計算機(jī)基礎(chǔ)知識

1計算機(jī)基礎(chǔ)知識

1.1計算機(jī)概述

1.1.1計算機(jī)的誕生

計算機(jī)的誕生是人類對計算工具的需求和早期開發(fā)開始的

自動化的計算機(jī)需要有其賴以生存的基礎(chǔ)，由于其工作的復(fù)雜性，需要機(jī)電方式來自動計算

推動計算機(jī)發(fā)展的重要原因是需求，新的需求決定新的發(fā)展方向

1.1.2計算機(jī)的關(guān)鍵人物

圖靈的布爾代數(shù)，將復(fù)雜句題簡單化，將專業(yè)問題通用化

馮諾依曼的程序存儲理念將自動化運(yùn)算實現(xiàn)，是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲器中，在

執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中。然后使計算機(jī)在工作時自動地從內(nèi)存中取出指令

并加以執(zhí)行，這就是存儲程序概念的基本原理，馮?諾依曼計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的主要特點是：

采用二進(jìn)制形式表示程序和數(shù)據(jù)

計算機(jī)硬件是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成

程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存放在存儲器中

控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令（程序）工作

1.1.3計算機(jī)的定義與組成

?1計算機(jī)的概念：計算機(jī)是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計算

和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備

@2計算機(jī)的組成：一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)即軟件系統(tǒng)兩大部分

硬件系統(tǒng)：能夠收集、加工、處理數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)所需的設(shè)備實體，是看得見、摸得著的

部件總和，是計算機(jī)工作的基礎(chǔ)。從硬件結(jié)構(gòu)上來分：計算機(jī)硬件主要分為5個部分：運(yùn)

算器、控制器、存儲器以及輸入/輸出設(shè)備。

軟件系統(tǒng).相對硬件而言，為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬件系統(tǒng)，以及解決

各類應(yīng)用問題而設(shè)計的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它們在計算機(jī)中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進(jìn)

制狀態(tài)，存儲在內(nèi)存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設(shè)備上。

@3計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)示意圖：

|-三Has

「CPU」

控制器「只談存儲器（ROM）

王板「內(nèi)存儲磬

<存儲器JI隋機(jī)存儲器（RAM）

機(jī)箱、外存儲器（6更盤、光盤、軟盤方）

電源一看入設(shè)備《鍵盤、RX標(biāo)、掃IS儀等）

型'輸入幅出設(shè)備-

計……［修出設(shè)備《顯示器、HEPVIW）

機(jī)掾作系統(tǒng)（DOS、WindowsvUNIX、Linux

系-機(jī)器語言

語言處理程序匯編語言

統(tǒng)4

~高級iSM（C>C++、Fortran、Pascal）

系'）診..斷..程序

婉（文字處理軟件（MicrosoftWord、WPS等）

［應(yīng)庠軟件J表格處理軟件（MicrosoAExcel、金山表裕等）

輔助設(shè)計軟件（AutoCAD、MastercamW）

1.1.4計算機(jī)的分類

按計算機(jī)處理的數(shù)據(jù)分類：數(shù)字計算機(jī)、模擬計算機(jī)、數(shù)字模擬混合計算機(jī)

按計算機(jī)用途分類：通用計算機(jī)和專用計算機(jī)

按計算機(jī)規(guī)模分類：巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、工作站、服務(wù)器、嵌入式計算機(jī)

1.1.5計算機(jī)的應(yīng)用

科學(xué)計算：數(shù)值的復(fù)雜計算、量化

數(shù)據(jù)處理：屬于非數(shù)值處理，計算過程比較復(fù)雜，但計算方法簡單

過程控制：實時對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并根據(jù)實際情況作出相應(yīng)的處理

人工智能：計算機(jī)模擬人類的智能活動

計算機(jī)輔助設(shè)計與制造：

計算機(jī)輔助設(shè)計CAD：利用計算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析和模擬仿真，高效解決問題

計算機(jī)輔助制造CAM：利用計算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)的控制和管理，實現(xiàn)無圖紙加工

計算機(jī)輔助教育CBE：包括計算機(jī)輔助教學(xué)CAI（利用計算機(jī)模擬教師行為進(jìn)行授課）、計

算機(jī)輔助測試CAT（通過與計算機(jī)交互進(jìn)行學(xué)習(xí)和測試學(xué)習(xí)效果）、計算機(jī)管理教學(xué)CMI（-

套新教學(xué)模式和教學(xué)方法的管理系統(tǒng)）O

電子設(shè)計自動化EDA：利用硬件語言開發(fā)可編程芯片，擴(kuò)展硬件系統(tǒng)功能。

電子商務(wù)：通過計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行商務(wù)活動，從1996年開始，有著廣闊前景

文化教育：多媒體的遠(yuǎn)程教育，使得學(xué)習(xí)內(nèi)容和形式更加靈活

娛樂：意味著更高品味的生活與娛樂方式

1.1.6計算機(jī)的特點

運(yùn)算速度快：每秒處理的指令數(shù)量在不斷增加

計算精度高：包括對浮點型和整型數(shù)的運(yùn)算精度

存儲容量大：存儲計算機(jī)工作時產(chǎn)生的大量信息，而且提供各種外部存儲器

具有邏輯判斷能力：布爾代數(shù)建立了計算機(jī)的邏輯基礎(chǔ)，這也是智能化的一個基本條件

按照程序自動運(yùn)行：按照事先規(guī)定的步驟一步一步執(zhí)行，直到完成所有的工作

1.1.7計算機(jī)歷史與發(fā)展趨勢

@1計算機(jī)的發(fā)展歷史.

1946年.美國賓尼法尼亞大學(xué)研制成功，名字為ENIAC（電子數(shù)值積分計算機(jī)）

第1代計算機(jī)：采用電子管作為邏輯器件，速度低，體積大，耗電多

第2代計算機(jī)：采用晶體管作為邏輯器件，存儲器采用磁芯和磁鼓，速度提高，體積減小，

耗電降低

第3代計算機(jī)：采用中小規(guī)模集成電路作為邏輯器件，速度提高，體積減小，耗電降低

第4代計算機(jī)：采用大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路作為邏輯器件，速度提高，體積減小，耗電

降低

第5代計算機(jī)：將運(yùn)算器和控制器集成在電路芯片上，體積小，功耗低，可靠性高，對環(huán)境

要求低

@2計算機(jī)的發(fā)展方向：

巨型化：存儲容量更大。

微型化：體積越來越小網(wǎng)絡(luò)化：計算機(jī)無處不在，網(wǎng)絡(luò)接口也無處不在智能化：模仿人類較

高層次智能活動的能力。例如對弈系統(tǒng)，專家系統(tǒng)等。

@3未來計算機(jī)：

分子、原子計算機(jī)：利用原子、分子作為計算機(jī)的導(dǎo)線和器件，并實現(xiàn)納米尋址和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

光計算機(jī)：利用全光交換器件代替電子計算機(jī)的電子器件生物DNA計算機(jī)：在邏輯處理方

面有著極大的優(yōu)勢。

量子計算機(jī)：利用量子物理解決器件向微小發(fā)展方向的問題。

微米、納米流體計算機(jī)：利用微納技術(shù)實現(xiàn)邏輯門，主要用于血液檢測和藥品開發(fā)與測試。

1.2信息的表示與存儲

1.2.1數(shù)制的概念

@1計算機(jī)采用二進(jìn)制，主要是因為：

電路設(shè)計簡單，物理上最容易實現(xiàn)

運(yùn)算規(guī)則簡單，工作可靠邏輯性強(qiáng)，便于實現(xiàn)邏輯運(yùn)算和邏輯判斷

進(jìn)制的特點：逢N進(jìn)1；位權(quán)表示法

@2數(shù)制也稱計數(shù)制，是指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。

@3常用數(shù)制如下：

常用數(shù)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制

數(shù)字符號0?90,10?70?9,A,B,C,D,E,F

基數(shù)102816

其中：

基數(shù)：R進(jìn)制的基數(shù)二R

位權(quán)：在數(shù)制中，各位數(shù)字所表示值的大小不僅與該數(shù)字本身的大小有關(guān)，還與該數(shù)字所在

的位置有關(guān)，我們稱這關(guān)系為數(shù)的位權(quán)。即位權(quán)是一個與數(shù)字位置有關(guān)的常數(shù)，位權(quán)二Rn

@4二進(jìn)制運(yùn)算：

二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算：類似10進(jìn)制運(yùn)算，不過是逢2進(jìn)1

二進(jìn)制邏輯運(yùn)算：與（一假則假），或（一真則真），非（取反）

二進(jìn)制小數(shù)運(yùn)算：二進(jìn)制小數(shù)的位權(quán)依次為2A（l/n）

@5注意：二進(jìn)制運(yùn)算最后都是以加法形式進(jìn)行，所以加法是計算機(jī)運(yùn)算的基礎(chǔ)

1.2.2數(shù)制轉(zhuǎn)換

@110進(jìn)制轉(zhuǎn)2進(jìn)制：

整數(shù)部分除以2取余，直至商為0；

小數(shù)部分乘以2取整，直至小數(shù)部分為0或達(dá)到所需精度

@210進(jìn)制轉(zhuǎn)8進(jìn)制：

整數(shù)部分除以8取余，直至商為0；

小數(shù)部分乘以8取整，直至小數(shù)部分為0或達(dá)到所需精度

@310進(jìn)制轉(zhuǎn)16進(jìn)制：

整數(shù)部分除以16取余，直至商為0；

小數(shù)部分乘以16取整，直至小數(shù)部分為0或達(dá)到所需精度

@42進(jìn)制轉(zhuǎn)8進(jìn)制：

整數(shù)部分小數(shù)點左邊從右句左,每3位一組，轉(zhuǎn)換成8進(jìn)制

小數(shù)部分小數(shù)點右邊從左句右.不足時補(bǔ)。至3位，每3位為一組，轉(zhuǎn)換成8進(jìn)制

@52進(jìn)制轉(zhuǎn)16進(jìn)制：

整數(shù)部分小數(shù)點左邊從右句左,每4位一組，轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制

小數(shù)部分小數(shù)點右邊從左句右,不足時補(bǔ)0至4位，每4位為一組，轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制

@62進(jìn)制轉(zhuǎn)換10進(jìn)制：

利用位權(quán)變換，直接得出結(jié)果即可

@7常用數(shù)制對照表如下所示：

十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制

000000081000103

100011191001119

200102210101012A

300113311101113B

401004412110014C

501015513110115D

601106614111016E

1nm11S111117F

@8帶符號數(shù)的表示方法：

@@8.1計算機(jī)中需要處理的數(shù)據(jù)分為數(shù)值型和非數(shù)值型，而這些都需要直接用二進(jìn)制進(jìn)行

表示。對于整型數(shù)有正負(fù)，需要用符號位（0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)）來表示，對于無符號數(shù)

沒有正負(fù)，也就不需要符號位。

@@8.2機(jī)器值與真值：

符號被數(shù)值化的數(shù)據(jù)被稱為機(jī)器數(shù)

數(shù)值的數(shù)學(xué)表示形式被稱為真值

@@8.3原碼，反碼，補(bǔ)碼:

原碼：與機(jī)器碼一致

反碼：正數(shù)的反碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的反碼是對其原碼逐位取反，但符號位除外

補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的末位加lo

@9定點數(shù)（小數(shù)點位置固定）與浮點數(shù)（小數(shù)點位置不固定）：

@@9.1定點數(shù)：小數(shù)點完全靠事先約定而隱含在不同的位置

根據(jù)小數(shù)位數(shù)是否固定，分為定點數(shù)和浮點數(shù)

根據(jù)小數(shù)點固定的位置不司，定點數(shù)分為定點整數(shù)和定點小數(shù)兩部分：

定點整數(shù)：若階碼J=0,尾數(shù)S為純整數(shù)，此時，小數(shù)點固定在數(shù)的最低位之后

定點小數(shù)：若階碼J!=0,通常將小數(shù)點固定在最高數(shù)據(jù)位的左邊

@@9.2浮點數(shù)：小數(shù)點位置不固定的數(shù)，通常將其分為階碼和尾碼兩部分表示

階碼：確定數(shù)的范圍

尾碼：確定數(shù)的精度

說明：采用浮點數(shù)表示的數(shù)值范圍比定點數(shù)要大

1.2.3信息的存儲單位

@1位(bit)：計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)的最小單元(0、1)

@2字節(jié)(Byte)：處理數(shù)據(jù)的基本單位(8bit/Byte)

@3常用的字節(jié)計數(shù)單位：

1KB=1O24Byte(2A10B)

1MB=1024KB(2A20B)

1GB=1024MB(2八30B)

1TB=1024GB(2A40B)

@4字長：CPU一次處理數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)。

1.2.4數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼

常用的數(shù)字型數(shù)據(jù)編碼有BCD碼(8421碼)，也稱為2-10進(jìn)制編碼

BCD碼也是逢10進(jìn)L與10進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則完全相同

注意.雖然4位二進(jìn)制數(shù)可以表示16個值，但是后面6個在BCD碼中沒有用到

1.2.5非數(shù)值型數(shù)據(jù)的編碼

@1ASCII字符編碼(最常用)：分為7位碼和8位碼

對于7位碼：最高位不用，一共表示128個不同的字符

對于8位碼：最高位為奇偶校驗位，后面同7位碼一致

@2奇校驗與偶校驗

奇校驗：在正確字節(jié)里，一個字節(jié)中1的個數(shù)必須是奇數(shù)，否則在最高位補(bǔ)1

偶校驗：在正確字節(jié)里，一個字節(jié)中1的個數(shù)必須是偶數(shù).否則在最高位補(bǔ)1

@3漢字編碼：

國標(biāo)碼(交換碼，GB2312)：基本解決了漢字和少數(shù)民族文字的使用標(biāo)準(zhǔn)問題

機(jī)外碼：用戶通過鍵盤輸入的漢字信息編碼，是與計算機(jī)交互的第一接口

機(jī)內(nèi)碼：計算機(jī)內(nèi)部存儲對文字加工時所用的編碼，每個漢字用2個機(jī)內(nèi)碼表示

字形碼：文字信息的輸出，即字的形和體，人們可以看僮

@4多媒體編碼：計算機(jī)中只有0和1,因此多媒體信息也要轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制形式來存儲

@@4.1音頻信息數(shù)字化將音頻信息量化，需要A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換

A/D轉(zhuǎn)換：模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號

通過A/D轉(zhuǎn)換，在規(guī)定時間內(nèi)將聲音信號按照幅值量化，聲音就被數(shù)字化了

采用頻率越高，采集的數(shù)據(jù)量就越大，越接近原始的模擬信息

采樣深度越高，采集的每個數(shù)據(jù)就越精確，越接近原始的模擬信息

D/A轉(zhuǎn)換：數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號

通過D/A轉(zhuǎn)換，在規(guī)定時間內(nèi)將數(shù)字信息按照音頻規(guī)定的形式輸出，存儲的聲音就被模擬

7

@@4.2視頻信息數(shù)字化

視頻信息的數(shù)字化同音頻類似，需要兩個指標(biāo)來衡量，采用頻率和采用深度

采樣頻率越高：單位時間內(nèi)捕獲畫面幀的數(shù)量越多，畫面的連續(xù)性就越好，動態(tài)連續(xù)性越好

采樣深度越高，采集到的每幀畫面越清晰，靜態(tài)上越接近于實際情況

1.3信息安全

1.3.1信息安全概述

@1信息安全是指信息網(wǎng)絡(luò)的硬件，軟件，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)受到保護(hù)，不因偶然或惡意的原因

遭到破壞而不正常工作

@2信息安全是涉及計算機(jī)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、密碼技術(shù)、信息安全技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、

信息論的綜合學(xué)科

@3信息環(huán)境污染主要由垃圾信息、有害信息、虛假信息引起

@4信息安全產(chǎn)生的原因.

網(wǎng)絡(luò)信息傳輸需要通過很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，因此信息被截獲避免不了

網(wǎng)絡(luò)擁有比較復(fù)雜的設(shè)備和協(xié)議，而復(fù)雜系統(tǒng)的缺陷和漏洞是很難避免的

1.3.2計算機(jī)FZ

計算機(jī)FZ：一種高技術(shù)住犯罪手段，隨時隨地都可以發(fā)生

計算機(jī)FZ手段：系統(tǒng)攻擊、網(wǎng)絡(luò)傳播、非法使用資源、盜號竊取機(jī)密

計算機(jī)FZ特點：智能、隱蔽、廣域、危害、訴訟困難（找不到證據(jù)）、司法的滯后性

1.3.3防火墻技術(shù)

@1防火墻：內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Internet之間所設(shè)置的安全防護(hù)系統(tǒng)

@2防火墻阻止外部網(wǎng)絡(luò)對內(nèi)部資源的非法訪問，也阻止了內(nèi)部對外部的不安全訪問

@3防火墻是通過對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析與過濾的機(jī)制實現(xiàn)安全防護(hù)

@4防火墻主要用于實現(xiàn)訪問控制、授權(quán)認(rèn)證、安全檢查、加密

訪問控制：企業(yè)內(nèi)部與外部、內(nèi)部各部門之間實行隔離

授權(quán)認(rèn)證：授權(quán)不同用戶的不同訪問權(quán)限

安全檢查：對流入網(wǎng)絡(luò)中的信息流進(jìn)行檢查和過濾，防止病毒干擾和破壞

加密：提供防火墻與用戶信息傳輸方面的安全保證，保證防火墻與防火墻之間的信息安全

@5防護(hù)墻的類型：過濾防火墻、代理防火墻、雙穴主機(jī)防火墻

過濾防火墻：設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)層，可以在路由器上實現(xiàn)包過濾

代理防火墻：應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)防火墻，由代理服務(wù)器和過濾路由器組成

雙穴主機(jī)防火墻：利用主機(jī)實現(xiàn)安全控制功能，可以有多個網(wǎng)卡，連接不同的網(wǎng)絡(luò)

1.3.4計算機(jī)病毒及其防治

@1計算機(jī)病毒：人為設(shè)計的程序，隱蔽在計算機(jī)中，對計算機(jī)不定期造成破壞

@2計算機(jī)病毒的產(chǎn)生：開始是由于惡作劇，而后來則因為利益而編寫這些類型的程序，獲

取利益或者報復(fù)

@3計算機(jī)病毒歷史：(1983年確認(rèn)，1987年開始得到重視)

第1階段(1986-1989)：傳統(tǒng)的單機(jī)病毒，具有針對性，但很容易被排查

第2階段(1989-1991)：混合型病毒，更加隱蔽，自我保護(hù)措施強(qiáng)，可以變種

第3階段(1992-1995)：多態(tài)性/自我變形病毒，病毒的多態(tài)性導(dǎo)致多維化發(fā)展

第4階段(1996-現(xiàn)在)：網(wǎng)絡(luò)病毒，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳播.傳播速度快、隱蔽性強(qiáng)、破壞性

大

@4計算機(jī)病毒表現(xiàn)形式：

增加/減少文件長度：產(chǎn)生新文件或改變某些文件的屬性

使系統(tǒng)異常/癱瘓：刪除或改變系統(tǒng)的重要文件或可執(zhí)行程序

改變磁盤分配：寫入特定信息，導(dǎo)致對磁盤進(jìn)度操作時系統(tǒng)崩潰或出現(xiàn)異常

存儲信息不正常.破壞磁盤目錄表和文件分配表FAT等

減少可用內(nèi)存空間：進(jìn)入內(nèi)存執(zhí)行時減少內(nèi)存空間

@5計算機(jī)病毒的特點：傳染性、隱蔽性、潛伏性、破壞性、針對性、不可預(yù)見性

@6計算機(jī)病毒分類：

@@6.1按照破壞性分：

良性病毒：對平時操作有一定