计算机的基础知识
认识计算机
1.计算机作为一种工具，在人类社会近几十年的时间里，大大改变了人类生产生活的方式。生活中的计算机：台式机，笔记本/便携式计算机，服务器。
2.计算机的起源和发展：
⑴手工计算阶段：结绳和刻木（远古）——算筹（春秋）——算盘（公元前五六世纪）——计算尺（17世纪）；
• 在春秋战国时期，出现了一种由木头或竹子做成的小木棍，用来模拟和扩展手指运算功能的计算工具，这种工具是算筹。
⑵机械计算阶段：齿轮加法器（1642，法国，布莱兹帕斯卡）→ 添加乘法（1673，德国，莱布尼兹）——巴贝奇差分机（1822，英国，自动时序控制，奠定基础）；
⑶电子计算阶段：1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学，世界上第一台真正意义上的电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer，电子数字积分计算机）诞生。缺点：①采用十进制而非二进制表示和计算数据，②只能通过手工设置开关和插头来编程。
1949年，英国，第一台程序存储电子计算机EDSAC，计算机之父——冯·诺依曼——存储程序式计算机。程序存储：①预先编制用于控制计算机工作的程序输入到计算机存储器中存储，计算机自动从中读取指令来控制各部分工作；②采用二进制作为数字计算机的数制基础。——其所提出的计算机结构，基本工作原理可概括为程序存储。
3.计算机的五大基本组成部件：⑴输入数据和程序的输入设备；⑵记忆程序和数据的存储器；⑶完成数据加工处理的运算器；⑷控制程序执行的控制器；⑸输出处理结果的输出设备。
4.现代计算机的发展过程：⑴第一代：电子管计算机（1946-1958：20世纪40年代中期到50年代中期）；⑵第二代：晶体管计算机（1959-1964：50年中期到60年代中期）；⑶第三代：集成电路计算机（1965-1970：60年代中期到70年代初期）；⑷第四代：大规模、超大规模集成电路计算机（1971-现在：70年代初期至今）——微机诞生于第四计算机时代。
5.计算机的特点、应用和分类：
⑴计算机的特点：①计算速度快：“银河”系列，万亿次/秒；②计算精度高：圆周率；③逻辑性强；④数据处理量大；⑤自动化程度高；⑥应用领域广泛。
• 城市几百万人口的户籍信息由一台服务器就可以保存管理，属于计算机的（数据处理量大）的特点 。
• 专用计算机是为某一领域设计的产品，其特点：功能单一，结构简单，解决特定问题能力强，并且经济便宜。错误的描述是（价格昂贵）。
⑵计算机的应用：①科学计算；②信息管理；③自动控制；④人工智能（Artificial Intelligent，AI；模拟人类，具有自学能力的跳棋程序）；⑤辅助工程：CAD设计，CAM制造，CAE教育，CS仿真；⑥学习娱乐（网络游戏）；⑦电子商务。
⑶计算机的分类：①规模：巨型机（天河），大型机，小型机，微型机，单片机等；②构成器件：电子计算机，光子计算机，量子计算机，生物计算机；③用途：通用计算机，专用计算机；④内部所使用的电信号：模拟计算机，数字计算机。
6.未来计算机的发展趋势：⑴网络化：云计算、物联网、大数据；⑵智能化：模拟人类的智力活动；⑶巨型化和微型化。
计算机的硬件系统
1.中央处理器（CPU）：
⑴基本功能：①程序控制；②操作控制；③时间控制；④数据运算。
⑵CPU的组成：运算器 + 控制器。运算器：①ALU：算术逻辑运算单元；②寄存器：用来临时存储运算结果的部件。控制器：①程序计数器PC；②指令寄存器IR；③指令译码器ID；④操作控制器OC；⑤时序信号产生器。
⑶CPU的性能指标：①时钟频率（主频）：CPU内数字脉冲信号震荡的频率，单位是Hz；②外频：CPU与主板之间同步运行的速度；③前端总线频率：CPU与总线之间数据传输的速度；④指令系统和字长（指令系统：计算机所能执行的全部指令集合；字长：CPU一次能并行处理的二进制数的位数）。
2.存储器：是计算机系统用来存储程序和数据的器件。
⑴存储器的分类：①半导体：内部存储器（主机内），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），易失性存储器（内存条，RAM、Cache）；②磁介质：外部存储器，顺序存取存储器（磁带），读写存储器，非易失性存储器（ROM、磁盘、光盘）；③光盘：直接存取存储器（硬盘）；④按内容访问存储器。
⑵三级存储器体系结构：一级存储：高速缓冲存储器 + 主存储器；二级存储：磁盘；三级存储：光盘 + 磁带。
①高速缓冲存储器（Cache）；②主存储器；③外存储器（如磁盘连同驱动器）。
• 三级存储器体系结构解决速度、容量和成本三者之间的矛盾：Cache存取速度快，与CPU访问相匹配；外存容量大，满足计算机大容量要求；主存强调合理性价比。
3.输入/输出设备：计算机与其使用者的交互是通过输入/输出设备来实现的。
⑴输入设备：将数据、命令和程序等来自外部的信息，转换成计算机能接收并识别的形式，送入计算机。①键盘；②鼠标；③扫描仪；④语音/视频→麦克风/摄像头（声音信号转换为电信号）；⑤触摸屏。
⑵输出设备：将计算机运算处理的结果，转换成人或其他设备能接收和识别的形式并展现出来。①显示器：CRT，LCD（液晶显示器）和LED（发光二极管显示器）；②打印机：针式打印机，喷墨打印机，激光打印机，3D打印机；③音箱和耳机：各种音频电信号要通过音箱或耳机转换为人耳能感受到的声信号。
4.主板：【问题】：各种设备如何连接在一起，完成数据的加工处理？
【答】：主板是微型计算机中最主要的一个集成电路板，它将计算机的各个硬件设备有机的联系在了一起。CPU、存储器、输入输出设备的控制卡（适配器）等各种器件通过主板上的插槽、接口、总线以及数据线相连，从而能够协同配合工作。
⑴总线（Bus）：地址，控制，数据。
⑵芯片组（Chipset）：①北桥芯片：在位置上比较靠近CPU，主要负责CPU与内存之间的数据交换、控制显卡等功能，在芯片组中起主导作用，北桥芯片与CPU交互频繁，数据处理量大，因此更容易发热，所以通常北桥芯片上都带有散热片。②南桥芯片：离CPU相对较远，主要负责外存、外围设备之间的数据交换。
⑶插槽：PCI扩展插槽，IDE插槽。
5.计算机的通信接口：【思考】：家里的电话机、电视机如何连接到线路上？
人们通常把计算机内外部进行通信的的结合处称之为通信接口，简称接口。不同的接口决定着不同的数据传输方式和传输性能。计算机数据通信的传输方式从根本上分为两大类：串行传输和并行传输。两者分别对应的通信接口称为串行接口（简称串口）和并行接口（简称并口）。
⑴串行传输：通过一条传输线路将计算机中的二进制数据的各个位顺序传输，同一时刻只传输一个二进制位。
⑵并行传输：通过多条传输线路，在同一时刻传输多个二进制数据位。
①PS/2接口：用于连接鼠标和键盘；②COM1接口：标准的RS-232串口；③VGA接口：也叫D-Sub接口，用来连接显示器和投影仪等外部显示设备；④LPT接口：是一种并口，用来连接打印机和扫描仪设备；⑤RJ-45接口（网络接口）：计算机网卡与局域网或通过ADSL调制解调器与互联网相连的接口；⑥音频接口：是用于计算机声音信号的输入输出，一般机箱配备两个音频接口；⑦USB接口：是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标准，用于规范计算机与外部设备的连接和通讯。
计算机的软件系统
硬件是骨骼，软件是灵魂。日常工作中会用到哪些软件？管理硬盘上的文件？编制报表？娱乐？购物？
1.计算机软件的分类：⑴系统软件：为用户管理与使用计算机提供方便的一类软件，如操作系统，数据库管理系统，语言处理程序等；⑵应用软件：专门用于解决各种具体应用问题的软件或程序，如Office办公软件，ERP软件，OA软件，游戏软件等等；⑶商品软件、共享软件和自由软件：①商品软件：一种可以买卖的商品；②共享软件：一种“买前免费试用”的具有版权的软件；③自由软件：开源软件。
2.计算机软件如何控制硬件工作：软件控制硬件工作依照的是程序编写者用程序设计语言预先设计好的方法和步骤。
⑴程序设计语言：是人与计算机进行交流的语言。①机器语言：二进制，直接执行，计算机能够直接识别的语言；②汇编语言：助记符，需要汇编，通常用来描述计算机指令；③高级语言：需要编译，通常会提供各种编写程序的辅助手段，如帮助、库函数、类库。
⑵计算机指令：是指计算机硬件执行某种操作的命令。①指令系统所包含的各种基本功能，由硬件来实现；②指令是程序员进行程序设计的基本出发点和最小单位，一条机器指令的基本格式为：操作码OP，地址码D
3.微型计算机的性能指标：如何衡量一台微型计算机性能的优劣呢？
⑴CPU的性能指标：字长，主频（CPU主频=外频×倍频）；⑵内存容量：单位是字节；1KB（千字节）=1024B；1MB（兆字节）=1024KB；1GB（吉字节）=1024MB；1TB（太字节）=1024GB；⑶输入输出数据传输速率；⑷其它：可靠性、兼容性、性价比、用户体验等。
4.信息在计算机的表示：当我们按下键盘上的某个键时，这个信息是如何传输和存储的呢？
计算机只存储0、1信号！用不同的二进制串来代表不同的信息：如 1000001：A 0111001：9
5.数制的概念与转换：
⑴数制：是人们利用数字符号来计数的方法。生活中的数制：十进制（0、1...9），十六进制（0、1…9、A…F），二十四进制。（逢几进一）
两个基本要素：基数与位权。基数：指数制允许使用的基本数字符号的个数；位权：一个数字符号所表示的数值就等于该数字乘以一个与它所在数位有关的常数，这个常数称为位权。例如：9999
⑵二进制数的特点：容易实现，工作可靠，运算简单，便于逻辑运算和逻辑设计。
⑶数制之间的转换：
254.13用二进制怎么表示？（254.13）10=2×102+5×101+4×100+1×10-1+3×10-2
①十进制转换成二进制：整数部分“除2取余，自下而上”；小数部分“乘2取整，自上而下”。
②十六进制数转换为二进制数：法则：将十六进制数的每一位数字用等值的二进制数代替即可。例如：（4AF.3C）16=（0100 1010 1111.0011 1100）2
③二进制数转换为十六进制数：法则：整数部分由小数点向左每四位一组，小数点向右每四位一组，不足四位补0，然后用每组二进制数等值的十六进制数代替即可。例如：（1011001001.101011）2=（0010 1100 1001.1010 1100）2=（2C9.AC）16
注：为了更方便的区分不同数制，规定在数字后面加 H 表示 十六进制数，加 B 表示 二进制，加 D 或 不加 表示 十进制数。
⑷西文的表示方式：ASCII码
采用7位二进制数编码，表示128个不同的字符。
A：1000001
a：1100001
每个英文字母对应的小写字母的ASCII码都比其大写字母ASCII大32。如：已知英文字母“B”的ASCII码为1000010，则英文字母“b”的ASCII码为（1100010）
⑸中文的表示方式：①键盘输入：各种输入方式——输入码；②在存储器中存储：内码；③屏幕显示/打印：字形码/点阵码；④内部处理：交换码、国标码（GB 2312-1980），区位码。
• 一个64×64点阵的汉字所占用的字节数是（512）。计算方法：64×64=4096，4096/8=512字节。