单元一 计算机基础知识 计算机概述：了解计算机发展简史和计算机的特点、性能指标、应用和分类 计算机（电子数字计算机）—1946第一台（电子计算机）—计算机技术—网络发展—计算机及应用—各个领域离不开计算机 电子计算机发展 （1）、1946年2月，第1台（数字式电子计算机）：美国，宾夕法尼亚，物理学家莫克利和工程师埃克特等人，电子数值积分器和计算机（ENIAC埃尼阿克） （2）、电子计算机发展分类（物理器件）：4个阶段 1946-1957年 第一代：电子管计算机 1957-1964年 第二代：晶体管计算机 1964-1970年 第三代：集成电路计算机 1971-至今 第四代：大规模集成电路计算机 微型计算机的发展 1、微处理器CPU的发展（从1971年发展以来40多年历史）和微型计算机的发展 1968年，美国英特尔（Inter）成立，全球最大的半导体芯片制造商，微处理器创新和市场领导。 1971年，Inter英特尔推出第一个字长4位的4004微处理器。 微处理器的发展：4位-8位-16位-32位-64位（按处理信息的字长） 微处理器的提升：工艺尺寸的缩小和体系结构发展 芯片设计的提升：半导体工艺——即单芯片集成晶体管—多核结构（性能潜力和实现优势） 生产微处理公司：英特尔Inter、超微设备公司AMD、中国（龙芯、方舟、威盛、星光等系列） 2、微型计算机PC的发展 1981年，IBM公司推出第一台PC个人电脑（16位Inter的处理器8088，主频8MHZ，MS-DOS系统） 微处理器CPU发展——推动——微型计算机PC发展 （PC：268电脑、386电脑、486电脑、奔腾电脑、酷睿电脑等与CPU相关联） Intel微处理的发展拓展： 计算机的特点及性能指标 计算机的特点（电子计算机作为一种计算工具） 高速、精准的运算能力 运算速度几千次/每秒——几千亿次至万亿次，科学计算几秒钟完成； 计算精度增加数字长度的设备（字长）+计算技巧 准确的逻辑判断能力：很强的逻辑运算和逻辑推理能力，可对信息进行比较和判断 强大的存储能力：有存储器，存储大量数据和大容量的信息 自动运行能力：根据事先程序——自动控制——内部操作运算，不需人工干预——自动化 网络和通信功能：改变交流方式和获取途径 计算机性能指标 字长（由算术逻辑运算单元、累加器、通用寄存器的位数决定） 8、16、32、64位，性能高的计算机一般比性能低的计算机字长要长 二进制直接处理的位数：运算精度，涉及功能、用途和范围、领域 指令的直接寻址的能力：存储单元，字长越长，存储单元越多，寻址能力越强 主频 GHZ吉赫兹，CPU工作时钟频率，即主时钟在每秒钟内产生脉冲信号次数） 很大程度决定了运算速度 运算速度 MIPS每秒百万条指令（类别有定点加法和浮点加法） 概念：多少条指令执行/每秒，即CPU每秒完成基本指令数目的平均速度，可达百万次/秒，几千万次/秒。 计算：各指令的平均执行时间与相对应的指令运行的比例，即加权平均法求出等效速度 内存储器容量 Byte字节，内存容量有1GB、2GB、4GB或8GB 概念：所能存储信息的最大数量 ，计算机即时存储信息的能力。 存取周期 ns纳秒，半导体存储器为几十~几百毫微秒（ns，纳秒），周期越短，存取速度越快 概念：连续启动两次独立的“读”或“写”操作的最短时间 访问时间（读写时间）：存储器进行一次“读”或“写”的时间 （读：信息代码从存储器读出；写：信息代码写入存储器） 外存储器容量、计算机的可靠性、可维护性、平均无故障时间和性能价格比 计算机的应用和分类 计算机在各个领域中的应用：各行各业，改变传统的工作、学习和生活方式，推动发展 科学计算：数值计算，传统的应用领域。 含义：在科研和工程中，大量复杂——人工难以或无法完成——计算机高速、高精、大容量能力——完成计算量大和数值变化范围广的问题（特点）。 应用：卫星轨迹、天气预报、天文学、量子化学、空气动力学、核物理学等 数据处理：信息处理，主要的应用领域——重要方面 含义：原始数据——计算机——收集、存储、分类、加工、输出等——处理过程——形成有用的信息。 应用：办公自动化（OA）、企业管理、事务管理和情报检索等 过程控制：实时控制，控制部件（计算机）——控制对象（单台设备或整个生产过程） 含义：计算机及时采集数据——数据处理——最佳值迅速——控制对象 优势：提高自动化水平、及时性和准确性，改条件、提质量、节能源、降成本、保稳定 应用：冶金、石油、化工、纺织、水电、机械、航天等部门、如数控机床、航天飞机升天、工厂中的生产流水线、弹道精确度 计算机辅助系统：6个 CBE（辅助教育）、CAD（辅助设计）、CAM（辅助制造）、CAI（辅助教学） CAT（辅助测试）、CMI（计算机管理） 人工智能AI（Artificial Intelligence）前言科学 含义：模拟人脑进行演绎和采取决策的思维过程：定理和推理——设计程序——自动解题 应用：机器人、定理证明、模式识别和专家系统 网络应用 计算机网络：计算机技术与现代通信技术 发展：20C60年代诞生——20C90年代飞速发展——Internet生活工作每个角落 多媒体应用 含义：集文字、声音、图像、视频、通信等技术——数字记录和传输传送——媒体处理 应用：广泛的用途，得益于计算机技术的发展，任何多媒体应用都离不开高性能计算机 计算机的分类 综合性能指标5类：巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机 信息处理方式3类：数字计算机、模拟计算机和混合计算机 用途2类：通用计算机、专用计算机 字长4类：8位、16位、32位、64位计算机 计算机系统的组成：了解计算机的基本结构和工作原理，掌握计算机系统的基本组成，理解运算器、控制器、存储器、输入输出设备的概念和功能。 不同类型的计算机在性能、用途和规模上有不同，但均属于由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成的冯.诺依曼体系结构。 1.2.1计算机系统的组成 1.计算机系统的基本组成：2个部分：硬件系统（仅有硬件计算机叫裸机）、软件系统 硬件系统含义：基础——物理装置，实在的器件组成 作用：快速运行、保证精度 软件系统含义：2部分：在硬件系统基础上运行的程序、各类文档 作用：管理维护、更好使用、更好发挥软硬件资源性能 两者系统关系：相辅相成，缺一不可——硬件是软件的物质基础，软件是硬件的发挥作用的途径 2.计算机硬件系统的组成：5部分，控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备 4部分，CPU中央处理器、存储器、输入设备和输出设备 （CPU中央处理器组成：控制器、运算器和寄存器等） 3.计算机软件系统的组成：2包括，系统软件和应用软件（在系统软件的支持下工作的） 系统软件5包括：操作系统（OS）、程序语言、系统检测诊断程序、编译系统、数据库管理系统 应用软件5包括：管理软件、办公软件、图像软件、用户开发设计软件、应用数据库管理软件 计算机发挥的作用由应用软件的使用决定的，应用软件开发向标准化、模块化发展 1.2.2计算机的工作原理 冯.诺依曼原理（现代电子计算机之父，美籍匈牙利科学家，计算机体系：程序存储和控制思想） 3方面：（1）硬件设备有5部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备 计算机内部采用二进制 程序存储和程序控制 冯.诺依曼结构计算机：5部分的硬件设备之间的控制信息和数据或指令的传输和运行 数据或指令的传输运行过程： 步骤1输入——输入设备——计算机——存储器 步骤2运行1——存储器读入（存入）<——>运算器（中间结果）——输出设备（最终结果） 步骤3运行2——存储器送入（程序以数据形式）——控制器——向各部件——控制信号 （程序：具有的指令编排的指令序列） 控制数据和信息的传输： 控制器——控制信息——控制各部件（运算器、存储器、输入、输出）——执行指令规定的各操作 计算机的工作过程 原理解释：跟处理日常问题的常用规则和方法相同 分解方法：整个过程按一定规则一步一步（一些基本操作：指令）分解——按一定顺序执行 （程序）——基本操作——完成整个操作 计算机中：指令（完成某个操作所发出的命令） ；程序（指令序列） 微型计算机工作过程，如输入两个数2和8，要计算机进行相加处理，输出 结果10在屏幕上。 微型计算机工作过程4步骤：（1）CPU访问输入输出接口： CPU自动取出——ROM或EPROM（只读，已存指挥控制的程序或指令）—扫描键盘、访问I/o接口 （2）读入数据并运行：CPU扫描键盘——数据总线——运算器——相加，完成2+8=10，得到 （3）暂存结果：CPU中的寄存器暂存结果10，也可转存在其内存储器中 （4）输出结果：CPU——预先程序译码——ASCII码；控制器指令——指挥部件——字形码输出 中央处理器：CPU（Central Processing Unit）微处理器、芯片（体积小，集成高、功能强） 组成：控制器、寄存器、运算器（ALU、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等） 作用：计算机大脑，完成运算和控制，直接影响整个计算机的性能。 运算器 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 功能：（1）实现对数据的算术和逻辑运算 （2）暂存运算数据和中间结果 （3）挑选运算数据，选中运算功能，最终结果输到所要求的部件中 （1）ALU：完成算术（加减乘除等）、逻辑（与或非）、移位、求补等 两个输入口：一个和累加器连接、一个和通用寄存器连接 两个输出端：一个送累加器或指定部件、一个表示状态标志位送状态寄存器 （2）累加器：暂存被操作的数和中间运算结果 （3）状态寄存器：标志寄存器，存放运算中产生的状态信息 （4）通用寄存器组：一组寄存器，暂存操作数和数据地址 CPU字长的位数由ALU算术逻辑单元、累加器和通用寄存器的位数决定 控制器 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 功能：控制中心，控制整个计算机的工作，实现运算过程自动化，指挥各部件按指令要求操作；计算机指令的执行部件。 实现：控制器——从存储器取出分析指令——控制信号——协调部件和程序顺序 （取出指令——解释指令——执行指令） 各组成部分含义（1）指令指针寄存器：产生及存放下条待取指令的地址 （2）指令寄存器：存放执行完成前的，正在执行的指令（内存取出暂时放入） （3）控制逻辑电路：执行微操作所需控制信号 （4）时钟控制电路：指令执行中所需时间控制信号 （两电路要配合才能使指令正确执行） 寄存器 分类：数据寄存器、地址寄存器、控制寄存器、状态寄存器和其他寄存器 功能：CPU内部临时存储单元，存储运算中的数据、中间结果、地址和状态信息等 数量与CPU速度：对CPU运行速度有一定影响：数量增多——减少访问存储器次数，提高速度 数量太多——寄存器地址编码增加，指令长度增加 位数：一般和ALU、数据总线的位宽一致。 存储器 基本功能：存放程序和数据的记忆部件，各种信息存放和交流的中心 在控制器下按指定地址存入和取出信息 多层次存储系统： 提出背景——计算机要求容量大、速度快、价格低，但目前因技术原因还没有存储器件 为了解决存取速度、存储容量、器件价格三方面矛盾 组成：高速缓冲存储器（Cache）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、软盘、硬盘、光盘、优盘等 分类1（介质材料）：半导体存储器：用半导体器件制成，主存储器采用 磁表面存储器：塑料盘或带、非铁质盘涂磁性材料，硬盘采用 光存储器：利用激光读写信息，光盘CD-ROM采用 分类2（工作方式）：随机读写、顺序读写、只读存储器 随机读写存储器：按要求对指定单元或区域进行读写，如RAM、Cache、硬盘、优盘等 顺序读写存储器：只能按某一方向查找后在进行读写，如磁带 只读存储器：只能读出，不能写入，如主存中的ROM和光盘CD-ROM 分类3（系统结构）：内存储器和外存储器 内存储器： 又称主存，一般采用半导体存储器器件，性能指标：容量和访问速度 作用：存储正在运行的程序和数据， 组成：RAM（随机读写）临时存放各种程序和数据、ROM（只读）、Cache（高速缓冲） 容量（RAM容量）：大小直接影响程序运行速度，因为程序必须先放入内存后才能运行 一个个存储单元（有个地址存储一个字节）——二进制位数表示（8位、16位、32位） 如地址码为10位，共有210=1024个地址（每个地址1字节）=1KB内存容量 （十进制编码为0~1023——二进制0000000000~1111111111——000~3FF） 如计算机有26根地址线，寻址空间226=26*220 B=64MB 如计算机有32根地址线，寻址空间232=22*230 B=4GB 【例题1】编号1000H~4FFFH的地址中，包含了多少单元？ 4FFFH-1000H+1=3FFFH+1=4000H=4*163=214=16KB 【例题2】有个32KB的存储器，用十六进制编码，起始0000H，末地址为多少？ 32KB+0000H-1H=32KB-1=32*210-1=215-1=100000000000000B-1=8000H-1=7FFFH 访问速度：一次读或写操作所花费的访问时间，目前大约就几个ns之间。 （信息流动工作速度的一个“瓶颈”：内存储器比CPU速度要慢很多） 特点：制造工艺采用大规模及超大规模集成电路、体积小、重量轻、存取速度快 容量和性能衡量计算机整体性能的一个决定性因素 （1）随机读写存储器（RAM）：内存的主要部分，多数为MOS型半导体集成电路 总的特点：随时按地址读出（原内容不变）或写入（新写入内容）； 存储运行中的程序和数据，断电后RAM中的内容全部丢失； 分成两类（制造原理）：SRAM静态和DRAM动态 SRAM结构：双稳态电路，由写电路控制读写。 特点：不断电，存储的数据不会丢失，不需进行刷新 只要写电路有电，其开关元件状态不变，不需电流刷新； 读写速度很快（开关元件由晶体管代替，转换时间小于20ns） 集成度低（开关电器元件较多，一个单元由4晶体管和2电阻组成） 生产成本高（开关电器元件较多，一般用在容量小Cache高速缓冲存储器） DRAM组成：地址寄存器、存储单元、数据寄存器。RAM一般用DRAM（通常的内存） （暂存访问单元地址）（存储主体）（暂存读出或写入内容） 特点：断电存储数据会丢失，有电源下，存储内容也只能保存2 ms 为保存存储的信息，需不断刷新（硬件定时自动重新写入） 一个单元由1个晶体管和1个小电容（电压来控制断开或接通）组成 不断刷新的过程（电容需要不断充电和放电，读写操作，即刷新） 参数：存储容量（一个存储器件内有多少个存储单元，每个存储单元有几位） 工作频率（存储器读写单元的速度） （2）高速缓冲存储器（Cache） 含义：CPU和主存储器（内存）之间或在CPU和RAM之间，容量小速度快的存储器，内容是RAM部分的副本，一般采用静态随机存储器SRAM。（CPU工作速度>RAM读写速度） 目的：提高CPU读写程序和数据速度，减少读写RAM的等待时间，解决CPU和RAM速度瓶颈。 特点：虽是存储器，但用户不能直接访问；容量很小；增加高速缓存Cache不会增加主存； 断电后内容丢失；里面存放的是拷贝内存的某部分内容；与内存中对应的部分保持一致，随着内存调入内容而改变；内容按算法更换以提高CPU访问命中率； 过程：CPU—高速缓存（若没有所需信息）—访问RAM同时—所需信息的副本—高速缓存 分类（随着发展）： 集成CPU芯片内：一级Cache，是CPU内核一部分，负责内部寄存器和外Cache缓冲 存在CPU芯片外：二级Cache，是CPU独立一部件，负责整个CPU和内存缓冲，弥补一级 （早期-板载Cache：封装在主板上） （奔3-片载或全速Cache：封装在与CPU内核同一芯片上，不选大小不属于CPU） 存在主板芯片上：三级Cache：容量更大 （3）只读存储器（ROM） 含义：运行时内容只能读出不能写入；数据不易丢失，即断电后内容依然保存； 应用：存储计算机系统固定的程序和数据，如主板上BIOS就存放在ROM中 分类（信息设置方法或不同的写入方法，不能用普通的方法，用特定设备固化程序写入数据）： ROM普通：芯片制造时，由生产厂家写入，内容不能更改； PROM可编程：芯片出厂时没写入，由用户写入，内容不能更改； EPROM可擦除：芯片上透明窗口，可多次改写，通过紫外线擦除； EEPROM电式可擦除：可多次改写操作方便，通过加电擦除，一般的计算机就可以 FLash Memory闪存：ROM的发展，因ROM不易更改更新麻烦，本质上属于EEPROM 改写电压较高，安全可靠、速度快、功耗低。 奔腾处理器以上的主板都采用，使BIOS升级方便 外存储器（辅助存储器）：主存的后备和补充广泛应用，存储运行中不使用的数据和程序 特点：容量大、成本低、存取速度慢、可永久脱机保存信息 类别：软盘（逐步淘汰）、硬盘、光盘、优盘存储器、移动硬盘（主流USB接口） 优盘（最常用的移动存储器）优点：可擦可写可编程、数据断电后不丢失、小携带方便、不怕震动、适温范围宽、运转安静、兼容性好，任何有USB接口都可、速度快、容量大。 移动硬盘优点：体积小、重量轻、速度快、使用方便、（与优盘比较）：容量大、安全高 盘片材质：比铝和磁更坚固耐用的硅氧盘片，更大的储存量和更好的可靠性，提高数据完整性，结构与笔记本电脑硬盘类似； 磁盘驱动器：采用硅氧材料，更平滑和硬度的盘面，降低了因盘片影响的可靠性和完整性。 输入输出设备 输入设备：向计算机输入数据和信息的设备 种类：键盘、鼠标、扫描仪、条形码阅读器、触摸屏、手写笔、语音、图像、视频输入设备 条形码阅读器：用于读取条形码包含的信息的设备，从而采集输入到计算机中 （条形码：多个黑条和空白编码规则排列的图形标识符，标出物品信息，在商品流通图书管理、邮政管理等广泛应用） 触摸屏：由检测部件和控制器组成，当手指或物理触摸到触摸屏时，就有触摸控制器检测， 将信息输入到主机。将输入和输出集中到一个设备上，实现交互过程。在展示、查询应用 手写笔：配专门识别软件输入中文或绘图，方便使用者不需学习其他输入法就可输入。 还有鼠标的作用，可代替鼠标。 输出设备：将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 种类：显示器、打印机（最常用两种）、绘图仪、投影仪、音箱 显示器：最标准的输出设备，所有的字符和图形由显示点（像素）组成 性能指标 （1）像素：一个一个包含红、绿、蓝磷光体的发光点（荧光点） （2）分辨率：定义清晰度的标准，由像素数决定，水平分辨率（一个扫描行中像素的数目）*垂直分辨率（扫描行的数目），如1024*768表示水平方向最多包含1024个像素，垂直方向768条扫描线。常用的1027*768、1280*1024等。分辨率越高，像素越多，图像越细腻清晰。 （3）屏幕尺寸：屏幕对角线的长度，单位英寸。常用笔记本有12英寸、13英寸、14英寸；台式电脑有17英寸、19英寸、20英寸等 （4）点间距：像素间的距离。点间距越小，分辨率越高，图像越清晰， （5）灰度级：像素的亮暗程度，彩色的指颜色种类。灰度级越多，图像层次越逼真清晰 （6）显存：容量跟系统内存一样越大，存储图像数据越多，支持分辨率与颜色也就越高，计算：显存容量=图像分辨率*色彩位数/8 （7）对比度：反差，图像（字符）和背景的浓度差 （8）帧频：图像（字符）每秒钟在屏幕上出现的次数 （9）行频：电子扫描束从左边到右边的扫描速度 （10）扫描方式：有逐行和隔行扫描方式。逐行扫描图像更清晰、稳定，人眼不易疲劳。 隔行扫描先扫描奇数1、3、5、7等行，后扫描2、4、6、8等偶数行信号，行间闪烁，可以用一半的数据量实现较高的刷新率的优点。 投影机：投影仪，将图像或视频投射到幕布上的设备，不同接口同计算机、DVD、DV连接 分类（投影技术）：CRT、LCD、DLP、DLV （1）CRT投影机类似CRT显示器工作原理。 原理：有阴极射线电子束扫描击射在成像上，使荧光粉发光形成图像，在输出到投影面 优点：分辨率高、对比度好、色彩饱和度佳、兼容性强、技术成熟、调节功能多、 缺点：亮度比其他投影机要低很多，困扰的主要因素 应用：航空航天、遥控监控等相对高端的专业领域 （2）LCD液晶投影机是投影技术和液晶显示相结合的阐述 原理：利用液晶的电光效应，通过液晶单元的透射率和反射率，产生不同灰度级和1670万种色彩的亮丽图像。 分类（液晶板片数）：单片式和三片式（比单片更高图像质量和更高的亮度） 优点：亮度和色彩饱和度高于CRT投影机（光源是专用的灯泡，发光高于荧光发光） 体积小、重量轻、制造工艺简单、亮度对比度较高、分辨率适中 应用：市场上占有率最高、应用最广泛的，占总体市场70%以上。 （3）DLP投影机一种基于数字微透镜装置（DMD）技术的全数字反射式投影设备 原理：按DMD装置的微镜数目，先进光学结构与高品质的光学镜头反射式投影输出 微镜数目决定了物理分辨率，如600*800的SVGA模式，微镜数目就有48万个 分类（微镜数目）：一片、两片、三片DLP投影系统 优点：清晰度高、画面均匀、色彩还原性好、亮度比LCD高、条纹重影出现比LCD少 随意变焦调整方便淘汰了传统的会聚、光学路径简单、体积更小最轻可小于1.5KG 缺点：缩小体积带来视频显示缺陷，使显示效果有些失真。 应用：主要超便携式的系统中 （4）DLV数码光路真空管（数字光阀）将CRT透射式和DLP反射式投影技术结合的新技术 原理：将小管径CRT投影机的成像面，采用氙灯为光源，输出到投影面上 优点：充分利用CRT高分辨率和可调性、氙灯光源高亮度和色彩还原好的优势、 分辨率很高（普遍1250*1024，最高2500*2000）、对比度很高（250:1以上） 色彩饱和度很高（数目普遍24位1670万种）、亮度高（2000~12000ANSI流明） 缺点：价格较高、体积较大、光阀不易维修，销量有限 应用：大型场所、光线较强、观众较多场合，如超大规模指挥中心、会议中心 数码相机DC 拍摄照片存储卡，直接连接输入计算机；存储卡通过转接卡与USB相连接输入； 原理：主要部件CCD的光敏传感器，光线通过镜头作用到传感器，经过处理器转换成数字信号，经过处理保存。 作用：改变了以往将图像输送到计算机的方法 7.数码摄像机DV组成5部分：取景系统、控制系统、成像系统、存储系统、电源 取经系统：由获取图像部件构成，作用是通过它们看到所拍摄的影像 控制系统：可操作控制部件构成，作用是图像聚焦更清晰，曝光更准确，色彩更真实完整保存 成像系统：接收、浏览保存图像，作用是担负捕捉影像，与传统摄像机最本质的区别 存储系统：作用是将成像存储到存储器中，分两部分：（1）存储视频录像带（视频磁带、部分用DVD-RAM、硬盘新型记录媒体）（2）记录存储卡DV拍摄静物用，存储相片 电源：直流电源都是完全粉封闭（封闭型）蓄电池，避免漏液及逸出气体，用起来十分安全 总线的组成与类型 系统总线含义：用于连接计算机中各部件的一组公共信号线；各部件数据交换、地址传送、控制信号、状态信号等信息传递的通路。 总线的分类 分类1（功能）：内部总线、系统总线、外部总线 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件的总线 系统总线：连接CPU和内部其他高速功能部件的总线，包括数据总线、地址总线和控制总线 数据总线：宽度（根数）=字长，决定传输位数，决定计算机性能主要指标；双向的， 地址总线：传送主存和外设的地址信息；单向的 控制总线：指明数据传送的方向、中断控制和定时控制等，单向的。 外部总线：I/o总线、通信总线。是微机系统之间或微机和其他系统之间信息传递的通路 如EIA-RS-232串行、USB总线 （2）分类2（传送数据格式）：串行总线、并行总线 （3）分类3（时序控制）：同步总线、异步总线 同步总线：数据收发双方按统一的时间发送和接收总线上的数据，都利用统一的时钟生产控制信号、控制数据发送和接收操作。 异步总线：采用应答方式传送，当CPU输入命令后一直等待，不急于从总线上取数据集，当输入 装置将数据放到数据总线上时，再给CPU一个信号，数据准备，CPU可从总线上读取。 2.常用的微机系统总线 概述：计算机技术发展——总线技术使用也不断发展 标准系统总线——>标准局部总线发展（信息交换数量和速度的提高） 系统总线：连接整个计算机硬件系统的总线 局部总线：从CPU芯片上引出的信号线 标准局部总线：在CPU信号线基础上定义的信号线使用标准（PCI） 主机和外设总线：RS232C（串行总线）、IEEE-488（并行总线）、USB（通用串行总线）等 （拓展：局部和系统总线都是用来交换数据总线，，不同点主要是应用的位置不一样， 系统总线连接很多设备，协议比较全面，讲究通用性， 局部总线连接少数设备，协议比较简练，讲究实用和高效，由设备制造商定义，如intel和amd的cpu是不互换使用的，ddr和sdram的内存总线的协议也不一样。 ISA总线：工业标准总线，也叫AT总线 1984年IBM为PC/AT机而建立，最早的通用行总线 ISA（16位）——EISA（32位扩展）——被PCI总线替代 PCI总线：外围设备互连总线，共享并行结构 Intel推出的标准局部总线，当前最流行总线之一 32位高性能结构——扩展64位——与ISA兼容 AGP总线：加速图像接口 Intel推出的3D标准图像接口，在图像和内存提高直接访问，最高2.1Gbps总线宽度 AGP总线——被PCI-E总线替代 PCI-E总线：PCI-Express，通用总线规格，点对点串行连接（设备并发传输数据不影响） Intel推出，最新的总线和接口标准，实现现有系统内部总线标准的统一 PCI 和AGP——被PCI-E全面取代 优点：速率高，远超PCI（PCI-E3.0最高达32GB/S）； 每个设备点对点串行，并发互不影响且传输速率不下降； （PCI共享并行，挂接设备增多，传输速率下降） 支持热插拔和热交换特性 总线硬件体现：配置主要硬件——主板——扩展槽或接口（CPU、内存、显卡、声卡、鼠标、键盘） （主板主要指标：芯片组、稳定性和速度、插槽的种类和数量） 数字化信息编码与数据表示掌握二、十、八及十六进制整数表示形式，掌握四种进制整数之间的相互转换；理解原码、反码和补码；掌握ASCII码；了解汉字编码和字符集；了解水平校验码。 编码：大量复杂多样的信息——选用一定的组合原则——用少量的基本符号表示 计算机编码：采用只有0和1的两个基本符号的二进制表示信息和运算 采用二进制的原因：电子器件易实现；系统稳定性高；运算简单，硬件容易实现。 进制计数制 进制：计数制即计数的方法，采用一组符号的组合来表示任意一个数的方法 R进制：R个基本符号表示数值，特点逢R进一，基数是R，由R个数码，小数点前第i位的权为Ri-1 数码：固定的基本符号，不同进制具有不同的数码 基数：所使用的数码个数，总是一定的、有限的 位权：在任意的数码序列，每个数码的数值大小=自身的值*该数位所代表的位权值 常用的进制：二进制、八进制、十进制、十六进制 进制转换 原因：人与机器使用不同进制；人们使用二进制麻烦（书写不方便、阅读不直观、难记忆） R进制转换为十进制：方法是把任意R进制数按权展开相加求和 十进制整数转换为R进制：方法是除R倒取余法，即将一个十进制数除以R，得到一个商和余数，一直循环，直到商为0结束。 二进制、八进制、十六进制之间的相互转换 方法是：1位八进制——3位二进制；1位十六进制对应4位二进制 （因为81=23，161=24，八进制和十六进制数都是2的幂） 八进制、十六进制转换为二进制 二进制转换成八进制或十六进制 八进制转换成十六进制 十进制0~16的数各进制互换关系表 原码、反码和补码 概念：计算机数：无符号和有符号（最高位为符号也用0和1表示，0表示正，1表示负） 真值数：像数学中带正、负符号的数（如+36，（-12）等） 机器数：计算机中把正、负符号转换成数字的数，不同的3种方式：原码、补码、反码 原原码：计算机中正符号用0表示，负符号用1表示的数 反反码：相对原码而言，正数反码=原码；负数反码=符号位1不变，其余各位取反 零的反码=00000000，=111111111 补补码：相对原码而言，正数补码=反码=原码；负数补码=反码+1 零的补码==00000000 例题：当机器字长数为8时，和、和、和的原码、反码、补码 常用信息编码 概念：人们熟悉的数值、西文、汉字、声音、图像等通过输入设备——计算机识别——输出设备 西文字符的编码——ASCII码 西文字符，统称为字符：“0”~“9”的10个数字字符、“A”~“Z”、“a”~“z”的52个字母字符，33个标点符号及运算符，33个控制码128个字符符号。 1967年，美国信息交换标准代码（ASCII）被国际标准化组织ISO定为国家标准，ISO-66通用 美国ASCII针对128个字符符号编码： 十进制范围0~127（“0~9”：48~57、“A~Z”：65~90、“a~”：97~122） 二进制范围0000000~1111111（7位二进制数来编码的ASCII码，一个ASCII字符占一个字节8位） 八进制范围000~177 十六进制范围00~7F 我国国家标准GB1988（信息处理交换用的七位编码字符集）， 把ASCII中的“$、&、{ }”4个字符分别修改为“￥ ^ <— —> ” 汉字编码：各种汉字编码的转换过程 汉字输入—输入码—国标码—机内码—地址码—字形码—汉字输出 汉字输入码：汉字外部码（外码），对汉字编制的代码 特点：位于人机界面，用户所用，易熟悉、掌握和接受；编码简单、易于记忆方便、输入速度快 同一汉字，输入码可以不同，但最终转换成同一标准供计算机处理 分类（编码规则）：按顺序无重码的流水码、按读音的音码、按字形的形码、按音形的音形码 输入法编码方案：全拼、双拼、自然码、五笔字型输入法等 汉字内码：进行存储、处理和传输编制的。 国标码（汉字信息交换码）：1981年，国家标准《信息交换用汉字编码字符集——基本集》，代号“GB2312—80”，使系统、设备之间交换时统一形式而制定 特点：两个字节，共收集7445个图形字符，其中一般符号、数字、拉丁字母、希腊字母、汉字拼音等682个，分两级：一级汉字3755个，二级汉字3008个 区位码：字符所在的GB2312-80国标编的区号（94个）和位号（94个）来表示编码 特点：各按区位码从小到大排列 机内码：内部标识汉字的编码 计算：国标码（十六进制—二进制）——两个字节最高位置1（+8080H） （例：波国标码3228H—二进制高八位和低八位—+8080H——B2A2H波机内码） 国标码、区位码、机内码（汉字）三种的计算转换（十六进制）： 国标码=区位码（十进制转换十六进制）+2020H 机内码=国标码（十六进制）+8080H 机内码=区位码（十进制转换十六进制）+A0A0H 【例1】已知某字区位码为2054，请分别求出该字的国标码与机内码。 方法：将区位码转换成十六进制+2020H——国标码+8080H——机内码 高字节区号20D——14H+20H=34H（国标码第一字节）+80H=B4H（机内码第一字节） 低字节位号54D——36H+20H=56H（国标码第一字节）+80H=D6H（机内码第一字节） 结果：国标码3456H，机内码B4D6H 通用编码字符集：UCS编码全世界现代书面使用的所有字符的标准编码 CJK编码UCS表意文字部分采用中日韩统一汉字编码 （不论国家和地区和字义，只要字形相同，编码相同） BIG5编码是台湾和香港地区繁体汉字字符集，共有13053个汉字 GB2312-80字符数较少 GBK字符集有20902个汉字字符，Windows下全拼输入法使用 汉字字形码：机内码——取出字形码——点阵字形（字模）——数字化——输出汉字 在计算机系统中，要显示和打印的任何字符和汉字都有点阵式的字模组成 字模：描述形态的点阵的集合，ASCII用8*8点阵；汉字用16*16点阵；打印24*24或其他 字模数字化：为了识别和存储，即字模每点都用一位二进制数1黑点，0白点表示 字形码：数字化的字模点阵化代码 汉字字形质量和点阵大小的关系：点阵越大，即点阵越密，笔画就越清晰，汉字质量越高，所占存储空间越大；还要考虑存储容量和设备成本等 汉字地址码：汉字字模信息在汉字库中存放的逻辑地址的编码 汉字库：字形码有规律、有顺序存放在连续的存储器中，形成汉字字形库。 分类（介质）：硬字库用EPROM或MAKSROM芯片制成，不占内存，安装在卡或插在槽里 软字库存磁盘上，使用汉字库需调入内存，占用内存，目前用的比较多的 使用：汉字库——汉字地址码（驻留的存储器不同而不同，内存地址值、磁盘空间地址值）——汉字字模——输出设备或打印字模 奇偶校验码：是一种常用简单的数据校验码，在传输的数据中增加数据校验码，即一组8位二进制代码（第八位存放校验码）中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验，分为奇校验和偶校验。 数据校验码：在信息传送或网络传输到目的地后，为了发现和纠正出现的错误，对每个字符特征检验，从而发现某些错误的数据编码。 奇校验：传送中，在7位二进制代码中用最高位附加1位使字符编码中“1”的个数为奇数，形成共同特征——特征码；传送后，对特征码进行检验，如某一编码“1”的个数变成偶数，表明该代码过程中发生错误，需重新传送。 偶校验：同上理，用附加位使八位编码中“1”的个数为偶数 计算机安全知识防护 了解计算机安全防护知识，掌握计算机病毒概念、特征、分类及计算机安全防护方法。 计算机病毒出现和发展——软件技术发展——必然结果 计算机安全概述 计算机安全面临的威胁：错综复杂，主要4大类 物理安全（个体问题）：物理介质层次上对存储和传输的信息安全保护。不安全因素包括：自然灾害、物理损坏、电磁泄漏、设备故障、意外事故、操作失误、机房环境、设备防盗和物理破坏 系统安全（局部问题）：包括操作系统（大部分Windows安全隐患）、数据系统（重要方面，最有价值的）和应用系统（弥补安全漏洞，也可扩大安全漏洞）等安全 黑客攻击（局部问题）：通过网络非法进入计算机系统、获取、删改他人计算机，危害信息安全的入侵者者或入侵行为的人 如非法转移银行资金、盗用他人银行账号购物等 病毒威胁（广泛性）：系统瘫痪、严重破坏程序数据、网络效率降低、功能无法或不敢使用 计算机病毒： 概念：编制或插入程序破坏功能或数据，影响使用，能自我复制一组指令或程序代码。 计算机安全最大威胁，1994.2.18，《计算机信息系统安全保护条例》 组成：装入部分、传染部分、破坏部分组成 源病毒——被激活——自身复制到其他程序——影响和破坏正常执行和数据正确性 计算机病毒特点 传染性：自我复制能力，主要载体是可移动存储设备（光盘、U盘、移动硬盘）和网络 隐蔽性：不发作是一切正常，失去警惕性（病毒获得监控权—监视运行—传染其他） 破坏性：广义的，破坏系统、删改数据、格式化磁盘、占用资源，降低运行效率 寄生性：不单独存在，依附其他程序上，能享有被寄生程序的所得的一切权利 非法性：非授权操作，未经允许，伺机侵入电脑 计算机病毒分类 破坏性：干扰性（良性病毒）和破坏性（恶性病毒）病毒 干扰性病毒（良性病毒）：恶作剧产物，为表现自我设计的一些程序。症状系统效率下降，机器无法正常运行或根本不能运行，但不会破坏磁盘上的信息。 破坏性病毒（恶性病毒）：一旦发作会严重破坏计算机系统的信息。症状删除文件、修改文件、对磁盘格式化等，严重影响正常工作。 传染途径：引导区型、文件型、混合型、宏病毒、网络病毒 引导区型：感染硬盘的MBR主引导记录，就会感染每个插入的读写的移动盘的引导区，会先系统文件装入内存获得控制权并替代主引导的程序，传染和破坏。如大麻、火炬、小球病毒 文件型：感染可执行文件（COM、EXE、DRV、BIN、OVL、SYS等），先跳去执行病毒程序，进入内存，一旦符合激发条件就发作。如CIH病毒 混合型：感染引导区或可执行文件的病毒，如新世纪病毒、One—half病毒 宏病毒：感染Word文档（Word因开放性提供的Word BASIC编程接口，专门制作具有病毒特点的宏的集合）或模板文件（DOT、DOTX）的，一旦打开就会激活，转移到计算机并留在Normal模板上。其他自动保存的文件都会感染。如著名的美丽莎病毒。 网络病毒（Internet病毒）：早期大多通过E-mail传染，使邮件系统变慢，甚至导致网络崩溃——目前种类增多，运行方式各不同。除了共性外，还有感染速度快、扩散面广、传播的复杂多样、难于彻底清除、破坏性大等新特性。如脚本、电子邮件、蠕虫、特洛伊木马等 （蠕虫病毒Worm：间接方式复制自身的非感染型，通过网络或系统漏洞传播、拦截E-mail；在下载点传播。传播速度惊人，造成邮件服务器崩溃和损失。如冲击波（阻塞网络）、小邮差（发带毒邮件）、熊猫烧香等） （特洛伊木马Trojan：伪装成合法软件的非感染型病毒，但不进行自我复制。模仿运行环境窃取用户名和密码或从服务器提供商ISP盗窃用户的注册和账号信息。） （木马病毒：进入用户——网络或系统漏洞——系统并隐藏——向外界泄露用户信息） （黑客病毒：有个可视界面——对用户电脑进行远程控制） （两者成对出现，即木马病毒负责侵入，黑客病毒负责控制） 计算机病毒的表现形式 经常出现死机或不能正常启动，出现蓝屏或无法响应 运行速度降低。如加载、读取、保存、调用时间变长 内存空间明显变小，正常运行的程序却因内存不足而不能装入 磁盘文件数目无故增多 文件时间属性或系统时间被无故自动修改 可执行文件长度明显增加 显示器出现乱码或莫名其妙的信息 上网速度越来越慢或无法联通 常见计算机安全防护措施 被迫处理：感染病毒后，反病毒软件检测和消除病毒 预防为主：合理有效的，从切断其传播途径移动介质和网络入手，要求用户养成良好的使用习惯 防毒或病毒预警软件。如防病毒卡或防火墙；金山毒霸、瑞星、诺顿、卡巴斯基、360杀毒 定期检查。更新补丁、病毒库；定期检查，发现及时清除 慎用网上下载软件。下载软件最好检测再用，不随便阅读来历不明的邮件 慎用外来移动存储设备。先查毒，确定无毒后使用 设置写保护。保存重要的数据不经常写入的，防止写入和病毒侵入 建立备份，分类管理。定期备份，以免无法恢复 专机专用。科学的管理制度，重要任务专机专用 准备无毒的系统启动盘。无法正常启动时，启动盘启动，后再杀毒 计算机防护安全软件 防病毒软件：瑞星、诺顿、江民（KV3000）、卡巴斯基、金山毒霸、VirusScan、光华 网络防火墙：防止黑客攻击，保护内部网络安全 专杀工具查：针对破坏性强、特性显著的病毒，如QQ病毒专杀、木马病毒专杀、U盘专杀 反病毒软件的功能：杀毒软件，是计算机防御系统重要组成，保护安全、防止和清除病毒，对病毒、木马和未知或已知危害的阻止或清除的程序工具；集成监控识别、扫描和清除病毒、自动升级；有的还有主动防御、数据恢复等 查、杀毒：最核心、最重要，安全防线最重要一环；体现防御病毒、木马和恶意代码（未经授权认证的破坏系统完整性的程序或代码，包括病毒、蠕虫、木马、后门程序、逻辑炸弹、脚本、ActiveX控件等）能力。处理：清除、删除、禁止访问、隔离和不处理 实时监控：基本任务，对系统运行（内存、程序文件、网页、邮件）同步监控，以添加程序驱动方式进驻系统且自启动。处理：移除或阻止访问 数据恢复：采取一定的补救措施，对存储器的修复功能或对硬盘数据的恢复功能 自动升级：滞后新的病毒，及时更新病毒库（数据库，记录病毒的特征码），来区分病毒程序 网络防火墙软件的功能：管理者——访问规则——访问控制、信息过滤、抵挡攻击和防止泄露 IP地址规则设置：监控网络层数据包，非授权的IP访问请求立即拒绝 应用程序规则设置：拦截或通过应用程序发送和接收数据包类型、通信端口 提供详细的访问记录：所有被拦截的访问记录 系统漏洞检测修复功能：系统漏洞（操作系统因Bug或疏漏程序或组件的后门），木马或病毒利用漏洞绕过防火墙，达到攻击和控制目的，需及时下载安装补丁、修复系统漏洞非常必要。 上网安全软件 360安全卫士：用云安全技术查杀、清理、修复、体验、隐私保护等，还具有开机加速、垃圾清理等 云安全：云查杀，通过网络客户端对网络软件进行异常的监测，获取木马和恶意程序的最新消息——推送服务端自动分析——再把病毒和木马解决方案分发到各客户端 传统杀毒（过时）：依靠本地硬盘的病毒库的特征库判别查杀毒法，因病毒—恶意程序及木马变 云查杀毒（流行）：依靠网络服务，互联网是“杀毒软件”，参与者多而安全，实时采集分析处理 （“云”是自我维护和管理的虚拟资源，计算机服务器、存储服务器、宽带资源） （“云计算”将所有资源集中起来，软件自动管理、无需人工参与，专注业务） “恶意软件”：流氓软件，故意在系统上执行恶意任务的病毒、蠕虫和特洛伊木马 过程：网络用户——恶意网站、不安全站点下载——恶意程序——自己电脑（不知情） 症状：恶意广告弹出或色情网站自动出现——电脑已中毒——敏感资料被盗如账户、密码等 八大特征： 强制安装：未明确提示和许可，就安装软件行为 难以卸载：未提供通用卸载方式或卸载后仍有活动程序 浏览器劫持：未经许可，修改设置，迫使访问特定网站或无法上网 广告弹出：未明确提示或许可，安装软件弹出广告 恶意收集用户信息：未明确提示或许可，恶意收集信息 恶意卸载：未明确提示或许可，误导和欺骗用户卸载软件 恶意捆绑：软件捆绑恶意软件行为 其他侵害用户软件安装、使用和卸载知情权、选择权的恶意行为 微型计算机的操作系统 了解操作系统的基本概念、功能、类型和特点，掌握操作系统文件系统、磁盘管理及控制面板的基本操作 操作系统运行在裸机上，硬件系统一级扩充；人与计算机的桥梁，为用户提供界面，用户通过命令和交互功能，实现人机对话。 操作系统概念和功能 概念：管理硬件和软件资源的程序；内核和基石（计算机系统）；系统软件（首要的、最基本、最重要、最庞大、最复杂） 作用：管理控制软硬件资源；合理组织计算机流程；提高计算机利用率；提供良好环境和界面 资源管理出发：处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理5方面 处理器管理 处理器：核心硬件资源，可能一个或多个（CPU、GPU、南北芯片等），有效管理和利用CPU是操作系统最重要的管理任务 主要任务：对处理器进行分配，并对运行有效的控制和管理。 主要对象：进程（线程），即程序的一次执行过程，3部分：程序块、进程控制和数据块 3状态：就绪、运行、等待状态 进程管理任务：包括处理器调度、进程控制、进程同步与互斥、进程通信、死锁检测与处理 操作系统——合适的进程占有处理器——处理器管理 处理器管理归根到底就是进程管理 存储管理