《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》課件-第1章

項目1計算機基礎(chǔ)知識1.1計算機基礎(chǔ)知識1.2計算機系統(tǒng)組成與工作原理1.3認識并防范計算機病毒

(1)了解計算機的誕生及發(fā)展階段；

(2)了解計算機的特點、應(yīng)用和分類；

(3)了解計算機的發(fā)展趨勢；

(4)掌握數(shù)制及其轉(zhuǎn)換知識；

(5)了解計算機系統(tǒng)組成與工作原理；

(6)了解計算機病毒。

1.1計算機基礎(chǔ)知識

計算機是一種能夠自動、高速、精確地存儲和加工信息的電子設(shè)備。對本定義要明確兩點：(1)計算機不僅是一種計算工具，還是一種信息處理機。(2)計算機不同于其他任何機器，它能夠接收、保存數(shù)據(jù)，并按照程序的引導(dǎo)自動地進行各種操作。

1.1.1計算機的誕生及發(fā)展階段

1.計算機的誕生

世界公認的第一臺通用電子計算機，是于1946年2月15日由美國賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的，它被命名為ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，電子數(shù)字積分計算機)，如圖1-1所示。

圖1-1ENIAC

2.計算機的發(fā)展階段

第一代：電子管計算機(1946—1958年)。其主要特點是：硬件方面，采用電子管作為基本邏輯電路元件，主存儲器采用水銀延遲線存儲器、磁鼓和磁芯等，外存儲器則采用磁帶；軟件方面，使用機器語言和匯編語言。第一代計算機的體積龐大，運算速度慢，功耗大，可靠性差，價格昂貴；應(yīng)用以科學(xué)計算為主。

第二代：晶體管計算機(1958—1964年)。其主要特點是：硬件方面，采用晶體管作為基本邏輯電路元件，主存儲器主要采用磁芯，外存儲器開始采用磁盤；軟件方面，出現(xiàn)了各種各樣的高級語言及其編譯程序，還出現(xiàn)了以批處理為主的操作系統(tǒng)。第二代計算機的體積大大縮小，耗電減少，重量減輕，可靠性提高，性能比第一代計算機有很大的提高；應(yīng)用以科學(xué)計算和各種事務(wù)處理為主，并開始用于工業(yè)控制。

第三代：中小規(guī)模集成電路計算機(1964—1971年)。其主要特點是：硬件方面，計算機的主要邏輯部件采用中小規(guī)模集成電路，主存儲器開始采用半導(dǎo)體存儲器；軟件方面，對計算機程序設(shè)計語言進行了標準化，并提出了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想。第三代計算機的體積進一步減小，運算速度、運算精度、存儲容量及可靠性等主要性能指標大為改善；計算機的應(yīng)用領(lǐng)域和普及程度更加廣泛。

第四代：大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計算機(1971至今)。其主要特點是：硬件方面，計算機的邏輯部件由大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路組成，主存儲器采用半導(dǎo)體存儲器，計算機的外圍設(shè)備多樣化、系列化；軟件方面，實現(xiàn)了軟件固化技術(shù)，出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮挠嬎銠C程序設(shè)計思想，并廣泛采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

第四代計算機發(fā)展最重要的成就之一就是微處理器的體積不斷減小，集成度不斷提高，運算速度越來越快，從而使計算機逐漸向微型機(即日常使用的個人計算機)方向發(fā)展，使計算機逐漸走進辦公室、學(xué)校和普通家庭。

1.1.2計算機的特點、分類和應(yīng)用

1.計算機的特點

1)運算速度快

2)精度高

3)具有記憶能力和邏輯判斷能力

4)自動化程度高

2.計算機的分類

1)按照計算機的用途分類

(1)通用計算機。

(2)專用計算機。

2)按照計算機的功能和規(guī)模分類

(1)巨型機。

(2)大型機。

(3)小型機。

(4)微型機。

3.計算機的應(yīng)用

1)科學(xué)計算

科學(xué)計算又稱數(shù)值計算，是計算機的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，也是它最早的應(yīng)用領(lǐng)域。利用計算機可以實現(xiàn)人工無法完成的各種科學(xué)計算問題。

2)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理又稱信息處理，是指利用計算機管理、操縱各種形式的數(shù)據(jù)。利用計算機進行數(shù)據(jù)處理已成為計算機應(yīng)用的一個重要方面。

3)過程控制

過程控制又稱實時控制，是指利用計算機實時地采集、監(jiān)測被控制對象運行情況的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，然后按照某種最佳方案發(fā)出控制信號，實現(xiàn)對動態(tài)過程的控制、指揮和協(xié)調(diào)。

4)計算機輔助系統(tǒng)

計算機輔助系統(tǒng)(ComputerAidedSystem)是利用計算機輔助完成各類任務(wù)的計算機系統(tǒng)總稱。計算機輔助系統(tǒng)包括計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，CAD)、計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)、計算機輔助測試(ComputerAidedTest，CAT)和計算機輔助教育(ComputerBasedEducation，CBE)等。

5)人工智能

人工智能(ArtificialIntelligence，AI)又稱為智能模擬，是用計算機模擬人的智能行為(如感知、思維、推理和學(xué)習(xí)等)的理論和技術(shù)。人工智能是在計算機科學(xué)、控制論等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的邊緣學(xué)科，包括專家系統(tǒng)、機器翻譯和自然語言理解等。

6)系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)仿真(SystemSimulation)是利用模型來模仿真實系統(tǒng)的技術(shù)。通過仿真模型可以了解實際系統(tǒng)或過程在各種因素變化的條件下，其性能的變化規(guī)律。

7)辦公自動化

辦公自動化(OfficeAutomation，OA)是將現(xiàn)代化辦公和計算機技術(shù)結(jié)合起來的一種新型的辦公方式。辦公自動化可以用計算機或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來處理日常例行的各種事務(wù)，它具有完善的文字、表格、圖像處理功能和網(wǎng)絡(luò)通信能力，可以進行文檔的存儲、查詢和統(tǒng)計等工作。

8)電子商務(wù)和電子政務(wù)

電子商務(wù)或電子政務(wù)是指將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)信息技術(shù)相結(jié)合，通過計算機網(wǎng)絡(luò)在互聯(lián)網(wǎng)上展開網(wǎng)上相互關(guān)聯(lián)的動態(tài)商務(wù)活動或政務(wù)活動。

1.1.3計算機的發(fā)展趨勢

計算機結(jié)構(gòu)和功能將向著巨型化、微型化、超強功能、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。

(1)巨型化是指發(fā)展運算速度快、存儲容量大和具有超強功能的計算機，主要用于滿足尖端科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的需要等。

(2)微型化是利用微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，將計算機的體積進一步縮小，價格進一步降低。

(3)網(wǎng)絡(luò)化是指利用現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機技術(shù)把分布在不同地點的計算機互連起來，組成一個規(guī)模大、功能強的計算機網(wǎng)絡(luò)，目的是使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機靈活、方便地收集和傳遞信息，共享硬件、軟件和數(shù)據(jù)等資源。

(4)智能化是指讓計算機具有模擬人的感覺和思維過程的能力，這是新一代計算機要實現(xiàn)的目標。

1.1.4數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)是指人們能夠識別或計算機能夠處理的符號，是對客觀事物的具體表示。數(shù)據(jù)不僅是用數(shù)字符號表示的數(shù)值數(shù)據(jù)，也可以是用文字、語言、圖形和圖像等表示的非數(shù)值數(shù)據(jù)。信息是指經(jīng)過加工處理后用于決策或具體應(yīng)用的數(shù)據(jù)。信息根據(jù)其屬性，可分為事實性信息、預(yù)測信息和決策信息。

1.計算機中數(shù)據(jù)的表示

數(shù)制是數(shù)據(jù)的表示和計算方法，也稱為計數(shù)制。常用的數(shù)制有十進制、二進制、八進制和十六進制等。

式中，ai稱為數(shù)碼，i取0，1，…，n-1中的任意一個數(shù)字；R稱為基數(shù)，Ri

表示數(shù)位中的權(quán)；m和n為正整數(shù)。按上述公式展開計算，可以將任意進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。常用數(shù)制的數(shù)碼、基數(shù)和進位規(guī)則見表1-1。

在計算機中，通常用數(shù)字后面跟一個英文字母表示該數(shù)進位計數(shù)制。十進制數(shù)一般用D(Decimal)或d表示、二進制數(shù)用B(Binary)或b表示、八進制數(shù)用O(Octal)或o表示、十六進制數(shù)用H(Hexadecimal)或h表示。常用數(shù)制對照見表1-2。

2.數(shù)制的轉(zhuǎn)換

1)任意數(shù)制轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)

使用位權(quán)相加法把R進制數(shù)每位上的權(quán)數(shù)與該位上的數(shù)碼相乘再求和，即得要轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)值。

2)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為任意數(shù)制

將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為任意數(shù)制時，需對整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行處理。處理方法如下：

(1)整數(shù)部分：除基取余法，即連續(xù)除以基數(shù)R，直到商為零為止，將所得余數(shù)倒序排列。

(2)小數(shù)部分：乘基取整法，即連續(xù)乘以基數(shù)R，直到小數(shù)部分為零或滿足精度要求為止，將所得整數(shù)順序排列。

【例1.4】將十進制數(shù)13.125轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。

1.2計算機系統(tǒng)組成與工作原理

一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件是組成計算機的物質(zhì)實體，硬件的性能決定計算機的運行速度；軟件則是介于用戶和硬件系統(tǒng)之間的界面，決定計算機可以進行的工作。硬件和軟件相互滲透、相互促進，兩者充分結(jié)合，才能發(fā)揮計算機的最大功能。

1.2.1計算機的硬件組成

計算機硬件是指計算機中看得見、摸得著的電子線路和物理裝置的總稱，由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。運算器、控制器、存儲器三個部件是信息加工、處理的主要部件，它們合稱為“主機”，而輸入和輸出設(shè)備及外存儲器則合稱為“外部設(shè)備”。

1.運算器

運算器(ArithmeticLogicUnit，ALU)是對數(shù)據(jù)信息進行加工和處理的中心，能夠完成各種算術(shù)運算和邏輯運算。運算器主要由算術(shù)邏輯運算單元和寄存器兩部分組成，其性能是影響整個計算機性能的重要因素。

2.控制器

控制器(Controller)是分析和執(zhí)行指令的部件，是控制計算機各個部分有條不紊地協(xié)調(diào)工作的指揮中心。

運算器和控制器通常集成在一塊芯片上，統(tǒng)稱為中央處理器(CentralProcessingUnit，CPU)。CPU是計算機的核心和關(guān)鍵，計算機的性能主要取決于CPU。

3.存儲器

存儲器(Memory)是用來存放輸入設(shè)備送來的程序和數(shù)據(jù)，以及運算器送來的中間結(jié)果和最后結(jié)果的記憶裝置。存儲器分內(nèi)存儲器和外存儲器。

1)內(nèi)存儲器

內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存，又稱主存，是CPU根據(jù)地址線能直接尋址的空間，由半導(dǎo)體器件制成。內(nèi)存是主機的一部分，它用來存放正在執(zhí)行的程序或數(shù)據(jù)，與CPU直接交換信息。其特點是存取速度快，但容量相對較小。內(nèi)存按其功能和存儲信息的原理，又可分成兩大類，即隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。

(1)隨機存儲器(RandomAccessMemory，RAM)是一種在計算機正常工作時可讀/寫的存儲器。

(2)只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)。ROM與RAM的不同之處是它在計算機正常工作時只能讀出信息，而不能寫入信息。

2)外存儲器

外存儲器簡稱外存，又稱輔存，它作為一種輔助存儲設(shè)備，不能與CPU直接交換信息，主要用來存放一些暫時不用而又需長期保存的程序或數(shù)據(jù)。

常用的外存儲器：

(1)硬盤。硬盤是微型計算機的重要外存儲器，被固定在密封的盒內(nèi)，一般置于主機箱內(nèi)。

(2)光盤。光盤是利用激光原理進行信息讀寫的存儲器。

(3)?U盤。U盤即便攜存儲器(USBFlashDisk)，也稱閃存，采用USB接口，無須外接電源，即插即用，具有斷電后數(shù)據(jù)不丟失的特點，可快速實現(xiàn)不同計算機間的信息交流。

4.輸入/輸出設(shè)備

輸入/輸出設(shè)備簡稱I/O(Input/Output)設(shè)備。用戶通過輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機，輸出設(shè)備將計算機處理的結(jié)果(如數(shù)字、字母、符號和圖形)顯示或打印出來。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標器、掃描儀、數(shù)字化儀等。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。

1.2.2計算機的軟件組成

軟件(Software)是計算機系統(tǒng)必不可少的組成部分，相對于硬件而言，軟件是計算機的靈魂。軟件的功能是充分發(fā)揮計算機硬件資源的效益，為用戶使用計算機提供方便。

軟件是為方便使用計算機和提高使用效率而組織開發(fā)的程序以及有關(guān)文檔。

微型計算機的軟件系統(tǒng)根據(jù)用途可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。

1.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件指的是為了使計算機能正常、高效地工作所配備的無需用戶干預(yù)的各種程序的集合，其主要功能是對計算機系統(tǒng)進行調(diào)度、監(jiān)控和維護，管理計算機系統(tǒng)中的硬件，使它們能協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)軟件是計算機系統(tǒng)正常運行必不可少的軟件，包括操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和服務(wù)程序等。

1)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)(OperatingSystem，OS)是最重要的系統(tǒng)軟件，用于管理、控制計算機系統(tǒng)的軟、硬件和數(shù)據(jù)資源的大型程序，是用戶和計算機之間的接口。操作系統(tǒng)還提供了軟件的開發(fā)和應(yīng)用環(huán)境。

概括來說，操作系統(tǒng)有兩大功能：一是對計算機系統(tǒng)硬件和軟件資源進行管理、控制和調(diào)度，以提高計算機的效率和各種硬件的利用率；二是作為人機對話的界面，為用戶提供最佳的工作環(huán)境和最友好的服務(wù)。

操作系統(tǒng)種類繁多，可以從以下幾個角度進行劃分：

(1)根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，可分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、主機操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)等。

(2)根據(jù)功能不同，可分為批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。

(3)根據(jù)工作方式不同，可分為單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)(如MS-DOS)、單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)(如Windows98)、多用戶多任務(wù)分時操作系統(tǒng)(如Linux、Unix、Windows7、Windows8、Windows10等)。

(4)根據(jù)源代碼的開放程度不同，可分為開源操作系統(tǒng)(Linux、Android、ChromeOS)和不開源操作系統(tǒng)(Windows系列)等。

2)語言處理程序

人和計算機交流信息使用的語言稱為計算機語言或程序設(shè)計語言。程序設(shè)計語言通常分為機器語言、匯編語言和高級語言三類，它的基礎(chǔ)是一組記號和一組規(guī)則，其基本成分有數(shù)據(jù)成分、運算成分、控制成分和傳輸成分。數(shù)據(jù)成分用于描述程序中所涉及的數(shù)據(jù)，運算成分用于描述程序中所涉及的運算，控制成分用于描述程序中的控制結(jié)構(gòu)，傳輸成分用于描述程序中的數(shù)據(jù)傳輸。語言處理程序是為用戶設(shè)計的編程服務(wù)軟件，用于將高級語言源程序翻譯成計算機能識別的目標程序。

3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DatabaseManagementSystem，DBMS)是對計算機中所存放的大量數(shù)據(jù)進行組織、管理、查詢，并提供一定處理功能的大型系統(tǒng)軟件。簡單來說，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的作用就是管理數(shù)據(jù)庫，它是位于用戶和操作系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)管理軟件，能夠科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)。

2.應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是為了解決用戶的各種應(yīng)用問題而開發(fā)的計算機軟件，涉及計算機應(yīng)用的所有領(lǐng)域?？茖W(xué)和工程計算軟件、管理軟件、輔助設(shè)計軟件和過程控制軟件等都屬于應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件可以是一個特定的程序，也可以是一組功能緊密協(xié)作的軟件集合體，還可以是由眾多獨立軟件組成的龐大的軟件系統(tǒng)。

1.2.3計算機的工作原理

到目前為止，盡管計算機發(fā)展了四代，但其基本工作原理仍然沒有改變，即馮·諾依曼原理。概括地說，計算機的基本工作原理就是兩點，即存儲程序與程序控制。圖1-2所示為計算機工作原理示意圖。

圖1-2計算機工作原理示意圖

1.3認識并防范計算機病毒

1.計算機病毒的概念《中華人民共和國計算機信息系統(tǒng)安全保護條例》關(guān)于計算機病毒的定義：計算機病毒，是指編制或者在計算機程序中插入的破壞計算機功能或者毀壞數(shù)據(jù)，影響計算機使用，并能自我復(fù)制的一組計算機指令或者程序代碼。

2.計算機病毒的特征

1)傳染性

傳染性是指計算機病毒具有把自己復(fù)制到其他媒體的特性。計算機病毒自我復(fù)制有兩個前提條件：一是計算機病毒裝入計算機的內(nèi)存，二是計算機病毒能夠分配到CPU的處理資源。

2)寄生性

寄生性是指計算機病毒具有依附其他媒體的特性。

3)潛伏性

潛伏性也稱“隱蔽性”，是指計算機病毒具有偽裝能力。

4)觸發(fā)性

觸發(fā)性是指計算機病毒一般都具有觸發(fā)機制，當觸發(fā)條件不滿足時，計算機病毒除了感染之外，無所作為，而觸發(fā)條件一旦滿足，則計算機病毒將表現(xiàn)出其特異功能或破壞作用。

觸發(fā)條件主要有以下五種：

(1)利用日期觸發(fā)。

(2)利用時鐘觸發(fā)。

(3)鍵盤觸發(fā)。

(4)利用計算機內(nèi)部的某些特定操作觸發(fā)。

(5)由外部命令觸發(fā)。

5)表現(xiàn)性

表現(xiàn)性是指當觸發(fā)條件滿足時，計算機病毒在其所在的計算機上發(fā)作，表現(xiàn)出特異的癥狀和破壞作用，所以也稱“破壞性”。常見的病毒表現(xiàn)有:

(1)占用CPU、內(nèi)存等系統(tǒng)資源或?qū)①Y源耗盡。

(2)使系統(tǒng)性能下降，如速度下降等。

(3)干擾系統(tǒng)的正常運行。

(4)干擾終端的輸入/輸出行為。

(5)攻擊引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表、文件目錄表、文件等系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)。

(6)格式化磁盤。

(7)改寫主機板上的BIOS內(nèi)容。

(8)拒絕網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

6)衍生性

衍生性是指當一種計算機病毒暴發(fā)或被查出之后，病毒制造者或者其他人往往會對其進行修改，改變其特征以迷惑計算機病毒查殺程序，以期繼續(xù)危害計算機系統(tǒng)，從而形成了該計算機病毒的變種。

3.計算機病毒的預(yù)防、檢測與清除

1)計算機病毒的預(yù)防

計算機病毒層出不窮，給計算機用戶帶來很多麻煩，對于計算機病毒，要樹立以預(yù)防為主、清除為輔的觀念，具體方法如下：

(1)及時安裝操作系統(tǒng)的安全漏洞補丁程序。

(2)進行操作系統(tǒng)的安全設(shè)置，如用戶權(quán)限設(shè)置、共享設(shè)置、安全屬性設(shè)置等。

(3)定期進行全面查毒，尤其是在作為觸發(fā)條件的敏感日期。

(11)做好系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份。

(4)安裝至少一種計算機病毒查殺軟件、一種計算機病毒防火墻、一種郵件防火墻并及時更新計算機病毒庫。

(5)使用移動存儲介質(zhì)時，應(yīng)先進行查殺計算機病毒操作。

(6)應(yīng)隨時保留一張無計算機病毒的、帶有各種系統(tǒng)命令的啟動盤。

(7)連接因特網(wǎng)的機器一旦發(fā)現(xiàn)有計算機病毒，應(yīng)在第一時間拔掉網(wǎng)線或切斷集線器、路由器等網(wǎng)絡(luò)部件的電源，以免造成計算機病毒繼續(xù)傳播。

(8)對從未用過或新購置的計算機，應(yīng)先查毒后使用。

(9)不要隨意打開可疑郵件及其附件。

(10)做好硬盤分區(qū)表、引導(dǎo)盤的引導(dǎo)扇區(qū)等的備份。在重新啟用曾感染過頑固計算機病毒的硬盤之前，用專用工具將首磁道的所有扇區(qū)清零。

2)計算機病毒的檢測

計算機病毒的檢測方法有以下幾種：

(1)手工檢測。手工檢測是指通過軟件工具(DEBUG、PCTOOLS、NU等)進行病毒檢測，它是利用工具軟件對計算機易遭病毒攻擊和修改的內(nèi)存及磁盤的有關(guān)部分進行檢查，通過與在正常情況下的狀態(tài)進行對比分析，判斷是否被計算