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大学计算机基础超详细知识点(高手总结).doc
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更新于2023-03-03
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对于计算机专业的同学,都要了解计算机的发展历史,这里进行了一些总结,主要是对计算机导论这本书的知识详解,有兴趣的伙伴可以拿去看看
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,第一章 计算机及信息技术概述
1. 电子计算机的发展历程
①1946 年 2 月由宾夕法尼亚大学研制成功的 ENIAC 是世界上第一台电子数字计算机。“诞
生了一个电子的大脑” 致命缺陷:没有存储程序。
② 电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代:电子管、晶体管、集成电路、大规模及
超大规模集成电路
电子计算机发展时间:
第一代 1946-1958 电子管计算机,主要应用科学计算和军事计算
第二代 1958-1964 晶体管计算机,主要应用于数据处理领域
第三代 1964-1971 集成电路计算机,主要应用于可科学计算,数据处理,工业控制
等领域
第四代 1971 年以来 超大规模集成电路,深入到各行各业,家庭和个人开始使用计算
机
2. 计算机的类型
按计算机用途分类:通用计算机和专用计算机
按计算机规模分类:巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、嵌入式计算机
按计算机处理的数据分类:数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机
3. 计算机的特点及应用领域
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
现代化智能电子设备。(含义)
A. 运算速度快 运算速度用 MIPS(百万条指令每秒)来衡量,是计算机性能的指标之一
B. 计算精度高 应用于数值计算
C. 具有逻辑判断能力 信息检索、图形识别
D. 记忆性强
E. 可靠性高、通用性强 应用于数据处理、工业控制、辅助设计(CAD)、辅助制造
(CAM)办公自动化。
应用领域:1)数值计算 (主要是科学研究等数学计算问题)
2)数据及事务处理 (非科技方面的数据管理和计算处理)
3)自动控制与人工智能 (多用于航空航天领域)
4)计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造( CAM)、计算机辅助教学
(CAI)
5)通信与网络
4. 计算机发展趋势:巨型化、微型化、网络化、智能化
1、光计算机 2、生物计算机 3、量子计算机
5. 常用的数制
进位制 进位规则 基数 所用的数码 位 权 表示符号
二进制 逢二进一
R=2 O,1 2i
B(Binary)
八进制 逢八进一
R=8 0,1,…,7 8i
O(Octal)
十进制 逢十进一
R=10 0,1,…,9 10i D(Decimal)
十六进制 逢十六进一
R=16 0,1…,9,A,.F 16i H(Hexadecim
al)
基数:R 进制的基数=R
位权:在数制中,各位数字所表示值的大小不仅与该数字本身的大小有关,还与该数字所
1
在的位置有关,我们称这关系为数的位 权 。
位权:一个与数字位置有关的常数,位权=Rn
6. 数据、信息和信息编码的概念
数据不仅指数字、字母、文字和其他特殊字符。而且还包括图形、图像、动画、影像、声
音等多媒体数据。
信息是人们按照预先的目的,通过从各种不同的渠道、不同的角度观察记录反映客观事物
状态和特征的某种概念或经过加工后的数据。
信息强调的是对人有用的数据,这些数据将可能影响到人们的行为与决策。数据是客观存
在的事实、概念等,是一种可供加工的特殊表达形式。
信息编码的基本元素是 0 和 1 两个数码,称为二进制。
7. 计算机仍采用二进制位数表示信息的原因:
1)物理上容易实现 2)运算规则简单 3)可靠性高 4)易于实现逻辑运算和逻辑判断
8. 二进制和其它进制的转换
十进制转二进制:整数部分除以 2 取余,直至商为 0;小数部分乘以 2 取整,直至小数部
分为 0 或达到所需精度为止。
十进制转八进制:方法同上。整数部分除以 8,小数部分乘以 8。
十进制转十六进制:方法同上。整数部分除以 16,小数部分乘以 16。
9. 计算机中的数据单位
位(bit):计算机存储数据的最小单元(0、1)
字节(Byte):处理数据的基本单位(8bit/Byte)
常用的字节计数单位:
1KB=1024 Byte (210B) 1MB=1024 KB (220B)
1GB=1024 MB (230B) 1TB=1024 GB (240B)
字长:CPU 一次处理数据的二进制位数。
10. 信息表示与编码
所谓编码,就是利用数字串来标识所处理对象的不同个体。
在数学中,数值是用“+”和“-”表示正数和负数的,而在计算机中只有 0 和 1,所以
正负号也用 0 和 1 表示,即数值符号数字化。
“模”是指一个系统所能表示的数据个数。按模运算是指运算结果超过模时,模(或模
的整数倍)将溢出而只剩下余数。
假设 M 为模,若数 a,b 满足 a+b=M,则称 a,b 互为补数。
在有模运算中,减去一个数等于加上这个数对模的补数。
原码 用 0 表示正号 1 表示负号 例如:(+45)
10
的原码为(00101101)
2
,( -
45)的原码为(10101101)2
反码 对于正数,其反码与其原码相同;对于负数,用相应正数的原码各位取反来表示,
包括将符号位取反。
补码 正数的补码与原码和反码相同;负数的补码为该负数的反码末位加 1.
11. 实数的表示
定点数:
小数点位置固定的数称为定点数。
浮点数:
小数点位置不固定的数称为浮点数
BCD 码 即用二进制位表示十进制,最常见的是 842BCD 码采用四位二进制表示一位
十进制。
ASCII 码 采用 7 位二进制表示一个字符,一个字节占 8 位二进制,一个 ASSII 码占最
2
低 7 位,最高位通常定位 0.可以有 2
7
中状态,即 128 种状态。
汉字编码输入码
a) 输入码
b) 国标码和区位码:每个汉字占两个字节的编码,且每个字节最高位均为 0。所有汉字
分 94 个区,每个区 94 个汉字。由此构成区位码。而区位码的区码和位码各加 32 就
得到国标码。
c) 机内码
d) 字型码:汉字存储在计算机内采用机内码,但输出时必须转换成字形码,再根据字形
码输出汉字。字形码又称汉字字模,用于在显示器或打印机上输出各种文字和符号。
点阵汉字:每一个汉字以点阵形式存储,有点的地方为“1”,空白的地方为“0”。有
16×16、24×24、48×48 点阵等。点阵越大,字形分辨率越好,字形也越美观,但
汉字存储的字节数就多,字库也就越庞大。
第二章 计算机系统
1. 计算机系统的构成
一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成。
硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。其中:
中央处理器(简称 CPU)=运算器+控制器
主机=中央处理器+主存储器
软件是指各类程序和数据,计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成
任务所需要的应用软件。
2. 冯·诺依曼型计算机的结构
冯·诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器中,在执行时将程序和数据先从外
存装入内存中,然后使计算机在工作时自动地从内存中取出指令并加以执行,这就是存储
程序概念的基本原理。
冯·诺依曼计算机体系结构的主要特点是:
(1) 采用二进制形式表示程序和数据。
(2) 计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成 。
(3) 程序和数据以二进制形式存放在存储器中。
(4) 控制器根据存放在存储器中的指令 (程序) 工作。
3. 中央处理器 CPU
CPU:运算器部件、寄存器部件和控制器部件。
CPU 从存储器取出指令,放入 CPU 内部的指令寄存器,并对指令译码。它把指令分解成
一系列的微操作,然后发出各种控制命令,执行微操作系列,从而完成一条指令的执行。
CPU 的主要性能指标 :
(1) 主频/外频(主频=外频×倍频,即 CPU 工作频率)
(2) 数据总线宽度(即字长,指 CPU 传输数据的位数)
(3) 地址总线宽度(决定了 CPU 可访问的地址空间)
(4) 工作电压(低电压可减少 CPU 过热,降低功耗)
(5) 高速缓存 Cache(加速 CPU 与其它设备间数据交换)
(6) 运算速度(CPU 每秒能处理的指令数)
运算器
运算器是完成算术和逻辑运算的部件,又称算术和逻辑运算单元。计算机所完成的全部运
算都是在运算器中进行的。运算器的核心部件是:
(1) 运算逻辑部件
3
(2) 寄存器部件
控制器
控制器负责从存储器中取出指令,并对指令进行译码,并根据指令译码的结果,按
指令先后顺序,负责向其它各部件发出控制信号,保证各部件协调一致地完成各种操作。
控制器主要由以下部件组成:
① 程序计数器。存放下一条将要执行的指令在内存中的地址;
② 指令寄存器。保存现在正在执行的指令;
③ 指令译码器。用来识别指令的功能,分析指令的操作要求;
④ 时序部件。产生计算机工作中所需的各种定时控制信号,对各种微操作控制信号
进行定时控制。以协调各部件的工作顺序;
⑤ 微操作控制电路。一条指令的执行可以分解为一系列不可再分的微操作命令信号 ,
即微命令,以指挥整个计算机有条不紊地工作。
4. 主板
主板是电脑中各种设备的连接载体。它提供 CPU、各种接口卡、内存条和硬盘、软驱、光
驱的插槽,其它的外部设备也会通过主板上的 I/O 接口连接到计算机上。早期的 PC 机主板
是将快速的 CPU、中速的内存、慢速的外设都连接在一条总线上,使系统的总体性能得不
到优化。
5. 主存储器
主存储器,简称主存,也叫内存储器 (简称内存),由半导体材料构成。内存分为只读存储
器和随机读写存储器。
只读存储器 ROM
• 特点:存储的信息只能读出,不能随机改写或存入,断电后信息不会丢失,可靠性
高。
• ROM 分类
(1) 掩膜式 ROM(Mask ROM)
(2) 可编程 PROM(Programmable ROM)
(3) 可擦除 EPROM (Erasable PROM)
(4) 电可擦 EEPROM(Electrically EPROM)
(5) 快擦写 ROM(Flash ROM)
随机存储器 RAM
特点:用于存放原始数据、中间结果、最终结果。开机前是空的,断电后数据消失。
RAM 分类:
SRAM:静态 RAM。不需要充电来保持数据完整性,成本高且集成低,一般做高速缓
冲存储器。
(2) DRAM:动态 RAM。需要定时充电来保持数据的完整性,通常所说的“内存”主要
由它构成。一般指以下两种类型:
① SDRAM---同步动态存储器
② DDR---双倍速率内存
(DDR2---四倍速率内存\DDR3)
Cache(高速缓存 )
Cache 是一种高速缓冲存储器,是为了解决 CPU 与主存之间速度不匹配而采用的一
种重要技术。其中片内 Cache 是集成在 CPU 芯片中,片外 Cache 是安插在主板上。高速
缓冲存储器的存取速度比主存要快一个数量级,大体与 CPU 的处理速度相当。
多级缓存
4
最早的 CPU 缓存容量很低。当集成在 CPU 内核中的缓存已不能满足 CPU 的需求,
而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量时,出现了集成在与 CPU 同一块主板上
的缓存,此时把 CPU 内核集成的缓存称为一级缓存,而外部的称为二级缓存。
现在多数 CPU 内部也有二级缓存,于是二级缓存又可分为内部二级缓存和外部二级
缓存。较高端的 CPU 中还会带有三级缓存 。
6. 总线
总线:是一组连接各个部件的公共通信线路,是计算机内部传输指令、数据和各种控制信
息的高速通道,是计算机硬件的一个重要组成部分。
① 地址总线。传输的是地址信号,一般是单向传输。当 CPU 需要访问某个外设时,它向
地址总线发出相应外设的地址信号,以选择某个外设。
② 数据总线。传输的是数据,一般是双向传输。CPU 进行“读”时,数据由外设流向 CPU,
当 CPU 进行“写”时,数据由 CPU 流向外设。
③ 控制总线。有的是 CPU 向内存或外部设备发出的信号;有的是内存或外部设备向 CPU
发出的信号。对每条控制线而言信号是单向传送,但作为整体是双向的。
系统总线标准大致可分为 ISA 总线、PCI 总线、PCI Express 三个阶段。
① ISA 总线。是最早的 8 位系统总线。后来扩展到 16 位。ISA 是现代个人计算机的基础。
② PCI 总线。主要特点是传输速度高,广泛应用于现代微机中。
③ AGP 总线。专为系统中一块图形显示卡设计的总线。
④ PCI Express 总线。是新一代的总线接口。
7. 接口
I/O 接口是连接主机和外部设备之间的逻辑部件,由 I/O 接口电路、连接器(一般为连
接电缆)和接口软件(即设备驱动程序)组成。
根据 I/O 接口是否内嵌在主板中,可将 I/O 接口分为内置 I/O 接口和外置 I/O 接口两
类。
(1) 内置 I/O 接口
将 I/O 接口电路内嵌在主板中,由主板提供外设接口电路插座,如键盘接口、鼠标接
口、USB 接口、串口、并口及软硬盘接口等。
(2) 外置 I/O 接口
将 I/O 接口集成到一块独立的电路板(接口卡)上,接口卡必须插在总线扩展插槽上(如
PCI、PCI Express 插槽等) 。
8. 输入/输出子系统 简称外设
非存储设备 常见的非存储设备有;键盘、鼠标和显示器、打印机。
存储设备 也叫外存。存储设备通常分为磁介质、光介质、半导体介质。
1) 磁介质 磁介质存储设备使用磁性来存储数据位。最常见的磁介质存储设备是磁
盘和磁带。软盘、硬盘都是属于磁介质的存储设备。软盘因为在读写速度、存储
稳定性、存储容量上不能满足用户的需要而几乎被淘汰了。
2) 光介质 光存储设备是使用激光技术来存储和读写数据。CD-ROM/CD-R/DVD
3) 半导体存储设备 半导体设备普通采用一种叫做“Flash Memory”的技术,即闪存
技术。主要代表物是 U 盘
9. 光盘存储器
光盘简称 CD(Compact Disc)是利用塑料盘片表面凹凸不平的特征,通过光的反射
来记录和识别二进制的 0、1 信息。
光盘的分类:
5
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