大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（第四版） 第1章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)〖本章教學(xué)重點(diǎn)〗了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展掌握計(jì)算機(jī)中信息的表示與存儲(chǔ)掌握計(jì)算機(jī)病毒及防治方面的基礎(chǔ)知識(shí)。1.1.2

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程及未來趨勢隨著硅芯片技術(shù)的高速發(fā)展，硅技術(shù)越來越接近于其自身的物理發(fā)展極限，因此，迫切要求計(jì)算機(jī)從結(jié)構(gòu)變革到器件與技術(shù)的變革這一系列的技術(shù)都要產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍。2015年中國紫光股份有限公司自主研發(fā)的第一代云計(jì)算機(jī)“紫云1000”問世。中國紫光股份有限公司將云計(jì)算機(jī)定義為采用與個(gè)人計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)完全不同的分布式體系架構(gòu)，借助于云計(jì)算的虛擬化技術(shù)，由多個(gè)成本相對(duì)較低的計(jì)算資源融合而成具有強(qiáng)大計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)。它可高效支持大數(shù)據(jù)處理、高吞吐率和高安全信息服務(wù)等多類應(yīng)用需求，其計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力可動(dòng)態(tài)伸縮并無限擴(kuò)展。隨著技術(shù)的革新和理念的變革，預(yù)測未來新型計(jì)算機(jī)的類型如下：量子計(jì)算機(jī)光子計(jì)算機(jī)分子計(jì)算機(jī)納米計(jì)算機(jī)1.1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展的新熱點(diǎn)云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)式，全球的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著深刻的變革。1.云計(jì)算2006年，Google首席執(zhí)行官埃里克·施密特(Eric

Schmidt)在搜索引擎大會(huì)上首次提出“云計(jì)算”(Cloud

Computing)的概念。云計(jì)算將計(jì)算任務(wù)分布在大量分布式計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池中(并非本地計(jì)

算機(jī))，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和服務(wù)信息。云計(jì)算之所以稱為“云”，主要原因是它在某些方面具有云的特征。比如，云可大可小、可動(dòng)態(tài)伸縮、邊界模糊。而且云在空中的位置飄忽不定，雖然無法確定它的具體位置，但是它確實(shí)存在于某處。所以可以借用云的這些特點(diǎn)來形容云計(jì)算中服務(wù)能力和信息資源的伸縮性，以及后臺(tái)服務(wù)設(shè)施位置的透明性。1.1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展的新熱點(diǎn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(Mobile

Internet，MI)，是指將智能移動(dòng)終端和互聯(lián)網(wǎng)兩者結(jié)合起來成為一體。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、平臺(tái)、商業(yè)模式和應(yīng)用與移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合并實(shí)踐的活動(dòng)的總稱。隨著寬帶無線接入技術(shù)和移動(dòng)終端技術(shù)的飛速發(fā)展，人們迫切希望能夠隨時(shí)隨地，甚至在移動(dòng)的過程中都能夠高速地接入互聯(lián)網(wǎng)，便捷地獲取信息和服務(wù)?？梢?，移動(dòng)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的趨勢是歷史的必然。物聯(lián)網(wǎng)1999年，美國MIT

Auto-ID中心提出了物聯(lián)網(wǎng)(Internet

of

Things)的概念：“通過射頻識(shí)別

(RFID)(RFID+互聯(lián)網(wǎng))、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?！?.1.3計(jì)算機(jī)發(fā)展的新熱點(diǎn)7.人工智能人工智能（Artificial

Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能從誕生以來，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，可以設(shè)想，未來人工智能帶來的科技產(chǎn)品，將會(huì)是人類智慧的“容器”。人工智能可以對(duì)人的意識(shí)、思維的信息過程的模擬。人工智能不是人的智能，但能像人那樣思考、也可能超過人的智能。競

LOEBNER（人工智能類）123強(qiáng)人工智能(BOTTOM-UP

AI)弱人工智能(TOP-DOWN

AI)(4)弱人工智能(TOP-DOWN

AI)(4)對(duì)強(qiáng)人工智能的哲學(xué)爭論在計(jì)算機(jī)中，所有的信息都是以二進(jìn)制的形式表示與存儲(chǔ)的，二進(jìn)制是用0和1兩個(gè)數(shù)碼來表示的數(shù)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)采用的一種數(shù)制。它的基數(shù)為2，進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”，借位規(guī)則是“借一當(dāng)二”。1.基數(shù)和位權(quán)數(shù)制的類型不同，但具有共同的計(jì)算和運(yùn)算的規(guī)律。數(shù)制中有基數(shù)和位權(quán)兩個(gè)概念?；鶖?shù)是進(jìn)位制的基本特征數(shù)，即所用到的數(shù)碼的個(gè)數(shù)。例如十進(jìn)制：用0～9十個(gè)數(shù)碼表示，基數(shù)為10。而權(quán)則是處在不同位置上的數(shù)字代表的值不同，各進(jìn)位制中位權(quán)的值是基數(shù)的若干次冪。如十進(jìn)制數(shù)每個(gè)數(shù)位上的權(quán)則是10的某次冪。1.2

計(jì)算機(jī)中信息的表示與存儲(chǔ)1.2.1信息的表示形式位權(quán)的表示法是指，數(shù)字的總個(gè)數(shù)為基數(shù)，每個(gè)數(shù)字都要乘以基數(shù)的冪次，而該冪次由

每個(gè)數(shù)所在的位置決定。排列方式是以小數(shù)點(diǎn)為界，整數(shù)部分自右向左分別為0次冪、1次冪、

2次冪、……，小數(shù)部分自左向右分別為負(fù)1次冪、負(fù)2次冪、負(fù)3次冪、……。常用的進(jìn)位記數(shù)制（1）十進(jìn)制所使用的數(shù)碼有10個(gè)，即0、1、2、…、9，基數(shù)為10，各位的位權(quán)是10i，進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn)一”。例如，十進(jìn)制數(shù)(124.56)10可以表示為：(124.56)10=1×102+2×101+4×100+5×10-1+6×10-21.2.1信息的表示形式（2）二進(jìn)制所使用的數(shù)碼有2個(gè)，即0、1，基數(shù)為2，各位的位權(quán)為2i，進(jìn)位規(guī)則是“逢二進(jìn)一”。例如，二進(jìn)制數(shù)(1101.01)2可以表示為：(1101.01)2=1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2（3）八進(jìn)制所使用的數(shù)碼有8個(gè)，即0、1、2…、7，基數(shù)為8，各位的位權(quán)是8i，進(jìn)位規(guī)則是“逢八進(jìn)一”。例如，八進(jìn)制數(shù)(35.21)8可以表示為：(35.21)8=3×81+5×80+2×8-1+1×8-21.2.1信息的表示形式（2）十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制小數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制小數(shù)采用“乘基取整法”。即把給定的十進(jìn)制小數(shù)乘以基數(shù)，取其整數(shù)作為二進(jìn)制小數(shù)的第一位，然后取小數(shù)部分繼續(xù)乘以基數(shù)，將所的整數(shù)部分作為第二位小數(shù)，重復(fù)操作直至得到所需要的二進(jìn)制小數(shù)。1.2.1信息的表示形式（4）八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換可以借助二進(jìn)制來實(shí)現(xiàn)。如：八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，先將八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，然后再將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制。同理，十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制，先將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，再將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制。1.2.1信息的表示形式1.信息的存儲(chǔ)單位（1）位(bit)讀作“比特”，簡寫為“b”，表示二進(jìn)制中的1位。計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)都是以0和1來表示的。一個(gè)二進(jìn)制位只有能有一種狀態(tài)，即只能存放二進(jìn)制數(shù)“0”或者“1”。（2）字節(jié)(Byte)：字節(jié)，簡寫為“B”，讀作“拜特”，是計(jì)算機(jī)信息中用于描述存儲(chǔ)容量和傳輸容量的一種計(jì)量單位，在一些計(jì)算機(jī)編程語言中也表示數(shù)據(jù)類型和語言字符。計(jì)算機(jī)中是以字節(jié)為單位解釋信息的。一個(gè)字節(jié)由8個(gè)二進(jìn)制位組成，即“1B=8b”。1.2.2數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼（3）字長前面介紹計(jì)算機(jī)技術(shù)指標(biāo)的時(shí)候介紹過“字”和“字長”的概念，字是指計(jì)算機(jī)的CPU在同一時(shí)間內(nèi)處理的一組二進(jìn)制數(shù)，而這組二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)就是“字長”。字長與計(jì)算機(jī)的功能和用途有很大的關(guān)系，是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。字長直接反映了計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度，字長越大，計(jì)算機(jī)一次性處理的數(shù)字位數(shù)越多，處理數(shù)據(jù)的速度就越快。（4）擴(kuò)展存儲(chǔ)單位

計(jì)算機(jī)的基本存儲(chǔ)單位是字節(jié)，用B表示，常用的存儲(chǔ)單位還有KB、MB、GB、TB，它們之間換算關(guān)系為：KB：千字節(jié)MB:兆字節(jié)GB:吉字節(jié)TB:太字節(jié)KB=1024B=210BMB=1024KB=220BGB=1024MB=230BTB=1024GB=240B1.2.2數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼2.數(shù)值型數(shù)據(jù)編碼方式（1）原碼正數(shù)的符號(hào)位用0表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示，數(shù)值部分用二進(jìn)制數(shù)的絕對(duì)值表示，這種表示稱為原碼表示。例如，求“+69”和“-69”的原碼1.2.2數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼數(shù)0也有“正零”和“負(fù)零”之分，“+0”的原碼=00…00，“-0”的原碼=10…00。（3）補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼就是其原碼，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是先求其反碼，然后在最低位+1。例如，十進(jìn)制數(shù)“+5”與“-5”的補(bǔ)碼用一個(gè)字節(jié)表示為：(+5)10

=(00000101)原=(00000101)反=(00000101)補(bǔ)(-5)10=(10000101)原=(11111010)反=(11111011)補(bǔ)補(bǔ)碼沒有“+0”和“-0”的區(qū)別，即0補(bǔ)碼只有一種形式。1.2.2數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼浮點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)位置浮動(dòng)變化的數(shù)稱為浮點(diǎn)數(shù)。對(duì)十進(jìn)制來說，浮點(diǎn)數(shù)是以10的n次方表示的數(shù)。例如，十進(jìn)制數(shù)245.78，使用浮點(diǎn)表示法為0.24578×103。其中0.24578為一個(gè)定點(diǎn)數(shù)，3表示小數(shù)點(diǎn)向右移動(dòng)

3位。當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)采用指數(shù)形式表示時(shí)，指數(shù)部分稱為“階碼”，小數(shù)部分稱為“尾數(shù)”。尾數(shù)和階碼有正負(fù)之分，例如，二進(jìn)制數(shù)“-0.00111”，浮點(diǎn)表示為“-0.111×2-2”，這里尾數(shù)（-0.111）和階碼（-2）都是負(fù)數(shù)。尾數(shù)的符號(hào)表示數(shù)的正負(fù)，階碼的符號(hào)則表明小數(shù)點(diǎn)的實(shí)際位置。浮點(diǎn)數(shù)的格式多樣化，假設(shè)一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)有32位二進(jìn)制的長度，其最左端第1位為該數(shù)指數(shù)的符號(hào)位，也就是10的n次方的n的符號(hào)位；從第2位～第8位為該數(shù)的指數(shù)位，也就是n的二進(jìn)制值；第9位是該數(shù)的符號(hào)位，其余的第10位～第32位為底數(shù)位。1.2.2數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼例如，二進(jìn)制數(shù)“+111100011”，使用浮點(diǎn)表示為“+0.111100011×29”，則階碼為9(即二進(jìn)制定點(diǎn)整數(shù)為1001)，尾數(shù)為“+0.111100011”，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的浮點(diǎn)數(shù)表示形式如圖所示。1.2.2數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼2.漢字編碼計(jì)算機(jī)在處理英文、漢字、數(shù)字等文字信息的時(shí)候，會(huì)將它們看成由一些基本字和符號(hào)組成的字符串，比如說中文詞組“計(jì)算機(jī)”是由“計(jì)”、“算”、“機(jī)”三個(gè)漢字組成的。英文單詞

“Hello”是由“H”、“e”、“l(fā)”、“l(fā)”、“o”五個(gè)字符組成的。這些基本的字符都對(duì)應(yīng)著一組二進(jìn)制代碼，計(jì)算機(jī)對(duì)文字信息的處理實(shí)際上就是對(duì)這些二進(jìn)制代碼進(jìn)行處理的。對(duì)于英語這類拼音文字來說，基本的符號(hào)少，編碼容易，所以在計(jì)算機(jī)中對(duì)這類拼音文字的處理，如輸入、輸出，存儲(chǔ)等都是用統(tǒng)一的代碼的，例如ASCII碼。而漢字?jǐn)?shù)量眾多、編碼相對(duì)困難，所以

對(duì)漢字進(jìn)行編碼的時(shí)候，用同一代碼很難解決漢字輸入、漢字儲(chǔ)存與交換、漢字輸出的問題，所以計(jì)算機(jī)中對(duì)漢字的處理采取了不同的編碼，分別是漢字輸入碼、交換碼、內(nèi)碼、字形碼。1.2.3非數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼我國在1994年正式頒布的《中華人民共和國計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)條例》中對(duì)計(jì)算機(jī)病毒的定義為：計(jì)算機(jī)病毒是指編制或者在計(jì)算機(jī)程序中插入的破壞計(jì)算機(jī)功能或者損壞數(shù)據(jù)，影響計(jì)算機(jī)使用，并能自我復(fù)制的一組計(jì)算機(jī)指令或程序代碼。1.3

計(jì)算機(jī)病毒及防治1.3.1計(jì)算機(jī)病毒的概念（2）計(jì)算機(jī)病毒的清除計(jì)算機(jī)病毒的清除，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)病毒檢測技術(shù)檢測計(jì)算機(jī)病毒程序，然后根據(jù)具體病毒的清除方法從被傳染的程序中去除計(jì)算機(jī)病毒代碼部分，并恢復(fù)文件的原有結(jié)構(gòu)信息。一般來說，計(jì)算機(jī)如果被病毒感染，應(yīng)該立即清除掉。通常采用人工處理和反病毒軟件清除兩種方法。人工的方法主要有格式化磁盤、刪除被感染的文件或者是覆蓋被病毒感染的文件。運(yùn)用反病毒軟件清除計(jì)算機(jī)病毒是較為經(jīng)濟(jì)、省時(shí)省力的方法。目前市面上的殺毒軟件種類很多，如《瑞星RISING》、《Kaspersky卡巴斯基》、《Norton諾頓》、《360殺毒》、《金山毒霸》等，這些殺毒軟件功能強(qiáng)大、界面友好，并且廠商的技術(shù)支持完善，可以及時(shí)下載升級(jí)包更新病毒信息庫，以檢測和清除層出不窮的新病毒。此外，在云計(jì)算和云存儲(chǔ)的理念之上，中國信息技術(shù)企業(yè)進(jìn)一