5 计算机基础知识点总结.docx
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5计算机基础知识点总结
计算机基础知识总结
6.1.1计算机系统基本原理9：
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1、计算机系统的组成
计算机系统通常由硬件系统和软件系统组成，只有硬件系统（未安装任何软件）的计算机称为裸机。
（1）硬件
硬件是构成计算机的物理设备实体。
如显示器、鼠标、键盘、主机等。
计算机的硬件系统主要包括：
主机（中央处理器和存储器）和外部设备三部分。
（2）软件
软件是计算机使用的各种程序的集合及相关的文档资料。
如Powerpoint等。
软件分为系统软件和应用软件。
计算机硬件是计算机系统的物质基础，软件是灵魂，计算机系统的硬件和软件相辅相成，互相配合，从而发挥其功能。
2、冯·诺依曼体系结构
✓计算机之父-冯·诺伊曼，他的最大贡献：
提出了计算机体系结构。
✓世界上第一台计算机：
ENIAC（1946年）
✓冯·诺依曼体系结构的计算机称为冯·诺依曼式计算机
冯·诺依曼体系结构的特点：
1）提出采用二进制
2）计算机由运算、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成
3）存储程序工作原理
Ø数据和程序都是计算机处理的对象。
Ø利用存储器（内存）存放所要执行的程序；CPU依次从存储器中取出程序的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务。
3.计算机五大部件
A.运算器ALU：
主要进行算术运算和逻辑运算
B.控制器：
主要用来控制和指挥程序和数据的输入运行，以及处理运算结果
运算器和控制器共同构成中央处理器（CPU）
C.存储器：
主要用来存放数据和程序（分为内存储器和外存储器）
D.输入设备：
将人们熟悉的信息形式转换为机器能够识别的信息形式，如键盘、鼠标等。
E.输出设备：
将机器运算结果转换为人民熟悉的信息形式，如显示器、打印机等。
运算器和控制器构成中央处理器（CPU）
输入输出设备称为I/O设备（Input/Output）
4、五大部件之间联系
Ø五大部件通过带箭头的数据流和控制流连接；
Ø来自输入设备的数据首先到达内存储器；
Ø运算器从内存储器中取得数据进行处理，再把处理结果返回给内存储器
Ø输出设备显示处理结果，处理的结果来自内存储器
Ø外存储器存储暂时不用的大量的数据，外存储器只和内存储器打交道，内存储器需要而又没有数据从外存储器中调入，内存储器暂时不用的数据存储在外存储器中；
Ø控制器控制其他各部件协调工作。
CPU只和内存储器直接联系，不和外存储器发生联系。
6.1.2微型计算机的主机9:
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微型计算机简称微机，也叫个人计算机PC，以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路等所组成的计算机。
微型计算机系统也由硬件组成系统和软件系统
1、微处理器，又称中央处理器（CPU）
也称中央处理单元，是将计算机的运算器和控制器集成在一块硅片上制成的集成电路芯片，是微计算机的运算核心和控制核心。
主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
由运算器、控制器和寄存器组成的。
CPU的主要性能指标：
✧主频：
CPU的时钟频率（MHZ），主频越高，计算机运算速度越快。
✧字长：
CPU一次能够处理的二进制位数，标志着计算机的处理能力。
字长越长，运算速度越快，效率和精度越高，目前主流为32位或64位
✧寻址能力：
CPU一次可访问内存中数据的总量，由地址总线带宽确定。
✧多媒体扩展结构技术，极大提高了计算机在多媒体和通信应用方面的性能，对于处理数据量大和数据复杂的图形、图像,如处理三维图形、动画、MPEG视频、音乐合成、语音压缩、语音识别、虚拟技术等方面的性能都得到极大的改善。
微处理器的发展：
第一代
第二代
第三代
第四代
第五代
4位或低档8位微处理器
中高档或8位微处理器
16位微处理器
32位高档微处理器
64位高档微处理器
多核微处理器现大量用于微机。
2、内存储器（内存/主存储器）
存储器：
存放数据或程序，可以进行读写操作。
内存储器：
俗称内存，又称主存储器，由半导体元件构成，工作速度非常快。
每个记忆单元由8位二进制组成，并有唯一的编号（地址），可读写其中的数据。
描述二进制信息的最小单位：
位（bite）
存储的基本单位：
字节（Byte）
1B=8Bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB
按功能分类：
Ø随机储存器（RAM，RandomAccessMemory）：
可以读出也可以写入，数据暂时保存，断电之后数据立即丢失，具有断电易失性。
直接和CPU交流，相对速度较快。
一般提到的微机内存即RAM。
Ø只读储存器（RAM，ReadOnlyMemory）：
可读，不可写，断电后数据不会丢失。
（BIOS基本输入输出系统：
完成系统的开机自检等工作）
Ø
CPU
Cache
内存
高速缓冲存储器（Cache）:
在CPU和内存之间的一个容量更小但是速度更快的高速缓冲存储器。
3、其他设备
（1）主板
安装在机箱内，是计算机最基本也是最重要的部件之一。
选购时，要注意主板的兼容性和可扩展性。
（2）显卡：
控制计算机的图形输出，有集成显卡和独立显卡两类。
（3）声卡（音频卡）：
实现声音模拟信号/数字信号相互转换的一种硬件。
（4）网卡：
在计算机上提供网络接口，负责进行物理连接，网络数据的发送和接受。
（无线网卡和有线网卡）
6.1.3微型计算机的外设11:
27
1、外存储器
外存储器：
除内存和CPU缓存以外的存储器，俗称外存，又称辅助存储器，长久保存信息，断电信息不会丢失。
分类：
磁盘：
软盘、硬盘；光盘:
CD、DVD；Flash存储器：
U盘和闪存卡
1）软盘：
最古老的存储器。
用表面涂油磁性材料柔软的聚酯材料组成。
容量小，淘汰
磁道：
磁头读写数据的路径。
扇区：
一个扇区存放512B的数据。
磁盘容量=磁盘面数*磁道数*扇区数*字节数
2）硬盘（最重要的外存）
硬盘：
利用磁性圆盘同磁头、盘片、驱动电机一起封装起来。
具有精密度高，容量大，存取速度快等特点。
（可理解为多个软盘叠加而成）
硬盘的主要技术指标：
存储容量（GBTB）、转速（54007200）
3）光盘：
利用激光技术存储信息的装置。
不同光盘配合相应的光驱才能使用。
✓只读存储光盘：
无法更改数据，只能读取。
✓可记录光盘：
可添加数据，但无法修改
✓可擦写光盘：
可多次添加和修改数据。
4）U盘
便携存储，也称为闪存盘，采用USB接口。
特点：
断电后数据部消失，因此也可以作为外部存储器使用。
优点：
无需外接电源，即插即用，可多次擦写、速度快且防磁、防震、防潮等。
2、输入设备
输入设备：
是将信息（数据或程序）输入到计算机的设备。
例如：
鼠标、键盘、扫描仪、光笔、触摸屏、数码相机、条码阅读器、数字摄像机、游戏杆、手写笔、麦克风等。
鼠标分为：
机械式和光电式
扫描仪：
利用光电技术和数字处理技术，以扫描方式将图形或图像信息转换为数字信号的装置。
3、输出设备
输出设备：
是将最终信息（数据）显示或记录下来的设备。
例如：
屏幕显示器、打印机、绘图仪、音响设备等。
显示器：
按显示器件不同分为：
阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器；
按英寸分为：
14英寸、15英寸、17英寸、21英寸、23英寸等。
打印机：
按工作原理分为：
击打式（针式打印机）和非击打式（喷墨打印机、激光打印机）
6.1.4计算机的主要性能指标3:
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1、运算速度：
运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标
微型计算机一般用主频描述运算速度。
主频越高，运算速度越快。
2、字长：
计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的“字”，而这组二进制数的位数就是“字长”。
字长越大，计算机处理速度越快。
3、内存储器的容量：
内存储器，也简称主存，是CPU可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处理的数据就是存放在主存中的。
4、外存储器的容量：
外存储器容量通常是指硬盘容量。
包括内置硬盘和移动硬盘。
当前单个硬盘容量已经达到4TB。
5、I/O的速度：
主机I/O的速度，取决于I/O总线的设计。
6、显存：
显存的性能由两个因素决定，一是容量，二是带宽。
7、硬盘转速：
即硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。
8、主频：
CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率。
6.2.1计算机与二进制5:
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1、什么是二进制
二进制数据：
是用0和1两个数码来表示的数。
基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”。
2、计算机为什么使用二进制
（1）二进制每位状态最少，运算规则简单
从数学逻辑角度，二进制只有0和1两个数，每位数字仅有两种状态，n位的数字有2n种状态。
二进制也因数字最少，运算规则最少——简化计算机内部结构，提高运算速度，极高速度进行信息处理、加工和信息存储）。
（2）数学逻辑与物理状态相符，技术实现简单节省
计算机是用元件开关表示二进制状态，0为关，1为开，有多少位数，用多少个元件就可以了。
从物理实现角度，能够表示0和1两种状态的电子器件：
开关的接通和断开、晶体管的导通和截止、电位电平的高低等——二进制通用性强，具有实现的可行性。
（3）可靠性、稳定性高，抗干扰能力强
我们把两种信号尽可能区分开，用最明显的开和关，当受到一定程度的干扰时，仍能可靠地分辨出它是哪种信号。
3、计算机中二进制如何实现
0-真、True，1-假、False，晶体管可以实现这种逻辑；
晶体管，电力控制的开关；
主板大部分由晶体管构成；
晶体管电流通过：
通路开启，代表true;电流不通，电路关闭，代表false。
逻辑代数提供数理逻辑；晶体管负责技术实现；编码标准保障数据兼容。
6.2.2数字编码7:
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编码:
按照一定规则以固定顺序排列字符，并以此作为记录存储、传递、交换的统一内部特征，这个字符排列顺序被称为编码。
编码可以理解为处理的过程，也可以理解为这个过程产生的结果。
计算机中数的正负号也是用二进制数表示的。
通常数的符号用最高位表示，0表示正号，1表示负号。
1、机器数及其真值
Ø将一个数在计算机中的表示形式称为“机器数”，而它代表的数值称为此机器数的“真值”。
+25用二进制表示是11001，用一个字节（8位）存放这个数。
则+0011001（真值）——00011001（机器数）
Ø符号位和数值位同时参加运算，会产生错误结果。
机器数的符号和数字分别设置计算规则。
Ø带符号的数值数据在计算机内部采取“补码”形式表示。
2、原码、反码和补码
（1）原码
整数X的原码是：
正数的符号位为0，负数的符号为1；其数值部分就是X绝对值的二进制表示。
记为[X]原。
比如[+1]原=00000001，[-1]原=10000001
[+127]原=01111111，[-127]原=11111111
原码取值范围：
-127——+127
存在问题：
0有两种表示形式；运算时符号位需要单独处理，增加运算的复杂性。
（2）反码
整数X的反码是：
正数的反码与原码相同；负数除符号位外，其余各位按位取反。
记为[X]反。
比如[+1]反=00000001，[-1]反=11111110
[+127]反=01111111，[-127]反=10000000
反码取值范围：
-127到+127
（3）补码
整数X的补码是：
正数的补码和原码、反码相同；负数的补码是其反码加1。
记为[X]补。
比如[+1]补=00000001，[-1]补=11111111
[+127]补=01111111，[-127]补=10000001
0的补码有一种表示形式：
[+0]=[-0]=00000000
10000000=[-128]补
补码的取值范围：
-128到+127
例如，计算（-5）+4的值：
11111011（-5的补码）+00000100（4的补码）=11111111（结果为补码）
对11111111求反得出10000000，再求补得出10000001（原码），其真值为-1。
结论：
利用补码可以实现有符号的数的运算。
6.2.3字符编码10：
40
字符编码：
英文字符在计算机中的表示形式，也以二进制表示和存储。
1.英文字符
英文字符包含26个英文字母字符、数字字符和其他控制字符；在计算机内部也是用二进制表示和存储，用ASCII码来编码实现。
（1）ASCII码：
即美国标准信息交换码
每个英文字符的ASCII码由7位二进制数表示，表示范围为0000000~1111111，即0-127共128种编码，即可以表示128个字符。
ASCII码表字符分类：
控制字符（前32个和最后一个）和普通字符（95个字符，26个大小写字母、数字字符及标点符号）
英文字符的ASCII码值为7位，计算机中一般以一个字节（8位）来存放一个ASCII字符，在最高位补0。
（2）Unicode编码：
1992年统一所有编码的标准，Unicode诞生。
最常见的Unicode是16位（2个字节），超过一百万个位置，对所有语言的每个字符都够了。
2、汉字字符编码：
汉字在计算机中的表示。
计算机对汉字信息的处理过程实际上是各种汉字编码间的转换过程：
汉字输入-输入码-国标码-机内码-字形码-汉字输出
（1）输入码（也称机外码）
常用的输入码分类：
音码类（全拼、双拼、智能ABC）、形码类（五笔字型）
（2）国标码
计算机处理汉字所用的编码标准是我国于1980年颁布的国家标准GB2312-80，共收录了一、二级汉字和图形符号7445个。
94*94区位码表，表中每行为区，每列为位，形成区位码。
区位码的区号+32、位号+32---构成国标码
ASCII码：
用1个字节8位表示，最高位为0
国标码：
用2个字节16位表示，最高位为0
将国标码最高为由0变为1，即为机内码。
（3）机内码
汉字机内码是汉字在计算机内部真正存储、处理的代码。
（4）字形码：
输出打印时需转换为字形码
字形码的表示方式分为：
点阵形式和矢量形式。
Ø点阵：
笔画用1背景用0。
16*16的点阵代码需要32个字节，点阵规模小分辨率差，字形不完美，但占用空间小；点阵规模大分辨路高，字形完美但占用空间大。
Ø矢量：
存储描述汉字字形的轮廓特征信息。
矢量字形描述与文字显示的大小、分辨率无关，可产生高质量的汉字输出。
两者的区别：
点阵方式：
编码、存储方式简单，无需转换可直接输出，字形放大后效果差
矢量方式：
与之相反
6.2.4计算机思维7:
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计算思维是利用计算机求解问题的基本途径。
1、计算思维的概念
2006年，周以真教授提出：
计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一系列活动的统称。
2、计算思维的特征
1）概念化，而不是程序化
2）根本的，而不是刻板的
3）人的，而不是计算机的思维
4）是数学思维和工程思维的互补和融合
5）是思想，而不是产品
6）面向所有的人，所有的地方
计算思维包括数学思维和工程思维两部分，其本质是抽象和自动化。
计算思维解决问题：
遇到问题，首先进行抽象，然后将问题分解成一系列可计算性的表达；接着通过工程性思维充分考虑问题解决方案的可行性、正确性、可控性、可靠性及效率等方面问题；
计算机科学中最重要的概念：
抽象、分层、模块化。
3、生活案例
✓生活案例1，预制和缓存
✓生活案例2，路径和回退-回溯法
✓生活案例3，多服务器系统的性能模型
✓生活案例4，并行计算
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