计算机基础复习汇总

大学计算机基础复习汇总基础教学中心2020年5月22日•计算机是科学，也是科学工具•定义：计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置•计算机是信息系统的重要组成部分——六大要素•计算机模型和冯·诺依曼体系结构–计算机五个组成部分–程序存储–二进制•计算机的类型、特点和用途计算机基础知识2020/5/22共34页2信息系统（InformationSystem）：六个组成要素，它们是：1.硬件。2.软件。3.数据/信息。4.人。5.过程或称为处理——归纳为操作步骤。6.通信。2020/5/22共34页3•计算机有多种模型，冯·诺依曼（JohnvonNeumann）体系结构——现代计算机的基础•冯·诺依曼模型主要可归纳为以下三点（1）计算机有五个组成部分：输入、存储、处理（运算）、控制和输出（2）程序和数据以二进制形式存放在计算机存储器中（3）计算机根据程序的指令序列进行，即程序存储（Stored-Program）的概念2020/5/22共34页4计算机的发展史•历史上的自动计算装置–算盘——是最早被广泛使用的计算装置–1642法国莱斯•帕斯卡发明的Pascaline–19世纪初英国数学家巴贝奇——计算机之父–穿孔卡片机和IBM公司•第一台电子计算机–1936年英国阿兰•图灵--图灵机–ABC计算机–ENIAC世界上第一台可以真正运算、全部是电子装置的计算机•现代计算机----通用数字电子计算机2020/5/22共34页5四代计算机及其特点•第一代计算机（1946—1959）–电子管计算机•第二代计算机（1959—1963）–晶体管计算机•第三代计算机（1663—1975年）–集成电路（IC，IntegratedCircuits）计算机•第四代计算机（1975年—）–大规模集成电路（LSIC）——Intel系列处理器2020/5/22共34页6计算机软件的进化•第一代软件为1950年代，主要是二进制代码语言，是内置在机器内部的指令•50年代末的第二代软件——高级语言。典型的高级语言有IBM公司的FORTRAN，还有COBOL•第三代软件以“操作系统”为标志——20世纪60年代中期•第四代——软件的产业特征开始显露2020/5/22共34页7计算机的特点1．高速、精确的运算能力2．准确的逻辑判断能力3．强大的存储能力4．具有自动功能5．网络功能2020/5/22共34页8计算机的用途1．科学计算2．数据处理3．实时系统4．计算机辅助5．计算机网络6．人工智能7．数字娱乐8．嵌入式系统2020/5/22共34页9计算机的类型•超级计算机Supercomputers，计算能力为T级（Tera-scale，万亿）•大中型计算机（MainframeComputer）•小型计算机（Minicomputer）•工作站（Workstation）•微型计算机（Microcomputer）•移动计算机（NotebookComputer）•嵌入式计算机（EmbedmentComputer）2020/5/22共34页10信息表示和数字逻辑基础1.理解数据表示2.数制3.数制转换4.计算机中的数5.另一种形式：码和编码6.逻辑代数基础7.逻辑电路*8.逻辑设计基础*•数制（NumberSystem）：全称为记数（计数）体制•顺序记数，例如：567.1•多项式记数，例如：5102+6101+7100+110-1一般表达式：n：整数位；m：小数位；A：数码0，1，......N-1；R为基数；Ri权系数nmiiiRAN2020/5/22共34页12常用数制•各种常用数制(1)二进制：0、1逢二进一(2)十进制：0、1，…，9逢十进一(3)八进制：0、1，…，7逢八进一(4)十六进制：逢十六进一0、1……9、A、B……F（a、b……f）2020/5/22共34页13数制转换小结主要在十进制和二进制之间•二进制(八进制、十六进制)十进制:求幂相加法•十进制二进制(八进制、十六进制)整数部分:除2(8、16)取余小数部分:乘2(8、16)取整•八进制二进制:1位八进制对应3位二进制•十六进制二进制:1位十六进制对应4位二进制•十六进制二进制八进制2020/5/22共34页14计算机中的数•计算机采取一种约定的方法解决数的正或负问题–数的最高位为符号位–用“0”表示正数，“1”表示负数–例如：+1011写作01011-1011写作11011•用0或1表示正负号的数——计算机的“机器数”•主要有原码、补码和反码三种2020/5/22共34页15计算机中的数的两种常用格式•定点、浮点•定点纯小数和定点纯整数•使用比例因子调整数的范围符号数值部分小数点位置符号数值部分小数点位置2020/5/22共34页1632bits浮点数•小数点浮动——科学计数法(指数)123.4567=0.12345671036.5=110.1=0.1101x23=0.8125x23•容许的数值范围很大，硬件复杂•浮点数分为阶码和尾数两部分–阶码：表示小数点在该数中的位置，带符号整数–尾数：表示数的有效数值，可用整数或纯小数2020/5/22共34页17另一种形式：码和编码•编码：用数码对非数值内容进行编号•编码的目的之一是为了标记特定的对象–数字、字母、符号•二—十进制码、ASCII码、Unicode编码、汉字编码•UTF-8，UTF-16和UTF-32，分别指使用8位、16位或32位表示字符2020/5/22共34页18硬件：计算机的体系结构1.计算机的三个子系统2.计算机的大脑：处理器系统3.计算机记忆能力：存储器系统4.人机交互：输入输出系统5.信息公共通道：总线6.微机：办公桌上的机器7.输入设备：用户操作机器8.输出设备：数字化表达与理解9.USB接口和总线：新型的连接10.多媒体计算机系统11.并行处理系统2020/5/22共34页19计算机的3个子系统•计算机系统结构——研究计算机硬件组成•五个组成部分——处理器、存储器、输入、输出、总线•三个子系统：输入/输出子系统处理器子系统存储器子系统地址总线数据总线控制总线图3.1计算机三个子系统和总线的连接2020/5/22共34页20程序计数器控制单元寄存器组ALU数据总线控制总线地址总线R1R2R3I中央处理器•CPU——也称为处理器（Processor）•VLSI(超大规模集成电路)——集成运算器和控制器图3.3CPU示意图2020/5/22共34页21RISC和CISC两种类型的处理器系统的设计——CISC处理器的系统、RISC处理器的系统–CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）——Intel公司——设计思路就是基于使用大量的指令–RISC（ReducedInstructionSetComputer精简指令集计算机）——从指令系统中去掉一些不常用的指令降低处理器电路的复杂程度，提高整个计算机的执行速度2020/5/22共34页22CPU的主要技术指标主频：CPU内部元部件的工作频率(Hz)。如Pentium4/1.7G表示该CPU为奔腾Ⅳ型，主频为1.7GHz。CPU的主频越高，运算速度就越快。字长（Word）：Intel4004字长仅4位。目前主流微机CPU的字长为32位和64位外频：CPU与外围部件进行信息交换的信号频率。如CPU和存储器之间交换数据，一般使用外部信号频率进行同步。典型的频率为100MHz、133MHz、200MHz、400MHz等2020/5/22共34页23各种存储器的主要性能参数存储器层次存储周期存储容量价格位置寄存器10ns512B很高CPU内部高速缓冲存储器10～60ns8KB～4MB较高SRAM，CPU内或外主存储器60～300ns32MB～2GB高DRAM*磁、光存储器10～30msGB～TB较低计算机外部2020/5/22共34页24内部总线：连接计算机内部部件•三总线结构：地址总线、数据总线和控制总线ALUR1R2R3I地址总线数据总线控制总线CPU存储器外部设备接口电路2020/5/22共34页25连接外设：系统总线•外部总线只提供各种信号标准，不考虑其实现•符合总线标准的外设，可连接到总线被主机使用•外部总线就是系统总线，因为外部总线是基于系统层次连接——高层次1．处理器总线–前端连接CPU和存储器，以较高频率运行–后端较低频率，将CPU高频转为较低频的信号，控制显示、软盘、硬盘、打印机、鼠标器、键盘等外设2．I/O总线2020/5/22共34页26微型计算机•掌握微型计算机的组成•掌握输入输出设备的功能•常用的输入设备和输出设备•熟悉USB接口总线的特点和应用2020/5/22共34页27操作系统•软件是计算机的灵魂，软件是用户使用计算机硬件的接口或桥梁•软件的分类•常见的操作系统。操作系统的地位•操作系统的内核为Kernel，与用户和地图其他程序的接口为Shell•操作系统的四个管理功能：处理器管理、文件管理、内存管理、输入输出管理•进程是运行中的作业，作业是包括待运行程序和正在运行的所有程序•Windows的基本特点和基本使用方法，Windows资源管理器的使用•微机系统的启动原理2020/5/22共34页28软件系统及其组成•计算机的软件系统系统软件＋应用软件•软件的特点–软件是一种逻辑实体，看不到具体的形态–软件开发没有制造过程——复制——保护问题–没有机械磨损和老化——生存期——软件退化、失效–软件受计算机系统的限制——软件移植性问题–软件实际问题复杂、程序逻辑结构复杂——软件昂贵–软件的社会因素——机构、体制及管理、观念和心理2020/5/22共34页29软件系统系统软件应用软件应用软件包用户程序操作系统语言处理程序系统服务程序数据库/信息管理办公自动化科学计算辅助设计/制造其他应用软件BackOverview2020/5/22共34页30什么是操作系统•定义–操作系统是计算机硬件和用户（其他软件和人）之间的接口，它使得用户能够方便地操作计算机–操作系统能更有效地对计算机软件和硬件资源进行管理和使用2020/5/22共34页31操作系统的分类•批处理系统•分时系统•实时操作系统•并行操作系统•网络操作系统和分布式系统•微机操作系统–MS-DOS–Windows–Unix–Linux–Macintosh2020/5/22共34页32操作系统进程管理器文件管理器设备管理器内存管理器用户界面操作系统的组成部分2020/5/22共34页33启动计算机：BIOS和CMOS•BIOS——BasicInputOutputSystem基本输入输出系统–一组程序–包括基本I/O代码、Setup程序、开机自检程序和系统启动自举程序•CMOS：保存系统的各种设备参数，如CPU型号，频率，硬盘，内存等，供OS获取这些信息并正确管理2020/5/22共34页34数据组织和存储•文件•文件系统•文件存取•文件的存储结构•数据存储管理•内存管理2020/5/22共34页35文件的概念•所有数据以二进制形式存放在存储器上•数据按照一定的规则进行组织——“文件（File）”•文件的属性——区分数据的性质，数据被规定了一定的存储格式•文件的三层意思:1.将所有存储在计算机中的数据当作文件2.一个文件的数据之间存在着一定的关联3.文件有一个名字2020/5/22共34页36文件的命名规则DOS和Windows3.1Windows9X/2000/NT/XPMacOSUNIX/Linux文件名长度8个字符255个字符31个字符14～256个字符扩展名长度3个字符3个字符无无允许空格否是是否允许数字是是是是不允许的字符/[]；=“”\：,|*?无取决于版本不允许的文件名Aux,Com1,Com2,Com3,Com4,Lpt1,Lpt2,Lpt3,Lpt4,Prn,Nul2020/5/22共34页37MS文件•MS系统环境下的文件名是由字符和数字组成的，分三