信息学竞赛计算机基础知识讲义-范奂垒.doc

信息学竞赛计算机基础知识讲义-范奂垒.doc

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初试：

初试全部为笔试，满分100分。

试题由四部分组成：

1、选择题：

共20题，每题1．5分，共30分。

每题有5个备选方案；前10个题为单选题门每题有且只有一个正确答案），后10题为复选题（即每题有1至5个正确答案，只有全部选对才得分）。

试题内容包括计算机基本组成与原理、计算机基本操作、信息科技与人类社会发展的关系等等。

2、问题求解题：

共2题，每题5分，共10分。

试题给出一个叙述较为简单的问题，要求学生对问题进行分析，找到一个合适的算法，并推算出问题的解。

答案以字符串方式给出，考生给出的答案与标准答案的字符串相同，则得分；否则不得分。

3、程序阅读理解题：

共4题，每题8分，共32分。

题目给出一段程序（没有关于程序功能的说明），有时也会给出程序的输入，要求考生通过阅读理解该段程序给出程序的输出。

输出以字符串的形式给出，如果与标准答案一致，则得分；否则不得分。

4、程序完善题：

共2题，每题14分，共28分。

题目给出一段关于程序功能的文字说明，然后给出一段程序代码，在代码中略去了若干个语句并在这些位置给出空格，要求考生根据程序的功能说明和代码的上下文，填出被略去的语句。

填对的，则得分；否则不得分。

内容与要求：

1、计算机的基本常识

●计算机和信息社会（信息社会的主要特征、计算机的主要特征、数字通信网络的主要特征、数字化）

●信息输入输出基本原理（信息交换环境、文字图形多媒体信息的输入输出方式）

●信息的表示与处理（信息编码、微处理部件MPU、内存储结构、指令，程序，和存储程序原理、程序的三种基本控制结构）

●信息的存储、组织与管理（存储介质、存储器结构、文件管理、数据库管理）

●信息系统组成及互连网的基本知识（计算机构成原理、槽和端口的部件间可扩展互连方式、层次式的互连结构、互联网络、TCP／IP协议、HTTP协议、WEB应用的主要方式和特点）

●人机交互界面的基本概念（窗口系统、人和计算机交流信息的途径（文本及交互操作））

●信息技术的新发展、新特点、新应用等。

2、计算机的基本操作

●WINDOWS和LINUX的基本操作知识

●联网的基本使用常识（网上浏览、搜索和查询等）

●常用的工具软件使用（文字编辑、电子邮件收发等）

3、程序设计的基本知识

数据结构：

●程序语言中基本数据类型（字符、整数、长整数、浮点）

●浮点运算中的精度和数值比较

●一维数组（串）与线性表

●记录类型（PASCAL）／结构类型（C）

程序设计：

●结构化程序设计的基本概念

●阅读理解程序的基本能力

●具有将简单问题抽象成适合计算机解决的模型的基本能力

●具有针对模型设计简单算法的基本能力

●程序流程描述（自然语言／伪码／NS图／其他）

●程序设计语言（PASCAL／C／C++，）

基本算法处理：

●初等算法（计数、统计、数学运算等）

●排序算法（冒泡法、插入排序、合并排序、快速排序）

●查找（顺序查找、二分法）

●回溯算法

计算机基础知识

一、计算机的诞生与发展

第一台电子计算机的诞生：

1946年世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰·莫克利和工程师普雷斯伯·埃克特领导研制的取名为ENIAC的计算机。

由于这台计算机使用了电子器——电子管和电子线路，因此其功能在当时确实是出类拔萃，例如，它可以在一秒钟内进行5000次加减法运算，3毫秒便可以进行一次乘法运算，与手工计算相比速度大大加快。

但是，它也明显地存在着缺点，它体积庞大，机器中约有18800只电子管，1500个继电器，70000只电阻及其他各类电气元件，重30吨，占地170平方米，运行时耗电量很大；存储容量很小，只能存储20个字长为10位的十进制数；另外，它采用线路连接的方法来编排程序，因此每次解题都要靠人工改接连线，准备时间大大超过实际计算时间；它没有存储程序的能力，不具备自动计算功能。

计算机发展的四个阶段

与计算机相关的几个重要人物：

艾伦·图灵（AlanTuring）

英国科学家，他是计算机人工智能技术的鼻祖。

1937年他提出了能思考的计算机——图灵机的概念，推进了计算机理论的发展。

图灵机模型是一种抽象计算模型，用来精确定义可计算函数，是实现机器人的最基本的一个理论模型。

1950年，艾伦·图灵发表题为《计算机能思考吗》的论文，设计了著名的图灵测验，解决了如何判定机器人是否具有同人类相等的智力的问题。

冯·诺依曼（JohnVonNeumann）

1945年，他写了一篇题为《关于离散变量自动电子计算机的草案》的论文，第一次提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念。

这成为所有现代计算机的基础理论，被称为“冯·诺依曼结构”。

如今，各式各样的电脑无论看起来差别多大，实质上绝大多数是属于冯·诺依曼结构的。

1.计算机硬件设备由：

存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备构成

2.存储程序、程序控制：

把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机中，计算机对已存入的程序和数据处理后输出结果

3.采用二进制

高登·摩尔（GordonMoore）

“每过18个月，计算机芯片依赖的集成电路由于内部晶体管数量的几何级数的增长，而使性能几乎提高一倍，同时集成电路的价格也恰好减少为原来的一半。

”这就是计算机界著名的摩尔定律，他的发明人就是高登·摩尔。

1968年他与罗伯特·诺伊斯一起率领一群工程师创建了一家叫集成电子的公司，简称“Intel”，这就是当今名震世界的英特尔公司。

法国人帕斯卡于17世纪制造出的一种机械式加法机，是世界上第一台机械式计算机。

算盘是人类最早的手动计算工具，机械式计算机是在此之后出现的一种用机械技术来实现数学运算的计算工具。

英国著名诗人拜伦的女儿AdaLovelace（爱达）.由于她在程序设计上的开创性工作，AdaLovelace被称为世界上”第一位程序员”。

“世界上第一位软件工程师”。

董铁宝是“中国第一个程序员”。

董铁宝1945年赴美国学习，在伊利诺伊大学学习、研究时，他参与了第一代电子计算机伊利亚克机的设计、编程和使用。

董铁宝于1956年回到中国并任教于北京大学，成为王选（计算数学专业院士）的老师。

计算机的发展趋势

二、计算机的应用

1、数值计算：

主要应用于弹道轨迹、高能物理等

2、数据和信息处理：

其特点是数据量大，但计算相对简单。

其中数据泛指计算机能处理的各种数字、图形、文字，以及声音、图像等信息。

数据处理指对数据的收集、存储、加工、分析和传送的全过程。

主要应用于企业管理、物资管理等

3、过程控制：

是生产自动化的重要技术内容和手段，是由计算机对所采集到的数据按一定方法经过计算，然后输出到指定执行机构去控制生产的过程。

主要应用于工业自动化控制、卫星飞行方向控制等。

4、计算机辅助系统：

是指利用计算机帮助人们完成各种任务，包括：

CAD：

计算机辅助设计；CAM：

计算机辅助制造；CAI：

计算机辅助教学；CAT：

计算机辅助测试；CAE：

计算机辅助工程；CIMS：

计算机集成制造系统

5、人工智能：

是指用计算机模拟人脑的思维过程，是计算机应用的重要领域。

三、计算机分类和性能指标

1、按规模分：

巨型、大型、中型、小型、微型计算机。

我们学校和家庭使用的计算机都微型计算机，简称微机，又称个人计算机，或简称PC机。

2、按用途分：

专业计算机、通用计算机。

3、按原理分：

模拟计算机、数字计算机。

1、字长：

指计算机能够直接处理的二进制数据的位数。

单位为位（BIT）。

2、主频：

指计算机主时钟在一秒钟内发出的脉冲数，在很大程度上决定了计算机的运算速度。

3、内存容量：

是标志计算机处理信息能力强弱的一向技术指标。

单位为字节（BYTE）。

8BIT=1BYTE1024B=1KB1024KB=1MB

4、外存容量：

一般指软盘、硬盘、光盘。

四、计算机系统组成

1.计算机硬件系统

计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

硬件是软件赖以生存的驱壳，软件却是硬件的灵魂。

光只有硬件的裸机是无法工作的，而软件则必须存放在硬件中。

只有硬件没有安装软件的计算机称为“裸机”

计算机硬件是指有形的物理设备，它是计算机系统中实际物理设备的总称，由各种元器件和电子线路组成。

计算机硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器（分为主存储器、辅助存储器）、输入设备、输出设备，并且由总线将它们连接在一起。

其中：

运算器是对数据进行运算和加工，完成算术和逻辑运算的部件；控制器是计算机的指挥中心，控制各部分协调工作，完成对指令的解释和执行；运算器和控制器被集成在一起，统称为中央处理器，简称CPU（CentralProcessingUnit），是计算机的“中枢神经”。

中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。

能够处理数据的位数是CPU的一个最重要的品质标志。

人们通常所说的8位机、16位机、32位机即指CPU可同时处理8位、16位、32位的二进制数据。

如：

计算机的配置：

“Intel奔腾IV2.8GHz/512M/80GB/50X”每秒运算次数是：

2.8*210*210*210

CPU、主存储器构成了计算机的主机，输入／输出设备和辅助存储器则统称为外部设备，简称外设。

存储器是记忆部件，用于存放程序和数据。

主存储器又称内存或主存，它直接与CPU交换信息，是计算机的工作存储器，即当前正在运行的数据和程序都必须存放在主存内，它的存取速度快但容量较小（容量太大，成本昂贵）。

主存又可分为随机存储器RAM（RandomAccessMemory）和只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）两类。

随机存储器RAM中的内容可以进行读写操作，但断电时RAM中的信息会丢失。

ROM的内容只能反复读取，而不能重新写入，因此在ROM中存放固定不变的程序和数据，断电后其内容仍然保留。

辅助存储器又称外存，它需要通过内存才能与CPU联系，辅助存储器存取速度慢而容量较大。

硬磁盘（HDD）：

容量大、速度快、价格高。

软磁盘（FDD）：

容量小，速度慢，便于携带、价廉。

光盘（CD）：

容量较大、价格便宜、便于携带。

信息的输入和输出要通过输入／输出设备来完成。

总线是连接计算机中各组成部件的一组物理信号线及相关的控制电路，总线一般都指系统总线。

系统总线上有三类信号：

数据信号、地址信号和控制信号。

负责在部件间传输数据的一组信号线称为数据总线（DB）；负责指出数据存放的存储位置的一组信号线（也可标识是哪一个I／O设备）称为地址总线（AB）；在传输与交换数据时起控制作用的一组控制信号线称为控制总线（CB）。

由运算器、存储器、控制器、输入、输出设备五大基本部件组成计算机硬件系统，工作流程如图：

多级存贮器体系

　　为提高CPU的处理速度，当今计算机中大都配有高速缓冲存储器（cache），也称缓存，实际上是一种特殊的高速存储器。

缓存的存取速度比内存要快，所以就提高了处理速度。

　　多数现代计算机都配有两级缓存。

　一级缓存也叫做主缓存，或内部缓存，直接设计在CPU芯片内部。

一级缓存容量很小，通常在8KB~64KB之间。

二级缓存也叫外部缓存，不在CPU内部而是独立的SRAM芯片，其速度比一级缓存稍慢，但容量较大，多在64KB~2MB之间。

人们讨论缓存时，通常是指外部缓存。

　　存贮速度最快的而容量最小的要算CPU内部的寄存器。

当CUP需要指令或数据时，实际检索存储器的顺序是：

首先检索一级缓存，然后二级缓存，再往后是RAM。

即寄存器－一级缓存－主存－二级缓存－辅存。

2.计算机软件系统

　　计算机软件又称计算机程序，是控制计算机实现用户需求的计算机操作以及管理计算机自身资源的指令集合，是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档，是计算机