大学计算机基础小结

　　导语：大学的计算机的知识比较基础，下面是小编收集整理的大学计算机基础小结，欢迎参考！

　　第一章计算机及信息技术概述

　　1、计算机发展历史上的重要人物和思想

　　1、法国物理学家帕斯卡(1623-1662)：在 1642年发明了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。

　　2、德国数学家莱布尼茨：在1673年发明了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一系列齿轮组成，但它能够连续重复地做加减法，从而实现了乘除运算。

　　3、英国数学家巴贝奇：1822年，在历经10年努力终于发明了“差分机”。它有3个齿轮式寄存器，可以保存3个5位数字，计算精度可以达到6位小数。巴贝奇是现代计算机设计思想的奠基人。

　　英国科学家阿兰?图灵(理论计算机的奠基人)

　　图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序”的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。

　　美籍匈牙利数学家冯?诺依曼(计算机鼻祖)

　　计算机应由运算器、控制器、存储器、

　　输入设备和输出设备五大部件组成;

　　应采用二进制简化机器的电路设计;

　　采用“存储程序”技术,以便计算机能保存和自动依次执行指令。

　　七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯·诺依曼计算机”。

　　2、电子计算机的发展历程

　　1、 1946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

　　3、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

　　1.1.4 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)

　　1、运算速度快

　　2、计算精度高

　　3、存储容量大

　　4、具有逻辑判断能力

　　5、按照程序自动运行

　　应用领域：科学计算、数据处理、过程与实时控制、人工智能、计算机辅助设计与制造、远程通讯与网络应用、多媒体与虚拟现实

　　1.1.5 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

　　1.2 计算机系统构成

　　· 一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两大部分组成

　　· 硬件系统是指能够收集、加工、处理数据以及输出数据所需的设备实体，是看得见、摸得着的部件总和。

　　· 软件系统是指为了充分发挥硬件系统性能和方便人们使用硬件系统，以及解决各类应用问题而设计的程序、数据、文档总和，它们在计算机中体现为一些触摸不到的二进制状态，存储在内存、磁盘、闪存盘、光盘等硬件设备上。

　　1.3.1 信息技术概念

　　信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。

　　数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。 4次信息革命：文字、造纸和印刷术、电报电话广播电视、计算机与网络现代信息技术：计算机技术+微电子技术+通信技术

　　1.3.1 信息技术产业与人才

　　信息产业是信息社会的支柱，主要包括：计算机硬件制造业、计算机软件业、信息服务业以及国民经济中传统行业的信息化

　　信息产业属资本密集型、知识密集型、人才密集型的产业。

　　信息技术教育包括：

　　· 对信息科学的理解

　　· 对信息应用的实践能力

　　· 对信息社会的认识和态度

　　第二章计算机信息基础

　　2.1.1 数制的概念

　　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

　　2.1.3 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。

　　2.2 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。

　　2.3 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。

　　2.3.1 整数的表示

　　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。

　　补码的概念是怎么来的?

　　“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。

　　2.3.2 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

　　与汉字有关的编码：

　　(1)、输入码

　　(2) 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。

　　(3)机内码

　　(4)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。

　　2.3.6 多媒体信息的数字化

　　数字化就是对模拟世界的一种量化，表示信息的最小单位是位(bit)——“0”或“1”。多媒体信息在计算机中也要转换为0和1，因此也需要进行编码。

　　第三章计算机硬件体系结构

　　3.1 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。

　　3.1.2 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

　　(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。

　　3.1.3 微型计算机的诞生与发展

　　微型机属于第四代电子计算机产品，即大规模及超大规模集成电路计算机。微机的核心部件是CPU

　　3.2 微型计算机主机结构

　　微型机基本是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有CPU、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。

　　3.2.1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)

　　1. 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

　　(2) 寄存器部件

　　2. 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。

　　3.2.2 高级CPU技术

　　1、超线程技术

　　2、双核心CPU技术：由于组建双CPU系统的高成本和复杂性，桌面电脑上并未得到普及。用“双核”技术，就是在单个CPU中真正集成两个物理运行核心，因此在实际使用中，这种“双核心处理器”和使用两个独立CPU组建的系统在工作原理和性能上基本没有区别。目前，CPU已从双核向4核、8核和多核方向发

　　3.2.3 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。

　　3.2.4 内存储器

　　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。

　　1. 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)

　　2. 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:

　　(1) 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)

　　3. 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。

　　4.多级缓存

　　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. 存储器的层次结构

　　既要速度快，又要求容量大，同时价格又要求合理，在目前技术条件下这三项指标很难用单一种类的存储器来实现。折衷的方法是采用层次结构。

　　3.3 外部存储器

　　外部存储器通常用来存放需要长期保存的各种程序和数据。当需要执行或处理这些程序和数据时，必须将其先调入到内存中然后再被CPU处理，所以外存实际上属于输入/输出设备。

　　目前微机常用的外存储器主要有软盘、硬盘、光盘、 U盘等。

　　3.3.2 硬盘

　　硬盘是微机最重要的外部存储器，常用于安装微机运行所需的系统软件和应用软件，以及存储大量数据。

　　(1) 硬盘存储格式

　　硬盘是由多个涂有磁性物质的金属圆盘盘片组成，盘片的每一面都有一个读写磁头，在对硬盘进行格式化时，将对盘片进行划分磁道和扇区，对于大容量的硬盘还将多个扇区组织起来成为一个块——“簇”，簇成为磁盘读写的基本单位。有的簇是一个扇区，有的有好几个扇区，可以在格式化的参数中给定。

　　(2) 硬盘性能指标

　　① 硬盘的容量。现在微机上所配置的硬盘一般在200GB以上。 ② 硬盘的转速。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快。现在的主流硬盘转速一般为7200rpm以上。

　　③ 缓存。硬盘自带的缓存，缓存越多，越能提高硬盘的访问速度。

　　(3) 硬盘接口

　　硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，IDE接口硬盘多用于家用产品中，SATA是种新生的硬盘接口类型。

　　(4) 硬盘格式化

　　① 硬盘低级格式化。主要是对一个新硬盘划分磁道和扇区。 ② 硬盘分区。把硬盘划分为成若干个相对独立的逻辑分区。

　　③ 硬盘高级格式化。高级格式化主要是对指定的硬盘分区进行初始化，建立文件分配表以便系统按指定格式存储文件。。

　　3.3.3 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:

　　1.只读型光盘

　　只读光盘中的数据是在制作时写入的，用户只能读数据，而不能写入或修改光盘中的数据。音频光盘CD-DA、数据光盘 CD-ROM、 VCD、DVD等都属于只读光盘。

　　2.一次写入光盘

　　这种光盘允许一次写入数据，但不能修改和擦除数据，如 CD-R。

　　3.可擦写光盘

　　这种光盘可多次写入或修改数据，如CD-RW。

　　从光盘中读取数据的设备我们称之为光驱。光驱把经过聚焦后的激光投射到光盘上，利用光盘的凹坑或非凹坑边缘反射的激光强度不同而将其表示为不同的电信号。

　　光驱倍数是指光盘的数据传输率(150KB/s为单倍，以此类推)。CD-ROM光盘驱动器能读除DVD以外的所有光盘。而DVD光盘要用DVD驱动器才能读，DVD驱动器兼容CD-ROM所能读的光盘。

　　DVD光盘

　　DVD盘片的物理规格与CD盘片是一样的，CD盘只使用一个面记录一层的信息，而DVD盘可分为单面单层、单面双层、双面单层以及双面双层 4 种结构。

　　DVD按用途可分为以下几类：

　　应用最广的是DVD-Video 格式，用于存储影音信息。此外还有DVD-ROM(只读DVD)、 DVD-Audio(音频DVD)、 DVD±R(可写DVD)、 DVD-RAM或DVD±RW (可擦写DVD)。

　　另外，还有蓝光高清DVD光盘。

　　光盘刻录机

　　是指可读写的光盘驱动器。包括CD和DVD两种刻录机。

　　① CD刻录机既有CD-ROM光驱的功能，也能够向刻录CD光盘。其传输速率一般标注为 A/B/C 的形式(如 20/10/40)，其中A表示写CD-R盘的倍速，B表示写CD-RW盘的倍速，C表示读盘的倍速。

　　② DVD刻录机既具有DVD-ROM光驱的功能，也能够刻录DVD光盘和CD光盘。

　　3.3.4 USB盘

　　通过USB接口与电脑连接，实现即插即用，具有小巧、可靠、易于操作等特点。闪存盘中无任何机械式装置，抗震性能强。U盘中的存储模块其实就是Flash-ROM。

　　移动硬盘一般由笔记本硬盘和硬盘盒组成。

　　3.4.1 输入设备

　　(1) 键盘

　　(2) 鼠标

　　(3) 扫描仪

　　3.4.2 输出设备

　　(1) 显示器

　　(2) 打印机

　　(1) 显示器

　　CRT显示器在工作时，电子枪发出电子束轰击荧光粉层上的某一点，使该点发光，每个像素有红、绿、蓝三基色组成，通过对三基色的强度的控制就能合成各种不同颜色。

　　液晶显示器LCD的优点在于：

　　① 图像稳定。由于只有在画面内容发生变化时才需要刷新，因此没有闪烁感;

　　② 液晶底板整体发光，真正的完全平面;

　　③ LCD显示器基本上没有辐射;

　　④ 能耗低。约为CRT显示器的三分之一。

　　(2) 打印机

　　常用的有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等。

　　① 针式打印机特点。利用钢针击打色带把色带上的墨打印在纸上形成文本或图形。缺点是打印质量差、速度慢、噪声大;优点是可以打多联纸，耗材相对较便宜。

　　② 喷墨打印机特点。打印头上有若干个喷头，打印时，墨水以每秒近

　　万次的频率喷射到纸上。与其它两类打印机相比，在打印质量、速度、噪声及成本方面处于中等层次。

　　③ 激光打印机特点。利用激光可以形成很细的光点，将碳粉固着在纸上，加热后碳粉固定在纸上，最后印出文字和图片。优点是打印速度快、噪音低、质量好，缺点是价格及打印成本较高。

　　对三种打印机的打印效果对比来说，激光最好，喷墨其次，而针式相对较差。

　　3.4.3 其他外部设备

　　(1) 多媒体设备

　　(2) 调制解调器

　　3.5.1 计算机指令系统

　　指令：是指计算机执行特定操作的命令。是程序设计的最小语言单位。

　　指令系统：是指一台计算机所能执行的全部指令的集合。不同型号的计算机有不同的指令系统。它反映了计算机的处理能力。

　　可分为以下四个步骤：

　　开始执行程序时，先给程序计数器PC赋以第一条指令的首地址0100H。

　　①取指令按照计数器中的地址从内存中取出指令(070270H)，并送往指令寄存器。然后计数器PC自动加1指向下一指令地址。

　　②分析指令对指令寄存器中存放的指令(070270H)进行分析，由译码器对操作码 (07H)进行译码，由地址码(0270H)确定操作数地址。

　　③执行指令取出操作数，去完成该指令所要求的操作。例如做加法指令，取内存单元(0270H)的值和累加器的值相加，结果还是放在累加器。 ④一条指令执行完成，再回到①取指令阶段开始下一指令的执行。

　　3.5.3 计算机硬件系统的性能指标

　　(1) CPU的主频。主频越高，单位时间内完成的指令数也越多，CPU工作的速度也就越快。

　　(2) 字长。字长越长，计算机一次所能处理信息的位数就越多，表现为计算机的运算速度越快。

　　(3) 运算速度。它是一项综合性的性能指标。是指计算机每秒钟执行的指令数，单位是MIPS，即每秒百万条指令。

　　(4) 内存容量。内存容量越大，一次读入的程序、数据就越多，计算机的运行速度也就越快。

　　(5) 内存存取速度。内存连续启动两次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间，称为存取周期。

　　(6) I/O速度。I/O的速度是指CPU与外部设备进行数据交换的速度。目前系统性能的瓶颈越来越多地体现在I/O速度上。

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