在信息技术飞速发展的今天,计算机已经成为人类工作和生活不可缺少的部分,掌握相应 的计算机基础操作,也成为人们在各行各业工作的必备知识.通过本章的学习,读者应了解计 算机的概念及其发展史、计算机的组成以及计算机中的数制与编码等知识. 计算机的概念及发展史 计算机的组成 计算机的数制与编码 计算机安全 随着社会的进步和科学技术日新月异的发展,作为这个时代的标志— —计算机在人们的日 常生活中扮演着不可替代的作用.计算机正作为一种工具慢慢地走进人们的生活,改变着人们 工作和学习的方式. 本书中所说的计算机,是指微型计算机,也称个人计算机(PC,全称为 Personal Computer). 那么,到底什么才是计算机呢?简单地说,计算机就是一种能够按照指令对收集的各种数据和 信息进行分析并自动加工和处理的电子设备. 世界上的第一台计算机,于1946 年2月诞生于美国的宾夕法尼亚大学,当时取名为 计算机基础概论 -2- 计算机基础实用教程(第二版) ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator),读作"埃尼克".它是一台电子数字积 分计算机,占地 170 平方米,共用了 18000 多个电子管、1500 个继电器,重达 30 吨,每小时 耗电 140 千瓦,可谓是一个庞然大物,如图 1-1 所示.这台计算机每秒钟能完成 5000 次加法运 算、300 多次乘法运算,比当时最快的计算工具快 300 倍.用现在的标准看,它的功能远不及 一个可编程的计算器,但它使科学家们从繁杂的计算中解放出来,它的诞生标志着人类进入了 一个崭新的信息革命时代. 电子计算机的发展阶段通常以构成计算机的电子器件来划分,已经历了四代,正在向第五 代过渡.每一个发展阶段在技术上都是一次新的突破,在性能上都是一次质的飞跃.下面就来 介绍计算机的发展简史. 图1-1 ENIAC 1. 第一代计算机——电子管计算机(1946—1957 年) 第一代计算机采用的主要原件是电子管,称为电子管计算机.其主要特征如下. 采用电子管元件,体积庞大、耗电量高、可靠性差、维护困难. 计算速度慢,一般为每秒 1 千次到 1 万次运算. 使用机器语言,几乎没有系统软件. 采用磁鼓、小磁芯作为存储器,存储空间有限. 输入输出设备简单,采用穿孔纸带或卡片. 主要用于科学计算. 2. 第二代计算机——晶体管计算机(1958—1964 年) 晶体管的发明给计算机技术的发展带来了革命性的变化.第二代计算机采用的主要元件是 晶体管,称为晶体管计算机.第二代计算机的主要特征如下. 采用晶体管元件,体积大大缩小、可靠性增强、寿命延长. 计算速度加快,达到每秒几万次到几十万次运算. 提出了操作系统的概念,出现了汇编语言,产生了 FORTRAN 和COBOL 等高级程序 设计语言和批处理系统. 普遍采用磁芯作为内存储器,磁盘、磁带作为外存储器,容量大大提高. 计算机应用领域扩大,除科学计算外,还用于数据处理和实时过程控制. 之所以把 ENIAC 作为世界上研制 的第一台电子数字计算机,是因为它是 第一台可以真正运行并全部采用电子 装置的计算机,它的诞生宣告了计算机 时代的到来. -3- 第1章计算机基础概论 3. 第三代计算机——集成电路计算机(1965—1969 年) 20 世纪 60 年代中期,随着半导体工艺的发展,已制造出了集成电路元件.集成电路可以 在几平方毫米的单晶硅片上集成十几个甚至上百个电子元件.第三代计算机开始使用中小规模 的集成电路元件,其主要特征如下. 采用中小规模集成电路元件,体积进一步缩小,寿命更长. 计算速度加快,可达每秒几百万次运算. 高级语言进一步发展.操作系统的出现,使计算机功能更强,计算机开始广泛应用于 各个领域. 普遍采用半导体存储器,存储容量进一步提高,而体积更小、价格更低. 计算机应用范围扩大到企业管理和辅助设计等领域. 4. 第四代计算机——大规模、超大规模集成电路计算机(1971 年至今) 随着 20 世纪 70 年代初集成电路制造技术的飞速发展,产生出了大规模集成电路元件,使 计算机进入了一个崭新的时代,即大规模和超大规模集成电路计算机时代.第四代计算机的主 要特征如下. 采用大规模(LSI,全称为 Large Scale Integration)和超大规模集成电路(VLSI,全称为 Very Large Scale Integration)元件,体积与第三代相比进一步缩小.在硅半导体上集成 了几十万甚至上百万个电子元器件,可靠性更好,寿命更长. 计算速度加快,可达每秒几千万次到几十亿次运算. 软件配置丰富,软件系统工程化、理论化,程序设计部分自动化. 发展了并行处理技术和多机系统,微型计算机大量进入家庭,产品更新速度加快. 计算机在办公自动化、数据库管理、图像处理、语言识别和专家系统等各个领域大显 身手,计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代. 5. 微型计算机的发展 随着微电子技术的发展,集成电路的集成度越来越高,计算机的体积也越来越小.微型计 算机简称微机,又称微计算机,是第四代计算机微型化的产物.微机体积小,重量轻,功耗低, 价格便宜,对环境要求也不高,易学易用.而它的功能、速度、可靠性、适用性和传统的计算 机相比也毫不逊色.现代微电子技术可以把组成计算机的核心部件— — 微处理器集成到一块小 小的芯片上.人们通常都习惯以微处理器为依据来讨论微型计算机的发展历史. 根据计算机的性能指标,如机器规模的大小、运算速度的高低、主存储容量的大小、指令 系统性能的强弱以及机器的价格等,可将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型 机和工作站. -4- 计算机基础实用教程(第二版) 巨型机:巨型机是指运算速度在每秒亿次以上的计算机.巨型机运算速度快、存储量 大、结构复杂、价格昂贵,主要用于尖端科学研究领域.巨型机目前在国内还不多, 我国研制的"银河"计算机就属于巨型机. 大、中型机:大、中型机是指运算速度在每秒几千万次左右的计算机.通常用在国家 级科研机构以及重点理、工科类院校. 小型机:小型机的运算速度在每秒几百万次左右,通常用在一般的科研与设计机构以 及普通高校等. 微型机:微型机也称为个人计算机(PC 机),是目前应用最广泛的机型.如通常所说的 386、486、586 及奔腾系列等机型都属于微型机. 工作站:工作站主要用于图形、图像处理和计算机辅助设计中.它实际上是一台性能 更高的微型机. 计算机的快速性、通用性、准确性和逻辑性等特点,使它不仅具有高速运算能力,而且还 具有逻辑分析和逻辑判断能力.这不仅可以大大提高人们的工作效率,而且现代计算机还可以 部分替代人的脑力劳动,进行一定程度的逻辑判断和运算.如今计算机已渗透到人们生活和工 作的各个层面中,主要体现在以下几个方面的运用. 1. 科学计算 科学计算(或数值计算)是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计 算.在现代科学技术工作中,科学计算问题是大量的和复杂的.利用计算机的高速计算、大存 储容量和连续运算的能力,可以实现人工无法解决的各种科学计算问题. 2. 信息处理 信息处理(数据处理)是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、 传播等一系列活动的统称.据统计,80%以上的计算机主要用于数据处理,这类工作量大、面宽,决定了计算机应用的主导方向. 3. 自动控制 自动控制(过程控制)是利用计算机及时采集检测数据,按最优值迅速地对控制对象进行自 动调节或自动控制.采用计算机进行自动控制,不仅可以大大提高控制的自动化水平,而且可 以提高控制的及时性和准确性,从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率.目前,计算机过 程控制已在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广泛的应用. 4. 计算机辅助技术 计算机辅助技术是指利用计算机帮助人们进行各种设计、处理等过程,它包括计算机辅助 设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教学(CAI)和计算机辅助测试(CAT)等.另外, -5- 第1章计算机基础概论 计算机辅助技术还有辅助生产、辅助绘图和辅助排版等. 5. 人工智能 人工智能(Artificial Intelligence,简称 AI)又可称为智能模拟,是计算机模拟人类的智能活 动,诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等.人工智能的研究目标是计算机更 好地模拟人的思维活动,那时的计算机将可以完成更复杂的控制任务. 6. 网络应用 随着社会信息化的发展,通信业也发展迅速,计算机在通信领域的作用越来越大,特别是 促进了计算机网络的迅速发展.目前,全球最大的网络(Internet,即国际互联网)已把全球的大 多数计算机联系在一起.除此之外,计算机在信息高速公路、电子商务、娱乐和游戏等领域也 得到了快速的发展. 计算机是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备.计算机由 许多部件组成,但总的来说,一个完整的计算机系统由两大部分组成,即硬件系统和软件系统, 如图 1-2 所示. 运算器(算数逻辑部件 ALU) 控制器 中央处理器 CPU(Central Processing Unit) 计算机的硬件系统 输入设备(如键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等) 输出设备(如显示器、音箱、打印机、绘图仪等) 存储器 只读存储器 ROM(Red Only Memory) 随机存储器 RAM(Random Access Memory) 内存 外存(如软盘、光盘、硬盘、U 盘等) 操作系统 OS(Operating System) 语言处理程序(如C语言、Java、C++、JSP.NET 等) 分布式软件系统(包括分布式操作系统、分布式程序设计系统等) 数据库管理系统(如SQL Server 等) 系统软件 计算机的软件系统 应用软件(如Office、多媒体软件等) 计算机系统构成 图1-2 计算机系统的构成 -6- 计算机基础实用教程(第二版) 计算机的硬件是指能够看得见、摸得着的物理原件.计算机的硬件系统是整个计算机系统 进行工作的基础,也是决定计算机性能的主要因素.这些硬件主要包括中央处理器(CPU)、存 储器、输入设备和输出设备等.下面对计算机的主要硬件组成部分进行简要介绍. 1. 主板 主板又叫主机板(Mainboard)、系统板(Systemboard)或母板(Motherboard).图1-3 所示为主 板外观图.主板是整个计算机硬件系统中最重要的部件之一,它不但是整个计算机系统平台的 载体,也是系统中各种信息交流的中心.主板的类型和档次决定着整个计算机系统的类型和档 次,主板的性能影响着整个计算机系统的性能. 图1-3 主板外观 2. 中央处理器(CPU) 中央处理器也叫 CPU,英文全称是 Central Processing Unit.CPU 的作用和人的大脑比较类 似,它主要负责处理和运算计算机内的所有数据,是计算机的核心组成部分.CPU 的外观如图 1-4 所示. 图1-4 中央处理器 CPU CPU 主要由基板、核心和针脚 3 部分组成. 基板:基板是承载核心和针脚的载体,核心和针脚通过基板连接成一个整体,它们决 定着 CPU 的时钟频率,负责内核芯片和外界信息的交流,如图 1-5 所示. 核心:核心又叫内核,是CPU 最重要的组成部分,它的制作原材料是单晶硅,CPU 中所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心完成的,如图 1-6 所示. 针脚:CPU 的接口方式有引脚式、卡式、触电式及针脚式等.目前,CPU 的接口方 式都是针脚接口,如图 1-7 所示. -7- 第1章计算机基础概论 1-5 基板 图1-6 核心(双核) 图1-7 针脚 3. 存储器 存储器是计算机中的一种具有记忆能力的部件,用来存放程序或数据.存储器分为内存储 器和外存储器两类.内存储器简称内存,用于暂时存放系统中的数据.它的特点是存储容量较 小,但运行速度较快.外存储器简称外存(如硬盘),用于存放永久性的数据.它的特点是存储 容量较大,但存取速度比内存慢.图1-8 所示为内存和硬盘的外观. 内存 硬盘 图1-8 存储器 4. 显示卡 显示卡(Display Card)简称显卡,它的基本作用是控制计算机的图形输出,主要负责将 CPU 送来的影像数据经过处理后,转换成数字信号或者模拟信息,再将其传输到显示器上,可见显 卡是主机与显示器之间进行沟通的桥梁.显卡的外观如图 1-9 所示. 图1-9 显卡 显卡由显示芯片、显示内存及 RAMDAC 等组成,这些组件决定了计算机屏幕上的输出质 量,包括屏幕画面显示的速度、颜色、刷新频率及显示分辨率等. 5. 声卡 声卡也叫音频卡,是多媒体计算机中的重要部件,可以实现声波/数字信号的相互转换.声 卡是对送来的声音信号进行处理,然后再由声卡送到音箱进行还原.声卡处理的声音信息在计 -8- 计算机基础实用教程(第二版) 算机中以文件的形式存储. 声卡主要由音效处理芯片、游戏/MIDI 插口、线性输入输出插口、话筒输入插口和内置声 音输出接口组成.目前,大部分主板都集成了音效处理芯片,用户一般无须另外购置独立的声 卡.如图 1-10 所示为主板集成的音效处理芯片;图1-11 所示为主板后部的集成声卡接口. 图1-10 音效处理芯片 图1-11 声卡接口 6. 网卡 网卡(Network Interface Card)也称网络适配器,它是连接计算机与网络的硬件设备,是计算 机上网必备的硬件之一.网卡的主要作用是通过网线(双绞线、同轴电缆等)或者其他的媒介来 实现与网络中的其他用户实现共享资源和交换数据的功能.网卡分为有线网卡、无线网卡和无 线移动网卡 3 种. 有线网卡: 目前台式计算机中普遍使用的是有线网卡. 有线网卡又分为独立网卡(如图 1-12 所示)和集成网卡(如图 1-13 所示)两类.由于网卡的重要性,现在大部分主板都 集成了网卡. 图1-12 独立网卡 图1-13 集成网卡 无线网卡:无线网卡的显著特点就是连接网络时不需要网线,它利用无线技术取代了 网线,如图 1-14 所示. 无线移动网卡:无线移动网卡和无线网卡相比,它的优点是可以通过中国电信、中国 移动或中国联通的 3G 无线通信网络上网,这种上网方式非常方便,但资费较高,与 有线网络相比,网速稍慢.图1-15 所示为 3G 无线上网卡. 图1-14 无线网卡 图1-15 3G 无线上网卡 -9- 第1章计算机基础概论 7. 光驱 光驱是光盘驱动器的简称,用来读取光盘上的数据,光驱主要由以下几部分组成:激光 头、旋转马达、内存机芯、外托架和程序芯片.目前的光驱技术已经发展得相当完善.常见 的光驱有: CD-ROM 光驱、 DVD-ROM 光驱、 CD-RW 刻录机、 DVD-RW 刻录机和 COMBO(康宝)等. CD-ROM 光驱: CD-ROM 光驱在前几年比较流行, 如图 1-16 所示, 主要能够读取 CD、 VCD 格式的光盘,但随着 DVD-ROM 技术的日益成熟和完善,CD-ROM 光驱已经基 本上被淘汰. DVD-ROM 光驱:DVD-ROM 光驱的功能比较强大,是现在比较常见的光驱,它能够 读取 CD、VCD 和DVD 格式的光盘,如图 1-17 所示. 图1-16 CD-ROM 光驱 图1-17 DVD-ROM 光驱 CD-RW 刻录机:CD-RW 刻录机既能读取光盘,又能将数据以 CD 的格式刻录到光盘 上, 功能比 CD-ROM 更强大, 如图 1-18 所示. 但因为 CD 的容量比较小和 DVD-ROM 刻录机的发展,CD-RW 刻录机也已逐渐被淘汰. DVD-RW 刻录机:DVD-RW 刻录机不仅能读取 DVD 光盘中的数据,还能将数据以 DVD 的格式刻录到 DVD 光盘上,是目前比较常见的光盘刻录机,如图 1-19 所示. 图1-18 CD-RW 刻录机 图1-19 DVD-RW 刻录机 COMBO(康宝):CMOBO 指的是一种既具有 DVD 光驱读取 DVD 功能,又具有 CD 刻录机刻录 CD 功能的光驱.目前,由于 DVD-RW 刻录机的价格已经很低,很少有 用户还买康宝了.现在康宝多用于低端笔记本计算机上.最新的康宝驱动器还可以读 取蓝光光盘,刻录 DVD 等. 8. 机箱和电源 机箱是主机中各个硬件设备的载体,它的外观如图 1-20 所示.机箱分为立式和卧式两种, 目前最常见的为立式机箱.机箱的正面设有电源按钮、重启按钮、指示灯和光驱等部件.一般 来说,电源按钮会标有 符号或写有 Power 字样、重启按钮会标有 Reset 字样,指示灯用来指 示计算机的工作状态. -10- 计算机基础实用教程(第二版) 机箱的背面是一些接口,主要包括电源输入接口、PS/2 接口、串行接口、USB 接口、音频 设备接口、并行接口、网卡接口和视频设备接口等,如图 1-21 所示. 电源输入接口:用来连接电源,为主机供电. PS/2 接口:机箱后面共有紫色和绿色两个 PS/2 接口,其中绿色接口用于连接鼠标, 紫色接口用于连接键盘. 串行接口:主要用于连接外置的 Modem 和手写板等串口设备. USB 接口:主要用于连接带有 USB 接口的设备,如U盘、移动硬盘、MP3、数码相 机、摄像头和手机等. 音频设备接口:主要用于连接音频设备,包括音箱、麦克风等. 并行接口:用于连接具有并口数据线的设备,如某些打印机、扫描仪等. 网卡接口:用于连接网线. 视频接口:通过数据线与显示器相连,输出视频信号到显示器. 图1-20 机箱正面 图1-21 机箱背面 另外,电源也是机箱内的重要部件,它主要为计算机的各个硬件的正常工作提供充足电力 保证,如图 1-22 所示. 9. 键盘和鼠标 键盘是计算机中最基本的也是最重要的输入设备,如图 1-23 所示.通过键盘,用户可以 向计算机输入字母、文字和标点符号等,从而实现数据的输入和控制功能.鼠标又称 Mouse, 可以说是操作系统的"钥匙",它的发明主要是为了让操作系统更加方便易用.鼠标的方便 性和灵活性使它成为计算机中使用最为频繁的设备之一.如图 1-24 所示为目前最常用的光电 鼠标. 图1-22 电源 图1-23 键盘 图1-24 鼠标 光盘驱动器 电源按钮 重启按钮 指示灯 电源输入接口 PS/2 接口 串行接口 USB 接口 音频设备接口 散热孔 并行接口 网卡接口 视频接口 -11- 第1章计算机基础概论 10. 显示器 显示器是计算机中必不可少的输出设备,它将计算机中的文字、图片和视频数据转换成为 人的肉眼可以识别的信息显示出来.显示器为用户和计算机之间提供了一个交流的平台.显示 器主要分为 CRT(Cathode-Ray-Tube,即阴极显示管)显示器和 LCD(Liquid Crystal Display,即液 晶显示器),如图 1-25 所示. 图1-25 显示器 只有硬件,计算机还不能发挥其作用,还必须为计算机安装软件.计算机的软件系统指的 是在硬件设备上运行的各种程序、数据以及有关的资料,它包括系统软件和应用软件两种.系 统软件包括操作系统、语言处理系统、数据库系统、分布式软件系统等,应用软件主要指的是 针对某项工作专门开发的一组程序,如Office 系列软件等. 1. 操作系统 操作系统是最基本的系统软件,它的主要功能包括存储器管理、处理器管理、文件管理、 设备管理作业管理等.计算机只有在安装了操作系统之后才能够正常运行和使用其他软件.它 为用户和计算机之间架起了一座沟通的桥梁,为用户提供了一个方便有效和友善的工作环境. 2. 语言处理系统 语言处理系统是用户与计算机进行信息交换的媒介.它相当于一位优秀的翻译,主要负责 将用户的指令翻译成计算机能够识别的目标程序.常见的该类程序有汇编语言和 C 语言等. 3. 数据库系统 数据库系统是用于支持数据管理和存取的软件.它包括数据库系统和数据库管理系统等. 其主要功能包括数据库的定义和操纵,共享数据的并发控制、数据的安全与保密等. 4. 分布式软件系统 分布式软件系统包括分布式操作系统、分布式程序设计系统、分布式数据库系统、分布式 LCD 显示器 CRT 显示器 -12- 计算机基础实用教程(第二版) 文件系统等,其主要功能是管理分布式计算机系统的资源和控制分布式程序的运行等. 5. 应用软件 除了系统软件以外的所有软件都可以称为应用软件.应用软件种类繁多,而正是因为有了 各种各样的应用软件, 才使计算机可以在各行各业大显身手, 从而推动了计算机的普及和发展. 应用软件按其功能划分,大致可分为工具软件、办公软件、游戏娱乐软件和通信软件等几种. 例如,图片处理软件 Photoshop、音乐播放软件"千千静听"等,如图 1-26 所示. 图1-26 Photoshop 和千千静听的界面 计算机的常用外设主要包括打印机、扫描仪、音箱、手写板、U 盘和移动硬盘等. 打印机:打印机可以把计算机中的文字、图像等信息打印到传统的纸质媒体上.打印 机可以分为针式打印机、喷墨打印机和激光打印机,如图 1-27 所示. 图1-27 打印机 扫描仪:扫描仪是计算机的一种输入设备,能够将图片和文字等内容直接以图片的形 式存储在计算机中.扫描仪分为平板式扫描仪和手持扫描仪两种,如图 1-28 所示. 音箱:音箱的主要作用是输出计算机发出的音频信号,将其转化为声波信号,供用户 收听,如图 1-29 所示. 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机 -13- 第1章计算机基础概论 平板式扫描仪 手持式扫描仪 图1-28 扫描仪 图1-29 音箱 手写板:手写板类似于鼠标和键盘的功能,它的作用是输入文字或者绘画,如图 1-30 所示. U 盘:U 盘是 USB 盘的简称,它的特点是体型小巧、价格低廉、存储容量大、价格 便宜,是一种常见的移动存储设备,如图 1-31 所示. 移动硬盘: 移动硬盘是以硬盘为存储介质并注重便携性的存储产品, 相对于 U 盘来说, 它的存储容量更大,存取速度更快,但是价格比较贵一些,如图 1-32 所示. 图1-30 手写板 图1-31 U 盘图1-32 移动硬盘 数据是计算机处理的对象. 在计算机内部, 各种信息都必须经过数字化编码后才能被传送、 存储和处理,而在计算机中采用什么数制,如何表示数的正负和大小,是学习计算机首先遇到 的一个重要问题. 二进制并不符合人们的使用习惯,但是计算机内部却采用二进制表示信息,其主要原因有 以下 4 点. 电路简单:计算机是由逻辑电路组成的,逻辑电路通常只有两个状态.例如,开关的 接通与断开,电压电平的高与低等.这两种状态正好用二进制的 0 和1来表示.若采 用十进制,则要求处理 10 种电路状态,相对于两种状态的电路来说,是很复杂的. 工作可靠:两种状态代表两种数据信息,数字传输和处理不容易出错,因而电路更加 可靠. -14- 计算机基础实用教程(第二版) 简化运算:二进制运算法则简单.例如,求和法则有 3 个,求积法则有 3 个. 逻辑性强:计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的,逻辑代数是逻辑运算的理论 依据.二进制只有两个数码,正好代表逻辑代数中的"真"与"假". 计算机必须采用某一种方式来存储或表示数据,这种方式就是计算机中的数制.数制,即 进位计数制,是人们利用数字符号按进位原则进行数据大小计算的方法.通常是以十进制来进 行计算的.另外,还有二进制、八进制和十六进制等. 在计算机的数制中,有数码、基数和位权这 3 个概念必须掌握.下面将简单地介绍这 3 个 概念. 数码:一个数制中表示基本数值大小的不同数字符号.例如,十进制有 10 个数码:0、 1、2、3、4、5、6、7、8、9. 基数:一个数值所使用数码的个数.例如,二进制的基数为 2,十进制的基数为 10. 位权:一个数值中某一位上的 1 所表示数值的大小.例如,十进制的 123,1 的位权 是100,2 的位权是 10,3 的位权是 1. 1. 十进制(Decimal notation) 十进制的特点如下. 有10 个数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9. 基数:10. 逢十进一(加法运算),借一当十(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的十进制数 D,均可按权展开为: D=Dn–1·10n–1 +Dn–2·10n–2 +…+D1·101 +D0·100 +D–1·10–1 +…+D– m·10–m 【例1-1】将十进制数 314.16 写成按权展开式形式. 314.16=3*102 +1*101 +4*100 +1*10–1 +6*10–2 2. 二进制(Binary notation) 二进制的特点如下. 有两个数码:0、1. 基数:2. 逢二进一(加法运算);借一当二(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的二进制数 D,均可按权展开为: D=Bn–1·2n–1 +Bn–2·2n–2 +…+B1 ·21 +B0·20 +B–1·2–1 +…+B–m·2–m 【例1-2】把(1101.01)2 写成展开式,它表示的十进制数为: 1*23 +1*22 +0*21 +1*20 +0*2–1 +1*2–2 =(13.25)10 -15- 第1章计算机基础概论 3. 八进制(Octal notation) 八进制的特点如下. 有8个数码:0、1、2、3、4、5、6、7. 基数:8. 逢八进一(加法运算),借一当八(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的八进制数 D,均可按权展开为: D=On–1·8n–1 +…+O1·81 +O0·80 +O–1·8–1 +…+O–m·8–m 【例1-3】(317)8 相当于十进制数为:3*82 +1*81 +7*80 =(207)10 4. 十六进制(Hexadecimal notation) 十六进制的特点如下. 有16 个数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F. 基数:16. 逢十六进一(加法运算),借一当十六(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的十六进制数 D,均可按权展开为: D=Hn–1·16n–1 +…+H1·161 +H0·160 +H–1·16–1 +…+H–m·16–m 【例1-4】十六进制数(3C4)16 代表的十进制数为:3*162 +12*161 +4*160 =(964)10 二进制数与其他进制数之间的对应关系如表 1-1 所示. 表1-1 二进制数与其他进制数之间的对应关系 十进制 二进制 八进制 十六进制 十进制 二进制 八进制 十六进制 0 0 0 0 9 1001 11 9 1 1 1 1 10 1010 12 A 2 10 2 2 11 1011 13 B 3 11 3 3 12 1100 14 C 4 100 4 4 13 1101 15 D 5 101 5 5 14 1110 16 E 6 110 6 6 15 1111 17 F 7 111 7 7 16 10000 20 10 8 1000 10 8 不同进制之间进行转换应遵循转换原则.其转换原则是:如果两个有理数相等,则有理数 在16 个数码中,A、B、C、D、E 和F这6个数码分别代表十进制的 10、11、12、13、14 和15, 这是国际上通用的表示法. -16- 计算机基础实用教程(第二版) 的整数部分和分数部分一定分别相等.也就是说,若转换前两数相等,则转换后仍必须相等. 1. 十进制数与二进制数的相互转换 (1) 二进制数转换成十进制数 将二进制数转换成十进制数,只要将二进制数用计数制通用形式表示出来,计算出结果, 便得到相应的十进制数. 【例1-5】(100110.101)2 =1*25 +1*22 +1*21 +1*2–1 +1*2–3 =32+4+2+0.5+0.125 = (38.625)10 (2) 十进制数转换成二进制数 整数部分和小数部分分别用不同的方法进行转换. 整数部分的转换采用的是除 2 取余法.其转换原则是:将该十进制数除以 2,得到一个商 和余数(K0),再将商除以 2,又得到一个新的商和余数(K1).如此反复,直到商是 0 时得到余数 (Kn–1),然后将所得到的各次余数,以最后余数为最高位,最初余数为最低位依次排列,则Kn–1 Kn–2…K1K0 这就是该十进制数对应的二进制数.这种方法又称为"倒序法". 【例1-6】将(123)10 转换成二进制数,结果是(1111011)2. 余1(K0) 余1(K1) 余0(K2) 余1(K3) 余1(K4) 余1(K5) 余1(K6) 低位 高位 (3) 小数部分的转换 小数部分的转换采用的是乘 2 取整法.其转换原则是:将十进制数的小数乘 2,取乘积中 的整数部分作为相应二进制数小数点后最高位 K–1,反复乘 2,逐次得到 K–2、K–3、…、K–m, 直到乘积的小数部分为 0 或位数达到精确度要求为止.然后把每次乘积的整数部分由上而下依 次排列起来(K–1K–2…K–m).即所求的二进制数.这种方法又称为"顺序法". 【例1-7】将十进制数 0.3125 转换成相应的二进制数,结果是(0.0101)2. 在十进制转化为二进制的过程中, 有的时候是转化不尽的, 这时只能视情况转化到小数点后的第几 位即可. -17- 第1章计算机基础概论 低位 高位 取整 【例1-8】将(25.25)10 转换成二进制数. 分析:对于这种既有整数又有小数部分的十进制数,可将其整数和小数部分分别转换成二 进制数,然后再把两者连接起来. 转换过程如下. (25)10 =(11001)2 (0.25)10=(0.01)2 (25.25)10=(11001.01)2 十进制数与其他进制数的相互转换方法同十进制数与二进制数的相互转换方法一样,不同 之处是具体数制的进位基数不同. 2. 十进制与八进制数的相互转换 八进制数转换为十进制数:以8为基数按权展开并相加. 十进制数转换为八进制数:整数部分除 8 取余,小数部分乘 8 取整. 3. 十进制数与十六进制数的相互转换 十六进制数转换为十进制数:以16 为基数按权展开并相加. 十进制数转换为十六进制数:整数部分除 16 取余,小数部分乘 16 取整. 【例1-9】将(525)10 转换成十六进制数,结果是(20D)16. 低位 高位 余D余0余216 16 16 525 32 2 0 4. 二进制数与八进制数的相互转换 (1) 二进制数转换成八进制数 二进制数转换成八进制数所采用的转换原则是:"三位并一位",即以小数点为界,整数 部分从右向左每 3 位为一组,若最后一组不足 3 位,则在最高位前面添 0 补足 3 位,然后将每 组中的二进制数按权相加得到对应的八进制数;小数部分从左向右每 3 位分为一组,最后一组 不足 3 位时,尾部用 0 补足 3 位,然后按照顺序写出每组二进制数对应的八进制数即可. 【例1-10】将(11101100.01101)2 转换为八进制数,结果是(354.32)8. -18- 计算机基础实用教程(第二版) 011 101 100 . 011 010 3 5 4 3 2 (2) 八进制数转换成二进制数 八进制数转换成二进制数所使用的转换原则是:"一位拆三位",即把 1 位八进制数写成 对应的 3 位二进制数,然后按顺序连接即可. 【例1-11】将(541.67)8 转换为二进制数,结果是(101100001.110111)2. 5 4 1 · 6 7 101 100 · 001 110 5. 二进制数与十六进制数的相互转换 111 (1) 二进制数转换成十六进制数 二进制数转换成十六进制数所采用的转换原则是:"四位并一位",即以小数点为界,整 数部分从右向左每 4 位为一组,若最后一组不足 4 位,则在最高位前面添 0 补足 4 位,然后从 左边第一组起,将每组中的二进制数按权相加得到对应的十六进制数,并依次写出即可;小数 部分从左向右每 4 位为一组,最后一组不足 4 位时,尾部用 0 补足 4 位,然后按顺序写出每组 二进制数对应的十六进制数即可. 【例1-12】将(11101100.01101)2 转换成十六进制数,结果是(EC.68)16. 1110 · 1100 0110 1000 E C · 6 8 (2) 十六进制数转换成二进制数 十六进制数转换成二进制数所采用的转换原则是:"一位拆四位",即把 1 位十六进制数 写成对应的 4 位二进制数,然后按顺序连接即可. 【例1-13】将(B41.A7)16 转换为二进制数,结果是(101101100001.10100111)2. B 4 1 · A 7 1011 0110 · 0001 1010 在程序设计中,为了区分不同进制数,常在数字后加一英文字母作为后缀以示区别. 0111 十进制数,在数字后面加字母 D 或不加字母,如759D 或759. 二进制数,在数字后面加字母 B,如1101B. 八进制数,在数字后面加字母 O,如175O. 十六进制数,在数字后面加字母 H,如E7BH. -19- 第1章计算机基础概论 二进制数的算术运算包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算. 1. 加法运算 二进制数的加法运算法则如下: 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 + 0 = 1 1 + 1 = 0 (向高位进位) 【例1-14】(1101)2 + (1011)2 的算式如下. 被加数 1101 加数 1011 +) 进位 111 和数 11000 从执行加法的过程可知,两个二进制数相加时,每一位是 3 个数相加,即本位被加数、加 数和来自低位的进位(进位可能是 0,也可能是 1). 2. 减法运算 二进制数的减法运算法则如下: 0 – 0 = 1 – 1 = 0 1 – 0 = 1 0 – 1 = 1 (向高位借位) 【例1-15】(11000011)2 – (00101101)2 的算式如下: 被减数 11000011 减数 00101101 –) 借位 1111 差数 10010110 从减法的运算过程可知,两数相减时,有的位会发生不够减的情况,这时要向相临的高位 借位,借1当2.所以,做减法时,除了每位相减外,还要考虑借位情况,实际上每位也是 3 个数参加运算. 3. 乘法运算 二进制数的乘法运算法则如下: 0*0=0 0*1=1*0=0 1*1=1 -20- 计算机基础实用教程(第二版) 【例1-16】(1110)2 * (1101)2 的算式如下: 被乘数 1110 乘数 1101 1110 部分积 0000 1110 1110 乘积 10110110 由乘法运算过程可知,两数相乘时,每个部分积都取决于乘数.乘数的相应位为 1 时,该 次的部分积等于被乘数;为0时,部分积为 0.每次的部分积依次左移一位,将各部分积累加 起来,就得到了最终乘积. 4. 除法运算 二进制数的除法运算法则如下: 0 ÷ 0 = 0 0 ÷ 1 = 0 (1 ÷ 0 无意义) 1 ÷ 1 = 1 【例1-17】(100110)2 ÷ (110)2 得商(110)2 和余数(10)2,其算式如下. 在计算机内部,二进制的加法是基本运算,利用加法可以实现二进制数据的减法、乘法和 除法运算.其原理主要是应用了"补码"的运算. 逻辑变量之间的运算称为逻辑运算,它是逻辑代数的研究内容,也是计算机需要的基本操 作.二进制数 1 和0在逻辑上可代表"真"与"假"、"是"与"否"、"有"与"无".这 种具有逻辑属性的变量就称为逻辑变量.由此可见,逻辑运算是以二进制数为基础的. 计算机的逻辑运算区别于算术运算的主要特点是:逻辑运算是按位进行的,位与位之间不 像加减运算那样有进位或借位的关系. 逻辑运算主要包括 3 种基本运算:逻辑加法(又称"或"运算)、逻辑乘法(又称"与"运算) 和逻辑否定(又称"非"运算).此外,"异或"运算也很有用. -21- 第1章计算机基础概论 1. 逻辑加法("或"运算) 逻辑加法通常用符号:"+"或"∨"来表示.例如,有逻辑变量 A、B、C,它们的逻辑 加运算关系为: A+B=C 或A∨B=C 逻辑加法运算规则如下: 0+0=0,0∨0=0 0+1=1,0∨1=1 1+0=1,1∨0=1 1+1=1,1∨1=1 从以上运算法则可见,逻辑加法有"或"的意义.也就是说,在给定的逻辑变量中,A 或B只要有一个为 1,其逻辑加的结果为 1;两者都为 0,则逻辑加的结果为 0. 这种逻辑"或"的运算在实际生活中有许多应用.例如,房间里有一盏灯,装了两个开关, 这两个开关是并联的.显然,任何一个开关接通或两个开关同时接通,电灯都亮. 逻辑加法的运算规律和算术加法的运算规则不完全相同.要特别注意:1+1=1. 2. 逻辑乘法("与"运算) 逻辑乘法常用符号"*"或"∧"或"·"来表示.例如,有逻辑变量 A、B、C,它们的 逻辑乘运算关系如下. A * B=C A∧B=C A·B=C 或者 AB=C 逻辑乘法运算规则如下: 0 * 0 = 0,0∧0 = 0,0·0=0 0 * 1 = 0,0∧1 = 0,0·1=0 1 * 0 = 0,1∧0 = 0,1·0=0 1 * 1 = 1,1∧1 = 1,1·1=1 从上式可见,逻辑乘法有"与"的意义.它表示只有当参与运算的逻辑变量都取值为 1 时, 其逻辑乘积才等于 1. 这种逻辑"与"的运算在实际生活中有许多应用,例如,计算机的电源要想接通,必须把 实验室的电源总闸、UPS 电源开关以及计算机机箱的电源开关接通才行.这些开关是串在一起 的,它们按照"与"逻辑接通. 为了书写方便,逻辑乘的符号往往可以略去不写(在不致混淆的情况下),即A*B= A∧B=AB. 3. 逻辑否定("非"运算) 逻辑非运算又称逻辑否运算.其运算规则如下: 0 = 1;非0等于 1 -22- 计算机基础实用教程(第二版) 1= 0;非1等于 0 因为不是 0,则唯一的可能性就是 1;反之亦然. 例如,室内的电灯,不是亮,就是灭,只有两种可能性. 4. 异或逻辑运算(半加运算) 异或运算通常用符号"?"表示,其运算规则如下: 0?0=0 0 同0异或,结果为 0 0?1=1 0 同1异或,结果为 1 1?0=1 1 同0异或,结果为 1 1?1=0 1 同1异或,结果为 0 可见,在给定的两个逻辑变量中,只要两个逻辑变量取值相同,异或运算的结果就为 0; 只有两个逻辑变量取值不同时,结果才为 1. 当两个变量之间进行逻辑运算时,只在对应位之间按上述规律进行逻辑运算,不同位之间 没有任何关系,当然,也就不存在算术运算中的进位或借位问题. 数据是指能够输入计算机并被计算机处理的数字、字母和符号的集合.平常所看到的景象 和听到的事实,都可以用数据来描述.数据经过收集、组织和整理就能成为有用的信息. 1. 计算机中数的单位 在计算机内部,数据都是以二进制的形式存储和运算的.计算机数据的表示经常使用到以 下几个概念. (1) 位位(bit)简写为 b,音译为比特,是计算机存储数据的最小单位,是二进制数据中的一个位, 一个二进制位只能表示 0 或1两种状态,要表示更多的信息,就得把多个位组合成一个整体, 每增加一位,所能表示的信息量就增加一倍. (2) 字节 字节(Byte)简记为 B,规定一个字节为 8 位,即1Byte = 8bit.字节是计算机数据处理的基 本单位,并主要以字节为单位解释信息.每个字节由 8 个二进制位组成.通常,一个字节可存 放一个 ASCII 码,两个字节存放一个汉字国际码. (3) 字字(Word)是计算机进行数据处理时,一次存取、加工和传送的数据长度.一个字通常由一 个或若干个字节组成,由于字长是计算机一次所能处理信息的实际位数,所以,它决定了计算 机数据处理的速度,是衡量计算机性能的一个重要标识,字长越长,性能越好. 计算机型号不同,其字长是不同的,常用的字长有 8 位、16 位、32 位和 64 位. -23- 第1章计算机基础概论 计算机存储器容量以字节数来度量,经常使用的度量单位有 KB、MB 和GB,其中 B 代表 字节.各度量单位可用字节表示为: 1KB = 210 B = 1024B 1MB = 210 * 210 B = 1024 * 1024B 1GB = 210 * 210 * 210 B = 1024MB = 1024 * 1024KB = 1024 * 1024 * 1024B 【例1-18】一台计算机,内存标注 2GB,外存硬盘标注为 500GB,则它实际可存储的内 外存字节数分别如下: 内存容量= 2 * 1024 * 1024 * 1024B 硬盘容量= 500 * 1024 * 1024 * 1024B 2. 计算机中数的表示 在计算机内部,任何信息都以二进制代码表示(即0与1的组合来表示).一个数在计算机 中的表示形式,称为机器数.机器数所对应的原来的数值称为真值,由于采用二进制,必须要 把符号数字化,通常是用机器数的最高位作为符号位,仅用来表示数符.若该位为 0,则表示 正数;若该位为 1,则表示负数.机器数也有不同表示法,常用的有 3 种:原码、补码和反码. 下面以字长 8 位为例,介绍计算机中数的原码表示法,其他表示法可参考相关资料. 原码表示法即用机器数的最高位代表符号(若为 0,则代表正数,若为 1,则代表负数),数 值部分为真值的绝对值的一种表示方法. 【例1-19】表1-2 列出了几个十进制数的真值和原码. 表1-2 十进制、真值和原码 十进制 +73 –73 +127 –127 +0 –0 二进制(真值) +1001001 –1001001 +1111111 –1111111 +0000000 –0000000 原码 01001001 11001001 01111111 1111111 0000000 10000000 用原码表示时,数的真值及其用原码表示的机器数之间的对应关系简单,相互转换方便. 字符又称为符号数据,包括字母和符号等.计算机除处理数值信息外,大量处理的是字符 信息.例如,将高级语言编写的程序输入到计算机时,人与计算机通信时所用的语言就不再是 一种纯数字语言而是字符语言.由于计算机中只能存储二进制数,这就需要对字符进行编码, 建立字符数据与二进制数据之间的对应关系,以便于计算机识别、存储和处理. 1. ASSII 码 目前,国际上使用的字母、数字和符号的信息、编码系统种类很多,但使用最广泛的是 ASCII 码(American Standard Code for Interchange). 该码开始时是美国国家信息交换标准字符码, 后来被采纳为一种国际通用的信息交换标准代码. ASCII 码总共有 128 个元素,其中包括 32 个通用控制字符,10 个十进制数码,52 个英文 -24- 计算机基础实用教程(第二版) 大、小写字母和 34 个专用符号.因为 ASCII 码总共为 128 个元素,故用二进制编码表示需用 7 位.任意一个元素由 7 位二进制数 D7D6D5D4D3D2D1 表示,从0000000 到1111111 共有 128 种 编码,可用来表示 128 个不同的字符.ASCII 码是 7 位的编码,但由于字节(8 位)是计算机中常 用单位,故仍以 1 字节来存放一个 ASCII 字符,每个字节中多余的最高位 D7 取为 0.表1-3 所 示为 7 位ASCII 编码表(省略了恒为 0 的最高位 D7). 表1-3 7 位ASCII 编码表 D6D5D4 D3D2D1D0 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE SP 0 @ P 、 p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 " 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB ' 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K [ k { 1100 FF FS , < L \ l | 1101 CR GS - = M ] m } 1110 SO RS . > N ^ n ~ 1111 SI US / ? O _ o DEL 要确定某个字符的 ASCII 码,在表中可先查到它的位置,然后确定它所在位置相应的列和 行,最后根据列确定高位码(D6D5D4),根据行确定低位码(D3D2D1D0),把高位码与低位码合在 一起就是该字符的 ASCII 码(高位码在前,低位码在后).例如,字母 A 的ASCII 码是 1000001, 符号"+"的ASCII 码是 0101011.ASCII 码的特点如下. 编码值 0~31(0000000~0011111)不对应任何可印刷字符,通常为控制符,用于计算 机通信中的通信控制或对设备的功能控制;编码值为 32(0100000)是空格字符,编码 值为 127(1111111)是删除控制 DEL 码;其余 94 个字符为可印刷字符. 字符 0~9 这10 个数字字符的高 3 位编码(D6D5D4)为011, 低4位为 0000~1011. 当 去掉高 3 位的值时,低4位正好是二进制形式的 0~9.这既满足正常的排序关系,又 有利于完成 ASCII 码与二进制码之间的转换. 英文字母的编码是正常的字母排序关系,且大、小写英文字母编码的对应关系相当简 便,差别仅表现在 D5 位的值为 0 或1,有利于大、小写字母之间的编码转换. -25- 第1章计算机基础概论 2. 汉字的存储与编码 汉字的存储有两个方面的含义:一种是字型码的存储,一种是汉字内码的存储. 为了能显示和打印汉字,必须存储汉字的字型.目前普遍使用的汉字字型码是用点阵方式 表示的,称为"点阵字模码".所谓"点阵字模码",就是将汉字像图像一样置于网状方格上, 每格是存储器中的一个位.16*16 点阵是在纵向 16 点、横向 16 点的网状方格上写一个汉字, 有笔划的格对应 1, 无笔划的格对应 0. 这种用点阵形式存储的汉字字型信息的集合称为汉字字 模库,简称汉字字库. 在16*16 点阵字库中, 每一个汉字以 32 个字节存放, 存储一、 二级汉字及符号共 8836 个, 需要 282.5KB 磁盘空间.而用户的文档假定有 10 万个汉字,却只需要 200KB 的磁盘空间,这 是因为用户文档中存储的只是每个汉字(符号)的内码. 一个汉字用两个字节的内码表示,计算机显示一个汉字的过程是:首先根据其内码找到该 汉字在字库中的地址,然后将该汉字的点阵字型在屏幕上输出. 汉字是我国表示信息的主要手段,常用汉字有 3000~5000 个,汉字通常用两个字节编码. 为了与 ASCII 码相区别,规定汉字编码的两个字节最高位为 1.采用双 7 位汉字编码,最多可 表示 128*128=16384 个汉字. 国标码(GB 码)即中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码,代号为 GB 2312—1980.国 标码中有 6763 个汉字和 628 个其他基本图形字符,共计 7445 个字符.其中,一级汉字 3775 个,二级汉字 3008 个,图形符号 682 个. 国标码是一种机器内部编码,其主要用于统一不同系统之间所用的不同编码,将不同系统 使用的不同编码统一转换成国标码,以实现不同系统之间的汉字信息交换. 除了 GB 码外,还有 BIG5 码和 GBK 码.BIG5 码即大五码,是我国港台地区广泛使用的 汉字编码.GBK 码是汉字扩展内码规范,它与 GB 码体系标准完全兼容,是当前收录汉字最全 面的编码标准,涵盖了经过国际化的 20902 个汉字,对于解决古籍整理、医药名称、法律文献 和百科全书编纂等行业的用字问题起到了极大的作用. 计算机在为用户提供各种服务与帮助的同时也存在着危险,各种计算机病毒、流氓软件、 木马程序时刻潜伏在各种载体中,随时可能会危害计算机的正常工作.因此,用户在使用计算 机时,应为计算机安装杀毒软件与防火墙,并进行相应的计算机安全设置,以保护计算机的安 全.本节主要来介绍计算机病毒及其防护措施. 所谓计算机病毒,在技术上来说,是一种会自我复制的可执行程序.对计算机病毒的定义 -26- 计算机基础实用教程(第二版) 可以分为以下两种:一种定义是通过磁盘、磁带和网络等作为媒介传播扩散,能"传染"其他 程序的程序;另一种是能够实现自身复制且借助一定的载体存在的具有潜伏性、传染性和破坏 性的程序. 因此确切地说, 计算机病毒就是能够通过某种途径潜伏在计算机存储介质(或程序)里, 当达 到某种条件时即被激活的具有对计算机资源进行破坏作用的一组程序或指令集合. 传染性是病毒最显著的特点,归结起来病毒的传播途径主要有以下几种. 不可移动的计算机硬件设备:这种类型的病毒较少,但通常破坏力极强. 移动存储设备:如U盘、移动硬盘、MP3、存储卡等. 计算机网络:网络是计算机病毒传播的主要途径,这种类型的病毒种类繁多,破坏力 大小不等.它们通常通过网络共享、FTP 下载、电子邮件、文件传输、WWW 浏览等 方式传播. 点对点通信系统和无线通道: 目前, 这种传播方式还不太广泛, 但在未来的信息时代, 这种传播途径很可能会与网络传播成为病毒扩散的最主要的两大渠道. 凡是计算机病毒,一般来说都具有以下特点. 传染性:病毒通过自身复制来感染正常文件,达到破坏计算机正常运行的目的,但是 它的感染是有条件的,也就是病毒程序必须被执行之后才具有传染性,才能感染其他 文件. 破坏性:任何病毒侵入计算机后,都会或大或小地对计算机的正常使用造成一定的影 响,轻者降低计算机的性能,占用系统资源,重者破坏数据导致系统崩溃,甚至会损 坏计算机硬件. 隐藏性:病毒程序一般都设计得非常小巧,当它附带在文件中或隐藏在磁盘上时,不 易被人觉察,有些更是以隐藏文件的形式出现,不经过仔细地查看,一般用户是很难 发现的. 潜伏性:一般病毒在感染文件后并不是立即发作,而是隐藏在系统中,在满足条件时 才被激活.一般情况,条件会是某个特定的日期.例如,"黑色星期五"就是在每逢 13 号的星期五才会发作. 可触发性: 病毒如果没有被激活, 它就像其他没执行的程序一样, 安静地待在系统中, 没传染性也不具有杀伤力,但是一旦遇到某个特定的文件,它就会被触发,具有传染 性和破坏力, 对系统产生破坏作用. 这些特定的触发条件一般都是病毒制造者设定的, 它可能是时间、日期、文件类型或某些特定数据等. -27- 第1章计算机基础概论 不可预见性:病毒种类多种多样,病毒代码千差万别,而且新的病毒制作技术也不断 涌现,因此,用户对于已知病毒可以检测、查杀,而对于新的病毒却没有未卜先知的 能力,尽管这些新式病毒有某些病毒的共性,但是它采用的技术将更加复杂,更不可 预见. 寄生性:病毒嵌入到载体中,依靠载体而生存,当载体被执行时,病毒程序也就被激 活,然后进行复制和传播. 如果计算机感染上了病毒,用户如何才能得知呢?一般来说,感染上了病毒的计算机会有 以下几种症状. 程序载入的时间变长. 平时运行正常的计算机变得反应迟钝,并会出现蓝屏或死机现象. 可执行文件的大小发生不正常的变化. 对于某个简单的操作,可能会花费比平时更多的时间. 硬盘指示灯无缘无故持续处于点亮状态. 开机出现错误的提示信息. 系统可用内存突然大幅减少,或者硬盘的可用磁盘空间突然减小,而用户却并没有放 入大量文件. 文件的名称或是扩展名、日期、属性被系统自动更改. 文件无故丢失或不能正常打开. 如果计算机出现了以上几种症状,那就很有可能是计算机感染上了病毒. 在使用计算机的过程中,如果用户能够掌握一些预防计算机病毒的小技巧,那么就可以有 效地降低计算机感染病毒的几率.这些技巧主要包含以下几个方面. 最好禁止可移动磁盘和光盘的自动运行功能,因为很多病毒会通过可移动存储设备进 行传播. 最好不要在一些不知名的网站上下载软件,很有可能病毒会随着软件一同下载到计算 机上. 尽量使用正版杀毒软件. 经常从所使用的软件供应商那边下载和安装安全补丁. 对于游戏爱好者,尽量不要登录一些外挂类的网站,很有可能在登录的过程中,病毒 已经悄悄侵入了用户的计算机系统. -28- 计算机基础实用教程(第二版) 使用较为复杂的密码,尽量使密码难以猜测,以防止钓鱼网站盗取密码.不同的账号 应使用不同的密码,避免雷同. 如果病毒已经进入计算机,应该及时将其清除,防止其进一步扩散. 共享文件要设置密码,共享结束后应及时关闭. 要对重要文件应形成习惯性的备份,以防遭遇病毒的破坏,造成意外损失. 可在计算机和网络之间安装使用防火墙,提高系统的安全性. 定期使用杀毒软件扫描计算机中的病毒,并及时升级杀毒软件. 1. 简述计算机的发展史. 2. 计算机有哪些应用领域? 3. 简述计算机的系统构成. 4. 将二进制数 11011.011 根据按权展开的方法转换成十进制数. 5. 将十进制数 0.5 转换为对应的二进制数. 6. 将二进制数 1101000.0010011 转换为对应的 16 进制数. 7. 简述计算机病毒的概念及其特点. 8. 如何判断计算机是否感染病毒?
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在信息技术飞速发展的今天,计算机已经成为人类工作和生活不可缺少的部分,掌握相应 的计算机基础操作,也成为人们在各行各业工作的必备知识.通过本章的学习,读者应了解计 算机的概念及其发展史、计算机的组成以及计算机中的数制与编码等知识. 计算机的概念及发展史 计算机的组成 计算机的数制与编码 计算机安全 随着社会的进步和科学技术日新月异的发展,作为这个时代的标志— —计算机在人们的日 常生活中扮演着不可替代的作用.计算机正作为一种工具慢慢地走进人们的生活,改变着人们 工作和学习的方式. 本书中所说的计算机,是指微型计算机,也称个人计算机(PC,全称为 Personal Computer). 那么,到底什么才是计算机呢?简单地说,计算机就是一种能够按照指令对收集的各种数据和 信息进行分析并自动加工和处理的电子设备. 世界上的第一台计算机,于1946 年2月诞生于美国的宾夕法尼亚大学,当时取名为 计算机基础概论 -2- 计算机基础实用教程(第二版) ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator),读作"埃尼克".它是一台电子数字积 分计算机,占地 170 平方米,共用了 18000 多个电子管、1500 个继电器,重达 30 吨,每小时 耗电 140 千瓦,可谓是一个庞然大物,如图 1-1 所示.这台计算机每秒钟能完成 5000 次加法运 算、300 多次乘法运算,比当时最快的计算工具快 300 倍.用现在的标准看,它的功能远不及 一个可编程的计算器,但它使科学家们从繁杂的计算中解放出来,它的诞生标志着人类进入了 一个崭新的信息革命时代. 电子计算机的发展阶段通常以构成计算机的电子器件来划分,已经历了四代,正在向第五 代过渡.每一个发展阶段在技术上都是一次新的突破,在性能上都是一次质的飞跃.下面就来 介绍计算机的发展简史. 图1-1 ENIAC 1. 第一代计算机——电子管计算机(1946—1957 年) 第一代计算机采用的主要原件是电子管,称为电子管计算机.其主要特征如下. 采用电子管元件,体积庞大、耗电量高、可靠性差、维护困难. 计算速度慢,一般为每秒 1 千次到 1 万次运算. 使用机器语言,几乎没有系统软件. 采用磁鼓、小磁芯作为存储器,存储空间有限. 输入输出设备简单,采用穿孔纸带或卡片. 主要用于科学计算. 2. 第二代计算机——晶体管计算机(1958—1964 年) 晶体管的发明给计算机技术的发展带来了革命性的变化.第二代计算机采用的主要元件是 晶体管,称为晶体管计算机.第二代计算机的主要特征如下. 采用晶体管元件,体积大大缩小、可靠性增强、寿命延长. 计算速度加快,达到每秒几万次到几十万次运算. 提出了操作系统的概念,出现了汇编语言,产生了 FORTRAN 和COBOL 等高级程序 设计语言和批处理系统. 普遍采用磁芯作为内存储器,磁盘、磁带作为外存储器,容量大大提高. 计算机应用领域扩大,除科学计算外,还用于数据处理和实时过程控制. 之所以把 ENIAC 作为世界上研制 的第一台电子数字计算机,是因为它是 第一台可以真正运行并全部采用电子 装置的计算机,它的诞生宣告了计算机 时代的到来. -3- 第1章计算机基础概论 3. 第三代计算机——集成电路计算机(1965—1969 年) 20 世纪 60 年代中期,随着半导体工艺的发展,已制造出了集成电路元件.集成电路可以 在几平方毫米的单晶硅片上集成十几个甚至上百个电子元件.第三代计算机开始使用中小规模 的集成电路元件,其主要特征如下. 采用中小规模集成电路元件,体积进一步缩小,寿命更长. 计算速度加快,可达每秒几百万次运算. 高级语言进一步发展.操作系统的出现,使计算机功能更强,计算机开始广泛应用于 各个领域. 普遍采用半导体存储器,存储容量进一步提高,而体积更小、价格更低. 计算机应用范围扩大到企业管理和辅助设计等领域. 4. 第四代计算机——大规模、超大规模集成电路计算机(1971 年至今) 随着 20 世纪 70 年代初集成电路制造技术的飞速发展,产生出了大规模集成电路元件,使 计算机进入了一个崭新的时代,即大规模和超大规模集成电路计算机时代.第四代计算机的主 要特征如下. 采用大规模(LSI,全称为 Large Scale Integration)和超大规模集成电路(VLSI,全称为 Very Large Scale Integration)元件,体积与第三代相比进一步缩小.在硅半导体上集成 了几十万甚至上百万个电子元器件,可靠性更好,寿命更长. 计算速度加快,可达每秒几千万次到几十亿次运算. 软件配置丰富,软件系统工程化、理论化,程序设计部分自动化. 发展了并行处理技术和多机系统,微型计算机大量进入家庭,产品更新速度加快. 计算机在办公自动化、数据库管理、图像处理、语言识别和专家系统等各个领域大显 身手,计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代. 5. 微型计算机的发展 随着微电子技术的发展,集成电路的集成度越来越高,计算机的体积也越来越小.微型计 算机简称微机,又称微计算机,是第四代计算机微型化的产物.微机体积小,重量轻,功耗低, 价格便宜,对环境要求也不高,易学易用.而它的功能、速度、可靠性、适用性和传统的计算 机相比也毫不逊色.现代微电子技术可以把组成计算机的核心部件— — 微处理器集成到一块小 小的芯片上.人们通常都习惯以微处理器为依据来讨论微型计算机的发展历史. 根据计算机的性能指标,如机器规模的大小、运算速度的高低、主存储容量的大小、指令 系统性能的强弱以及机器的价格等,可将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型 机和工作站. -4- 计算机基础实用教程(第二版) 巨型机:巨型机是指运算速度在每秒亿次以上的计算机.巨型机运算速度快、存储量 大、结构复杂、价格昂贵,主要用于尖端科学研究领域.巨型机目前在国内还不多, 我国研制的"银河"计算机就属于巨型机. 大、中型机:大、中型机是指运算速度在每秒几千万次左右的计算机.通常用在国家 级科研机构以及重点理、工科类院校. 小型机:小型机的运算速度在每秒几百万次左右,通常用在一般的科研与设计机构以 及普通高校等. 微型机:微型机也称为个人计算机(PC 机),是目前应用最广泛的机型.如通常所说的 386、486、586 及奔腾系列等机型都属于微型机. 工作站:工作站主要用于图形、图像处理和计算机辅助设计中.它实际上是一台性能 更高的微型机. 计算机的快速性、通用性、准确性和逻辑性等特点,使它不仅具有高速运算能力,而且还 具有逻辑分析和逻辑判断能力.这不仅可以大大提高人们的工作效率,而且现代计算机还可以 部分替代人的脑力劳动,进行一定程度的逻辑判断和运算.如今计算机已渗透到人们生活和工 作的各个层面中,主要体现在以下几个方面的运用. 1. 科学计算 科学计算(或数值计算)是指利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计 算.在现代科学技术工作中,科学计算问题是大量的和复杂的.利用计算机的高速计算、大存 储容量和连续运算的能力,可以实现人工无法解决的各种科学计算问题. 2. 信息处理 信息处理(数据处理)是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、 传播等一系列活动的统称.据统计,80%以上的计算机主要用于数据处理,这类工作量大、面宽,决定了计算机应用的主导方向. 3. 自动控制 自动控制(过程控制)是利用计算机及时采集检测数据,按最优值迅速地对控制对象进行自 动调节或自动控制.采用计算机进行自动控制,不仅可以大大提高控制的自动化水平,而且可 以提高控制的及时性和准确性,从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率.目前,计算机过 程控制已在机械、冶金、石油、化工、纺织、水电、航天等部门得到广泛的应用. 4. 计算机辅助技术 计算机辅助技术是指利用计算机帮助人们进行各种设计、处理等过程,它包括计算机辅助 设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助教学(CAI)和计算机辅助测试(CAT)等.另外, -5- 第1章计算机基础概论 计算机辅助技术还有辅助生产、辅助绘图和辅助排版等. 5. 人工智能 人工智能(Artificial Intelligence,简称 AI)又可称为智能模拟,是计算机模拟人类的智能活 动,诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等.人工智能的研究目标是计算机更 好地模拟人的思维活动,那时的计算机将可以完成更复杂的控制任务. 6. 网络应用 随着社会信息化的发展,通信业也发展迅速,计算机在通信领域的作用越来越大,特别是 促进了计算机网络的迅速发展.目前,全球最大的网络(Internet,即国际互联网)已把全球的大 多数计算机联系在一起.除此之外,计算机在信息高速公路、电子商务、娱乐和游戏等领域也 得到了快速的发展. 计算机是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的电子设备.计算机由 许多部件组成,但总的来说,一个完整的计算机系统由两大部分组成,即硬件系统和软件系统, 如图 1-2 所示. 运算器(算数逻辑部件 ALU) 控制器 中央处理器 CPU(Central Processing Unit) 计算机的硬件系统 输入设备(如键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等) 输出设备(如显示器、音箱、打印机、绘图仪等) 存储器 只读存储器 ROM(Red Only Memory) 随机存储器 RAM(Random Access Memory) 内存 外存(如软盘、光盘、硬盘、U 盘等) 操作系统 OS(Operating System) 语言处理程序(如C语言、Java、C++、JSP.NET 等) 分布式软件系统(包括分布式操作系统、分布式程序设计系统等) 数据库管理系统(如SQL Server 等) 系统软件 计算机的软件系统 应用软件(如Office、多媒体软件等) 计算机系统构成 图1-2 计算机系统的构成 -6- 计算机基础实用教程(第二版) 计算机的硬件是指能够看得见、摸得着的物理原件.计算机的硬件系统是整个计算机系统 进行工作的基础,也是决定计算机性能的主要因素.这些硬件主要包括中央处理器(CPU)、存 储器、输入设备和输出设备等.下面对计算机的主要硬件组成部分进行简要介绍. 1. 主板 主板又叫主机板(Mainboard)、系统板(Systemboard)或母板(Motherboard).图1-3 所示为主 板外观图.主板是整个计算机硬件系统中最重要的部件之一,它不但是整个计算机系统平台的 载体,也是系统中各种信息交流的中心.主板的类型和档次决定着整个计算机系统的类型和档 次,主板的性能影响着整个计算机系统的性能. 图1-3 主板外观 2. 中央处理器(CPU) 中央处理器也叫 CPU,英文全称是 Central Processing Unit.CPU 的作用和人的大脑比较类 似,它主要负责处理和运算计算机内的所有数据,是计算机的核心组成部分.CPU 的外观如图 1-4 所示. 图1-4 中央处理器 CPU CPU 主要由基板、核心和针脚 3 部分组成. 基板:基板是承载核心和针脚的载体,核心和针脚通过基板连接成一个整体,它们决 定着 CPU 的时钟频率,负责内核芯片和外界信息的交流,如图 1-5 所示. 核心:核心又叫内核,是CPU 最重要的组成部分,它的制作原材料是单晶硅,CPU 中所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心完成的,如图 1-6 所示. 针脚:CPU 的接口方式有引脚式、卡式、触电式及针脚式等.目前,CPU 的接口方 式都是针脚接口,如图 1-7 所示. -7- 第1章计算机基础概论 1-5 基板 图1-6 核心(双核) 图1-7 针脚 3. 存储器 存储器是计算机中的一种具有记忆能力的部件,用来存放程序或数据.存储器分为内存储 器和外存储器两类.内存储器简称内存,用于暂时存放系统中的数据.它的特点是存储容量较 小,但运行速度较快.外存储器简称外存(如硬盘),用于存放永久性的数据.它的特点是存储 容量较大,但存取速度比内存慢.图1-8 所示为内存和硬盘的外观. 内存 硬盘 图1-8 存储器 4. 显示卡 显示卡(Display Card)简称显卡,它的基本作用是控制计算机的图形输出,主要负责将 CPU 送来的影像数据经过处理后,转换成数字信号或者模拟信息,再将其传输到显示器上,可见显 卡是主机与显示器之间进行沟通的桥梁.显卡的外观如图 1-9 所示. 图1-9 显卡 显卡由显示芯片、显示内存及 RAMDAC 等组成,这些组件决定了计算机屏幕上的输出质 量,包括屏幕画面显示的速度、颜色、刷新频率及显示分辨率等. 5. 声卡 声卡也叫音频卡,是多媒体计算机中的重要部件,可以实现声波/数字信号的相互转换.声 卡是对送来的声音信号进行处理,然后再由声卡送到音箱进行还原.声卡处理的声音信息在计 -8- 计算机基础实用教程(第二版) 算机中以文件的形式存储. 声卡主要由音效处理芯片、游戏/MIDI 插口、线性输入输出插口、话筒输入插口和内置声 音输出接口组成.目前,大部分主板都集成了音效处理芯片,用户一般无须另外购置独立的声 卡.如图 1-10 所示为主板集成的音效处理芯片;图1-11 所示为主板后部的集成声卡接口. 图1-10 音效处理芯片 图1-11 声卡接口 6. 网卡 网卡(Network Interface Card)也称网络适配器,它是连接计算机与网络的硬件设备,是计算 机上网必备的硬件之一.网卡的主要作用是通过网线(双绞线、同轴电缆等)或者其他的媒介来 实现与网络中的其他用户实现共享资源和交换数据的功能.网卡分为有线网卡、无线网卡和无 线移动网卡 3 种. 有线网卡: 目前台式计算机中普遍使用的是有线网卡. 有线网卡又分为独立网卡(如图 1-12 所示)和集成网卡(如图 1-13 所示)两类.由于网卡的重要性,现在大部分主板都 集成了网卡. 图1-12 独立网卡 图1-13 集成网卡 无线网卡:无线网卡的显著特点就是连接网络时不需要网线,它利用无线技术取代了 网线,如图 1-14 所示. 无线移动网卡:无线移动网卡和无线网卡相比,它的优点是可以通过中国电信、中国 移动或中国联通的 3G 无线通信网络上网,这种上网方式非常方便,但资费较高,与 有线网络相比,网速稍慢.图1-15 所示为 3G 无线上网卡. 图1-14 无线网卡 图1-15 3G 无线上网卡 -9- 第1章计算机基础概论 7. 光驱 光驱是光盘驱动器的简称,用来读取光盘上的数据,光驱主要由以下几部分组成:激光 头、旋转马达、内存机芯、外托架和程序芯片.目前的光驱技术已经发展得相当完善.常见 的光驱有: CD-ROM 光驱、 DVD-ROM 光驱、 CD-RW 刻录机、 DVD-RW 刻录机和 COMBO(康宝)等. CD-ROM 光驱: CD-ROM 光驱在前几年比较流行, 如图 1-16 所示, 主要能够读取 CD、 VCD 格式的光盘,但随着 DVD-ROM 技术的日益成熟和完善,CD-ROM 光驱已经基 本上被淘汰. DVD-ROM 光驱:DVD-ROM 光驱的功能比较强大,是现在比较常见的光驱,它能够 读取 CD、VCD 和DVD 格式的光盘,如图 1-17 所示. 图1-16 CD-ROM 光驱 图1-17 DVD-ROM 光驱 CD-RW 刻录机:CD-RW 刻录机既能读取光盘,又能将数据以 CD 的格式刻录到光盘 上, 功能比 CD-ROM 更强大, 如图 1-18 所示. 但因为 CD 的容量比较小和 DVD-ROM 刻录机的发展,CD-RW 刻录机也已逐渐被淘汰. DVD-RW 刻录机:DVD-RW 刻录机不仅能读取 DVD 光盘中的数据,还能将数据以 DVD 的格式刻录到 DVD 光盘上,是目前比较常见的光盘刻录机,如图 1-19 所示. 图1-18 CD-RW 刻录机 图1-19 DVD-RW 刻录机 COMBO(康宝):CMOBO 指的是一种既具有 DVD 光驱读取 DVD 功能,又具有 CD 刻录机刻录 CD 功能的光驱.目前,由于 DVD-RW 刻录机的价格已经很低,很少有 用户还买康宝了.现在康宝多用于低端笔记本计算机上.最新的康宝驱动器还可以读 取蓝光光盘,刻录 DVD 等. 8. 机箱和电源 机箱是主机中各个硬件设备的载体,它的外观如图 1-20 所示.机箱分为立式和卧式两种, 目前最常见的为立式机箱.机箱的正面设有电源按钮、重启按钮、指示灯和光驱等部件.一般 来说,电源按钮会标有 符号或写有 Power 字样、重启按钮会标有 Reset 字样,指示灯用来指 示计算机的工作状态. -10- 计算机基础实用教程(第二版) 机箱的背面是一些接口,主要包括电源输入接口、PS/2 接口、串行接口、USB 接口、音频 设备接口、并行接口、网卡接口和视频设备接口等,如图 1-21 所示. 电源输入接口:用来连接电源,为主机供电. PS/2 接口:机箱后面共有紫色和绿色两个 PS/2 接口,其中绿色接口用于连接鼠标, 紫色接口用于连接键盘. 串行接口:主要用于连接外置的 Modem 和手写板等串口设备. USB 接口:主要用于连接带有 USB 接口的设备,如U盘、移动硬盘、MP3、数码相 机、摄像头和手机等. 音频设备接口:主要用于连接音频设备,包括音箱、麦克风等. 并行接口:用于连接具有并口数据线的设备,如某些打印机、扫描仪等. 网卡接口:用于连接网线. 视频接口:通过数据线与显示器相连,输出视频信号到显示器. 图1-20 机箱正面 图1-21 机箱背面 另外,电源也是机箱内的重要部件,它主要为计算机的各个硬件的正常工作提供充足电力 保证,如图 1-22 所示. 9. 键盘和鼠标 键盘是计算机中最基本的也是最重要的输入设备,如图 1-23 所示.通过键盘,用户可以 向计算机输入字母、文字和标点符号等,从而实现数据的输入和控制功能.鼠标又称 Mouse, 可以说是操作系统的"钥匙",它的发明主要是为了让操作系统更加方便易用.鼠标的方便 性和灵活性使它成为计算机中使用最为频繁的设备之一.如图 1-24 所示为目前最常用的光电 鼠标. 图1-22 电源 图1-23 键盘 图1-24 鼠标 光盘驱动器 电源按钮 重启按钮 指示灯 电源输入接口 PS/2 接口 串行接口 USB 接口 音频设备接口 散热孔 并行接口 网卡接口 视频接口 -11- 第1章计算机基础概论 10. 显示器 显示器是计算机中必不可少的输出设备,它将计算机中的文字、图片和视频数据转换成为 人的肉眼可以识别的信息显示出来.显示器为用户和计算机之间提供了一个交流的平台.显示 器主要分为 CRT(Cathode-Ray-Tube,即阴极显示管)显示器和 LCD(Liquid Crystal Display,即液 晶显示器),如图 1-25 所示. 图1-25 显示器 只有硬件,计算机还不能发挥其作用,还必须为计算机安装软件.计算机的软件系统指的 是在硬件设备上运行的各种程序、数据以及有关的资料,它包括系统软件和应用软件两种.系 统软件包括操作系统、语言处理系统、数据库系统、分布式软件系统等,应用软件主要指的是 针对某项工作专门开发的一组程序,如Office 系列软件等. 1. 操作系统 操作系统是最基本的系统软件,它的主要功能包括存储器管理、处理器管理、文件管理、 设备管理作业管理等.计算机只有在安装了操作系统之后才能够正常运行和使用其他软件.它 为用户和计算机之间架起了一座沟通的桥梁,为用户提供了一个方便有效和友善的工作环境. 2. 语言处理系统 语言处理系统是用户与计算机进行信息交换的媒介.它相当于一位优秀的翻译,主要负责 将用户的指令翻译成计算机能够识别的目标程序.常见的该类程序有汇编语言和 C 语言等. 3. 数据库系统 数据库系统是用于支持数据管理和存取的软件.它包括数据库系统和数据库管理系统等. 其主要功能包括数据库的定义和操纵,共享数据的并发控制、数据的安全与保密等. 4. 分布式软件系统 分布式软件系统包括分布式操作系统、分布式程序设计系统、分布式数据库系统、分布式 LCD 显示器 CRT 显示器 -12- 计算机基础实用教程(第二版) 文件系统等,其主要功能是管理分布式计算机系统的资源和控制分布式程序的运行等. 5. 应用软件 除了系统软件以外的所有软件都可以称为应用软件.应用软件种类繁多,而正是因为有了 各种各样的应用软件, 才使计算机可以在各行各业大显身手, 从而推动了计算机的普及和发展. 应用软件按其功能划分,大致可分为工具软件、办公软件、游戏娱乐软件和通信软件等几种. 例如,图片处理软件 Photoshop、音乐播放软件"千千静听"等,如图 1-26 所示. 图1-26 Photoshop 和千千静听的界面 计算机的常用外设主要包括打印机、扫描仪、音箱、手写板、U 盘和移动硬盘等. 打印机:打印机可以把计算机中的文字、图像等信息打印到传统的纸质媒体上.打印 机可以分为针式打印机、喷墨打印机和激光打印机,如图 1-27 所示. 图1-27 打印机 扫描仪:扫描仪是计算机的一种输入设备,能够将图片和文字等内容直接以图片的形 式存储在计算机中.扫描仪分为平板式扫描仪和手持扫描仪两种,如图 1-28 所示. 音箱:音箱的主要作用是输出计算机发出的音频信号,将其转化为声波信号,供用户 收听,如图 1-29 所示. 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机 -13- 第1章计算机基础概论 平板式扫描仪 手持式扫描仪 图1-28 扫描仪 图1-29 音箱 手写板:手写板类似于鼠标和键盘的功能,它的作用是输入文字或者绘画,如图 1-30 所示. U 盘:U 盘是 USB 盘的简称,它的特点是体型小巧、价格低廉、存储容量大、价格 便宜,是一种常见的移动存储设备,如图 1-31 所示. 移动硬盘: 移动硬盘是以硬盘为存储介质并注重便携性的存储产品, 相对于 U 盘来说, 它的存储容量更大,存取速度更快,但是价格比较贵一些,如图 1-32 所示. 图1-30 手写板 图1-31 U 盘图1-32 移动硬盘 数据是计算机处理的对象. 在计算机内部, 各种信息都必须经过数字化编码后才能被传送、 存储和处理,而在计算机中采用什么数制,如何表示数的正负和大小,是学习计算机首先遇到 的一个重要问题. 二进制并不符合人们的使用习惯,但是计算机内部却采用二进制表示信息,其主要原因有 以下 4 点. 电路简单:计算机是由逻辑电路组成的,逻辑电路通常只有两个状态.例如,开关的 接通与断开,电压电平的高与低等.这两种状态正好用二进制的 0 和1来表示.若采 用十进制,则要求处理 10 种电路状态,相对于两种状态的电路来说,是很复杂的. 工作可靠:两种状态代表两种数据信息,数字传输和处理不容易出错,因而电路更加 可靠. -14- 计算机基础实用教程(第二版) 简化运算:二进制运算法则简单.例如,求和法则有 3 个,求积法则有 3 个. 逻辑性强:计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的,逻辑代数是逻辑运算的理论 依据.二进制只有两个数码,正好代表逻辑代数中的"真"与"假". 计算机必须采用某一种方式来存储或表示数据,这种方式就是计算机中的数制.数制,即 进位计数制,是人们利用数字符号按进位原则进行数据大小计算的方法.通常是以十进制来进 行计算的.另外,还有二进制、八进制和十六进制等. 在计算机的数制中,有数码、基数和位权这 3 个概念必须掌握.下面将简单地介绍这 3 个 概念. 数码:一个数制中表示基本数值大小的不同数字符号.例如,十进制有 10 个数码:0、 1、2、3、4、5、6、7、8、9. 基数:一个数值所使用数码的个数.例如,二进制的基数为 2,十进制的基数为 10. 位权:一个数值中某一位上的 1 所表示数值的大小.例如,十进制的 123,1 的位权 是100,2 的位权是 10,3 的位权是 1. 1. 十进制(Decimal notation) 十进制的特点如下. 有10 个数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9. 基数:10. 逢十进一(加法运算),借一当十(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的十进制数 D,均可按权展开为: D=Dn–1·10n–1 +Dn–2·10n–2 +…+D1·101 +D0·100 +D–1·10–1 +…+D– m·10–m 【例1-1】将十进制数 314.16 写成按权展开式形式. 314.16=3*102 +1*101 +4*100 +1*10–1 +6*10–2 2. 二进制(Binary notation) 二进制的特点如下. 有两个数码:0、1. 基数:2. 逢二进一(加法运算);借一当二(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的二进制数 D,均可按权展开为: D=Bn–1·2n–1 +Bn–2·2n–2 +…+B1 ·21 +B0·20 +B–1·2–1 +…+B–m·2–m 【例1-2】把(1101.01)2 写成展开式,它表示的十进制数为: 1*23 +1*22 +0*21 +1*20 +0*2–1 +1*2–2 =(13.25)10 -15- 第1章计算机基础概论 3. 八进制(Octal notation) 八进制的特点如下. 有8个数码:0、1、2、3、4、5、6、7. 基数:8. 逢八进一(加法运算),借一当八(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的八进制数 D,均可按权展开为: D=On–1·8n–1 +…+O1·81 +O0·80 +O–1·8–1 +…+O–m·8–m 【例1-3】(317)8 相当于十进制数为:3*82 +1*81 +7*80 =(207)10 4. 十六进制(Hexadecimal notation) 十六进制的特点如下. 有16 个数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F. 基数:16. 逢十六进一(加法运算),借一当十六(减法运算). 按权展开式.对于任意一个 n 位整数和 m 位小数的十六进制数 D,均可按权展开为: D=Hn–1·16n–1 +…+H1·161 +H0·160 +H–1·16–1 +…+H–m·16–m 【例1-4】十六进制数(3C4)16 代表的十进制数为:3*162 +12*161 +4*160 =(964)10 二进制数与其他进制数之间的对应关系如表 1-1 所示. 表1-1 二进制数与其他进制数之间的对应关系 十进制 二进制 八进制 十六进制 十进制 二进制 八进制 十六进制 0 0 0 0 9 1001 11 9 1 1 1 1 10 1010 12 A 2 10 2 2 11 1011 13 B 3 11 3 3 12 1100 14 C 4 100 4 4 13 1101 15 D 5 101 5 5 14 1110 16 E 6 110 6 6 15 1111 17 F 7 111 7 7 16 10000 20 10 8 1000 10 8 不同进制之间进行转换应遵循转换原则.其转换原则是:如果两个有理数相等,则有理数 在16 个数码中,A、B、C、D、E 和F这6个数码分别代表十进制的 10、11、12、13、14 和15, 这是国际上通用的表示法. -16- 计算机基础实用教程(第二版) 的整数部分和分数部分一定分别相等.也就是说,若转换前两数相等,则转换后仍必须相等. 1. 十进制数与二进制数的相互转换 (1) 二进制数转换成十进制数 将二进制数转换成十进制数,只要将二进制数用计数制通用形式表示出来,计算出结果, 便得到相应的十进制数. 【例1-5】(100110.101)2 =1*25 +1*22 +1*21 +1*2–1 +1*2–3 =32+4+2+0.5+0.125 = (38.625)10 (2) 十进制数转换成二进制数 整数部分和小数部分分别用不同的方法进行转换. 整数部分的转换采用的是除 2 取余法.其转换原则是:将该十进制数除以 2,得到一个商 和余数(K0),再将商除以 2,又得到一个新的商和余数(K1).如此反复,直到商是 0 时得到余数 (Kn–1),然后将所得到的各次余数,以最后余数为最高位,最初余数为最低位依次排列,则Kn–1 Kn–2…K1K0 这就是该十进制数对应的二进制数.这种方法又称为"倒序法". 【例1-6】将(123)10 转换成二进制数,结果是(1111011)2. 余1(K0) 余1(K1) 余0(K2) 余1(K3) 余1(K4) 余1(K5) 余1(K6) 低位 高位 (3) 小数部分的转换 小数部分的转换采用的是乘 2 取整法.其转换原则是:将十进制数的小数乘 2,取乘积中 的整数部分作为相应二进制数小数点后最高位 K–1,反复乘 2,逐次得到 K–2、K–3、…、K–m, 直到乘积的小数部分为 0 或位数达到精确度要求为止.然后把每次乘积的整数部分由上而下依 次排列起来(K–1K–2…K–m).即所求的二进制数.这种方法又称为"顺序法". 【例1-7】将十进制数 0.3125 转换成相应的二进制数,结果是(0.0101)2. 在十进制转化为二进制的过程中, 有的时候是转化不尽的, 这时只能视情况转化到小数点后的第几 位即可. -17- 第1章计算机基础概论 低位 高位 取整 【例1-8】将(25.25)10 转换成二进制数. 分析:对于这种既有整数又有小数部分的十进制数,可将其整数和小数部分分别转换成二 进制数,然后再把两者连接起来. 转换过程如下. (25)10 =(11001)2 (0.25)10=(0.01)2 (25.25)10=(11001.01)2 十进制数与其他进制数的相互转换方法同十进制数与二进制数的相互转换方法一样,不同 之处是具体数制的进位基数不同. 2. 十进制与八进制数的相互转换 八进制数转换为十进制数:以8为基数按权展开并相加. 十进制数转换为八进制数:整数部分除 8 取余,小数部分乘 8 取整. 3. 十进制数与十六进制数的相互转换 十六进制数转换为十进制数:以16 为基数按权展开并相加. 十进制数转换为十六进制数:整数部分除 16 取余,小数部分乘 16 取整. 【例1-9】将(525)10 转换成十六进制数,结果是(20D)16. 低位 高位 余D余0余216 16 16 525 32 2 0 4. 二进制数与八进制数的相互转换 (1) 二进制数转换成八进制数 二进制数转换成八进制数所采用的转换原则是:"三位并一位",即以小数点为界,整数 部分从右向左每 3 位为一组,若最后一组不足 3 位,则在最高位前面添 0 补足 3 位,然后将每 组中的二进制数按权相加得到对应的八进制数;小数部分从左向右每 3 位分为一组,最后一组 不足 3 位时,尾部用 0 补足 3 位,然后按照顺序写出每组二进制数对应的八进制数即可. 【例1-10】将(11101100.01101)2 转换为八进制数,结果是(354.32)8. -18- 计算机基础实用教程(第二版) 011 101 100 . 011 010 3 5 4 3 2 (2) 八进制数转换成二进制数 八进制数转换成二进制数所使用的转换原则是:"一位拆三位",即把 1 位八进制数写成 对应的 3 位二进制数,然后按顺序连接即可. 【例1-11】将(541.67)8 转换为二进制数,结果是(101100001.110111)2. 5 4 1 · 6 7 101 100 · 001 110 5. 二进制数与十六进制数的相互转换 111 (1) 二进制数转换成十六进制数 二进制数转换成十六进制数所采用的转换原则是:"四位并一位",即以小数点为界,整 数部分从右向左每 4 位为一组,若最后一组不足 4 位,则在最高位前面添 0 补足 4 位,然后从 左边第一组起,将每组中的二进制数按权相加得到对应的十六进制数,并依次写出即可;小数 部分从左向右每 4 位为一组,最后一组不足 4 位时,尾部用 0 补足 4 位,然后按顺序写出每组 二进制数对应的十六进制数即可. 【例1-12】将(11101100.01101)2 转换成十六进制数,结果是(EC.68)16. 1110 · 1100 0110 1000 E C · 6 8 (2) 十六进制数转换成二进制数 十六进制数转换成二进制数所采用的转换原则是:"一位拆四位",即把 1 位十六进制数 写成对应的 4 位二进制数,然后按顺序连接即可. 【例1-13】将(B41.A7)16 转换为二进制数,结果是(101101100001.10100111)2. B 4 1 · A 7 1011 0110 · 0001 1010 在程序设计中,为了区分不同进制数,常在数字后加一英文字母作为后缀以示区别. 0111 十进制数,在数字后面加字母 D 或不加字母,如759D 或759. 二进制数,在数字后面加字母 B,如1101B. 八进制数,在数字后面加字母 O,如175O. 十六进制数,在数字后面加字母 H,如E7BH. -19- 第1章计算机基础概论 二进制数的算术运算包括加法运算、减法运算、乘法运算和除法运算. 1. 加法运算 二进制数的加法运算法则如下: 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 + 0 = 1 1 + 1 = 0 (向高位进位) 【例1-14】(1101)2 + (1011)2 的算式如下. 被加数 1101 加数 1011 +) 进位 111 和数 11000 从执行加法的过程可知,两个二进制数相加时,每一位是 3 个数相加,即本位被加数、加 数和来自低位的进位(进位可能是 0,也可能是 1). 2. 减法运算 二进制数的减法运算法则如下: 0 – 0 = 1 – 1 = 0 1 – 0 = 1 0 – 1 = 1 (向高位借位) 【例1-15】(11000011)2 – (00101101)2 的算式如下: 被减数 11000011 减数 00101101 –) 借位 1111 差数 10010110 从减法的运算过程可知,两数相减时,有的位会发生不够减的情况,这时要向相临的高位 借位,借1当2.所以,做减法时,除了每位相减外,还要考虑借位情况,实际上每位也是 3 个数参加运算. 3. 乘法运算 二进制数的乘法运算法则如下: 0*0=0 0*1=1*0=0 1*1=1 -20- 计算机基础实用教程(第二版) 【例1-16】(1110)2 * (1101)2 的算式如下: 被乘数 1110 乘数 1101 1110 部分积 0000 1110 1110 乘积 10110110 由乘法运算过程可知,两数相乘时,每个部分积都取决于乘数.乘数的相应位为 1 时,该 次的部分积等于被乘数;为0时,部分积为 0.每次的部分积依次左移一位,将各部分积累加 起来,就得到了最终乘积. 4. 除法运算 二进制数的除法运算法则如下: 0 ÷ 0 = 0 0 ÷ 1 = 0 (1 ÷ 0 无意义) 1 ÷ 1 = 1 【例1-17】(100110)2 ÷ (110)2 得商(110)2 和余数(10)2,其算式如下. 在计算机内部,二进制的加法是基本运算,利用加法可以实现二进制数据的减法、乘法和 除法运算.其原理主要是应用了"补码"的运算. 逻辑变量之间的运算称为逻辑运算,它是逻辑代数的研究内容,也是计算机需要的基本操 作.二进制数 1 和0在逻辑上可代表"真"与"假"、"是"与"否"、"有"与"无".这 种具有逻辑属性的变量就称为逻辑变量.由此可见,逻辑运算是以二进制数为基础的. 计算机的逻辑运算区别于算术运算的主要特点是:逻辑运算是按位进行的,位与位之间不 像加减运算那样有进位或借位的关系. 逻辑运算主要包括 3 种基本运算:逻辑加法(又称"或"运算)、逻辑乘法(又称"与"运算) 和逻辑否定(又称"非"运算).此外,"异或"运算也很有用. -21- 第1章计算机基础概论 1. 逻辑加法("或"运算) 逻辑加法通常用符号:"+"或"∨"来表示.例如,有逻辑变量 A、B、C,它们的逻辑 加运算关系为: A+B=C 或A∨B=C 逻辑加法运算规则如下: 0+0=0,0∨0=0 0+1=1,0∨1=1 1+0=1,1∨0=1 1+1=1,1∨1=1 从以上运算法则可见,逻辑加法有"或"的意义.也就是说,在给定的逻辑变量中,A 或B只要有一个为 1,其逻辑加的结果为 1;两者都为 0,则逻辑加的结果为 0. 这种逻辑"或"的运算在实际生活中有许多应用.例如,房间里有一盏灯,装了两个开关, 这两个开关是并联的.显然,任何一个开关接通或两个开关同时接通,电灯都亮. 逻辑加法的运算规律和算术加法的运算规则不完全相同.要特别注意:1+1=1. 2. 逻辑乘法("与"运算) 逻辑乘法常用符号"*"或"∧"或"·"来表示.例如,有逻辑变量 A、B、C,它们的 逻辑乘运算关系如下. A * B=C A∧B=C A·B=C 或者 AB=C 逻辑乘法运算规则如下: 0 * 0 = 0,0∧0 = 0,0·0=0 0 * 1 = 0,0∧1 = 0,0·1=0 1 * 0 = 0,1∧0 = 0,1·0=0 1 * 1 = 1,1∧1 = 1,1·1=1 从上式可见,逻辑乘法有"与"的意义.它表示只有当参与运算的逻辑变量都取值为 1 时, 其逻辑乘积才等于 1. 这种逻辑"与"的运算在实际生活中有许多应用,例如,计算机的电源要想接通,必须把 实验室的电源总闸、UPS 电源开关以及计算机机箱的电源开关接通才行.这些开关是串在一起 的,它们按照"与"逻辑接通. 为了书写方便,逻辑乘的符号往往可以略去不写(在不致混淆的情况下),即A*B= A∧B=AB. 3. 逻辑否定("非"运算) 逻辑非运算又称逻辑否运算.其运算规则如下: 0 = 1;非0等于 1 -22- 计算机基础实用教程(第二版) 1= 0;非1等于 0 因为不是 0,则唯一的可能性就是 1;反之亦然. 例如,室内的电灯,不是亮,就是灭,只有两种可能性. 4. 异或逻辑运算(半加运算) 异或运算通常用符号"?"表示,其运算规则如下: 0?0=0 0 同0异或,结果为 0 0?1=1 0 同1异或,结果为 1 1?0=1 1 同0异或,结果为 1 1?1=0 1 同1异或,结果为 0 可见,在给定的两个逻辑变量中,只要两个逻辑变量取值相同,异或运算的结果就为 0; 只有两个逻辑变量取值不同时,结果才为 1. 当两个变量之间进行逻辑运算时,只在对应位之间按上述规律进行逻辑运算,不同位之间 没有任何关系,当然,也就不存在算术运算中的进位或借位问题. 数据是指能够输入计算机并被计算机处理的数字、字母和符号的集合.平常所看到的景象 和听到的事实,都可以用数据来描述.数据经过收集、组织和整理就能成为有用的信息. 1. 计算机中数的单位 在计算机内部,数据都是以二进制的形式存储和运算的.计算机数据的表示经常使用到以 下几个概念. (1) 位位(bit)简写为 b,音译为比特,是计算机存储数据的最小单位,是二进制数据中的一个位, 一个二进制位只能表示 0 或1两种状态,要表示更多的信息,就得把多个位组合成一个整体, 每增加一位,所能表示的信息量就增加一倍. (2) 字节 字节(Byte)简记为 B,规定一个字节为 8 位,即1Byte = 8bit.字节是计算机数据处理的基 本单位,并主要以字节为单位解释信息.每个字节由 8 个二进制位组成.通常,一个字节可存 放一个 ASCII 码,两个字节存放一个汉字国际码. (3) 字字(Word)是计算机进行数据处理时,一次存取、加工和传送的数据长度.一个字通常由一 个或若干个字节组成,由于字长是计算机一次所能处理信息的实际位数,所以,它决定了计算 机数据处理的速度,是衡量计算机性能的一个重要标识,字长越长,性能越好. 计算机型号不同,其字长是不同的,常用的字长有 8 位、16 位、32 位和 64 位. -23- 第1章计算机基础概论 计算机存储器容量以字节数来度量,经常使用的度量单位有 KB、MB 和GB,其中 B 代表 字节.各度量单位可用字节表示为: 1KB = 210 B = 1024B 1MB = 210 * 210 B = 1024 * 1024B 1GB = 210 * 210 * 210 B = 1024MB = 1024 * 1024KB = 1024 * 1024 * 1024B 【例1-18】一台计算机,内存标注 2GB,外存硬盘标注为 500GB,则它实际可存储的内 外存字节数分别如下: 内存容量= 2 * 1024 * 1024 * 1024B 硬盘容量= 500 * 1024 * 1024 * 1024B 2. 计算机中数的表示 在计算机内部,任何信息都以二进制代码表示(即0与1的组合来表示).一个数在计算机 中的表示形式,称为机器数.机器数所对应的原来的数值称为真值,由于采用二进制,必须要 把符号数字化,通常是用机器数的最高位作为符号位,仅用来表示数符.若该位为 0,则表示 正数;若该位为 1,则表示负数.机器数也有不同表示法,常用的有 3 种:原码、补码和反码. 下面以字长 8 位为例,介绍计算机中数的原码表示法,其他表示法可参考相关资料. 原码表示法即用机器数的最高位代表符号(若为 0,则代表正数,若为 1,则代表负数),数 值部分为真值的绝对值的一种表示方法. 【例1-19】表1-2 列出了几个十进制数的真值和原码. 表1-2 十进制、真值和原码 十进制 +73 –73 +127 –127 +0 –0 二进制(真值) +1001001 –1001001 +1111111 –1111111 +0000000 –0000000 原码 01001001 11001001 01111111 1111111 0000000 10000000 用原码表示时,数的真值及其用原码表示的机器数之间的对应关系简单,相互转换方便. 字符又称为符号数据,包括字母和符号等.计算机除处理数值信息外,大量处理的是字符 信息.例如,将高级语言编写的程序输入到计算机时,人与计算机通信时所用的语言就不再是 一种纯数字语言而是字符语言.由于计算机中只能存储二进制数,这就需要对字符进行编码, 建立字符数据与二进制数据之间的对应关系,以便于计算机识别、存储和处理. 1. ASSII 码 目前,国际上使用的字母、数字和符号的信息、编码系统种类很多,但使用最广泛的是 ASCII 码(American Standard Code for Interchange). 该码开始时是美国国家信息交换标准字符码, 后来被采纳为一种国际通用的信息交换标准代码. ASCII 码总共有 128 个元素,其中包括 32 个通用控制字符,10 个十进制数码,52 个英文 -24- 计算机基础实用教程(第二版) 大、小写字母和 34 个专用符号.因为 ASCII 码总共为 128 个元素,故用二进制编码表示需用 7 位.任意一个元素由 7 位二进制数 D7D6D5D4D3D2D1 表示,从0000000 到1111111 共有 128 种 编码,可用来表示 128 个不同的字符.ASCII 码是 7 位的编码,但由于字节(8 位)是计算机中常 用单位,故仍以 1 字节来存放一个 ASCII 字符,每个字节中多余的最高位 D7 取为 0.表1-3 所 示为 7 位ASCII 编码表(省略了恒为 0 的最高位 D7). 表1-3 7 位ASCII 编码表 D6D5D4 D3D2D1D0 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE SP 0 @ P 、 p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 " 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB ' 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K [ k { 1100 FF FS , < L \ l | 1101 CR GS - = M ] m } 1110 SO RS . > N ^ n ~ 1111 SI US / ? O _ o DEL 要确定某个字符的 ASCII 码,在表中可先查到它的位置,然后确定它所在位置相应的列和 行,最后根据列确定高位码(D6D5D4),根据行确定低位码(D3D2D1D0),把高位码与低位码合在 一起就是该字符的 ASCII 码(高位码在前,低位码在后).例如,字母 A 的ASCII 码是 1000001, 符号"+"的ASCII 码是 0101011.ASCII 码的特点如下. 编码值 0~31(0000000~0011111)不对应任何可印刷字符,通常为控制符,用于计算 机通信中的通信控制或对设备的功能控制;编码值为 32(0100000)是空格字符,编码 值为 127(1111111)是删除控制 DEL 码;其余 94 个字符为可印刷字符. 字符 0~9 这10 个数字字符的高 3 位编码(D6D5D4)为011, 低4位为 0000~1011. 当 去掉高 3 位的值时,低4位正好是二进制形式的 0~9.这既满足正常的排序关系,又 有利于完成 ASCII 码与二进制码之间的转换. 英文字母的编码是正常的字母排序关系,且大、小写英文字母编码的对应关系相当简 便,差别仅表现在 D5 位的值为 0 或1,有利于大、小写字母之间的编码转换. -25- 第1章计算机基础概论 2. 汉字的存储与编码 汉字的存储有两个方面的含义:一种是字型码的存储,一种是汉字内码的存储. 为了能显示和打印汉字,必须存储汉字的字型.目前普遍使用的汉字字型码是用点阵方式 表示的,称为"点阵字模码".所谓"点阵字模码",就是将汉字像图像一样置于网状方格上, 每格是存储器中的一个位.16*16 点阵是在纵向 16 点、横向 16 点的网状方格上写一个汉字, 有笔划的格对应 1, 无笔划的格对应 0. 这种用点阵形式存储的汉字字型信息的集合称为汉字字 模库,简称汉字字库. 在16*16 点阵字库中, 每一个汉字以 32 个字节存放, 存储一、 二级汉字及符号共 8836 个, 需要 282.5KB 磁盘空间.而用户的文档假定有 10 万个汉字,却只需要 200KB 的磁盘空间,这 是因为用户文档中存储的只是每个汉字(符号)的内码. 一个汉字用两个字节的内码表示,计算机显示一个汉字的过程是:首先根据其内码找到该 汉字在字库中的地址,然后将该汉字的点阵字型在屏幕上输出. 汉字是我国表示信息的主要手段,常用汉字有 3000~5000 个,汉字通常用两个字节编码. 为了与 ASCII 码相区别,规定汉字编码的两个字节最高位为 1.采用双 7 位汉字编码,最多可 表示 128*128=16384 个汉字. 国标码(GB 码)即中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码,代号为 GB 2312—1980.国 标码中有 6763 个汉字和 628 个其他基本图形字符,共计 7445 个字符.其中,一级汉字 3775 个,二级汉字 3008 个,图形符号 682 个. 国标码是一种机器内部编码,其主要用于统一不同系统之间所用的不同编码,将不同系统 使用的不同编码统一转换成国标码,以实现不同系统之间的汉字信息交换. 除了 GB 码外,还有 BIG5 码和 GBK 码.BIG5 码即大五码,是我国港台地区广泛使用的 汉字编码.GBK 码是汉字扩展内码规范,它与 GB 码体系标准完全兼容,是当前收录汉字最全 面的编码标准,涵盖了经过国际化的 20902 个汉字,对于解决古籍整理、医药名称、法律文献 和百科全书编纂等行业的用字问题起到了极大的作用. 计算机在为用户提供各种服务与帮助的同时也存在着危险,各种计算机病毒、流氓软件、 木马程序时刻潜伏在各种载体中,随时可能会危害计算机的正常工作.因此,用户在使用计算 机时,应为计算机安装杀毒软件与防火墙,并进行相应的计算机安全设置,以保护计算机的安 全.本节主要来介绍计算机病毒及其防护措施. 所谓计算机病毒,在技术上来说,是一种会自我复制的可执行程序.对计算机病毒的定义 -26- 计算机基础实用教程(第二版) 可以分为以下两种:一种定义是通过磁盘、磁带和网络等作为媒介传播扩散,能"传染"其他 程序的程序;另一种是能够实现自身复制且借助一定的载体存在的具有潜伏性、传染性和破坏 性的程序. 因此确切地说, 计算机病毒就是能够通过某种途径潜伏在计算机存储介质(或程序)里, 当达 到某种条件时即被激活的具有对计算机资源进行破坏作用的一组程序或指令集合. 传染性是病毒最显著的特点,归结起来病毒的传播途径主要有以下几种. 不可移动的计算机硬件设备:这种类型的病毒较少,但通常破坏力极强. 移动存储设备:如U盘、移动硬盘、MP3、存储卡等. 计算机网络:网络是计算机病毒传播的主要途径,这种类型的病毒种类繁多,破坏力 大小不等.它们通常通过网络共享、FTP 下载、电子邮件、文件传输、WWW 浏览等 方式传播. 点对点通信系统和无线通道: 目前, 这种传播方式还不太广泛, 但在未来的信息时代, 这种传播途径很可能会与网络传播成为病毒扩散的最主要的两大渠道. 凡是计算机病毒,一般来说都具有以下特点. 传染性:病毒通过自身复制来感染正常文件,达到破坏计算机正常运行的目的,但是 它的感染是有条件的,也就是病毒程序必须被执行之后才具有传染性,才能感染其他 文件. 破坏性:任何病毒侵入计算机后,都会或大或小地对计算机的正常使用造成一定的影 响,轻者降低计算机的性能,占用系统资源,重者破坏数据导致系统崩溃,甚至会损 坏计算机硬件. 隐藏性:病毒程序一般都设计得非常小巧,当它附带在文件中或隐藏在磁盘上时,不 易被人觉察,有些更是以隐藏文件的形式出现,不经过仔细地查看,一般用户是很难 发现的. 潜伏性:一般病毒在感染文件后并不是立即发作,而是隐藏在系统中,在满足条件时 才被激活.一般情况,条件会是某个特定的日期.例如,"黑色星期五"就是在每逢 13 号的星期五才会发作. 可触发性: 病毒如果没有被激活, 它就像其他没执行的程序一样, 安静地待在系统中, 没传染性也不具有杀伤力,但是一旦遇到某个特定的文件,它就会被触发,具有传染 性和破坏力, 对系统产生破坏作用. 这些特定的触发条件一般都是病毒制造者设定的, 它可能是时间、日期、文件类型或某些特定数据等. -27- 第1章计算机基础概论 不可预见性:病毒种类多种多样,病毒代码千差万别,而且新的病毒制作技术也不断 涌现,因此,用户对于已知病毒可以检测、查杀,而对于新的病毒却没有未卜先知的 能力,尽管这些新式病毒有某些病毒的共性,但是它采用的技术将更加复杂,更不可 预见. 寄生性:病毒嵌入到载体中,依靠载体而生存,当载体被执行时,病毒程序也就被激 活,然后进行复制和传播. 如果计算机感染上了病毒,用户如何才能得知呢?一般来说,感染上了病毒的计算机会有 以下几种症状. 程序载入的时间变长. 平时运行正常的计算机变得反应迟钝,并会出现蓝屏或死机现象. 可执行文件的大小发生不正常的变化. 对于某个简单的操作,可能会花费比平时更多的时间. 硬盘指示灯无缘无故持续处于点亮状态. 开机出现错误的提示信息. 系统可用内存突然大幅减少,或者硬盘的可用磁盘空间突然减小,而用户却并没有放 入大量文件. 文件的名称或是扩展名、日期、属性被系统自动更改. 文件无故丢失或不能正常打开. 如果计算机出现了以上几种症状,那就很有可能是计算机感染上了病毒. 在使用计算机的过程中,如果用户能够掌握一些预防计算机病毒的小技巧,那么就可以有 效地降低计算机感染病毒的几率.这些技巧主要包含以下几个方面. 最好禁止可移动磁盘和光盘的自动运行功能,因为很多病毒会通过可移动存储设备进 行传播. 最好不要在一些不知名的网站上下载软件,很有可能病毒会随着软件一同下载到计算 机上. 尽量使用正版杀毒软件. 经常从所使用的软件供应商那边下载和安装安全补丁. 对于游戏爱好者,尽量不要登录一些外挂类的网站,很有可能在登录的过程中,病毒 已经悄悄侵入了用户的计算机系统. -28- 计算机基础实用教程(第二版) 使用较为复杂的密码,尽量使密码难以猜测,以防止钓鱼网站盗取密码.不同的账号 应使用不同的密码,避免雷同. 如果病毒已经进入计算机,应该及时将其清除,防止其进一步扩散. 共享文件要设置密码,共享结束后应及时关闭. 要对重要文件应形成习惯性的备份,以防遭遇病毒的破坏,造成意外损失. 可在计算机和网络之间安装使用防火墙,提高系统的安全性. 定期使用杀毒软件扫描计算机中的病毒,并及时升级杀毒软件. 1. 简述计算机的发展史. 2. 计算机有哪些应用领域? 3. 简述计算机的系统构成. 4. 将二进制数 11011.011 根据按权展开的方法转换成十进制数. 5. 将十进制数 0.5 转换为对应的二进制数. 6. 将二进制数 1101000.0010011 转换为对应的 16 进制数. 7. 简述计算机病毒的概念及其特点. 8. 如何判断计算机是否感染病毒?