信息学奥赛培训

信息学奥赛培训主讲:刘海涛第一篇计算机的基础知识第1章计算机的发展与应用第2章计算机概述第3章多媒体技术应用第4章计算机网络使用基础第1章计算机的发展与应用1、计算机发展简史（1）第一台电子计算机的诞生世界上第一台计算机于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学问世，它共用了18000多个电子管，占地170平方米，总重量是30吨，耗电140KW，运算速度为每秒能进行5000次加法、300次乘法。（2）计算机发展的阶段第一代第二代第三代第四代1946-19581958-19641964-19751975-现在主机电子器件电子管晶体管中小规模集成电路大规模/超大规模集成电路内存汞延迟线磁芯存储器半导体存储器半导体存储器外存储器穿孔卡片纸带磁带磁带，磁盘磁盘、光盘等大容量存储器处理速度(指令数/秒)几千条几百万条几千万条数亿条以上（3）什么是CISC机？什么是RISC机？CISC即ComplexInstructionSetComputer。在最初，人们采用的优化方法是增强计算机指令系统功能的方法，就是设置一些功能复杂的指令，把一些原来由软件实现的，常用的功能改用硬件的指令系统实现，以提高计算机的执行速度，这种计算机系统就被称为复杂指令系统计算机。RISC即ReducedInstructionSetComputer。是在80年代才发展起来的，其基本思想是尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的功能用一段子程序来实现，这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机。（4）研制中的第五代计算机1、创建非冯•诺伊曼式语言LISP：使用最简单的词汇表达非数值计算机问题的语言，广泛应用于数学中的符号微积分计算、定理证明、谓词演算和博弈论等，还扩展到计算机中进行符号处理、硬件描述和大规模集成电路设计等。PROLOG：人工智能语言，用逻辑设计取代程序设计。2、创建以人脑神经系统处理信息的原理为基础的非冯•诺伊曼式的计算机模型生物计算机光子计算机量子计算机2、计算机对现代社会的影响（1）计算机应用概述科学计算：利用计算机解决科学研究和工程技术中所提出的复杂的数学问题。数据处理（信息处理）：利用计算机对所获取的信息进行记录、整理、加工、存储和传输等。人工智能：利用计算机来模仿人类的智力活动。自动控制：利用计算机对动态的过程进行控制、指挥和协调。计算机辅助设计和制造（CAD、CAM、CAI）：利用计算机来辅助工程师们设计和制造产品。（2）我国的“三金”工程“金桥”工程又称经济信息通信网工程，它是建设国家公用经济信息通信网、实现国民经济信息化的基础设施。这项工程的建设，对于提高我国宏观经济调控和决策水平以及信息资源共享、推动信息服务业的发展，都具有十分重要的意义。“金关”工程又称为海关联网工程，其目标是推广电子数据交换（EDI）技术，以实现货物通关自动化、国际贸易无纸化。“金卡”工程又称电子货币工程，它是借以实现金融电子化和商业流通现代化的必要手段。计算机病毒定义：计算机病毒是一种功能特殊的计算机程序，他一旦运行，便取得系统控制权,同时把自己复制到媒体中去。计算机病毒的特征：1、能够自身复制到其他程序中。2、不独立以文件形式存在，仅附加在别的程序上。当调用该程序运行时，次病毒则首先运行。计算机病毒的分类：按传染机型分类：APPLE公司的MACINTOSH系列、VAX等小型机及各种工作站、IBMPC系列机及兼容机。按传染机器是否连网分类：（1）单机病毒：病毒在单机中的传染媒介一般是磁性介质，如磁盘、磁带等。（2）网络病毒：病毒主要是通过网络通信来传播病毒的。按传染程序特点分类：（1）操作系统病毒：这种病毒往往传染引导记录，或将引导记录换掉。（2）文件携带型病毒：这一类病毒以可执行文件为攻击对象。在PC机上对COM和EXE文件进行修改，然后将病毒自身置于其中。被传染的可执行文件又将成为新的病毒源，去传染另外的文件。计算机病毒的防治病毒传染的条件：（1）通过媒体载入计算机，如硬盘、网络等；（2）病毒是被激活的，即被执行后才能取得控制权。没有被运行的病毒程序是不会起作用的。如果把一个带毒程序拷入机器中，但从不运行它，病毒是不会发作的。防治病毒的步骤：（1）不要用软盘启动机器；（2）不要运行来路不明的软件，盗版软件是没有保障的，很可能蕴藏病毒；（3）定期备件重要系统数据；（4）重要的数据盘、程序盘应写保护，避免感染；（5）使用杀互软件检查和清除病毒。第1章习题1.1什么是CISC机？什么是RISC机？1.2计算机的发展分为几个阶段？正在研制的新型计算机具有哪些特点？1.3简述“三金”工程的含义。1.4什么是计算机病毒，它具有哪些特征，如何采取具体的防范措施？第2章计算机概述一、计算机的类型大型通用机巨型机小型机工作站微型机二、计算机组成与工作原理1、存储程序工作原理冯•诺伊曼型计算机的工作原理用户信息（包括控制信息与数据信息）通过输入设备送到存储器。控制信息送往控制器，控制器根据它对各部件进行控制,数据信息由运算器从存储器中提取并进行处理，再放回存储器,信息处理完毕后，由存储器经输出设备输出。2、计算机指令系统机器指令是要计算机执行某种操作的命令，且由计算机直接识别执行。所有指令的集合成为计算机的指令系统。计算机的类型不同，指令系统也不同。例如：苹果机采用的是6502指令系统；IBMPC采用的是8086/8088指令系统。指令系统是计算机基本功能具体而集中的体现。指令是对计算机进行程序控制的最小单位.从计算机结构的角度看，指令系统是软件和硬件的界面，指令是对计算机进行程序控制的最小单位。指令系统的内核是硬件，当一台机器指令系统确定之后，硬件设计师根据指令系统的约束条件，构造硬件组织，由硬件支持指令系统功能得以实现。而软件设计师在指令系统的基础上建立程序系统，扩充和发挥机器的功能。用机器指令编写的程序称之为机器语言程序。一条指令通常有操作码和地址码两部分组成：操作码地址码操作码指明计算机执行的某种操作的性质和功能；地址码指出被操作的数据（简称操作数）存放在何处，即指明操作数地址，有的指令格式允许地址码部分就是操作数本身指令按功能可分为操作类命令和控制转移类命令。（1）操作类指令：命令计算机的各个部件完成基本的算术逻辑运算、数据存取和数据传送等操作。（2）控制转移类指令：控制程序本身的执行顺序，实现程序的分支、转移等。对不同种类的机器而言，指令系统的指令数目与种类呈现出很大的差异。指令系统决定了计算机的能力，也影响了计算机的体系结构。一台计算机的指令种类总是有限的，但在人们的精心设计下，可以编制出各式各样的程序。计算机的能力固然取决于它自身的性能，但更取决于编制程序人没的聪明才智。三、计算机软件系统1、计算机软件概述软件是计算机运行所需要的各种程序。软件一般分为系统软件和应用软件。系统软件是生成、准备和执行其他程序所需要的一组程序。它通常负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户提供友好的操作界面。应用软件是专业人员为各种应用目的而编写的程序。一般不能独立地在计算机上运行，必须要有系统软件的支持。2、操作系统的形成与发展操作系统概述操作系统是计算机系统中的一种系统软件，它能计算机系统中的软件和硬件资源进行有效的管理和控制，合理地组织计算机的工作流程，为用户提供使用计算机的工作环境。操作系统是用户和计算机之间的接口，它控制和管理着整个计算机的资源。操作系统的形成过程大致经历了手工操作、管理程序和操作系统三个阶段，其中，操作系统阶段又经历了由单道批处理系统——多道批处理系统——分时系统——实时操作系统——网络操作系统的发展过程。第一代计算机：手工操作：单个用户独占计算机全部资源，为保证程序运行，用户必须了解计算机硬件细节，并频繁干预程序，操作速度慢。第二代计算机：管理程序：管理程序以半自动方式控制计算机、分配计算机内部资源。第三代计算机：单道批处理系统：内存中仅一道作业处于运行状态，CPU为该道作业服务。由于输入输出的设备比CPU慢，导致CPU的空闲。多道批处理系统：在内存中同时存放几道相互独立的程序，系统控制它们的交替运行，提高了CPU的利用率。缺点是在程序运行期间，用户不能人工干预，因此不适合于联机、交互式程序的运行。第四代计算机：分时操作系统：一台计算机可连接多个终端，分时系统把CPU的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把CPU分配给各联机作业使用。由于轮转速度快，每个联机用户仿佛独占计算机系统，并可用交互方式直接控制自己的作业运行。实时操作系统：系统响应速度快，它要求计算机对输入的信息做出及时的响应，并在规定的时间内完成任务。网络操作系统：网络用户与计算机网络之间的接口。它通过通信子网实现数据通信，通过资源子网进行数据处理，实现共享。信息的表示与存储计算机内部是一个二进制的数字世界,不论是指令还是数据，想存入计算机中，都必须采用二进制编码形式。因为在机器内部，信息的表示依赖于机器硬件电器电路的状态，采用基2码表示信息，有如下优点：（1）易于物理实现：具有二种稳定状态的物理器件很多，它们恰好对应表示1和0的两个符号。（2）二进制数运算简单：对R进制的算术求和、求积规则各有（R+1）R/2种，如采用十进制，就有55种求和与求积的运算规则；而二进制仅有三种，因而简化了运算器等物理器件的设计。（3）机器可靠性高：由于电压的高低、电流的有无等都是一种质的变化，两状态泾渭分明，所以基2码的传递搞干扰能力强，鉴别信息的可靠性高。（4）通用性强：基2码不仅成功地运用于数值信息编码，而且适用于各种非数值信息的数字化编码。特别是仅有2个符号0和1正好与逻辑命题的两个值“真”与“假”相对应，从而为计算机实现逻辑运算和逻辑判断提供了方便。计算机的数字系统数值信息在计算机内的表示方法就是用二进制数来表示。为了运算简单，在不同的场合还采用了原码和补码等不同的编码方法，而且还采用定点数和浮点数的方式来分别表示整型数和实型数。如果数制只采用R个基本符号，则称为基R数制，R称为数制的基数，而数制中的每一固定位置对应的单位值称为权。进位计数制的编码符合“逢R进位”的规则，各位的权是以R为底的幂，一个数可按权展开成为多项式。一、十进制数十进制数是日常生活中使用最广的计数制。组成十进制数的符号有0，1，2，3，4，5，6，7，8，9等共十个符号，我们称这些符号为数码。在十进制中，每一位有0～9共十个数码，所以计数的基数为10。超过9就必须用多位数来表示。十进制数的运算遵循：加法时：“逢十进一”；减法时：“借一当十”。十进制数中，数码的位置不同，所表示的值就不相同。如式中，每个对应的数码有一个系数1000,100,10,1与之相对应，这个系数就叫做权或位权。十进制数的位权一般表示为：10n-1式中，10为十进制的进位基数；10的i次为第i位的权；n表示相对于小数点的位置，取整数；当n位于小数点的左边时，依次取n=1、2、3……n。位于小数点的右边时，依次取n=-1、-2、-3……因此，634.27可以写为：634.27=6×102+3×101+4×100+2×10-1+7×10-2在正常书写时，各数码的位权隐含在数位之中，即个位、十位、百位等。二、二进制电子计算机处理的信息，都是仅用“0”与“1”两个简单数字表示的信息，或者是用这种数字进行了编码的信息。这种数制叫做二进制。要了解计算机，首先要了解计算机中数的表示方法。为了区别不同数制表示的数，通常用右括另外下标数字或字母表示数制，十进制数用D表示，二进制用B表示，十六进制数用H表示，八进制用O表示。二进制计算法的特点：①二进制数只有“0”和“1”两个数码，基数是2，最大的数字是1；②采用逢二进一的原则。二进制的位权一般表示为：2n-1。各位的权为以2为底的幂。例如，(01101010)各位的权自至在依次为27、26、25、24、23、22、21、20。二进制数的算术四则运算规则，除进、借位外与十进制数相同。■二进制加法规则0＋0=01＋0=10＋1=11＋1=10（红色为进位位）■二进制减法