第1章 计算机基础知识总结
计算机是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。计算机是一门科学，也是一种自动、高速、精确地对信息进行存储、传送与加工处理的电子工具。
冯诺依曼归纳了EDVAC 的原理要点。
(l）计算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式存放在计算机的存储器中。
(2）程序和数据存放在存储器中，即存储程序的概念。计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。
根据冯· 诺依曼的原理和思想，决定了计算机必须由输人、存储、运算、控制和输出五个部分组成。
冯· 诺依曼被誉为“现代电子计算机之父”。
一般根据计算机所采用的物理器件，将计算机的发展分为4 个阶段
1 ．计算机的特点
计算机主要具有以下一些特点。
1）高速、精确的运算能力
2）准确的逻辑判断能力
3）强大的存储能力
4）自动功能
5）网络与通信功能
计算机网络功能的重要意义是：改变了人类交流的方式和信息获取的途径．
2.计算机的应用
l）科学计算
科学计算主要是使用计算机进行数学方法的实现和应用。
2）数据／信息处理
数据／信息处理也称为非数值计算。
3）过程控制
过程控制是指利用计算机对生产过程、制造过程或运行过程进行检测与控制，即通过实时监控目标物体的状态，及时调整被控对象，使被控对象能够正确地完成目标物体的生产、制造或运行。
4）计算机辅助
计算机辅助（或称为计算机辅助工程）主要有：计算机辅助设计（Computer Aided Design ，CAD , ）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture, CAM ）、计算机辅助教育（Computer 一Assisted ( Aided ) Instruction , CAI ）、计算机划辅助技术( Computer Aided Technology / Test Translation / Typesetting , CAi ）、计算机仿真模拟（Simulation）等。
5）网络通信
计算机技术和数字通信技术发展并相融合产生了计算机网络、通过计算机网络，把多个独立的计算机系统联系在一起，把不同地域、不同国家、不同行业、不同组织的人们联系在一起，缩短了人们之间的距离，改变了人们的生活和工作方式。
6）人工智能
人工智能（Artificial Intelligence，AI）。是用计算机模拟人类的某些智力活动。
7）多媒体应用
多媒体是包括文本（Text ）、图形（Graphics ）、图像（Image ）、音频（Audio）、视频（Video ）、动画 ( Animation ）等多种信息类型的综合。多媒体技术是指人和计算机交互地进行上述多种媒介信息的捕捉、传输、转换、编
辑、存储、管理，并由计算机综合处理为表格、文字、图形、动画、音频、视频等视听信息有机结合的表现形式。
8）嵌人式系统
有许多特殊的计算机用于不同的设备中，包括大量的消费电子产品和工业制造系统，都是把处理器芯片嵌人其中，完成特定的处理任务。这些系统称为嵌人式系统。如数码相机、数码摄像机以及高档电动玩具等都使用了不同功能的处理器。
3 ．计算机的分类
按计算机处理数据的类型可以分为：模拟计算机、数字计算机、数字和模拟计算机。模拟计算机的主要特点是：参与运算的数值由不间断的连续量表示，其运算过程是连续的．模拟计算机由于受元器件质量影响，其计算精度较低，应用范围较窄，目前已很少生产。数字计算机的主要特点是：参与运算的数值用离散的数字量表示，其运算过程按数字位进行计算，数字计算机由于具有逻辑判断等功能，是以近似人类大脑的“思维”方式进行工作，所以又被称为“电脑”，
按计算机的用途可分为通用计算机和专用计算机。通用计算机能解决多种类型的问题，通用性强，如PC ；专用计算机则配备有解决特定问题的软件和硬件，但能够高速、可靠地解决特定问题，如在导弹和火箭上使用的计算机大部分都是专用计算机。若按计算机的性能、规模和处理能力，如体积、字长、运算速度、存储容量、外部设备和软件配置等,可将计算机分为：巨型机、大型通用机、微型计算机、工作站及服务器等。
1.1.3 计算科学研究与应用
计算科学研究方面的人工智能、网格计算、中间件技术和云计算。
1.1.4 未来计算机的发展趋势
1 ．电子计算机的发展方向
从类型上看，电子计算机技术正在向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。
2 ．未来新一代的计算机
一般来说，信息技术包含三个层次的内容：信息基础技术、信息系统技术和信息应用技术。
3 ．现代信息技术的发展趋势
信息技术发展趋势可以概括为数字化、多媒体化、高速度、网络化、宽频带、智能化等。
1.2 信息的表示与存储
计算机科学的研究主要包括信息采集、存储、处理和传输，而这些都与信息的量化和表示密切相关。
数据是对客观事物的符号表示。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。 计算机中数据的最小单位是位。存储容量的基本单位是字节。8 个二进制位称为l 个字节，此外还有KB 、MB 、GB 、TB 等。
1.位
位（bit ）是度量数据的最小单位，在数字电路和计算机技术中采用二进制表示数据，代码只有0 和l ，采用多个数码（O和1的组合）来表示一个数，其中的每一个数码称为1 位（bit ）。2 ．字节
一个字节（Byte）由8 位二进制数
字节是信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位。 为了便于衡量存储器的大小，统一以字节（Byte,B）为单位。
千字节1 KB =1O24B
兆字节1 MB = 1024 KB
吉字节1 GB =1024 MB
太字节1 TB = 1024 GB
人们将计算机一次能够并行处理的二进制数称为该机器的字长，也称为计算机的一个“字”。随着电子技术的发展，计算机的并行能力越来越强，计算机的字长通常是字节的整倍数，如8 位、16 位、32 位，发展到今天微型机的64 位，大型机已达128 位。
字长是计算机的一个重要指标，直接反映一台计算机的计算能力和精度。字长越长，计算机的数据处理速度越快。
1.2.4 字符的编码
字符包括西文字符（字母、数字、各种符号）和中文字符。由于计算机是以二进制的形式存储和处理数据的，因此字符也必须按特定的规则进行二进制编码才能进入计算机。
1 ．西文字符的编码
计算机中的数据都是用二进制编码表示的，用以表示字符的二进制编码称为字符编码。
计算机中最常用的字符编码是美国信息交换标准交换代码（American standard Code for Information Interchange , ASCII ) ，被国际标准化组织指定为国际标准。ASCII 码有7 位码和8 位码两种版本。国际通用的是7 位ASCII码，用7 位二进制数表示一个字符的编码，共有 =128 个不同的编码值，相应可以表示128 个不同字符的编码，
2 ．汉字的编码
我国于1980 年发布了国家汉字编码标准GB 2312 一1980 ，全称是《 信息交换用汉 字编码字符集― 基本集》 （简称GB 码或国标码）。
1）汉字输人码
为将汉字输人计算机而编制的代码称为汉字输人码，也叫外码。汉字输人码是利用计算机标准键盘上按键的不同排列组合来对汉字的输人进行编码。
2）汉字内码
汉字内码是为在计算机内部对汉字进行存储、处理的汉字代码，它应满足存储、处理和传输的要求。
4 ．汉字字形码
汉字字形码通常有两种表示方式：点阵和矢量表示方式。
1.3 计算机硬件系统
冯? ‘诺依曼模型决定了计算机由输人、存储、运算、控制和输出五个部分组成。
1.3.1 运算器
运算器（Arithmetic and Logic Unit , ALU ）是计算机处理数据形成信息的加工厂，它的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。所以，也称为算术逻辑部件（Arithmetic and Logic Unit , ALU ）。所谓算术运算，就是数的加、减、乘、除以及乘方、开方等数学运算。而逻辑运算则是指逻辑变量之间的运算，即通过与、或、非等基本操作对二进制数进行逻辑判断。
1.3.2 控制器
控制器（Control Unit , CU）是计算机的心脏，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作＿控制器的基本功能是根据指令计数器中指定的地址从内存取出一条指令，对其操作码进行译码，再由操作控制部件有序地控制各部件完成操作码规定的功能。
控制器由指令寄存器(Instruction Register,IR)、指令译码器（Instruction Deceder ，ID ）、程序计数器（ProgramCounter , PC ）和操作控制器（Operation Controller , OC)4 个部件组成，
1 ．机器指令
为了让计算机按照人的意识和思维正确运行，必须设计一系列计算机可以真正识别和执行的语言― 机器指令二机器指令是一个按照一定格式构成的二进制代码串，用来描述一个计算机可以理解并执行的基本操作。计算机只能执行指令．它被指令所控制。
机器指令通常由操作码和操作数两部分组成
1）操作码：指明指令所要完成操作的性质和功能。
2) 操作数：指明操作码执行时的操作对象。操作数的形式可以是数据本身．也可以是存放数据的内存单元地址或寄存器名称。操作数又分为源操作数和目的操作数，源操作数指明参加运算的操作数来源，目的操作数地址指明保存运算结果的存储单元地址或寄存器名称。
1.3.3存储器
存储器（Memory ）是存储程序和数据的部件。它可以自动完成程序或数据的存取，是计算机系统中的记忆设备。存储器分为内存（又称主存）和外存（又称辅存）两大类。
1 ．内存
存储器是用来存储数据和程序的“记忆”装置，相当于存放资料的仓库。计算机中的全部信息，包括数据、程序、指令以及运算的中间数据和最后的结果都要存放在存储器中。存储器有内存储器和外存储器两种。内存储器按功能又可分为随机存取存储器（Access Memory，RAM ）和只读存储器（Read only Memory，ROM ）。
存储器的主要性能指标有两个：容量和速度。
2 ．外存
常见的外储存器有硬盘、U 盘和光盘等。
1.3.4 输入／输出设备
输人／输出设备（Input/ Output devices , I / O 设备，也称为外部设备）是计算机系统不可缺少的组成部分，是计算机与外部世界进行信息交换的中介，是人与计算机联系的桥梁。
1 ．输入设备
目前常用的输人设备有键盘、鼠标器、触摸屏、摄像头、扫描仪、光笔、手写输人板、游戏杆、语音输入装置等，还有脚踏鼠标、手触输人传感等，其姿态越来越自然，使用越来越方便。
2 ．输出设备
输出设备是人与计算机交互的部件，除常用的输出设备有显示器、打印机外，还有绘图
仪、影像输出、语音输出、磁记录设备等。
在选择和使用显示器时，应了解显示器的主要特性：
? 像素（Pixel）与点距（Pitch ) ：屏幕上图像的分辨率或称清晰度，取决于能在屏幕上独立显示点的直径，这种独立显示的点称作像素，屏幕上两个像素之间的距离叫点距。它直接影响显示效果。
?分辨率：每帧的线数和每线的点数的乘积〔 整个屏幕上像素的数目（列x 行））就是显示器的分辨率，这个乘积数越大，分辨率就越高二它是衡量显示器的一个常用指标。
?显存：显存与系统内存一样，显存越大，可以储存的图像数据就越多，支持的分辨率与颜色数也就越高。以下计算显存容量与分辨率关系的公式：
1 ．直接连接
最早的计算机基本上采用直接连接的方式，运算器、存储器、控制器和外部设备等组成部件之中的任意两个组成部件，相互之间基本上都有单独的连接线路。
2 ．总线结构
现代计算机普遍采用总线结构。所谓总线（Bus）就是系统部件之间传送信息的公共通道，各部件由总线连接并通过它传递数据和控制信号。总线一般又分为如下三部分：
1）数据总线
2）地址总线
3）控制总线
1.4计算机软件系统
计算机系统由硬件（Hardware ）系统和软件（Software ）系统组成。 程序是按照一定顺序执行的，能够完成某一任务的折令集合。
2 ．程序设计语言
l）机器语言
2）汇编语言
3）高级语言 通常有两种翻译方式：编译方式和解释方式。
编译方式是将高级语言源程序整个程序编译成目标程序、然若通过链接程序将目标程序链接成可执行程序的方式。将高级语言源程序翻译成目标程序的软件称为编译程序，这种翻译过程称为编译。
解释方式是将源程序逐句翻译、逐句执行的方式，解释过程不产生目标程序，基本上是翻译一行执行一行，边翻译边执行。
操作系统中的重要概念有进程、线程、内核态和用户态。
计算机软件分为系统软件（System Software）和应用软件( Application Software ）两大类，
1. 系统软件
系统软件主要包括操作系统（Operating System ,OS）、语言处理系统、数据库管理程序和系统辅助处理程序等。
2 ．应用软件
常用的应用软件有办公软件套件、多媒体处理软件、Internet 工具软件。
1.5.1 多媒体的特征
在日常生活中，媒体（Medium ，复数形式为Media ）是指文字、声音、图像、动画和视频等内容。多媒体（Multimedia ）是指能够同时对两种或两种以上媒体进行采集、操作、编辑、存储等综合处理的技术。
多媒体技术具有交互性、集成性、多样性、实时性等特征。
1.5.2 媒体的数字化
多媒体信息可以从计算机输出界面向人们展示丰富多彩的文、图、声信息，而在计算机内部都是以转换成0 和1 数字化信息后进行处理，然后以不同文件类型进行存储。
1 ．声音
l ）声音的数字化
声音的主要物理特征包括频率和振幅。数字化的基本技术是脉冲编码调制（Pulse Code Modulatio，PCM ) ，主要包括三个基本过程。
2)声音文件格式
存储声音信息的文件格式有很多种，常用的有WAV、MP3、VOC文件等。
2.图像
图像是多媒体中最基本、最重要的数据，图像有黑白图像、灰度图像、彩色图像、摄影图像等。
1） 图像文件格式
. bmp文件 . gif文件。
1.5.3 多媒体数据压缩
１．无损压缩
数据压缩可以分为两种类型：无损压缩和有损压缩。
常用的无损压缩算法包括行程编码、霍夫曼编码（Huffman）、算术编码、LZW（Lempel
2.有损压缩
典型的有损压缩编码方法有：预测编码、变换编码、基于模型编码、分形编码及矢量量化编码等。
1.6 计算机病毒及其防治
1. 计算机病毒
在《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》中计算机病毒被明确定义为：“计算机病毒，是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码”。
计算机病毒一般具有寄生性、破坏性、传染性、潜伏性和隐蔽性的特征。
2.计算机病毒的分类
按计算机病毒的感染方式，分为如下五类。
1）引导区型病毒
2）文件型病毒
3）混合型病毒
4）宏病毒
5）网络病毒
1.7 Internet 基础及应用
1.7.1 计算机网络的基本概念
1. 计算机网络与数据通信
人们对计算机网络提出了不同的定义。当前较为准确的定义为“以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合”，即分布在不同地理位置上的具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路互相连接起来，实现数据传输和资源共享的系统。
数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。数据通信是指在两个计算机或终端之间以二进制的形式进行信息交换，传输数据。下面介绍几个关于数据通信的常用术语。
⑴信道：信道是信息传输的媒介或渠道，作用是把携带有信息的信号从它的输入端传递到输出端。根据传输媒介的不同，信道可分为有线信道和无线信道两类。常见的有线信道包括双绞线、同轴电缆、光缆等。无线信道有地波传播、短波、超短波、人造卫星中继等。
⑵ 数字信号和模拟信号：数字信号是一种离散的脉冲序列，计算机产生的电信号用两种不同的电平表示0和1.模拟信号是一种连续变化的信号，如电话线上传输的按照声音强弱幅度连续变化所产生的电信号，就是一种典型的信号，可以用连续的电波表示。
⑶ 调制与解调：将发送端数字脉冲信号转换成模拟信号的过程称为调制（Modulation）；将接收端模拟信号还原成数字脉冲信号的过程称为解调（Demodulation）。将调制和解调两种功能结合在一起的设备称为调制解调器。（Modem）。
⑷ 带宽（Bandwidth）与传输速率：在模拟信道中，以带宽表示信道传输信息的能力。带宽是以信号的最高频率的最低频率之差表示，即频率的范围。频率（Frequency）是模拟信号波每秒的周期数，其基本单位为Hz。人们经常用“带宽”来表示信道的数据传输速率。带宽与数据传输速率是通信系统的主要技术指标之一。
⑸ 误码率：误码率是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，是通信系统的可靠性指标。
2.计算机网络的分类
计算机网络分为3种：局域网、城域网和广域网。 3.网络拓扑结构
主要有星型、环形、总线型、树型和网状等几种。
4.网络硬件
计算机网络系统也由网络软件和硬件设备两部分组成。
（1） 传输介质（media）：区域网中常用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆。
（2） 网络接口卡(NIC)：网络接口卡（简称网卡）是构成网络必需的基本设备，用于将计算机和通讯电缆连接起来，以便经电缆在计算机之间进行高速数据传输。
（3） 交换机（Switch）：交换概念的提出是对于共享工作模式的改进，而交换式局域网的核心设备是局域网交换机。
（4） 无线AP（Access Point）：无线AP也称为无线访问点或网络桥接器，是有限局域网络与无线局域网络之间的桥梁。
（5） 路由器（Router）：处于不同地理位置的局域网通过广域网进行互联是当前网络互连的一种常见的方式。路由器是实现局域网与广域网互联的主要设备。
TCP/IP参考模型的分层结构，它将计算机网络划分为四个层次。
（1）应用层（Application layer）
（2）传输层（Transport Layer）
（3）互联层（Internet Layer）
（4）主机至网络层（Host-to-Network Layer）
1.7.2Internet 基础
1）IP协议
IP（Internet Protocol）协议是TCP/IP协议体系中的网络层协议，它的主要作用是将不同类型的物理网络互联在一起。
TCP协议即传输控制协议（Transmission Control Protocol）， 位于传输层。
2）IP地址
IP地址是TCP/IP协议中所使用的网络层地址标识。IP协议主要有两个版本：IPv4协议和IPv6协议，其最大区别在于地址表示方式不同。目前Internet广泛使用的是IPv4，即IP协议第四版本，在本书中如果不加以说明，IP地址是指IPv4地址。
IPv4地址用32个比特（4个字节）表示，为了便于管理和配置，将每个IP地址分为四段（1字节/段），每段用一个十进制数标识，标识范围是0~255，段和段之间用“.”隔开。例如：202.205.16.23和10.2.8.11都是合法的IP地址。一台主机的IP地址由网络号和主机号两部分组成。
1）域名
域名（Domain Name）的实质就是一组由字符组成的名字代替IP地址，从右至左分别是第一级域名（或称顶级域名），第二级域名??直至主机名。其结构如下：
主机名.?.第二级域名.第一级域名
（1）万维网
万维网（Word Wide Web）又称为3W、WWW、Web或全球信息网等。WWW是建立在internet上的全球性的、交互的、动态的、多平台的、分布式的、超文本超媒体信息查询系统。他也是建立在internet上的一种网络服务。
（2）超文本和超链接
超文本（Hypertext）中不仅包含文本信息，而且还可以包含于图形、声音、图像和视频等多媒体信息，因此称之为“超”文本。更重要的是超文本中还包含指向其他网页的链接，这种连接叫做超链接（Hyper Link）.
（3）统一资源定位器
WWW用同一资源定位器（Uniform Resource Locator,URL）来描述Web网页的地址和访问它时所用的协议。
（4）浏览器
浏览器使用于浏览WWW的工具，安装在用户端的机器上，是一种客户软件。
（5）FTP文件传输协议
文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）是internet提供的羁绊服务。
2．电子邮件
电子邮件（E-mail）是Internet上使用非常广泛的一种服务。类似于普通生活中邮件的传递方式，电子邮件采用存储转发的方式进行传递，根据电子邮件地址（E—mail Address）有网上多个主机合作实现存储转发，从发信源节点出发，经过路径上若干个网络节点的存储和转发，最终使电子邮件传送到目的邮箱。由于电子邮件通过网络传送，具有方便、快捷，不受地域或时间限制，费用低廉等优点，很少广大用户欢迎。
电子邮件地址
每个电子邮箱都有一个电子邮件的地址，地址的格式是固定的：｛用户标识｝@｛主机域名｝。它由收件人用户标识（如姓名或缩写）、字符“@”(读作“at”)和电子邮箱所在计算机的域名三部分组成。地址中间不能有空格和逗号。例如：benlinus@sohu.com就是一个电子邮件地址，它表示在“sohu.com”邮件主机上有一个名为benlinus的电子邮件用户。
电子邮件的格式
电子邮件都有两个基本部分：信头和信体。信头相当于信封，信体相当于信件内容。
·信头
信头通常包括如下几项：
收件人：收件人的E-mail地址。多个收件人地址之间用分号（；）隔开。 抄送：表示同时可以接收到此信的其他人的E-mail地址。
主题：类似一本书的章节题目，它包括概述新建内容的主题，可以是一句话或一个词。
·信体
信体就是希望收件人看到的正式内容，有时还可以包含附件，比如照片、音频、文档等文档都可以作为邮件的附件进行发送。