计算概论期中复习

计算概论期中复习1.计算机、互联网与信息社会1)（1936）图灵机理论模型第一代计算机：1940年冯诺依曼体系结构，电子管第二代：晶体管第三代：集成电路第四代：大规模集成电路第五代：生物，量子等2)信息处理技术的几个里程碑：发明文字、发明算数、发明活字印刷、计算机和互联网的出现3)信息社会的技术特点：数字化信息资源大量生产、信息表现形式多样化、信息的变换与加工、信息共享4)现代计算机产生于抽象的图灵机（TuringMachine），图灵机是计算机科学的重要基础之一。5)历史上第一台计算机：ENIAC。1946，美国宾夕法尼亚大学，每秒五千次加法运算。缺点是：没有储存器，用布线板控制，控制效率低。6)第一台现代意义上的计算机：EDVAC。计算能力：每秒2000次乘法运算，或10000次加法运算。特点：采用二进制表示数据和程序，使用“储存程序”的方式对计算机进行控制。7)现代计算机的结构：“冯•诺依曼”结构8)电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计算机都采用了“冯•诺依曼”结构，以“二进制，存储程序以及指令和数据统一存储”为基础。9)计算机发展的速度遵循摩尔定律，即CPU芯片上的零件密度每18个月增加一倍，CPU的性能每18个月提高一倍，价格下降一半。10)计算机领域的主要研究范畴：计算机体系结构，操作系统，计算机网络，数据库技术，程序设计语言，软件工程，图形图像处理，编译原理，算法设计与分析，数理逻辑，计算复杂性理论，人工智能等。（了解）11)互联网，也叫因特网，是相互连接的计算机网络。计算机网络是一种将处于不同地理位置且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件的支持下，实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。12)计算机网络是计算机科学和通信科学密切结合的产物。13)互联网络的组成：各种类型的计算机或嵌入式设备、互联线路或无线通信介质、网络通信设备与网络软件。14)互联网络分类：广域网（WAN）：跨越国家和省市地域的网络。局域网（LAN）：一个建筑物范围内、利用以太网技术形成的计算机网络。内联网（Intranet）：企业、组织的内部网（可能是WAN/LAN）。15)互联网的通信协议：HTTP:HyperTextTransferProtocol超文本传输协议浏览网页时，客户端和服务器的通讯协议TCP：TransmissionControlProtocol传输控制协议可靠的传输协议IP：InternetProtocol互联网协议非可靠的传输协议16)互联网的通信协议17)IP地址：计算机在IP网络上的标识，32位二进制数A类地址：0+网络标识+主机标识B类地址：10+网络标识+主机标识C类地址：110+网络标识+主机标识18)IPv4：采用32位二进制数表示IP地址，拥有42.95亿个（2的32次方）的地址资源，IPv4的地址资源面临枯竭IPv6：采用128位二进制数表示IP地址，拥有天文数字般的地址资源，从4向6迁移需要十年或更长的时间。19)DNS——域名系统：用文字的方式标识特定的IP地址DNS：一个将域名映射成相应IP地址的服务系统，由全世界数量众多的DNS服务器组成20)互联网的基础设施：通信线路和网络设备21)互联网应用的基本模式：客户端/服务器的模式，一台计算机在不同的交互中可能分别承担这两种角色。22)万维网（WorldWideWeb）基本元素：网页，超链接超链接：超文本链接aherf=统一资源定位符链接名称a/统一资源定位符—URL：格式：访问资源的协议：资源地址23)文件传输协议FTP-filetransferprotocol24)其他网络应用：电子张贴板—BBS即时通讯—instantmessengerP2P—文件交换2.计算机与Windows的使用1)外部可见的计算机系统：主机，显示器，键盘，鼠标，软驱，光驱，音箱2)WindowsXP操作系统：图形用户界面（GUI）GUI基本要素：屏幕，光标，图标，窗口，菜单/菜单项，按钮，工具栏/状态栏通信协议站3.计算机系统1)计算机的类型：按照性能和规模分类：巨型机大型机中型机小型机（这四个在进入九十年代后演变为服务器）工作站个人计算机(PC)：台式计算机，笔记本，个人数字处理（PDA）2)个人计算机系统：硬件系统和软件系统个人计算机——硬件系统概述从“冯•诺依曼”结构出发运算器+控制器=中央处理器储存器=外部存储器+内部存储器输入设备：外围设备通过插入适配器上的端口，和适配器连接在一起以上几个设备加上输出设备通过总线（Bus）同时连到芯片组（存在很多类型的总线，每一条总线一般会连接多个适配器）CPU和内部存储器是两个例外，他们不需要通过适配器就能和总线连接或者说，只有外围设备才需要通过适配器和总线相连从计算机外观出发（由外到内）主机内的硬件设备电源适配器，CPU，主存储器/内部存储器，外部存储器（硬盘，硬盘驱动器，光盘，光驱等），外围设备适配器/控制器（显示器适配器—显卡，以太网适配器—网卡等），主板3)主机箱内的主要部件：主板：个人计算机的电路主体，通过总线将CPU、存储设备以及各种输入输出设备连接起来，还提供多种接口CPU：计算机系统的核心设备，其基本功能是按照程序执行指令总线：系统部件之间信息传送的公用信号线芯片组：类似于互联网络中的路由设备，控制信息在CPU、内存、显卡、硬盘以及各种外围设备之间通过总线传输，分为南桥芯片和北桥芯片BIOS和CMOS不同级别的存储设备：（存储设备：主要用于存放计算机指令以及所要处理的数据）CPUCPU寄存器高速缓存主存储器（内存）外存储器（磁盘）（存取速度由左到右减小，制造成本从左到右降低）主存储器（RAM）：基于大规模集成电路的半导体存储芯片外部存储器：容量大，保存时间长机箱和电源4)显示器和显卡显示器CRT—LCD—LED显卡，显卡的主要技术指标：图形加速能力，显存5)通信设备：网络适配器，无线网卡，调制解调器（Modem）：模拟信号与数字信号之间的变化，电缆调制解调器6)计算机软件系统的组成软件系统包括系统软件和应用软件其中系统软件包括操作系统，数据库，设备驱动程序等7)操作系统是计算机系统最基础的软件计算机电源接通，硬件开始工作后，首先必须把操作系统的常住内核从磁盘装入主存储器，并且使它进入正常工作状态，这样一个过程称为操作系统的引导。4.信息的编码、存储和与管理1)数制转换及二进制运算数制也称计数制，是指用一组固定的符号和规则来表示数值的方法进位计数制不同数制之间的转换基本思想：如果两个有理数相等，则这两个数的整数部分和小数部分一定分别相等，所以在不同数制之间进行转换时，可以分别对整数部分和小数部分进行转换。十进制转换为二进制整数部分的转换：除2取余小数部分的转换：乘2取整同理十进制转换为X进制整数部分的转换：除X取余小数部分的转换：乘X取整非十进制数准换为十进制数基本方法：把非十进制数各个数位上的数按权值展开求和不同数制之间的转换可以以十进制为中介转换数制转换的特殊情况：2进制转换成8进制2进制转换成16进制二进制数的运算i.算术运算二进制数的加减乘除ii.逻辑运算按位运算，没有进位逻辑非~逻辑或|逻辑与&逻辑异或^1是真，0是假2)数字化原理冯体系结构的基本思想：i.采用二进制的形式表示数据和指令ii.程序与数据预先存入主存，工作时连续自动高速顺序执行。即“存储程序”的思想。iii.有运算器、存储器、控制器、I/O设备五大部分组成。计算机内的数据：二进制数表示，数字化编码（在特定的上下文环境中，对表示某类信息的二值数据赋予意义，形成基本的共识性数据），结构化数据（复杂数据，各种基本共识性数据的组合）二进制信息存储容量的量化单位编号中文名称英文名称/缩写物理含义1位/比特bit一个基本存储单元，只能存放一个0或一个12字节Byte8个bit3千字节KB210个Byte4兆字节MB220个Byte，即210个KB5千兆字节GB230个Byte，即210个MB6兆兆字节TB240个Byte，即210个GB3)数字化原理：指令编码、数值表示、字符编码、声音编码、颜色编码、图像编码、影响编码（每秒约25帧的连续帧采样就形成图像）4)基本编码规则映射规则：不多不少，一一对应映射的不变量：序保持不变5)计算机信息的分层存储i.物理的存储部件和配套的控制设备是计算机存储系统的物质基础（存储器的硬件），它们和配套的软件一起，共同构成了计算机的存储系统。ii.与信息存储有关的部件CPU(寄存器)高速缓存主存储器外存储器主存储器里存放正在运行的程序和数据，而在外围存储器则存放着更大量的备用信息。寄存器：寄存器是高速存储单元，其工作速度与信息处理的运算部件合拍。寄存器与处理部件距离最近，处理部件执行指令时一般都直接对寄存器进行操作。主存储器：计算机系统工作时主存里存放着与当前工作有关的程序和数据。主存储器目前采用超大规模集成电路技术制造的半导体存储芯片组成。高速缓存：为了缓和CPU与主存储器之间的速度矛盾，在CPU和主存储器之间设置一个缓冲性的高速存储部件(硬件)，这个部件称为高速缓存。外部存储设备：储存的一个重要特点是非易失性，这种存储设备的数据访问速度比主存储器慢得多。CPU寄存器，高速缓存，主存储器是计算机系统进行信息处理时所需要的临时信息存储设备。6)信息的输入与输出i.信息的输入ii.信息的输出7)外部存储设备的结构特点和工作原理i.硬磁盘（巨磁电阻效应）ii.软盘iii.磁带iv.光盘v.优盘和闪存卡8)信息的管理——文件系统i.在计算机系统中，是通过文件和文件系统（软件）来组织和管理存储在外存储设备（硬件）上的信息的。ii.一个文件指的是包装在一起的一组信息，这些信息保存在外存储器中。文件是计算机系统的重要资源。在存储时，除了文件本身的信息内容外，系统里还需要存储与文件相关的一些重要属性信息，包括：文件名、类型、位置、大小、其他（文件创建者、创建时间、修改时间等等）iii.文件管理是由“文件系统”软件完成的。文件系统涉及计算机的文件的结构和文件的组织，以及负责管理文件的软件系统，一般把这两者的总和称为计算机的文件系统。文件系统需要解决这两方面的问题：一方面需要能够有效地利用外存储器硬件的存储能力，适应多种外存储设备的硬件的不同工作方式和特点；另一方面，要为文件的管理以及在文件上的各种各样的操作提供有效的支持。iv.文件的组织结构：目前，在各种操作系统里，都用一种称为目录或文件夹的分层树状结构把文件组织起来，使各种文件分散到目录结构的不同位置，以利于对文件的分类管理和使用。v.文件系统的功能：文件的创建、命名、更改、删除；文件的类型、属性等的管理；目录（文件夹）的维护管理；文件在磁盘中的存储空间管理（分配、空间整理）；在应用程序中对文件的操作支持。9)数据库系统数据库：为了满足一定范围里许多用户的需要，在计算机内建立的一组互相关联的数据组合数据库管理系统：支持建立和管理数据库的系统软件，它负责对数据库做严格的管理和控制，以保证数据库安全和数据库内容的完整。5．CPU/内存基本工作原理1)计算机的数学理论模型—图灵机i.可计算性：对于一个问题，如果存在一个机械的过程，当我们给定一个输入，这个过程能够在有限步内终止并且给出正确答案，那么，这个问题就称为是可计算的/具有可计算性。ii.图灵机，1936年由英国数学家阿兰•图灵提出，是一种抽象的计算模型，是现代电子计算机的理论基础基本思想：用机器来模拟人类用纸和笔进行数学运算的过程。iii.图灵机的构成成分：一条无限长的纸带TAPE，一个读写头HEAD，一个控制器CONTROL（有限状态控制器）iv.图灵机的运作方式图灵机的每一步动作取决于四个因素：控制器中的当前状态qi，读写头的当前位置，当前位置的方格内存储的符号si，控制规则表中的规则2)CPU的内部结构和工作原理i.寄存器组：由一组寄存器组成的高速存储单元，用于暂时存放运算数据或其他信息程序控制器：CPU的控制中心算术逻辑运算器：主要进行算术