1.1 计算机概述

1. 世界上第一台数字式电子计算机

• 诞生时间：1946年2月
• 开发团队：美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利和工程师埃克特等人
• 名称：电子数值积分器和计算机（ENIAC），中文名“埃尼阿克”

2. 电子计算机的发展阶段

• 第五代：智能化计算机，同时朝巨型化、微型化、网络化、智能化和多媒体方向发展

3. 美国Intel公司

• 成立时间：1968年
• 地位：全球最大半导体芯片制造商

4. 微处理器的发展

• 1971年：英特尔推出了全球第一个微处理器4004
• 主要公司：Intel公司和AMD（美国超微设备公司）
• 处理器芯片系列：龙芯、方舟、威盛、星光等
• 字长发展：经历了4位、8位、16位、32位、64位微处理器阶段
• 多核结构：具有良好的性能潜力和实现优势

5. IBM公司推出的第一台个人计算机

• 时间：1981年2月
• 型号：IBM 5150
• 配置：采用了Intel 8088微处理器和MS-DOS操作系统

6. 计算机的特点

• 高速、精确的运算能力
• 准确的逻辑判断能力
• 强大的存储能力
• 自动运行能力
• 网络与通信功能

7. 计算机的性能指标及其单位

• 字长：单位：位（bit）
• 主频：单位：兆赫兹（MHz）
• 运行速度：单位：MIPS（每秒百万条指令）
• 内存储容器量：单位：字节（Byte）
• 存储周期：单位：纳秒（ns）

8. 计算机的应用和分类

应用

• 科学计算：特点是计算量大数值变化范围广
• 数据处理：应用于办公自动化（OA）、企业管理、事务管理，情报检索
• 过程控制：数控机床，航天飞机升天，工厂中的生产流水线
• 计算机辅助系统：
  • 计算机辅助教育（CBE）
  • 计算机辅助设计（CAD）
  • 计算机辅助制造（CAM）
  • 计算机辅助教学（CAI）
  • 计算机辅助测试（CAT）
  • 计算机管理（CMI）
• 人工智能（AI）：应用主要有机器人、定理证明、模式识别和专家系统等方面
• 网络与通信
• 多媒体应用

分类

• 按综合性能指标分：巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机
• 按信息处理方式分：数字计算机、模拟计算机和混合计算机
• 按用途分：通用计算机和专用计算机
• 按字长分：4位、8位、16位、32位、64位计算机

1.2 计算机系统组成

1. 计算机系统的基本组成

• 硬件系统：计算机系统的基础
• 软件系统：在硬件系统的基础上运行的程序和各类文档，软件是硬件与用户之间的接口
• 裸机：仅有硬件而没有配备软件的计算机

2. 计算机的硬件组成

• 控制器
• 运算器
• 存储器
• 输入设备
• 输出设备
• 中央处理器（CPU）：由控制器、运算器及寄存器等组成

3. 软件系统

系统软件

• 操作系统（OS）
• 程序设计语言
• 系统检测诊断程序
• 编译系统
• 通用数据库管理系统等

应用软件

• 管理软件
• 办公软件
• 应用数据库管理软件
• 图形图像处理软件
• 为用户需求开发设计的软件等

4. 冯诺依曼原理

• 提出者：美籍科学家冯·诺依曼，称为“现代电子计算机之父”
• 设计思想：“程序存储和程序控制”
• 主要内容：
  • 计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成
  • 计算机内部采用二进制
  • 程序存储和程序控制

5. 计算机的工作过程

• 指令：计算机完成某个操作所发出的命令
• 程序：用机器自身所具有的指令编排的指令序列

6. 微型计算机工作过程

• CPU访问输入输出接口
• 读入数据并运行
• 暂存结果
• 输出结果

7. 中央处理器（CPU）

• 英文缩写：CPU
• 组成：控制器、运算器和寄存器
• 功能：在微型计算机中也称它为微处理器，是一块体积不大而集成度非常高、功能非常强大的芯片

8. 运算器

• 功能：负责对数据进行算术运算和逻辑运算
• 组成：
  • 算术逻辑运算单元（ALU）
  • 累加器
  • 状态寄存器
  • 通用寄存器组等
• 算术逻辑运算单元（ALU）：
  • 完成加、减、乘、除等算术运算
  • 与、或、非等逻辑运算及移位、求补等操作
• 累加器：暂存被操作的数和中间运算结果
• 通用寄存器组：运算时用于暂存操作数和数据地址
• 状态寄存器：存放运算中产生的状态信息
• 字长：算术逻辑运算单元、累加器和通用寄存器的位数决定了CPU的字长

9. 控制器

• 功能：计算机的控制中心，控制整个计算机的工作，计算机指令的执行部件
• 组成：
  • 指令指针寄存器
  • 指令寄存器
  • 控制逻辑电路
  • 时钟控制电路等
• 指令指针寄存器：产生及存放下条待取指令的地址
• 指令寄存器：存放正在执行的指令
• 时钟控制电路：产生指令执行过程中所需要的时间控制信号
• 控制逻辑电路：产生执行微操作所需要的控制信号
• 寄存器：CPU内部的临时存储单元，存储运算中的数据、中间结果、地址和状态信息等

10. 存储器

• 功能：计算机用来存放程序和数据的记忆部件，是计算机各种信息存放和交流的中心
• 基本功能：在控制器的控制下按照指定地址存入和取出信息
• 组成：高速缓冲存储器（Cache）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、优盘存储器等

11. 存储器的分类

• 按存储介质的材料分：
  • 半导体存储器（半导体）
  • 磁表面存储器（主存、软盘、硬盘）
  • 光存储器（CD-ROM）
• 按存储器的工作方式分：
  • 随机读写存储器
  • 顺序读写存储器
  • 只读存储器
• 按计算机系统结构分：
  • 内存储器
  • 外存储器

12. 内存储器

• 组成：随机读写存储器（RAM）、高速缓冲存储器（Cache）和只读存储

  器（ROM）

  • 作用：计算机工作中存储正在运行的程序和程序所需要的数据
  • 特点：密度大、体积小、质量轻和存储速度快
  • 存储单元：由若干个二进制位（8位，16位，32位）组成
  • 地址码：有10位二进制数，则共可表示2^10=1G个地址
  • 末地址：首地址+容量-1

  随机读写存储器（RAM）

  • 特点：根据需要随时按地址读出写入，读出后存储单元内容不变，用于存储运行时的程序与数据，断电后内容全部丢失
  • 分类：
    • 静态随机存储器（SRAM）
    • 动态随机存储器（DRAM）

  高速缓冲存储器（Cache）

  • 特点：提高CPU读写程序和数据的速度，提高计算机整体的工作速度，断电后高速缓存的内容丢失
  • 组成：一般采用SRAM

  只读存储器（ROM）

  • 特点：只读不可写入，数据不易丢失，断电后ROM内容依然保存，一般用于存储计算机系统中固定的程序和数据

  13. 只读存储器（ROM）的分类

  • 普通ROM
  • 可编程只读存储器（PROM）
  • 可擦除式可编程只读存储器（EPROM）
  • 电式可擦除式可编程只读存储器（EEPROM）

  14. 外存储器

  • 特点：可读可写，在断电后保持数据不丢失，存储容量大、存储速度快等
  • 组成：优盘、移动硬盘、闪存卡等

  15. 输入输出设备

  • 输入设备：向计算机输入数据和信息的设备
  • 输出设备：计算机处理后的信息以能为人或其他设备所接受的形式输出的

  16. 总线的定义

  • 功能：计算机工作时各部件之间需要经常进行数据交换、地址传送、控制信号和状态信号的发送，信息的传递需要信息传递的通路

  17. 总线的分类

  • 按功能分：
    • 内部总线
    • 系统总线
    • 外部总线
  • 按时序控制方式分：
    • 同步总线
    • 异步总线

  18. 常用微机系统总线

  • ISA（工业标准体系结构）总线：
    • 简称：标准总线
    • 由IBM公司1984年推出为PC/AT机建立的系统总线标准，又叫AT总线
    • ISA数据总线位宽为：16位
    • EISA（扩展工业标准结构）数据总线位宽为：32位
  • PCI（外围设备互联总线）：
    • 由Intel公司推出的标准局部总线
    • PCI采用32位高性能结构，可扩展到64位
  • PCI-E总线：
    • 最新的总线和接口标准
    • 优点：
      • 数据传输速率高
      • 有独立的数据连接
      • 支持热插拔、热交换

  1.3 数字化信息编码与数据表示

  1. 数制

  • 基本术语：数码、基数、位权

  2. 计算机处理的数据

  • 无符号数
  • 有符号数
  • 表示方法：在计算机中只能用0、1来表示
  • 符号表示：符号也用数码0（表示正）和1（表示负）来表示，通常把最高为定义为符号位
  • 真值数：机器外带正、负符号的数值
  • 机器数：正、负符号数字化的数

  3. 真值数、原、反、补码

  真值数

  • +36：转换成机器数为：0（符号位）010 0100（值）其结果为：0010 0100
  • -12：转换成机器数为：1（符号位）000 1010（值）其结果为：1000 1010

  原码

  • 定义：计算机中正数的符号位用0表示，负数的符号为用1表示，这种方法表示的数称为原码
  • 表示：数X的原码记为[X]原
  • 举例：
    • 当机器数字长n=8位时：
      • [+1]=0000 0001
      • [-1]=1000 0001
      • [+127]=0111 1111
      • [-127]=1111 1111

  反码

  • 定义：数X的反码记为[X]反
  • 表示方法：
    • 正数：原码=反码
    • 负数：符号位不变，其余各位取反（0变1，1变0）
  • 举例：
    • 当机器数字长n=8位时：
      • 0的反码表示有两种：[+0]=0000 0000 [-0]=1111 1111
      • [+1]=0000 0001 [-1]=1111 1110
      • [+127]=0111 1111 [-127]=1000 0000

  补码

  • 定义：数X的补码记为[X]补
  • 表示方法：
    • 正数：原码=反码=补码
    • 负数：补码=反码+1（符号位不变，其余各位取反，将反码最低位加1）
  • 举例：
    • 当机器数字长n=8位时：
      • 0的反码表示有两种：[+0]=[-0]=0000 0000
      • [+1]=0000 0001 [-1]=1111 1111
      • [+127]=0111 1111 [-127]=1000 0001

  原码、反码、补码字长位数（n）范围

  • 原码：-（2^(n-1)-1）~2^(n-1)-1
  • 反码：-（2^(n-1)-1）~2^(n-1)-1
  • 补码：-2^(n-1) ~ 2^(n-1)-1

  4. 西文字符集及其编码

  • 西文字符：由拉丁字母、数字、标点符号及一些特殊符号所组成的，它们统称为“字符”，所有字符的集合叫做“字符集”
  • ASCII码：计算机中使用得最广泛的西文字符集及其编码是ASCII码（美国信息交换标准代码）
  • 标准：1967年已被国际标准化组织（ISO）批准为国际标准，称为ISO-646标准
  • 组成：包含10个数字、52个英文大、小写字母、33个标点符号及运算符、33个控制码

  5. 汉字编码

  汉字输入码

  • 定义：为输入汉字而对汉字编制的代码，又称外部码
  • 分类：
    • 流水码（按一定顺序）
    • 音码（按读音）
    • 形码（按字形）
    • 音形结合码（按读音与字形）

  汉字内码

  • 国标码：
    • 定义：又称汉字信息交换码，用于汉字信息处理系统或与通信系统之间进行信息交换的汉字代码
    • 标准：GB2312-80即国标码标准，共收集了7445个图形字符
    • 组成：其中一般符号、数字、拉丁字母、希腊字母、汉字拼音等709个。汉字字符分为两级，一级汉字3755个，按汉语拼音排列，二级汉字3008个，按部首排列
    • 表示方法：用两个ASCII码代表一个汉字编码，其中每个字节的最高位为0
  • 区位码：
    • 定义：将GB2312-80国标字符集所有汉字编码

      分成94区和94位，用汉字区号和位号来表示汉字的编码就是区位码

      • 表示方法：区位码为十进制，在运算时需将区号和位号分别转换成十六进制
      • 机内码：
        • 英文字符的机内编码：7位的ASCII码，即每个西文字符的ASCII码都小于128
        • 汉字内码：将国标码每个字节的最高位0变为1，变化后的过编码称为汉字内码，即机内码
      • 转换公式：
        • 机内码=国标码+8080H
        • 国标码=区位码（区、位分别转换成十六进制）+2020H
        • 机内码=区位码（区、位分别转换成十六进制）+A0A0H
      • 通用编码字符集（UCS）：
        • 定义：规定了全世界现代书面语言文字所使用的所有字符的标准编码
      • 其他汉字字符集：
        • BIG5：台湾和香港使用的汉字字符集，共有汉字13053个
        • GBK：全拼输入法使用的是GBK字符集，共有20902个汉字字符

      汉字字形码

      • 定义：把字模中的每个点都用一位二进制数表示，“1”表示黑点，“0”表示白点，这种数字化的字模点阵代码又称字形码
      • 影响因素：点阵的大小影响汉字字形的质量，点阵越大，即点阵越密，汉字笔画就越清楚，汉字的质量越高，占用的存储空间就越大

      汉字地址码

      • 定义：是用来指出汉字字模中存放的逻辑地址的编码
      • 汉字库：
        • 定义：将汉字的字形码有规律、按顺序存放在连续的存储器中，形成了汉字的字形库，简称汉字库
        • 组成：包含全部国标GB2312-80中规定的一级和二级汉字字符
        • 分类：按其存放的介质不同分为硬字库和软字库

      6. 奇偶校验码

      • 定义：通过计算数据中“1”的个数是奇数还是偶数来判断数据的正确性
      • 分类：
        • 垂直就奇偶校验：以一个字符作为校验单位纵向生成校验码位
        • 水平奇偶校验：以多个字符作为校验单位横向生成校验位码
        • 水平垂直奇偶校验（又称方阵校验码）：以多个字符作为单位水平垂直两个方向共同生成校验字符
      • 特点：数据校验码具有发现某些错误，不可纠错的数据编码

      1.4 计算机安全防护知识

      1. 计算机安全面临的威胁

      • 物理安全
      • 系统安全
      • 黑客攻击
      • 病毒威胁

      2. 计算机病毒

      • 定义：是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用，并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码

      3. 计算机病毒的组成

      • 装入部分
      • 传染部分
      • 破坏部分

      4. 计算机病毒的特点

      • 传染性
      • 隐蔽性
      • 破坏性
      • 寄生性
      • 非法性

      5. 计算机病毒的分类

      按破坏性分

      • 干扰性病毒（良性病毒）：制作者为表现自我面设计的程序，它是恶作剧的产物。当计算机感染了这种病毒并发作时，系统的效率下降，机器无法正常运行或根本不能运行，但它不会破坏磁盘上的信息
      • 破坏性病毒（恶性病毒）：也是人为编制的程序，它在一定的条件下发作，一旦发作会严重破坏计算机系统的信息，如删除文件、修改文件内容、对磁盘格式化等，严重影响计算机的正常工作

      按传染途径分

      • 引导区型病毒：感染硬盘的主引导记录（MBR），引导区病毒总是先于系统文件装入内存储器，获得控制权并进行传染和破坏。如大麻病毒、火炬病毒等
      • 文件外壳型病毒：感染扩展名为COM、EXE、DRV、BIN、OVL、SYS等可执行文件，CIH病毒就是一个文件型病毒
      • 混合型病毒：是引导型病毒和文件型病毒的巧妙结合，它同时寄生在磁盘的引导扇区和文件中，计算机系统启动或被感染病毒的程序运行均会使该类病毒获得控制权
      • 宏病毒：前缀是Macro。一个或多个具有病毒特点的宏的集合，宏病毒是一种寄存于文档或DOT模板中的计算机病毒。例如：著名的美丽莎（Macro.Melissa）
      • Internet病毒（网络病毒）：
        • 特点：在网络环境下，感染速度快、扩散面广、传播的形式复杂多样、难于彻底清除、破坏性大等新特性
        • 蠕虫病毒：前缀是Worm。是一种通过间接方式复制自身的非感染型病毒
        • 特洛伊木马程序：前缀是Trojan。通常是指伪装成合法软件的非感染型病毒，但它不进行自我复制

      6. 病毒查杀软件的功能

      • 查、杀病毒
      • 实时监控
      • 数据恢复
      • 自动升级

      1.5 微型计算机的操作系统

      1. 操作系统

      • 定义：是一种管理计算机硬件与软件资源的程序

      2. 操作系统的功能

      • CPU管理：
        • 核心硬件资源
        • CPU分配主要对象时进程（线程）
        • 进程由程序块、进程控制块和数据块组成
        • 三种状态：就绪状态、运行状态和等待状态
      • 存储管理：
        • 主要对内存储器的管理
        • 负责对内存的分配和回收、内存的保护和内存的扩充
        • 主要目的：方便用户和提高内存使用效率
      • 设备管理：
        • 从资源分配的观点来看，分为：独占设备、共享设备和虚拟设备
        • 主要的设备管理技术有：中断技术、通信技术和缓冲技术
      • 文件管理：
        • 是计算机信息的主要存放方式
        • 文件管理的实质是“按名存取”
      • 作业管理：
        • 主要任务是作业调度和作业控制
        • 作业由程序、数据及有关控制信息组成
        • 操作系统为用户提供接口：
          • 程序级接口，分为：联机接口和脱机接口
          • 作业控制级接口

      3. 操作系统的分类

      按作业处理方式分

      • 批处理系统：
        • 提高资源利用率和作业流程自动化
        • 特点：多道和成批处理
      • 分时操作系统：
        • 采用时间片轮转法的处理方式
        • 目标：对用户的请求及时响应。提高资源利用率
        • 基本特征：同时性、交互性、独占性和及时性
      • 实时操作系统：
        • 目标：对外部请求在严格时间范围内做出反应，又高可靠性和完整性
        • 特点：及时响应和高可靠性
      • 网络操作系统（NOS）：
        • 目标：相互信息和资源共享
        • 特点：与网络的硬件相结合完成网络的各类通信任务
      • 分布式操作系统：
        • 为分布计算机系统配置的操作系统
        • 目标特征：高性能，具有透明性、可靠性和高性能

      4. 桌面图标的操作

      添加系统默认图标

      • 步骤：
        • 桌面鼠标右击，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，打开“显示属性”对话框中选择“桌面”选项卡
        • 单击“自定义桌面”按钮，打开“桌面项目”对话框，在“桌面图标”选项组中选中要添加的系统默认图标，单击“确定”按钮
        • 返回“显示属性”对话框，单击“应用”按钮，然后关闭对话框，就可看到系统默认的图标

      桌面图标

      • “我的文档”图标
      • “我的电脑”图标
      • “网上邻居”图标
      • “回收站”图标
      • “Internet Explorer”图标

      创建桌面图标

      • 步骤：
        • 桌面空白处右

          击，在弹出的快捷菜单中选择“新建”命令，在子菜单中用户可创建各种类型的图标

          • 桌面空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择“新建”命令，选择“快捷方式”，弹出“快捷方式”向导，可创建本地或网络程序、文件、文件夹、计算机或Internet地址的快捷方式

          排列图标

          • 方法：
            • 桌面空白处右击，在弹出菜单中的“排列图标”子菜单，可实现按名称、大小、类型、修改时间、按组排列、自动排列、对齐到网络、显示桌面图标等方式排列

          5. Windows XP的“开始”菜单操作

          • 组成：
            • 启动应用程序
            • 查看文档
            • 内容查找
            • 运行命令
            • 注销用户
            • 关闭计算机
          • 关闭计算机对话框：
            • 待机
            • 关机
            • 重新启动

          6. 任务栏的操作

          • 步骤：
            • 在任务栏空白处鼠标右键在弹出菜单中选择“属性”命令，打开“任务栏和开始菜单属性”对话框
            • 用户可以设置“锁定任务栏”、“自动隐藏任务栏”、“将任务栏保持在其它窗口的前端”、“分组相似任务栏按钮”、“显示快速启动”、“显示时钟”、“隐藏不活动的图标”操作

          7. 窗口的基本操作

          切换窗口

          • 方法一：在任务栏处左击代表窗口的图标按钮
          • 方法二：打开“Windows任务管理器”（Ctrl+Alt+Del）窗口中单击“应用程序”标签，打开“应用程序”选项卡，在该选项卡的“任务”列表中选中所需要的程序，单击“切换至”按钮
          • 方法三：使用组合键，任务切换（Alt+Tab）；切换非最小化程序（Alt+Esc）

          关闭窗口

          • 方法一：左击或（右击）并打开应用程序窗口左上角的控制菜单按钮，选择“关闭”命令
          • 方法二：单击应用程序右上角的关闭按钮
          • 方法三：打开应用程序窗口的“文件”菜单，选择“关闭”命令
          • 方法四：打开“Windows任务管理器”窗口选中要关闭的应用程序，选择“结束任务”按钮
          • 方法五：按Ctrl+F4组合键关闭窗口

          8. 控制面板的基本操作

          打开控制面板

          • 方法一：鼠标单击“开始”菜单，选择“控制面板”命令
          • 方法二：打开“我的电脑”窗口，在左窗口中选择“控制面板”
          • 方法三：“开始”菜单，选择“运行”命令，在文本框中输入“Control”命令打开

          账户管理

          • 创建账户步骤：
            • 单击“控制面板”中的“用户账户”，打开“用户账户”窗口
            • 单击“创建一个新账户”，输入用户名
            • 单击“了解用户账户类型”可选择账户的类型（分为计算机管理员和受限用户）。单击“更改账户”可对账户进行更改名称、创建密码、更改图片等设置

          添加硬件

          • 添加用户的步骤：
            • 将新的硬件设备连接到计算机上
            • 安装相应的设备驱动程序
            • 配置设备的属性和设置

          打印机

          • 安装打印机的步骤：
            • 单击“控制面板”窗口中的“打印机和传真”命令，弹出“打印机和传真”窗口
            • 单击其中“添加打印机”命令，弹出“添加打印机向导”窗口，单击“下一步”
            • 选择“安装本地打印机还是网络打印机”，根据向导提示内容完成打印机安装

          显示

          • 选项卡：
            • 主题
            • 桌面
            • 屏幕保护程序
            • 外观
            • 壁纸自动换
            • 设置

          区域和语言选项

          • 功能：根据不同国家和不同的用户，可选择使用不同的语言、数字格式、货币格式、时间格式和日期格式

          日期和时间

          • 选项卡：
            • 时间和日期
            • 时区
            • Internet时间

          添加或删除程序

          • 选项：
            • 更改或删除程序
            • 添加新程序
            • 添加/删除Windows组件

          网络连接

          • 连接方式：计算机通常通过网络适配器（即网卡）上的RJ45接口，与双绞线相连，接入网络

          9. Windows XP文件管理

          文件系统

          • Windows XP支持FAT、FAT32、NTFS三种文件系统

          文件、文件夹命名规则

          • 最多可以有255个字符组成
          • 可以有多个间隔符（.）
          • 不能包含的字符：\ / : * ? < > ” |
          • 字符大小写均可
          • 允许使用通用符（*和？）检索文件名。*表示：该位置起的任意个合法字符；？表示：所在位置的任意一个合法字符

          快捷键

          • 全选（Ctrl+A）
          • 复制（Ctrl+C）
          • 粘贴（Ctrl+V）
          • 剪切（Ctrl+X）
          • 删除文件（Delete，Ctrl+D）
          • 彻底删除（Shift+Delete）

          窗口的排列

          • 层叠窗口
          • 横向平铺窗口
          • 纵向平铺窗口

          常用的压缩软件

          • WinRAR
          • WinZip
          • 7-Zip

          10. Windows XP磁盘管理

          磁盘清理程序

          • 功能：帮助释放硬盘驱动空间。释放系统资源，提高系统性能

          磁盘扫描程序

          • 功能：用于程序检测并修复磁盘错误，可使用错误检查工具来检查文件系统错误和硬盘上的坏扇区

          磁盘碎片整理程序

          • 功能：可重新安排文件在磁盘中的存储位置，将文件的存储位置整理到一起，合并可用空间，实现提高计算机运行速度的目的

          磁盘格式化

          • 分类：
            • 高级格式化
            • 低级格式化
          • 格式：硬盘可格式为FAT32格式和NTFS格式

          虚拟内存

          • 定义：是计算机系统内存管理的一种技术
          • 功能：可将硬盘的部分空间划分过来，当做内存用，提高计算机的工作效率