大學計算機基礎(chǔ)總結(jié)

1、大學計算機基礎(chǔ)知識第一章 計算機與信息社會第一節(jié) 計算機的發(fā)展1.1.1 計算機發(fā)展史1、法國物理學家帕斯卡(1623-1662)：在 1642年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。2、德國數(shù)學家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機械式乘除法器?；驹砝^承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。 3、英國數(shù)學家巴貝奇：巴貝奇設(shè)計的分析機是現(xiàn)代通用計算機的雛形。分析機有三部分：有保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫有運算裝置有控制裝置（引入了程序控制的思想）。巴貝奇是現(xiàn)代計算機設(shè)計思想的奠基人，巴貝奇是計算機之父。但他未

2、能完成他所設(shè)計的計算機。4、英國科學家阿蘭·圖靈計算機科學的奠基人兩個貢獻：建立圖靈機模型：圖靈機的概念是現(xiàn)代可計算性理論的基礎(chǔ)。只有圖靈機能解決的計算問題，實際計算機才能解決。這個在當時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計算機中“存儲程序”的基本思想。提出了圖靈測試，闡述了機器智能的概念。5、1941年阿塔諾索夫研制成功的ABC計算機是世界上第一臺電子計算機（電子管計算機）。6、美籍匈牙利數(shù)學家馮·諾依曼也被稱作計算機之父研制成第二臺電子計算機EDVAC，EDVAC采用“存儲程序”概念（源自圖靈），它的發(fā)明為現(xiàn)代計算機的體系結(jié)構(gòu)和工作原理奠定了基礎(chǔ)：計算機應(yīng)由運算器、控

3、制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；應(yīng)采用二進制簡化機器的電路設(shè)計；采用“存儲程序”技術(shù),以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮·諾依曼計算機”。7、 1946年2月由賓夕法尼亞大學研制成功的ENIAC是世界上公認的第一臺電子數(shù)字計算機。“誕生了一個電子的大腦”，應(yīng)用于軍事 致命缺陷：沒有存儲程序。8、計算機早期只應(yīng)用于科學計算。1951年誕生了第一臺商用計算機UNIV AC，主要用于公眾領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理。1.1.2 計算機的分代電子技術(shù)的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代：第一代：電子管計算機 內(nèi)存很小 機器語言或匯編語言 用于軍事和科學領(lǐng)

4、域第二代：晶體管計算機 磁芯存儲器 創(chuàng)立了高級語言 還用于數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理第三代：集成電路計算機 高級語言有了大發(fā)展第四代：大規(guī)模集成電路計算機 （VISI技術(shù)） 半導體存儲器 目前最快每秒幾十萬億次浮點運算未來將朝著：微型化、巨型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，但仍屬于馮·諾依曼計算機未來新型計算機：光計算機、生物計算機（分子計算機）、量子計算機1.1.3 計算機的分類 按計算機用途分類：通用計算機和專用計算機按計算機規(guī)模分類：巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站、服務(wù)器、嵌入式計算機按計算機處理的數(shù)據(jù)分類：數(shù)字計算機、模擬計算機、數(shù)字模擬混合計算機1.1.4 計算機的特點及應(yīng)用領(lǐng)

5、域計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。（含義）1、 運算速度快2、 計算精度高3、 存儲容量大4、 具有邏輯判斷能力5、 按照程序自動運行應(yīng)用領(lǐng)域：科學計算、數(shù)據(jù)處理、過程與實時控制、人工智能、計算機輔助設(shè)計與制造、遠程通訊與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體與虛擬現(xiàn)實1.1.5 計算機的新技術(shù)嵌入式計算機：應(yīng)用最廣泛，用于各種家用電器；系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件一體化網(wǎng)格計算 中間件技術(shù) 第二節(jié) 信息技術(shù)概述信息是反映客觀情況的資料，其可由圖、文、聲、像等多媒體形式表現(xiàn)。人類社會的三大基本資源：物質(zhì)、能源、信息數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語言、圖形、圖

6、像等都是不同形式的數(shù)據(jù)。 4次信息革命：文字、造紙和印刷術(shù)、電報電話廣播電視、計算機與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代信息技術(shù)（3C技術(shù)）：通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)（Communication Computer Control）。3C技術(shù)是信息技術(shù)的主體。 1.2.1 現(xiàn)代信息技術(shù)的內(nèi)容信息技術(shù)包括3個層次：信息基礎(chǔ)技術(shù)：微電子技術(shù)：是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的直接基礎(chǔ)。 光電子技術(shù)：繼微電子技術(shù)后的綜合性高新技術(shù)信息系統(tǒng)技術(shù)：信息的獲取、處理、傳輸、控制技術(shù)信息應(yīng)用技術(shù) 具體的技術(shù)群類，如辦公自動化、人工智能、通信技術(shù)等。1.2.2 現(xiàn)代信息技術(shù)的特點數(shù)字化、多媒體化、高速度、網(wǎng)絡(luò)化、寬帶、智能化第三節(jié) 計算機的應(yīng)用

7、主課本P15P19 了解 第二章 計算機系統(tǒng)第一節(jié) 計算機系統(tǒng)的構(gòu)成一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。硬件系統(tǒng)是指能夠收集、加工、處理數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)所需的設(shè)備實體，是看得見、摸得著的部件總和。其中： 中央處理器(簡稱CPU)=運算器+控制器 主機=中央處理器+內(nèi)存 軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)、文檔 3部分的綜合，計算機軟件包括計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用軟件。 軟件系統(tǒng)是指為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬件系統(tǒng)，以及解決各類應(yīng)用問題而設(shè)計的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它們在計算機中體現(xiàn)為一些觸摸不到

8、的二進制狀態(tài)，存儲在內(nèi)存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設(shè)備上。 在計算機系統(tǒng)中，軟件和硬件沒有明確的界限，軟件實現(xiàn)的功能可以用硬件來實現(xiàn)（硬化）；硬件實現(xiàn)的功能也可以用軟件來實現(xiàn)（軟化），如常用播放軟件代替視頻卡。第二節(jié) 計算機的工作原理2.2.1 計算機指令系統(tǒng) 指令：是指計算機執(zhí)行特定操作的命令，是能夠被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼。是程序設(shè)計的最小語言單位。CPU執(zhí)行完一條指令即完成一步運算。指令構(gòu)成：操作碼+操作數(shù)指令系統(tǒng)：是指一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。不同型號的計算機有不同的指令系統(tǒng)。它反映了計算機的處理能力。 指令分類：數(shù)據(jù)傳送指令 內(nèi)存CPU 數(shù)據(jù)處理指令 對數(shù)據(jù)進行算術(shù)、

9、邏輯或關(guān)系運算程序控制指令 控制程序中指令的執(zhí)行順序輸入輸出指令 外部設(shè)備主機其他指令程序：是指能完成一定功能的指令序列，是計算機指令的有序集合。2.2.2 計算機的工作原理計算機的工作過程實際上是快速執(zhí)行指令的過程。程序運行前，將數(shù)據(jù)、程序存入存儲器中；程序運行后，計算機從存儲器依次取出指令 送往控制器進行分析 根據(jù)指令的功能向各有關(guān)部件發(fā)出操作控制信號最終的運算結(jié)果送到輸出設(shè)備輸出指令的串行執(zhí)行取指令分析指令執(zhí)行指令 依次執(zhí)行完成3步后才開始執(zhí)行下一條指令。 一般把計算機完成一條指令所花費的時間稱為一個指令周期，指令周期越短，執(zhí)行指令越快。CPU的主頻就反映指令周期的長短。指令的并行執(zhí)行并

10、行執(zhí)行就是使3個部件并行工作，提高速度，現(xiàn)在的計算機一般采用流水線技術(shù)，并行執(zhí)行的平均速度為串行的3倍。第三節(jié) 計算機的硬件系統(tǒng)馮·諾依曼型計算機是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲器中，在執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中，然后使計算機在工作時自動地從內(nèi)存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲程序概念的基本原理。 馮·諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的主要特點是：(1) 采用二進制形式表示程序和數(shù)據(jù)。 (2) 計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成 。即：CPU+I/O(3) 程序和數(shù)據(jù)以二進制形式存放在存儲器中。 (4) 控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令 (程序)

11、 工作。五大部件：1、 運算器：主要功能是算術(shù)運算和邏輯運算，又稱算術(shù)邏輯單元。算術(shù)運算和邏輯運算都是基本運算。運算器的數(shù)據(jù)取自內(nèi)存，結(jié)果又送回內(nèi)存。2、 控制器：功能是一次從存儲器取出指令、分析指令、向其它部件發(fā)出控制信號、指揮計算機各部分協(xié)同工作。3、 存儲器：能夠按照指定位置存入或取出信息。內(nèi)存儲器 (簡稱內(nèi)存)，由半導體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存儲器和隨機讀寫存儲器。內(nèi)存要與計算機各部分打交道，進行數(shù)據(jù)傳送。訪問速度快。只讀存儲器ROM （Read Only Memory）ü 特點：存儲的信息CPU只能讀出，不能隨機改寫或存入，斷電后信息不會丟失，可靠性高。因此，ROM中一般存

12、放計算機系統(tǒng)管理程序。隨機存儲器RAM（Random Access Memory） ü 特點：通常RAM指計算機的主存，CPU既可讀出數(shù)據(jù)又可向它寫入數(shù)據(jù)。斷電后數(shù)據(jù)消失。 外存儲器外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數(shù)據(jù)。當需要執(zhí)行或處理這些程序和數(shù)據(jù)時，必須將其先調(diào)入到內(nèi)存中然后再被CPU處理，所以外存實際上屬于輸入輸出設(shè)備。訪問速度慢。4、 輸入/輸出設(shè)備 見后第四節(jié) 微型計算機的硬件系統(tǒng)2.4.1 微型計算機概述1. 微型計算機的特點：體積小、價格低、可靠性強、操作簡單（微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品）2. 微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機構(gòu)成。在主機箱內(nèi)有CPU、

13、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、電源等。主機=CPU+內(nèi)存儲器；微機的CPU芯片也稱作微處理器。3. 微機的發(fā)展方向：高速化、超小型化、多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、隱形化（不再是傳統(tǒng)樣子）4. 微機的分類：按組成結(jié)構(gòu)分類：依據(jù)微機的CPU、內(nèi)存、I/O接口、系統(tǒng)總線所在位置分:單片機 各部分集中在超大規(guī)模集成電路芯片上，屬芯片級；最小的完整微機系統(tǒng)，應(yīng)用于各種家電。單板機 集中在一塊印刷電路板上，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用于儀器儀表的控制部件。多板機 集中在多塊印刷電路板上，如臺式機。按用途分類：臺式、便攜式、手持式5. 微機主要性能指標：ü CPU指標 見下ü 運算速度 每秒執(zhí)行的指令條數(shù)。ü

14、; 內(nèi)存容量 內(nèi)存越大，運算速度越快。2.4.2 微型計算機的硬件組成主板 主板是電腦中各種設(shè)備的連接載體。主板采用開放式結(jié)構(gòu)，它提供CPU、各種接口卡（如聲卡、顯示卡、網(wǎng)卡）、內(nèi)存條和硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)的插槽，其它的外部設(shè)備也會通過主板上的I/O接口連接到計算機上，與CPU結(jié)合。芯片組是系統(tǒng)主板的“靈魂”，決定了主板的結(jié)構(gòu)及CPU的使用。根據(jù)芯片功能，芯片分為南橋芯片和北橋芯片。南橋芯片 主要負責I/O接口控制、IDE設(shè)備（硬盤等）控制以及高級能源管理；北橋芯片 負責與CPU的聯(lián)系并控制內(nèi)存、AGP、PCI數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸，由于北橋芯片的發(fā)熱量較高，所以芯片上會裝有散熱片。中央處理器 CPU

15、ü CPU：運算器部件、寄存器部件和控制器部件。 寄存器 CPU內(nèi)部用于暫時存儲數(shù)據(jù)和指令的存儲單元。ü CPU從存儲器取出指令，放入CPU內(nèi)部的指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。ü CPU分類： 嵌入式CPU：處理特定問題，應(yīng)用于特定領(lǐng)域。 通用CPU：功能比較強，微機一般采用通用CPU。ü CPU的主要性能指標 ： CPU外頻，外頻提高，CPU與內(nèi)存間的交換速度也提高。 CPU字長，指CPU單位時間內(nèi)一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)。反映CPU內(nèi)部運算速度和效率。 CPU 主

16、頻，CPU內(nèi)核的實際運行頻率。位寬，CPU通過外部數(shù)據(jù)總線與外部設(shè)備之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù)位數(shù)。x位CPU，通常用CPU的字長和位寬來表示CPU。微機的內(nèi)存儲器地址 為了能存取內(nèi)存的數(shù)據(jù)，每一個內(nèi)存單元必須有一個唯一的編號，稱為地址。微機廣泛采用動態(tài)隨機存儲器（DRAM）作為主存。Cache （高速緩沖存儲器)是一種介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片。用于存儲CPU最常訪問的指令，提高CPU對內(nèi)存的訪問效率。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要快一個數(shù)量級，大體與CPU的處理速度相當。 CPUCacheRAM外存儲器外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數(shù)據(jù)。當需要執(zhí)行或處理這

17、些程序和數(shù)據(jù)時，必須將其先調(diào)入到內(nèi)存中然后再被CPU處理。常用外存儲器有：軟盤 聚酯材料的圓片，涂有磁性材料硬盤 涂有磁性材料的鋁合金或玻璃材質(zhì)的硬盤片；容量可高達上百吉字節(jié)；機械讀取數(shù)據(jù)。移動硬盤 由硬盤和硬盤盒組成，硬盤盒帶有USB接口。Flash存儲設(shè)備 =閃存盤=優(yōu)盤，新型非易失性半導體存儲器，方便與計算機交換，無機械裝置。光介質(zhì)存儲器 利用激光在光盤上寫入信息，再用激光讀出信息。從光盤中讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備我們稱之為光驅(qū)。光盤的分類: a) 只讀型光盤 只讀光盤中的數(shù)據(jù)是在制作時寫入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，而不能寫入或修改光盤中的數(shù)據(jù)。音頻光盤CD-DA、數(shù)據(jù)光盤 CD-ROM、 VCD、DV

18、D等都屬于只讀光盤。 b) 一次寫入光盤 這種光盤允許一次寫入數(shù)據(jù)（需要光盤刻錄機完成數(shù)據(jù)的寫入），但不能修改和擦除數(shù)據(jù)， 如 CD-R。c) 可擦寫光盤 這種光盤可多次寫入或修改數(shù)據(jù)，如CD-RW。 總線與接口總線：是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算機內(nèi)部傳輸指令、數(shù)據(jù)和各種控制信息的高速通道，是計算機硬件的一個重要組成部分。USB接口 用來連接外設(shè)。支持即插即用，傳輸效率較高。n 按傳輸信息的種類分為： 地址總線 傳輸?shù)氖堑刂沸盘?，一般是單向傳輸。當CPU需要訪問某個外設(shè)時，它向地址總線發(fā)出相應(yīng)外設(shè)的地址信號，以選擇某個外設(shè)。 數(shù)據(jù)總線 傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般是雙向傳輸。CPU進行“讀”

19、時，數(shù)據(jù)由外設(shè)流CPU，當CPU進行“寫”時，數(shù)據(jù)由CPU流向外設(shè)。 控制總線 有的是CPU向內(nèi)存或外部設(shè)備發(fā)出的信號；有的是內(nèi)存或外部設(shè)備向CPU發(fā)出的信號。對每條控制線而言信號是單向傳送，但作為整體是雙向的。n 按處于計算機硬件系統(tǒng)中的位置來分：內(nèi)部總線 是指CPU芯片內(nèi)部的總線。系統(tǒng)總線(又稱輸入/輸出總線) 是微機中各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線，用于插件板一級的互連。外部總線 是微機和外部設(shè)備之間或外設(shè)與主機連接的總線。輸入/輸出設(shè)備n 輸入設(shè)備 將數(shù)據(jù)、程序轉(zhuǎn)化成計算機能接受的二進制碼，并將它們送入內(nèi)存。常用輸入設(shè)備 鍵盤 鼠標 掃描儀 光筆（圖像輸入） 觸摸屏 游戲操作桿n 輸出設(shè)

20、備 將計算機處理的結(jié)果處理成人能夠識別的數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式顯示、打印、播放出來。常用輸出設(shè)備： (1) 顯示器 分為CRT顯示器和液晶顯示器；需要在擴展槽插入顯示卡。 (2) 打印機 分為 針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶上的墨打印在紙上形成文本或圖形。缺點是打印質(zhì)量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點是可以打多聯(lián)紙，耗材相對較便宜。 噴墨打印機特點。打印頭上有若干個噴頭，打印時，墨水以每秒近萬次的頻率噴射到紙上。與其它兩類打印機相比，在打印質(zhì)量、速度、噪聲及成本方面處于中等層次。 激光打印機特點。利用激光可以形成很細的光點，將碳粉固著在紙上，加熱后碳粉固定在紙上，最后印出文字和圖片。優(yōu)點

21、是打印速度快、噪音低、質(zhì)量好，缺點是價格及打印成本較高。 對三種打印機的打印效果對比來說，激光最好，噴墨其次，而針式相對較差。 n 常用多媒體設(shè)備主課本P52-P55第五節(jié) 計算機的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)是指為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬件系統(tǒng)，以及解決各類應(yīng)用問題而設(shè)計的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它們在計算機中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進制狀態(tài)，存儲在內(nèi)存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設(shè)備上。常將計算機軟件分為 系統(tǒng)軟件 和 應(yīng)用軟件 。實際上，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的界限不十分明顯，如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)既可以算作系統(tǒng)軟件，也可算應(yīng)用軟件。2.5.1 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指控制計算機運行、管理計算機資源、為應(yīng)

22、用軟件提供支持與服務(wù) 的一類軟件。系統(tǒng)軟件通常包括：操作系統(tǒng)、語言處理程序、各種實用程序。1、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件；典型的操作系統(tǒng)：Windows、UNIX、Linux；目的： 計算機與人交互的接口，不必了解計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 合理地使用系統(tǒng)內(nèi)包含的各種軟、硬件資源，提高整個系統(tǒng)的使用效率和經(jīng)濟效益。2、語言處理程序程序設(shè)計語言 機器語言 有二進制代碼組合成的能被計算機直接理解和執(zhí)行的指令集合。計算機執(zhí)行機器語言速度最快。機器語言隨機而異，通用性差。匯編語言 （=符號語言）使用一些助記符號來表示機器語言的符號語言?？勺x性依然差。但占用內(nèi)存少、執(zhí)行快，所以應(yīng)用于對實時性要求較高的程序設(shè)計，如過程控制等。匯編語言編寫的程序，必須翻譯成機器語言，才能被計算機執(zhí)行。 機器語言、匯編語言稱為低級語言。高級語言 是一種接近自然語言和數(shù)學公式的程序設(shè)計語言。 使程序員不必與計算機的硬件打交道。高級語言分