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1、文科计算机基础(上)1. 计算机中的信息表示:信息的存储及处理,在计算机中表现为数据。(1) 计算机科学中常见的数制:二进制、八进制、十进制以及十六进制。(2) 数制之间的转换(限于无符号整数):除余法、二进制十进制、二进制十六进制、二进制八进制、十六进制十进制 1、二、八、十六进制转十进制:每位乘上相应的权,相加即可 2、十进制转二、八、十六进制:连续除2 8 16直至商为0,将余数倒序排列 3、二进制、十六进制互换: 二进制四位一组,用8 4 2 1与16进制相对应4、二进制、八进制互换 二进制三位一组,用4 2 1 与八进制相对应5、十进制小数转成二进制 乘二取整,顺序排列(3) 计算机
2、内采用的数制、为什么计算机采用二进制(优点:可行性、简易、可靠性、逻辑性)。 可行性:二进制数只有两个状态,物理技术容易实现 简易性:二进制数运算法则简单 可靠性:因二进制数只有两个状态,数字转移和处理抗干扰能力强 逻辑性:两个数码分别和逻辑中的真假对应,为计算机逻辑判断提供方便(但对于图灵机来说,二进制是非常不理想的:存储空间大,运算速度慢)(4) 数据在计算机中的组织。位、字节、字的概念。存储容量、KB、MB、GB、TB的含义。字长的概念、字长和计算机性能。 位:比特bite,是最小的信息单位 字节:Byte或B,一个字节有8个二进制位构成 字:w,是信息交换、加工、存储的基本单元(独立的
3、信息单位)。 字长:CPU内每个字所包含的二进制数码的位数或字符数目。字长与计算机性能:基本字长越长,内存可配置容量就越大,运算速度越快,计算精度越高,处理能力越强(5) 整数在计算机中的表示。整数的加法。字长和计算机表数范围。 计算机储存无符号整数时,字长16位计算机中,无符号整数表示为16位二进制数(字长:计算机指令的比特数),最小整数为0,最大整数位65535。计算机储存有符号的整数时,是用该整数的补码进行储存的。(6) 西文文字在计算机中的表示、编码标准、ASCII编码、扩展ASCII编码。西文字串表示举例。 ASCII码:7位二进制字符的编码,包括34种控制字符,52个英文大小写字母
4、,10个数字,32个字符和运算符,它的最高位是0范围为00000000B-01111111B。 扩展ASCII码:8位二进制字符的编码,可以表示256种不同的字符。首位可为0 1.范围为00000000B-11111111B。中国将该码作为汉字的机内码。 (7) 汉字在计算机中的表示、编码标准、GB2312码、内码、外码(输入、输出)、点阵(16*16,24*24,48*48,64*64)。汉字串表示举例。输入码:指键盘输入代表汉字的编码,汉字输入码不统一机内码:由扩充ASCII码组成。输入码被接受后转换为机内码汉字编码:汉字由两个字节(GB2312)编码。机内码是国标码将每个字节的首位变为1
5、得到的(防止与英文冲突)。输出:机内码再向字形码转换。点阵表示法,位图格式。(8) 图形与图像:图形(矢量图)用指令保存,图像(位图)用点阵储存。(9) 音频:波形文件(储存波形),MIDI文件(保存指令)视频:一系列的图像组成。动画:一系列图形组成。2. 计算机基本原理(1) 计算机系统的构成、软件系统和硬件系统概念以及二者间的关系、软硬件系统举例计算机系统由硬件和软件构成。 硬件系统:由输入装置、输出装置、存储器、运算器、控制器组成 软件系统:软件是具有重复使用和多用户使用价值的程序,泛指能在计算机上运行的各种程序,甚至包括各种有关的资料。软件系统分为系统软件和应用软件。 软硬件系统的关系
6、:软件与硬件系统在逻辑上是可以等价的。 (2) 什么是冯诺依曼机,冯 诺依曼机的构成部分。各构成部分之间的关系。A冯诺依曼计算机基本技术内容:a.五大模块:借鉴分析机,给出图灵机各个部分的电子实现方式,包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备b.二进制:明确采用二进制作为各个部件工作和交互的基础c.存储程序原理:将数据以及用来处理数据的一系列程序指令同时存入计算机中,让计算机自动地按程序的指令进行一系列操作。(指令包括操作码和地址码,操作码指明该指令要完成的操作,如加、减、乘、除;地址码是指参加运算的数据所在的地址。)B组成结构:存储器、处理器、输入设备、输出设备、总线。 C冯诺依曼计算
7、机基本原理:输入-处理-输出+ 存储n将各种信息变为计算机能识别的数字序列输入:输入设备n将这些数字序列按程序指定的处理方式进行运算处理:中央处理器(控制器+运算器)n将处理结果按一定的方式输出输出:输出设备n存放有关的数据以便进行处理存储:存储设备3. 计算机硬件:处理器、存储器、输出设备、输入设备、总线。(1) 输入设备的功能和典型输入设备举例。输入设备用于从计算机外部将数据、命令输入到计算机的内部,供计算机处理。常用的输入设备有键盘、鼠标器、磁盘驱动器、磁带机、光笔、CD ROM驱动器、扫描仪、数字化仪、摄像机、触摸屏(2) 输出设备的功能和典型输出设备举例。输出设备用以将计算机处理后的
8、结果信息,转换成人们能够识别和使用的数字、文字、图形、声音、电压等信息形式。常用的输出设备有显示器、磁盘驱动器、打印机、绘图仪、音响设备和投影仪等(3) 控制器的功能。 控制器是整个计算机硬件系统的指挥和协调装置,控制器可以在指令的控制下,指挥其他计算机部件协同完成用户交予计算机完成的任务。具体步骤如下:控制器从存储器中逐条取出指令、分析指令,并按指令要求发出相应的控制信号指挥各执行部件工作。(4) 运算器(ALU)的功能。 运算器是计算机系统对信息机型加工和处理的部件。它可以完成算数预算和逻辑运算。运算器的核心部件被称为算术逻辑单元。(5) 存储器的功能(存放数据和程序)。 寄存器:工作速度
9、与运算器和控制器合拍,位于CPU内。高速缓冲存储器(Cache):逻辑上,高速缓存位于微处理器和内存之间,进行运算时,先把数据预写到其中,需要时直接从它读出,这就缩短了CPU的等待时间。CPU内部的缓存叫内部高速缓存(Internal Cache)或一级高速缓存,主板上的缓存叫外部高速缓存(External Cache)或二级高速缓存。内存储器:又称主存储器,简称内存。它直接与CPU相连;使用大规模集成电路作为主存储器,速度很快;当前运行的程序和数据都存放在主存储器中供CPU调用,处理的结果也存入主存储器中。RAM:掉电则数据丢失。ROM:BIOS芯片(基本输入输出系统)。它保存了基本输入输出
10、程序,自检程序等。它负责开机时对系统各项硬件进行初始化和测试,引导计算机进入“激活”状态,最后把机器交给操作系统管理。CMOS存储器:见上。外存储器:也叫辅助存储器。除了半导体存储(如闪存:SM卡、SD卡、U盘等),外存储器还采用磁存储(如硬盘)和光存储技术(如光盘)。 区分:硬盘、CD-ROM(只读光盘)、U盘。 补充:固态硬盘和普通硬盘:固态硬盘读写速度远快于传统硬盘;噪音低,抗震性好,重量略轻;价格贵,目前还不能完全取代传统硬盘。(6) 计算机各组成部分之间的连接总线。三总线(地址、控制、数据) 总线是计算机各个部件传送、交换信息的公共通道。CPU(控制器和运算器)、输入设备接口、输出设
11、备接口与总线相连。 根据总线上传输的信号类型可以把总线分为数据总线、控制总线、地址总线。现代计算机一般将这三种总线一同使用,称为三总线结构。 物理上,总线由若干条传输线组成,每条传输线在一个时刻可以传输一个二进制位,因此总线所包括的传输线的多少决定了总线的传输能力。(7) 中央处理器的构成和功能。 CPU是控制器和运算器的合成,两者由内部总线相连,内部总线与外部总线相连。负责处理、运算计算机内部的所有数据。(8) 中央处理器的性能指标。时钟频率或称主频,单位Hz,为系统工作的时钟n字长:内部数据总线的位数 8位 16位 32位 64位(1位是1b)n地址总线的位数:CPU访问内存地址空间的能力
12、 (以上都是越大越好)n高速缓冲存储器(快存,CacheMemory):位于CPU与内存之间的临时存储器,其容量比内存小得多但读写速度却快得多。(9) 衡量计算机硬件性能的指标。a.中央处理器CPU(类型、字长、主频)nb.内存类别(SDRAM、DDR)和容量(512MB, 1GB)nc.硬盘容量和转速d.其他外设配备能力与配置情况(10) 微型(个人)计算机箱内部最核心的一块印刷电路板称为主板,微处理器、存储器、接口卡等都安插在该电路板上。补:关键:地址总线是单向,数据总线存的东西最多。基本框架:4. 计算机的发展简况1946年第一台数字计算机(ENIAC)问世(诞生于美国)第一代(46-5
13、7年):以电子管为逻辑元件,只能使用0/1进行编程,一般用于科学计算和军事方面。第二代(58-64年):以晶体管为逻辑元件,用磁芯为主存储器,并开始使用及磁带等外存储器;产生操作系统,产生高级编程语言。第三代(65-71年):以集成电路为主要功能器件,主存储器采用半导体存储器;C语言产生。第四代(72 ): 使用超大规模集成电路;第一块微处理器是1972年制造的Intel 4004。5. 计算机软件和操作系统(1)计算机软件:指示计算机完成任务的,以电子格式存储的指令序列和相关数据(只有硬件的计算机叫做裸机)。(2)软件分类:系统软件及应用软件。na. 系统软件:协助计算机执行基本任务,主要包
14、括:l 操作系统:Windows,MacOS,iOS,Linuxl 程序设计语言(机器语言,汇编语言,高级语言):C语言,Basic语言(以上都是高级语言),汇编语言l 语言处理程序:编译程序、解释程序l 数据库:Access,IBM DB2,Oraclel 网络软件:Internet协议(TCP/IP)、网络共享软件l 系统工具软件:Norton、查杀病毒、磁盘格式化FDISKnb. 应用软件:用户为解决某些具体问题而开发和研制或外购的各种程序。(3)系统软件a. 程序设计语言机器语言:由机器指令构成,可直接执行。汇编语言:为便于记忆,用助记符和符号写成的程序。高级语言(算法语言):用易于理解的形式,如英文单词、数学公式,按严格的语法规则和一定的逻辑关系写出的程序集合。 b.语言处理程序:将汇编语言和高级语言翻译成机器语言。c.操作系统(背)A定义:操作系统是一个管理计算机系统中各种软件资料和硬件资源的软件;同时,操作系统也为用户使用计算机提供了一个方便、有效、安全、可靠的工作环境。B五大功能:用户界面、文