第1章 计算机基础知识1.1 信息与信息技术1.2 计算机基础知识 1.3 信息的表示及编码基础知识1.4 信息存储的基础知识1.5 多媒体信息处理基础知识1.6 计算机信息安全基础知识1.1 信息与信息技术1.1.1 信息及其主要特征 1. 信息的定义作为一个科学概念，信息最早出现于通信领域。但到目前为止，还没有一个比较统一或普遍适用的定义。根据人们对信息的研究成果，科 学的信息概念可以概括为：信息是客观世界中各种事物的运动状态和变化的反映，是客观事物之间 相互联系和相互作用的表征，表现的是客观事物运动状态和变化的实质 内容。2. 信息的主要特征(1)社会性 (2)传载性 (3)不灭性 (4)共享性 (5)时效性 (6)能动性1.1.2 信息在现代社会中的作用 1. 认知作用2. 管理作用3. 控制作用4. 交流作用5. 娱乐作用1.1.3 信息技术 信息技术的概念信息技术的发展信息技术的体系信息技术的特点信息技术的功能信息技术的影响1.1.4 信息化与信息化社会1. 信息化信息化是指在国家宏观信息政策指导下，通过信息技术开发、 信息产业的发展、信息人才的配置，最大限度地利用信息资源以 满足全社会的信息需求，从而加速社会各个领域的共同发展以推 进到信息社会的过程。信息化的结果，必将极大地增强综合国力 和国际竞争能力。 2. 信息化社会及其主要特征信息化社会主要包括四个方面，即社会的信息化、工厂自动化 、办公自动化和家庭自动化。社会的信息化指社会系统的信息化 ，工厂自动化指生产过程自动化，办公自动化指使用计算机实现 办公过程即管理过程的信息化，而家庭自动化则指人们生活的信 息化。信息化社会具有如下基本特征：(1)信息、知识、智力日益成为社会发展的决定力量；(2)信息技术、信息产业、信息经济日益成为科技、经济、社会发展的主导因素；(3)信息劳动者、脑力劳动者、知识分子的作用日益增大；(4)信息网络成为社会发展的基础设施。3. 我国信息化和信息化政策法律环境的建设1.2 计算机基础知识1.2.1 计算机系统组成1.2.2 计算机硬件系统 计算机硬件系统均由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分构成。他们之间的逻辑关系如下图所示:下面分别简述这五大部件的基本功能： 1. 运算器又名“算术逻辑部件”，简称“逻辑部件ALU ( Arithmatic Logic Unit)”。它是实现各种算术运算和逻辑运行的实际执行部件。算术运算是指各种数值运算；逻辑运算则是指因果关系判断的非数值运算。运算器的核心部件就是加法器和高速寄存器，前者用于实施运算，后者用于存放参加运算的各类数据和运算结果。 2控制器控制器是分析和执行指令的部件，也是统一指挥和控制计算机各部件按时序协调操作的部件。计算机之所以 能自动、连续地工作就是依靠控制器的统一指挥。控制 器通常是由一套复杂的电子电路组成，现在普遍采用超 大规模的集成电路。控制器与运算器都集成在一块超大规模的芯片中，形成整个计算机系统的核心，这就是我们常说的中央处理 器CPU（Central Processing Unit）。中央处理器是计算机硬件的核心，是计算机的心脏。微型计算机的中央 处理器又称为微处理器。3存储器一般是指内部存储器，或称“主存储器” 。内部存储器是计算机的记忆部件，用于存放正在运行的程序及数据。内部存储器通常由许许多多的记忆单元组成，各种数据存放在这一个个存储单元中，当需要存入或取出时，可通过该数据所在单元的地址对该数据进行访问。内部存储器按其存储信息的方式可以分为只读存储器ROM(Read Only Memory)、随机存储器RAM(Random Access Memory)和高速缓冲存储器Cache三种。 4输入设备输入设备是计算机用来接收外界信息的设备，人们利用它送入程序、数据和各种信息。输入设备一般是由两部分组成，即：输入接口电路和输入装置。输入接口电 路是输入设备中将输入装置(外设的一类)与主机相连的部件，如键盘、鼠标接口，通常集成于计算机主板上。也就是说输入装置一般必须通过输入接口电路挂接在计算机上才能使用。最常见的输入设备当然就是键盘和鼠标了，扫描仪也是输入设备，现在还有一种用于手写输入的手写光电笔也属于输入设备。5输出设备输出设备的功能与上面所介绍的“输入设备”相反，它是将计算机处理后的信息或中间结果以某种人们可以识别的形式表示出来。输出设备与输入设备一样，也包括两个部分，即输出接口电路和输出装置。输出接口电路是用来连接计算机系统与外部输出设备的，如显卡是用来连接显示器这样一种输出设备的，声卡可以连接主机与音箱之类的输出设备；打印机接口则是用来连接打印机与主机系统的。输出装置就是上面所说的显示器、音箱、打印机、绘图仪等。 1.2.3 计算机软件系统基本概念：软件：由程序、数据和文档三部分内容组成。程序：是一系列有序指令的集合。计算机之所以能够自动而连续地完成预定的操作，就是运行特定程序的结果。计算机程序通常是由计算机语言来编制，编制程序的工作称为程序设计。数据：指各种信息集合，数值的与非数值的。文档：用自然语言（汉语或英语）对程序进行描述的文本称为文档。计算机软件系统：1. 系统软件是指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件。系统软件主要包括操作系统、各种语言处理程序、数 据库管理系统、网络系统及服务性程序。核心是：操作系统 、语言处理程序和各种服务性程序。(1) 操作系统 操作系统是管理、控制计算机的软、硬件和数据资源的大型程序，是用户和计算机之间的接口，并提供了软件的开 发和应用环境。 操作系统的分类方法很多，如：按计算机的机型可以分为大型机、 中、小型机和微型机操作系统；按计算机用户数目的多少可以分为单用户和多用户操作系统；按照操作系统的功能特征来对操作系统进行分类，主要分为三类：批处理操作系统、实时操作系统和分时操作系统。随着计算机技术和计算机体系结构的发展，又出现了许多新型的操作系统，例如，微机操作系统、多处理机操作系统、网络操作系统以及分布式操作系统等。微机操作系统当前主流是Microsoft公司的DOS（单用户单任务）操作系统和Windows（单用户多任务）操作系统。 (2) 语言处理程序机器语言是用二进制代码编写，能够直接被机器识别的程序设计语言。它的优点是不需要翻译就能够被计算机识别，因而执行速度快。它 的缺点是不易书写和阅读，直观性差（全是0和1的数字），在使用时难记、易出错，且针对具体机型，局限性大。汇编语言是用能够反映指令功能的助记符来表示指令的程序设计语言，即符号化了的机器语言。汇编语言的优点是运算速度快，比机器语 言易于书写和修改，主要的缺点是因为采用了大量的助记符，所以记忆 和掌握起来仍然比较困难。高级语言是用不依赖于机器的指令形式表达操作意图的程序设计语言。高级语言的表示方式更接近于人类的自然语言。高级语言的特点是 ：相对于机器语言和汇编语言，运行速度较慢，但是它易于书写和修改 ，而且容易被人们掌握。人们常用的高级语言有：BASIC语言、 FORTRAN、PASCAL语言、C语言等。 由于计算机只能直接识别执行机器语言，因此对于汇编语言或是高级语言编写的程序，机器是不能立即执行的 ，需要经过语言处理程序翻译成计算机能够直接识别和执 行的机器指令代码。把汇编语言编写的源程序翻译成机器 代码的过程，称之为汇编，完成此项工作的软件称之为汇 编程序。将高级语言编写的程序（称为“源程序”）翻译成 机器语言程序（称为“目的程序”），然后计算机才能执行。这种翻译过程一般有两种方式：解释方式和编译方式。 编译是先整段地将源程序翻译成目标程序，然后执行。(3) 数据库管理系统在计算机应用中数据处理占据很大比例，对于大量的数据如何 存储、利用和管理，如何使多个用户共享同一数据资源，是数据处 理必须解决的问题，60年代末在美国诞生了第一个商品化的数据库 系统。 (4) 网络系统软件计算机网络将分布在不同地理位置的多个独立计算机系统用通信 线路连接起来，实现互相通信、资源共享。计算机网络的构成为： 网络硬件、网络拓扑结构、传输控制协议以及网络软件。网络软件 主要指的是网络操作系统。 (5) 其他系统软件系统软件中还包括一些服务性程序，便于用户对计算机的使用和 维护。 2应用软件 应用软件是为了解决用户的各种实际问题而编制或购买的软件，因此应用软件都是针对某一特定的问题或某一特定的需要。前面介绍的计算机在各个领域的应用，就是通过应用软件来实现的。 应用软件的丰富与否、质量好坏，都直接影响到计算机的应用范围与实际经济效益。 1.2.4 计算机工作原理 1.2.5 计算机的分类根据计算机规模和性能，可以将计算机分为以下几类： 1巨型计算机运算速度在每秒亿次以上的计算机可称为巨型计算机。2. 大型计算机运算速度在每秒几千万次以上的计算机为大型计算机。 3. 中型计算机运算速度在每秒百万次以上千万次以下的计算机为中型计算机，与 大型计算机的区别不甚明显，通常用在国家重点科研机构、重点理工 科院校。4. 小型计算机小型计算机的运算速度在每秒几百万次左右5微型计算机微型计算机也称为个人计算机，简称微机、PC机。随着计算机技术的发展，各类机器之间的差别越来越不明显。近几年的高档微机，其速度、性能甚至超过了前几年的小型计算机。6工作站工作站实际上是一台高档微机。它的运算速度通常比微机快，配有大容量的存储器和大屏幕显示器，并有较强的网络通信功能。它主要用在计算机图像处理和计算机辅助设计等专业领域。 1.2.6 计算机的特点1运算速度快计算机的运算速度从每秒几十万次到上千亿次，是人 工和传统运算工具所无法比拟的，高速运算是计算机的一 个基本特征。 2精确度高它具有人类无能为力的高精度控制，计算机在进行数值 运算时能够达到很高的精度，可以精确到十几位到几十位 有效数字，计算机的高精确度使得它应用于航空航天、核 物理等尖端科学领域。 3具有很强的存储（记忆）功能 在计算机中有容量很大的存储装置，它不仅可以长久性地存储大量的文字、图形、图像、声音等信息资料，还可以存储指挥计算机工作的程序，使得计算机具有了很强的记忆能力。4具有逻辑判断功能 计算机内部是按照布尔代数进行运算的，布尔代数也就是逻辑代数，所以不仅可以进行加、减、乘、除等算术运算，也可进行与、或、非等逻辑运算。因此具有可靠的判断能力， 5自动执行功能计算机在进行计算、事务管理中，人只需要事先将编好的应用程序输入计算机，发布执行指令，计算机就能自动按照程序规定的步骤完成预定的处理任务。 1.2.7 计算机的应用 领域 科学计算 2信息处理 3过程控制 4计算机辅助功能 5计算机与网络、多媒体技术 1.2.8 计算机发展阶段 1946年2月，人类历史上第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。在同年，著名美籍匈牙利数学家冯诺依曼（Neumann，John von）提出了“存储程序”和“程序控制”的思想，这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础，已成为计算机设计的基本原则。1. 冯诺依曼思想的核心要点是： 1)计算机的基本结构应由五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 2)计算机中应采用二进制形式表示数据和指令。3)采用“存储程序”和“程序控制”的工作方式。 第一代计算机（1946年1957年），采用电子管作为逻辑元件，因此称为电子管计算机。使用机器语言作为编程语言，应用范围主要是科学计算。其体积较大，运算速度较低，存储容量不大，而且价格昂贵，使用也不方便。第二代计算机（1958年1964年），采用晶体管作为逻辑元件。开始使用汇编语言进行程序设计，应用范围扩展到数据处理和事务处理及工业控制。其运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍，体积为原来的几十分之一。2. 计算机大致经历了四个阶段第三代计算机（1