大學計算機基礎小結
導語：大學的計算機的知識比較基礎，下面是小編收集整理的大學計算機基礎小結，歡迎參考！
第一章 計算機及信息技術概述
1、計算機發展歷史上的重要人物和思想
1、 法國物理學家帕斯卡(1623-1662)：在 1642年發明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發條驅動，用專用的鐵筆來撥動轉輪以輸入數字。
2、 德國數學家萊布尼茨：在1673年發明了機械式乘除法器。基本原理繼承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續重復地做加減法，從而實現了乘除運算。
3、英國數學家巴貝奇：1822年，在歷經10年努力終于發明了“差分機”。它有3個齒輪式寄存器，可以保存3個5位數字，計算精度可以達到6位小數。 巴貝奇是現代計算機設計思想的奠基人。
英國科學家阿蘭?圖靈(理論計算機的奠基人)
圖靈機：這個在當時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現代計算機中“存儲程序”的基本思想。半個世紀以來，數學家們提出的各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。
美籍匈牙利數學家馮?諾依曼(計算機鼻祖)
計算機應由運算器、控制器、存儲器、
輸入設備和輸出設備五大部件組成;
應采用二進制簡化機器的電路設計;
采用“存儲程序”技術,以便計算機能保存和自動依次執行指令。
七十多年來，現代計算機基本結構仍然是“馮·諾依曼計算機”。
2、電子計算機的發展歷程
1、 1946年2月由賓夕法尼亞大學研制成功的ENIAC是世界上第一臺電子數字計算機。“誕生了一個電子的大腦”致命缺陷：沒有存儲程序。
2、 電子技術的發展促進了電子計算機的更新換代：電子管、晶體管、集成電路、大規模及超大規模集成電路
3、計算機的類型
按計算機用途分類：通用計算機和專用計算機
按計算機規模分類：巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站、服務器、嵌入式計算機
按計算機處理的數據分類：數字計算機、模擬計算機、數字模擬混合計算機
1.1.4 計算機的特點及應用領域
計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數值計算和各種信息處理的現代化智能電子設備。(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
應用領域：科學計算、數據處理、過程與實時控制、人工智能、計算機輔助設計與制造、遠程通訊與網絡應用、多媒體與虛擬現實
1.1.5 計算機發展趨勢：
巨型化、微型化、網絡化、智能化
1、光計算機 2、生物計算機 3、量子計算機
1.2 計算機系統構成
· 一個完整的計算機系統有硬件系統和軟件系統兩大部分組成
· 硬件系統是指能夠收集、加工、處理數據以及輸出數據所需的設備實體，是看得見、摸得著的部件總和。
· 軟件系統是指為了充分發揮硬件系統性能和方便人們使用硬件系統，以及解決各類應用問題而設計的程序、數據、文檔總和，它們在計算機中體現為一些觸摸不到的二進制狀態，存儲在內存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設備上。
1.3.1 信息技術概念
信息是一種知識，是接受者事先不知道不了解的知識。
數據是信息的載體。數值、文字、語言、圖形、圖像等都是不同形式的數據。 4次信息革命：文字、造紙和印刷術、電報電話廣播電視、計算機與網絡 現代信息技術：計算機技術+微電子技術+通信技術
1.3.1 信息技術產業與人才
信息產業是信息社會的支柱，主要包括：計算機硬件制造業、計算機軟件業、信息服務業以及國民經濟中傳統行業的信息化
信息產業屬資本密集型、知識密集型、人才密集型的產業。
信息技術教育包括：
· 對信息科學的理解
· 對信息應用的實踐能力
· 對信息社會的認識和態度
第二章 計算機信息基礎
2.1.1 數制的概念
位權：在數制中，各位數字所表示值的大小不僅與該數字本身的大小有關，還與該數字所在的位置有關，我們稱這關系為數的位權。
位權：一個與數字位置有關的常數，位權=Rn
2.1.3 二進制和其它進制的轉換
十進制轉二進制：整數部分除以2取余，直至商為0;小數部分乘以2取整，直至小數部分為0或達到所需精度為止。
十進制轉八進制：方法同上。整數部分除以8，小數部分乘以8。
十進制轉十六進制：方法同上。整數部分除以16，小數部分乘以16。
2.2 計算機中的數據單位
位(bit)：計算機存儲數據的最小單元(0、1)
字節(Byte)：處理數據的基本單位(8bit/Byte)
常用的字節計數單位：
1KB=1024 Byte (210B) 1MB=1024 KB (220B) 1GB=1024 MB (230B) 1TB=1024 GB (240B)
字長：CPU一次處理數據的二進制位數。
2.3 信息表示與編碼
所謂編碼，就是利用數字串來標識所處理對象的不同個體。
2.3.1 整數的表示
在數學中，數值是用“+”和“-”表示正數和負數的，而在計算機中只有0和1，所以正負號也用0和1表示，即數值符號數字化。
補碼的概念是怎么來的?
“模”是指一個系統所能表示的數據個數。按模運算是指運算結果超過模時，模(或模的整數倍)將溢出而只剩下余數。
假設M為模，若數a，b滿足a+b=M，則稱a，b互為補數。 在有模運算中，減去一個數等于加上這個數對模的補數。
2.3.2 實數的表示
定點數：小數點位置固定的數稱為定點數。
浮點數：小數點位置不固定的數稱為浮點數
與漢字有關的編碼：
(1)、輸入碼
(2) 國標碼和區位碼：每個漢字占兩個字節的編碼，且每個字節最高位均為0。所有漢字分94個區，每個區94個漢字。由此構成區位碼。而區位碼的區碼和位碼各加32就得到國標碼。
(3)機內碼
(4)字型碼：漢字存儲在計算機內采用機內碼，但輸出時必須轉換成字形碼，再根據字形碼輸出漢字。字形碼又稱漢字字模，用于在顯示器或打印機上輸出各種文字和符號。點陣漢字：每一個漢字以點陣形式存儲，有點的地方為“1”，空白的地方為“0”。有16×16、24×24、48×48點陣等。點陣越大，字形分辨率越好，字形也越美觀，但漢字存儲的字節數就多，字庫也就越龐大。
2.3.6 多媒體信息的數字化
數字化就是對模擬世界的一種量化，表示信息的最小單位是位(bit)——“0”或“1”。多媒體信息在計算機中也要轉換為0和1，因此也需要進行編碼。
第三章 計算機硬件體系結構
3.1 計算機系統的構成
一個完整的計算機系統是由硬件和軟件組成。
硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五部分組成。其中： 中央處理器(簡稱CPU)=運算器+控制器
主機=中央處理器+主存儲器
軟件是指各類程序和數據，計算機軟件包括計算機本身運行所需要的.系統軟件和用戶完成任務所需要的應用軟件。
3.1.2 馮·諾依曼型計算機的結構
馮·諾依曼型計算機是將程序和數據事先存放在外存儲器中，在執行時將程序和數據先從外存裝入內存中，然后使計算機在工作時自動地從內存中取出指令并加以執行，這就是存儲程序概念的基本原理。
馮·諾依曼計算機體系結構的主要特點是：
(1) 采用二進制形式表示程序和數據。
(2) 計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組
(3) 程序和數據以二進制形式存放在存儲器中。
(4) 控制器根據存放在存儲器中的指令 (程序) 工作。
3.1.3 微型計算機的誕生與發展
微型機屬于第四代電子計算機產品，即大規模及超大規模集成電路計算機。微機的核心部件是CPU
3.2 微型計算機主機結構
微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機構成。在主機箱內有CPU、主板、內存、硬盤、光驅、電源等。
3.2.1中央處理器 CPU
CPU：運算器部件、寄存器部件和控制器部件。
CPU從存儲器取出指令，放入CPU內部的指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發出各種控制命令，執行微操作系列，從而完成一條指令的執行。
CPU的主要性能指標 ：
(1) 主頻/外頻(主頻=外頻×倍頻，即CPU工作頻率)
(2) 數據總線寬度(即字長，指CPU傳輸數據的位數)
(3) 地址總線寬度(決定了CPU可訪問的地址空間)
(4) 工作電壓(低電壓可減少CPU過熱，降低功耗)
(5) 高速緩存Cache(加速CPU與其它設備間數據交換)
(6) 運算速度(CPU每秒能處理的指令數)
1. 運算器
運算器是完成算術和邏輯運算的部件，又稱算術和邏輯運算單元。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的。運算器的核心部件是:
(1) 運算邏輯部件
(2) 寄存器部件
2. 控制器
控制器負責從存儲器中取出指令，并對指令進行譯碼，并根據指令譯碼的結果，按指令先后順序，負責向其它各部件發出控制信號，保證各部件協調一致地完成各種操作。
控制器主要由以下部件組成：
① 程序計數器。存放下一條將要執行的指令在內存中的地址; ② 指令寄存器。保存現在正在執行的指令;
③ 指令譯碼器。用來識別指令的功能，分析指令的操作要求;
④ 時序部件。產生計算機工作中所需的各種定時控制信號，對各種微操作控制信號進行定時控制。以協調各部件的工作順序;
⑤ 微操作控制電路。一條指令的執行可以分解為一系列不可再分的微操作命令信號，即微命令，以指揮整個計算機有條不紊地工作。
3.2.2 高級CPU技術
1、超線程技術
2、雙核心CPU技術 ：由于組建雙CPU系統的高成本和復雜性，桌面電腦上并未得到普及。用“雙核”技術，就是在單個CPU中真正集成兩個物理運行核心，因此在實際使用中，這種“雙核心處理器”和使用兩個獨立CPU組建的系統在工作原理和性能上基本沒有區別。目前，CPU已從雙核向4核、8核和多核方向發
3.2.3 主板
主板是電腦中各種設備的連接載體。它提供CPU、各種接口卡、內存條和硬盤、軟驅、光驅的插槽，其它的外部設備也會通過主板上的I/O接口連接到計算機上。早期的PC機主板是將快速的CPU、中速的內存、慢速的外設都連接在一條總線上，使系統的總體性能得不到優化。
3.2.4 內存儲器
內存儲器 (簡稱內存)，由半導體材料構成。內存分為只讀存儲器和隨機讀寫存儲器。
1. 只讀存儲器ROM
· 特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或存入，斷電后信息不會丟失，可靠性高。
· ROM分類
(1) 掩膜式 ROM(Mask ROM)
(2) 可編程 PROM(Programmable ROM)
(3) 可擦除 EPROM (Erasable PROM)
(4) 電可擦 EEPROM(Electrically EPROM)
(5) 快擦寫 ROM(Flash ROM)
2. 隨機存儲器RAM
特點：用于存放原始數據、中間結果、最終結果。開機前是空的，斷電后數據消失。
RAM 分類:
(1) SRAM：靜態RAM。不需要充電來保持數據完整性，成本高且集成低，一般做高速緩沖存儲器。
(2) DRAM：動態RAM。需要定時充電來保持數據的完整性，通常所說的“內存”主要由它構成。一般指以下兩種類型：
① SDRAM---同步動態存儲器
② DDR---雙倍速率內存
(DDR2---四倍速率內存DDR3)
3. Cache(高速緩存 )
Cache是一種高速緩沖存儲器，是為了解決CPU與主存之間速度不匹配而采用的一種重要技術。其中片內Cache是集成在CPU芯片中，片外Cache是安插在主板上。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要快一個數量級，大體與CPU的處理速度相當。
4.多級緩存
最早的CPU緩存容量很低。當集成在CPU內核中的緩存已不能滿足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量時，出現了集成在與CPU同一塊主板上的緩存，此時把CPU內核集成的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。
現在多數CPU內部也有二級緩存，于是二級緩存又可分為內部二級緩存和外部二級緩存。較高端的CPU中還會帶有三級緩存 。
6. 存儲器的層次結構
既要速度快，又要求容量大，同時價格又要求合理，在目前技術條件下這三項指標很難用單一種類的存儲器來實現。折衷的方法是采用層次結構。
3.3 外部存儲器
外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數據。當需要執行或處理這些程序和數據時，必須將其先調入到內存中然后再被CPU處理， 所以外存實際上屬于輸入/輸出設備。
目前微機常用的外存儲器主要有軟盤、硬盤、光盤、 U盤等。
3.3.2 硬盤
硬盤是微機最重要的外部存儲器，常用于安裝微機運行所需的系統軟件和應用軟件，以及存儲大量數據。
(1) 硬盤存儲格式
硬盤是由多個涂有磁性物質的金屬圓盤盤片組成，盤片的每一面都有一個讀寫磁頭，在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道和扇區，對于大容量的硬盤還將多個扇區組織起來成為一個塊——“簇”，簇成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個扇區，有的有好幾個扇區，可以在格式化的參數中給定。
(2) 硬盤性能指標
① 硬盤的容量。現在微機上所配置的硬盤一般在200GB以上。 ② 硬盤的轉速。硬盤的轉速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快。現在的主流硬盤轉速一般為7200rpm以上。
③ 緩存。硬盤自帶的緩存，緩存越多，越能提高硬盤的訪問速度。
(3) 硬盤接口
硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE接口硬盤多用于家用產品中，SATA是種新生的硬盤接口類型。
(4) 硬盤格式化
① 硬盤低級格式化。主要是對一個新硬盤劃分磁道和扇區。 ② 硬盤分區。把硬盤劃分為成若干個相對獨立的邏輯分區 。
③ 硬盤高級格式化。高級格式化主要是對指定的硬盤分區進行初始化，建立文件分配表以便系統按指定格式存儲文件。。
3.3.3 光盤存儲器
光盤簡稱CD(Compact Disc)是利用塑料盤片表面凹凸不平的特征，通過光的反射來記錄和識別二進制的0、1信息。
光盤的分類:
1.只讀型光盤
只讀光盤中的數據是在制作時寫入的，用戶只能讀數據，而不能寫入或修改光盤中的數據。音頻光盤CD-DA、數據光盤 CD-ROM、 VCD、DVD等都屬于只讀光盤。
2.一次寫入光盤
這種光盤允許一次寫入數據，但不能修改和擦除數據， 如 CD-R。
3.可擦寫光盤
這種光盤可多次寫入或修改數據，如CD-RW。
從光盤中讀取數據的設備我們稱之為光驅。光驅把經過聚焦后的激光投射到光盤上，利用光盤的凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強度不同而將其表示為不同的電信號。
光驅倍數是指光盤的數據傳輸率(150KB/s為單倍，以此類推)。CD-ROM光盤驅動器能讀除DVD以外的所有光盤。而DVD光盤要用DVD驅動器才能讀，DVD驅動器兼容CD-ROM所能讀的光盤。
DVD光盤
DVD盤片的物理規格與CD盤片是一樣的，CD盤只使用一個面記錄一層的信息，而DVD盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層 4 種結構。
DVD按用途可分為以下幾類：
應用最廣的是DVD-Video 格式，用于存儲影音信息。此外還有DVD-ROM(只讀DVD)、 DVD-Audio(音頻DVD)、 DVD±R(可寫DVD)、 DVD-RAM或DVD±RW (可擦寫DVD)。
另外，還有藍光高清DVD光盤。
光盤刻錄機
是指可讀寫的光盤驅動器。包括CD和DVD兩種刻錄機。
① CD刻錄機既有CD-ROM光驅的功能，也能夠向刻錄CD光盤。其傳輸速率一般標注為 A/B/C 的形式(如 20/10/40)，其中A表示寫CD-R盤的倍速，B表示寫CD-RW盤的倍速，C表示讀盤的倍速。
② DVD刻錄機既具有DVD-ROM光驅的功能，也能夠刻錄DVD光盤和CD光盤。
3.3.4 USB盤
通過USB接口與電腦連接，實現即插即用，具有小巧、可靠、易于操作等特點。閃存盤中無任何機械式裝置，抗震性能強。U盤中的存儲模塊其實就是Flash-ROM。
移動硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。
3.4.1 輸入設備
(1) 鍵盤
(2) 鼠標
(3) 掃描儀
3.4.2 輸出設備
(1) 顯示器
(2) 打印機
(1) 顯示器
CRT顯示器在工作時，電子槍發出電子束轟擊熒光粉層上的某一點，使該點發光，每個像素有紅、綠、藍三基色組成，通過對三基色的強度的控制就能合成各種不同顏色。
液晶顯示器LCD的優點在于：
① 圖像穩定。由于只有在畫面內容發生變化時才需要刷新，因此沒有閃爍感;
② 液晶底板整體發光，真正的完全平面;
③ LCD顯示器基本上沒有輻射;
④ 能耗低。約為CRT顯示器的三分之一。
(2) 打印機
常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機等。
① 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。缺點是打印質量差、速度慢、噪聲大;優點是可以打多聯紙，耗材相對較便宜。
② 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，在打印質量、速度、噪聲及成本方面處于中等層次。
③ 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。優點是打印速度快、噪音低、質量好，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。
3.4.3 其他外部設備
(1) 多媒體設備
(2) 調制解調器
3.5.1 計算機指令系統
指令：是指計算機執行特定操作的命令。是程序設計的最小語言單位。
指令系統：是指一臺計算機所能執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。它反映了計算機的處理能力。
可分為以下四個步驟：
開始執行程序時，先給程序計數器PC賦以第一條指令的首地址0100H。
①取指令 按照計數器中的地址從內存中取出指令(070270H)，并送往指令寄存器。然后計數器PC自動加1指向下一指令地址。
②分析指令 對指令寄存器中存放的指令(070270H)進行分析，由譯碼器對操作碼 (07H)進行譯碼，由地址碼(0270H)確定操作數地址。
③執行指令 取出操作數，去完成該指令所要求的操作。例如做加法指令，取內存單元(0270H)的值和累加器的值相加，結果還是放在累加器。 ④一條指令執行完成，再回到①取指令階段開始下一指令的執行。
3.5.3 計算機硬件系統的性能指標
(1) CPU的主頻。主頻越高，單位時間內完成的指令數也越多，CPU工作的速度也就越快。
(2) 字長。字長越長，計算機一次所能處理信息的位數就越多，表現為計算機的運算速度越快。
(3) 運算速度。它是一項綜合性的性能指標。是指計算機每秒鐘執行的指令數，單位是MIPS，即每秒百萬條指令。
(4) 內存容量。內存容量越大，一次讀入的程序、數據就越多，計算機的運行速度也就越快。
(5) 內存存取速度。內存連續啟動兩次獨立的“讀”或“寫”操作所需的最短時間，稱為存取周期。
(6) I/O速度。I/O的速度是指CPU與外部設備進行數據交換的速度。目前系統性能的瓶頸越來越多地體現在I/O速度上。
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