计算机导论复习指导 1.docx
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计算机导论复习指导1
《计算机导论》复习指导
1、计算机系统的基础知识
知识点：
1.第一台世界公认的电子数字计算机是由美国宾夕法尼亚大学建造的ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，电子数值积分和计算器）。
其主要构造元件为电子管。
2.计算机的发展大致经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模和超大规模集成电路计算机的4个发展阶段。
详细内容自行参看教材相关内容（page2）
3.微型计算机的组成框图及其主要组成部分，如下图所示：
冯.诺依曼（VonNeumann）体系结构的计算机的两大特征是：
程序存储和采用二进制。
其核心思想就是程序存储。
4.数值数据表示：
1）能够理解进位制数的定义，能够说明R进制数的性质。
2）能够熟练的完成二进制（B，Binary）、十进制（D，Decimal）、十六进制（H，Hexadecimal）和八进制（O，Octal）的整数及小数的相互转换。
●十进制整数转换为二进制整数
（13）10=（?
）2
将（13）10转换为二进制的具体过程为：
将10进制数对2做除法，能除尽则取余数为0，如果除不尽取余数为1，如果商不为0就重复上述过程，直到商为0。
然后按从最后得到的余数为二进制的最高位，最先得到的余数为二进制的最低位的方式排列所有余数，即得到了10进制整数的二进制形式。
2|13取余数
|61
|30
|11
01
这十进制数13的二进制形式为（1101）2
●十进制小数转换为二进制小数
十进制小数转换为二进制小数的过程正好与十进制整数转换为二进制整数的过程相反，是将十进制小数与2做乘法运算，然后对得到的积取整数部分，然后对小数部分进行乘2操作，直到最后的积为1时停止计算。
（注意这个过程可能永远不能停止。
）
（0.625）10=（?
）2
0.625取整数
× 2
1.2501
0.250
× 2
0.5000
0.500
× 2
1.0001
而对于取得的各个整数部分，最终排列成二进制小数的规则是，最先获得的整数部分，作为二进制小数小数点右边的第一位，而之后取得的整数以取得的先后顺序为原则依次排在第一位之后。
例如上例中得到的二进制小数为（0.101）2
对于既有整数部分又有小数部分的十进制数到二进制数的转换，就是将整数和小数部分依以上原则转换后，在分别将整数部分和小数部分置于小数点两边即可。
比如：
（13.625）10=（1101.101）2
●二进制数转换为十六进制数
（11110100.101100）2=（?
）16
整数部分：
从最低位开始向最高位依次4位一组，如果不足4位的补0凑足4位，然后每4位为一组转换为10进制数，超过9的数以A、B、C、D、E、F来计数。
111101001111,010016,4F4
小数部分：
从最高位开始向最低位依次4位一组，然后每4位为一组转换为10进制数，如果不足4位的补0凑足4位，超过9的数以A、B、C、D、E、F来计数。
1011001011,0000B0
则，（11110100.101100）2=（F4.B0）16
●二进制数转换为八进制数
（11110100.101100）2=（?
）8
整数部分：
从最低位开始向最高位依次3位一组，如果不足3位的补0凑足3位，然后每3位为一组转换为10进制数。
11110100011,110,100364
小数部分：
从最高位开始向最低位依次3位一组，然后每3位为一组转换为10进制数，如果不足3位的补0凑足3位。
101100101,10054
则，（11110100.101100）2=（364.54）16
●十六进制数转换为二进制数
（D8.C4）16=（?
）2
规则很简单，就是将每位十六进制数位变换成4位二进制数即可。
D8.C4
D110101000.C110040100
则（D8.C4）16=（11011000.110001）2
●八进制数转换为二进制数
（63.54）8=（?
）2
规则也很简单，就是将每位八进制数位转换成3位二进制数即可。
63.54
61103011.51014100
则（63.54）8=（110011.1011）2
3）能够给出给定数位的二进制定点整数或小数的最大正数、最小正数或最大负数。
●8位无符号定点整数，即8位二进制数位全部用于计数，而没有符号位。
对于定点整数，小数点处于所有数位的最右端，则8位无符号定点整数所能表示的最大整数为28-1，即255；而所能表示的最小整数为0。
1111,1111-----最大整数
0000,0000-----最小整数
●8为有符号定点整数，即最高位二进制数不用做计数，而是符号位。
则8位有符号定点整数所能表示的最大整数（或正整数）为27-1即127；所能表示的最小整数（或负整数）为-27-1；所能表示最小正整数为1，所能表示最大负整数为-1。
+111,1111----最大正整数（或整数）
+000,0001----最小正整数
-111,1111----最小负整数（或整数）
-000,0001----最大负整数
●8位无符号定点小数，即8为二进制数位全部用作计数，没有符号位。
对于定点小数，小数点处于所有有效数位的最左端，即8位无符号定点小数所能表示的数均小于1。
则8为无符号定点小数所能表示的最大数为：
1-2-8
0.1111,1111----最大小数=1–0.0000,0001=1–2-8
0.0000,0001----最小小数=2-8
0最小数
●8位有符号定点小数，即最高位数位不用作计数，作为符号位。
对于定点小数，小数点处于所有有效数位的最左端，即8位有符号定点小数所能表示的数在-1和1之间。
则8位有符号定点小数所能表示的最大正数为：
1-2-7
+0.111,1111最大正数=1–0.000,0001=1-2-7
-0.111,1111最小负数=-1+0.000,0001=-（1-0.000,0001）=-（1-2-7）
4）二进制数的原码、反码和补码
数学范畴中的数，无论是口头表达或书面表达，都称其为真值形式。
例如：
-5和我们口头上说“负五”其实表示的都是数学的抽象概念。
为了在计算机中表示数学范畴的数，以便更好的简化计算机的计算操作，这就出现了数在计算机中的表示形式：
机器码。
而原码、反码和补码都是计算机中实现对数进行表示的机器编码形式。
如果采用8位编码，那么（-5）10这个数学范畴中的数，我们通常会认为是一个负数，一个负整数，一个十进制表示的负整数，那么其二进制表示形式为（-101）2。
以上也就是该数学范畴的数的真值，只不过表示形式不同而已。
在计算机中的表示可以为：
1,0000101原码
1,1111010反码负数反码是对其原码的每一数值位取反
1,1111011补码负数补码是对其原码的每一数值位取反，然后算术加1
在8位编码的前提下，原码其实就是将数的真值形式的+/-符号使用0/1来替换。
例如（-101）2在数学范畴中，我们通常不会将高位的零写出来，而是省略掉了。
而在计算机中则是固定的数位来计数的，即使不需要这么多位来表示。
因此，在8位编码情况下（-101）2用原码表示为：
10000101，其中最高位1不是数值位，而是符号位。
对于负数的反码，就是对其原码中除符号位外的所有数值位按位取反；而对于正数的反码，与其原码相同。
对于负数的补码，就是对其原码中除符号位外的所有数值位按位取反，然后对结果算术加1操作；对于正数的补码，与其原码相同。
计算机中字符的表示
ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）美国信息交换标准代码
在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示（因为计算机用高电平和低电平分别表示1和0），例如，象a、b、c、d这样的52个字母（包括大写）、以及0、1等数字还有一些常用的符号（例如*、#、@等）在计算机中存储时也要使用二进制数来表示，而具体用哪些二进制数字表示哪个符号，当然每个人都可以约定自己的一套（这就叫编码），而大家如果要想互相通信而不造成混乱，那么大家就必须使用相同的编码规则，于是美国有关的标准化组织就出台了所谓的ASCII编码，统一规定了上述常用符号用哪些二进制数来表示。
美国标准信息交换代码是由美国国家标准学会（AmericanNationalStandardInstitute,ANSI）制定的，标准的单字节字符编码方案，用于基于文本的数据。
起始于50年代后期，在1967年定案。
它最初是美国国家标准，供不同计算机在相互通信时用作共同遵守的西文字符编码标准，它已被国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）定为国际标准，称为ISO646标准。
适用于所有拉丁文字字母。
在下面的ASCII字符编码表中，可以清楚的了解以下几个情况，也是大家需要了解的情况：
●10进制的10个计数符号为：
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
这10个计数符号的ASCII编码
十进制数值为：
48,49,50,51,52,53,54,55,56,57;
十六进制数值为：
30,31,32,33,34,45,46,47,38,39;
●大写26个英文字母为：
A~Z;
按照英文字母排列顺序，ASCII编码依次为：
十进制数值为：
65~90
十六进制数值为：
41~5A
●小写26个英文字母为：
a~z;
按照英文字母排列顺序，ASCII编码依次为：
十进制数值为：
97~122
十六进制数值为：
61~7A
因此，对于以上10个计数符号和52个大小写英文字母符号的ASCII编码而言，其中编码最大的为小写字母z，编码最小的为计数符号0。
所有大写英文字母的ASCII编码都小于小写字母a的ASCII编码。
（请记住这些常用字符的ASCII编码大小关系即可，以后可能会用到。
）
5.运算基础
1）掌握二进制的四则运算规则（详细参考教材page23）
2）掌握二进制的补码运算，能判断出补码运算的溢出情况。
a）设x=+0110110,y=-1111001 进行补码运算求x+y=?
首先，题干给出数的真值形式，则在8位编码前提下，其原码为：
[x]原=0,0110110[y]原=1,1111001
因为[x+y]补=[x]补+[y]补
[x]补=[x]原=0,0110110
[y]补=1,0000111
0,0110110
+1,0000111
1,0111101
[x+y]补=1,0111101
[x+y]原=[[x+y]补]补=1,1000011
x+y=+0110110+-1111001=0110110–1111001=-（1111001-0110110）
1111001
-0110110
1000011
即x+y=-1000011
则结果正确
b）设x=+1010011y=+0100101进行补码运算求x+y=?
首先，题干给出数的真值形式，则在8位编码前提下，其原码为：
[x]原=0,1010011[y]原=0,0100101
因为[x+y]补=[x]补+[y]补
[x]补=[x]原=0,1010011
[y]补=[y]原=0,0100101
0,1010011
+0,0100101
0,1111000
[x+y]补=0,1111000
[x+y]原=[[x+y]补]补=0,1111000
x+y=+1010011++0100101=1010011+0100101
1010011
+0100101
1111000
即x+y=+1111000
则结果正确
c）设x=-1000011y=-0100001，运用补码运算求x+y=？
首先，题干给出数的真值形式，则在8位编码前提下，其原码为：
[x]原=1,1000011[y]原=1,0100001
因为[x+y]补=[x]补+[y]补
[x]补=1,0111101
[y]补=1,1011111
1,0111101
+1,1011111
11,0011100
上面计算结果中，以粗体下划线标识的那个1,是被丢弃掉的。
而两个负数的补码运算后，其符号位为1，即表示结果依然为负。
[x+y]补=1,0011100
[x+y]原=[[x+y]补]补=1,1100100
x+y=-1000011–（-0100001）=-（1000011+0100001）
1000011
+0100001
1100100
即x+y=-1100100
则结果正确
d）设x=+1000101y=+1100111使用补码运算求x+y=？
首先，题干给出数的真值形式，则在8位编码前提下，其原码为：
[x]原=0,1000101[y]原=0,1100111
因为[x+y]补=[x]补+[y]补
[x]补=0,1000101
[y]补=0,1100111
0,1000101
+0,1100111
1,0101100
上面计算结果中，而两个正数的补码运算后，其符号位为1，即表示结果为负，这显然有悖数学规则。
则结果溢出出错。
3）逻辑运算
“或”运算：
（∨、＋）
A
B
A∨B或者A＋B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
运算规则：
当进行“或”运算的逻辑变量值全为0时，运算结果才为0，否则为1。
“与”运算：
（∧、•）
A
B
A∧B或者A•B
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
运算规则：
当进行“与”运算的逻辑变量值全为1时，运算结果才为1，否则为0。
“非”运算：
A
0
1
1
0
运算规则：
逻辑变量取反操作
与、或、非是3个基本逻辑运算，其他任何逻辑运算都是以此3个逻辑运算组合而成。
“异或”运算：
（
）
A
B
A
B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
运算规则：
只有逻辑变量值完全相同时，异或运算结果为0，否则为1。
MOS晶体管
上图显示了MOS晶体管的一种符号标识（注意：
这只是一种形式，还有很多其他形式）。
MOS晶体管有3个极：
分别是栅极、源极和漏极。
逻辑运算常用公式
A+0=A
A•0=0
A=
A+1=1
A•1=A
A+A=A
A•A=A
A+
=1
A•
=0
A+A•B=A
A+
•B=A+B
A+B•C=（A+B）•（A+C）
A•B+
•C+B•C=A•B+
•C
可推广多个逻辑变量例如：
可推广多个逻辑变量例如：
对于以上公式，要求能熟练使用，能够对逻辑表达式进行化简。
逻辑门的符号标识：
（请记住下图中的其中一种标识方法，并能以此构造逻辑电路图）
逻辑门名称
国标
国际流行
曾用
“与”门
“或”门
“非”门
“异或”门
“与或非”门
示例：
对逻辑表达式
进行化简，然后画出对应于化简后的逻辑表达式的逻辑线路图。
该逻辑表达式的对应逻辑电路图如下所示：
示例：
根据如下所示的真值表，给出对应的逻辑表达式，并化简该逻辑表达式，依据化简逻辑表达式画出逻辑电路图。
A
B
C
F
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
对于3个逻辑变量A、B、C，使得F为1时，对应的该3个逻辑变量取值情况来构造逻辑表达式。
下面表格中只选取了是F为1时，A、B、C的取值情况：
A
B
C
F
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
构造逻辑表达式的规则为：
由于有4种情况都可以使得F取值为1，那么通过真值表构成的逻辑表达式应由4个逻辑表达项相“或”，而每个逻辑表达项又由3个逻辑变量相“与”而成。
3个逻辑变量是取原变量还是原变量的“非”，主要依据其对应真值表中的值而定，如果真值表中该变量值为0，那么在该逻辑表达项中为逻辑变量的非；如果真值表中该值为1，那么在该逻辑表达项中取原逻辑变量。
例如对于上表中第一行数据，A，B，C的取值分别为0,0,1，则这行取值，就构成了一个逻辑表达项，因为A和B都为0，则逻辑表达项中位
，而C取值为1，则为C，即原变量。
这样由上表第一行数据构造的逻辑表达项为
。
依此类推：
第二行数据构造出：
第三行数据构造出：
第四行数据构造出：
将所有四项相“或”，就得到了F的逻辑表达式，如下所示：
则最终逻辑表达式对应的逻辑电路图为：
第2章计算机系统硬件
知识点：
CPU（centralprocessingunit，中央处理单元）：
由运算器和控制器构成，是计算机系统的核心部件。
运算器：
由算术逻辑单元、通用寄存器组、多路选择器和标志寄存器。
控制器：
由指令部件、时序部件和微操作控制部件。
指令部件：
包括程序计数器、指令寄存器和指令译码器。
主存储器的基本组成：
地址寄存器、地址译码和驱动器、存储体、读/写放大电路、数据寄存器和读/写控制电路。
主存储器的主要技术指标：
存储容量：
16位字长的计算机，则地址空间为216=64k，也就是说16位字长的计算机能识别的内存空间总量为64KB。
32位字长的计算机，贼地址空间为232=4G，也就是说32位字长的计算机能识别的内存空间总量为4GB。
存取时间和存储周期：
存取周期：
两次存取操作之间所需的最短时间。
（记为：
Tmc）
存取速率：
每秒从内存中读写信息的最大速率为1/Tmc字节/秒。
主存数据传输带宽：
W为数据寄存器的宽度，则传输带宽为W/Tmc比特/秒。
可靠性：
利用平均故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）来描述。
MTBF越长，可靠性越高。
半导体存储器的分类：
按不同的半导体材料可以分为：
双极型（TTL：
Transistor-TransistorLogic）
单级型（MOS：
MetalOxideSemiconductor）；
按存取方式可分为：
RAM（RadomAccessMemory）
ROM（ReadOnlyMemory）。
RAM可以分成：
双极型
MOS型
ROM可以分成：
●固定掩膜型ROM
●可编程只读存储器PROM（ProgrammableROM）
●可擦除可编程只读存储器EPROM（ErasableProgrammableROM）
●电可擦除编程只读存储器EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory）
了解磁盘存储器（MagenticDiskStorage）的结构原理图。
磁盘（disk）：
一个磁盘存储器中可以包含多个磁盘，每个磁盘一般双面都可以存储数据；
磁头（head）：
每个磁盘面都要有一个磁头用于读写数据；
磁道（track）：
每个磁盘面上以圆心为中心，向外划分对个同心圆，每个同心圆成为一个磁道，每个磁道的数据存储容量相同；
扇区（sector）：
每个磁道按固定弧度划分成多个相等的部分，每个部分称为一个扇区；
柱面（cylinder）：
磁盘存储器的多个磁盘面的同直径磁道组成一个柱面；
记录密度（存储密度）：
由于各磁道的存储容量相同，则越靠近内侧的磁道越短，故内侧的磁道上的存储密度要比外侧的磁道的存储密度要高。
存储容量：
单位为字节。
计算公式为：
C=n×ｋ×ｓ×ｂ
n：
磁盘盘面数
k：
每个盘面的磁道数
s：
每个磁道的扇区数
b：
每个扇区能存储的字节数
寻址时间：
由寻道时间和平均等待时间构成。
寻道时间：
磁头从当前位置移动到指定磁道的时间；平均等待时间：
从读写的扇区旋转到磁头下方所用的平均时间。
数据传输速率：
磁头找到地址后，每秒读写的字节数。
光盘的存储机制：
利用光的反射机制。
在光盘的化学物质上通过强激光能量烧制，光盘的数据轨与磁盘存储器不同，是从光盘中心开始螺旋向外展开。
读取数据时，激光头投射光线如果碰到凹陷，就会被吸收，则代表数据0，如果没有凹陷，那么光线将被反射回，则代表数据1。
光盘的分类：
CD-ROM（CompactDiskROM）
CD-R（CompactDiskRecordable）
CD-RW（CompactDiskRewritable）
多级存储体系
构造计算机系统，一般对于存储系统的要求是，存储容量越大越好、存取速度越快越好，单位存储价格越便宜越好。
但是现实中，这3个方面的因素是相互矛盾，因此，在计算机系统中引入了多级存储体系的设计思想。
高速缓冲存储器
按照冯.诺依曼（VonNeumann）体系结构的设计思想，计算机系统中CPU主要与内存交换数据，但是实际中CPU与内存的处理速度上相差几个数量级，这样，CPU就经常要等待内存，而降低了系统整体处理速度。
为此，在CPU和内存间加入了与CPU处理速度相当的Cache级别的存储设备：
高速缓冲存储器。
由于高速缓冲存储器的存取速度与CPU的处理速度相当，因此，将CPU将要处理的数据，事先都从内存读入高速缓冲存储器中，这样就会整体提高计算机系统的处理速度。
虚拟存储器
内存是系统中主要的存储动态数据的地方，即计算机系统运行期间，所有需要的数据都必须放在内存中，而出于对成本的考虑，实际安装内存容量不可能无限大，但为了让计算机系统用户感受不到内存容量的限制，于是引入了虚拟存储器思想，使用辅助存储器来模拟内存，这样不仅降低了计算机系统的存储成本，而且使得计算机系统可以在内存容量一定的情况下，运行任何程序成为可能。
输入/输出控制方式：
1.程序查询方式
CPU需要从外设获得数据时，那么CPU会向I/O设备发出启动命令，设备开始工作，这个过程相对于CPU的计算速度而言，会花费较长时间。
在此期间CPU要一直处于
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