计算机基础

第一章计算机基础知识

一、计算机起源

1.冯诺依曼：计算机之父、现代计算机之父(掌握)

2.艾兰·图灵：人工智能之父、图灵测试、图灵机、图灵奖(掌握)

(1)图灵测试:测试机器是否具有人工智能。

(2)图灵机:是抽象概念模型。

(3)图灵奖:计算机界最高奖项，称为计算机界诺贝尔奖。

3.巴贝奇：分析机的发明者（理解）分析机是现代通用计算机的雏形。

4.香农:信息论创始人(理解)

2、世界上第一台计算机

1946年2月14日(情人节)，在美国宾夕法尼亚大学世界上第一台计算机诞生了，ENIAC，但是它并未采用冯诺依曼体系，使用了大量的电子管和继电器，主要用于军事领域。

第一台采用冯诺依曼系统结构的计算机叫做EDSAC(爱达赛克)

UNIVAC为计算机工业奠定了基础，致力于计算机进入商业应用时代，是世界上第一台商用机。

三、计算机发展阶段

未来计算机的发展：巨型化、微型化、网络化、[多媒体化]、智能化。（口诀：巨微网多智）

未来计算机：生物计算机、量子计算机、光学计算机（均采用非冯体系）

我国计算机发展：1958年      我国第一台电子管计算机

        1964年  我国第一台晶体管计算机

        1971年  我国第一台集成电路计算机

         1983年     我国第一台亿次巨型电子计算机诞生了

        2016年  “神威·太湖之光”世界上首台运算速度超过十亿亿次的计算机               

四、计算机的特点

    计算机具有运算速度快、存储容量大、计算精度高、可靠性强、具有逻辑判断能力、运行自动化、通用性强等特点。

    其中计算机区别于其他计算机工具最显著的特征是：存储程序和程序控制。

五、计算机的分类

1.按性能指标划分

    分为：巨型计算机、大中型计算机、小型计算机、微型计算机、工作站、服务器、嵌入式计算机。

2.按用途划分

    分为：通用计算机、专用计算机。

3.按处理信号的不同划分

    分为：模拟计算机、数字计算机、数模混合计算机

    模拟信号的特点：连续不断的、易受干扰、速度快

    数字信号的特点：离散的、不易受到干扰、自动纠错、速度快

六、计算机的应用

    计算机辅助设计：CAD

    计算机辅助制造：CAM

             计算机辅助工程：CAE

    计算机辅助测试：CAT

    计算机辅助集成制造：CIMS

    计算机辅助教学：CAI

    计算机辅助管理教学：CMI

    计算机辅助教育：CBE

    小规模集成电路：SSI

    中规模集成电路：MSI

    大规模集成电路：LSI

    超大规模集成电路：VLSI

    计算机辅助质量管理：CAQ

    计算机辅助工艺规划：CAPP

第二章 进制及其转换

第1节进制及其转换

一、概念

数制：也称为计数制，=固定的符号+统一的规则。

进位计数制：是数制的一种，描述满几进1的一种计数规则。常用的进位计数制有：十进制、二进制、八进制、十六进制。

数码：用来表示数制的符号。

基数：数码的个数。

位权：某一位所处位置的价值（Rn-1）。

二、进制转换（自行复习进制的加减法）

1.R进制转十进制

         方法：乘权求和法

2.十进制转R进制

方法：整数：辗转相除，方向取余。

小数：辗转相乘，正向取整。

3.二进制 ó八/十六进制

方法：分组法

4.十进制转换成二进制

         方法：分兵点将法。

5.两个结论

         2n转成二进制是100000…（n个0）

         2n-1转成二进制是111111（n个1）

数制之间的相互转换（必考）

三、进制先关的其他运算（了解）

1.“与”运算（程序中用&&表示）

         1&1=1  1&0=00&1=0  0&0=0

2.“或”运算（程序中用||表示）

         1 || 1=1   1 || 0=1   0 || 1=10 ||0=0

3.“非”运算（用¬表示）

¬1=0    ¬0=1

4.“异或”运算（用^或者⊕表示）

         规则：相同为0；不同为1；

         1⊕1=0   0⊕0=0  1⊕0=0   0⊕1=0

5.“同或”运算（用⊙表示）

         规则：相同为1；不同为0；

         1⊙1=1   0⊙0=1  1⊙0=1   0⊙1=0

6.“或非”运算（NOR）

         规则：先做或运算，在做非运算；

         1 NOR 1 = 0  1 NOR 0 = 0  0 NOR 1 = 00 NOR 0 = 1

7.小数点移动

         R进制小数点向右移动n位，扩大Rn倍；

R进制小数点向左移动n位，缩小Rn倍；

四、信息存储单位

位（bit，b）：代表一位二进制，是计算机中信息表示和处理的最小单位。

字节（Byte，B）：是计算机中信息表示的基本单位，1B = 8b。

1B   = 8b

1KB  = 1024B

1MB  = 1024KB

1GB= 1024MB

1TB  = 1024GB

         计算机中采用二进制的原因：          ①物理元件性能所致：0、1分别对应高、低电平（主要原因）

②运算简单：只有四种加法运算。0+0=0 1+0=1 0+1=1 1+1=10

③容易实现逻辑运算：与、或、非

第2节计算机中的信息表示

一、数的表示

1.原码、反码、补码

         原码反码补码通常用八位二进制表示，其中第一位表示符号位，其他位表示数值位，其中符号位中，用1表示负，0表示正。

         正数：[X]原 = [X]负 = [X]补

         负数：反码为原码的符号位不变，其余位相反。

                     [X]补 = [X]反 + 1

2.8421BCD码

         一种表示数字的方法，用0000 – 1001分别表示0-9。

3.数的表示范围

         【n位二进制】

         有符号数：-2n-1  ~+2n-1-1

         无符号数：0  ~  2n-1

         状态：2n

         【8位二进制】

有符号数：-128  ~  127

         无符号数：0  ~  255

         状态：256

         【16位二进制】

有符号数：-32768  ~32767

         无符号数：0  ~65535

         状态：65536

二、字符表示

1.ASCII码

         标准ASCII码：占1Byte 最高位为0 可表示128个字符（记住常用的字符的ASCII码值）

         扩展ASCII码：占1Byte 最高位为1 可表示128个字符

2.汉字编码

         由四位十进制构成，前两位叫做区码，后两位叫做位码。

（2）国标码

国家标准汉字编码（GB2312-80）

国标码 = 区位码 + 2020H

PS：这里需要注意的是，先要把区位码的区码和位码分别转换成十六进制。

（3）机内码（内码）

实际存储在计算机内部的汉字编码，每个汉字占两个字节，为了兼容ASCII码，规定每个字节最高位为1。

机内码 = 国标码 + 8080H

（4）输入码

又称为外码，分为音码和形码。（分别对应拼音输入法和五笔输入法）

（5）字形码

又称为输出码、字模，分为点阵字模和矢量字模。字库中存放的就是字形码。

点阵字模：不易缩放，易失真。

矢量字模：易缩放，不易失真。

（6）字形码计算：

一个n*n的点阵字模，所占字节数为n*n/8字节。

（7）BIG-5 繁体字编码    GBK 汉字内码扩展规范

3.万国码

    涵盖了所有的国家文字符号的编码，因此成为万国码，或者统一码。采用Unicode编码方式：utf-8   utf-16utf-32

计算机组成原理

一、概念

计算机系统由软件系统和硬件系统两大部分构成，其中硬件是计算机的基础，软件是计算机的灵魂。

只有硬件没有软件的计算机称之为“裸机”。

主机=内存+CPU。

外设=输入输出设备+外存。

       开机顺序：先外设后主机。

       关机顺讯：先主机后外设。

二、冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构基本特征：

1.计算机五大基本组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

    2.工作核心：程序存储和程序控制（或者叫程序存储控制，程序自动运行）

    3.采用二进制表示数据

    4.存储空间线性编制

    5.程序顺序执行

三、硬件

1.中央处理器（CPU）

中央处理器由运算器和控制器组成，是计算机的核心部件。

（1）控制器（Controller）

控制器是计算机的指挥中枢，用于控制计算机各个部件按照指令的功能要求协同工作，负责全机控制。其基本功能是从内存中取指令、分析指令以及向其他部件发出控制信号。

控制器的主要部件由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序产生器、操作控制器。

（2）运算器（ALU）

负责算术运算和逻辑运算

（3）补充

多核处理器：1+1<2（双核处理器的速度小于单核处理器速度的两倍）

2.存储器

2.1 存储器-内存

内存：CPU可以直接访问的存储器

内存分为两大类：ROM  RAM

（1）RAM和ROM的区别

①RAM：random access memory  随机存储器，特点：既能读又能写，是程序运行的地方，断电后数据全部丢失，也被称为易失性存储器。

②ROM：read only memory  只读存储器，特点：只能读不能写，存放BIOS的地方，断电后数据不丢失，也被称为非易失性存储器。

（2）RAM：DRAM 和 SRAM

①DRAM：动态随机存储器特点：速度相对慢价格便宜，生活中常用的随机存储器(了解补充：DRAM是生活中常用的内存，有两种标准DDR3和DDR4)

②SRAM：静态随机存储器特点：速度相对快价格较贵，高速缓存cache也是SRAM的一种

③补充一（掌握）：cache是速度最快的存储器，其作用是为了解决CPU和内存速度不匹配的问题。

④补充二（了解）：我们现在常用的内存一般用的是DRAM，有两种类型DDR3和DDR4（准确的说DDR3是SDRAM的一种，SDRAM是叫做同步动态随机存储器，不过这个也是DRAM的升级版本啦）

⑤补充三（了解）：CMOS是计算机主板山的一块可读写的RAM芯片，用于保存当前系统的硬件配置信息和当前用户设定的某些参数（比如时间、日期、硬盘参数、计算机配置信息等），CMOSRAM由主板上的纽扣电池供电，所以即使当系统断电之后信息也不会丢失。进入BIOS可对CMOS进行设置。

（3）ROM：EPROM 和 EEPROM

EPROM ：紫外线可擦除可编程只读存储器

EEPROM：电可擦除可编程只读存储器，外存flash memory（闪存）采用的技术是EEPROM的变形。不过EEPROM是以字节为单位进行擦除，速度较慢，而flash memory是以块为单位进行擦除，速度较快。

PS：内存和处理器也合称为主机，除此之外叫做外设。

2.2存储器-外存

外存：CPU不能直接访问的存储器

（1）磁介质

①磁盘（硬盘）：以扇区为单位进行存储数据。每个扇区一般可以存储512B的信息。

l  磁盘大小的计算公式：

存储容量=盘面数×磁道数×扇区数×扇区容量

l  硬盘的类型：机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD），固态硬盘的性能比机械硬盘要好很多。

l  硬盘的接口类型：

M.2

SATA3.0数据传输速度为300MBps

SATA4.0数据传输速度为600MBps

②软盘

写保护口打开：只能读不能写

写保护口关闭：既能读又能写

（2）光介质

①CD-ROM:只读光盘，速度是nX倍速就是n*150KB/s

②CD-R   :一次性可写光盘，数据写入后不能再刻写

③CD-RW :可重复擦写光盘

④DVD:容量4.7G≈4700MB

（3）半导体介质

U盘：即插即用

3.输入输出设备（I/O设备）

输入设备：鼠标、键盘、A/D转换器、麦克风、手写板、摄像头、扫描仪

输出设备：显示器、打印机、D/A转换器、绘图仪、音响设备

4.接口

（1）鼠标键盘

①USB

USB2.0 速度较慢黑色白色居多 5V 500mA 2.5W  480Mbps

USB3.0 速度更快蓝色居多5V 900mA 4.5W  4.8Gbps

②PS/2

绿色：鼠标

紫色：键盘

③RS-232

（2）打印机

USB LPT1

（3）显示器

①VGA：又叫D-sub，传输模拟信号，只能传输图像信号，不能传输音频信号。

②DVI：传输高清数字信号，也是只能传输图像信号，不能传输音频信号。

③HDMI：传输超清数字信号，可以同时传输图像信号和音频信号

【接口说明】

①USB接口

USB 2.0：500mA 5V2.5W  480Mbps

USB 3.0：900mA 5V4.5W  4.8Gbps

Type-c：双面插入

图1  USB2.0 USB3.0接口

图2  type-C

②鼠标键盘接口

l  USB

l  PS/2

l  RS-232

图3  PS/2

③打印机

l  USB

l  LPT1：用于打印机和扫描仪

④网卡（网络适配器）

RJ-45:插头叫做水晶头

图4  RJ-45和水晶头

⑤显示器接口

l  VGA（D-sub）：使用模拟信号，只能传输视频信号，不能传输音频信号。

l  DVI：使用高清数字信号，但是也只能传输视频信号。

l  HDMI：既能传输视频信号，也能传输音频信号。

图5 VGA

图6  DVI接口

图7 HDMI接口

5.系统总线

数据总线(DB)

地址总线(AB)：n位地址总线寻址能力为2nByte

控制总线(CB)

四、软件

1.概念

软件系统：由应用软件和系统软件两部分构成。

软件：是指具有特定功能的一系列程序和相应的文档构成以及相关的数据组合而成的。（如果是选择题可以不包含数据，就是程序和文档）

公式：软件=程序+文档+数据

应用软件：满足不同领域、不同问题的应用需求而提供的软件称为应用软件。

系统软件：操作系统（OS）、数据库管理系统、语言处理程序

常见的数据库管理系统：

MySQL、SQLserver、Oracle、DB2、Access

2.程序设计语言

      

高级语言分成两大类，面向过程：C语言

          面向对象：Java,c#,C++,VF等。

世界上第一门高级语言：FORTRAN。

计算机唯一能够直接识别并运行的语言只有机器语言，因此，需要将高级语言或者是汇编语言“翻译”成机器语言才能被计算机所识别。

①汇编程序。将汇编语言编写的源程序翻译成机器语言程序（目标程序）的工具，而这个过程称为汇编。

②编译程序。将高级语言编写的源程序翻译成机器语言程序（目标程序）的工具，而这个过程称为编译。

③编译程序又分为两种方式：编译方式和解释方式。

编译方式：类似于笔译  整个文件编译完成之后在执行，会产生目标程序文件，一般为OBJ和EXE文件。C和C++就是用的这种方式，而大多数高级语言用的也是这种方式。

解释方式：类似于口译  解释一句，执行一句，不会产生目标程序文件。早期的Basic用的就是这种方式。

【注】这里几个概念很容易弄混，同学们需要明白的是，汇编是针对的汇编语言的转换，编译是针对的高级语言的转换。

操作系统

一、桌面

1.构成

2.含义

桌面实质就是一个系统文件夹，地址：C:\Users\administrator\Desktop，administrator�