作者：曲宏山,李浩
出版社：高等教育出版分社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
大学计算机基础(工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材)试读：
前言
本书根据教育部计算机基础教学指导委员会、教育部文科计算机基础教学指导委员会制定的《关于高等学校计算机基础教学基本要求》而编写。
本书以 Windows 7 为平台，以知识模块为主线组织内容。内容涵盖了计算机的基本原理、基本知识、基本方法、基本操作，目的在于培养学生的计算机应用能力。全书分为上下两篇：上篇是大学计算机基础部分，主要内容包括计算机基础知识、操作系统基础、计算机网络基础、办公软件（字处理软件Word、电子表格软件Excel、演示文稿软件PowerPoint）的使用、信息安全技术基础、多媒体技术基础、程序设计基础、数据库技术基础等。下篇是实验指导部分，包括十六个实验，内容涵盖了计算机基础部分的各个知识点，如计算机认识实验、计算机网络实验、Office办公软件实验、数据库应用实验等。
本书注重培养学生学习和使用计算机的能力，使学生能够在有限的学习时间内较全面地掌握计算机的基本知识和基本技能，提高学生的计算机应用能力。本书由教学一线教师编写，力求结构安排合理，重点突出；语言表述清楚，通俗易懂。书中配有大量的例题、习题，便于学生自学。书中的实验指导部分为上机实验提供了详细的讲解，帮助学生加深对教材内容的理解，同时也有助于学生动手能力的培养。
本书由曲宏山、李浩任主编，并负责全书的通稿。焦合军、张治国、赵群力、刘维奇、王佳欣等参加了本书基础理论部分及实验指导部分的编写工作，在此表示感谢。
由于时间紧迫以及作者水平有限，书中难免有不足之处，请读者批评指正。编者2014年6月上篇基础理论部分第1章计算机基础知识
自从1946年诞生第一台计算机以来，计算机技术得到了迅猛发展。尤其是微型计算机的出现以及互联网的发展，使得计算机及其应用已渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会信息化的发展。掌握和使用计算机已成为现代社会必不可少的知识与技能。
本章首先介绍了计算机的一些基本知识，主要包括计算机的发展历史、计算机的分类，计算机的主要应用领域及计算机的发展趋势。接下来介绍了计算机的组成和工作原理，以及信息在计算机中的表示与存储。最后介绍了目前广泛使用的微型计算机系统组成。通过本章的学习，使读者对计算机有个初步认识，为今后学习计算机的应用技术打下良好的基础。
本章要点
● 了解计算机的发展简史
● 掌握计算机的软、硬件组成
● 了解计算机的基本工作原理
● 掌握常用的进位计数制及其相互转换
● 了解微型计算机的组成1.1 计算机概述
计算机的全称是电子数字计算机，是一种能够快速、高效地对各种信息进行存储和处理的电子设备。它按照事先编写的程序对信息进行收集、存储、传递、分编、判断等。计算机最早用于数值计算，随着计算机技术和应用的发展，如今计算机已成为进行信息处理必不可少的一种工具。1.1.1 计算机发展简史
1．第一台电子计算机的诞生
1946年2月，美国宾夕法尼亚大学研制出了第一台电子数字积分计算机（electronic numerical integrator and calculator，ENIAC），中文译为埃尼阿克。它标志着第一代计算机的诞生。该机一直服役到 1955年，这是世界上首台真正能自动运行的电子计算机。这台计算机使用了 18 000 多个电子管，5 000 多个继电器，占地约 170 平方米，重达 30 吨，功耗达 150 千瓦/小时，当时价值40万美元。虽然其运算速度仅每秒5 000次加法运算，还是比当时的继电器计算机快1 000倍。
计算机的诞生标志着人类在长期生产劳动中制造和使用的各种计算工具（如算盘、计算尺、手摇计算机、机械计算机等）的能力，发展到了一个新的阶段，同时也标志着人类电子计算机时代的到来，具有划时代意义。
2．计算机发展阶段
从第一台电子计算机问世至今，按照构成计算机的电子元器件的类型，一般把计算机的发展阶段分为四代。（1）第1代计算机（1946～1958年）。第1代计算机是电子管计算机，采用电子管作为计算机的逻辑元件，内存容量仅为几千个字，运算速度为每秒几千到几万次基本运算。它采用二进制表示的机器语言或汇编语言编写程序，主要用于军事和科研部门进行数值运算。
第1代计算机的典型代表是1946年美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（Von Neumann）博士与他的同事们设计的存储程序计算机EDVAC（electronic discrete variable automatic computer，埃德瓦克）。它的设计与ENIAC不同，体现了“存储程序原理”和“二进制”的思想，冯·诺依曼型计算机结构体系对后来计算机的发展有着深远影响。（2）第2代计算机（1958～1964年）。第2代计算机是晶体管电路计算机，采用晶体管作为计算机的主要逻辑部件，体积减小，重量减轻，成本下降，能耗降低，可靠性得到了提高。运算速度提高到每秒几十万次基本运算，内存容量扩大到几十万字。代表机型有IBM公司的IBM 7090、IBM 7094、IBM 7040、IBM 7044等。（3）第3代计算机（1964～1975年）。第3代计算机的基本电子元器件由集成电路（Integrated Circuit）构成。这一时期的计算机开始使用操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。高级程序设计语言在这个时期有了很大发展。代表机型有IBM 360系列计算机，IBM 370计算机等。（4）第4代计算机（1975年至今）。第4代计算机采用大规模集成电路（large scale integration，LSI）和超大规模集成电路（very large scale integration，VLSI）技术，在硅半导体基片上集成几百到几千甚至几万个以上的电子元器件。计算机的运算速度可达每秒几百万次甚至上亿次基本运算。软件配置空前丰富，出现了分布式操作系统、数据库系统等软件。
1981年10月日本首先提出“第五代计算机”的概念，并指出第五代计算机系统将是以词组逻辑为基础的知识信息处理系统。计算机的主要功能将从信息处理上升为知识处理，使计算机具有人类的某些智能，称为人工智能计算机。1.1.2 计算机的分类
电子计算机的种类很多，通常按以下几种情况分类。
1．按处理数据的方式分类
计算机可分为模拟计算机和数字计算机。模拟计算机处理的是连续变化的物理量；数字计算机处理的是非连续变化的数字量。目前绝大部分计算机是数字计算机。
2．按应用范围分类
计算机可分为专用计算机和通用计算机。专用计算机是为某个特定目的而设计的计算机，通常作为设备的一部分安装在其内部，如数控机床、收款机等。通用计算机即目前广泛使用的计算机，其结构较为复杂，但功能强，用途广泛，能解决多种类型的问题。
3．按规模分类
按照计算机的运算速度、字长、存储容量、软件配置等多方面的综合性能指标将计算机分为巨型机、大型机、小型机、工作站、服务器和微型机等几类。
巨型机的研制水平、生产能力及其应用程度已成为衡量一个国家经济实力和科技水平的重要标志。作为高科技发展的要素，巨型机早已成为世界各国经济和国防方面的竞争利器。经过我国科技工作者几十年不懈地努力, 我国的高性能计算机研制水平显著提高，成为继美国、日本之后的第三大高性能计算机研制生产国。目前，巨型机的运算速度可达每秒千万亿次运算。我国在巨型机研制上也取得了可喜的成果，先后研制了天河、银河、曙光、神威等巨型计算机。
大型机通用性强、具有很强的综合处理能力、性能覆盖面广，主要应用在公司、银行、政府部门、社会管理机构和制造厂家等，通常人们称大型机为“企业级”计算机。
小型机机器规模较小、结构较大型机简单。小型机应用范围广泛，如用在工业自动控制、大型分析仪器、测量仪器、医疗设备中的数据采集、分析计算等，也用作大型、巨型计算机系统的辅助机，并广泛用于企业管理以及大学和研究所的科学计算等。
工作站是具有较高的运算速度和较强的网络通信能力，有大型机或小型机的多任务和多用户功能，同时兼有微型计算机操作便利和人机界面友好的特点。工作站具有很强的图形交互能力，因此在工程设计领域得到广泛使用。
服务器一般具有大容量的存储设备和丰富的外部接口，运行网络操作系统，要求较高的运行速度，为此很多服务器都配置双CPU。服务器常用于存放各类资源，为网络用户提供丰富的资源共享服务。
微型计算机简称微机，是当今使用最普及、产量最大的一类计算机，体积小、功耗低、成本少、灵活性大，性能价格比高，是目前广泛使用的一种计算机。我们一般所说的计算机都是指微型机，也称作电脑或微机。1.1.3 计算机的主要特点
1．运算速度快
计算机的运算速度又称处理速度，用每秒钟可执行百万条指令（MIPS）来衡量。现代一般计算机每秒可运行几百万条指令即几个MIPS，巨型机的运行速度可达数百MIPS，数据处理的速度相当快。
2．计算精度高
在进行科学计算时，要求具有高度准确的计算结果。由于数据在计算机内部都是采用二进制数字进行运算，数的精度主要取决于这个数的二进制码的位数。随着计算机字长的增加和配合先进的计算技术，计算精度不断提高，可以满足各类复杂计算对计算精度的要求。
3．存储容量大
计算机的存储器就像人类的大脑，可以记忆（存储）大量的数据和信息。存储器不但能够存储大量的数据与信息而且能够快速准确地找到或取出这些信息。如微机目前一般的内存容量在几百兆字节甚至几千兆字节。再加上大容量的硬盘、光盘等外部存储器，实际存储容量已达到海量。计算机的这种存储信息的能力，使它们成为信息处理的有力工具。
4．具有逻辑判断力
计算机既可以进行算术运算也可以进行逻辑运算，这也是计算机能实现信息处理自动化的重要原因。冯·诺依曼结构计算机的基本思想就是先将程序输入并存储在计算机内，在程序执行过程中，计算机会根据上一步的执行结果，运用逻辑判断自动确定下一步该执行哪一条指令。能进行逻辑判断，使计算机不仅能对数值数据进行计算，也能对非数值数据进行处理，使计算机能广泛应用于非数值数据处理领域，如信息检索、图像识别等。
5．可靠性高和通用性强
由于采用了大规模和超大规模集成电路，计算机具有非常高的可靠性。无论数值还是非数值的数据，在计算机中都可以表示成二进制数的编码；无论是复杂的还是简单的问题，都可以分解成基本的算术运算和逻辑运算，并可用程序描述解决问题的步骤。所以，在不同的应用领域中，只要编制和运行不同的应用软件，计算机就够解决特定领域的问题。1.1.4 计算机的应用
计算机以其卓越的性能和旺盛的生命力，在科学技术、国民经济及生产、生活等各个方面都得到了广泛的应用。计算机包含以下主要应用领域。
1．科学计算
随着科学技术的不断发展，需要解决的数学问题越来越复杂，计算量越来越大，速度和精度要求也越来越高，用计算机进行数值计算可节省大量时间及人力。例如，一个有200个未知数的代数方程，用每秒百万次的计算机来计算，只需十几秒就能算出结果，如用人工计算，则需要几十个人算一年以上。
2．数据处理
这里的数据指计算机能够通过数字化编码来存储、处理的各种信息，因此往往又称之为信息处理。在科学研究和工程技术中，会得到大量的原始数据。其中包括大量图片、文字、声音等，信息处理就是对数据进行收集、分类、排序、存储、计算、传输、制表等操作。目前计算机的信息处理应用已非常普遍，如人事管理、库存管理、财务管理、图书资料管理、商业数据交流、情报检索、经济管理等。可以说，信息处理己成为当代计算机的主要任务、成为现代化企业和社会管理的基础。据统计，全世界计算机用于数据处理的工作量占全部计算机应用的80%以上。
3．自动控制
使用计算机进行自动控制可大大提高控制的实时性和准确性，提高劳动效率、产品质量，降低成本，缩短生产周期，因此被广泛用于钢铁企业、石油化工业、医药工业等生产过程中。
此外，计算机自动控制还在国防和航空航天领域中起着决定性作用，例如，无人驾驶飞机、导弹、人造卫星和宇宙飞船等飞行器的控制，都是靠计算机实现的。因此，可以说计算机是现代国防和航空航天领域的神经中枢。
4．计算机辅助系统
使用计算机可以辅助人们完成许多工作任务，如CAD、CAI等。
CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计），指在计算机系统支持下完成各类工程设计及相关计算、建模和仿真的过程。目前CAD技术已广泛应用于飞机设计、船舶设计、建筑设计、机械设计、工程设计、大规模集成电路设计等。
CAI（Computer Aided Instruction，计算机辅助教学）是指用计算机来辅助完成教学过程中知识的组织和展现，或模拟某个实验的过程。
CAM（Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）、CAT（Computer Aided Test，计算机辅助测试）、CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）等。
5．办公自动化
办公自动化的主要特征是使用计算机进行文字处理、表格处理、语音处理、图形图像处理、电子邮件、电子会议、文档管理等。除了用计算机作为信息处理工具外，办公自动化还包括复印机、传真机、通信工具等。
6．人工智能
人工智能（Artificial Intelligence，简称AI），指计算机模拟人类某些智力行为的理论、技术和应用。例如，用计算机模拟人脑的部分功能进行思维、学习、推理、联想和决策，使计算机具有一定“思维判断能力”甚至“决策能力”。人工智能的典型应用有机器人、各行各业的专家系统等。
7．多媒体技术应用
采集、存储、处理、传递音频、视频、图像等信息，在医疗、教育、商业、银行、保险、行政管理、军事、工业、广播和出版等领域中得到广泛应用，随着网络技术的应用，视频点播、IP电话、网络会议、网络教育等得到了快速的发展。
8．网络与通信
计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络的建立促进了各种软、硬件资源的共享，目前遍布全球的互联网，已把地球上的大多数国家联系在一起，信息共享、文件传输、电子商务、电子政务等领域迅速发展，使得人类社会信息化程度日益提高，为人类的生产、生活的各个方面都提供了便利。1.1.5 计算机的发展趋势
计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一，产品不断升级换代。当前计算机正朝着巨型化、微型化、智能化、网络化等方向发展，计算机本身的性能越来越优越，应用范围也越来越广泛，从而使计算机成为工作、学习和生活中必不可少的工具。计算机技术的发展主要有以下5个特点。
1．巨型化
巨型化是指发展高速、大存储量和强功能的巨型计算机。巨型计算机主要应用于天文、气象、地质、核反应、航天飞机和卫星轨道计算等尖端科学技术领域和国防事业领域，它标志一个国家计算机技术的发展水平。目前运算速度为每秒几百亿次到上万亿次的巨型计算机已经投入运行，并正在研制更高速的巨型计算机。
2．微型化
微型化是指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积进一步缩小，价格进一步降低。自从1971年微型计算机问世以来，在短短的30多年内，微型计算机得到了极为迅速的发展，硬件与软件技术不断升级换代，价格不断下降，并且广泛地应用到社会生活的各个方面。近年来，各种便携式计算机的大量问世和使用，是计算机微型化的一个标志。将来计算机体积会更小，速度更快，功能更强大，形成一个便于携带的个人信息中心；计算机的使用将越来越简单，如同使用普通电器。
3．智能化
智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算机成为智能计算机。这也是目前正在研制的新一代计算机要实现的目标。智能化的研究包括图像识别、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等。目前，已研制出多种具有人的部分智能的机器人。
4．网络化
网络化是计算机发展的又一个重要趋势。从单机走向联网是计算机应用发展的必然结果。所谓计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网络结构。网络化的目的是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上的用户共享。目前，大到世界范围的通信网，小到实验室内部的局域网已经很普及，因特网（Internet）已经连接包括我国在内的150多个国家和地区。由于计算机网络实现了多种资源的共享和处理，提高了资源的使用效率，因而深受广大用户的欢迎，得到了越来越广泛的应用。
5．多媒体
多媒体计算机是当前计算机领域中最引人注目的高新技术之一。多媒体计算机就是利用计算机技术、通信技术和大众传播技术，来综合处理文本、视频图像、图形、声音、文字等媒体信息的计算机。多媒体计算机将真正改善人机界面，使计算机朝着人类接受和处理信息的最自然的方式发展。1.2 计算机系统的组成与工作原理1.2.1 计算机系统组成
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图1-1所示。
硬件系统是构成计算机系统的物理部件。包括中央处理器、内部存储器、输入设备、输出设备及辅助存储器等。
软件系统是指各种软件及相应的说明文件等。软件按其功能又可以分为系统软件和应用软件。系统软件是指为方便用户、提高计算机系统的效率、扩充硬件功能而编制的程序。如操作系统、汇编程序、编译程序、数据库管理系统等。应用软件是指用户为解决某一特定问题而编制的程序。如学生信息管理系统、银行的储蓄结算系统等。图1-1 计算机系统组成1.2.2 计算机硬件组成
计算机硬件是能够看得见、摸得着的实体，它是由一组设备组装而成的，将这些设备作为一个统一体协调运行，故称之为硬件系统。计算机硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成，如图1-2所示。图1-2 计算机系统的硬件组成
1．运算器（ALU）和控制器（CU）
运算器又名算术逻辑部件（ Arithmatic Logic Unit，ALU），它是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（ALU）、累加器和通用寄存器组成。控制器是分析和执行指令的部件，也是统一指挥和控制计算机各个部件按时序协调操作的部件，它通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。
运算器和控制器是计算机的核心部件，通常将这两个部件集成在一块芯片上，称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。微型机的中央处理器又称为微处理器。
2．存储器
存储器是计算机用来存储二进制信息（程序和数据）的重要部件，是计算机各种信息的存储和交流中心。存储器可以与CPU、输入输出设备交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用。（1）存储器分类。存储器根据其存储介质，存取速度及使用上的差别又分为内部存储器（又称主存储器）和辅助存储器（又称外存储器）。
① 内部存储器（内存）。
一般所说的存储器是指内部存储器，又称为内存。计算机上运行的程序和数据都是存放在内部存储器中。存储器容量是指存储器能存放二进制信息的位数或字节数。
内部存储器一般由半导体存储器构成，它具有容量较小，读写速度较快等特点。内部存储器可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM 允许随机地按任意指定地址的存储单元进行存取信息。由于信息是通过电信号写入随机读写存储器的，在计算机断电后，RAM中的信息就会丢失。
ROM中的信息只能读出而不能随意写入。ROM中的信息是厂家在制造时用特殊方法写入的，断电后其中的信息也不会丢失。ROM中一般存放一些重要的、且经常要使用的程序或其他信息，以避免其受到破坏。
② 辅助存储器（外存）。
内部存储器虽然速度快，但受制造工艺限制，容量扩充有限，且价格较贵。于是人们开发了各种辅助存储器，作为计算机的外部设备，所以又称之为外存储器（外存）。
外存与内存相比，存储容量大、成本低、存取速度慢、可以永久地保存数据，并可根据需要再将数据读入内存中。常用的外存有软盘、硬盘、磁带、光盘等。（2）存储器有关术语。计算机中的任何信息都是以二进制编码形式存储的，即以0和1的形式存在。计算机信息的单位通常用“位”“字节”和“字”等。
① 位（bit）。位是度量数据的最小单位，表示一位二进制信息。一个二进制位可以表示0或1两种不同状态。
② 字节（Byte）。一个字节由8位二进制数字组成（1 Byte=8 bit）。字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本单位。
计算机中的信息容量通常都是按2的幕次方数来计算的，如102=1 024。例如，说一个文件的大小为1K，即意味着该文件存储需要1 024个字节的存储空间，也就是1 024×8个二进制位。
计算机的存储器通常是以多少字节来表示容量的。常用的单位有Byte（字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）。
1 B=8 bit10
1 KB=2B=1 024 Byte20
1 MB=2B=1 024 KB=1 024×1 024 Byte30
1 GB=2B=1 024 MB=1 024×1 024 KB=1 024×1 024×1 024 Byte40
1 TB=2B=1 024 GB=1 024×1 024 MB=1 024×1 024×1 024 KByte
3．输入设备
输入设备是用来输入原始数据的设备，输入的信息有数字、字母和控制符等，这些符号在计算机中都是用二进制码来表示的。
目前常用的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪、磁带输入机、光笔、CD-ROM、DVD-ROM、数字化仪、触摸屏、数码相机和数码摄像机等。
4．输出设备
输出设备是用来表示计算机处理结果或中间结果的设备。一般是以十进制数、字符、图形、表格等形式显示或打印出来。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音响设备等。有些设备既可以作为输入设备，也可以作为输出设备，如软盘驱动器、硬盘、磁带机等。1.2.3 计算机软件
计算机软件是指在计算机硬件上运行的各种程序以及有关的文档资料。使用不同的计算机软件，可以让计算机完成许多不同的工作。
1．计算机软件的分类
计算机软件一般分为系统软件和应用软件两大类。
系统软件是指与计算机系统有关的面向系统本身的软件。主要负责管理、控制、维护、开发计算机的软硬件资源，提供给用户一个便利的操作界面和提供开发应用软件的资源环境。
系统软件中最主要的是操作系统，另外还包括语言处理系统、数据库管理系统等。
应用软件是由计算机用户在各自的业务领域内开发和使用的、用于解决各种实际问题的应用程序。
应用软件种类繁多。例如，用于科学计算的软件，各类办公软件如WPS、Office等，财务软件如金蝶、用友等，计算机辅助设计软件如AutoCAD等，图形图像处理软件如Photoshop、3D Studio等，计算机辅助教学软件，病毒防治软件如KV系列软件、瑞星杀毒软件等，休闲娱乐软件如各种游戏软件等。
2．常用软件介绍（1）操作系统。
自20世纪50年代操作系统问世以来，已有几百种操作系统，被广泛使用的通用操作系统有MS-DOS、Windows、UNIX、Linux等。
DOS是微软（Microsoft）公司推出的单用户、单任务、16 位微机操作系统。DOS由于功能简单，无法适应硬件的发展和用户的需求，已被新一代操作系统所取代，但在一些特殊场合还有可能用到。
Windows操作系统是Microsoft公司推出的单用户、多任务、基于图形用户界面的计算机操作系统。该系列操作系统包括Windows 95、Windows NT、Windows 98、Windows 2000、Windows XP、Windows Vista、Windows 7和最新的Windows 8、Windows 8.1。它们是目前使用最为广泛的一类操作系统。
UNIX是多用户多任务操作系统的典型代表。UNIX具备现代操作系统的几乎所有特征，功能强大、可靠性高、安全性好，深受专业用户喜爱。在军事、金融、交通、网络等要求较高的重要部门有广泛应用。但UNIX系统复杂、版本众多，所以使用UNIX的普通用户较少。
Linux是一种类似UNIX的操作系统。最初的Linux核心程序是由一名芬兰赫尔辛基大学的本科生Linus Torvalds于1990年编写的。由于Linux采用了自由软件这种提供源代码并允许自由拷贝、修改的发行方式，在Internet上以惊人的速度扩散。Linux已迅速成长为安全、稳定、实用且对硬件要求不高的系统。（2）程序设计语言。
计算机语言就是人与计算机之间交换信息的工具。人们利用计算机语言编写程序，让计算机按人的要求替人们解决一些实际问题。为了完成某项特定任务用计算机语言编写的一组指令序列就称之为程序。
计算机语言的发展经历了机器语言、汇编语言、高级语言等从低级到高级的发展阶段。机器语言是一种面向计算机的程序设计语言，用它所设计的程序是目标程序，可移植性较差。汇编语言是一种接近机器语言的符号语言。高级语言是一种完全符号化的语言，其中采用自然语言中的词汇和语法习惯，容易为人们理解和掌握；它完全独立于具体的计算机，编写的程序为源程序，具有很强的可移植性。
从20世纪50年代起，人们陆续开发了几百种高级语言，旧的计算机语言在不断被淘汰，新的计算机语言还在不断出现。比较典型的高级程序设计语言有：FORTRAN、PASCAL、BASIC、C、C++、C#和JAVA等。
随着 Windows等图形用户界面的出现，计算机软件厂商纷纷推出“可视化程序设计语言”，即计算机语言的可视化设计版本。如Visual C++，Visual Basic等。（3）数据库管理系统。
数据库管理系统（Data Base Management System，DBMS）：以数据库的方式组织和管理数据，通过DBMS实现数据的整理加工、存储、检索和更新等日常管理工作。DBMS功能有：对数据库的建立与维护功能；对数据库中的数据进行排序、检索和统计的功能；数据或查询结果的输出功能；方便的编程功能；数据的安全性、完整性以及并发控制等功能。
目前常用的数据库管理系统有Microsoft Access、Microsoft SQL Server、Oracle、Sybase、Visual FoxPro。（4）应用软件。
文字处理软件专门用于各种文字处理的应用软件，提供了文字的输入、编辑、格式处理，页面布置，图形插入，表格编辑等功能，使人们可以在它所提供的环境中轻松处理自己的文章、著作。如微软Word、金山WPS等。
图形图像处理软件主要用于图像图形处理。如AutoCAD是目前广泛应用的计算机绘图软件。3DS Max 是 AutoDesk 公司推出的多功能、真实感强、具备实体造型功能的三维动画软件。Photoshop是Adobe公司出品的专门用作平面图像处理的应用软件。（5）其他专用软件。
用于输入、存储、修改、检索、报表制作等各种信息管理的软件，如财务管理系统、仓库管理系统、人事档案管理系统、设备管理系统、计划管理系统等。1.2.4 计算机的基本工作原理
计算机的基本工作原理就是存储程序和控制程序。基本工作过程是预先将指挥计算机工作的指令序列（称为程序）和原始数据输入到计算机的内存中，其中的每一条指令明确规定了计算机从哪个地址读取数据，进行哪些操作，然后送到什么地方去等步骤。计算机在运行时首先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码器接受指令要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等，然后再根据指令中提供的地址把结果送到内存中去。然后按照同样的步骤取出下一条指令，在控制器指挥下完成规定的操作，直到遇到停止指令为止。数据和程序按照相同的方式存储。计算机的这一工作原理最初是由美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于 1945年提出的，故称冯·诺依曼原理。
冯·诺依曼结构计算机必须具有以下部件。（1）存储器。用于存储需要执行的程序和程序执行过程中需要的数据。（2）输入设备。用于输入程序和数据。（3）运算器。完成程序中指定的各种算术运算、逻辑运算和数据传送等。（4）控制器。根据运算的结果和程序的需要控制程序的走向，并根据指令控制机器各部分的协调操作。（5）输出设备。按需要输出处理结果。
指令的执行过程分为以下4个步骤。（1）取指令。按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。（2）分析指令。对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。（3）执行指令。由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。（4）一条指令执行完成后，指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后回到（1）。1.3 信息在计算机中的表示
不论是指令还是数据，若想让计算机识别并执行都必须采用二进制编码形式，即使是图像、声音这样的信息，也必须转换成二进制数的形式，计算机才能识别。因此，要了解计算机如何进行工作就必须了解信息编码、数制与二进制的概念以及不同数制之间的转换。1.3.1 信息编码的概念
所谓信息编码，就是采用少量基本符号（数码）和一定的组合原则来区别和表示信息。在计算机中，信息编码的基本元素是0和1两个数码，称为二进制码。计算机采用二进制码0和1的组合来表示所有的信息称为二进制编码。计算机存储器中存储的都是由0和1组成的信息编码，它们分别代表各自不同的含义，有的表示计算机指令与程序，有的表示二进制数据，有的表示英文字母，有的则表示汉字，还有的可能是表示色彩与声音。它们都分别采用各自不同的编码方案。
与十进制码相比，二进制码并不符合人们的习惯，但是计算机内部仍采用二进制编码表示信息，其主要原因有以下几点。
1．容易实现
二进制数中只有0和1两个数码，易于用两种对立的物理状态表示。如用开关的闭合或断开两种状态分别表示1和0；用电脉冲有或无两种状态分别表示1和0。一切有两种对立稳定状态的器件（即双稳态器件），均可以表示二进制的0和1。而十进制数有10个数码，则需要一个10稳态的器件，显然设计前一类器件要容易得多。
2．可靠性高
计算机中实现双稳态器件的电路简单，而且两种状态所代表的两个数码在数字传输和处理中不容易出错，因而电路可靠性高。
3．运算简单
在二进制中算术运算特别简单，加法和乘法仅各有3条运算规则如下。
加法：0+0=0，0+1=1，1+1=10。
乘法：0×0=0，0×1=1×0=0，1×1=1。
因此可以大大简化计算机中运算电路的设计。相对而言，十进制的运算规则复杂很多。
4．易于逻辑运算
计算机的工作离不开逻辑运算，二进制数码的1和0正好可与逻辑命题的两个值“真（True）”与“假（False）”，或“是（Yes）”与“否（No）”相对应，这样就为计算机进行逻辑运算和在程序中的逻辑判断提供了方便，使逻辑代数成为计算机电路设计的数学基础。1.3.2 计算机内数的表示与转换
1．常用的进位计数制
数的进位制有十进制、二进制、八进制和十六进制等。十进制数是我们日常生活中最常用的数制形式；二进制是计算机内部采用的编码形式；八进制和十六进制是二进制的缩写形式。（1）十进制。有十个不同的数码符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，计数特点是每一个数码符号根据它在数中所处的位置（数位），按“逢十进一”来决定其实际数值（即各数位的位权是以10为底的幂次方）基数为10。如十进制数2658.23可写成：3210−1−2
2658.23=2×10+6×10+5×10+8×10+2×10+3×10
十进制是人们习惯使用的计数方式，在计算机应用中用户仍使用十进制数据，通过计算机自动转换为二进制数据。（2）二进制。二进制有两个不同的数码符号 0和 1，计数特点是“逢二进一”，基数为 2。
计算机中数的存储和运算都是用二进制进行的。任何一个二进制数，同样可以用多项式之和来表示，如：3210–1−2（1001.11）=1×2+0×2+0×2+1×2+1×2+1×22（3）八进制。有八个不同的数码符号，0、1、2、3、4、5、6、7，计数特点是“逢八进一”，基数为8。例如，八进制数7+1=10而不是8。一个八进制数653.27可表示为：210−1−2（653.27）=6×8+5×8+3×8+2×8+7×88（4）十六进制。十六进制有十六个不同的数码符号，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，计数特点是“逢十六进一”，基数为16。例如，十六进制数F+1=10，9+1=A而不是10。一个十六进制数8B.D可表示为：10−1（8B.D）=8×16+11×16+13×1616
常用的几种进位计数制表示的方法及其相互之间对应关系如表1-1所示。表1-1 4种进位制对照表
进位制在书写时有两种表示方法。（1）把一串数用括号括起来，再加这种数制的下标2、8、10、16。如：（10100011）=（243）=（163）=（A3）。281016（2）在数字的后面加上进制的字母符号 B（二进制）、O（八进制）、D（十进制）、H（十六进制）来表示。如：10100011B=243O=163D=A3H。
2．数制的转换（1）十进制数转换为二（八、十六）进制数。
将十进制数转换为基数为二（八、十六）的数制时，可将此数分成整数和小数两部分分别进行转换，然后再拼接起来。
整数部分：除2（8或16）取余数，余数从下向上依次从高位到低位排列。
小数部分：乘2（8或16）取整数，整数从上到下依次从高位到低位排列。【例1.1】将十进制数29.6875转换为二进制数。
整数部分：（29）=（11101）102
小数部分：（0.6875）=（0.1011）102
即：（29.6875）=（11101.1011），注意：整数部分要除到102商为0，小数部分乘到0或达到要求的精度为止（小数部分可能永远不为零）。（2）二（八、十六）进制数转换成十进制数。基数为二（八、十六）进制的数字，只要将其各位数字与它的位权相乘，其积相加，得到的数就是十进制数。【例1.2】将二进制数（11010111.11001）转换成十进制数。2（11010111.11001）276543210-1-2
=1×2+1×2+0×2+1×2+0×2+1×2+1×2+1×2+1×2+1×2-3-4-5
+0×2+0×2+1×2
=215+0.78125
=（215.78125）10【例1.3】将十六进制数（D7.C8）转换成十进制数。16（D7.C8）1610-1-2
=13×16+7×16+12×16+8×16
=（215.78125）10（3）二、八、十六进制数之间的相互转换。一般来说，3位二进制数可用1位八进制数表示，4位二进制数可用1位十六进制数表示，这样就可以将二进制数通过不同数位的组合构成新的八进制或十六进制数。
① 二进制数转换成八（十六）进制数。
转换方法：以二进制数小数点为中心，向左右两边各分成3位（4位）一组，中间的0不能省略。若最高位或最低位不足3位（4位）的，分别补0即可。【例1.4】将二进制数（11010111.11001）转换成十六进制数。2
② 八（十六）进制数转换成二进制数。
将八（十六）进制数的每一位数分别扩展成3位（4位）二进制数，排列顺序和小数点位置不变，并去掉两端的多余的0即可。【例1.5】将十六进制数（D7.C8）转换成二进制数。161.3.3 字符的表示
计算机中的数字和字符都是用二进制表示的，而人们已习惯于使用十进制数及其他文字符号，那么输入输出时，数据就要进行相应的转换处理。为此，首先要对文字和符号进行数字化变换，即用二进制编码来表示文字和符号。字符编码（Character Code）就是用二进制编码来表示字母、数字以及专门符号。下面简要介绍ASCII码和汉字编码。
1．ASCII码
目前计算机中普遍采用的字符信息编码方案是 ASCII 码，即美国信息交换标准代码（American Standards Code for Information Interchange，ASCII）。ASCII码包括0～9十个数字，大小写英文字母52个，控制字符33个，各种标点符号和运算符号32个。ASCII码由77位二进制数编码组成，有128（2=128）个不同符号，由于计算机中实际用8位表示一个字符，故ASCII码的最高位用作校验位，其他7位记录数字符号的编码。
2．汉字编码
ASCII 码只能表示英文字母和数字等符号，要用计算机处理汉字，还必须对汉字进行编码处理。与西文字符比较，汉字数量大，字形复杂，同音字多，所以汉字在计算机内部的存储、传输、交换、输入、输出过程中所使用的编码是不同的。（1）汉字输入码。
目前在计算机上输入汉字使用最多的仍是标准西文键盘，要使用西文标准键盘输入汉字，就必须为汉字设计对应于各个键位的编码，以适应计算机输入汉字的需要。所谓汉字输入码，就是汉字按某种规则所对应的西文键盘上的键位序列。
根据汉字的笔画和偏旁建立这种对应关系所形成的汉字编码称为字型码，如五笔字型编码。根据汉字的读音建立这种对应关系，所形成的汉字编码称为音码，如目前流行的智能ABC、微软拼音等。同时根据汉字的笔画、偏旁和读音建立这种对应关系，所形成的汉字编码称为音型码，如自然码等。（2）国标码、区位码和顺序码。
1980年我国颁布了《信息交换用汉字编码字符集·基本集》（代号为GB2312-80），共收录了6 763个常用汉字和682个非汉字字符（图形、符号），因而这种字符对应的十六进制编码称为国标码。
GB2312-80还规定，所有的国标汉字与符号组成一个94×94的矩阵，在此方阵中，每一行称为一个“区”（区号为01-94），每一列称为一个“位”（位号为01-94），该方阵实际组成了一个94个区，每个区内有94个位的汉字字符集，每一个汉字或符号在码表中都有一个唯一的位置编码，这个位置编码分别用2个十进制数表示，这就叫该字符的区位码。
用区位码表示汉字的优点是无重码，而且输入码与内部编码的转换方便。但在实际使用时，由于它与汉字音形意间缺乏明显的联系，记忆十分困难，必须先在表中查找汉字并找出对应的代码，才能输入。
国标码和区位码均以数字对汉字进行编码，因此统称为顺序码。
为加强与港、澳、台及日本、韩国等的信息交流，1995年我国又颁布了《汉字内码扩展规范（GBK）》1.0版（大字符集）。GBK 内码体系共有27 484 个汉字码位，共收集了20 902 个汉字，字数是 GB2312 的 3 倍，收集的汉字包含大部分的冷僻字、繁体字等。GBK 的优点是与现行的GB2312-80内码体系兼容，而且是等长双字节代码，码长较短，通信、处理、存储都比较小，是GB2312-80的理想换代标准。（3）汉字机内码。
汉字的机内码是计算机系统内部对汉字进行存储、处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内码。（4）汉字字型码。
目前，输出汉字都是用字形，而字形又是用点阵表示的，每个汉字对应一个点阵，所有汉字字形点阵信息的集合称为汉字字库。根据输出精度的要求，有不同密度的点阵。汉字字形点阵有16×16、24×24、32×32、64×64等。点阵规模越大，字形越美观，但占据的存储空间也越大。例如，16×16点阵，每个汉字要占32个字节（16×16÷8=32）；24×24点阵的字形码需要用72个字节（24×24÷8=72）。
汉字字库中存储了每个汉字的字形点阵代码，不同的字体（如宋体、仿宋、楷体、黑体等）对应不同的字库。输出汉字时，计算机要先根据机内码到汉字字库中找到它的字形描述信息，然后再把字形输出显示或打印。1.3.4 多媒体信息的表示
图像的表示。通过取样与量化过程将图像变换成便于计算机处理的数字形式，称为图像数字化。通常，图像在计算机内用一个数字矩阵表示，矩阵中的每一个元素称为像素。在计算机中使用若干比特位描述图像中的每个像素点。
为了方便存储和传输，通常对数字化图像进行压缩。
声音的表示。声音是一种连续变化的模拟量。为了便于计算机加工、处理和存储，可以利用“模/数”转换器对声音信号按固定的时间进行采样，从而得到数字化声音文件。
采样频率越高、量化精度越高、声道数越多，所得到的声音越逼真。为了方便存储和传输，通常对数字化声音进行压缩。1.4 微型计算机1.4.1 微型计算机概述
1．微型计算机的发展历史
微型计算机（简称微机），又叫PC（Personal Computer）机。自从1971年美国生产出世界上第一台微机以来，几乎每隔18个月，CPU的运算速度就提高一倍。1981年IBM公司将采用Intel公司的8088芯片制造的PC机投放市场，以其功能强，技术开放，价格便宜而风靡全球，从而开创了微机时代的新纪元。（1）第一代微型计算机（1971年～1972年）。采用4位或低档8位微处理器，代表产品有Intel 4004和Intel 8008等。（2）第二代微型计算机（1973年～1977年）。采用 8 位微处理器，代表产品有 Intel 8080，Motorola 6800和Zilog Z80等。（3）第三代微型计算机（1978年～1981年）。采用16位微处理器，代表产品有Intel 8086，Motorola M68000，Zilog Z8000等。（4）第四代微型计算机（1978年至今）。采用32位微处理器，代表产品有Intel Pentium系列，AMD K6，Cyrix 6x86等。
2．微型计算机的分类
前面已经介绍了计算机的各种分类方法及相应的分类结果，但由于微型计算机的广泛应用，在此有必要进一步对微型计算机分类，微型计算机可分为以下4类。（1）台式机。台式机即是放在桌上使用的 PC 机，由分离的几个部分组成。台式机一般又可分为办公用机和家庭多媒体机。（2）便携机（笔记本PC机）。自1988年年底NEC公司推出世界上第一台笔记本型PC机之后，计算机厂商竞相追求产品的轻、薄、小巧，以满足人们在外出工作或旅行时对计算机应用的需求。
将便携机称为笔记本PC机，是因为其外形像笔记本，一般表面积相当于A4纸大小，厚度在3 cm 左右，重量约 3 kg。笔记本 PC 机和台式 PC 机在系统结构和功能上已相差不多，由于它的实用性和便携性而深受用户欢迎。（3）移动PC。移动PC从外观上看与笔记本PC机完全一样，它与笔记本的区别在于：移动PC中所采用的元器件均是台式PC机中所采用的，因而价格便宜，但发热量大，比较重；移动PC一般不带电池，所以必须在有电源的地方才能使用。（4）个人数字助理。个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）是一个面向广大用户的计算和通信的设备，适用于移动办公人员使用。它不同于其他类型的计算机，具有适用的应用软件和通信能力，其特点是体积小、重量轻、以笔输入为主、功耗低、价格便宜等。1.4.2 微型计算机的组成
微机一般如图1-3所示，它由主机和输入设备、输出设备等几部分组成。其中主机包含主板、CPU、内存条、显卡、声卡、硬盘、软驱、光驱、机箱等。主机、显示器和键盘、鼠标是微机最基本的配置。
1．主机（1）主板。主板是安装在主机箱底部的一块多层印刷电路板，也被称为母板或系统板。主板上通常有CPU、存储器、输入/输出控制电路扩充插槽、键盘接口、面板控制开关等。如图1-4所示。如果把 CPU 比作人的大脑，那么主板就可比作神经系统。有了主板的支持，CPU 才可以控制硬盘、键盘、鼠标、内存等周边设备。主板是计算机系统不可缺少的部件之一，是决定计算机性能的主要因素。图1-3 微型计算机组成图1-4 主板（2）中央处理器。CPU，即中央处理器，是整个微型计算机系统的核心，也是整个微型计算机系统最高的执行单位，如图1-5所示。它负责整个系统指令的执行、数学与逻辑运算、数据存储、传送以及输入输出的控制。图1-5 CPU
从1971年由Intel公司生产出世界上第一个CPU开始，在这之后的40多年中，产品不断更新换代，在速度、功能等方面有了很大的提高。从4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器发展到目前的64位微处理器。Intel系列的CPU的型号从4004，经过8086、286、386、486、Pentium、PentiumII、Pentium III、Pentium 4到最新的酷睿2。AMD系列按照不同的发展阶段，则分为486、K5、K6、Athlon K7、Athlon 64 X2等。（3）内存储器。内存是指CPU可以直接读取的内部存储器，主要是以芯片的形式出现。广义上的内存指全部系统内部的存储设备，包括CPU中的寄存器，各级缓存Cache，各种功能卡的缓存，BIOS 芯片和系统主内存。一般意义的内存专指系统主内存，通俗地讲，系统主内存就是指插在主板上的内存条，如图1-6所示，内存条需要插在主板上的内存槽中才能工作，一台计算机中可以插多个内存条。
我们通常所说的内存条主要指 RAM，内存条容量一般是本机中所有内存条总的容量，有256 M、512 M、1 G、2 G等。（4）显示卡。显示卡也称图形加速卡，如图1-7所示。显示卡和显示器构成了计算机的显示系统。图形加速卡拥有自己的图形函数加速器和显存，这些都是专门用来执行图形加速任务，因此就可以大大减少CPU所必须处理的图形函数，减轻CPU的工作负担从而提高计算机的整体性能。图1-6 内存储器图1-7 显卡（5）声卡。声卡的诞生把计算机从无声世界带入了丰富多彩的多媒体世界，无论是在应用软件还是在娱乐程序中，层次清晰的语音、典雅优质的音乐、效果逼真的模拟声，是一套成功的软件不可缺少的组成部分，而所有这些音响效果，都是由声卡所产生的，如图1-8所示。声卡的出现使计算机得到了更加广泛的运用。（6）软盘驱动器。软盘驱动器简称软驱，如图1-9所示，它是驱动软盘旋转并同时向软盘写入数据或从软盘读出数据的设备，它由机械结构和控制电路两部分组成。软盘盘片和软盘驱动器是相互独立分离的，因而它的读写速度较慢。现在使用的都是3.5英寸软驱，可以读写容量1.44 MB的高密度3.5英寸软盘。（7）硬盘。硬盘是计算机系统中使用最多的外存储器，安装在主机箱中，如图1-10所示。图1-8 声卡图1-9 软盘驱动器图1-10 硬盘
硬盘驱动器的磁盘片是一般是硬质合金圆片，并固定安装在驱动器内部，所以简称为硬盘。它的存储容量大，速度快。硬盘至今仍是计算机的标准配置，并随着存储技术的发展，其容量由早期的10余MB发展到现在的几百GB，使计算机具备了海量存储的能力。
硬盘具有容量大、读取速度快以及不易损坏等特点，它有着软盘所不可比拟的优势，所以成为微机的主要配置之一。近年来，硬磁盘存储器制造技术有了很大发展，容量越来越大，速度也越来越快。为了提高硬盘内部数据传输速率，现在的硬盘大多有 512 K 或 2 MB 甚至 8 MB 的缓冲存储器。
无论是软磁盘还是硬盘，都必须按照一定的数据格式在磁盘表面上存储信息，为了正确存取信息，把磁盘表面分成磁道和扇区，并写入一些信息，这样才能对磁盘上的数据进行随机访问，这项工作称为磁盘格式化，未经过磁盘格式化的磁盘是无法被操作系统访问的。（8）光盘驱动器。光盘驱动器是用来读取光盘片而使用的。如图1-11所示。图1-11 光驱
光盘以光学方式进行读写数据，目前常用的是激光光盘存储器。激光光盘存储器记录数据时用功率较强的激光照射盘片，使得盘片表面出现很微小的凹坑，数据以凹凸形式记录下来。读取信息时，用激光照射盘片，由于盘片凹凸不平造成光线产生的折射不同，通过光学镜头接受这些折射不同的光线来读出数据。
除了存储容量大的特点外，光盘存储器还不会像磁盘存储器那样因发生霉变或因电磁污染而被破坏，光盘的存取速度要慢于硬盘。光盘上印有照片或文字的那一面并没有储存数据，数据是存放在光滑明亮的另一面上的。
光盘有以下5种类型。
① CD-ROM（只读型光盘）：CD-ROM盘片由生产厂家预先写人数据，用户使用时只能读出而不能写入。一般来说，一张CD-ROM 光盘的容量为650 MB 或680 MB。具有价格便宜、制作容易、体积小、容量大、易长期存放优点，已被广泛使用。目前许多产品被制成这类光盘来出售。
② CD-W（只写一次型光盘）：这种光盘可以由用户写入数据，写入后可以多次读出，但是只能写入一次，数据写入后不能更改。因此，被称为“只写一次型”。只写一次型光盘主要用于保存不允许随意修改的重要档案、历史资料和文献等。
③ CD-RW（可擦写光盘）：这种光盘类似于磁盘，可以重复读写。这种光盘使用的盘片的材料与前两种不同。
④ DVD-ROM：它在技术上与CD-ROM非常类似，不过它采用的是波长650 nm的激光，这样它就能够读取密度更高的光盘，它的单层容量可达到4.7 GB。
⑤ DVD-RW：它技术上与CD-RW 非常类似，不过它采用的也是波长 650 nm 的激光，可以重复读写。它能在家用 DVD 机和 PC 机上使用。单面能达到 4 小时的刻录时间。完全兼容DVD-ROM，是很有发展前途的辅助存储器。（9）优盘（闪存盘）。这种盘是以半导体芯片为存储介质，如图1-12所示。其优点是体积小、重量轻、便于携带、不怕碰撞、无噪声、读写速度快等。其缺点是容量有限。它采用了一种叫做“Flash Memory”的技术，是一种非易失性的存储器，可重复擦写 100 万次，保存数据可长达 10年以上。图1-12 优盘
2．输出设备（1）显示器。
显示器又称监视器（Monitor），它是计算机系统中最基本的输出设备。显示的所有信息都是由0和1组成的数字数据。按所使用的显示器件分为阴极射线显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器等。常用的有CRT显示器和液晶显示器，如图1-13所示。
现在一般显示器分辨率约为640×480、800×600、1 024×768等。图1-13 显示器（2）打印机。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]