大学计算机基础

1第1部分信息技术与计算机一、信息概述1．几个概念（1）数据：将客观事物记录下来的可以鉴别的符号。（2）信息：经过加工以后并对客观世界产生影响的数据。信息的特征是：不灭性，复制性和时效性。（3）信息科学：研究信息及其运动规律的科学。（4）信息技术（IT）：凡是能扩展人的信息功能的技术，都是信息技术。（5）信息技术的核心：微电子技术，计算机技术，光电子技术，通信技术（微电子技术是基础，计算机技术和通信技术是两大支柱）二、计算机概述1．计算机的发展简史（1）第一台计算机：ENIAC（2）第一台有存储功能的计算机：EDSAC。冯•诺伊曼（现代计算机之父）提出用二进制存储数据的思想。（3）第一台商品化的计算机：UNIVAC（4）计算机四代的发展：a)第一代：逻辑元件：电子管；软件方面：汇编语言和机器语言b)第二代：逻辑元件：晶体管；软件方面：出现程序设计语言c)第三代：逻辑元件：集成电路；软件方面：出现操作系统d)第四代：逻辑元件：大规模和超大规模的集成电路；软件方面：数据库和网络2．计算机的用途和特点e)用途i.科学计算：计算机最基本的用途ii.信息处理（数据处理）：计算机最广泛的用途iii.实时控制（过程控制）：生产自动化iv.计算机辅助设计（辅助工程）：CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAI（计算机辅助教学）v.人工智能f)特点（最主要的特点是：自动控制及存储程序）3．计算机的分类1)按信息表示方式分：数字计算机、模拟计算机、混合式计算机2)按用途分：通用计算机、专用计算机3)按规模分：巨型机、大型机、小型机、微型计算机、工作站、服务器第2部分计算机系统的组成一、计算机基本工作原理1．指令和程序（1）指令a)定义：让计算机完成某个操作所发出的命令，是计算机硬件的最大功能，是程序设计的最小单位，计算机工作的命令。b)组成：操作码（规定计算机要执行的基本操作）和操作数（执行对象或执行对象的存储地址）（2）程序：完成特定任务的一组指令序列的组合2（3）指令系统：计算机所能执行的全部指令。指令系统反映了计算机的基本功能，不同的计算机其指令系统也不相同。2．指令的执行过程：读取指令，分析指令，执行指令二、计算机的系统组成（硬件系统和软件系统）1．硬件系统（五大部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备）（1）CPU（CentralProcessingUnit）中央处理器a)组成：运算器、控制器b)功能：i.运算器（ALU）：进行算术运算和逻辑运算ii.控制器：从内存中取出指令、分析指令，发出控制信号从而执行指令（2）存储器：内部存储器和外部存储器a)内存：存储正在执行的程序和数据，可以直接和CPU发生数据交换b)外存：不能直接和CPU发生数据交换，必须通过内存进行数据交换（3）输入设备：接收用户输入的原始数据和程序（4）输出设备：存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式2．软件系统（1）系统软件：用于使用和管理计算机的软件。如：操作系统、程序设计语言、数据库管理系统等（2）应用软件：在硬件和系统软件的支持下，面向具体问题和具体用户的软件三、微型计算机的硬件组成1．主机（主板、微处理器、内部存储器）（1）CPU在微型计算机中称为微处理器（2）内部存储器a)RAM：随机存储器，可以进行读写操作，断电以后存储的内容消失b)ROM：只读存储器，一般情况下只能进行读的操作，断电以后存储的内容不消失c)内存按字节编址，按字节存储数据。内存按字节划分单元，每个单元有一个编号，称为内存单元的地址。2．外部设备（外部存储器、输入设备、输出设备）（1）外部存储器：软盘、硬盘、光盘（既是输入设备又是输出设备的是外部存储器）光盘的分类：CD-ROM（只读型光盘），CD-R(只写一次型光盘)，CD-RW(可重复读写)（2）输入设备：键盘、鼠标等（3）输出设备：显示器（分辨率越高图像越清晰）、打印机（针式打印机，喷墨打印机和激光打印机）等3．三总线结构（1）DB（DataBus）：数据总线，传输数据信号（2）AB（AddressBus）：地址总线，传输地址信号（3）CB（ControlBus）：控制总线，传输控制信号4.接口在微型计算机系统中，I/O接口位于主机和I/O设备之间，最常用的是USB（通用串行接口），支持热插拔，即插即用。四、微型计算机的主要性能指标31.字长：字长表示参与运算的一个字所含的二进制位数。字长越长计算速度越快，精度越高，处理能力越强。2.存储容量：主要指内存容量，以字节为单位。主存容量大，可以快速运行程序，对大量数据进行连续操作，减少对外存的存取次数。3.主频：CPU的时钟频率。一般来说，主频决定计算机的运算速度，时钟频率越高，计算机的运算速度也越高。4.运算速度：计算机每秒所能执行的指令条数，其单位为百万次/秒，百万次/秒又称MIPS。五、数字化信息编码和数据表示1．数制的定义：数制是一组固定的数字和一套统一的规则来表示数的方法2．计算机中的二进制编码（1）组成：0，1（2）原因：a)物理上容易实现b)运算规则简单c)与逻辑运算的“真假”、“是否”相对应3．进制的概念（1）基r数制：用r个基本符号0、1、…、r-1表示数值，r称为该数制的基。（2）常见的几种进制a)十进制（D）：0，1，…，9；r＝10b)二进制（B）：0，1；r＝2c)八进制（O）：0，1，…，7；r＝8d)十六进制（H）：0，1，…，9，A，B，…，F；r＝16（3）几种进制之间的转换a)十进制与非十进制之间的转换i.非十进制转换为十进制：用按权展开式进行计算ii.十进制转换为非十进制：整数部分：除以r，取余，倒排；小数部分：乘以r，取整，顺排b)二进制与八进制、十六进制之间的转换i.二进制转换为八进制、十六进制1.二进制转换为八进制：小数点往左往右，三位为一组，位数不够添0补足，分别求出每组二进制对应的八进制数。2.二进制转换为十六进制：小数点往左往右，四位为一组，位数不够添0补足，分别求出每组二进制对应的十六进制数。ii.八进制、十六进制转换为二进制1.八进制转换为二进制：一位八进制数用三位二进制来表示2.十六进制转换为二进制：一位十六进制数用四位二进制来表示4．计算机中数据的表示（1）整数的表示：带符号数（原码、反码、补码）和不带符号数（2）浮点数的表示：由阶码和尾数组成5．常用的信息编码（1）字符编码：最常用的字符编码ASCII码（编码原则为7位编码，存储按8位存储，最高位为0），编码顺序是：空格数字编码大写字母小写字母4（2）汉字编码：输入码（数字编码：唯一一种没有重码的输入方法；拼音码；字形编码：常用的五笔输入法）、国标码（两个字节的最高位为0）、内部码（两个字节的最高位为1，存放一个汉字的内部码需要两个字节）、字模码（按点阵输出汉字字形：存储一个16×16点阵的汉字字形需要32个字节）6．常用的信息单位：（1）位：计算机所能表示的最基本最小的数据单元（2）字节（Byte）：计算机中存储数据的基本单位a)1B＝8bitsb)1KB＝210B＝1024Bc)1MB＝210KB＝220Bd)1GB＝210MB＝220KB＝230Be)1TB＝210GB＝220MB＝230KB＝240B（3）字：计算机中处理数据的基本单位（4）字长：计算机中每个字包含的二进制位数。字长是衡量比较计算机的功能、精确度及运算速度的主要性能指标之一。如：32位机，32表示计算机的字长。7．二进制数的算术运算：加法规则：逢二进一（能进行运算）8．二进制数的逻辑运算：与、或、非（能进行运算）第3部分操作系统基础一．操作系统概述操作系统的定义：操作系统是一组有效控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机工作流程并方便用户使用计算机的程序的集合。它是配置在计算机上的第一层软件，是对硬件功能的首次扩充，是用户和计算机之间的接口。二．操操作作系系统统的的基基本本类类型型1.批处理操作系统特点：（1）成批处理（2）无交互性（用户脱机使用计算机）（3）多道程序运行（提高系统资源利用率和作业吞吐量）2.分时操作系统特点：交互性、多路性、独立性、及时性3.实时操作系统特点：及时性、可靠性、多路性、独立性、交互性实时系统的主要特点是提供即时响应和高可靠性实时操作系统可分为两大类：（1）实时控制系统：以计算机为中心的生产过程系统和武器控制系统。（2）实时信息处理系统：对信息进行实时处理的系统。批处理系统、分时系统和实时系统是三种基本的操作系统类型。4.网络操作系统由于是基于计算机网络，所以，网络操作系统是在通常的操作系统基础之上，按网络体系结构协议标准，增加了实现网络低层协议（一般到传送层）功能和网络设备管理功能。网络操作系统的目标是很好地实现相互通信及资源共享。特点：（1）具有普通操作系统的功能；（2）网络通信功能56.分布式操作系统分布式操作系统是一种基于多处理器系统或多计算机系统（网络）的操作系统，是网络操作系统的更高级的形式，它能够使计算机软件运行在不具有共享内存的多台计算机上。分布式操作系统以协作完成任务为目的，实现信息交换和资源共享。三．操作系统的特征四大特征：（1）并发：两个和多个事件在同一时间间隔内发生（2）共享：共享系统资源（3）虚拟：通过虚拟技术，将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物（4）异步：在多道程序的环境下，每个程序不知何时执行、何时暂停，即它们以不可预知道速度向前推进。四．操作系统的资源管理五大功能：（1）处理机管理：对处理机的分配和运行进行管理；（2）存储管理：对内存进行分配、保护和扩充；（3）文件管理：使用户可以方便、安全的使用各种信息；（4）设备管理：使用户不必详细了解设备及接口的技术细节，就可方便的对各种设备进行操作；（5）用户接口：为了方便用户使用计算机，操作系统还提供了友好的用户接口。1．处理机管理（就是对进程的管理）（1）进程：程序的一次执行过程，系统分配资源的基本单位（2）进程的特征：动态性，并发性，独立性，异步性（3）进程的三个状态：就绪，执行，等待，进程状态的转换图P69图3－42．存储管理（了解）存储管理的基本功能：存储空间的分配与回收，地址转换，存储空间的共享与保护，存储空间的扩充3．设备管理（了解）设备管理的基本功能：设备分配，设备处理，缓冲管理，设备独立性。（SPOOLing技术，即假脱机技术：将一台独占设备改造为可以供多个用户共享的设备。4．文件管理（重点）（1）文件：具有文件名的一组相关信息的集合。a．文件名的命名：主文件名.扩展名（扩展名代表文件的类型）b．文件的分类c．文件的属性d．文件的操作（2）文件系统：操作系统中与管理文件相关的软件和数据。Windows对文件的操作原则是按名存取。（3）文件目录（Windows采用树型目录结构，路径：绝对路径和相对路径的书写）5．用户接口第4部分计算机网络基础4.1计算机网络概述61．计算机网络的概念具有独立功能的计算机、终端或其他设备，通过通信线路连接起来，按照一定方式通信，从而达到资源共享的系统。2．计算机网络形成与发展初级阶段：终端－计算机连机系统（雏形）发展阶段：计算机－计算机连机系统成熟阶段：计算机网络互连系统3．计算机网络的功能与应用（1）功能：数据通信、资源共享、提高计算机系统的可靠性和可用性、易于进行分布式处理（2）应用4．网络模式与分类（1）网络模式a.对等模式：对等模式中，计算机之间彼此处于同等地位，没有主从之分。b.客户机/服务器模式（Client/Server，C/S）：至少有一台专用服务器管理、控制网络的运行；其他客户机共享服务器中的软、硬件资源，也可和服务器配合完成所分配的任务。Internet采用客户机/服务器模式（2）网络分类a.按地理范围分类：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）b.按拓扑结构分类：星形、总线形、环形5．网络体系结构：网络的各个层和在各层上使用的全部协议统称为网络体系结构协议：关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定。有三个要素：语法、语义和时序。ISO/OSI参考模