大學(xué)計算機基礎(chǔ)課件

1、大學(xué)計算機基礎(chǔ)2011年 9月 3日計算機基礎(chǔ)教學(xué)部: 段躍興 第一章 概 論信息與信息技術(shù)計算機基礎(chǔ)知識計算機與信息處理第一節(jié) 信息與信息技術(shù)1 信息的概念 1928年，哈特萊（Ralph V.L.Hartley）貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志 信息傳輸 1948年，香農(nóng)(C.E.Shannon）貝爾系統(tǒng)技術(shù)雜志 通信的數(shù)學(xué)理論 維納（N.Wiener）控制論一書中指出“信息就是信息，既不是物質(zhì)也不是能量” 信息管理和信息系統(tǒng)學(xué)科認(rèn)為信息是“事物之間相互聯(lián)系、相互作用的狀態(tài)描述”，是“客觀世界各種事物變化和特征的反映”。 信息是數(shù)據(jù)的含義，數(shù)據(jù)是信息的載體。信息具有的特性：時效性相對性共享性傳遞性壓縮性信

2、息技術(shù)（information technology, IT） IT是指在信息的識別、收集、存儲、處理、傳遞、檢索、分析和利用過程中所使用的技術(shù)。 包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動控制技術(shù)、視頻技術(shù)、遙感技術(shù)等。信息技術(shù)的應(yīng)用信息高速公路遠程教育遠程醫(yī)療電子商務(wù)電子政務(wù)3 信息安全 數(shù)據(jù)安全（機密性、完整性、可用性） 信息安全 信息系統(tǒng)安全 （用戶身份的驗證、授權(quán)、審計和保證）計算機安全是指為數(shù)據(jù)（信息）處理系統(tǒng)而建立和采取的技術(shù)與安全管理措施，以保護計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)不因偶然和惡意的原因而遭到破壞、更改和泄露。 (1)信息安全標(biāo)準(zhǔn) 我國的信息安全標(biāo)準(zhǔn)1999年我國正

3、式頒布了計算機信息系統(tǒng)安全保護等級劃分準(zhǔn)則，即國標(biāo)GB178951999。該準(zhǔn)則將網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)安全分為五個等級：自主保護、系統(tǒng)審計保護、安全標(biāo)記保護、結(jié)構(gòu)化保護和訪問驗證保護。安全考核指標(biāo)有:身份認(rèn)證、自主訪問控制、數(shù)據(jù)完整性、審計、隱蔽信道分析、客體重用、強制訪問控制、安全標(biāo)記、可信路徑和可信恢復(fù)等。 TCSEC標(biāo)準(zhǔn)1985年美國公布了可信任計算機標(biāo)準(zhǔn)評估準(zhǔn)則TCSEC，Trusted Computer System Evaluation Criteria。 安全政策TCSEC 可說明性 安全保障 文 檔計算機系統(tǒng)的可信程度劃分為7個安全級別，從低到高依次為D1、C1、C2、B1、B2、B3

4、和A1級。 ITSEC標(biāo)準(zhǔn)歐洲信息技術(shù)安全評估規(guī)則ITSEC1.2（Information Technology Security Evaluation Criteria）是由歐洲委員會于1991年在英、法、德、荷四國研究成果的基礎(chǔ)上提出的。 信息技術(shù)安全評價通用準(zhǔn)則（CC） ISO組織在TCSEC的基礎(chǔ)上，經(jīng)美國、加拿大、英國、法國、德國和荷蘭等國家的共同努力，1996年公布了具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、能被廣泛接受的信息技術(shù)安全通用準(zhǔn)則CC（Common Criteria）。1999年12月ISO正式將CC2.0接納為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO15408。 信息安全管理國際標(biāo)準(zhǔn) 1995年2月，英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會制定了信

5、息安全管理體系標(biāo)準(zhǔn)BS7799-1。BS7799-1對信息安全的控制范圍、安全準(zhǔn)則、安全管理等要素做出了規(guī)范性的表述。隨后，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO以BS7799-1為藍本，并對BS 7799-1做了23處修改后，制定了信息安全的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 17799草案。2000年12月，國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 17799正式頒布。 (2)計算機病毒及其防治計算機病毒是一段人為編制的、寄生于計算機合法程序或系統(tǒng)文件中的、可自我執(zhí)行、具有傳染性、以自我表現(xiàn)或破壞計算機系統(tǒng)正常工作為目的的程序，其工作過程由引導(dǎo)、傳染和表現(xiàn)（攻擊）三個階段組成。病毒的種類:網(wǎng)絡(luò)病毒郵件病毒文件型病毒宏病毒引導(dǎo)型病毒變體

6、病毒計算機病毒的防治 明文、密文、密碼算法、密鑰(3)信息安全技術(shù) 數(shù)據(jù)加密：傳統(tǒng)加密技術(shù) 替代加密法和換位加密法 例: 明文為:pleasetransferonemilliondollarstomyswissbankaccountsixtwotwo 密鑰為: megabuck 加密過程如下:非對稱式加密-RSA選擇兩個大素數(shù)p和q，一般要求大于10100；計算n= p q和z=(p-1)(q-1)；選擇一個與z互質(zhì)的整數(shù)，記為d；通過計算找到能滿足下列條件的整數(shù)e ，即（e d）mod z =1或（e d - 1）mod z =0；在對明文P進行加密時，通過計算得到密文C=Pe mod n，

7、解密則為P=Cd mod n。 例: 假設(shè)p=3，q=11，所以n=33，z=20，選擇與20互質(zhì)的數(shù)d=7，這時我們可以選取e =3，以保證（7e） mod 20=1，所以加密過程為C=P3mod 33，解密為 P=C7mod 33。假設(shè)字母A到Z的編碼為1到26，對于明文為“SUZANNE”的加密、解密過程下表所示。(4)計算機犯罪a. 廣義的計算機犯罪 相關(guān)說是指行為人實施的在主觀或客觀上涉及到計算機的犯罪。 濫用說是指在使用計算機過程中任何不當(dāng)?shù)男袨椤?例1: 計算機犯罪是指與計算機相關(guān)的危害社會并應(yīng)當(dāng)處以刑罰的行為。 例2:計算機犯罪是指在實施犯罪的過程中直接涉及到計算機。 (美)b

8、. 狹義的計算機犯罪狹義的計算機犯罪定義從計算機犯罪范圍縮小到受害人的單一權(quán)益（如財產(chǎn)權(quán)或個人隱私權(quán)或計算機資產(chǎn)本身或計算機內(nèi)存數(shù)據(jù)等）受到傷害從發(fā)而考慮的。例: 1. 我國學(xué)者認(rèn)為是指破壞或者盜竊計算機及其部件或者利用計算機進行貪污、盜竊的行為。 2. 德國的學(xué)者認(rèn)為是所有與電子資料有關(guān)的故意且違法的破壞行為。c. 折中的計算機犯罪折中的計算機犯罪認(rèn)為計算機本身是犯罪的工具或作為犯罪對象而出現(xiàn)的。功能性計算機犯罪定義是以嚴(yán)重的社會危害性來確定概念的。法定性計算機犯罪定義是根據(jù)法律法規(guī)的規(guī)定來確定概念的。例1. 計算機犯罪是行為人以計算機為工具或以計算機資產(chǎn)為攻擊對象實施的嚴(yán)重危害社會的行為。

9、例2. 計算機犯罪就是以計算機內(nèi)在資料為犯罪對象或以計算機為犯罪工具危害計算機系統(tǒng)安全、侵害與計算機有關(guān)權(quán)利者的利益及其他危害社會的行為。 公安部計算機安全監(jiān)察司的定義是：以計算機為工具或以計算機資產(chǎn)為對象實施的犯罪行為。第二節(jié) 計算機基礎(chǔ)知識計算機的發(fā)展 第一臺計算機的誕生 1946年2月15日 美國的賓夕法尼亞大學(xué) ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator）埃尼阿克 計算機的發(fā)展經(jīng)歷電子管計算機(46年 50年代末) 硬件特點 采用電子管作為運算和邏輯元件，主存儲器采用汞延遲線、磁鼓、磁芯；外存儲器采用磁帶； 軟件 用機器語言

10、和匯編語言編寫程序。 主要目的 用于科學(xué)和工程計算。 典型代表機型: IAS 晶體管計算機( 50年代中期60年代末)硬件特點 計算機運算和邏輯元件由電子管改為晶體管,主存儲器采用鐵淦氧磁芯器，外存儲器采用先進的磁盤。 軟件 出現(xiàn)了各種各樣的高級語言如FORTRAN、ALGOL、COBIL及編譯程序語言,開始用“操作系統(tǒng)”軟件開始對整個計算機資源進行管理。 目的 除了科學(xué)計算之外，還應(yīng)用于工業(yè)控制、工程設(shè)計及數(shù)據(jù)處理。 典型代表機型: IBM/7090集成電路計算機(60年代中期70年代初期)硬件特點 計算機邏輯元件采用中、小規(guī)模集成電路, 集成電路代替了原來獨立的物理元件，半導(dǎo)體存儲器代替了

11、磁芯存儲器。 軟件 出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)及交互式高級語言，實現(xiàn)了多道程序（內(nèi)存中同時可以有多個程序）的運行，如當(dāng)其中一個等待輸入/輸出時，另一個可以進行計算，大大提高了運行速度。目的 大規(guī)模的計算 典型代表機型: IBM/360 大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路計算機(從80年代開始)未來的計算機 量子計算機是一種全新的基于量子理論的計算機。不同于使用二進制或三極管的傳統(tǒng)計算機，量子計算機應(yīng)用的是量子比特（quantum bit），可以同時處在多個狀態(tài)，而非像傳統(tǒng)計算機那樣只能處于0或1的二進制狀態(tài)。在量子計算機中，運算的對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態(tài)的疊加態(tài)上，而且

12、還可以處于糾纏態(tài)上。這些特殊的量子態(tài)，不僅提供了量子并行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質(zhì)。 生物計算機（ biological computer）又稱仿生計算機(bionic computer)。是以生物芯片取代集成了數(shù)以萬計晶體管的半導(dǎo)體硅片為目的新一代計算機。涉及到了計算機科學(xué)、腦科學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物物理、生物工程、電子工程、物理學(xué)和化學(xué)等眾多學(xué)科。 光子計算機由光學(xué)反射鏡、透鏡、濾波器等光學(xué)元件和設(shè)備組成。有模擬式與數(shù)字式兩類光子計算機。模擬式光子計算機的特點是直接利用光學(xué)圖像的二維性，因而結(jié)構(gòu)比較簡單。這種光子計算機現(xiàn)在已用于衛(wèi)星圖片處理和模式識別工作。數(shù)字式光子計

13、算機的結(jié)構(gòu)方案有許多種，其中認(rèn)為開發(fā)價值比較大的有兩種，一種是采用電子計算機中已經(jīng)成熟的結(jié)構(gòu)，只是用光學(xué)邏輯元件取代電子邏輯元件，用光子互連代替導(dǎo)線互連。另外一種是全新的，以并行處理（光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，光處理機也獲得成功。 2. 計算機系統(tǒng)* 計算機系統(tǒng)的組成 計算機系統(tǒng)由計算機硬件系統(tǒng)和計算機軟件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。硬件系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中所有實際物理裝置的總稱，軟件系統(tǒng)是計算機正常運行所需要的全部程序和數(shù)據(jù)的總稱。 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 硬件層 處于整個層次結(jié)構(gòu)中的最底層，包括微處理器、寄存器、存儲器，以及各種I/O設(shè)施和設(shè)備等，是整個計算機系統(tǒng)運行的物理基礎(chǔ)。 硬件層硬件系統(tǒng)機器語

14、言系統(tǒng)軟件用戶應(yīng)用軟件軟件層 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件中的操作系統(tǒng)首次對計算機硬件作擴充和改造，完成資源的調(diào)度和分配，對信息進行物理設(shè)備上的存取和保護，并對計算機的并發(fā)進程進行協(xié)調(diào)和控制等工作。 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是直接面對用戶應(yīng)用的程序，處于計算機軟件層的外圍，為用戶解決不同領(lǐng)域中的特定實際應(yīng)用問題。計算機的分類巨型機（super computer） 也稱超級計算機小巨型機（mini super computer） 也叫小超級機 主機（main frame） 全名為大型主機，包括通常所說的大型機和中型機。 小型機（mini computer） 工作站（work station

15、） 個人計算機PC（Personal Computer） 也稱為個人電腦或微型計算機。3. 計算機的應(yīng)用領(lǐng)域 （1）科學(xué)計算（2）數(shù)據(jù)處理（3）過程控制（4）計算機輔助系統(tǒng)（5）人工智能（Artificial Intelligence）（6）網(wǎng)絡(luò)通信進位計數(shù)制的一般規(guī)律:所謂進位計數(shù)制，就是按進位的方法進行計數(shù)。它包括三要素：數(shù)位基數(shù)位權(quán)N=an-1rn-1an-2rn-2a0r0a-1r-1a-mr-mr進制數(shù)N可表示 為：R進制數(shù)用 r個基本符號（例如0，1，2，r-1）表示數(shù)值基數(shù)權(quán)數(shù)碼數(shù)位是指數(shù)碼在數(shù)中的位置。 例如十進制數(shù)：1234.56 1 2 3 4.5 6 千 百 十 個 十

16、百 位 位 位 位 分 分 位 位 3 2 1 0 -1 -2數(shù)位某種計數(shù)制中，每個數(shù)位上所能使用的數(shù)碼的個數(shù)，稱為這種計數(shù)制的基數(shù)。 1. 十進制的基數(shù) 基數(shù)為10，數(shù)碼為0，1，2，9十個。 2. 二進制的基數(shù) 基數(shù)為2，數(shù)碼為0，1兩個。 3. 十六進制的基數(shù) 基數(shù)為16，數(shù)碼為09，A，F(xiàn)十六個。 4. 八進制的基數(shù) 基數(shù)為8，數(shù)碼為0，1，7八個?；鶖?shù)位權(quán)是指在進位計數(shù)制中，為了確定一個數(shù)位的實際數(shù)值必須乘上的因子。 十進制數(shù)123.45中的位權(quán) 1 2 3.4 5 102 101 100 10-1 10-2 十六進制數(shù)12A.BC中的位權(quán) 1 2 A.B C 162 161 160

17、 16-1 16-2 二進制數(shù)101.01中的位權(quán) 1 0 1.0 1 22 21 20 2-1 2-2位權(quán)第三節(jié) 計算機與信息處理信息的表示及采集 二進制數(shù)a.基本概念 一般地說，一個二進制數(shù)S可用符號表示為：BnBn-1B1B0B-1 B-2B-m ，其中的Bi （i = n，n-1，1，0，-1，-2，-m）是0和1兩種不同數(shù)字中的一個。即S = BnBn-1B1B0B-1 B-2B-m 例：（1010111）2 （10001.101）2 111.001B其所代表的實際值是：S = Bn2n+Bn-12n-1+B121+B020+B-12-1+ B-22-2+B-m2-m例：(111.0

18、01)2 = 122+121+120+02-1+02-2 +12-3 = (7.125)10例：(1011.01)2 = 123+022+121+120+02-1 +12-2= (11.25)10 一般地講，一個十進制數(shù)S可以：BnBn-1B1B0B-1B-2B-m 來表示，其中的Bi （i = n，n-1，1，0，-1，-2，-m）是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個不同數(shù)字中的任何一個，在每一位上可使用的數(shù)字個數(shù)，稱為十進制數(shù)制中的基數(shù)，即在十進制中基數(shù)為10。這樣S可通過下式來表示： S = BnBn-1B1B0B-1 B-2B-m 例: 666789 (3464)10 8886

19、6DS的實際值為：S = Bn10n+Bn-110n-1+B1101+B0100+B-110-1+ B-210-2+B-m10-m例：1996.82 = 1103+9102+9101+6100+810-1 +210-2八進制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7八個符號，逢八進一。例如：(365.2)8 = 382+681+580+28-1 = (245.25)10十六進制數(shù)使用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六個符號，其中A、B、C、D、E、F分別代表十進制的10、11、12、13、14、15。在十六進制數(shù)中，逢十六進一。例如：(F5.4)16 = 15161+

20、5160+416-1 = (245.25)10(56EA)H=5163+6162+14161+10160=(22250)10 b.數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 二進制與十進制的轉(zhuǎn)換例：11001.101=124123022021120121022123 = (25.625)10十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，例：(75)10 = 1001011B 227537218292422210余數(shù)0001111高位低位 十進制轉(zhuǎn)化成 r 進制整數(shù)部分：除以 r取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列。小數(shù)部分：乘以 r取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。100(D)=144(O)=64(H) 1.04例 100.345(D)=110010

21、0.01011B1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 10025022521226232100010011八進制100812818044110016604616十六進制 二進制數(shù)與八進制數(shù)的轉(zhuǎn)換八進制數(shù)與二進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下：( 0 )8 = 000 ( 1 ) 8 = 001 ( 2 ) 8 = 010 ( 3 ) 8 = 011 ( 4 )8 = 100 ( 5 ) 8 = 101 ( 6 ) 8 = 110 ( 7 ) 8 = 111八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)時，只需將每一個八進制數(shù)字改寫成等值的3位二進制數(shù)即可，且要保持高、低位次序的不變。例: (16.3

22、25)8 = (001 110 . 011 010 101)2 = (1110.011010101)2 (144)8 = (001 100 100)2 = (1100100)2二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)時，整數(shù)部分從低位向高位方向每3位用一個等值的八進制數(shù)來替換，最后若不足3位的在高位處用0補夠3位；小數(shù)部分從高位向低位每3位用一個等值的八進制數(shù)來替換，不足3位的在低位處用0補夠3位。例： (11101.0111)2 = ( 011 101. 011 100)2 = ( 35.34)8 (1101101110.110101)B=(001 101 101 110.110 101)B= 1556.65

23、(O) 二進制數(shù)與十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十六進制數(shù)與二進制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下：( 0 )16 = 0000 ( 1 ) 16 = 0001 ( 2 ) 16 = 0010 ( 3 ) 16 = 0011 ( 4 ) 16 = 0100 ( 5 ) 16 = 0101 ( 6 ) 16 = 0110 ( 7 ) 16 = 0111 ( 8 ) 16 = 1000 ( 9 ) 16 = 1001 ( A ) 16 = 1010 ( B) 16 = 1011 ( C) 16 = 1100 ( D ) 16 = 1101 ( E ) 16 = 1110 ( F ) 16 = 1111十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)時

24、，把每一個十六進制數(shù)字改寫成等值的4位二進制數(shù)即一位拆成四位，且要保持高、低位的次序不變。例: (8 F.5)16 = (1000 1111 . 0101 )2 = (10001111.0101 )2 二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)時，整數(shù)部分從低位向高位方向每4位用一個等值的十六進制數(shù)來替換，即四位并為一位，最后不足4位時在高位處補0補夠4位；小數(shù)部分從高位向低位方向每4位用一個等值的十六進制數(shù)來替，最后不足4位時在低位處補0補夠4位。例：(10011010011.011)2 = ( 0100 1101 0011 . 0110 )2 = ( 4D3.6 )16 編碼a. BCD (Binary C

25、oded Decimal )碼十進制數(shù)的二進制編碼是指十進制數(shù)在計算機中用二進制編碼來表示。二一十進制編碼的方法很多，8421碼是最常見的一種，它采用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)，即每一位十進制數(shù)用四位二進制編碼來表示。這4位二進制數(shù)各位權(quán)由高到低分別是23、22、21、20，即8、4、2、1。例如，十進制數(shù)2816的8421碼為： 十進制數(shù) 2 8 1 6 8421碼 0010 1000 0001 0110b. ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）ASCII碼有標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼和擴展ASCII碼兩種，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼使用7位的二進制數(shù)來編碼，即每一個字符對應(yīng)著一個7位的二進制數(shù)。如字符a對應(yīng)的ASCII碼為1100001，該二進制數(shù)表示的十進制數(shù)為97。 c. 漢字碼在計算機系統(tǒng)中漢字的輸入、內(nèi)部處理、存儲和輸出過程中不能使用同一代碼。 輸入碼機內(nèi)碼字庫字形碼 大字的1616點陣 字形碼 GB2312-80國標(biāo)碼由3部分組成, 一是字母、數(shù)字和各種符號；二是一級常用漢字（3755個）；三是二級常用漢字（3008個）；全部放在一個9494個二維平面中?！按蟆弊值膮^(qū)號為20，位號為83，區(qū)位碼為：2083