计算机基础知识理论

计算机基础知识

一、计算机的发展与应用

1.1 计算机的概念与发展

1.1.1、内容要点

1、计算机工作原理：

1）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，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。

2）计算机工作原理——冯·诺依曼原理（又称为存储程序原理）

（1）组成计算机的物理设备（硬件）包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分；

（2）所有程序和数据都以二进制形式存储在存储器中；

（3）计算机系统在程序控制下自动运行。

2、计算机的发展：

1）计算机的发展：

计算机从诞生发展到今天，已经经历了四个阶段，现正向第五代过渡。见下表。

计算机发展的四个阶段

2）微型计算机的发展：

上世纪70年代初，美国Intel公司等采用先进的微电子技术将运算器和控制器集成到一块芯片中，称之为微处理器（MPU）。其发展大约经历了六个阶段，如下表。

微机的六个发展阶段

3）我国计算机的发展情况

我国的计算机事业始于20世纪50年代。

1952年我国的第一个电子计算机科研小组在中科院数学所内成立。

1960年，我国第一台自行研制的通用电子计算机107机问世。

1964年，我国研制了大型通用电子计算机119机，用于我国第一颗氢弹研制工作的计算任务。

20世纪70年代以后，我国生产的计算机进入了集成电路计算机时期。

1974年，我国设计的DJS-130机通过了鉴定并投入批量生产。

进入20世纪80年代，我国又研制成功了巨型机。

1982年，我国独立研制成功了银河I型巨型计算机，运算速度为每秒1亿次。

1997年6月研制成功的银河Ⅲ型巨型计算机，运算速度为每秒130亿次。这些机器的出现，标志着我国的计算机技术水平踏上了一个新的台阶。

1999年，银河四代巨型机研制成功。

2000年，我国自行研制成功高性能计算机“神威Ｉ”，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。我国成为继美国、日本之后世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家。

2005年4月18日，完全由我国科学界自行研发、拥有自主知识产权的中国首款六十四位高性能通用CPU芯片CPU———“龙芯二号”芯片正式发布。这款芯片性能经检测已达到英特尔“奔3”水平，比2002年9月28日发布的“龙芯一号”提高了10倍。3、计算机的特点：

计算机是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。

4、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。通常以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，单位来纳秒（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：是一个综合性的指标，单位为MIPS（每秒百万条指令）。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。

6）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/价格比是一个综合性评价计算机性能的指标。

5、计算机的发展趋势：

计算机的发展趋势是智能化、巨型化、微型化、网络化、多媒体化。

1.2 计算机的类型

1.2.1内容要点

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，可分为：

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，依据IEEE（美国电气和电子工程师协会）的划分标准，可分为：

1）巨型机

也称为超级计算机，在所有计算机类型中价格最贵、功能最强、其浮点运算速度最快。多用于战略武器的设计、空间技术、石油勘探等领域。巨型机的研制水平、生产能力及其应用程度，已成为衡量一个国家经济实力和科学水平的重要标志。

2）小巨型机

是小型超级电脑或称桌上型超级计算机，功能略低于巨型机，但价格仅巨型机十分之一。

3）大型主机

或称大型电脑，特点是大型、通用，具有很强的处理和管理能力，主要用于大银行、大公司、规模较大的高校和科研院所。在计算机向网络迈进和时代，仍有大型主机的生存空间。

4）小型机

结构简单，可靠性高，成本较低，对于广大中、小用户，比昂贵的大型主机具有更大的吸引力。

5）工作站

介于PC机和小型机之间的一种高档机，其运算速度比微机快，且具有较强的联网功能。主要用于特殊的专业领域，如图像处理、计算机辅助设计等。

6）微型机

或称这PC机，以其设计先进、软件丰富、功能齐全、价格便宜等优势而拥有广大的用户。PC机除了台式机，还有膝上型、笔记本、掌上型、手表型等。

3、按处理对象划分，可分为

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。

1.3 计算机的应用领域

1.3.1 知识要点

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。

1.4 计算机安全使用与病毒防治

1.4.1内容要点

1、计算机病毒的概述

1）计算机病毒的特性

病毒是一种程序，所以它具有程序的所有特性，除此之外，它还具有隐蔽性、潜伏性、传染性和破坏性。

病毒通常的扩展途径是将自身的具有破坏性的代码复制到其他有用代码中，它的传播是以计算机系统的运行及读写磁盘为基础的。

2）病毒的分类

病毒按其危害程度，分为良性病毒和恶性病毒；按其侵害的对象来分，可以分为引导型、文件型、复合型和网络型等。

3）病毒的传播途径

在计算机应用的早期，软盘是传播病毒的最主要方式，随着网络的飞速发展，软盘趋于淘汰，网络这个载体给病毒的传播插上了翅膀。据统计，通过网络邮件系统附件传播的病毒超过病毒传播总途径的60%。继“CIH”病毒之后，又相继出现了“罗密欧与朱丽叶”、“智能病毒”、“震荡波”等新型网络病毒。

4）病毒的危害

减少存储器的可用空间，占用CPU时间；破坏存储器中的数据信息和网络中的各项资源；破坏系统I/O功能；破坏文件系统，毁灭系统软件，甚至危及硬件，等等。

2、计算机病毒的预防

预防计算机病毒要注意以下几个环节：

1）创建紧急引导盘和最新紧急修复盘。

2）使用外来磁盘或其他机器的文件时，要先杀毒再使用。

3）对不需要写操作的磁盘进行写保护。

4）为计算机安装病毒检测软件，定期清查病毒，并注意及时升级。

5）为计算机安装专门用于防毒、杀毒的病毒防火墙或防护卡。

6）在上网时，尽量减少可执行代码交换，能脱网工作时尽量脱网工作。

3、病毒的检测与消除

1）病毒的检测

病毒潜伏在计算机中，不被激发，是很难得被发现的，因此要仔细观察系统的异常现象。一般计算机出现异常，首先判断是否是计算机硬件造成的，如果硬件系统正常，则应该考虑是否感染了计算机病毒。如果安装在计算机中的病毒检测软件或硬件检测到病毒后，就应该立即采取相应的措施。

2）病毒的清除

对病毒的清除一般使用杀毒软件来进行。杀毒软件的作用原理与病毒的作用原理正好相反，可以同时清除几千种病毒，且对计算机中的数据没有影响。常见的杀病毒软件有KV3000、诺顿、瑞星、金山毒霸等。

4、计算机安全使用常识

1）使用符合额定电压的电源。

电压高于额定电压会烧毁硬件，低于额定电压计算机不能正常启动或系统运行不正常，甚至也会烧毁硬件。

2）正确开关计算机。

正确的开机方法是：先开外设（显示器、打印机等），再开主机。

正确的关机方法是：先关主机，再关外设。还应避免频繁地开关计算机，以防止电子元件被击穿。

3）计算机的使用环境。

要注意计算机使用的温度、湿度和卫生环境，以避免计算机内部元件过快老化或烧毁，使用时还应注意保持计算机的平稳，以免损坏硬盘。

4）经常备份数据。

重要的数据和文件要经常进行备份，防止由于硬盘损坏或病毒破坏而造成的损失。5）定期清查病毒，不使用盗版软件。

6）设置安全权限和密码，并定期更改密码，对于来历不名的软件不要运行，防止黑客的入侵。

二、计算机操作系统与基本配置

1.5 操作系统的概念与分类

1.5.1 内容要点

1、操作系统的概念

操作系统是方便用户管理和控制计算机系统资源的系统软件，是最重要、最基本的系统软件。可看成是计算机硬件的第一级扩充。

操作系统是计算机用户和计算机硬件（物理设备）的接口，用户只有通过操作系统才能使用计算机，所有应用程序必须在操作系统的支持下才能运行。

计算机系统资源包括硬件资源（CPU、存储器、外部设备等）和软件资源（各种系统程序、应用程序和数据文件）。

2、操作系统的发展

1）初级阶段（20世纪50年代~60年代）

此一阶段主要使用机器代码和汇编程序，没有真正的操作系统，完成操作系统功能的是监控程序。监控程序负责初级计算机的系统管理和控制。

2）起步阶段（20世纪60年代~70年代）

此一阶段出现了大量的高级语言编译程序、工具软件，同时出现了操作系统。此时的操作系统实质上是一个大规模的程序集合，可以有效地帮助用户完成系统管理工作。3）成熟阶段（20世纪70年代~现在）

以1974年产生的C语言为标志的一批成熟的标准化、结构化高级语言开始流行，以此为工具开发的各类操作系统开始出现。

操作系统完全进入成熟期是在上世纪八十年代。操作系统的设计逐渐趋向集成化、标准化、大型综合化。

3、操作系统的主要作用

主要作用有三个，一是提供方便友好的用户界面，二是提高系统资源的利用，三是提供软件开发的运行环境。

4、操作系统基本功能

操作系统一般应具有CPU管理、存储管理、外部设备管理、文件管理、作业管理等五个方面的功能。

5、操作系统分类

1）按使用环境可分为批处理、分时、实时操作系统。

2）按用户数目可分为单用户（单任务、多任务）、多用户、单机、多机系统。

3）按硬件结构可分为网络、分布式、并行、和多媒体操作系统等。

这样的分类仅限于宏观上的。因操作系统具有很强的通用性，具体使用哪一种操作系统，要视硬件环境和用户的需求而定。

而在实际应用中，人们常又采取以下的分类方法，一般可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

1）批处理操作系统：

在计算机系统中能支持同时运行多个相互独立的用户程序的操作系统。

2）分时操作系统：

把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片，每个用户依次轮流使用时间片，实现多个用户分享同一台主机的操作系统。分时系统的基本特征：多路性、独立性、交互性、及时性。

3）实时操作系统：

能对随机发生的外部事件作出及时的响应并对其进行处理的操作系统。实时系统用于控制实时过程，它主要包括实时过程控制和实时信息处理两种系统。其特点是：对外部事件的响应十分及时、迅速；系统可靠性高。实时系统一般都是专用系统，它为专门的应用而设计。

4）网络操作系统：

使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关协议的集合。

5）分布式操作系统：

分布式系统是以计算机网络为基础的，它的基本特征是处理上的分布，即功能和任务的分布。分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。

1.6 操作系统常用术语与功能

1.6.1 内容要点

1、指令和指令系统

1）指令：

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：

指认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。

复杂指令系统(CISC)：不断的增加指令系统中的指令，增加指令复杂性及其功能，即增加新的指令来代替可由多条简单指令组合完成的功能，如现用PC机中MMX多媒体扩展指令等。以此来提高计算机系统的性能。

简化指令系统(RISC)：其基本思想为简单的指令能执行得更快以及指令系统只需由使用频率高的指令组成。

2、程序和源程序

1）程序：

程序是为完成一个的完整的任务，计算机必须执行的一系列指令的有序集合。

2）源程序：

用户为解决问题而使用汇编语言或高级语言编制的程序。

3）目标程序：

由二进制代码组成的程序，或者说将源程序经汇编或编译翻译而成的机器代码程序。

3、单任务和多任务、单用户和多用户

1）单任务：在某一时间只允许打开和执行一个应用程序。

2）多任务：在某一时间允许打开和执行多个应用程序，前后台程序并行工作。

3）单用户：微型计算机中广泛使用的操作系统，最主要的特点是在同一段时间仅能为一个用户提供服务。

4）多用户：同时面向多个用户，使系统资源同时为多个用户所共享。

4、文件和文件夹

1）文件：

文件是具有名字的、存储于外存的一组组相关信息的集合。

2）文件名：

在一特定的操作系统下，一个文件有且只有一个标记，称为文件全名，简称文件名。文件全名由盘符、路径、主文件名（往往简称文件名）和扩展名4部分组成。其格式为：[盘符:][路径]<文件名>[.扩展名]

在不同的操作系统中，都有一些字符不可用作文件名字符。见下表。

3）通配符（广义字符）

在MS-DOS一般和Windows操作系统下，可使用下列广义字符。

·*：代表任意个任意合法字符；

·?：代表一个任意合法字符。

4）文件分类：见下表

5）文件目录（文件夹）

操作系统为便于管理磁盘上的文件，把文件名集中存放在磁盘的一个特定位置，此特定位置被称为目录（即文件夹）。

6）根文件夹（根目录）

作磁盘格式化化时在每个磁盘上建立的唯一的磁盘总目录，即为磁盘根文件夹（根目录），根目录又叫主目录或系统目录。

7）树形目录结构

在根文件夹下建立多个子文件夹，每个子文件夹中又可建立下级子文件夹，从而形成类似一个倒悬的树状结构。即为树形目录结构。

在每个文件夹中，均可有文件和下级文件夹，但同一个文件夹中不允许存在同名的文件或文件夹。但文件下不能再建立文件或文件夹，即文件在树形目录结构中是最下级单位。8）路径

目录的字符表示，是一串用左斜线（\）相互隔开的一组文件夹名，用来标识文件和文件夹所属的文件夹（位置）。如F盘TXT文件夹下的YUI文件夹下的文件IOP.DOC可表示为F:\TXT\YUI\IOP.DOC。相对于前面所述文件标记而言，盘符为F:，路径为\TXT\YUI\，文件名为IOP.DOC。

在路径最左边的左斜线（\）被认为是根文件夹，其余的左斜线（\）是分隔符，表示前后具有隶属关系。如F:\TXT\YUI\IOP.DOC，表示IOP.DOC在YUI文件夹下，YUI文件夹在文件夹TXT下，而TXT文件夹在F盘根文件夹下。

注意：在Windows系统的“我的电脑”或“资源管理器”中，最上层文件夹为“桌面”；而在DOS系统中，最上层文件夹是每个磁盘的根目录。

9）绝对路径和相对路径

以根文件夹（“\”）开始的路径名，为绝对路径。如C:\WINDOWS\GBK.TXT

不以根文件夹（“\”）开始的路径名，为相对路径。如C:WINDOWS\GBK.TXT

5、硬盘的准备

1）磁盘的准备工作：

低级格式化（硬盘初始化、物理格式化）、硬盘分区、高级格式化（逻辑格式化）。2）低级格式化：

作用是把新盘（盲盘）划分磁道和扇区，并在每一个扇区存放地址的区域（地址场）标上地址信息。

硬盘低级格式化操作由厂家在出厂前进行，除非出现介质缺陷或地址场被破坏，一般无需用户进行。

硬盘低级格式化将彻底破坏硬盘中原有信息，应慎重使用，使用前切记进行数据备份（对使用过的硬盘）。

硬盘低级格式化一般使用厂家提供的低级格式化程序或专用工具软件。

3）硬盘分区

硬盘分区的目的是为不同的操作系统或不同用途开辟独立的工作区域。

每个区域称为一个分区，建立分区的过程也叫硬盘分区。

硬盘分区将破坏硬盘原有信息，应慎重使用，使用前注意数据备份（对使用过的硬盘）。

硬盘分区一般可使用MS-DOS或Windows95/98提供的FDISK分区程序，也可使用Windows2000/XP的“计算机管理”中的“磁盘管理”程序。

硬盘分区包括建立主分区、建立扩展分区、分配逻辑驱动器（逻辑分区）、删除分区、设置活动分区等。

对于MS-DOS和Windows系统，仅有活动分区才能正常引导操作系统。

4）高级格式化

格式化的目的是初始化磁盘文件分配表和文件根目录区，并初始化磁盘结构参数表。

硬盘高级格式化同样会破坏硬盘原有信息，应慎重使用。使用前应注意数据备份。1.7 CPU、主板及存储器

1.7.1 内容要点

1、计算机系统构成

1）计算机系统构成

一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统。没有软件的计算机系统称为裸机。2）硬件系统

硬件系统是指构成计算机的物理设备，它是计算机软件运行的基础。从计算机的外观看，它是由主机、显示器、键盘和鼠标等几个部分组成。具体是由五大功能部件组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。这五大功能部件相互配合，协同工作。其中，运算器和控制器集成在一片或几片大规模或超大规模集成电路中，称之为中央处理器(CPU)。硬件系统采用总线结构，各个部件之间通过总线相连构成一个统一的整体。3）计算机硬件系统结构示意图