第一章计算机应用的基础知识.doc

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1、第一章 计算机应用的基础知识 第一节 计算机的发展、组成与应用1.1.1 计算机的发展与应用1、 计算机的发展历程早期计算机每隔810年性能提升10倍，价格下降为原来的1/10。80年代后每3年计算机的性能提升4倍，价格下降为原来的1/2。第一台计算机，18000多个电子管，1500多个继电器，170平方米，30多吨，140千瓦。现在计算机CPU芯片，几平方厘米有几千万上亿个晶体管。代别年代主要元件软件类型运用领域第一代40年代中到50年代中CPU：电子管内存：磁鼓机器语言和汇编语言编写程序科学和工程计算第二代50年代中到60年代中CPU：晶体管内存：磁芯FORTRAN高级程序设计语言广泛数据

2、处理领域第三代60年代中到70年代初CPU：SSI MSI内存：SSI MSI的半导体存储器操作系统、数据库管理系统科学计算、工业控制和数据处理第四代70年代到现在CPU：LSI VLSI内存：LSI VLSI的半导体存储器软件开发工具和平台、分布式计算机、网络软件各行各业2、 计算机的发展趋势性能不断提高（2020年前每1.5年提高一倍），体积不断缩小，价格持续下降，信息处理功能走向多媒体化，进入网络计算时代，3、 计算机的作用和对人类社会的影响。1.1.2 计算机的分类与PC机的组成。1、 计算机的分类巨型计算机、大型计算机、小型计算机、PC、嵌入式计算机。2、 PC的组成中央处理器（控制

3、器和预算期）、存储器（内存和外存）现在高速存储器（存储周期10ns缓存）已经被集成在中央处理中、输入设备、输出设备、总线连接以上设备的一组信号线及其控制电路(计算机中的I/O设备通过I/O接口与各自的控制器连接然后在与控制总线连接)3、 PC的性能参数（1） CPU性能指标正相关于工作频率（主频）、Cache容量，还和指令系统、运算器的逻辑结构有关。（2） 内存容量与速度正相关，用存取周期存储器完成一次全盘的存取操作所需的时间(DRAM做内存，周期几十纳秒)来衡量。（3） 硬盘存储性能与硬盘容量和平均访问时间。（4） 总线的传输速度与数据线宽度、总线工作频率和每次数据传输所需的总线周期数目。（

4、5） 系统可靠性（平均无障碍时间和平均障碍修复时间）。1.1.3 PC软件1、 软件的功能与分类系统软件BIOS（基本输入输出系统）和应用软件。2、 系统软件 与硬件具有很强的交互性和具有一定的通用性。包括操作系统、语言处理程序、实用程序工具软件。（1）操作系统（2）程序设计语言和处理程序3、应用软件第二节 二进制与数值信息的表示1.2.1 二进制1、 十进制整数换算为二进制整数：除以2取余法2、 十进制小数换算为二进制小数：乘以2取整法。3、 八进制换算为二进制。4、 十六进制换算为二进制5、 二进制换算为八进制6、 二进制换算为十六进制7、 二进制数的计量单位TB GB MB KB B 1

5、.2.2 整数在计算机中的表示1、 整数（定点数）的表示：整数分为不带符号和带符号的整数。分别可以用8、16、32、64位二进制位表示。其中 (1)原码表示法不带符号的整数用二进制位可以表示的数的大小二进制数位整数的大小828-116216-132232-164264-1带符号的整数用二进制位可以表示的大小其中二进制数的第一位 “0表示+，1表示-”二进制数位整数的大小8-27+127-116-215+1215-132-231+1231-164-263+1263-1表示负整数还有补码和反码表示法（2）反码表示法负数的符号位仍用1表示，但绝对数上的数与原码相反，0用1表示，1用0表示.（3）补码

6、表示法负数的符号位也用1表示，但绝对数上的数是反码加1后的结果。补码要比原码和反码多表示一个数。二进制编码的十进制（BCD码）Pentium处理器的四种带符号整数的表示整数类型数值范围长度格式16位整数-3276832767二进制16位16个二进制位，补码表示短整数-231231-1二进制32位32个二进制位。补码表示长整数-263263-1二进制64位64个二进制位，补码表示BCD整数-1018+11018-1十进制18位80个二进制位，其中左端第一个为符号位，余7位无效，另外72位为18位BCD码，原码表示2、 整数的运算(长度是4位或8位，补码表示的运算) （1）不同长度整数之间的转换（

7、4位到8位）（短整数可以换成长整数值不变，而长整数换成短整数值就要变。）方法：把符号位向左延长到所需要的位数。（2）整数的变号操作（取负）方法将二进制位的每个数字取反，再在末位加1.（3）整数的移位操作1）算术移位（快速完成对整数的进行乘法和除法运算）算术左移n位相当于乘以2n，方法是将原来的数向左移n位，左面移出的高位丢弃，右边空出的低位空出的位置用0补齐，如果正数移出的位包括1或负数的移出位中有0则表示结果（超出范围）溢出，不正确。算术右移n位，相当于除以2n ，方法是把原来的数中每一位向右移动n位个位置，右边移出的低位丢弃，左边空出的高位用1（原来高位是1）占位或用0（原来高位是0）占位

8、2）逻辑移位逻辑左移n位，就是把二进制数向左移n位，左边移出的高位全部丢弃，右边的低位全部用0补齐。逻辑右移n位，就是把二进制数右移n位，右边移出的低位全部丢弃，左边的高位全部用0补齐。3）循环移位循环移位就是逻辑移位的一种，循环左移 n位就是把每个数向左移n位，左移出的高位不丢弃，补在右边移出的空位，循环右移n 位就是把每个数向右移n位，右移出的低位不丢弃，补在左边移出的高位。4）逻辑运算（布尔运算）按位进行处理，对对应位进行规定的逻辑运算，不考虑位与位之间的进位。基本逻辑运算有四种：“非”运算NOT、“或”运算OR、“与”运算AND、“按位加”运算XOR。按位加：不考虑低位间产生的进位。5

9、）整数的加法6）整数的减法先把减号变号，再把变号后的数字与被减数相加。1.2.3 实数在计算机中的表示1、 实数（浮点数）的表示实数包括小数和整数(定点数）。一个实数总可以表示为一个纯小数和一个乘幂的乘积。浮点表示法：任何一个实数可以用“指数（整数）”和“尾数”（纯小数）的乘积组成。美国电气与电子协会（IEEE）制定浮点数的工业标准IEEE 754Pentium处理器的浮点数表示格式：特点：1）最高位是符号位，它表示的是浮点数的正负。 2）规格化的浮点数的位数的最高位（第一位）是1，不必在位数中表示出来。 3）浮点数的0有两种，+0表示全是0,表示为0 0，-0表示为1 0。 4）浮点数的表示

10、范围虽然很大，但运算中还是可能出现超出它允许范围的结果，这种叫做“向上溢出”。 5）浮点数能表示绝对值很小的数，当绝对值中出现更小的数时，这种情况叫做“向下溢出”，这时处理器表示为0.Pentium系列处理器的3中不同类型浮点数的表示方法。例1.34 将十进制数178.125表示成单精度浮点数2、 实数的运算第三节 文字符号在计算机中的表示与处理1.3.1 西文字符的编码 西文包括拉丁文、数字、标点符号、特殊符号统称为字符，每个字符都有一个二进制代码表示。目前计算机中使用广泛的西文字符集及其编码表是ASCIIAmerican Stadard Code for Imformation Inter

11、change代码表。是国际ISO标准。ASCII码用7个二进制位 b6b5b4b3b2b1 b0组成。从到总共有128个编码，代表10个数字，26个小写字母、26个大写字母、算术运算符、标点符号、商业符号。虽然ASCII用7个二进制位编码，但计算机中以字节作为基本的处理单位，任用一个字节存储一个ASCII字符，每个字节中对出来的一位（最高位b7），在计算机中一般保持为0，在数据传输位中作为奇偶校验位使用。1.3.2 汉字的编码我国汉字6万多个，编码、传输造成问题。1、GB 2312（1981）汉字编码，选出6763个常用汉字和682个非汉字字符为每个字符制定标准代码。由三部分组成，第一部分由6

12、82个拉丁字母、日文平假名和片假名、俄文、希腊字母和汉族拼音。第二部分由3755个常用汉字组成，第三部分由不常用的3008个汉字组成。GB2312编码有一个94行94列的二位表组成。2、GBK（1995）汉字内码扩充规范.。 一共有21003个汉字和883个图形符号。包括繁体字和生僻字。3、UCS/Unicode与GB18030（2001）编码标准。GB18030 采用不等长的编码方法，单字节（129个）编码表示ASCII字符，与ASCII码兼容，双字节编码（23940个汉字）与GBK(GB2312)兼容。GB18030与以前的GB2312和GBK兼容还与UCS/Unicode兼容。1.3.3

13、 计算机中的文字处理使用计算机文字处理包含文稿的输入、文本的编辑、文本的排版和文档的存储与输出几个步骤。1、 文稿的输入。汉字输入编码有四种：数字编码、字音编码、字形编码、音形混合编码。汉字输入编码与汉字内码是完全不同的概念。2、 文本的编辑与排版。3、文档的存储与输出。第四节 图形在计算机中的表示与处理。图在计算机中的表示有两种方法，1、点阵图像dot matrix image或位图图像bitmap image ，简称图像image.2、几何图形和矢量图形vector graphics,j简称图形graphics。1.4.1 图像及其处理1、 数字图形的获取和基本参数图像的获取实质上是信号扫

14、描和数字化的过程。分为取样（网格化取图-取样点矩阵图）、分色（将彩色图分为三基色R/G/B表示，每个取样点的值都用一组（3个）基色的亮度值表示）、量化。像素picture element , pel一幅图像由M（行）N（列）个取样点组成，每一个取样点是组成图像的基本元素。彩色图像的像素是矢量，它由多个（3个或4个）彩色分量亮度值组成。灰色图像或黑白图像的像素由一个分量组成。行数M成为图像的垂直分辨率，列数N成为图像的水平分辨率。像素的每个分量由整数表示，由812个人位，可以表示28212个不同的亮度等级。每一副数字图像的几个基本参数1）图像的大小（分辨率）。2）位平面bitplane的数目（像

15、素彩色分量的数目）,彩色图像的位平面有多个，黑白或灰度图像的位平面只有1个。3）彩色空间（彩色模型）的类型（彩色图像采用哪些基色进行描述）。常用的有RGB空间，CMYK(青、橙、黄、黑)空间，YUV(亮度色差)空间。4）像素的深度（每个像素需要多少位二进制位表示）。所有像素分量的位数之和，2、图像压缩编码与图像文件格式。图像数据量=水平分辨率垂直分辨率像素深度/8图像的压缩分为有损压缩(预测编码、变换编码、矢量编码和基于模型的编码)和无损压缩（行程长度编码RLC、哈弗曼huffman编码）两种。压缩比可以达到10100（压缩前与压缩后）。ISO和IEC两个国际机构组成JEPG专家组指定了JEP

16、G和JEPG 2000两个标准。其中JEPG 2000的技术更为先进。常用的计算机图像格式：1）JPEG格式：数码相机和Web上广泛使用。2）BMP格式：颜色多（最多232色），可以是压缩也可以不压缩3）GIFgraphics interchange format文件格式：采用LZWLempel-Ziv Walch无损压缩算法按扫描行压缩图像。动态图片，只有256种颜色。4）TIFF文件格式：为扫描仪和桌面出版系统研究出的文件格式。5）PNG格式：20世纪90年代由W3C研发的图像，有GIF图像的特点，高于GIF。3、图像处理及其应用数字图像处理：使用计算机对来自照相机、摄像机、扫描仪、传真机

17、、医用CT（计算机断层成像）机、X光机等的图像进行降噪、增强、复原、分割、提取特征、压缩、存储、检索等操作处理。1.4.2 计算机的图形1、 景物的计算机表示模型Model：景物在计算机中的描述就是该景物在计算的中的模型。景物的建模Modeling：人们进行景物的描述过程。图像合成image synthesis或绘制rendering：根据景物的模型生成景物的图像。计算机图形学Computer Graphics：研究如何用计算机描述景物并生成其图像的原理、方法与技术。2、计算机图形的绘制输出景物图像的过程实际上就是把景物的模型（符号表示）转换成为点阵（像素阵列）表示的过程。图像绘制过程需要下面

18、的处理过程取景变换viewing transformation-视域裁剪clipping-三角化trianglization-光栅化rasterization-隐藏面清除hidden surfaces removal-阴暗处理shadding-影阴生成shadow generation-纹理映射texture mapping。3、计算机图形的制作与应用第五节 音频于与视频信息的表示和处理 1.5.1音频信息的处理和应用1、波形声音的获取声音是由振动产生的波，由许多不同频率的谐波组成。谐波的频率范围成为声音的带宽。全频带声音20 HZ 20000HZ，认的说话声音频率只有300 HZ 3400H

19、Z。声音是模拟信号。声音数字化的过程：1）取样：用时间上一组离散的值（取样值或样本）来代替时间上一组连续的信号。取样周期(每隔相等的一小段时间取样一次，这隔相隔时间)，取样频率不低于声音最高频率的2倍，语音取样频率8kHz，音乐的采样频率高于40kHz。2）量化A/D模转数：把每个样本的模拟值转换为数字量来表示，用8位、12位、16位二进制位表示量化位数。位数越高声音的失真越少。3）编码：对量化的数字型号进行压缩。2、波形声音的压缩编码。数字波形声音数据量比较大。码率(每秒钟的数据量，单位：kBps)=取样频率量化位数声道数对数字语音一般采用脉冲编码调制PCM（码率为64 kBps），自适应差

20、分脉冲编码调制ADPCM（码率为32 kBps）数据压缩。 3、波形声音的处理与应用 4、计算机合成声音分为两类：计算机合成的语音TTS（文语转化：计算机模仿人把一段文字朗读出来），计算机合成的音乐（计算机自动演奏乐曲）。乐曲在计算机中通过MIDI(音乐描述语言)用二进制码来表示。MIDI声音数据量很小（比CD少3个数量级，比MP3还少2个数量级）。1.5.2 视频信息的处理与应用1、数字视频video信息（内容连续变化的运动图像）的获取。 电视信号使用彩色空间的是YUV空间，每幅彩色画面由亮度Y分量和色度U V分量共3个分量组成。对三个分量分别进行采样、量化，同时还要获取伴音信号。 2、数字

21、视频的压缩编码 现在电视采用PAL电视信号，标准分辨率不是720576像素，一分钟数字电视的数据量为1GB。Premiere是一种最为流行的专业视频编辑软件。Windows Move Maker windows操作系统中默认安装的简单视频编辑软件3、数字视频的应用1）VCDMPEG-1格式：每张CD存储650MB，60分钟的音视频节目，图像质量达到家用级（200线）DVDMPEG-1格式：单面单层DVD存储4.7GB，2个小时的广播级的音视频（720576线），可以支持5.1声道（左、右、中、左环绕、右环绕声道）。2）可视电话与视频会议可视电话使用的视频编码标准为H.263。图像格式是3602

22、88或188144，帧频不小于 10帧/秒。3）数字电视将电视信号进行数字化，然后对数字化后的信号进行编辑、制作、传输、接受、播放。4）MP4播放器MPEG-4是一种极低码率（小于64kbps）的视频编码格式。可以通过USB和1394接口与计算机相连。第六节 计算机网络基础1.6.1 计算机网络的功能和分类1、计算机网络的组成计算机、数据传输媒介（双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波）、通讯控制设备（网卡、集线器、交换器、路由器、调制解调器）、通讯协议、网络操作系统（服务器操作系统或网络操作系统NOS）、网络应用程序。2、计算机网络的功能及服务计算机网络有两种基本工作模式：对等模式peer to

23、peer(网上邻居就是对等模式)和客户/服务器模式client/server,C/S.。3、计算机网络的类型局域网LAN广域网WAN城域网MAN1.6.2 计算机局域网1、局域网的特点与组成特点：范围小、使用专门铺设的传输介质进行数据通讯、数据传输速率高（10MBps1GBps）延迟时间短、可靠性高，误码率低（10-810-11）网路上的每一台设备都是一个结点node，每一个结点都有一个网络接口卡（网卡），每个接口卡都有一个全球唯一的地址码MAC地址。局域网规定每个结点必须把要传输的数据分成小块frame 帧进行传输2、常见局域网简介1）以太网Ethernet 通过以太网卡和双绞线或光纤连接在

24、网络中，实现相互间的通信。以集线器hub为中心构成。基本功能是数据帧的分发，他把一个口接收到的帧向所有端口进行分发，并对信号进行放大。他的拓扑结构为总线结构。共享带宽（10100Mbps）现在以太网广泛使用的是以太网交换机Ethernet switch(高速电子交换机)，交换机的好处在于当交换机从发出结点接收到数据帧后会将该数据帧发送到指定的MAC地址结点而不向其他无关结点发送，可支持多结点相互之间的同时通信。交换机局域网结构为星状结构。独享带宽（10100Mbps）.。可以实现千万兆位以太网。2）光纤分布式数据接口网FDDI 采用环形结构，利用光纤将多个结点环形连接起来，环上的结点依次获得对

25、环路的访问权，进行数据帧的发送和接收。使用双环线，主环线和备用环线。光纤低损耗，可以实现长距离传输，光纤无电磁辐射，增加了数据传输的保密性。3）无线局域网WLAN 使用无线电波，其主要频段是S频段（2.42.4835Hz）。硬件设备：无线网卡、无线hub、无线网桥。通信协议：802.11和蓝牙bluetooth等标准。802.11传输速速：802.11a：25Mbps、802.11g：54Mbps。现在最常用的802.11b：11Mbps。蓝牙bluetooth传输速率：最高1 Mbps，有效721 kbps。1.6.3 互联网及其应用1、互联网的发展起源于美国国防部ARPANET计划。 2、

26、互联网的接入1）IP地址在网络中每一台计算机host都要有一个唯一的标示，这个唯一的标示就是IP地址。IP地址需要指明计算机中的在网络中的网络号net-id和在网络中的计算机号host-id。IP地址分为A、B、C、D、E五类，且构成如下：IP地址=类型号+网络号net-id+ 计算机号host-id 目前广泛使用的是第4版本，IP地址使用4个字节（32个二进制位）表示A类，用于有大量计算机的网络（16 777 214），只有少量网络获得（少于126个），二进制表示的最高位是0（首字节的值小于128）。B类，由于规模适中的网络（65 534），二进制表示的最高两位为10（首字节大于等于126小

27、于192）,。C类，适用于规模较小的网络（254），二进制表示的最高三位为110（首字节的值大于等于192小于224）。为记忆方便，用“点分十进制”的方法表示IP地址。现在使用的IP协议第4版IPva,二进制位只有32位，最多只能表示大约36亿个地址。新版第6版IP协议IPv6，二进制位是128位。2）域名：每台网的计算机可以使用方便记忆的符号作为该计算机的标示。域名使用的字符可以是数字、字母、连字符，必须以数字或字母结尾，字符的总长度不能超过255个字符。域名系统DNS domain name system：把域名翻译成IP地址的软件系统。相当于一个电话本，已知域名可以查到他的IP地址，由系

28、统自动完成。域名服务器：运行域名系统的计算机。3)如何接入互联网互联网的核心：数据传输速度极高的高速宽带主干网backbone。它外连很多汇聚点POP。远程通讯线路有：准同步数字系列PDH（低、中速线路，每秒几兆到几百兆）和同步数字系列SDH（高速线路，每秒几百兆到几千兆甚至更高）。将局域网连接到互联网上需要路由器（将两个或多个同构或异构的网络连接起来）。3、 互联网internet与Webworld wide web WWW或Web。internet侧重于网络的基础设施，而Web侧重于网络的信息服务。Web 是利用超文本文档HTML,扩展名为html或htm的描述语言将客户机与网络服务器之间传输文档的通讯协议HTTP和统一资源定位uniform resource locater URL技术，由遍布在internet中的Web服务器计算机（保存了大量的网页Web page）和安装了Web浏览器（用于查看、浏览、下载网页的软件）的客户机组成。网站Web site：存储在Web服务器中的大量网页的集合。由Web服务器管理。 网站的主页home page：网站的入口页。统一资源定位uniform resource locater URL的组成部分：协议名称:/主机域名（端口号）/文件路径/文件名。HTTP协议hyper text transport protocol4、互联网的应用