計算機基礎教程電子版

計算機基礎實用教程電子版

收集整理：趙永剛

第1章計算機基礎概論

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，計算機已經(jīng)成為人類工作和生活不可缺少的部分，掌握相

應的計算機基礎操作，也成為人們在各行各業(yè)工作的必備知識。通過本章的學習，讀者應了

解計算機的概念及其發(fā)展史、計算機的組成以及計算機中的數(shù)制與編碼等知識。

計算機的概念及發(fā)展史

計算機的組成

計算機的數(shù)制與編碼

計算機安全

1.1計算機概述

隨著社會的進步和科學技術(shù)日新月異的發(fā)展，作為這個時代的標志一計算機在人們的

日常生活中扮演著不可替代的作用。計算機正作為一種工具慢慢地走進人們的生活，改變著

人們工作和學習的方式。

1.1.1計算機的概念及其發(fā)展史

1.1.1計算機的概念及其發(fā)展史

本書中所說的計算機，是指微型計算機，也稱個人計算機(PC,全稱為Personal

Computer)?那么，到底什么才是計算機呢？簡單地說，計算機就是一種能夠按照指令對收

集的各種數(shù)據(jù)和信息進行分析并自動加工和處理的電子設備。

世界上的第一臺計算機，于1946年2月誕生于美國的賓夕法尼亞大學，當時取名為

ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator),讀作“埃尼克"。它是一臺電

子數(shù)字積分計算機，占地170平方米，共用了18000多個電子管、1500個繼電器，重達30

噸，每小時耗電140千瓦，可謂是一個龐然大物，如圖1T所示。這臺計算機每秒鐘能完成

5000次加法運算、300多次乘法運算，比當時最快的計算工具快300倍。用現(xiàn)在的標準看，

它的功能遠不及一個可編程的計算器，但它使科學家們從繁雜的計算中解放出來，它的誕生

標志著人類進入了一個嶄新的信息革命時代。

電子計算機的發(fā)展階段通常以構(gòu)成計算機的電子器件來劃分，已經(jīng)歷了四代，正在向第

五代過渡。每一個發(fā)展階段在技術(shù)上都是一次新的突破，在性能上都是一次質(zhì)的飛躍。下面

就來介紹計算機的發(fā)展簡史。

1.第一代計算機一電子管計算機(1946T957年)

第一代計算機采用的主要原件是電子管，稱為電子管計算機。其主要特征如下。

采用電子管元件，體積龐大、耗電量高、可靠性差、維護困難。

計算速度慢，一般為每秒1千次到1萬次運算。

使用機器語言，幾乎沒有系統(tǒng)軟件。

采用磁鼓、小磁芯作為存儲器，存儲空間有限。

輸入輸出設備簡單，采用穿孔紙帶或卡片。

主要用于科學計算。

2.第二代計算機一晶體管計算機(1958-1964年)

晶體管的發(fā)明給計算機技術(shù)的發(fā)展帶來了革命性的變化。第二代計算機采用的主要元件

是晶體管，稱為晶體管計算機。第二代計算機的主要特征如下。

采用晶體管元件，體積大大縮小、可靠性增強、壽命延長。

計算速度加快，達到每秒幾萬次到幾十萬次運算。

提出了操作系統(tǒng)的概念，出現(xiàn)了匯編語言，產(chǎn)生了FORTRAN和COBOL等高級程序設計語

言和批處理系統(tǒng)。

普遍采用磁芯作為內(nèi)存儲器，磁盤、磁帶作為外存儲器，容量大大提高。

計算機應用領域擴大，除科學計算外，還用于數(shù)據(jù)處理和實時過程控制。

3.第三代計算機一集成電路計算機(1965-1969年)

20世紀60年代中期，隨著半導體工藝的發(fā)展，已制造出了集成電路元件。集成電路可

以在幾平方毫米的單晶硅片上集成十幾個甚至上百個電子元件。第三代計算機開始使用中小

規(guī)模的集成電路元件，其主要特征如下。

采用中小規(guī)模集成電路元件，體積進一步縮小，壽命更長。

計算速度加快，可達每秒幾百萬次運算。

高級語言進一步發(fā)展。操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使計算機功能更強，計算機開始廣泛應用于各

個領域。

普遍采用半導體存儲器，存儲容量進一步提高，而體積更小、價格更低。

計算機應用范圍擴大到企業(yè)管理和輔助設計等領域.

4.第四代計算機一大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計算機(1971年至今)

隨著20世紀70年代初集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生出了大規(guī)模集成電路元件，

使計算機進入了一個嶄新的時代，即大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機時代。第四代計算機

的主要特征如下。

采用大規(guī)模(LSI,全稱為LargeScaleIntegration)和超大規(guī)模集成電路(VLSI,全稱

為VeryLargeScaleIntegration)元件，體積與第三代相比進一步縮小。在硅半導體上集

成了幾十萬甚至上百萬個電子元器件，可靠性更好，壽命更長。

計算速度加快，可達每秒幾千萬次到兒十億次運算。

軟件配置豐富，軟件系統(tǒng)工程化、理論化，程序設計部分自動化。

發(fā)展了并行處理技術(shù)和多機系統(tǒng)，微型計算機大量進入家庭，產(chǎn)品更新速度加快。

計算機在辦公自動化、數(shù)據(jù)庫管理、圖像處理、語言識別和專家系統(tǒng)等各個領域大顯身

手，計算機的發(fā)展進入了以計算機網(wǎng)絡為特征的時代。

5.微型計算機的發(fā)展

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路的集成度越來越高，計算機的體積也越來越小。微型

計算機簡稱微機，又稱微計算機，是第四代計算機微型化的產(chǎn)物。微機體積小，重量輕，功

耗低，價格便宜，對環(huán)境要求也不高，易學易用。而它的功能、速度、可靠性、適用性和傳

統(tǒng)的計算機相比也毫不遜色。現(xiàn)代微電子技術(shù)可以把組成計算機的核心部件一微處理器集成

到一塊小小的芯片上。人們通常都習慣以微處理器為依據(jù)來討論微型計算機的發(fā)展歷史。

1.1.2計算機的分類

1.1.2計算機的分類

根據(jù)計算機的性能指標，如機器規(guī)模的大小、運算速度的高低、主存儲容量的大小、指

令系統(tǒng)性能的強弱以及機器的價格等，可將計算機分為巨型機、大型機、中型機、小型機、

微型機和工作站。

巨型機：巨型機是指運算速度在每秒億次以上的計算機。巨型機運算速度快、存儲量大、

結(jié)構(gòu)復雜、價格昂貴，主要用于尖端科學研究領域。巨型機目前在國內(nèi)還不多，我國研制的

“銀河”計算機就屬于巨型機。

大、中型機：大、中型機是指運算速度在每秒幾千萬次左右的計算機。通常用在國家級

科研機構(gòu)以及重點理、工科類院校。

小型機：小型機的運算速度在每秒幾百萬次左右，通常用在一般的科研與設計機構(gòu)以及

普通高校等。

微型機：微型機也稱為個人計算機（PC機），是目前應用最廣泛的機型。如通常所說的

386、486、586及奔騰系列等機型都屬于微型機。

工作站：工作站主要用于圖形、圖像處理和計算機輔助設計中。它實際上是一臺性能更

高的微型機。

1.1.3計算機的應用領域

1.1.3計算機的應用領域

計算機的快速性、通用性、準確性和邏輯性等特點，使它不僅具有高速運算能力，而且

還具有邏輯分析和邏輯判斷能力。這不僅可以大大提高人們的工作效率，而且現(xiàn)代計算機還

可以部分替代人的腦力勞動，進行一定程度的邏輯判斷和運算。如今計算機已滲透到人們生

活和工作的各個層面中，主要體現(xiàn)在以下幾個方面的運用。

1.科學計算

科學計算（或數(shù)值計算）是指利用計算機來完成科學研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學問題

的計算。在現(xiàn)代科學技術(shù)工作中，科學計算問題是大量的和復雜的。利用計算機的高速計算、

大存儲容量和連續(xù)運算的能力，可以實現(xiàn)人工無法解決的各種科學計算問題。

2.信息處理

信息處理(數(shù)據(jù)處理)是指對各種數(shù)據(jù)進行收集、存儲、整理、分類、統(tǒng)計、加工、利用、

傳播等一系列活動的統(tǒng)稱。據(jù)統(tǒng)計，80%以上的計算機主要用于數(shù)據(jù)處理，這類工作量大、

面寬，決定了計算機應用的主導方向。

3.自動控制

自動控制(過程控制)是利用計算機及時采集檢測數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速地對控制對象進行

自動調(diào)節(jié)或自動控制。采用計算機進行自動控制，不僅可以大大提高控制的自動化水平，而

且可以提高控制的及時性和準確性，從而改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。目前，計

算機過程控制已在機械、冶金、石油、化工、紡織、水電、航天等部門得到廣泛的應用。

4.計算機輔助技術(shù)

計算機輔助技術(shù)是指利用計算機幫助人們進行各種設計、處理等過程，它包括計算機輔

助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助教學(CAI)和計算機輔助測試(CAT)等。另

外，計算機輔助技術(shù)還有輔助生產(chǎn)、輔助繪圖和輔助排版等。

5.人工智能

人工智能(ArtificialIntelligence,簡稱AI)又可稱為智能模擬，是計算機模擬人類

的智能活動，諸如感知、判斷、理解、學習、問題求解和圖像識別等。人工智能的研究目標

是計算機更好地模擬人的思維活動，那時的計算機將可以完成更復雜的控制任務。

6.網(wǎng)絡應用

隨著社會信息化的發(fā)展，通信業(yè)也發(fā)展迅速，計算機在通信領域的作用越來越大，特別

是促進了計算機網(wǎng)絡的迅速發(fā)展。目前，全球最大的網(wǎng)絡(Internet,即國際互聯(lián)網(wǎng))已把全

球的大多數(shù)計算機聯(lián)系在一起。除此之外，計算機在信息高速公路、電子商務、娛樂和游戲

等領域也得到了快速的發(fā)展。

1.2計算機的組成

1.2計算機的組成

計算機是一種能夠按照指令對各種數(shù)據(jù)和信息進行自動加工和處理的電子設備。計算機

由許多部件組成，但總的來說，一個完整的計算機系統(tǒng)由兩大部分組成，即硬件系統(tǒng)和軟件

系統(tǒng)，如圖1-2所小。

盤夏瑟（其數(shù)逐送三件ALU）

央處耍叁CPC(Cennal

ProcessingUnit)

控制器

:退機浮嘴塞R.AMfRandomAccessMemory

只讀書倍經(jīng)ROMfRedOnlyMemon-；

外專（左蕓堂.光莖.I,生號）

輪：、設備（如桂盤、軟幅.掃描發(fā)、博入柜屆等）

輪出設備償:昱示黯.音箱,打印鞏、善土設尊）

/淡卡系過OSfOperadnsSystem)

港言處理程序（如CiS宮、Java.C—,JSP.NET

分定式裝件系交i邑亙》在式強住系乏.分布式程2設:一系紀等）

數(shù)年主含理系把G二SQLServer等）

三三蓼絆（比Office.多來工漿怦筆）

51CT0.com

圖1-2計算機系統(tǒng)的構(gòu)成一

技術(shù)成就夢想

1.2.1計算機的硬件系統(tǒng)（1）

1.2.1計算機的硬件系統(tǒng)（1）

計算機的硬件是指能夠看得見、摸得著的物理原件。計算機的硬件系統(tǒng)是整個計算機系

統(tǒng)進行工作的基礎，也是決定計算機性能的主要因素。這些硬件主要包括中央處理器（CPU）、

存儲器、輸入設備和輸出設備等。下面對計算機的主要硬件組成部分進行簡要介紹。

1.主板

主板又叫主機板（Mainboard）、系統(tǒng)板（Systemboard）或母板（Motherboard）。圖1-3所

示為主板外觀圖。主板是整個計算機硬件系統(tǒng)中最重要的部件之一，它不但是整個計算機系

統(tǒng)平臺的載體，也是系統(tǒng)中各種信息交流的中心。主板的類型和檔次決定著整個計算機系統(tǒng)

的類型和檔次，主板的性能影響著整個計算機系統(tǒng)的性能。

2.中央處理器(CPU)

中央處理器也叫CPU,英文全稱是CentralProcessingUnit。CPU的作用和人的大腦

比較類似，它主要負責處理和運算計算機內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，是計算機的核心組成部分。CPU的

外觀如圖?4所示。

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圖I中央處理器CP5

CPU主要由基板、核心和針腳3部分組成。

基板：基板是承載核心和針腳的載體，核心和針腳通過基板連接成一個整體，它們決定

著CPU的時鐘頻率，負責內(nèi)核芯片和外界信息的交流，如圖1-5所示。

核心：核心又叫內(nèi)核，是CPU最重要的組成部分，它的制作原材料是單晶硅，CPU中所

有的計算、接受/存儲命令、處理數(shù)據(jù)都由核心完成的，如圖卜6所示。

針腳：CPU的接口方式有引腳式、卡式、觸電式及針腳式等。目前，CPU的接口方式都

是針腳接口，如圖1-7所示。

3.存儲器

存儲器是計算機中的一種具有記憶能力的部件，用來存放程序或數(shù)據(jù)。存儲器分為內(nèi)存

儲器和外存儲器兩類。內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存，用于暫時存放系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。它的特點是存儲容

量較小，但運行速度較快?外存儲器簡稱外存（如硬盤），用于存放永久性的數(shù)據(jù)。它的特點

是存儲容量較大，但存取速度比內(nèi)存慢。圖1-8所示為內(nèi)存和硬盤的外觀。

內(nèi)存

技術(shù)成就夢想

圖強器

1.2.1計算機的硬件系統(tǒng)（2）

1.2.1計算機的硬件系統(tǒng)（2）

4.顯示卡

顯示卡（DisplayCard）簡稱顯卡，它的基本作用是控制計算機的圖形輸出，主要負責將

CPU送來的影像數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號或者模擬信息，再將其傳輸?shù)斤@示器上，

可見顯卡是主機與顯示器之間進行溝通的橋梁。顯卡的外觀如圖19所示。

技術(shù)成就夢想

圖1-9顯卡“

顯卡由顯示芯片、顯示內(nèi)存及RAMDAC等組成，這些組件決定了計算機屏幕上的輸出質(zhì)

量，包括屏幕畫面顯示的速度、顏色、刷新頻率及顯示分辨率等。

5.聲卡

聲卡也叫音頻卡，是多媒體計算機中的重要部件，可以實現(xiàn)聲波/數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換。

聲卡是對送來的聲音信號進行處理，然后再由聲卡送到音箱進行還原。聲卡處理的聲音信息

在計算機中以文件的形式存儲。

聲卡主要由音效處理芯片、游戲/MIDI插口、線性輸入輸出插口、話筒輸入插口和內(nèi)置

聲音輸出接口組成。目前，大部分主板都集成了音效處理芯片，用戶一般無須另外購置獨立

的聲卡。如圖『10所示為主板集成的音效處理芯片；圖1-11所示為主板后部的集成聲卡接

口。

圖1-10音效處理芯片圖1-11聲卡接口一

6.網(wǎng)卡

網(wǎng)卡（NetworkInterfaceCard）也稱網(wǎng)絡適配器，它是連接計算機與網(wǎng)絡的硬件設備，

是計算機上網(wǎng)必備的硬件之一。網(wǎng)卡的主要作用是通過網(wǎng)線（雙絞線、同軸電纜等）或者其他

的媒介來實現(xiàn)與網(wǎng)絡中的其他用戶實現(xiàn)共享資源和交換數(shù)據(jù)的功能。網(wǎng)卡分為有線網(wǎng)卡、無

線網(wǎng)卡和無線移動網(wǎng)卡3種。

有線網(wǎng)卡：目前臺式計算機中普遍使用的是有線網(wǎng)卡。有線網(wǎng)卡又分為獨立網(wǎng)卡（如圖

1T2所示）和集成網(wǎng)卡（如圖-13所示）兩類。由于網(wǎng)卡的重要性，現(xiàn)在大部分主板都集成

了網(wǎng)卡。

圖1-12獨立網(wǎng)卡圖1-13集成網(wǎng)卡.

無線網(wǎng)卡：無線網(wǎng)卡的顯著特點就是連接網(wǎng)絡時不需要網(wǎng)線，它利用無線技術(shù)取代了網(wǎng)

線，如圖174所示。

無線移動網(wǎng)卡：無線移動網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡相比，它的優(yōu)點是可以通過中國電信、中國移

動或中國聯(lián)通的3G無線通信網(wǎng)絡上網(wǎng)，這種上網(wǎng)方式非常方便，但資費較高，與有線網(wǎng)絡

相比，網(wǎng)速稍慢。圖「15所示為3G無線上網(wǎng)卡。

圖1-14無線網(wǎng)卡圖1-153G無線上網(wǎng)卡?

7.光驅(qū)

光驅(qū)是光盤驅(qū)動器的簡稱，用來讀取光盤上的數(shù)據(jù)，光驅(qū)主要由以下幾部分組成：激光

頭、旋轉(zhuǎn)馬達、內(nèi)存機芯、外托架和程序芯片。目前的光驅(qū)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當完善。常見

的光驅(qū)有：CD-ROM光驅(qū)、DVD-ROM光驅(qū)、CD-RW刻錄機、DVD-RW刻錄機和COMBO（康寶）等。

CD-ROM光驅(qū)：CD-ROM光驅(qū)在前幾年比較流行，如圖176所示，主要能夠讀取CD、VCD

格式的光盤，但隨著DVD-ROM技術(shù)的日益成熟和完善，CD-ROM光驅(qū)己經(jīng)基本上被淘汰。

DVD-ROM光驅(qū)：DVD-ROM光驅(qū)的功能比較強大，是現(xiàn)在比較常見的光驅(qū)，它能夠讀取CD、

VCD和DVD格式的光盤，如圖1-17所示。

圖1-16CD-ROM光驅(qū)圖1-17DVD-ROM光驅(qū)y

1.2.1計算機的硬件系統(tǒng)（3）

1.2.1計算機的硬件系統(tǒng)（3）

CD-RW刻錄機：CD-RW刻錄機既能讀取光盤，又能將數(shù)據(jù)以CD的格式刻錄到光盤上，功

能比CD-ROM更強大，如圖1T8所示。但因為CD的容量比較小和DVD-ROM刻錄機的發(fā)展，

CD-RW刻錄機也已逐漸被淘汰。

DVD-RW刻錄機：DVD-RW刻錄機不僅能讀取DVD光盤中的數(shù)據(jù)，還能將數(shù)據(jù)以DVD的格

式刻錄到DVD光盤上，是目前比較常見的光盤刻錄機，如圖1-19所示。

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圖1-18CD-RW刻錄機圖1-19DVD-RW刻錄機“

COMBO（康寶）：CMOBO指的是一種既具有DVD光驅(qū)讀取DVD功能，又具有CD刻錄機刻錄

CD功能的光驅(qū)。目前，由于DVD-RW刻錄機的價格已經(jīng)很低，很少有用戶還買康寶了。現(xiàn)在

康寶多用于低端筆記本計算機上。最新的康寶驅(qū)動器還可以讀取藍光光盤，刻錄DVD等。

8.機箱和電源

機箱是主機中各個硬件設備的載體，它的外觀如圖「20所示。機箱分為立式和臥式兩

種，目前最常見的為立式機箱。機箱的正面設有電源按鈕、重啟按鈕、指示燈和光驅(qū)等部件。

一般來說，電源按鈕會標有符號或?qū)懹蠵ower字樣、重啟按鈕會標有Reset字樣，指示燈

用來指示計算機的工作狀態(tài)。

機箱的背面是一些接口，主要包括電源輸入接口、PS/2接口、串行接口、USB接口、音

頻設備接口、并行接口、網(wǎng)卡接口和視頻設備接口等，如圖卜21所示。

電源輸入接口：用來連接電源，為主機供電。

PS/2接口：機箱后面共有紫色和綠色兩個PS/2接口，其中綠色接口用于連接鼠標，紫

色接口用于連接鍵盤。

串行接口：主要用于連接外置的Modem和手寫板等串口設備。

USB接口：主要用于連接帶有USB接口的設備，如U盤、移動硬盤、MP3、數(shù)碼相機、

攝像頭和手機等。

音頻設備接口：主要用于連接音頻設備，包括音箱、麥克風等。

并行接口：用于連接具有并口數(shù)據(jù)線的設備，如某些打印機、掃描儀等。

網(wǎng)卡接口：用于連接網(wǎng)線。

視頻接口：通過數(shù)據(jù)線與顯示器相連，輸出視頻信號到顯示器。

一光盤軀動器，

電源輸入接口

串行接口，

USB接口.一'

—按鈕-網(wǎng)口.

一重啟按鈕,音須設備接口“

指示燈,"；'」［；；；^二，二蓑口“

」ijl

圖1-20機箱正面圖1-21桃!背面.，

另外，電源也是機箱內(nèi)的重要部件，它主要為計算機的各個硬件的正常工作提供充足電

力保證，如圖1-22所示。

9.鍵盤和鼠標

鍵盤是計算機中最基本的也是最重要的輸入設備，如圖123所示。通過鍵盤，用戶可

以向計算機輸入字母、文字和標點符號等，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和控制功能。鼠標又稱

Mouse,可以說是操作系統(tǒng)的"鑰匙”，它的發(fā)明主要是為了讓操作系統(tǒng)更加方便易用。鼠標

的方便性和靈活性使它成為計算機中使用最為頻繁的設備之一。如圖「24所示為目前最常

用的光電鼠標。

圖1-22^^原圖1-”鼠標“

10.顯示器

顯示器是計算機中必不可少的輸出設備，它將計算機中的文字、圖片和視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成

為人的肉眼可以識別的信息顯示出來。顯示器為用戶和計算機之間提供了一個交流的平臺。

顯示器主要分為CRT（Cathode-Ray-Tube,即陰極顯示管）顯示器和LCD（LiquidCrystal

Display,即液晶顯示器），如圖1-25所示。

LCD昱示器eCT

31-25昱示器小技術(shù)成就夢想

1.2.2計算機的軟件系統(tǒng)

1.2.2計算機的軟件系統(tǒng)

只有硬件，計算機還不能發(fā)揮其作用，還必須為計算機安裝軟件。計算機的軟件系統(tǒng)指

的是在硬件設備上運行的各種程序、數(shù)據(jù)以及有關的資料,它包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩種。

系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布式軟件系統(tǒng)等，應用軟件主要指

的是針對某項工作專門開發(fā)的一組程序，如Office系列軟件等。

1.操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件，它的主要功能包括存儲器管理、處理器管理、文件管理、

設備管理作業(yè)管理等。計算機只有在安裝了操作系統(tǒng)之后才能夠正常運行和使用其他軟件。

它為用戶和計算機之間架起了一座溝通的橋梁，為用戶提供了一個方便有效和友善的工作環(huán)

境。

2.語言處理系統(tǒng)

語言處理系統(tǒng)是用戶與計算機進行信息交換的媒介。它相當于一位優(yōu)秀的翻譯，主要負

責將用戶的指令翻譯成計算機能夠識別的目標程序。常見的該類程序有匯編語言和C語言

等。

3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是用于支持數(shù)據(jù)管理和存取的軟件。它包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

等。其主要功能包括數(shù)據(jù)庫的定義和操縱，共享數(shù)據(jù)的并發(fā)控制、數(shù)據(jù)的安全與保密等。

4.分布式軟件系統(tǒng)

分布式軟件系統(tǒng)包括分布式操作系統(tǒng)、分布式程序設計系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分布

式文件系統(tǒng)等，其主要功能是管理分布式計算機系統(tǒng)的資源和控制分布式程序的運行等。

5.應用軟件

除了系統(tǒng)軟件以外的所有軟件都可以稱為應用軟件?應用軟件種類繁多，而正是因為有

了各種各樣的應用軟件，才使計算機可以在各行各業(yè)大顯身手，從而推動了計算機的普及和

發(fā)展。應用軟件按其功能劃分，大致可分為工具軟件、辦公軟件、游戲娛樂軟件和通信軟件

等幾種。例如，圖片處理軟件Photoshop、音樂播放軟件“千千靜聽〃等，如圖1-26所示。

技術(shù)成就夢想

31-26Photoshop和千千靜聽的乒葺小

1.2.3計算機的常用外設

1.2.3計算機的常用外設

計算機的常用外設主要包括打印機、掃描儀、音箱、手寫板、U盤和移動硬盤等.

打印機：打印機可以把計算機中的文字、圖像等信息打印到傳統(tǒng)的紙質(zhì)媒體上。打印機

可以分為針式打印機、噴墨打印機和激光打印機，如圖「27所示。

針式打機噴墨打印機激光打王播

圖1-27打印機“技術(shù)成就夢想

掃描儀：掃描儀是計算機的一種輸入設備，能夠?qū)D片和文字等內(nèi)容直接以圖片的形式

存儲在計算機中。掃描儀分為平板式掃描儀和手持掃描儀兩種，如圖1-28所示。

音箱：音箱的主要作用是輸出計算機發(fā)出的音頻信號，將其轉(zhuǎn)化為聲波信號，供用戶收

聽，如圖「29所示。

平板式掃描儀手持式掃描儀51cme咖

圖1-28掃描儀圖1-29音箝”

手寫板：手寫板類似于鼠標和鍵盤的功能，它的作用是輸入文字或者繪畫，如圖1-30

所示。

U盤：U盤是USB盤的簡稱，它的特點是體型小巧、價格低廉、存儲容量大、價格便宜,

是一種常見的移動存儲設備，如圖1-31所示。

移動硬盤：移動硬盤是以硬盤為存儲介質(zhì)并注重便攜性的存儲產(chǎn)品，相對于U盤來說,

它的存儲容量更大，存取速度更快,但是價格比較貴一些，如圖132所示。

圖1-30手寫收31-32移至便盎人

1.3.1二進制編碼的優(yōu)點

1.3計算機中的數(shù)制與編碼

數(shù)據(jù)是計算機處理的對象。在計算機內(nèi)部，各種信息都必須經(jīng)過數(shù)字化編碼后才能被傳

送、存儲和處理，而在計算機中采用什么數(shù)制，如何表示數(shù)的正負和大小，是學習計算機首

先遇到的一個重要問題。

1.3.1二進制編碼的優(yōu)點

二進制并不符合人們的使用習慣，但是計算機內(nèi)部卻采用二進制表示信息，其主要原因

有以下4點。

電路簡單：計算機是由邏輯電路組成的，邏輯電路通常只有兩個狀態(tài)。例如，開關的接

通與斷開，電壓電平的高與低等。這兩種狀態(tài)正好用二進制的0和I來表示。若采用十進制，

則要求處理10種電路狀態(tài)，相對于兩種狀態(tài)的電路來說，是很復雜的。

工作可靠：兩種狀態(tài)代表兩種數(shù)據(jù)信息，數(shù)字傳輸和處理不容易出錯，因而電路更加可

靠。

簡化運算：二進制運算法則簡單。例如，求和法則有3個，求積法則有3個。

邏輯性強：計算機工作原理是建立在邏輯運算基礎上的，邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依

據(jù)。二進制只有兩個數(shù)碼，正好代表邏輯代數(shù)中的‘‘真‘'與"假"。

1.3.2不同進制的表示方法

1.3.2不同進制的表示方法

計算機必須采用某一種方式來存儲或表示數(shù)據(jù)，這種方式就是計算機中的數(shù)制。數(shù)制，

即進位計數(shù)制，是人們利用數(shù)字符號按進位原則進行數(shù)據(jù)大小計算的方法。通常是以十進制

來進行計算的。另外，還有二進制、八進制和十六進制等。

在計算機的數(shù)制中，有數(shù)碼、基數(shù)和位權(quán)這3個概念必須掌握。下面將簡單地介紹這3

個概念。

數(shù)碼：一個數(shù)制中表示基本數(shù)值大小的不同數(shù)字符號。例如，十進制有10個數(shù)碼：0、

1、2、3、4、5、6、7、8、9?

基數(shù)：一個數(shù)值所使用數(shù)碼的個數(shù)。例如，二進制的基數(shù)為2,十進制的基數(shù)為10。

位權(quán)：一個數(shù)值中某一位上的1所表示數(shù)值的大小。例如，十進制的123,1的位權(quán)是

100,2的位權(quán)是10,3的位權(quán)是1。

1.十進制（Decimalnotation）

十進制的特點如下。

有10個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

基數(shù)：10。

逢十進一（加法運算），借一當十（減法運算）。

按權(quán)展開式。對于任意一個n位整數(shù)和m位小數(shù)的十進制數(shù)D,均可按權(quán)展開為：

D=Dn-l?10n-l+Dn-2-10n-2+-+Dl?101+D0?100+D-l?10-1+-+D-m?10-m

【例IT】將十進制數(shù)314.16寫成按權(quán)展開式形式。

314.16=3X102+1X101+4X100+1X10-1+6X10-2

2.二進制（Binarynotation）

二進制的特點如下。

有兩個數(shù)碼：0、lo

基數(shù)：2。

逢二進一（加法運算）；借一當二（減法運算）。

按權(quán)展開式。對于任意一個n位整數(shù)和m位小數(shù)的二進制數(shù)D,均可按權(quán)展開為:

D=Bn-l?2n-l+Bn-2?2n-2+—+B1?21+BO?20+B-l?2T+…+B-m?2-m

【例1-2】把（1101.01）2寫成展開式，它表示的十進制數(shù)為：

1X23+1X22+0X21+1X20+0X2-1+1X2-2=（13.25）10

3.八進制（Octalnotation）

八進制的特點如下。

有8個數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7?

基數(shù):8o

逢八進一（加法運算），借一當八（減法運算）。

按權(quán)展開式。對于任意一個n位整數(shù)和m位小數(shù)的八進制數(shù)D,均可按權(quán)展開為:

D=0n-l,8nT+…+01?81+00?80+0-1?8-l+-+0-m,8-m

【例1-3］（317）8相當于十進制數(shù)為：3X82+1X81+7X80=（207）10

4.十六進制（Hexadecimalnotation）

十六進制的特點如下。

有16個數(shù)碼：0、1、2、3,4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

基數(shù)：16。

逢十六進一（加法運算），借一當十六（減法運算）。

按權(quán)展開式。對于任意一個n位整數(shù)和m位小數(shù)的十六進制數(shù)D,均可按權(quán)展開為：

D=Hn-l,16n-l+-"+Hl?161+HO?160+H-l?16T+…+H-m?16-m

【例1-4】十六進制數(shù)(3C4)16代表的十進制數(shù)為：3X162+12X161+4X160=(964)10

二進制數(shù)與其他進制數(shù)之間的對應關系如表廠1所示。

表1-1二進制數(shù)與其他進制數(shù)之間的對應關系

十八十十八十

進制進制進制六進制進制進制進制六進制

11

000099

0011

111

1111A

00102

1111

222B

010113

1111

333C

121004

1111

444D

0031015

1111

555E

0141106

1111

666F

1051117

1112

77710

11600000

11

88

0000

1.3.3不同進制之間的轉(zhuǎn)換(1)

1.3.3不同進制之間的轉(zhuǎn)換(1)

不同進制之間進行轉(zhuǎn)換應遵循轉(zhuǎn)換原則。其轉(zhuǎn)換原則是：如果兩個有理數(shù)相等，則有理

數(shù)的整數(shù)部分和分數(shù)部分一定分別相等。也就是說，若轉(zhuǎn)換前兩數(shù)相等，則轉(zhuǎn)換后仍必須相

等。

1.十進制數(shù)與二進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

(1)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)

將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)，只要將二進制數(shù)用計數(shù)制通用形式表示出來,計算出結(jié)果,

便得到相應的十進制數(shù)。

【例1-5](100110,10)=1x25+1x2斗卜21+1旺1+卜盧

=32+4-2-0.5+0,125^51CTH,C0II1

=(38.625)io'

(2)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

整數(shù)部分和小數(shù)部分分別用不同的方法進行轉(zhuǎn)換。

整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用的是除2取余法。其轉(zhuǎn)換原則是：將該十進制數(shù)除以2,得到一個

商和余數(shù)(K0),再將商除以2,又得到一個新的商和余數(shù)(Kl).如此反復，直到商是。時得

到余數(shù)(KnT),然后將所得到的各次余數(shù)，以最后余數(shù)為最高位，最初余數(shù)為最低位依次排

列，則

…跖際

這就是該十進制數(shù)對應的二進制數(shù)。這種方法又稱為"倒序法"。

【例1-6］將住23)10轉(zhuǎn)換成二進制數(shù),結(jié)果是(1111011)2。

(3)小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換

小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換采用的是乘2取整法。其轉(zhuǎn)換原則是：將十進制數(shù)的小數(shù)乘2,取乘積

中的整數(shù)部分作為相應二進制數(shù)小數(shù)點后最高位KT,反復乘2,逐次得到K-2、K-3、…、

K-m,直到乘積的小數(shù)部分為。或位數(shù)達到精確度要求為止。然后把每次乘積的整數(shù)部分由

上而下依次排列起來(K-1K-2…K-m)。即所求的二進制數(shù)。這種方法又稱為〃順序法

123余1(KQ)4低位

261余1(K1)

230余0(K：)

215余1g)

27余1g)

23

0

【例17】將十進制數(shù)0.3125轉(zhuǎn)換成相應的二進制數(shù)，結(jié)果是(0.0101)2。

0.3125求整

x2

高W

(0).6250o(k4)

x2

⑴.25001(k.2)

x2

(1).50000(k.3)

X2

(1).00001(%)

-p

【例1-8】將（25.25）10轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。

分析：對于這種既有整數(shù)又有小數(shù)部分的十進制數(shù)，可將其整數(shù)和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換成

二進制數(shù)，然后再把兩者連接起來。

轉(zhuǎn)換過程如下。

(25)1。=(11001)二(0.25)10=(0.01)2〃.UU

(25.25)10=(11001.01)2p

1.3.3不同進制之間的轉(zhuǎn)換（2）

1.3.3不同進制之間的轉(zhuǎn)換（2）

十進制數(shù)與其他進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換方法同十進制數(shù)與二進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換方法一樣，不

同之處是具體數(shù)制的進位基數(shù)不同。

2.十進制與八進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)：以8為基數(shù)按權(quán)展開并相加。

十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)：整數(shù)部分除8取余，小數(shù)部分乘8取整。

3.十進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)：以16為基數(shù)按權(quán)展開并相加。

十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)：整數(shù)部分除16取余，小數(shù)部分乘16取整。

【例『9】將（525）10轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù),結(jié)果是（20D）16。

16|525余D.低位

16132余0

16[2_余2高位i[I.coni

0,技術(shù)成就夢想

4.二進制數(shù)與八進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

(1)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)所采用的轉(zhuǎn)換原則是：”三位并一位"，即以小數(shù)點為界，整數(shù)

部分從右向左每3位為一組，若最后一組不足3位，則在最高位前面添0補足3位，然后將

每組中的二進制數(shù)按權(quán)相加得到對應的八進制數(shù)；小數(shù)部分從左向右每3位分為一組，最后

一組不足3位時,尾部用0補足3位,然后按照順序?qū)懗雒拷M二進制數(shù)對應的八進制數(shù)即可。

【例1-10】將(11101100.01101)2轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)，結(jié)果是(354.32)8。

011101100.011010

35432

(2)八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

八進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)所使用的轉(zhuǎn)換原則是：〃一位拆三位“，即把1位八進制數(shù)寫成

對應的3位二進制數(shù)，然后按順序連接即可。

【例1T1】將(541.67)8轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，結(jié)果是(101100001.110111)2。

541.67

11111

101100001?110111

5.二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換

(1)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)

二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)所采用的轉(zhuǎn)換原則是：〃四位并一位"，即以小數(shù)點為界，整

數(shù)部分從右向左每4位為一組，若最后一組不足4位，則在最高位前面添。補足4位，然后

從左邊第一組起，將每組中的二進制數(shù)按權(quán)相加得到對應的十六進制數(shù)，并依次寫出即可；

小數(shù)部分從左向右每4位為一組，最后一組不足4位時，尾部用0補足4位，然后按順序?qū)?/p>

出每組二進制數(shù)對應的十六進制數(shù)即可。

【例1-12】將(11101100.01101)2轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù),結(jié)果是(EC.68)16。

11101100?01101000

IEC-68

(2)十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)

十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)所采用的轉(zhuǎn)換原則是：''一位拆四位”，即把1位十六進制數(shù)

寫成對應的4位二進制數(shù)，然后按順序連接即可。

【例1-13］將(B4LA7)16轉(zhuǎn)換為二進制數(shù),結(jié)果是(101101100001.10100111)2。

B41?A7

101101100001?10100111

在程序設計中，為了區(qū)分不同進制數(shù)，常在數(shù)字后加一英文字母作為后綴以示區(qū)別。

十進制數(shù)，在數(shù)字后面加字母D或不加字母，如759D或759。

二進制數(shù),在數(shù)字后面加字母B,如1101B。

八進制數(shù)，在數(shù)字后面加字母0,如1750。

十六進制數(shù)，在數(shù)字后面加字母H,如E7BH。

1.3.4二進制數(shù)的算術(shù)運算(1)

1.3.4二進制數(shù)的算術(shù)運算(1)

二進制數(shù)的算術(shù)運算包括加法運算、減法運算、乘法運算和除法運算。

1.加法運算

二進制數(shù)的加法運算法則如下：

0+0=0

0+1=1+0=1

1+1=0(向高位進位)

【例1-14](1101)2+(1011)2的算式如下。

被加數(shù)1101，

加數(shù)1011，

+）進位in，.com

~~和數(shù)11000~技術(shù)成就夢想

從執(zhí)行加法的過程可知，兩個二進制數(shù)相加時，每一位是3個數(shù)相加，即本位被加數(shù)、

加數(shù)和來自低位的進位（進位可能是0,也可能是1）。

2.減法運算

二進制數(shù)的減法運算法則如下：

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：

被減數(shù)11000011“

減數(shù)00101101

-）借位1111^1O.C001

差數(shù)10010110。技術(shù)成就夢想

從減法的運算過程可知，兩數(shù)相減時，有的位會發(fā)生不夠減的情況，這時要向相臨的高

位借位，借1當2。所以，做減法時，除了每位相減外，還要考慮借位情況，實際上每位也

是3個數(shù)參加運算。

3.乘法運算

二進制數(shù)的乘法運算法則如下：

0X0=0

0Xl=lX0=0

1X1=1

【例1T6](1110)2X(1101)2的算式如下:

按乘數(shù)1110,

乘數(shù)1101。

1110〃

菅分積00002

1110，

1110251CT0.COII1

乘積10110110,

由乘法運算過程可知，兩數(shù)相乘時，每個部分積都取決于乘數(shù)。乘數(shù)的相應位為1時,

該次的部分積等于被乘數(shù)；為0時，部分積為0。每次的部分積依次左移一位，將各部分積

累加起來，就得到了最終乘積。

1.3.4二進制數(shù)的算術(shù)運算（2）

1.3.4二進制數(shù)的算術(shù)運算（2）

4.除法運算

二進制數(shù)的除法運算法則如下：

04-0=0

0+1=0（1+0無意義）

14-1=1

【例1-17】（100110）2+（110）2得商（110）2和余數(shù)（10）2,其算式如下。

110—商

1100110——被除數(shù)

除數(shù)—110

110

in5lCT0.com

110

0010—余數(shù).

在計算機內(nèi)部，二進制的加法是基本運算，利用加法可以實現(xiàn)二進制數(shù)據(jù)的減法、乘法

和除法運算。其原理主要是應用了“補碼”的運算。

1.3.5二進制數(shù)的邏輯運算

1.3.5二進制數(shù)的邏輯運算

邏輯變量之間的運算稱為邏輯運算，它是邏輯代數(shù)的研究內(nèi)容，也是計算機需要的基本

操作。二進制數(shù)1和。在邏輯上可代表"真"與"假"、"是"與"否有"與〃無這種具有邏

輯屬性的變量就稱為邏輯變量。由此可見，邏輯運算是以二進制數(shù)為基礎的。

計算機的邏輯運算區(qū)別于算術(shù)運算的主要特點是：邏輯運算是按位進行的，位與位之間

不像加減運算那樣有進位或借位的關系。

邏輯運算主要包括3種基本運算：邏輯加法（又稱〃或“運算）、邏輯乘法（又稱"與"運算）

和邏輯否定（又稱"非"運算）。此外，"異或''運算也很有用。

1.邏輯加法（"或"運算）

邏輯加法通常用符號："+"或"V"來表示。例如，有邏輯變量A、B、C,它們的邏輯加

運算關系為：

A+B=C或AVB=C

邏輯加法運算規(guī)則如下：

0+0=0,0V0=0

0+1=1,OV1=1

1+0=1,1VO=1

1+1=1,1V1=1

從以上運算法則可見，邏輯加法有‘'或''的意義。也就是說，在給定的邏輯變量中，A或

B只要有一個為1,其邏輯加的結(jié)果為1；兩者都為0,則邏輯加的結(jié)果為0。

這種邏輯''或"的運算在實際生活中有許多應用。例如，房間里有一盞燈，裝了兩個開關,

這兩個開關是并聯(lián)的。顯然，任何一個開關接通或兩個開關同時接通，電燈都亮。

邏輯加法的運算規(guī)律和算術(shù)加法的運算規(guī)則不完全相同。要特別注意：1+1=1。

2.邏輯乘法（"與〃運算）

邏輯乘法常用