计算机基础知识
欢迎来到计算机的世界！在这个章节，我们将带您穿越时空，了解计算机的诞生与发展历程，探索其内部的信息表示与存储奥秘，并全面剖析计算机的硬件与软件系统。
1.1 计算机的诞生与发展
核心基石：冯·诺依曼架构
20世纪初，传奇数学家冯·诺依曼提出了著名的“冯·诺依曼架构”，奠定了现代计算机的基础。当今的计算机仍属于此架构。它的核心思想总结为如下三点：
- 采用二进制：在计算机中，程序和数据都用二进制代码表示。
- 存储程序控制：程序和数据都存放在存储器中，计算机执行程序时能自动、连续地执行，无需人工干预。
- 五大基本部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
1. 计算机概述与诞生
计算机不仅是一种计算工具，还是一种信息处理机。它能够接收、保存数据，并按程序的引导自动地进行各种操作。其主要特点包括：运算速度快、精确度高、具有记忆和逻辑判断能力、自动化程度高。
世界上第一台数字电子计算机：ENIAC
1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学。它占地170平方米，重达30余吨，使用了18800只电子管，起初主要任务是分析炮弹轨迹。它的问世揭开了人类科技的新纪元，是第三次产业革命（信息革命）的开端。
2. 计算机的发展历程
按照计算机所用的逻辑元件（电子器件）来划分，计算机经历了四个时代：
电子管
体积大、价格高。使用机器语言/汇编语言，主要用于科学计算。
晶体管
出现简单操作系统和高级语言，应用扩展到数据处理。
中小规模集成电路
可靠性显著提高，价格下降，操作系统与高级语言开始普及。
大/超大规模集成电路
容量大、速度快，网络软件发展，面向对象技术广泛采用。
3. 计算机的分类与应用
分类方式
- 按工作原理：模拟式、数字式（主流）、混合式。
- 按应用特点：通用计算机、专用计算机。
- 按性能：巨型机、大型机、小型机、微型机、服务器、工作站。
典型应用
1.2 信息的表示与存储
1.2.1 计算机中数据的单位
数据的单位用于表示数据的大小和容量：
位（bit）
数据存储的最小单位，通常用0和1表示。
字节（Byte）
计算机中最常用的基本单位。1 Byte = 8 bits。
🧮 容量换算关系
1.2.2 进位计数制及其转换
数制：是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。基本要素包含：基数（逢r进一）和 位权（数字符号所处位置有关的常数）。
进制转换不够直观？试试动画演示！
点击下方按钮弹出新窗口，观看一步步的动态计算过程，轻松搞懂转换逻辑。
常用数制之间的转换静态示例：
【例】N = (101101.01)B
= 1×25 + 0×24 + 1×23 + 1×22 + 0×21 + 1×20 + 0×2-1 + 1×2-2
= 32 + 0 + 8 + 4 + 0 + 1 + 0 + 0.25
= (45.25)D
方法：整数部分“除2取余法”（倒序），小数部分“乘2取整法”（顺序）。
【例】N = (25.625)D = (11001.101)B
1.3 计算机硬件系统
计算机硬件系统是看得见摸得着的物理设备，主要由五大核心部件构成。
中央处理器 (CPU)
包含运算器和控制器，计算机的“大脑”
内存 (主存储器)
CPU直接访问，速度快但断电丢失
外存 (辅助存储器)
如硬盘/U盘，容量大，永久保存
输入设备
键盘、鼠标、扫描仪等
输出设备
显示器、打印机、音箱等
微型计算机主要性能指标
-
机器字长（Size）：计算机能并行处理的二进制信息的位数。通常为32位或64位。
-
机器速度（Speed）：时钟频率（主频）反映机器速度，也可用每秒执行指令数（MIPS）表示。
-
存储器容量（Capacity）：通常主要指内存容量，极大影响系统多任务处理能力。
-
指令系统（Instruction Set）：包含格式、种类和数量、寻址方式等。
-
机器可靠性（Reliability）：常用平均无故障时间（MTBF）表示。
1.4 计算机软件系统
计算机软件系统由系统软件（System Software）（如操作系统、数据库管理系统）和应用软件（Application Software）（如办公软件、游戏）两部分组成。
计算机语言的分类
1. 机器语言
直接用二进制代码表示。是硬件系统唯一真正理解和直接执行的语言，执行效率极高但难读难写。
2. 汇编语言
使用助记符代替二进制，无法直接执行，需要通过“汇编程序”将其翻译成机器语言目标程序。
3. 高级语言
接近人类自然语言和数学公式。必须通过编译方式或解释方式翻译成机器语言才能执行。
1.6 计算机信息安全
计算机病毒防护体系
⚠️ 病毒的四大特征
- 1. 隐蔽性：难以被常规方式发现。
- 2. 传染性：自我复制并感染其他文件。
- 3. 潜伏性：在特定条件触发前不发作。
- 4. 破坏性：破坏数据、占用资源甚至损毁硬件。
🦠 病毒的常见分类
- 按攻击对象或系统平台分类：DOS病毒、Windows病毒、Mac病毒、UNIX/Linux病毒、网络病毒等。
- 按连接方式分类：源码型、入侵型、操作系统型、外壳型病毒。
- 按破坏力分类：良性病毒（仅恶作剧或占资源）和恶性病毒（破坏核心数据）。
- 按传染方式分类：引导型病毒、系统程序型病毒、一般应用程序型病毒。