计算机导论复习材料

计算机导论复习材料1.信息的种类：（1）按照产生信息的物体的性质，可以将信息分为自然信息（声、光、热、电等），生物信息（生物为繁衍生存而表现出来的各种形态和行为，如遗传信息、生物体内的交流信息、动物种群内的交流信息等），机器信息和社会信息等。（2）按照人类活动领域，可以将信息分为科技信息、经济信息、政治信息、军事信息、文化信息等。（3）按照信息所依附的载体，可以将信息分为文献信息、口头信息、电子信息、生物信息等。（4）按照携带信息的信号性质，可以将信息分为连续信息、半连续信息和离散信息。（5）按照信息所起的作用，可以将信息分为无用信息、有用信息和干扰信息。2.信息的度量：（1）信息熵离散型随机变量X~p(𝑥𝑖)的信息熵是从平均意义上对信息不确定性的度量，也称为平均自信息量，定义为：𝐻(𝑋)=−∑𝑝(𝑥𝑖)𝑙𝑜𝑔2𝑝(𝑥𝑖)𝑛𝑖=1其中，随机变量𝑋由n个事件𝑥𝑖构成，事件𝑥𝑖出现的概率为𝑝(𝑥𝑖)。3.位模式的信息表示位模式是一个序列，有时也称为位串，它是0和1的组合。通常长度为8的位模式被称为1个字节(byte)，一个字由若干字节组成。（1）文本的表示：文本格式的信息常用编码的方法来表示，文本中每一个不同的符号（如字母表中的字母或标点符号）被指定为一个唯一的位模式。这样，文本就被表示成一个长的位串，其中相应的位模式代表了原文中相应的符号。英文一般采用ASCII（Americastandardcodeforinformationinterchange）编码、Unicode编码等，而中文则大多采用与前者兼容的GB2312-1980编码。（2）数值的表示：以二进制形式存储数值。对于二进制而言，数据分为无符号数和有符号数（约定最高位为符号位，“1”表示负数，“0”表示正数）两类。又根据编码的不同，将其分为原码、补码、反码（正数的原码、补码、反码相同，负数的反码为其原码数值部分各位取反，补码为其原码除符号位以外各位变反加一）（3）音频的表示：要在计算机上表示音频信息，必须对声波进行数字化处理，即把模拟的声波转换成离散的数字信号。数字化处理的过程包括采样、量化和编码三个步骤。（4）图像的表示：计算机处理图像有两种方式：矢量图和位图。在位图中，一个图像被看作是点的集合，每个点叫做像素。位图所需的存储容量较大。此外，缩放和旋转位图容易造成图像失真。矢量图是计算机图形学中用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示的图像，它是根据客观事物而形成的。（5）视频的表示：视频即运动图像，是指内容随时间变化的一组动态图像，它是由一幅接一幅的静止的图像组成的，也就是说，它由一系列帧组成。如果想保存一部25帧/秒、时长为90分钟、分辨率为1024*768、24位真彩色的电影，则需要大约296GB的存储空间。4.计算机信息处理过程（1）接收：信息接收包括信息感知、信息测量、信息识别、信息获取以及信息输入等。（2）存储：信息存储就是把计算机接收到的信息或计算机处理的中间信息通过存储设备进行缓冲、保存、备份等处理。（3）转化：信息转化就是将信息根据人们的特定需要进行分类、计算、分析、检索、管理和综合等处理。（4）传输：信息传输时通过计算机内部的指令或计算机之间的网络把信息从一个位置传送到另外一个位置。（5）发布：信息发布就是把信息通过各种表示形式展示出来。5.图灵机（1）组成：一条无限延长的纸带TYPE、一个读写头HEAD、一个控制器、一个状态寄存器。6.计算机科学的基本思路计算机科学的基本思路涵盖从理论研究、模型抽象到工程设计三个方面。理论研究是基础，是连接科学研究与工程应用开发研究的重要环节；模型抽象是对客观现象和规律的描述和刻画；工程设计是对科学理论的工程化实现。7.理论是数学的根本；抽象是自然科学的根本；设计是工程的根本。8.计算机科学的含义和基本问题：计算机科学是处理信息的学科，主要包括信息的处理、管理和改善；它是对描述和变换信息的算法过程的系统研究，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用。计算机科学的基本问题是：什么能（有效地）自动进行。9.个人计算机的基本结构：冯．诺伊曼体系结构（存储程序原理）。其主要思想如下：（1）计算机内部采用二进制记数。（2）程序由一系列指令构成，程序和数据存放在内存储器中，进行统一编制，并按照同样的方法存取。（3）计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。（4）将编好的程序和原始数据事先存入内存储器，计算机在程序的控制下一步步地处理数据，直到得出结果。10.冯．诺伊曼体系结构的基本部分及其作用：（1）运算器用来完成算术运算和逻辑运算。（2）存储器用来存放数据和程序。（3）控制器用来协调与控制程序和数据的输入、程序的执行以及运行结果的处理。控制器的依据是存储在存储器中的程序，即控制器按照程序的要求控制计算机的各个部分协调一致地工作，完成程序规定的任务。（4）输入设备用于将数据、程序输入计算机，常用的输入设备有鼠标、键盘和扫描仪等。（5）输出设备用于将计算机的处理结果输出，常用输出设备有显示器、打印机和绘图仪等。11.个人计算机的硬件子系统及其主要功能：（1）中央处理器（centralprocessingunti，CPU），也称中央处理机或中央处理单元，由控制器、运算器和寄存器组成。寄存器临时保存将要被运算器处理的数据和处理后的结果。（2）内存储器，简称内存，用于存放要执行的程序和相应的数据。①随机存取存储器（randomaccessmemory，RAM，）分为静态存取存储器（staticrandomaccessmemory，SRAM，具有静态存取功能，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据，缺点是集成度低，功耗大，成本比较高，主要用于要求速度快但容量较小的高速缓冲）和动态存取存储器（dynamicrandomaccessmemory，DRAM，需要定时刷新，否则存储的数据就会丢失，存取速度比较慢，但集成度高，体积小，成本低，RAM内存主要选用DRAM）②只读存储器（readonlymemory，ROM）中的任何单元只能随机地读出信息，而不能写入信息，存储器中的信息通常是在其制造过程中或者非正常情况下写入的。其中，为了便于使用和大批量生产，进一步发展了可编程只读存储器（programmablereadonlymemory，PROM）、可擦可编程只读存储器（erasableprogrammablereadonlymemory，EPROM）、点可擦可编程只读内存（electricallyerasableprogrammablereadonlymemory，EEPROM）。③高速缓冲存储器（Cache）用于解决CPU与主存储器之间速度不匹配的问题，它存放的是CPU立即要运行或刚使用过的程序和数据。（3）外存储器，有时被称为辅助存储器，是指除计算机内存及CPU缓存以外的存储器。①硬盘：硬盘是计算机中存储数据的主要配件工具。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地蜜蜂固定在硬盘驱动器中。②光盘：即高密度光盘（compactdisc）。由于软盘的容量太小，光盘凭借着大容量得以广泛使用。③U盘：其全称为“USB闪存盘”（USBflashdisk），是一种小型的移动存储设备，体积极小，重量轻，可热插拔，也可重复写入。④移动硬盘：移动硬盘（mobileharddisk）是以硬盘为存储媒体、在计算机之间交换大容量数据、强调便携性的存储设备，其特点在于容量大、传输速度高、使用方便、可靠性高。（4）输入设备，给计算机输入程序、数据和图片等需要使用输入设备，目前常用的输入设备有以下几种：①键盘：计算机操作者通过键盘向计算机输入各种指令、数据，指挥计算机工作。②鼠标：分为有线鼠标和无线鼠标两种。它可以对当前屏幕上的光标进行定位，并通过按键和滚轮装置对光标所经过位置上的屏幕元素进行操作。③扫描仪：通过捕获图像并将之转换成计算机可以显示、编辑、存储和输出的数据的数字化输入设备。④触摸屏（touchscreen）：一种可接收触头（prod）等输入信号的感应式液晶显示装置。（5）输出设备①显示器：用来显示字符和图像信息。常见的有阴极射线管显示器（cathoderaytube，CRT）和液晶显示器（liquidcrystaldisplay，LCD）。②打印机：用于将计算机处理的结果打印在相关媒体上。③绘图仪：一种输出图形的硬拷贝设备。12.工作站（workstation）（1）定义：工作站是指主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。（2）分类：①按照软、硬件平台分类：基于UNIX/RISC（精简指令系统）结构的传统UNIX工作站和基于Windows/Intel的新型NT（NewTechnology）工作站。②按照工作站的结构形式分类：台式工作站、移动工作站、无盘工作站、刀片式工作站。13.计算机系统结构：（1）基本概念：计算机系统结构是计算机的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性，所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性，它主要研究计算机系统的基本工作原理，以及在硬件、软件界面划分的权衡策略，以建立完整的、系统的计算机软硬件概念。（2）结构：（虚拟机：6~3层；物理机：0~2层）①用户层（第六层）可执行程序②高级语言层（第五层）C、C++、Java等③汇编语言层（第四层）汇编语言代码④操作系统层（第三层）操作系统、库代码-----------------------------软硬件界面⑤机器语言层（第二层）指令集结构⑥控制层（第一层）微程序或硬布线⑦数字电路层（第零层）门电路、电子线路14.计算机组成（1）计算机组成是依据计算机系统结构，在确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成及它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。同时，为实现指令的控制功能，还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统，从这一点上又可以说，计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。实现相同的计算机系统结构所要求的功能，可以有多种不同的计算机组成设计方案。（2）系列机：指同一厂商生产的系统结构相同，但组成和实现技术不同的一系列不同型号的机器。兼容机：把不同厂商制造的具有相同系统结构的计算机称为兼容机。15.计算机实现：计算机实现是计算机组成的物理实现，包括中央处理器、主存储器、输入输出接口和设备的物理结构，所选用半导体器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分，电源、散热、装配等技术，以及生产工艺和系统调试等各个方面，一句话，就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机，即把满足设计和运行、价格等各项要求的计算机系统真正地制作并调试出来。16.计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着技术的进步，这些含义也会发生改变。三者之间的关系如下：应用程序支撑软件操作系统-计-算-机-系-统-结-构-指令系统计算机组成计算机实现17.计算机网络的定义与分类（1）计算机网络定义：计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。（2）计算机网络分类：计算机网络的分类有不同的标准，目前普遍使用的按照网络的地理覆盖范围划分计算机网络的标准，按照这种标准，可以把计算机网络划分为局域网、域域网和广域网。①局域网（localareanetwork，LAN）:它是指在某一区域内由多台计算机互联而成的计算机组，一般是在几千米以内，对连接在局域网上的计算机的数量配置没有太多限制。②域域网（metropolitanareanetwork，MAN）：这种网络的连接距离为10~100km，在地理范围上可以说是局域网的延伸。③广域网（wide