大学计算机基础总结

1、大学计算机基础知识第一章 计算机与信息社会第一节 计算机的发展1.1.1 计算机发展史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：巴贝奇设计的分析机是现代通用计算机的雏形。分析机有三部分：有保存数据的数据库有运算装置有控制装置（引入了程序控制的思想）。巴贝奇是现代计算机设计思想的奠基人，巴贝奇是计算机之父。但他未

2、能完成他所设计的计算机。4、英国科学家阿兰·图灵计算机科学的奠基人两个贡献：建立图灵机模型：图灵机的概念是现代可计算性理论的基础。只有图灵机能解决的计算问题，实际计算机才能解决。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。提出了图灵测试，阐述了机器智能的概念。5、1941年阿塔诺索夫研制成功的ABC计算机是世界上第一台电子计算机（电子管计算机）。6、美籍匈牙利数学家冯·诺依曼也被称作计算机之父研制成第二台电子计算机EDVAC，EDVAC采用“存储程序”概念（源自图灵），它的发明为现代计算机的体系结构和工作原理奠定了基础：计算机应由运算器、控

3、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”。7、 1946年2月由宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC是世界上公认的第一台电子数字计算机。“诞生了一个电子的大脑”，应用于军事 致命缺陷：没有存储程序。8、计算机早期只应用于科学计算。1951年诞生了第一台商用计算机UNIV AC，主要用于公众领域的数据处理。1.1.2 计算机的分代电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代：第一代：电子管计算机 内存很小 机器语言或汇编语言 用于军事和科学领

4、域第二代：晶体管计算机 磁芯存储器 创立了高级语言 还用于数据处理和事务处理第三代：集成电路计算机 高级语言有了大发展第四代：大规模集成电路计算机 （VISI技术） 半导体存储器 目前最快每秒几十万亿次浮点运算未来将朝着：微型化、巨型化、网络化、智能化方向发展，但仍属于冯·诺依曼计算机未来新型计算机：光计算机、生物计算机（分子计算机）、量子计算机1.1.3 计算机的分类 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

5、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 计算机的新技术嵌入式计算机：应用最广泛，用于各种家用电器；系统的应用软件与硬件一体化网格计算 中间件技术 第二节 信息技术概述信息是反映客观情况的资料，其可由图、文、声、像等多媒体形式表现。人类社会的三大基本资源：物质、能源、信息数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图

6、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（3C技术）：通信技术、计算机技术、控制技术（Communication Computer Control）。3C技术是信息技术的主体。 1.2.1 现代信息技术的内容信息技术包括3个层次：信息基础技术：微电子技术：是现代电子信息技术的直接基础。 光电子技术：继微电子技术后的综合性高新技术信息系统技术：信息的获取、处理、传输、控制技术信息应用技术 具体的技术群类，如办公自动化、人工智能、通信技术等。1.2.2 现代信息技术的特点数字化、多媒体化、高速度、网络化、宽带、智能化第三节 计算机的应用

7、主课本P15P19 了解 第二章 计算机系统第一节 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。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。其中： 中央处理器(简称CPU)=运算器+控制器 主机=中央处理器+内存 软件是指各类程序和数据、文档 3部分的综合，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。 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

8、的二进制状态，存储在内存、磁盘、闪存盘、光盘等硬件设备上。 在计算机系统中，软件和硬件没有明确的界限，软件实现的功能可以用硬件来实现（硬化）；硬件实现的功能也可以用软件来实现（软化），如常用播放软件代替视频卡。第二节 计算机的工作原理2.2.1 计算机指令系统 指令：是指计算机执行特定操作的命令，是能够被计算机识别并执行的二进制代码。是程序设计的最小语言单位。CPU执行完一条指令即完成一步运算。指令构成：操作码+操作数指令系统：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。 指令分类：数据传送指令 内存CPU 数据处理指令 对数据进行算术、

9、逻辑或关系运算程序控制指令 控制程序中指令的执行顺序输入输出指令 外部设备主机其他指令程序：是指能完成一定功能的指令序列，是计算机指令的有序集合。2.2.2 计算机的工作原理计算机的工作过程实际上是快速执行指令的过程。程序运行前，将数据、程序存入存储器中；程序运行后，计算机从存储器依次取出指令 送往控制器进行分析 根据指令的功能向各有关部件发出操作控制信号最终的运算结果送到输出设备输出指令的串行执行取指令分析指令执行指令 依次执行完成3步后才开始执行下一条指令。 一般把计算机完成一条指令所花费的时间称为一个指令周期，指令周期越短，执行指令越快。CPU的主频就反映指令周期的长短。指令的并行执行并

10、行执行就是使3个部件并行工作，提高速度，现在的计算机一般采用流水线技术，并行执行的平均速度为串行的3倍。第三节 计算机的硬件系统冯·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成 。即：CPU+I/O(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)

11、 工作。五大部件：1、 运算器：主要功能是算术运算和逻辑运算，又称算术逻辑单元。算术运算和逻辑运算都是基本运算。运算器的数据取自内存，结果又送回内存。2、 控制器：功能是一次从存储器取出指令、分析指令、向其它部件发出控制信号、指挥计算机各部分协同工作。3、 存储器：能够按照指定位置存入或取出信息。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。内存要与计算机各部分打交道，进行数据传送。访问速度快。只读存储器ROM （Read Only Memory）ü 特点：存储的信息CPU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。因此，ROM中一般存

12、放计算机系统管理程序。随机存储器RAM（Random Access Memory） ü 特点：通常RAM指计算机的主存，CPU既可读出数据又可向它写入数据。断电后数据消失。 外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。访问速度慢。4、 输入/输出设备 见后第四节 微型计算机的硬件系统2.4.1 微型计算机概述1. 微型计算机的特点：体积小、价格低、可靠性强、操作简单（微型机属于第四代电子计算机产品）2. 微型机基本是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有CPU、

13、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。主机=CPU+内存储器；微机的CPU芯片也称作微处理器。3. 微机的发展方向：高速化、超小型化、多媒体化、网络化、隐形化（不再是传统样子）4. 微机的分类：按组成结构分类：依据微机的CPU、内存、I/O接口、系统总线所在位置分:单片机 各部分集中在超大规模集成电路芯片上，属芯片级；最小的完整微机系统，应用于各种家电。单板机 集中在一块印刷电路板上，结构简单，应用于仪器仪表的控制部件。多板机 集中在多块印刷电路板上，如台式机。按用途分类：台式、便携式、手持式5. 微机主要性能指标：ü CPU指标 见下ü 运算速度 每秒执行的指令条数。ü

14、; 内存容量 内存越大，运算速度越快。2.4.2 微型计算机的硬件组成主板 主板是电脑中各种设备的连接载体。主板采用开放式结构，它提供CPU、各种接口卡（如声卡、显示卡、网卡）、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，与CPU结合。芯片组是系统主板的“灵魂”，决定了主板的结构及CPU的使用。根据芯片功能，芯片分为南桥芯片和北桥芯片。南桥芯片 主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘等）控制以及高级能源管理；北桥芯片 负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上会装有散热片。中央处理器 CPU

15、ü CPU：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。 寄存器 CPU内部用于暂时存储数据和指令的存储单元。ü 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。ü CPU分类： 嵌入式CPU：处理特定问题，应用于特定领域。 通用CPU：功能比较强，微机一般采用通用CPU。ü CPU的主要性能指标 ： CPU外频，外频提高，CPU与内存间的交换速度也提高。 CPU字长，指CPU单位时间内一次处理的二进制数的位数。反映CPU内部运算速度和效率。 CPU 主

16、频，CPU内核的实际运行频率。位宽，CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据位数。x位CPU，通常用CPU的字长和位宽来表示CPU。微机的内存储器地址 为了能存取内存的数据，每一个内存单元必须有一个唯一的编号，称为地址。微机广泛采用动态随机存储器（DRAM）作为主存。Cache （高速缓冲存储器)是一种介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片。用于存储CPU最常访问的指令，提高CPU对内存的访问效率。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。 CPUCacheRAM外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

17、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。常用外存储器有：软盘 聚酯材料的圆片，涂有磁性材料硬盘 涂有磁性材料的铝合金或玻璃材质的硬盘片；容量可高达上百吉字节；机械读取数据。移动硬盘 由硬盘和硬盘盒组成，硬盘盒带有USB接口。Flash存储设备 =闪存盘=优盘，新型非易失性半导体存储器，方便与计算机交换，无机械装置。光介质存储器 利用激光在光盘上写入信息，再用激光读出信息。从光盘中读取数据的设备我们称之为光驱。光盘的分类: a) 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、DV

18、D等都属于只读光盘。 b) 一次写入光盘 这种光盘允许一次写入数据（需要光盘刻录机完成数据的写入），但不能修改和擦除数据， 如 CD-R。c) 可擦写光盘 这种光盘可多次写入或修改数据，如CD-RW。 总线与接口总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通道，是计算机硬件的一个重要组成部分。USB接口 用来连接外设。支持即插即用，传输效率较高。n 按传输信息的种类分为： 地址总线 传输的是地址信号，一般是单向传输。当CPU需要访问某个外设时，它向地址总线发出相应外设的地址信号，以选择某个外设。 数据总线 传输的是数据，一般是双向传输。CPU进行“读”

19、时，数据由外设流CPU，当CPU进行“写”时，数据由CPU流向外设。 控制总线 有的是CPU向内存或外部设备发出的信号；有的是内存或外部设备向CPU发出的信号。对每条控制线而言信号是单向传送，但作为整体是双向的。n 按处于计算机硬件系统中的位置来分：内部总线 是指CPU芯片内部的总线。系统总线(又称输入/输出总线) 是微机中各插件板与系统主板之间的总线，用于插件板一级的互连。外部总线 是微机和外部设备之间或外设与主机连接的总线。输入/输出设备n 输入设备 将数据、程序转化成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。常用输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 光笔（图像输入） 触摸屏 游戏操作杆n 输出设

20、备 将计算机处理的结果处理成人能够识别的数字、字符、图像、声音等形式显示、打印、播放出来。常用输出设备： (1) 显示器 分为CRT显示器和液晶显示器；需要在扩展槽插入显示卡。 (2) 打印机 分为 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。 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。 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

21、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。 n 常用多媒体设备主课本P52-P55第五节 计算机的软件系统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。常将计算机软件分为 系统软件 和 应用软件 。实际上，系统软件和应用软件的界限不十分明显，如数据库管理系统既可以算作系统软件，也可算应用软件。2.5.1 系统软件系统软件是指控制计算机运行、管理计算机资源、为应

22、用软件提供支持与服务 的一类软件。系统软件通常包括：操作系统、语言处理程序、各种实用程序。1、操作系统操作系统是最基本的系统软件；典型的操作系统：Windows、UNIX、Linux；目的： 计算机与人交互的接口，不必了解计算机内部结构。 合理地使用系统内包含的各种软、硬件资源，提高整个系统的使用效率和经济效益。2、语言处理程序程序设计语言 机器语言 有二进制代码组合成的能被计算机直接理解和执行的指令集合。计算机执行机器语言速度最快。机器语言随机而异，通用性差。汇编语言 （=符号语言）使用一些助记符号来表示机器语言的符号语言。可读性依然差。但占用内存少、执行快，所以应用于对实时性要求较高的程序设计，如过程控制等。汇编语言编写的程序，必须翻译成机器语言，才能被计算机执行。 机器语言、汇编语言称为低级语言。高级语言 是一种接近自然语言和数学公式的程序设计语言。 使程序员不必与计算机的硬件打交道。高级语言分