等。

三、計算機軟件系統(tǒng)

1.系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件是指管理、監(jiān)控和維護計算機資源的軟件。常見的系統(tǒng)軟件有DOS、Windows及各種計算機語言系統(tǒng)。

DOS是20世紀80年代的主流操作系統(tǒng)，它是通過命令完成機器的各種操作，操作者使用時須記住命令方能進行。

Windows是20世紀90年代初起逐漸淘汰了DOS,成為目前主流的操作系統(tǒng)。它是窗口圖形界面的操作系統(tǒng)，直觀、形象、容易掌握，深

受操作者的歡迎。

（1）操作系統(tǒng)：它是一種管理程序，是對硬件系統(tǒng)功能的首次擴充，是基礎。

（2）程序設計語言及語言處理程序：程序設計語言就是用來編寫程序的語言，是人與機器之間交換信息的工具。程序設計語言分為機器

語言，匯編語言和高級語言三大類。

①機器語言：機器語言時計算機系統(tǒng)所能識的，不需翻譯直接供計算機使用的程序設計語言

②匯編語言：匯編語言又稱符號語言，它使用比較直觀易記易寫的助記符來代替機器指令。匯編語言編寫的程序不能直接被計算機識別，

需要用匯編程序將它翻譯成機器語言的目標程序才能被執(zhí)行。

③高級語言：為了克服低級語言的缺點，人們又編制出使用方便的高級語言。高級語言是一種在各種機器上的適應力較強，接近于人們

的使用習慣，易為人們理解的面向問題計算過程的程序設計語言。

④數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：它是用來信息管理方面的軟件，可以管理數(shù)據(jù)庫文件，在各個應用程序間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（3）診斷程序：它主要用于檢測系統(tǒng)各部件能否正常工作，對CPU、內存、顯示器、硬盤等性能進行檢測。

（4）網絡軟件：這是對計算機網絡進行管理，實現(xiàn)整個網絡的資源共享和互通信息。

2.應用軟件：應用軟件是指計算機用戶為實現(xiàn)某一專門的目的而編寫的軟件。由于計算機應用范圍極廣，所以軟件是各種各樣的。目前

常用的應用軟件有：

（1）各種信息管理軟件；（2）科學計算軟件；（3）文字處理軟件；

（4）輔助教學與輔助設計軟件；（5）實時控制軟件等。

四、微機的主要性能指標

1.字長：字長是以二進制為單位，其大小是CPU能同時處理二進制數(shù)的位數(shù)，它直接關系到計算機的速度、功能和計算精度。

2.時鐘頻率（主頻）：時鐘頻率是指CPU在單位時間（秒）發(fā)出的脈沖數(shù)。通常時鐘頻率以兆赫茲（MHz）為單位，時鐘頻率越高，

其運算速度越快。如PII450芯片的主頻為450MHz,P1H550芯片的主頻為550MHz。

3.內存容量

4.外存容量

五、指法和鍵盤的使用

目前多數(shù)微機上使用的鍵盤是標準101/102或104鍵盤，這里介紹104鍵盤。

1.鍵盤的分區(qū)

鍵盤主要有四個分區(qū)：打字鍵區(qū)、功能鍵區(qū)、光標控制鍵區(qū)、數(shù)字鍵區(qū)。

2.指法

鍵盤指法主要指將打字鍵區(qū)的所有用于輸入的鍵位科學合理地分配給雙手的各個手指從而提高輸入的正確率和輸入的速度。要熟練地使

用計算機，必須要有正確的擊鍵姿勢和犍入指法。

［教學后記］

［教學目的］通過本次的講解使學生熟練掌握計算機中常用數(shù)及轉換。

［教學重點］數(shù)制轉換

［教學難點］數(shù)制轉換

［教學方法與手段］多媒體演示與理論講解

［教學主要內容］

1.2計算機中的數(shù)和編碼

一、信息在計算機中的表示

計算機中的數(shù)為何要用二進制呢？主要有以下幾個原因：

1.二進制數(shù)在物理上最易實現(xiàn)。

2.二進制是最簡單的數(shù)制，運算規(guī)則最簡單。

3.二進制數(shù)運用兩個數(shù)碼代表兩種狀態(tài)，處理起來不容易出錯。

4.二進制數(shù)的0和1正好與邏輯命題的兩個值“真”和“假”相對應，為計算機實現(xiàn)邏輯運算和邏輯判斷提供了便利條件。

二、進位計數(shù)制

按照進位的原則進行計算稱為進位計數(shù)制，簡稱為“數(shù)制無論哪種數(shù)制，計數(shù)和運算都有共同的規(guī)律。

1.基數(shù)

在一種數(shù)制中，只能用一組固定的數(shù)字符號來表示數(shù)目的大小，而使用多少個數(shù)字符號來表示數(shù)目的大小，就稱為該數(shù)制的基數(shù)。其基

數(shù)是幾就是幾進制。如下表：

表1.2不同進制的基數(shù)和相應數(shù)字符號對照表

進制基數(shù)數(shù)字符號

十進制100123456789

二進制20I

八進制801234567

十六進制160123456789ABCDEF

注：表中A、B、C、D、E、F分別等于十進制數(shù)的10、11、12、13、14、15。

2.進制和位權

在數(shù)制中的規(guī)則即N進制一定是“逢N進一”。

對于多位的十進制數(shù)如6725,可以表示成：6x103+7x102+2x101+5^100

上式中103,102,101,100稱作各位數(shù)字的權，由此可見，每位數(shù)字只有乘上它們的權值，才是它的實際值。任何一種進制的數(shù)都

可以按照權展開。十進制的數(shù)權值為10的疑，二進制的數(shù)權值為2的事。

(101.110)2=1x22+0x21+1x20+1x2-1+b2-2+0*2-3

三、不同數(shù)制之間的數(shù)據(jù)轉換

1.N進制轉換成十進制

通過以上可以說明，一個數(shù)可以按權展開式表的規(guī)則即：對于一個n位整數(shù)和m位小數(shù)的N進制數(shù)D,按權展開如下：

D=AnNn-1+An-1Nn-2+...+A1N0+A-1N-1+...+A-mN-m

其中Ai(-mWiWn)可以是0,1,...,m和n均為正整數(shù)。

故：N進制數(shù)轉換成十進制數(shù)的定義式為：

D=AnNn-l+An-lNn-2+...A1N0+A-1N-1+...+A-mN-m

其結果就是基數(shù)為10的數(shù)。

例：將下列數(shù)轉換成十進制

(10011101)2=1x27+0x26+0x205+1x24+1x23+”22+0x21+1x20

=(157)10

(A0F2)16=10x163+0x162+15x161+2x160=(41202)10

2.十進制轉換成N進制

十進制數(shù)轉換成N進制數(shù)，整數(shù)與小數(shù)部分轉換方法不同。

(1)整數(shù)部分轉換

采用除以N取余法，即把一個十進制整數(shù)不斷除以所需要的基數(shù)N,記下余數(shù)即可。如，將十進制數(shù)轉換成二進制，就把十進制數(shù)整數(shù)

不斷除以2,記下余數(shù)(必定是0或1),就是對應二進制數(shù)的各位數(shù)字。注意，第一次得到的余數(shù)為二進制的最低位，最后一次得到的

余數(shù)為二進制的最高位。

例:(58)10=(111010)2

該方法稱為除以2取余法。

(2)小數(shù)部分轉換

小數(shù)部分采用乘N取整法，即把一個十進制小數(shù)不斷乘以N,取整數(shù)。

例：將十進制數(shù)轉換成相應的二進制數(shù)，運算如下：

注意：用乘2取整法，先求出來的是二進制的高位，后求出來的是低位。

如卜進制數(shù)既有整數(shù)又有小數(shù)，須分別轉換，再將N進制整數(shù)和小數(shù)組合到一起。

如：將(58.6876)轉換成二進制數(shù)。

由以上兩例可知：(58.6876)10=(111010.1011)2

3.非十進制數(shù)之間轉換

(1)二進制與八進制之間的轉換

以小數(shù)點為界，將整數(shù)部分從右向左每三位一組，最高一組不足三位，用0補齊三位；小數(shù)部分從左向右，每三位一組，最后?組不足

三位時，最右端添0,補足三位。按照下表二進制和八進制數(shù)字的對應關系寫出每組二進制數(shù)相對應的八進制數(shù)及對應的小數(shù)點，就可

以得到轉換后的八進制數(shù)。

例：(11101.0111)轉換成八進制數(shù)：

反之，將八進制轉換成二進制，與上述過程相反，即一位拆三位。

例：(326.25)8轉換成二進制。

=(11010110.010101)2

(2)二進制與十六進制數(shù)的轉換

其方法與八進制轉換類似，分成四位一組。

例:將二進制數(shù)110111011010101.011111轉換成十六進制

例：將十六進制數(shù)AB.C轉換為二進制數(shù)

四、字符編碼

計算機中將常用的一些符號和文字等用規(guī)定的代碼來表示的過程稱為編碼。這里主要介紹英文編碼和漢字編碼。

1.英文編碼

根據(jù)美國制定的ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)即美國信息交換標準代碼，成為世界各國統(tǒng)?采用的英文

字符編碼。

每個ASCII碼由7位二進制組成，字母A用1000001表示。ASCH碼包括95種可打印和顯示字符、33種控制碼共27=128個字符。通常

一個ASCII字符占用一個字節(jié)，每個字符由7位組成，最高位填充“0”?？娠@示的字符有大小寫英文字母26個、數(shù)字10個，其它字符

33個。

2.漢字編碼

為統(tǒng)一漢字編碼，1981年我國制定了國家標準信息交換漢字編碼，代號GB2312_80,我們稱之為國際碼。這是漢字編碼必須遵循的統(tǒng)一

標準。國際碼收錄了6763個常用漢字、一級漢字3755個，二級漢字3008個，按偏旁部首排序。

3.機內碼

它是計算機內部存儲、處理和傳輸漢字、英文信息代碼。為區(qū)別漢字與英文的機內碼，通常將漢字編碼最高位用“1”表示，英文編碼最高

位用“0”表示。

4.輸入碼:它又稱為外碼:數(shù)字編碼，拼音編碼，字形編碼：如五筆字型、陳橋等，它的優(yōu)點是平均觸鍵次數(shù)少，重碼率低。但背字根慢，

不易掌握。

［教學后記］

［教學目的］通過本次的講解使學生了解多媒體計算機的概念及相關知識、病毒的知識，熟練掌握計算機病毒的預防和檢測技術。

［教學重點］計算機病毒的預防、檢測及清除

［教學難點］計算機病毒的清除

［教學方法與手段］多媒體演示

［教學主要內容］

1.4多媒體計算機

-、多媒體的基本概念

1.什么是“多媒體”

媒體是指信息的載體和傳播媒介。當此種載體可表示和傳播兩種或兩種以上的信息時，稱這為多媒體。也可以說多媒體是指用計算機來

綜合處理多種媒體信息，如圖像、文本、圖形、動畫、音頻等等，使多種媒體建立聯(lián)系，形成具有交互能力的計算機系統(tǒng)。

2.媒體技術的基本特征

（1）綜合性：是指將計算機、聲像、通信技術合為一體，是計算機、電視機、錄音機、游戲機、傳真機等性能的全部綜合，共同表達一

個完整的多媒體信息，使聲、文、圖、像一體化。

（2）交互性：指人和計算機能夠“對話”，進行人工干預和控制，它是多媒體技術的關鍵特征。

（3）數(shù)字化：數(shù)字化是指多媒體中的各個單媒體均以數(shù)字形式存放在計算機內。

（4）實時性：有些媒體是與時間密切相關的，所以多媒體技術須支持實時處理。

3.多媒體技術的應用

（1）教育與培訓（2）商業(yè)領域（3）信息領域（4）娛樂和服務（5）科技領域

二、多媒體計算機的組成

完整的多媒體計算機系統(tǒng)由多媒體硬件系統(tǒng)和多媒體軟件兩大部分組成。

1.多媒體計算機硬件系統(tǒng)

多媒體計算機硬件系統(tǒng)包括以下幾種。

（1）多媒體主機，如個人機、工作站、超級微機等。

（2）多媒體輸入設備。包括攝像機、麥克風、錄像機、錄音機、掃描儀、光盤（CD-ROM）等。

（3）多媒體輸出設備。包括打印機、繪圖儀、音響、電視機、喇叭、高分辨率顯示器等。

（4）多媒體存儲設備，如硬盤、光盤、磁帶等。

（5）多媒體功能卡，包括聲卡、多媒體壓縮卡、家電控制卡、通信卡等。

（6）操作控制設備。如鼠標器、操縱桿、鍵盤、觸摸屏等。

2.多媒體計算機軟件系統(tǒng)

多媒體計算機軟件系統(tǒng)是以操作系統(tǒng)為基礎。對于多媒體計算機的每一種硬件都有相應的程序支持，這些程序稱為多媒體計算機的軟件

系統(tǒng)，它包括多媒體數(shù)據(jù)庫、多媒體壓縮解壓縮程序、聲像同步處理程序、通訊程序及開發(fā)制作工具軟件等。

3.多媒體的特點

多媒體的特點有三點：集成性、交互性、實時性。

①集成性：集成性包括多媒體信息的集成和處理這些媒體的軟硬件技術的集成。

②交互性：是多媒體最基本的特征之一，電視機可呈現(xiàn)圖像、聲音、文字信息，但沒有交互能力，所以不能稱為多媒體系統(tǒng)。多媒體系

統(tǒng)必須具有交互能力，具有對信息表現(xiàn)形式的選擇和控制能力，以利于信息表現(xiàn)形式與人的邏輯和思維創(chuàng)造能力結合。

③實時性：在多媒體信息中，最重要的是與時間有關的媒體。

1.5計算機病毒與防治

一、計算機病毒的概念

計算機病毒（ComputerViruses）是一種人為的特制小程序，具有自我復制能力，通過非授權入侵而隱藏在可執(zhí)行程序和數(shù)據(jù)文件中，影

響和破壞正常程序的執(zhí)行與數(shù)據(jù)安全，具有相當大的破壞性。

1.計算機病毒的特點

計算機病毒有以下幾個主要特點。

（1）靈活性

（2）隱蔽性：計算機病毒通常依附于一定的媒體，不單獨存在。

（3）傳染性：計算機病毒的傳染性是指計算機病毒能進行自我復制，并把復制的病毒附加到無病毒的程序中。

（4）可激發(fā)性：在一定的條件下，病毒程序可以根據(jù)設計者的要求，在某個點上激活并發(fā)起攻擊。

（5）破壞性：計算機病毒主要是破壞計算機系統(tǒng)，其主要表現(xiàn)為：