《 大学计算机基础案例教程 》

1. 《大学计算机基础案例教程》 科学出版社

2. 本课程的主要内容及要求 本课程按照教学规律和学生的认知特点，采用“学习目标——实现方法和步骤——相关知识”的案例教学的新范式，符合学生思维的构建方式。本教材共7章，内容主要包括：计算机与信息技术、操作系统、文字处理、电子表格处理、电子演示文稿制作、网页制作、计算机网络基础与基本应用。

3. 第一章 计算机与信息技术

4. 目 录 1.1 信息与信息技术 1.2 计算机概述 1.3 微型计算机系统基础知识 1.4 信息的表示与编码 1.5 多媒体技术 1.6 信息安全

5. 本章重点及难点 重点：计算机的体系结构、计算机的组成、微型计算机的 结构、机器数的表示和编码及计算机病毒的知识。 难点：编码、微机的组成及功能和多媒体技术应用知识。

6. 1.1 信息与信息技术 • 一、信息的概念、特征和分类 1、概念： （1）信息是不确定性的减少或消除。 1948年，信息论的创始人香农（Shannon）提出。 （2）信息是控制系统进行调节活动时，与外界相互作用、相互交换的内容。 1950年，控制论的创始人维纳（N.Wiener）提出。

7. （3）信息是事物运动的状态和状态变化的形式。（3）信息是事物运动的状态和状态变化的形式。 （4）信息是经过加工的、能够对接受者的行为和决策产生影响的数据。 2、信息的主要特征： 社会性、共享性、不灭性、时效性、能动性 、客观性、 传递性

8. 3、分类： （1）按内容：社会信息与非社会信息 （2）按价值观念：有害信息和无害信息 （3）按状态：动态信息和静态信息 （4）按存在形式：内储信息和外化信息 （5）按符号种类：语言信息和非语言信息 （6）按信息论方法：未知信息和冗余信息

9. 二、信息技术 1、信息技术的概念 根据使用的目的、范围、层次不同有以下表述： 广义：是指能充分利用与扩展人类信息器官功能的各种 方法、工具与技能的总和。（哲学角度） 中义：是指对信息进行采集、传输、存储、加工、表达的各种技术总和。（功能与过程的角度） 狭义：利用计算机、网络、广播电视等各种硬件设备、软件工具与科学方法，对图、文、声、像等各种信息进行获取、加工、存储、传输与使用的技术之和。（强调信息技术的现代化与高科技含量）

10. 2、信息技术的分类： （1）按表现形态：硬技术（物化技术）与软技术（非物化技术）。 （2）按工作流程中的基本环节：信息获取技术、信息传递技术、信息存储技术、信息加工技术、信息标准化技术。 （3）按使用信息的设备：电话技术、电视技术、广播技术、复印技术、卫星技术、计算机技术及网络技术等。 （4）按功能层次：主体层次、应用层次、外围层次。

11. 3、信息技术的特点： （1）高速化：高速度、大容量。 （2）网络化：信息网络分为电信网、广电网、计算机网。 （3）数字化：采用0、1组成的二进制编码加以处理和传输，是最易表达、物理状态最稳定的信号。 （4）个人化：将以实现个人通信的可移动性和全球性为目标。 （5）智能化：利用计算机模拟人的智能。机器人、医疗诊断专家等。

12. 三、信息化与信息化社会 1、信息化的概念 信息化是指在国民经济各部门和社会活动各领域普遍地、大量地采用现代信息技术，从而大大提高社会生产力和生活质量的过程。 信息化的过程包括三层面、六要素: ※三层面：信息技术的开发与应用过程（基础） 信息资源的开发与利用过程（核心与关键） 信息产品制造业发展的过程（重要支撑）

13. ※六要素：信息网络、信息资源、信息技术、信息产品、信息法规环境、信息人才※六要素：信息网络、信息资源、信息技术、信息产品、信息法规环境、信息人才 2、了解信息化社会的特征 高深透性；网络化；信息劳动者、脑力劳动者的作用日益在增大 3、了解我国的信息化建设 （1）通信产业迅猛发展。 （2）计算机产业持续增长。 （3）信息化应用产业迅猛发展。

14. 1.2.1 计算机的发展 1.2.2 计算机的特点 1.2.3 计算机的分类 1.2.4 计算机的应用 1.2.5计算机系统的组成 1.2.6计算机工作原理 1.2 计算机概述

15. 1.2.1 计算机的发展 1、计算机的诞生 战国时代算筹,唐末出现算盘。 1642年法国数学家发明了加减法机械计算器。 1654年英国人制造出第一把计算尺。 1654年德国数学家研制出能进行加减乘除的计算尺。 1887年出现了手摇计算机。 1946年美国诞生了第一台电子计算机————ENIAC， 埃尼阿克（Electronic Numerical Integrator And Calculator）,即电子数值积分计算机。

16. 加法器 1822 差分机 1642 Blaise Pascal ENIAC 1833 分析机

17. ※在美国宾夕法尼亚大学诞生。为计算弹道和射击表而设计。它的主要元器件采用的是电子管。※在美国宾夕法尼亚大学诞生。为计算弹道和射击表而设计。它的主要元器件采用的是电子管。 该机使用了1500个继电器，18800个电子管，占地170平方米，重量30多吨，耗电150千瓦，耗资40万美元。 每秒能完成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。 1958年我国研制出第一台电子管计算机。

18. 世界上第一台计算机ENIAC • 5000次加法/秒 • 体重28吨 • 占地170m2 • 18800只电子管 • 1500个继电器 • 功率150KW 图1

19. 图2

20. 图3

21. 2、计算机的发展阶段 （1）第一代计算机1946－20世纪50年代末，电子管时代计算机。①电子管作为主要逻辑部件。体积大，耗电量大，寿命短，可靠性差，成本高。②采用电子射线管、磁鼓存储信息，容量小。③输入输出装置落后，主要使用穿孔卡片，速度慢，容易出错，使用不方便。④软件，使用机器语言和汇编语言编程。 典型机器：国外的：ENIAC 、UNIVAC。国内的：103、104等。 电子管

22. （2）第二代计算机1958－1964年，晶体管计算机时代主要特点：①晶体管作为主要逻辑部件，体积减小，重量减轻，成本下降，能耗降低，可靠性和运算速度到了提高。②采用磁芯作主存储器，磁盘、磁鼓作外存储器。③软件方面有了系统软件（监控程序），提出了操作系统的概念，出现了高级语言。 这一时期的典型机器： 国外的：IBM7090等 国内的：441B等 晶体管

23. （3）第三代计算机1964－1972年，集成电路计算机时代。①中、小规模集成电路做主要逻辑部件。②采用半导体存储器做主存储器。③软件：系统软件出现了分时操作系统，多用户可以共享计算机资源。④程序设计方法：采用了结构化程序设计。（3）第三代计算机1964－1972年，集成电路计算机时代。①中、小规模集成电路做主要逻辑部件。②采用半导体存储器做主存储器。③软件：系统软件出现了分时操作系统，多用户可以共享计算机资源。④程序设计方法：采用了结构化程序设计。 典型机器： 国外IBM-360等; 国内709等 集成电路

24. （4）第四代计算机1972年至今，大规模、超大规模集成电路计算机时代。（4）第四代计算机1972年至今，大规模、超大规模集成电路计算机时代。 ①大规模、超大规模集成电路作基本逻辑部件。②存储器：半导体存储器；外存除了使用软、硬磁盘外，引进了光盘。③输入输出设备：如鼠标、图像扫描仪、纯平及液晶显示器、激光打印机、绘图仪等。④各种实用软件层出不穷。⑤多媒体技术崛走。 大规模集成电路

25. 逻辑元件 程序设计语言 运算速度 内存容量 第一代 1949~1957年 电子管 机器语言汇编语言 几千次/秒 几KB 第二代 1958~1964年 晶体管 FORTRANALGOL、COBOL 几十万次/秒 几十KB 第三代 1965~1970年 中、小规模集成电路 操作系统和会话式语言 百万次/秒 第四代 1971~ 大规模或超大规模集成电路 几百万亿 次/秒 第五代智能化计算机正在研制之中，使计算机具有人工智能，可像人一样能看、能听、能说、能思考，具有学习功能，能自动进行逻辑判断等 图表 几MB 几百MB 面向对象

26. 3、计算机的发展趋势： （1）微型化：追求体积的进一步缩小，运算速度进一步提高。微型化反映了计算机的应用程度。目前，微型计算机已进入电视、电冰箱、空调器等家用电器、仪器仪表等小型设备中。 （2）巨型化：追求大容量、高速度，为尖端科学领域的数值分析与计算提供有力的帮助。它代表了计算机的发展水平。 （3）多媒体技术：当前开发和研究的热点。其中技术关键是处理视频和音频数据。

27. （4）非冯•诺依曼体系结构：例如，神经网络计算机、DNA计算机、光子计算机。（4）非冯•诺依曼体系结构：例如，神经网络计算机、DNA计算机、光子计算机。 （5）智能化：目前人们正在研制第五代计算机，它具有类似人学习和推理的思维能力，能“说”、能“看”、能“听”、能“想”、能“做”，具有人的部分功能，能代替人的一些体力劳动和脑力劳动，是一种智能型的电子计算机。 （6）计算机与通信相结合的网络技术：计算机网络。

28. 1. 运算速度快: 如巨型机可达十几万亿次/秒。 2. 计算精度高：目前微型计算机的计算精度可以达到32位二进制。 3. 具有记忆和逻辑判断功能:指能进行与、或、非等的逻辑运算。 • 1.2.2 计算机的特点 4. 能自动运行且支持人机交互：把编好的程序存入计算机，发出运行指令后，计算机不需要人工干预可以依次逐条执行。人工干预时计算机能对其问题做出相应的回答。

29. 数字式计算机 1. 按处理的信号： 模拟式计算机 数模混和计算机 通用计算机 2. 按硬件组合及用途 : 专用计算机 个人机 (PC: Personal Computer) 工作站 (WS: Work Station) 小型机 (Minicomputer ) 主机 （大型机 Mainframe) 小巨型机 (中型机Minisupercomputer) 巨型机 (Superconputer) 3. 按规模: 1.2.3 计算机的分类

30. 1. 巨型机 运算速度快、存储容量大，可达1亿次每秒以上运算速度，主存容量高达几百兆至几千兆字节，字长可达64位 2. 大型机 运算速度一般在100万次/秒～几千万次/秒，字长32位～64位，主存容量在几百兆字节以上。它有比较完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统。 3. 中型机 中型机规模介于大型机和小型机之间。 4. 小型机 规模较小、结构简单、成本较低、操作简便、维护容易，从而得以广泛推广应用。 5. 微型机 采用微处理器、半导体存储器和输入输出接口等芯片组装，具有体积更小、价格更低、通用性更强、灵活性更好、可靠性更高、使用更加方便等优点。 6. 工作站 工作站实际上就是一台高档微机，运算速度快，主存储器容量大，易于联网，特别适合于CAD/CAM和办公室自动化。

31. 1.2.4 计算机的应用 计算机及其应用已经渗透到社会的各行各业，正在改变着传统的工作、学习和生活的方式，推动着社会的发展，如在以下领域中： 科研、工商、教育、医药、政府、娱乐、家庭等。

32. 归纳起来主要有以下几种用途 1.科学计算：通常是指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。 2.数据处理：非数值计算，是指对大量的数据进行采集、查询、分类、排序、统计、存储及传输等。 3.过程控制：实时控制，是指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节。 4.计算机辅助工程：计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助教学CAI、计算机辅助测试CAT等 。

33. 5.人工智能（Artificial Intelligence,AI)：利用计算机模拟人的智能。研究方向：模式识别、自然语言理解、自动定理证明、自动程序设计、专家学习、机器人、机器学习等。 6.网络应用：利用通信设备将异地计算机系统连接起来，实现资源共享和信息传播。

34. 1.2.5 计算机系统的组成 1946年 冯.诺依曼提出“存储程序”的方案。 (1)计算机由5个基本部分组成: 运算器、控制器、存储器、输入 设备和输出设备。 (2)指令和数据以二进制表示。 (3)指令和数据存放在存储器中, 并要按地址寻访。 John von Neumann 冯诺依曼 该方案核心是：程序存储、程序控制

35. 程序存储和程序控制 “程序存储”：计算机利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序， CPU依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。 系统组成Flash演示

36. 一、计算机硬件系统 ※硬件系统：由电子部件和机电装置组成的计算机实体。 功能:接受计算机程序；并在程序的控制下完成数据输入、数据处理和输出结果等任务。

37. “数据信息”流向,包括 原始数据、中间数据、 处理结果、程序指令等 “控制信息”流向,全部由 控制器发出 输 入 设 备 控 制 器 存 储 器 运 算 器 输 出 设 备 1.冯.诺依曼计算机系统基本组成 各类计算机（硬件系统）都是由5大基本部件组成:

38. （1）运算器ALU: Arithmetical and Logical Unit 功能:算术运算和逻辑运算。 运算器中的数据来自内存,运算的结果又送回内存。 （2） 控制器（CU：Control Unit） 功能:控制计算机各部件协调地工作。 工作过程:从内存中取出指令，译码分析，根据指令的功能发出控制信号。当各部件执行完控制器发来的命令后，都会向控制器反馈执行的情况。 运算器和控制器组成中央处理单元，即CPU(Central Processing Unit) 。

39. （3）存储器（Memory） 存放程序和数据的记忆装置。使用时，对存储器 有两种操作： •读操作：从存储器中取出信息，不破坏原有的内容。 •写操作：把信息写入存储器，原来的内容被抹掉。 存储器通常分为：内存储器、外存储器。

40. ①内存储器：简称内存（又称主存），是计算机中信息交流中心。内存与运算器、控制器和输入、输出设备间直接进行数据交换。①内存储器：简称内存（又称主存），是计算机中信息交流中心。内存与运算器、控制器和输入、输出设备间直接进行数据交换。 通过输入设备输入的程序和数据最初送入内存，控制器执行的指令和运算器处理的数取自内存，运算的中间结果和最终结果保存在内存中，最后将内存中的信息由输出设备输出。所以，内存的存取速度直接影响计算机的运算速度。 特点：容量小、存取速度快、断电后数据丢失。

41. ②外存储器:用来存储大量暂时不参与运算的数据程序及运算结果。外存不与其他部件直接交换数据，只是与内存成批的交换信息。②外存储器:用来存储大量暂时不参与运算的数据程序及运算结果。外存不与其他部件直接交换数据，只是与内存成批的交换信息。 特点：容量大、存取速度慢、断电后数据不丢失。常见的 外存设备：软盘、硬盘、U盘、光盘等。

42. 2.存储器有关术语 地址：标识每个存储单元的编号。 位：一个二进制数（0或1）称一位（bit，比特） 字节：基本存储单位，八位二进制为一个字节， Byte简写B 1B=8 Bit （二进制位） 1KB=1024 B 1MB=1024 KB 1GB=1024 MB 1TB=1024 GB 1024=210

43. 字： 作为一个整体被存取或运算的最小信息单位。 字长：对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的 二进制数的位数叫字长。CPU字长可以是8、 16、32、64位。 字长直接关系到计算机的计算精度、功能和速度

44. 1. 显示器 2.打印机 （4）输入设备（Input Device） 键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等。 （5）输出设备（Output Device） 显示器、打印机、绘图仪和音响等。

45. 二、计算机软件系统 软件是指为了运行、管理和维护计算机而编 制的各种程序、数据、文档的总称。计算机软件 按功能分为系统软件和应用软件。 1、 系统软件（System Software） 是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，为应用软件提供支持和帮助的软件。 （1）操作系统（OS：Operating System） 操作系统是对计算机的硬件和软件资源进行控制和管理的程序，是系统软件的核心。

46. ●对计算机全部软、硬件资源进行控制和管理的大型程序，由一系列模块组成。●对计算机全部软、硬件资源进行控制和管理的大型程序，由一系列模块组成。 ●是对计算机硬件的第一级扩充，是软件系统最基本的部分。 ●进行作业管理、处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理 ●对硬件的接口、对其他软件的接口、对用户的接口、对网络的接口。

47. 图1.3 计算机系统各层次之间的关系

48. 第一代计算机语言，由0.1代码组成、能被机器直接识别。第一代计算机语言，由0.1代码组成、能被机器直接识别。 优点：编程质量高，执行速度快； 缺点：不易学习和修改，可移植性差、通用性差。 机器语言 汇编语言 高级语言 （2）程序设计语言 第二代计算机语言，采用助记符代 替机器语言中的指令和数据。 (1)面向机器，速度快， 占用存储空间小，必须通过 汇编程序翻译成机器语言。 (2)通用性和可移植性差。 接近自然语言，由各种意义的“词” 和“数学公式”按照一定的“语法规 则”组成。 (1)面向问题，而不是面向机器 (2)易学易改、通用性、可移植性强；

49. （3）语言处理程序 将高级语言编写的程序翻译成机器语言的翻译程序。 将高级语言程序翻译成与之等价的机器语言程序时，前者称为“源程序”，后者称为“目标程序” 翻译有两种方式:编译方式、解释方式。 编译方式:将高级语言源程序通过编译程序翻译成机器语言目标代码，再连接装配得到执行程序并运行。 解释方式:通过解释程序对高级语言源程序进行逐行解释，解释一句执行一句，不产生机器语言目标代码。

50. 图1.5 解释过程 图1.4 编译过程 便于对源程序进行调试和修改,但处理过程较慢。