大學(xué)計算機基礎(chǔ)

1、第一章引論計算機是一種現(xiàn)代化的信息處理工具，它對信息進行處理并提供結(jié)果，其結(jié)果輸出 | 取決于所接收的信息輸入及相應(yīng)的處理算法|程序1運用計算機進行信息處理I 獲計算機科學(xué)與技術(shù)的核心包括計算機的設(shè)計、制造，取、表示、存儲、加工、控制的相關(guān)理論、原那么、方法和技術(shù)。計算機模型 黑盒模型：不考慮計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)輸入別審 具有程序能力的數(shù)據(jù)處理機 ：該模型賦予了計算機極大的靈活性，程序是事先編制好并存放在計算機內(nèi)部的 現(xiàn)代計算機模型：馮諾依曼 不但給出了計算機的功能，還定義了計算機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。計算機的五個組成局部輸入設(shè)備一一輸入數(shù)據(jù)和程序。運算器一一執(zhí)行各種算術(shù)運算和邏輯運算。存儲器一一存儲程序、原

2、始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果?？刂破饕灰豢刂朴嬎銠C所有部件，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的有序工作。 輸出設(shè)備 輸出程序的執(zhí)行結(jié)果?，F(xiàn)代計算機被認為由三個子系統(tǒng)組成處理器子系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)輸入/輸出子系統(tǒng)計算機系統(tǒng)所謂“系統(tǒng)是指由多個“子系統(tǒng)組成的一個有機的“整體計算機系統(tǒng)是一個大的概念，由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，還包括所處理的數(shù)據(jù)和使用計算 機的用戶計算機本身也只是計算機系統(tǒng)中的一局部計算 機系 統(tǒng)硬 件 系 統(tǒng)處理器系統(tǒng)主機存儲器系統(tǒng)外 部 設(shè) 備輸入設(shè)備輸出設(shè)備軟 件 系 統(tǒng)系 統(tǒng) 軟 件操作系統(tǒng)編程語言工具軟件應(yīng) 用 軟 件辦公軟件其他應(yīng)用軟件計算機物理設(shè)備叫做 硬件 硬件系統(tǒng)： 處理器系統(tǒng)單個處理器芯

3、片多核處理器芯片芯片上集成了多個處理器 存儲器系統(tǒng)內(nèi)存或主存半導(dǎo)體材料，直接連處理器夕卜存或輔存磁盤、光盤等，外置的獨立部件 輸入輸出系統(tǒng)與計算機相關(guān)的文檔、程序、語言等都歸類為軟件軟件系統(tǒng)： 系統(tǒng)軟件：效勞于計算機本身的軟件 應(yīng)用軟件：解決特定問題的軟件APP計算機是如何運行的通電后，CPU執(zhí)行啟動程序 BIOS,操作系統(tǒng)從外存 被調(diào)入內(nèi)存執(zhí)行；BIOS引導(dǎo)完成后，計算機由操作系統(tǒng)進行管理和控 制信息系統(tǒng)6個要素：BIOS的根本任務(wù)：把存放在磁盤中的操作系統(tǒng)調(diào)入 內(nèi)存執(zhí)行。硬件軟件數(shù)據(jù)/信息 人/用戶過程/處理以計算機為職業(yè)的專業(yè)人員 約5%和使用計算機的應(yīng)用人員 約95%通信 因特網(wǎng)：開放

4、性，網(wǎng)絡(luò)的目的是資源共享和通信 萬維網(wǎng)：因特網(wǎng)上最大的一種效勞，網(wǎng)絡(luò)瀏覽技術(shù)應(yīng)用計算機文化和計算思維計算機從裝置成為學(xué)科再開展為文化計算機文化：理解計算機是什么，以及它如何被作為資源利用，并改變著人類的生活、 學(xué)習和交流方式的。計算思維：運用計算機科學(xué)的根底概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動；它的本質(zhì)是抽象和自動化第二章數(shù)據(jù)表示及邏輯根底數(shù)據(jù)：數(shù)值數(shù)據(jù)，非數(shù)值數(shù)據(jù)計算機中，數(shù)據(jù)是以數(shù)字表示的：“數(shù)制形式：直接進行數(shù)學(xué)運算 碼制形式：表示對象屬性數(shù)制：也稱進制，指多位數(shù)中每一位的構(gòu)成方法以及實現(xiàn)從低位到高位的進位規(guī)那么。常用數(shù)制R進制R個數(shù)碼，數(shù)碼從

5、0到R-1其值：每位數(shù)碼和該位的權(quán)系數(shù)的乘積權(quán)系數(shù)也叫做幕次或叫做權(quán)重按權(quán)展開式70628= 7X 83+0X 82+6X 81+2X 8 變?yōu)槭M制數(shù)計數(shù)規(guī)那么逢R進1二進制位比特，bit是計算機處理的最小單位二進制位：b 字節(jié)Byte ： B 1B=8b一個字母1B選擇二進制最直接的理由是它容易被物理器件實現(xiàn)十六進制16 個數(shù)碼：09 , A、B、C D、E、F十進制轉(zhuǎn)化為R進制整數(shù)局部：除以 R取余數(shù)，直到商為 0,余數(shù)從右到左排列小數(shù)局部：乘以 R取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列二進制轉(zhuǎn)化為八進制和十六進制把二進制數(shù)劃為34份按權(quán)展開原碼：簡單、直觀，方便乘法運算例 原碼機器數(shù)01001101

6、中，最高位被設(shè)置為符號位，0表示正，1表示負后七位表示真值反碼：用于求補碼正數(shù)的反碼是它的原碼：例+1010010的反碼是01010010負數(shù)的反碼最高位為 1，其余各位按位求反：例-1010010的原碼是11010010反碼是10101101 補碼：用于減法運算：減去一個數(shù)=加上這個數(shù)的補碼正數(shù)的補碼=原碼負數(shù)的補碼=其反碼加1 最低位+1，如果最高位有進位也不改變符號位補碼的補碼將復(fù)原為原碼定點數(shù)：有固定小數(shù)點定點純小數(shù)和定點純整數(shù)兩種對硬件的要求簡單，數(shù)的表示范圍受限 浮點數(shù)小數(shù)點位置浮動，來源于科學(xué)計數(shù)法對硬件的要求復(fù)雜，數(shù)的表示范圍大、精度高編碼和文本 最根底的文本編碼是ASCII碼

7、ASCII碼字符集包含 128個字符，需采用7位二進制數(shù)編碼，從0000000至U 11111118位的擴展 ASCII碼用于給特殊字符、外來語字母和圖形符號編碼 Unicode編碼可表示幾乎世界上所有書寫語言的字符編碼標準被稱為“統(tǒng)一碼、“單-碼、“萬國碼漢字機內(nèi)碼漢字國標碼機內(nèi)碼中1010110101000011010110 11010000華0111011010101010111011 10101010矢量圖技術(shù)圖形通過繪圖軟件公式繪制的由直線、任意曲線等組成的畫面，以矢量圖文件形式存儲 進行縮放操作時不失真，占用存儲空間小位圖技術(shù) 一一圖像掃描儀等捕捉的真實場景畫面產(chǎn)生的映像，數(shù)字化后

8、以位圖文件形式存儲 位圖文件中存儲的是構(gòu)成圖像的每個像素點的亮度、顏色等屬性縮放后圖像會失真，占用的存儲空間大 音頻、圖像模擬信號的數(shù)字化音頻是連續(xù)性的模擬信號， 用計算機對音頻信息進行處理，必須先將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號loi 110001 now邏輯運算：與或非邏輯電路中的單元電路叫做“門電路 邏輯“異或一一復(fù)合邏輯關(guān)系A(chǔ)BA XOR BFFFFTTTFTTTF第3章計算機硬件計算機硬件由三個子系統(tǒng)構(gòu)成，連接這三個子系統(tǒng)的是總線0 1PC的根本配置：主機、鍵盤、鼠標、顯示器等主機箱內(nèi)：主板包括處理器、內(nèi)存等，磁盤、光盤等 主機箱后：連接輸入輸出設(shè)備的 端口計算機組成示意圖：*標記的為外部總線處理

9、器即CPU,可以是單一的芯片，也可以是多個CPU芯片組成的陣列功能上：CPU包括計算機的 運算器和控制器邏輯上:CPU分為運算器，數(shù)據(jù)存放器，指令代碼存放器，控制電路地址電路處理器結(jié)構(gòu)模型處理器芯片集成電路按摩爾法那么開展半導(dǎo)體材料單位面積內(nèi)集成的電路數(shù)目不會無限增長集成電路設(shè)計從芯片平面轉(zhuǎn)向立體：在一個芯片上集成多個處理器一一多核內(nèi)部總線在主板范圍內(nèi)的總線，它是CPU與存儲器及輸入/輸出控制電路進行數(shù)據(jù)交換的通路連接CPU與存儲器及其他電路的三總線：數(shù)據(jù)總線 通過數(shù)據(jù)信號地址總線通過地址信號 控制總線通過控制信號處理器的技術(shù)指標主頻：反映CPU運行速度的參數(shù)，主頻越高，CPU運算速度越快。字

10、長：一次所能處理的二進制數(shù)的位數(shù)協(xié)處理器：在CPU的協(xié)調(diào)下完成復(fù)雜的、特定的任務(wù)，如處理浮點運算、圖形處理等 內(nèi)部高速緩存器：分為L1、L2、L3等處理器系統(tǒng)CISC 復(fù)雜指令集計算機優(yōu)點：程序設(shè)計比擬容易，每個簡單/復(fù)雜的操作都有相應(yīng)的指令可以實現(xiàn)。RSC 精簡指令集計算機只包含常用指令，優(yōu)點：簡化程序控制邏輯，提升處理器的速度。存儲器重要特性：可復(fù)制性，覆蓋性存儲模式： 存儲單元以字節(jié)Byte為單位 存儲器由假設(shè)干字節(jié)組成， 每個字節(jié)都有一個唯一的標識：存儲器地址按二進制位進行表示 計算機最大存儲容量由地址總線的數(shù)目來決定，10根地址線可標識 210個存儲單元存儲容量：存儲器中存儲單元的總

11、數(shù)，即字節(jié)數(shù)，或稱為地址空間內(nèi)存：位于主板上，經(jīng)內(nèi)部總線與CPU連接。用于存放被執(zhí)行程序的指令代碼和運行數(shù)據(jù)，也稱為主存儲器簡稱主存。由半導(dǎo)體存儲器組成，運行速度快、容量小、體積小。有RAM和ROM兩種類型。內(nèi)存容量大小取決于處理器的地址空間地址總線的寬度RAM 隨機存儲器：體積小，存取速度快，具有易失性斷電消失 ROM 只讀存儲器：用于存放BIOS根本輸入輸出系統(tǒng)，斷電不消失PROM: 次性寫入不可改寫EPROM:可通過紫外線擦除重新寫入EEPROM電子擦除最常用，如閃存外存： 磁盤1. 能在關(guān)機或斷電狀態(tài)下保存數(shù)據(jù)。3. 磁盤盤片被劃分為多道同心圓結(jié)構(gòu)的磁道，磁道又被劃分為假設(shè)干個扇型的區(qū)

12、域：扇區(qū),用于存儲數(shù)據(jù)。3.轉(zhuǎn)速和容量是硬盤的重要指標。磁介質(zhì)存儲器包括磁帶、硬盤、軟盤 光盤1. 由光驅(qū)讀寫。2. 光盤的光道是一條由內(nèi)到外的螺旋線。 固態(tài)存儲器被稱為U盤或 閃存，因為成塊區(qū)域的擦除、寫入操作速度很快at itfw#15tJ li存儲器的主輔結(jié)構(gòu)計算機存儲器系統(tǒng)使用高速的半導(dǎo)體存儲器作為主存儲器，使用較低速的磁盤、光盤作為輔助存儲器，是系統(tǒng)在性能、功能和價格之間進行取舍的結(jié)果。功能：主存-運行程序，輔存-保存程序和數(shù)據(jù)。性能：主存的易失性和輔存的永久性互補，主存-快、輔存-慢。價格：主存-貴、輔存-廉價。原理：程序和數(shù)據(jù)都存儲在 輔存中，被執(zhí)行的程序從 輔存調(diào)入主存運行，運

13、行結(jié)束后程序 和數(shù)據(jù)被重新存回輔存?！疤摂M內(nèi)存技術(shù)：在磁盤上開辟與內(nèi)存結(jié)構(gòu)相同的區(qū)域，其地址與內(nèi)存的地址 對應(yīng)，將數(shù)據(jù)映射到虛擬內(nèi)存中，可以有效地提升系統(tǒng)的運行效率。輸入和輸出 端口：又稱接口，是接口電路連接I/O設(shè)備的連接器。PC主要有5種端口：鍵盤端口、鼠標端口、并行端口、串行端口，USB端口I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸模式有兩種并行：一次傳輸 8位數(shù)據(jù)字節(jié)模式，傳輸快，本錢高串行：一次傳輸 1位數(shù)據(jù)位模式，本錢低，適合長距離傳輸輸出設(shè)備： 顯示器，主要有 LCD和CRT兩類，主要技術(shù)指標是分辯率 打印機：主要有 激光打印機、噴墨打印機 和針式打印機 幾種。系統(tǒng)總線和USBUSB:端口規(guī)格:A型和

14、B型，分別連接 計算機和外設(shè)。 A型端口也叫“公共口，規(guī)格只有一種 B型端口也叫Mini B型口，有多種規(guī)格1刪口USB自動配置設(shè)備：支持 熱插拔，可連接多達127個設(shè)備。接口： 是一個使高速主機和低速外設(shè)實現(xiàn)“速度匹配的“機制。 包括兩個局部：一局部通過 內(nèi)部總線連接計算機的 CPU和存儲器。另一局部通過外部總線連接外設(shè)。憫IF#-1| i-J第4章操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)os是最根本和最重要的 系統(tǒng)軟件，是軟件系統(tǒng)的核心; 是管理其他硬件和軟件的軟件；是計算機硬件和用戶其他軟件和人之間的接口； 有效地管理和使用計算機軟、硬件資源； 協(xié)調(diào)計算機的所有內(nèi)部活動；為用戶提供使用計算機的界面，方便地操作計

15、算機。操作系統(tǒng)的類型：按使用環(huán)境和對程序執(zhí)行的處理方式分類 實時系統(tǒng) 單用戶單任務(wù)系統(tǒng) 單用戶多任務(wù)： Windows系統(tǒng) 多用戶多任務(wù)：允許多個用戶通過終端工作站使用 一臺主機，并支持每個用戶的多任 務(wù)處理。就是今天網(wǎng)絡(luò)的根本結(jié)構(gòu)。 并行系統(tǒng)：多處理器 分布式系統(tǒng)：將地理位置上分散的具有獨立功能的多臺計算機互連起來進行信息交換、資源共享、可互操作和協(xié)作處理例：云計算常用的操作系統(tǒng)UNIX :使用最早，多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)運行可靠、穩(wěn)定Linux是免費的可自由傳播的類UNIX系統(tǒng)，Windows 多優(yōu)勢：高性能、低開支劣勢：需要更多的修補，其運行應(yīng)用程序的數(shù)量遠沒有 Windows :單

16、用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，版本眾多、Windows NT、Windows 9x. Mac OS /OS X最好的圖形處理系統(tǒng)， 其內(nèi)核是基于 UNIX的，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性高。 An droid :單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，基于Lin ux開放的源代碼開發(fā)且仍為免費。操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于軟件的兩個層次結(jié)構(gòu) 內(nèi)核Kernel:操縱硬件系統(tǒng)的核心。具有分時處理技術(shù)和調(diào)度程序決定哪個任務(wù)被執(zhí)行，分配程序為這些任務(wù)分配時間片 用戶接口：命令解釋器提供用戶界面系統(tǒng)的外殼Shell。接收用戶和應(yīng)用程序的操作命令，解釋后交給內(nèi)核執(zhí)行。、操作系統(tǒng)的功能 進程管理，又叫處理器管理進程：指正在運行的程序，包括程序和被處理的

17、數(shù)據(jù)進程調(diào)度：目的是有效管理且防止死鎖同步：占有不同資源的不同進程可同步死鎖：多個進程同時占有對方需要的資源而同時請求 對方的資源，而在得到請求之前不會釋放所占有的資源。在Windows中可用任務(wù)管理器中的“結(jié)束進程解除死鎖 存儲器管理內(nèi)存管理：主要任務(wù)是內(nèi)存資源的分配、使用。內(nèi)外存之間數(shù)據(jù)的交換：虛擬內(nèi)存技術(shù) 設(shè)備管理 啟動和停機文件管理文件：外存儲器上的數(shù)據(jù)的有序集合，并標記以一個文件名。分為程序文件和數(shù)據(jù)文件 兩類文件中的數(shù)據(jù)之間是有關(guān)聯(lián)的具有符合命名規(guī)那么的文件名MS系統(tǒng)的文件名由二局部組成盤符 文件名 .擴展名常用的文件類型可執(zhí)行文件，即程序文件，擴展名為.exe、 、.bat。圖形

18、圖像文件 bmp、psd、wmf文件存取 順序存?。喊凑罩饌€信息單位或數(shù)據(jù)單位進行存取，如最典型的磁帶文件。特點：不記載相關(guān)的文件存放的存儲器位置信息，只根據(jù)文件結(jié)尾標志判斷是否結(jié)束；文件檢索效率低，更新操作耗時復(fù)雜順序文件適合按記錄結(jié)構(gòu)組織的數(shù)據(jù) 隨機存取：先確定數(shù)據(jù)的位置信息， 再按址存取，隨機查找需將關(guān)鍵字和數(shù)據(jù)記錄關(guān)聯(lián)。方式主要有索引法、哈希法及二分法等。文件的存儲結(jié)構(gòu)1. Microsoft的磁盤格式有 FAT和NTFS2. FAT文件分配表：記錄磁盤上的每個扇區(qū)是否存放數(shù)據(jù)；管理文件存儲結(jié)構(gòu)：存放了文件名、屬性、存放位置。系統(tǒng)開銷小，系統(tǒng)損壞有可能被恢復(fù)，在大容量系統(tǒng)中，因分區(qū)數(shù)目

19、增加，性能迅速下降。3. NTFS系統(tǒng)：支持長文件名，支持大的磁盤分區(qū)和磁盤空間、擴展屬性以及平安性等；支持的磁盤分區(qū)最大達 16EB ； 系統(tǒng)文件可以存放在 NTFS盤或分區(qū)的任何地理位置； 任何磁道或扇區(qū)的損壞都不會導(dǎo)致整個磁盤不可用。第5章算法根底算法的特性有一個或多個輸出確定性有窮性有效性可有零個或多個輸入算法的分類數(shù)值算法非數(shù)值算法為解決問題而采用的算法的三種結(jié)構(gòu)方法和步驟就是算法。AB算法的表示方法 自然語言：通俗易懂，但容易出現(xiàn)“歧義性。 流程圖：使用幾何圖形表示算法，不考慮其實現(xiàn)過程的細節(jié)。 偽代碼：非正式的符號系統(tǒng)，它不考慮實現(xiàn)算法的計算機語言, 算法的表示主要是為了將算法用計算機語言表示并實現(xiàn)它。 例：求N!的算法。但在表達上更加直觀。Step 11 f.F= LStflp 2 :Sttfp 3 :軟Et聊斗：便PxJ,舌:怔佇驍丈F申Siep?：如隹別詹般聞到?jīng)_:撫凈千暮于囂歪國Step 4#.-性Step；stp7；oiSlTt昶I： piWt -1input mwliilf i 切血P* P 5C jad whilepnnE fEnd*鋰序入日燈* I * 9ttf 引* ft.TJin V算法舉例1根本算法：累加和累積一一使用循環(huán) 求最大值和最小值一一使用分支在循環(huán)中