一级注册结构工程师基础考试第七章信息与计算机57节讲义解析.docx

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一级注册结构工程师基础考试第七章信息与计算机57节讲义解析

第五节信息表示

一、《教试大纲》的规定

信息在计算机内的表示；二进制编码；数据译位；计算机内数值数据的表示；计算机内非数值数据的表示；信息及其主要特征。

二、重点内容

1．信息及其主要特征

信息是由数据产生的，是数据经加工后的结果，是反映客观事物规律的一些数据。

数据是客观地记录事物的性质、形态、数量特征的抽象符号，如文字、数字、图形、曲线等。

可见，数据是信息的符号，信息的载体；信息是数据的内涵，是对数据语义的解释。

通过数据这种形式来表示信息，便于理解和接受。

在计算机内部，信息也是采用数据形式进行表示的。

信息的主要特征是：

可识别性、可变性、可流动性、可存储性、可处理性、可再生性、有效性与无效性、属性，以及使用性等。

2．信息在计算机内的表示

比特（bit）是计算机用来表示二进制中一位信息的，是计算机内表示数据的最小单位，它仅有两个可能的值：

“0”或“1”，表示事件的两个不同状态。

所有信息（如数字、文字、图像、视频、音频等信息）在计算机内都是用不同位数的bit表示，即均是用二进制数据的形式表示并存储。

由此，计算机才能够对上述各种信息进行计算、处理、存储和传输。

3．数据单位

计算机的信息单位常采用位、字节、字、机器字长等。

（1）位（bit），是度量数据的最小单位，表示一位二进制信息，其缩写为小写b。

（2）字节（Byte），一个字节是由8位二进制数字组成（1Byte=8bit）；字节是信息存储中常用的基本单位，如计算机的存储器（包括内存储器和外存储器）通常以多少字节来表示其容量。

（3）字（Word），又称为计算机字，是位的组合，并作为一个独立的信息单位处理。

字取决于计算机的类型、字长以及使用者的要求，常用的固定字长有8位、16位、32位等。

在微机系统内有一个约定，即：

一个字大小规定成是两个字节（1Word=2Byte）。

（4）双字（DoubleWord），是由两个16位的二进制数据组成，即由32位二进制数据组成。

1双字=2个字=4个字节=32个bit。

（5）机器字长，是指参加运算的寄存器所拥有的二进制数的位数。

它代表了机器的精度，机器的功能设计决定了机器的字长。

可见，机器字长是一个与机器硬件指标有关的．单位。

由于信息存储容量的增加，计算机存储容量的单位也在变多、变大：

（1）千字节（KB），其中K表示千，B表示字节，IK=1024。

用二进制表示，210=1024，要用10位二进制数表示。

（2）兆字节（MB）,1M=1024K=1024*1024，用二进制表示，220=1M，要用20位二进制数表示。

目前32位微型计算机的内存储器通常为128MB，或256MB，或512MB，或1.0GB等。

（3）吉字节（GB）,1G=1024M，用二进制表示，230=l024M，要用30位二进制数来表示。

目前硬盘存储器常用GB量度。

（4）太拉字节（TB）,IT=l024G，用二进制表示，240=1024G，要用40位二进制数来表示。

4．计算机内数值数据的表示及二进制编码

计算机中的数值数据分成整数和实数两大类。

（1）整数的表示计算机中的整数分为无符号整数和有符号整数。

由于整数的小数点隐含在个位数的右面，也称为定点数。

1）无符号整数，这类整数一定是正整数，故无符号整数的所有二进位都用来表示数值，它们可以是8位、16位、32位或64位。

8位二进制无符号整数，其十进制取值范围为0~255（28~1），同理，16位二进制无符号整数，其十进制取值范围为。

0~65535（216一1）。

在计算机中，无符号整数除了表示数据以外，也常用于表示地址。

2）有符号整数，有符号整数必须使用一个二进位表示符号，称为符号位。

通常符号位放在二进制数的最左面的一位，即最高位，一般规定0表示”+”（正数）,1表示“-”（负数）。

在计算机中有符号数的表示是将符号位和数值位一起编码。

为此引人两个基本概念：

机器数和真值，机器数是指数在计算机中的二进制表示形式，真值（或称计算数的真值）是指带符号位的机器数所对应的数值。

有符号整数在计算机内有三种编码方法：

原码、补码和反码。

①原码表示法，此时计算数的最高一位表示符号，0表示正数,1表示负数，其余各位则表示数值的大小（绝对值）。

如：

X=+0101010[X]原＝00101010（不变）

X＝－0101010[X]原＝10101010（负号“一”用1表示）

②反码表示法，对于正数，反码表示和原码表示相同；对于负数，其反码是除符号位外，原码的每位求反（即。

变为1,1变为0），如：

X=＋0101010[X］原＝00101010.[X］反＝00101010

X＝-0101010[X]原＝10101010[X]反＝11010101

③补码表示法，对于正数，补码表示和原码表示相同；对于负数，其补码是将原码除符号位外，原始的每位求反（即0变1,1变0），末位加1，如：

X=+0101010[X]原=00101010[X]补＝00101010

X＝-0101010[X]原＝10101010[X]补＝11010110

在计算机中的整数常采用补码表示。

3）二进制编码的十进制数即BCD整数。

在计算机内常使用BCD整数，它使用4位二进制表示一位十进制数，符号的表示与上面相同，如：

（+67）10=（001100111）BCD

需注意，采用BCD整数，计算机内整数采用原码表示；采用16位整数、32位短整数、64位长整数，计算机内整数采用补码表示。

（2）实数的表示

任何一个实数都可以用一个指数（整数）和一个纯小数来表示。

如：

十进制数：

15.815=102×（0.15815）

二进制数：

111.011=2011×（0.111011）

由于实数的小数点的位置是不固定的，所以也称为浮点数。

整数称为浮点数的阶码，纯小数称为浮点数的尾数。

这种用阶码和尾数来表示实数的方法，称为浮点表示式。

浮点数的长度可以是32位、64位等，位数越多，可表示的数值的范围就越大，精度也越高。

为了统一、标准化计算机的浮点数表示方法，1985年美国IEEE（电气及电子工程师协会）提出了IEEE754标准，目前计算机系统内几乎都采用了该标准。

5．计算机内非数值数据的表示

在计算机内部，非数值信息也是采用0和1两个符号来进行编码表示的。

非数值数据又可划分为文字、多媒体两大类。

（1）文字

①西文

文符的编码，ASCII码是“美国信息交换标准代码”的简称，在这种编码中，每个字符用7个二进制位表示，即从0000000到1111111可以给出128种编码，可用来表示128个不同的字符。

一个字符的ASCII码通常占用一个字节，由七位二进制数编码组成，故ASCII码最多可表示128个不同的符号。

由于ASCII码采用七位编码，来用到字节的最高位，故在计算机中一般保持为“0”，在数据传输时可用作奇偶校验位。

②汉字的编码

目前，我国使用的是“国家标准信息交换用汉字编码”（G132312一1980标准），该标准码是二字节码，用二个七位二进制数编码表示一个汉字，并收人了6763个汉字。

汉字在计算机内的表示，有多种编码，如汉字输入码，输人码进人计算机后，必须转换成汉字内码，才能进行信息处理。

为了最终显示、打印汉字，再由内码转换成汉字字形码。

此外，为使不同的汉字处理系统之间能够交换信息，还必须设有汉字交换码。

（2）多媒体数据

①图像数据

位图是指存储在计算机中的由图像中许多点构成的点阵图。

构成位图的这些点称为像素，用以描述图像中各图像点的亮度与颜色。

图像分辨率是指图像点阵中行数和列数的乘积。

屏幕分辨率是指计算机显示器屏幕上的最大显示区域以水平和垂直方向的像素个数的乘积。

像素分辨率是指一个像素的长和宽的比例。

图像的颜色深度是指图像中可能出现的不同颜色的最大数目。

颜色深度值越大，图像的色彩越丰富。

位图中每个像素都用一位或多位二进制位来描述其颜色的信息。

图像文件的大小是指存储整幅图像所需的磁盘字节数，计算式为：

图像文件大小＝图像分辨率×颜色深度÷8

②视频数据

视频信号经数字化处理之后，以视频文件格式存储在计算机内。

视频信号也可视为图像数据中的一种，由若干有联系的图像数据连续播放而形成。

计算机所播放的视频信号是数字信号，与电视上翻放的模拟视频信号是不一样的。

由于视频信号的数据量很大，所以在存储和传输数字视频过程中要采用压缩编码技术。

③音频数据

音频数据在计算中可分为数字音频文件和MIDI文件。

数字音频文件是将声音信号数字化处理后的数据文件。

MIDI文件是通过一串时序命令，用于记录电子乐器键盘弹奏的信息，包括键名、力度和时值长短等，是对乐谱的一种数字式描述。

三、解题指导

本节阐述了信息与数据的联系，应注意理解。

掌握原码、反码和补码的关系及其计算。

[例7-5-1]负数-0101011的补码是（　）。

A.11010111

B.11010001

C.11010101

D.11011111

[解］x＝－0101011，其原码：

[X］原＝10101011,[X]反＝11010100，则：

[X］补＝11010100+00000001=11010101，所以应选C项。

2．信息的主要特征，不包括（C）。

A．可识别性、可变性、可流动性

B．可变性、可存储性、可处理性

C．使用性、可再生性、抽象性

D．可再生性、有效性和无效性、属性

3．二进制数X＝0101011，它的原码是（A）。

正数前面加0

A.00101011

B.10101011

C.00101001

D.10101001

4．二进制数X＝－0101011，它的反码是（C）。

负数前面加1

A.11010101

B.01010101

C.11010100

D.01010100

5．目前我国汉字编码标准，一个汉字的编码占用（B）字节。

A．一个

B．两个

C．三个

D．四个

6．一个字符的ASCII码是由（D）位二进制数编码组成。

A．六

B．四

C．八

D．七

7．一幅640×480像素的256色图像文件大小为（B）KB。

因为256色的颜色深度是8（28）个二进制数。

图像文件大小为640×480/1000=307.2

A.153.61；

B.307.2；

C.370.22；

D.614.44

第六节常用操作系统和计算机网络

一、《考试大纲》的规定

常用操作系统：

Windows发展；进程和处理器管理；存储管理；文件管理；输人／输出管理；设备管理；网络服务；计算机网络：

计算机与计算机网络；网络概念；网络功能；网络组成；网络分类；局域网；广域网；因特网；网络管理；Windows系统中的网络应用；信息安全；信息保密。

二、重点内容

1.Windows发展

1983年Microsoft（微软）推出PC机上的Windows操作系统；2001年1月微软正式宣告Windows9x内核系列操作系统终止，推出WindowsNT内核系统操作系统。

目前，Windows2000操作系统为一个产品家族，它包括Windows2000Professional（个人办公及家庭用）、Windows2000Server（小型电子商务、应用服务器用）、Windows2000AdvanceServer（企业应用）、Windows2000DatacenterServer（大型企业数据处理、联机交易用）四个版本的操作系统，它是一个多任务的操作系统，支持FAT、FAT32、NTFS等多种文件系统格式，并支持虚拟存储管理。

2．操作系统的管理功能

通常，操作系统由进程与处理器管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理五大管理功能组成。

（l）进程和处理器管理

进程，可以说是一段运行的程序，是现代分时系统的一个工作单元。

进程可分为操作系统进程和用户进程两类，这两类进程都是并发执行，CPU则在这些进程之间转换进行，并且进程运行需要各种资源的支撑。

进程具有的特征是：

①动态性；②并发性；③独立性；④异步性。

而程序则不具备这些特征。

线程，或称为轻量级进程，是被系统独立调度和CPU的基本运行单位。

它不拥有系统资源，只拥有一点运行中必不可少的资源。

引入线程，是为了使多个程序并发执行，以改善系统资源的利用率和系统的吞吐量；线程则是为了减少程序并发执行时所付出的开销。

如许多在PC机上的软件包都是多线程的，这是因为多线程编程具有四大优点：

①响应；②资源共享；③经济；④利用应用多处理器结构。

线程的实现方式有两种：

①用户线程，即不依赖于内核；②内核线程。

注意，用户线程的创建和管理的速度比内核线程快。

处理器的功能是执行程序中的各条指令的基本操作，即取指令、分析指令（译码）、执行指令等操作，并通过计算机的主要传输线路传输到其他设备。

操作系统的处理器管理主要是解决对处理器的资源分配策略、资源分配实施、资源回收等问题。

正因如此，使其提供的作业处理方式也就不同，如批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统。

可见，进程与处理器调度是负责把CPU的运行时间合理地分配给各个程序，以使处理器的软硬件资源得以充分的利用。

在Windows中，对于进程管理，进程是拥有应用程序所有资源的对象，而线程是进程中一个独立的执行路径。

一个进程的线程越多，该进程获得的CPU时间就越多，进程的运行时间就越快。

同时，线程运行时共享其对应进程所拥有的资源，但线程并不拥有其他资源。

（2）存储管理

存储管理主要解决对存储器的分配、保护以及扩充问题。

在Windows中，一个存储器段可以小至一个字节，也可大至4G字节；一个页的大小则规定为4K字节。

操作系统的存储管理技术主要有：

①分段存储管理；②分页存储管理；③分段分页存储管理；④虚拟存储管理。

在分页存储管理中，为了能在内存储器中找到每个页面所对应的物理块，系统为每个进程建立一张页面映射表，简称页表。

该页表记录了每一页在内存中所对应的物理块，以实现从进程的逻辑页号到内存的物理块号的地址映射。

在虚拟存储管理中，实际是在一个较小的物理内存储器空间上运行一个较大的用户程序。

它利用大容量的外存储器来扩充内存储器的容量，形成逻辑上的虚拟存储空间。

即虚拟内存在硬盘上。

（3）设备管理

操作系统的设备管理是指计算机系统中对除CPU和内存储器以外的所有输人／输出设备的管理。

它主要是对这些设备提供相应的设备驱动程序、初始化程序和设备控制程序等。

外设，是指计算机系统配置的显示器、键盘、鼠标、硬盘驱动器、光盘驱动器等设备。

外设可以从不同的角度进行分类，如按设备的从属关系分为：

系统设备、用户设备；按分配方式分为：

独享设备、共享设备、虚拟设备；按使用特性分为存储设备、输人／输出设备。

Windows的设备管理的特点是：

①支持即插即用功能；②具有动态设备驱动程序机制；③采用缓冲技术；④可通过控制面板调整系统设置。

在Windows中，对硬件、软件的管理都可利用注册表来进行，注册表是WindowsXP中的核心数据库。

（4）文件管理

Windows中的文件名采用的是“文件名．扩展名”的形式，并支持长文文件名，即文件名最多可使用256个字符。

扩展名有利于识别文件的类型，例如：

bat表示批处理文件；obj表示目标文件；zip表示压缩文件；bmp表示图像文件。

文件按不同的角度有不同的分类：

①按性质和用途分为：

系统文件、库文件和用户文件；

②按文件的保护方式分为：

只读文件、读写文件、可执行文件和无保护文件；

③按文件的存取方式分为：

顺序文件和随机文件；

④按文件的逻辑结构分为：

流式文件和记录式文件；

⑤按文件的物理结构分为：

顺序文件、链接文件、索引文件、索引顺序文件和Hash文件；

⑥按信息的保护期限分为：

临时文件、永久文件和档案文件。

上述文件的逻辑结构是根据用户使用文件的目的而组织起来的文件结构。

操作系统将外存储器上的所有文件的目录结构组织，这方便用户对文件的快捷访问，以保证当多个用户访问外存储器上的文件时的安全性和正确性。

Windows支持FAT、FAT32、NTFS文件系统。

其中NTFS是一个用于网络的文件系统，它支持远程存储、文件系统加密、稀疏文件、卷装配点、磁盘限额等诸多存储功能。

WindowsXP提供的文件管理工具是：

“我的电脑”和“资源管理器”。

（5）作业管理

作业，是指用户请求计算机系统去完成一个独立任务所做工作的集合。

作业管理是负责对作业进行组织并控制作业的运行和进行作业调度。

操作系统提供了两类接口与用户发生联系：

①作业一级的接口；②程序一级的接口，称为系统调用。

3．计算机和计算机网络

信息化社会是一个以网络为核心，以数字化、网络化和信息化为典型特征的社会。

构成信息化社会的主要技术支柱是：

计算机技术、通信技术和网络技术。

计算机网络是指通过通信路线和通信设备将分布在不同地域的具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，在网络软件支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。

（1）计算机网络的功能与分类

计算机网络的功能包括：

①资源共享；②数据通信；③提高可靠性；④增强系统处理功能。

计算网络的分类，根据不同的分类原则，可分为：

①按网络的作用范围分类，分为：

局域网LAN、城域网WAN和广域网MAN;

②按网络的使用范围分类，分为：

公用网（PublicNetwork）和专用网（PrivateNet-work）;

③按网络的交换功能分类，分为：

电路交换、报文交换和分组交换；

④按采用的传输介质分类，分为：

双铰线网、同轴电缆网、光纤网和无线网；

⑤按网络传输技术分类，分为：

广播式网络和点到点式网络；

⑥按线路上所传输信号不同分类，分为：

基带网和宽带网。

（2）计算机网络组成

一个计算机网络主要由网络硬件系统和网络软件系统两大部分组成。

网络硬件包括：

主机、传输介质、网络互连设备（如网卡、交换机、路由器、网关等）。

网络软件包括：

网络协议（如TCP、IP、HTTP、FTP等）、网络操作系统（如WindowsXP、UNIX、Linux等）。

网络体系结构，1978年国际标准化组织提出并研究开放系统互连参考模型OSI/RM,它利用分层描述的方法，将整个网络的通信功能划分为七个层次，由低层变高层依次为：

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

（3）局域网LAN

局域网从应用的角度，其技术特点是：

①覆盖有限的地理范围；

②提供高数据传输速率和低误码率的高质量信息传输环境；

③决定局域网特性的主要技术要素为：

网络拓扑、传输介质和介质访问控制方法；

④容易建立、维护、管理和扩展，一般为一个单位所有。

（4）广域网WAN

广域网是将两个或多个局域网和／或主机连接在一起的网络。

广域网的基础是电信基础网络，它是在电信网络基础上增加了专用的交换设备来实现的。

广域网的两种基本部件是：

节点交换机和连接节点交换机的传输线路。

（5）因特网Intel

1995年联合网络委员会曾对Intel下了一个定义：

Intel是一个全球性的信息系统；该系统中的计算机由通过全球性的唯一地址逻辑链接而成，该地址是建立在IP或其他协议的基础之上的；而这些计算机之间采用TCP/IP协议进行通信，并且Intel可以为各种用户，包括公共用户和个人用户提供不同的高质量的信息服务。

可见，Intel是一个国际网，拥有自己的网络协议―TCP/IP协议。

l）IP地址

IP地址是Intel上的通信地址，每一台网络上的主机必须有一个唯一的IP地址。

TCP/IP协议规定，每个IP地址长度为32位，分为4个字节，以×.×．×．×表示，每个×为8位，取值为0一255。

这种地址格式被称为点分十进制表示法。

需注意，IP地址只是一种逻辑编号，而不是计算机的物理地址，它只是用来表示计算机与网络的连接，而不是计算机本身的号码。

当一台计算机在网络上位置改变时，其IP地址也随之改变。

IP地址分为网络号和主机号两部分，其中，网络号用来表示一个网络，主机号用来表示这个网络中的一台主机。

一般将IP地址分成五类：

A类、B类、C类、D类和E类，如图7－6－1所示。

A类地址：

该类地址的第一个字节的首位总为二进制0，其他7位为网络号（但全0和全1保留作其他用途），后三个字节为主机号，表示范围是1.0.0.0一126.255.255.255，适用于具有大量主机的大型网络。

②B类地址：

该类地址的第一个字节的前两位总为二进制10，其他6位和第二个字节为网络号，后两个字节为主机号，表示范围是128.0.0．0一191.255.255.255，适用于中等规模主机数的网络。

③C类地址：

该类地址的第一个字节的前三位总为二进制110，其他5位和第二、三个字节为网络号，最后一个字节为主机号，表示范围192.0.0.0一223.255.255.255，适用于小型局域网。

④D类地址：

该类地址的第一个字节的前四位总为二进制1110，表示范围224.0.0．0一239.255.255.255，它是多播地址，主要留给Intel体系结构委员会IAB使用。

⑤E类地址：

该类地址的第一个字节的前五位总为二进制11110，表示范围240.0.0.0一255.255.255.255主要用于某些试验和将来使用。

此外，还有特殊IP地址，即IP地址既可以指网络，也可以指主机。

一般地，主机地址为0的IP地址是指网络；全为1的主机地址也不表示单个主机，而是广播地址，或称为定向广播地址；A类地址中的127网络地址也是一个保留地址，用于网络软件测试和本地机进程间通信，称为回路测试地址。

在A类、B类、C类地址中，还有一些地址被指为专用，这些专用地址任何机构都可以使用它，如A类地址：