作者：毛科技,陈立建
出版社：机械工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
大学计算机基础试读：
前言
随着信息技术的快速发展，计算机已成为人们在经济活动、社会交往和日常生活中不可缺少的工具。是否具有使用计算机的基本技能，已成为衡量一个人文化素质高低的重要标志之一。
教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会于2009年10月发布了《高等学校计算机基础教学发展战略暨计算机基础课程教学基本要求》，它是编写本书的重要依据。本书系统、深入地介绍了计算机科学与技术的基本概念和原理，同时注重对学生动手能力、实践技能和利用计算机解决实际问题的能力的培养。本书安排的教学内容具有很强的知识性、实用性和操作性，并将注意力放在新技术的发展和应用上。本书的编写采用了微软操作系统Windows 7作为实例来讲解，办公软件也采用了最新的Office 2010，且每章都配有习题。
全书共分9章。第1章讲述计算机基础知识、计算机系统的组成；第2章讲述信息表示方法，目的是帮助读者理解计算机表示的基本内容；第3章讲述操作系统的基本概念，重点介绍Windows 7的基本应用；第4～6章以Microsoft Office 2010为平台，分别介绍文字处理软件Word 2010、电子表格处理软件Excel 2010和演示文稿创作软件PowerPoint 2010的基本使用方法；第7章讲述网页制作软件SharePoint Designer 2010的使用；第8章介绍数据库基础知识及Access 2010的使用；第9章讲述计算机网络及网络安全等内容。
参与本教材编写的作者都是长期工作在计算机教学、科研和实验室第一线的计算机专业教师，他们在长期的教学和实践工作中积累了丰富的教学经验。本书的第1章、第7章由浙江广播电视大学萧山学院的陈立建编写，第2章、第8章主要由浙江工业大学的郑月锋编写，第3章、第5章主要由浙江广播电视大学萧山学院的周雪编写，第4章、第6章主要由浙江广播电视大学萧山学院的竺超明编写，第9章由浙江工业大学的毛科技编写，包头师范学院的乌兰图雅参与了第4、5、6章的编写，浙江工业大学的戴光麟参与了第2、3、8章的编写。全书由毛科技、陈立建担任主编并统稿。本书的编写得到了机械工业出版社的关心和支持，在此表示感谢。
由于时间紧迫及作者的水平有限，书中难免有不足之处，恳请读者批评和指正。编者2012年10月于浙江杭州
教学建议
第1章计算机基础1.1 计算机概述1.1.1 计算机的产生与发展自从人类具备认识世界的能力以来，计算就已经存在，如从最原始的扳手指计算到借助算盘计算，从机械计算机计算到电子计算机计算等。在人类发展的漫长过程中，人类对计算的追求从来就没有停止过。
1.计算机的起源和发展
算筹是我国古代人民创造的最早的人造计算工具，它是一种竹制、木制或骨制的小棍。算盘是从算筹发展来的，它的产生时间大概在我国的元代。算盘用珠子的位置来表示数位，在进行计算时，用纸和笔来记录题目和数据，由人通过手指来控制整个计算过程，最后将结果写在纸上。
1642年，法国数学家、物理学家帕斯卡（Blaise Pascal）制造出第一台机械加法器Pascaline（如图1-1所示）。这台机器由一套8个可旋转的齿轮系统组成，能进行加法和减法运算，实现自动进位，并配置一个可显示计算结果的窗口。1670年，德国数学家、哲学家莱布尼兹（Gottfried Leibniz）改进了Pascaline，为它加入了乘法、除法和平方根等计算能力。图 1-1 第一台机械加法器
1834年，英国数学家巴贝奇（Charles Babbage）完成了分析机的设计方案，分析机不仅可以做数制运算，还可以做逻辑运算，已经具有现代计算机的概念。
1847年，英国数学家布尔（Boole）发表了著作《逻辑的数学分析》，他所创立的布尔代数奠定了计算机进行逻辑运算的基础。1936年，图灵（Alan Turing）发表了《可计算数字及其在判断性问题中的应用》，论文中图灵构造了一台完全属于想象中的“计算机”，人们称之为“图灵机”，“图灵机”的概念奠定了计算机的理论和模型基础。图灵是计算机理论和人工智能的奠基人之一，为了纪念图灵，美国计算机学会于1966年创立了“图灵奖”，这是计算机科学领域的最高奖项。
在计算机技术发展上存在着两条道路，一条是各种机械式计算机的发展道路；另一条是采用继电器作为计算机电路元件的发展道路。建立在电子管和晶体管等电子元件基础上的电子计算机正是受益于这两条发展道路。
2.电子计算机的诞生
1946年2月，美国宾夕法尼亚大学开发了世界上第一台电子数字计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator，电子数字积分计算机），标志着现代电子计算机的诞生。
ENIAC是一个庞然大物，如图1-2所示，它耗电174千瓦，占地170平方米，重达30吨。机器中约有18 000支电子管、1500个继电器以及其他各种元器件，每秒可以进行5000次加法运算，相当于手工计算的20万倍、机电计算机的1000倍。ENIAC的主要任务是分析炮弹轨道。ENIAC原计划是为第二次世界大战服务的，当它投入运行时战争已经结束，便转向为研制氢弹而进行计算。ENIAC的成功是计算机发展史上的一座里程碑。图 1-2 第一台通用电子数字计算机ENIAC
在ENIAC的研制过程中，匈牙利数学家冯·诺依曼（John Von Neumann）博士针对它存在的问题，提出了一个全新的存储程序通用电子数字计算机方案——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，离散变量自动电子计算机），这就是人们通常所说的冯·诺依曼型计算机。该计算机采用“二进制”代码表示数据和指令，并提出了“程序存储”的概念，从而奠定了现代计算机的坚实基础。
3.计算机的发展阶段
自从ENIAC诞生到现在已有半个多世纪，计算机获得了突飞猛进的发展。人们依据计算机性能和当时软硬件技术（主要根据所使用的电子器件），将计算机的发展划分为以下4个阶段。（1）第一代计算机（1946～1958年）
第一代计算机采用的主要元件是电子管（如图1-3所示），又称为电子管计算机。这个时期计算机的特点是：采用电子管代替机械齿轮或电磁继电器作为基本电子元件，仍然比较笨重，而且产生很多热量，容易损坏；采用二进制代替十进制，所有数据和指令都用“0”与“1”表示，分别对应于电子器件的“接通”与“断开”；输入输出设备简单，主要采用穿孔纸或卡片，速度很慢。图 1-3 电子管（2）第二代计算机（1959～1964年）
第二代计算机（如图1-4所示）采用的主要存储元件是晶体管。晶体管（如图1-5所示）的发明给计算机技术带来了革命性的变化，采用晶体管代替电子管作为基本电子元件，使计算机的结构和性能都发生了飞跃。与电子管相比，晶体管具有体积小、重量轻、发热少、速度快、寿命长等一系列优点。第二代计算机采用磁芯存储器作为主存，使用磁盘和磁带作为辅存，使存储容量增大，可靠性提高，为系统软件的发展创造了条件。图 1-4 第二代计算机图 1-5 晶体管（3）第三代计算机（1965～1970年）
20世纪60年代中期，随着半导体工艺的发展，开始制造出集成电路元件，如图1-6所示，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。计算机开始采用中小规模的集成电路元件取代晶体管作为基本电子元件。集成电路对电子计算机的制造是一场革命，它使计算机的体积更小、耗电更少、可靠性更高、速度更快。图 1-6 集成电路（4）第四代计算机（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，产生了大规模集成电路元件，计算机开始采用大规模集成电路和超大规模集成电路作为基本电子元件，这是具有革命性的变革，出现了影响深远的微处理器。微型计算机大量进入家庭，产品更新速度加快。在体系结构方面进一步发展并行处理、多机系统、分布式计算机系统和计算机网络系统。存储容量进一步扩大并引入光盘，输入采用OCR（字符识别）与条形码，输出采用激光打印机。
各代计算机的特点如表1-1所示。展望未来，计算机的发展必然要经历很多新的突破。前四代计算机本质的区别在于基本元件的改变，即从电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成电路，以此推测，第五代计算机的创新也可能在基本元件上。例如，使用生物芯片的生物计算机，生物芯片可用生物工程技术产生的蛋白质分子制成。蛋白质分子具有自组织、自调节、自修复和再生能力，使得生物计算机具有生物体的一些特点，如自动修复芯片发生的故障，还能模仿人脑的思考机制。又如，利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储的光子计算机，利用超导（超导是指材料在温度降到某一程度以下时电阻几乎为零的现象，此时电流可以无阻地流过）器件作为元件的超导计算机。由超导元件和电路组成的计算机，可依据超导元件的特殊性能而突破电子计算机的局限。
4.计算机技术的发展趋势
目前计算机技术的发展趋势是向巨型化、微型化、网络化、智能化和多功能化的方向发展。特别是随着计算机网络的发展，对社会发展、人们生活品质的改善产生了深远的影响。摩尔定律和曼卡夫定律为计算机和网络的快速发展提供了科学依据。摩尔定律表达为：（T-T）/1.5D（T）=D（T）2，T以年为单位，D（T）是T＞T时集成000电路上的密度。根据这个定律，每18个月集成电路（Integrated Circuit,IC）器件数将翻一番，表明了半导体技术是按一个较高的指数规律发展的。曼卡夫定律表达为：网络价值≈N（N-1）/2，N表示用户数。曼卡夫定律的表述是：任何通信网络的价值以网络内用户数的平方增长。1.1.2 计算机基本原理
1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯·诺依曼型结构”计算机。冯·诺依曼机中程序和数据使用同一个存储器，经由同一个总线传输，如图1-7所示。冯·诺依曼结构计算机具有以下几个特点：
1）计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分组成。控制器是计算机的控制中心，主要工作是不断地取指令、分析指令和执行指令，在主频时钟的协调下控制着计算机各部件按指令的要求进行有条不紊的工作。它从存储器中取出指令，分析指令的意义，根据指令的要求发出控制信号，进而使计算机各部件协调工作。运算器是计算机中用来实现运算的部件，分为算术运算和逻辑运算，运算器内部包括算术逻辑运算部件（Arithmetical Logic Unit,ALU）和若干种寄存器。运算器的主要工作是进行数据处理（运算）和暂存运算数据。图 1-7 冯·诺依曼结构示意图
2）采用存储程序的方式，程序和数据存放在同一个存储器中，指令和数据一样可以送到运算器，即由指令组成的程序是可以修改的。
3）指令由操作码和地址码组成。
4）数据和程序以二进制表示。
5）指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可根据运算结果或外界条件而改变。
冯·诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于冯·诺依曼机的指令和数据共享同一总线的结构，使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。1.1.3 计算机的特点与分类
1.计算机的特点（1）运算速度快
运算速度是计算机的一个重要性能指标。计算机的运算速度用每秒钟执行定点加法的次数或平均每秒钟执行的指令的条数来衡量。运算速度快是计算机的一个突出的特点，计算机的运算速度已由早期每秒几千次发展到现在的万亿次。（2）计算精度高
在科学研究和工程设计中，对计算的结果精度要求很高，而计算机计算结果的精度可达到几十位，根据需要甚至可达到任意的计算精度。（3）记忆能力强
计算机的存储器可以存储大量的数据，计算机存储容量的基本单位是字节，用Byte（简称B）表示。计算机中，一般用KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）作为存储容量的计量单位。计算机的容量越来越大，一般都高达千兆字节。（4）具有逻辑判断能力
计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外，还具有比较、判断等逻辑运算的功能。具有逻辑判断能力是计算机能实现信息处理自动化的重要原因。（5）自动化程度高，通用性强
计算机的工作方式是将程序和数据先存放在计算机存储器内，工作时按照规定的操作，一步一步自动完成，无需人工干预，自动化程度高。通用性表现在计算机能应用于自然科学和社会科学问题的求解，广泛应用于各个领域。
2.计算机的分类
从计算机的运算速度、存储容量等性能指标分，计算机可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。巨型机主要用于科学计算，运算速度在每秒百亿次以上，数据存储容量大，结构复杂，价格昂贵。单片机只用一片集成电路做成计算机，体积小，结构简单，性能比较低，价格便宜。介于巨型机和单片机之间的是大型机、中型机、小型机和微型机，它们的结构规模和性能指标依次递减。这个分类只是就某个时期而言的。事实上，今天的微型机的性能已超过以前的小型机，同样，今天的小型机性能也已超过以前的大、中型机。
巨型机是衡量一个国家科技水平的重要标志，我国的巨型机经过多年发展后形成了“银河”、“曙光”和“神威”三大系列。2009年“天河一号”（如图1-8所示）研制成功，使中国成为继美国之后世界上第二个能够自主研制千万亿次超级计算机的国家。“天河一号”已应用于生物医药数据处理、动漫与影视渲染、高端装备制造产品设计与仿真、地理信息系统、能源勘探等众多领域。“天河一号”的研制成功表明我国生产、应用、维护高性能计算机的能力达到世界先进水平。图 1-8 天河一号1.1.4 计算机的应用
1.科学计算
科学计算是计算机最早的应用，计算机高速、高精确的运算是人工计算望尘莫及的。现代科学技术中有大量复杂的数值计算，如军事、航天、气象、地震探测等，都离不开计算机的精确计算。计算机的应用大大节约了人力、物力和时间。
2.数据处理
数据处理也称为事务处理。使用计算机可对大量的数据进行分类、排序、合并、统计等加工处理，如人口统计、人事及财务管理、银行业务、图书检索、仓库管理、预订机票、卫星图像分析等。数据处理已成为计算机应用的一个重要方面。
3.电子商务
电子商务是指通过计算机网络以电子数据信息流通的方式在世界范围内进行并完成的各种商务活动、交易活动、金融活动和相关的综合服务活动。例如在Internet上有虚拟商店和虚拟企业等提供商品，用户在家里通过计算机选购和订购商品，再由专人送到用户手中。
4.人工智能
人工智能主要是指利用计算机模拟人类某些智能行为（如感知、思维、推理、学习、理解等）的理论、技术和应用。人工智能主要表现在以下三个方面：
1）机器人。主要分为工业机器人和智能机器人两类。前者用于完成重复性的规定操作，通常用于代替人进行某些作业（如海底、井下、高空作业等）；后者具有某些智能，具有感知和识别能力，能“说话”和“回答”问题。
2）专家系统。计算机具有某些领域专家的专门知识，并使用这些知识来处理该领域的问题。例如，医疗专家系统能模拟医生分析病情、开药方和假条。
3）模式识别。重点研究图形识别和语音识别。例如，机器人的视觉器官和听觉器官、公安机关的指纹分析器、识别手写邮政编码的自动分信机等，都是模式识别的应用。
5.计算机模拟
计算机模拟是用计算机程序代替实物模型来做模拟试验，可广泛应用于工业部门和社会科学领域。与多媒体技术相关的虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术采用计算机技术生成一个逼真的视觉、听觉、触觉及味觉等感观世界，在这个现实三维世界的仿真环境中，用户可以直接用人的技能和智慧进行考察和操纵。虚拟现实是大力发展的计算机信息技术之一。例如，在军事上利用虚拟现实可以实现训练模拟、军事指挥，这样可以降低军事训练成本。
6.教育和卫生
创立学校、应用书面语言、发明印刷术，被称为教育史上的三次革命，而计算机应用于教育，被誉为“教育史上的第四次革命”。计算机早已广泛地应用于计算机辅助教育，当今基于互联网的远程教育方兴未艾。在卫生方面，一方面各种使用计算机的医疗设备应运而生，另一方面利用计算机建成了各种各样的专家系统。除此之外，计算机还广泛应用于对人类健康存在直接影响的其他领域，如环境保护、水质检测等。1.2 微型计算机系统
微型计算机简称微机，又称为个人计算机（Personal Computer,PC），俗称电脑，它以微处理器为核心。微机是现在常用的计算机，了解其性能和特点对使用计算机有很大的帮助。1971年，美国的Intel公司成功地在一个芯片上实现了中央处理器的功能，制成了第一片4位微处理机Intel 4004，并用它组成了第一台微型计算机，由此拉开了微型机大发展的序幕。许多公司争相研制微处理器，相继推出了8位、16位、32位微处理器，由它们组成的微型计算机功能也不断得到完善。随着技术的发展，目前64位微处理器正在取代32位的体系结构。
微型计算机一般分为以下几类：（1）台式微型计算机
台式微型计算机是固定摆放在桌子上的计算机，一般用于所有需要使用计算机而场所相对固定的地方。从外观上看，它由主机箱、显示器、键盘等组成，如图1-9所示。图 1-9 台式微型计算机（2）笔记本电脑
笔记本电脑是一种便携式计算机，如图1-10所示，又称为移动计算机，它体积小，具备台式机的功能。使用无线上网，笔记本电脑可以随时获取所需信息，或联系他人，或进行日常事务处理，实现了移动办公。图 1-10 笔记本电脑（3）平板电脑
平板电脑（如图1-11所示）是一种小型、方便携带的个人电脑，以触摸屏作为基本的输入设备。用户可以通过内建的手写识别、屏幕上的软键盘、语音识别进行输入。平板电脑无需翻盖，是没有键盘的PC。平板电脑具有无线网络通信功能，集移动商务、移动通信和移动娱乐为一体。图 1-11 平板电脑（4）一体电脑
一体电脑即一体台式机（如图1-12所示），是指将传统分体台式机的主机集成到显示器中，从而形成一体台式机。图 1-12 一体电脑
总而言之，常用的计算机一般都是通用数字微型计算机。微型计算机系统可分为硬件系统和软件系统两大部分，每一部分可根据功能进一步划分，如图1-13所示。硬件是计算机系统的物质基础，是软件的载体；软件是计算机系统的灵魂，控制、指挥和协调整个计算机系统的运行。图 1-13 微型计算机系统的基本组成1.2.1 硬件系统
微型计算机硬件体系结构如图1-14所示。图 1-14 微机硬件体系结构
微机硬件系统由主机和外部设备组成，主机包括CPU和存储器。各组成部分通过总线相连，总线是CPU（图1-14中的微处理器）连接微型计算机各部件的枢纽和CPU传送数据的通道。总线包括：
1）数据总线（Data Bus,DB）：传送数据。
2）地址总线（Address Bus,AB）：传送存储单元或输入/输出接口的地址信息。
3）控制总线（Control Bus,CB）：传送控制器的控制信号。
1.中央处理器
中央处理器（Central Processing Unit,CPU）是计算机的核心部件，它由控制器和运算器组成。它的任务是不断地取出指令、分析指令和执行指令，其主要性能指标如下：（1）主频
主频即时钟频率，指CPU内核电路的实际运行频率，也就是CPU运算时的工作频率。主频越高，CPU的速度就越快。（2）外频与倍频
外频是系统总线的工作频率，是主板为CPU提供的基准时钟频率。倍频是外频与主频相差的倍数，主频=外频×倍频。（3）字长
CPU的字长，即CPU一次所能处理的数据的位数。字长主要影响计算机的精度和速度。字长越长，CPU一次能处理的数据位数就越多，工作速度也就越快。但字长越长，CPU的内部结构也越复杂。（4）指令集
CPU的性能可以用工作频率来表现，而CPU的强大功能则依赖于指令系统。新一代CPU产品中，或多或少都会增加新的指令，以增强CPU的系统功能。指令系统决定了一个CPU能够运行什么样的程序。（5）高速缓冲存储器
随着CPU主频的不断提高，它的处理速度越来越快，其他设备跟不上CPU速度，没办法及时将需要处理的数据交给CPU。于是，高速缓冲存储器（又称高速缓存）便出现在CPU上，当CPU在处理数据时，高速缓存就用来存储一些常用或即将用到的数据或指令，当CPU需要这些数据或指令时则直接从高速缓存中读取，而不用到内存甚至硬盘中去读取，这样就提高了CPU的处理速度。缓存又分为以下几个级别：
1）L1 Cache（一级缓存）。采用与CPU同样的半导体工艺，制作在CPU内部，容量较小，无需通过外部总线交换数据，从而节省了数据存取时间。
2）L2 Cache（二级缓存）。CPU在读取数据时，寻找顺序依次是L1→L2→内存→外存储器。二级缓存容量比较灵活，容量越大CPU的档次也越高。
3）L3 Cache（三级缓存）。除了L1、L2，通常还可以在主板或者CPU上再外置大容量的缓存，称为三级缓存。
CPU的发展与制造工艺技术的不断改进密不可分，在CPU的生产过程中，要加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。制造工艺技术的不断改进使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。自1995年以来，芯片制造工艺从0.5微米（长度单位，1微米等于千分之一毫米）、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、90纳米（1纳米等于千分之一微米）、65纳米、45纳米、32纳米，一直发展到目前最新的22纳米。
由于不同型号的CPU指标不同，因此CPU的型号决定了硬件系统的档次。表1-2以Intel CPU为例给出了近年来常见的CPU型号及其主要指标。
2.主板
主板（Mainboard）也称为母板（Motherboard）或系统板（Systemboard）。主板与CPU一样，是微机中最关键的部件之一。主板上最重要的部件是芯片组，它是主板电路的核心。主板是与CPU最紧密配套的部件，每出现一种新型的CPU，都会推出与之配套的主板控制芯片组，否则将不能充分发挥CPU的性能。
下面以市场上流行的ATX结构主板为例，介绍主板上的主要部件及其功能，如图1-15所示。图 1-15 主板结构（1）PCB基板
PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）基板由多层PCB构成，在每一层PCB上，都密布有信号走线。（2）CPU插座
常见的CPU插座（CPU Supported）都采用ZIF（Zero Insert Force，零插力）标准。现在主流的CPU插座有两种：一种是Intel的LGA775插座，另一种是AMD的AM2/AM2+插座。（3）主板芯片组
主板芯片组是构成主板电路的核心。芯片组决定了主板的级别和档次。主板芯片组由单片或两片芯片组组成，芯片上面通常覆盖着散热片。靠近CPU插槽的称为北桥芯片，主要负责控制CPU、内存和显示卡的工作。靠近PCI插槽的称为南桥芯片，主要负责控制系统的输入/输出等功能。芯片组也可以集成显示卡等功能。（4）总线扩展槽
扩展插槽（Slot）是主板上用于固定扩展卡并将其连接到系统总线上的插槽，也称为扩展槽、扩充插槽或I/O插槽。主板上一般有1～8个扩展槽。通过插入扩展卡，可以添加或增强系统的特性及功能。目前主板上主要有PCI插槽和PCIe（PCI Express，是最新的总线和接口标准）插槽。（5）内存插槽
内存插槽的作用是安装内存条。目前流行的内存条有DDR SDRAM、DDR2 SDRAM和DDR3 SDRAM，相应的内存插槽也有3种，这种内存插槽称为DIMM（Dual Inline Memory Module，双列直插内存模块）插槽。（6）BIOS单元
BIOS（Basic Input Output System，基本输入输出系统）的全称是ROM BIOS，即只读存储器基本输入输出系统。在微机开机以后到进入操作系统之前的这一段时间里，BIOS起到了关键性作用。在BIOS芯片里固化了一定的程序和一些硬件的基本驱动程序。
主板BIOS主要有：Award BIOS、AMI BIOS和Phoenix BIOS三种类型。国内品牌机和组装机的主板上主要使用Award BIOS和AMI BIOS，进口品牌机中多使用Phoenix BIOS或专用的BIOS。在芯片上都能找到厂商的标记。常见BIOS芯片的外观、纽扣电池和跳线如图1-16所示。现在Award已被Phoenix收购，Award BIOS变成了Phoenix Award BIOS。BIOS负责开机时对系统的各项硬件初始化、测试和管理计算机操作系统与外设之间数据的传输，负责主板与其他计算机硬件设备的通信。图 1-16 常见BIOS芯片的外观、纽扣电池和跳线
BIOS与CMOS的区别：主板上用来存储BIOS程序的芯片，被称为BIOS ROM；用来保存对BIOS进行修改后的参数的芯片，称为CMOS RAM（随机存储器）。（7）SATA接口
随着Serial ATA（简称SATA）硬盘的出现，SATA接口大量出现在主板上。SATA接口带有防插错设计，可以很方便地进行拔、插操作。（8）S端子
S端子（Separate Video,S-Video）是视频信号专用输出接口，如图1-17所示。图 1-17 S端子（9）E-SATA接口
E-SATA是外置的SATA规范，它把主板上的SATA接口再连接到E-SATA接口上，E-SATA接口再与普通SATA硬盘相连。SATA 2.0接口的最大数据传输速率为3Gbps，远远超过USB 2.0和IEEE 1394等外部传输技术的速度。E-SATA接口插座如图1-18所示。图 1-18 E-SATA接口
3.内存储器
内存用于存放当前需要运行的数据和相应的指令，可以直接与CPU进行信息交换，运行速度较快，容量相对较小，关机或电源断开后内存中的信息会丢失。随着CPU主频的提升，为了让微机发挥出最大的效能，内存的地位越来越重要，内存的容量与性能已成为决定微机整体性能的决定性因素之一。内存一般采用动态存储器（DRAM）和静态存储器（SRAM），由它们构成主存储器和高速缓冲存储器。在微型机系统中，内存通常指主存储器，就是常说的内存条，位于系统主板上。DDR SDRAM（Double Date Rate SDRAM，双倍速率SDRAM）是目前主流的内存规范。按内存条的技术标准（接口类型）可分为：DDR SDRAM内存条、DDR2 SDRAM内存条和DDR3 SDRAM内存条。除容量指标外，工作频率、存取时间都是内存的重要指标，频率越高，存取时间越短，内存运行速度就越快。内存条主要是由芯片和PCB电路板两大部分构成，其中PCB电路板表面还分布有很多电容、电阻等元器件。内存条如图1-19所示。图 1-19 DDR3 SDRAM内存条结构
4.外存储器
外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的存储器，此类存储器断电后仍然能保存数据。外存与CPU不能直接进行信息交换，必须通过接口电路才能进行。外存存储容量大，速度相对内存慢得多，用来存放需要长期保存的数据。常见的外存储器有硬盘、光盘、U盘等。（1）硬盘存储器
硬盘作为微机主要的外部存储设备，随着其设计技术的不断更新，正在朝着容量更大、体积更小、速度更快、性能更可靠、价格更便宜的方向发展。
传统硬盘采用的存储介质是磁介质，是由涂有磁性材料的铝合金圆盘组成。目前常用的硬盘是3.5 in（英寸），这些硬盘通常采用温彻斯特技术，即把磁头、盘片及执行机构都密封在一个整体内，与外界隔绝，所以这种硬盘也称为温彻斯特盘，如图1-20所示。图 1-20 硬盘
新型的硬盘采用半导体存储技术，即固态硬盘（Solid-state Disk,SSD）。三星电子、TDK、SanDisk、PQI、A-Data等公司采用Flash芯片制造了32GB、64GB、128GB等容量，使用IDE、SATA接口的SSD固态硬盘，主要用于小型笔记本电脑、平板电脑等。固态硬盘有许多优势。如图1-21所示为SSD硬盘的外观。图 1-21 SSD硬盘外观
如果按硬盘与微机之间的数据接口类型划分，硬盘可分为IDE接口、SCSI接口和SATA接口硬盘以及光纤通道四大类。这些不同类别的硬盘所具有的技术规格大体一致。（2）光盘存储器
光盘驱动器和光盘属于光存储设备。由于光盘具有存储量大、价格低廉、携带保存方便等多种优势，所以现在的软件、资料数据、影视剧、音乐等都以光盘的形式提供，光盘驱动器是微机的标准配置之一。根据光盘的存储技术，光盘可分为：CD-ROM（只读光盘）、CD-R（可写光盘）、CD-RW（可重写光盘）、DVD-ROM（DVD只读光盘）、DVD（DVD-R/RW、DVD+R/RW、DVD-RAM，可反复擦写DVD光盘存储器）等。根据光盘驱动器是否放在机箱内部，可分为内置式光盘驱动器和外置式光盘驱动器。根据光盘驱动器的速度不同，可分为56倍速读、52倍速写、24倍速擦写等不同的速度。根据CD-ROM的接口不同，可分为IDE口、SCSI口、IEEE 1394口、USB口等。（3）移动存储器
常见的移动存储器有U盘和移动硬盘两种。
U盘采用一种可读写的非易失的半导体存储器——闪速存储器（Flash Memory）作为存储媒介。USB闪存盘由于均为USB接口，所以俗称U盘。USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口标准有两种：USB 1.1和USB 2.0，理论上USB 1.1的传输速度可以达到12 Mbps，而USB 2.0则可以达到速度480 Mbps，并且可以向下兼容USB 1.1。
移动硬盘其实就是普通的硬盘通过一个IDE接口转换到通用接口（USB、IEEE 1394），实现用通用接口来传输数据，而实现IDE接口到通用接口转换的装置就是移动硬盘盒。由于硬盘的尺寸有3.5 in、2.5 in和1.8 in，移动硬盘盒的大小也分为这三种标准，分别安装对应尺寸的硬盘。移动硬盘可以提供相当大的存储容量，是一种具有较高性价比的移动存储产品。在大容量“闪盘”价格还无法被用户所接受的情况下，移动硬盘能在用户可以接受的价格范围内提供给用户较大的存储容量和便利性。市场中的移动硬盘能提供500 GB、900 GB、1 000 GB（1TB）、2 TB、3 TB、4 TB等，最高可达12 TB的容量。
5.输入/输出设备（1）输入设备
输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。下面介绍几种常见的输入设备。
1）键盘。键盘是最常用的输入设备，用来输入字符和数字。键盘的按键包括数字键、字母键、符号键、功能键和控制键。随着计算机应用的变化，键盘有多种多样，微机中使用的键盘随着应用的变化，功能也相应在提高。键盘的形式可分为有线键盘和无线键盘。
2）数码相机。数码相机（Digital Camera,DC）是一种采用数字化格式录制运动或静止图像，利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。它的出现改变了以往将图像输送到计算机的方法。
3）数码摄像机。数码摄像机（Digital Video,DV）指摄像机的图像处理及信号的记录全部使用数字信号，其摄取的图像信号转化为电信号后，马上经电路进行数字化，在记录到存储介质之前的所有处理都为数字处理，处理完的数字信号直接存储到存储介质上。数码摄像机的存储介质目前主要是微硬盘。采用微硬盘的摄像机具备很多好处，大容量微硬盘能够确保长时间拍摄。向计算机传输拍摄素材，硬盘摄像机仅需应用USB连线与计算机连接，就可轻松完成素材导出。
4）触摸屏。触摸屏是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。触摸屏的基本原理是用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，所触摸的位置以坐标的形式由触摸屏控制器检测，并通过接口送到CPU，从而确定输入信息。（2）输出设备
输出设备是将计算机的处理结果显示给人们的设备。最常用的输出设备有显示器、打印机等。
1）显示器。显示器是计算机的主要输出设备，它与显示适配卡一起组成计算机的显示子系统。按显示器不同原理分类，显示器可分为传统的CRT（Cathode-Ray-Tube，阴极射线显示管）显示器、液晶显示器（Liquid Crystal Display,LCD）和等离子显示器。目前一般使用的都是LCD显示器。与CRT显示器相比，LCD显示器工作电压低、功耗小，无辐射，完全平面，无闪烁，可视面积大，又轻又薄。
显示器主要包括如下性能指标：
·点距：显示器上的文本图像是由点组成的，屏幕上的点越多越密，则分辨率越高。屏幕上相邻两个同色点（比如两个红色点）的距离称为点距。点距越小，显示图像越清晰。
·分辨率：指屏幕上像素的数目，所谓像素，就是上面提到的“点”，比如，640×480的分辨率就是说在水平方向上有640个像素，在垂直方向上有480个像素。为了控制像素的亮度和色彩深度，每个像素需要很多个二进制位来表示，如果要显示256种颜色，则每个像素至少需要8位（一个字节）来表示，即2的8次方等于256。
·扫描频率：电子束采用光栅扫描方式，从屏幕左上角一点开始，向右逐点进行扫描，形成一条水平线；到达最右端后，又回到下一条水平线的左端，重复上面的过程；当电子束完成右下角一点的扫描后，形成一帧。此后，电子束又回到屏幕左上方起点，开始下一帧的扫描。这种方法就是常说的逐行扫描显示。完成一帧所花的时间的倒数称为垂直扫描频率，也称为刷新频率。
·带宽：指每秒钟电子枪扫描过的图像点的个数，以MHz（兆赫兹）为单位，表明了显示器电路可以处理的频率范围。比如在640×480的分辨率下，若刷新频率为60Hz，刚需要的带宽为640×480×60=18.4MHz。
2）打印机。打印机是最基本的计算机输出设备之一，打印输出可产生永久性记录，因此打印设备又称为硬拷贝设备。按工作原理，打印机可分为针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。
3）绘图仪。绘图仪也是常用的输出设备，绘图仪在绘图软件的支持下可以在绘图纸上绘制出精确度较高的图形，是各种计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）不可缺少的工具。1.2.2 软件系统
1.软件的组成与分类
计算机的各种程序和文档称为计算机的软件。软件是计算机的灵魂，计算机功能的强弱不仅取决于硬件系统的配置，也取决于所配的软件情况。计算机软件一般分为两大类：系统软件和应用软件。
系统软件是计算机软件中的重要部分，它是管理和控制计算机软硬件资源，方便用户使用计算机的一组程序的集合。系统软件主要包括：
1）操作系统，如UNIX、Windows、Linux。
2）程序设计语言，包括机器语言、汇编语言、高级语言、智能语言。
3）数据库管理系统，如Access、SQL Server、Oracle。
4）系统服务程序，如编辑程序、调试程序、装配和连接程序、测试程序等。
操作系统（Operating System,OS）是对计算机系统中所有硬件与软件资源进行统一管理、调度及分配的核心软件。操作系统为用户提供一个使用计算机的工作环境，是用户与计算机的接口，是最基本的系统软件。
应用软件是为解决某些具体问题而开发的各种应用程序，如财务管理软件、图书管理软件、绘图软件等。
2.常用的应用软件（1）数据压缩软件（WinRAR）
WinRAR是目前非常流行的压缩软件，支持多种格式的压缩文件，可以创建固定压缩、分卷压缩、自释放压缩等多种方式，还可以选择不同的压缩比例。
除WinRAR,WinZIP也是一种支持多种文件压缩方法的压缩/解压缩工具。（2）数据备份与恢复软件（Ghost）
Ghost（General Hardware Oriented System Transfer），可译为“面向通用型硬件系统传送器”，通常称为“克隆幽灵”，是Norton系列工具中的一员。由于现在的系统都比较庞大，重装会花费大量的时间，用备份软件Ghost则可以实现快速备份和还原系统。（3）防病毒软件
现今互联网非常发展，通过网络传播的病毒只要几天就可在世界范围内流行。病毒种类越来越多，严重威胁着计算机系统及数据的安全，对付计算机病毒有效方法就是利用流行的防病毒软件，国内著名的有瑞星杀毒软件、金山毒霸、360安全卫士等，国外的有卡巴斯基、诺顿、NOD32等。由于新的病毒不断被制造出来，因此防病毒软件也需要不断更新、升级。（4）图形图像处理软件
图形图像处理软件用来创建、编辑和操作曲线和图片。常用的图形图像处理软件有AutoCAD、3DS MAX、CorelDraw、Adobe Photoshop等，选择什么样的图形图像处理软件，取决于用户的需要。各种图形图像处理软件都有其优缺点。（5）多媒体制作软件
多媒体制作软件又称为多媒体创作工具，能够用来集成各种媒体，如Flash、Extreme 3D等。（6）其他常用软件
如今软件已非常丰富，熟练应用一些软件会极大地提高工作效率。除上面列出的一些软件外，目前各行业中比较常用的软件还包括：Acrobat阅读软件、SPSS统计软件、Matlab仿真软件、IEbook制作软件、音乐制作软件Cakewalk、打谱软件Encore、桌面出版系统，以及各种计算机辅助软件，如计算机辅助教学CAI软件、交通规划辅助软件TRansCAD等。1.3 本章小结
本章主要介绍计算机基础知识，内容包括计算机的产生与发展、计算机的基本原理与特点、微型计算机系统。通过学习，要求了解计算机的发展历程，了解计算机系统的组成与工作原理，初步掌握微型机的组成，熟悉常用软件的使用。习题一
一、单选题
1.目前微型计算机中采用的逻辑元件是（）。
A）小规模集成电路
B）中规模集成电路
C）大规模和超大规模集成电路
D）分立元件
2.中央处理器（CPU）的两个主要组成部分是运算器和（）。
A）寄存器
B）主存储器
C）控制器
D）辅助存储器
3.现代计算机之所以能自动地连续进行数据处理，主要是因为（）。
A）采用了开关电路
B）采用了半导体器件
C）具有程序存储的功能
C）采用了二进制
4.目前大多数计算机，就其工作原理而言，基本上采用的是科学家（）提出的存储程序控制原理。
A）比尔·盖茨
B）冯·诺依曼
C）乔治·布尔
D）艾仑·图灵
5.运行一个程序文件时，它被装入到（）中。
A）RAM
B）ROM
C）CD-ROM
D）EPROM
6.（）都是系统软件。
A）Linux和Windows
B）WPS和UNIX
C）MIS和UNIX
D）UNIX和Word
7.通常所说的64位计算机是指（）。
A）CPU字长为64位
B）通用寄存器数目为64个
C）可处理的数据长度为64位
D）地址总线的宽度为64位
8.计算机硬件系统包括（）。
A）显示器、鼠标、CPU、存储器
B）运算器、存储器、输入设备、输出设备
C）主机、显示器、鼠标、存储器
D）CPU、存储器、输入设备、输出设备
9.中央处理器（CPU）直接读写的计算机存储部件是（）。
A）内存
B）硬盘
C）软盘
D）外存
10.办公自动化是计算机的一项应用，按照计算机应用的分类，它属于（）。
A）辅助设计
B）实时控制
C）数据处理
D）科学计算
二、填空题
1.计算机辅助设计的英文缩写是________。
2.计算机主频是指CPU的________。
3.________是通用串行总线的简称，它是一种新型的外设接口标准。
4.以微处理器为核心的微型计算机属于第________代计算机。
5.根据________定律，每18个月集成电路器件数翻一番。
6.第一台电子数字计算机ENIAC主要采用的电子元件是________。
7.按照显示器不同工作原理划分，计算机的显示器可分为________、液晶显示器和等离子显示器。
8.计算机指令一般由两部分组成，它们是操作码和________。
9.在描述计算机存储容量时，1TB等于________GB。
10.计算机系统由________两部分组成。第2章信息技术基础2.1 信息技术2.1.1 信息技术的基本概念
信息技术（Information Technology,IT），是指对信息的获取、传递、存储、处理和应用的技术，包含通信、计算机与计算机语言、计算机游戏、电子技术、光纤技术等，以计算机技术、微电子技术和通信技术为核心。2.1.2 信息技术的产生和发展
信息是现代社会最重要、最宝贵的资源，信息技术的不断发展改变了人类社会的面貌。回顾信息技术的发展，人类经历了五次信息技术革命。
第一次是语言的产生。语言是人类交流的基本工具，距今35 000～50 000年前，人类诞生了语言，这是人类最伟大的信息技术革命。
第二次是文字的使用。大约公元前3500年出现了文字，人们用文字符号记录、存储和传播信息，从此信息可以文字的形式长久地保存下来。
第三次是印刷术和造纸的发明。公元105年，我国东汉时期的蔡伦发明了造纸术，该发明使信息能够大量地固定在一种便于书写、记录、保存和传递的载体上。公元1041年，我国宋朝的毕升发明了活字印刷技术，印刷术的规范应用使得书籍和报刊等成为信息存储和传播的重要媒介，极大地提高了人类信息交流的水平。
第四次是电报、电话、广播、电视的发明和普及应用。1837年美国人莫尔斯发明了世界上第一台有线电报机，随之而来电话、广播、电视的发明以及普及应用，大大缩短了人们信息交流的时空界限。
第五次是电子计算机与现代通信技术的应用与发展。电子计算机的出现是第五次信息技术革命的一个最重要标志。计算机是现代信息处理的主要工具，以处理速度快、存储容量大等特点，扩大和延伸了人脑的思维能力。现代通信技术的发展，将分布在全球各地的计算机组成了庞大的计算机网络，实现了计算机与计算机之间的交流，将信息处理的能力和速度进一步扩大。2.2 信息的表示与数字化
信息是计算机的处理对象，计算机是信息处理的主要工具。计算机处理的信息有数值、文字、图形、图像、视频和声音等各种形式，可归纳成数值信息和非数值信息两种类型。数值信息包括带符号数值和不带符号数值，非数值包括汉字、字符、图形、图像、视频和声音等。
在计算机内部，无论是数值信息还是非数值信息，都需要经过加工处理，用0和1组成的二进制编码串才能在计算机内部进行传送、存储和处理。在计算机内部用二进制来表示信息，有如下主要原因：
1）易于实现。计算机由数字逻辑电路组成，逻辑电路通常有两个状态，如电路的导通与截止、电压的高和低、电容的“充电”和“放电”等。这两种状态与二进制的“1”和“0”相对应，而如果采用十进制则必须有10种稳定状态的物理电路，实现起来非常困难。
2）运算规则简单。二进制数的运算规则简单，其算术运算和逻辑运算很容易在电路中实现，简化了运算器等计算机物理部件的设计。
3）适合逻辑运算。计算机具有很强的逻辑运算功能，而二进制中的“1”和“0”恰好可以代表逻辑运算中的“True”和“False”。2.2.1 进制及其转换
1.进制
在日常生活中，人们使用得最为广泛的是十进制计数法，而在计算机内部所有的信息都是以二进制的编码形式表示。在编制程序时，也有可能用到八进制数和十六进制数。
在各种进制中，首先要掌握如下几个概念：
1）数制，即进位计数制，是人们利用数字符号进行数据计算的方法。
2）数码，是一组用来表示某种数制的不同数字符号。
3）基，数制所用的数码个数，用R表示，称R进制，其进位规律是“逢R进一”。
4）权，是数制中某一位上的“1”所表示的数值大小。（1）十进制数
十进制有10个数码，即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，基数为10，按“逢10进1，借1当10”的原则进行计数。十进制表示的数3值可以写成按位权展开的多项式之和，例如（7612.09）=7×10+610210-1-2×10+1×10+2×10+0×10+9×10。（2）二进制数
二进制有两个数码，即0、1，基数为2，按“逢2进1，借1当2”的原则进行计数。二进制表示的数值可以写成按位权展开的多项式之3210-1-2-3和，例如（1010.101）=1×2+0×2+1×2+0×2+1×2+0×2+1×2。2（3）八进制数
八进制有8个数码，即0、1、2、3、4、5、6、7，基数为8，按“逢8进1，借1当8”的原则进行计数。八进制表示的数值可以写成按321位权展开的多项式之和，例如（765.123）=7×8+6×8+5×8+1×80-1-28+2×8+3×8。（4）十六进制数
十六进制有16个数码，即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，基数为16，按“逢16进1，借1当16”的原则进行计数。十六进制表示的数值可以写成按位权展开的多项式之和，例如3210-1-2（9B5.A2F）=9×16+B×16+5×16+A×16+2×16+F×16。16
同一数值可以采用不同的进制进行表示，表示的结果不同，但其数值大小保持不变。表2-1给出了二进制、八进制、十进制和十六进制之间的进位计数方法比较。
2.不同进制之间的转换（1）任意进制数转换成十进制数
十进制是人们使用最为广泛的一种进制，任意进制数转换成十进制数的基本方法是采用“按权展开法”。
例2.1 将二进制数101101101.1010转换成十进制数。87654
解：（101101101.1010）=1×2+0×2+1×2+1×2+0×2+1×23210-1-2-3-42+1×2+0×2+1×2+1×2+0×2+1×2+0×2
=256+64+32+8+4+1+0.5+0.125
=（365.625）10
例2.2 将八进制数726.51转换成十进制数。210-1-2
解：（726.51）=7×8+2×8+6×8+5×8+1×88
=448+16+6+0.625+0.015625
=（470.640625）10
例2.3 将十六进制数A2B5.9转换成十进制数。3210-1
解：（A2B5.9）=A×16+2×16+B×16+5×16+9×1616
=40960+512+176+5+0.5625
=（41653.5625）10（2）十进制数转换成其他进制数
将十进制数转换成其他任意进制数，对于整数部分和小数部分分别采取不同的转换方法。
十进制数整数部分转换成其他进制数（R进制）采用除R取余法，基本规则是“除R取余，自下而上”。十进制数小数部分转换成其他进制数（R进制）采用乘R取整法，基本规则是“乘R取整，自上而下”。
例2.4 将十进制数91.125转换成二进制数。
解：
整数部分：（91）=（1011011）102
小数部分：（0.125）=（0.001）102
所以，（91.125）=（1011011.001）102
上例中将十进制数转换成二进制数，整数部分采取“除2取余”的方法，即将整数部分连续除以2，直到商为0，分别取余数部分，并按从高到低进行排序，所得的结果为转换后的二进制数的整数部分；小数部分采取“乘2取整”的方法，即将小数部分连续乘以2，直到小数部分为0或取到有效位数为止，分别取其整数部分，并按从高到低进行排列，所得的结果为转换后的二进制数的小数部分。
同理，将十进制数转换成八进制数，整数部分采取“除8取余，自下而上”、小数部分采取“乘8取整，自上而下”的原则进行；将十进制数转换成十六进制数，整数部分采取“除16取余，自下而上”、小数部分采取“乘16取整，自上而下”的原则进行。（3）二进制数与八进制数之间的相互转换
将二进制数转换成八进制数的基本方法：将二进制数从小数点开始分别向左（整数部分）和向右（小数部分）每3位二进制数码分成一组，转换成八进制数码中的一个数字，连接起来。不足3位时，对原数值用0补足3位。
例2.5（11110010.1110011）转换为八进制数。2
解：
二进制3位分组：011 110 010 . 111 001 100
转换成八进制数：3 6 2 . 7 1 4
所以，（11110010.1110011）=（362.714）。28
将八进制数转换成二进制数的基本方法：将每一位八进制数写成相应的3位二进制数，再按顺序排列好。
例2.6 把八进制数（2376.14）转换为二进制数。8
解：
八进制1位：2 3 7 6 . 1 4
二进制3位：010 011 111 110 . 001 100
所以，（2376.14）=（10011111110.0011）。82（4）二进制数与十六进制数之间的相互转换
二进制数与十六进制数之间相互转换的基本方法：二进制数与十六进制数的转换是将4位二进制数码为一组对应成1位十六进制数，而十六进制数与二进制数的转换是将十六进制数的1位与二进制数的4位数相对应，再按顺序排列好。
例2.7 把二进制数（110101011101001.011）转换为十六进制2数。
解：
二进制4位分组：0110 1010 1110 1001 . 0110
转换成十六进制数：6 A E 9 . 6
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]