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學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)
第一章 計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述
1、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上的重要人物和思想
1、 法國(guó)物理學(xué)家帕斯卡(1623-1662) ：在 1642年發(fā)明了第一臺(tái)機(jī)械式加法機(jī)。該機(jī)由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動(dòng)，用專用的鐵筆來(lái)?yè)軇?dòng)轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。
2、 德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機(jī)械式乘除法器�；驹砝^承于帕斯卡的加法機(jī)，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而實(shí)現(xiàn)了乘除運(yùn)算。
3、英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了“差分機(jī)”。它有3個(gè)齒輪式寄存器，可以保存3個(gè)5位數(shù)字，計(jì)算精度可以達(dá)到6位小數(shù)。 巴貝奇是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的奠基人。
英國(guó)科學(xué)家阿蘭 圖靈(理論計(jì)算機(jī)的奠基人)
圖靈機(jī)：這個(gè)在當(dāng)時(shí)看來(lái)是紙上談兵的簡(jiǎn)單機(jī)器，隱含了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中“存儲(chǔ)程序”的基本思想。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)學(xué)家們提出的各種各樣的計(jì)算模型都被證明是和圖靈機(jī)等價(jià)的。
美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮 諾依曼(計(jì)算機(jī)鼻祖)
計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、
輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成;
應(yīng)采用二進(jìn)制簡(jiǎn)化機(jī)器的電路設(shè)計(jì);
采用“存儲(chǔ)程序”技術(shù),以便計(jì)算機(jī)能保存和自動(dòng)依次執(zhí)行指令。
七十多年來(lái)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮·諾依曼計(jì)算機(jī)”。
2、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程
1、 1946年2月由賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的ENIAC是世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)。“誕生了一個(gè)電子的大腦” 致命缺陷：沒(méi)有存儲(chǔ)程序。
2、 電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代：電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路
3、計(jì)算機(jī)的類型
按計(jì)算機(jī)用途分類：通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)
按計(jì)算機(jī)規(guī)模分類：巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、工作站、服務(wù)器、嵌入式計(jì)算機(jī)
按計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)分類：數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)、數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)
1.1.4 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域
計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。(含義)
1、運(yùn)算速度快
2、計(jì)算精度高
3、存儲(chǔ)容量大
4、具有邏輯判斷能力
5、按照程序自動(dòng)運(yùn)行
應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過(guò)程與實(shí)時(shí)控制、人工智能、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、遠(yuǎn)程通訊與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)
1.1.5 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化
1、光計(jì)算機(jī) 2、生物計(jì)算機(jī) 3、量子計(jì)算機(jī)
1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成
一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成 硬件系統(tǒng)是指能夠收集、加工、處理數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)所需的設(shè)備實(shí)體，是看得見(jiàn)、摸得著的部件總和。
軟件系統(tǒng)是指為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬件系統(tǒng)，以及解決各類應(yīng)用問(wèn)題而設(shè)計(jì)的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它們?cè)谟?jì)算機(jī)中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進(jìn)制狀態(tài)，存儲(chǔ)在內(nèi)存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設(shè)備上。
1.3.1 信息技術(shù)概念
信息是一種知識(shí)，是接受者事先不知道不了解的知識(shí)。
數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語(yǔ)言、圖形、圖像等都是不同形式的數(shù)據(jù)。
4次信息革命：文字、造紙和印刷術(shù)、電報(bào)電話廣播電視、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)
現(xiàn)代信息技術(shù)：計(jì)算機(jī)技術(shù)+微電子技術(shù)+通信技術(shù)
1.3.1 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)與人才
信息產(chǎn)業(yè)是信息社會(huì)的支柱，主要包括：計(jì)算機(jī)硬件制造業(yè)、計(jì)算機(jī)軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)中傳統(tǒng)行業(yè)的信息化
信息產(chǎn)業(yè)屬資本密集型、知識(shí)密集型、人才密集型的產(chǎn)業(yè)。
信息技術(shù)教育包括：
對(duì)信息科學(xué)的理解
對(duì)信息應(yīng)用的實(shí)踐能力
對(duì)信息社會(huì)的認(rèn)識(shí)和態(tài)度
第二章 計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)
2.1.1 數(shù)制的概念
數(shù)制也稱計(jì)數(shù)制，是指用一組固定的符號(hào)和統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)表示數(shù)值的方法。
常用數(shù)制
十進(jìn)制
二進(jìn)制
八進(jìn)制
十六進(jìn)制
數(shù)字符號(hào)
0～9
0，1
0～7
0～9,A,B,C,D,E,F
基 數(shù)
10
2
8
16
基數(shù)：R進(jìn)制的基數(shù)=R
位權(quán)：在數(shù)制中，各位數(shù)字所表示值的大小不僅與該數(shù)字本身的大小有關(guān)，還與該數(shù)字所在的位置有關(guān)，我們稱這關(guān)系為數(shù)的位權(quán)。
位權(quán)：一個(gè)與數(shù)字位置有關(guān)的常數(shù)，位權(quán)=Rn
2.1.3 二進(jìn)制和其它進(jìn)制的轉(zhuǎn)換
十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：整數(shù)部分除以2取余，直至商為0;小數(shù)部分乘以2取整，直至小數(shù)部分為0或達(dá)到所需精度為止。
十進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制：方法同上。整數(shù)部分除以8，小數(shù)部分乘以8。
十進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制：方法同上。整數(shù)部分除以16，小數(shù)部分乘以16。
2.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)單位
位(bit)：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單元(0、1)
字節(jié)(Byte)：處理數(shù)據(jù)的基本單位(8bit/Byte)
常用的字節(jié)計(jì)數(shù)單位：
1KB=1024 Byte (210B) 1MB=1024 KB (220B)
1GB=1024 MB (230B) 1TB=1024 GB (240B)
字長(zhǎng)：CPU一次處理數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)。
2.3 信息表示與編碼
所謂編碼，就是利用數(shù)字串來(lái)標(biāo)識(shí)所處理對(duì)象的不同個(gè)體。
2.3.1 整數(shù)的表示
在數(shù)學(xué)中，數(shù)值是用“+”和“-”表示正數(shù)和負(fù)數(shù)的，而在計(jì)算機(jī)中只有0和1，所以正負(fù)號(hào)也用0和1表示，即數(shù)值符號(hào)數(shù)字化。
補(bǔ)碼的概念是怎么來(lái)的?
“�！笔侵敢粋�(gè)系統(tǒng)所能表示的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。按模運(yùn)算是指運(yùn)算結(jié)果超過(guò)模時(shí)，模(或模的整數(shù)倍)將溢出而只剩下余數(shù)。
假設(shè)M為模，若數(shù)a，b滿足a+b=M，則稱a，b互為補(bǔ)數(shù)。
在有模運(yùn)算中，減去一個(gè)數(shù)等于加上這個(gè)數(shù)對(duì)模的補(bǔ)數(shù)。
2.3.2 實(shí)數(shù)的表示
定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置固定的數(shù)稱為定點(diǎn)數(shù)。
浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置不固定的數(shù)稱為浮點(diǎn)數(shù)
與漢字有關(guān)的編碼：
(1)、輸入碼
(2) 國(guó)標(biāo)碼和區(qū)位碼：每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)的編碼，且每個(gè)字節(jié)最高位均為0。所有漢字分94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)94個(gè)漢字。由此構(gòu)成區(qū)位碼。而區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼各加32就得到國(guó)標(biāo)碼。
(3)機(jī)內(nèi)碼
(4)字型碼：漢字存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用機(jī)內(nèi)碼，但輸出時(shí)必須轉(zhuǎn)換成字形碼，再根據(jù)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(jī)上輸出各種文字和符號(hào)。點(diǎn)陣漢字：每一個(gè)漢字以點(diǎn)陣形式存儲(chǔ)，有點(diǎn)的地方為“1”，空白的地方為“0”。有16×16、24×24、48×48點(diǎn)陣等。點(diǎn)陣越大，字形分辨率越好，字形也越美觀，但漢字存儲(chǔ)的字節(jié)數(shù)就多，字庫(kù)也就越龐大。
2.3.6 多媒體信息的數(shù)字化
數(shù)字化就是對(duì)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(jì)算機(jī)中也要轉(zhuǎn)換為0和1，因此也需要進(jìn)行編碼。
第三章 計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)
3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成
一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。
硬件是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。其中：
中央處理器(簡(jiǎn)稱CPU)=運(yùn)算器+控制器
主機(jī)=中央處理器+主存儲(chǔ)器
軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)軟件包括計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用軟件。
3.1.2 馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)
馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲(chǔ)器中，在執(zhí)行時(shí)將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中，然后使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)自動(dòng)地從內(nèi)存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲(chǔ)程序概念的基本原理。
馮·諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：
(1) 采用二進(jìn)制形式表示程序和數(shù)據(jù)。
(2) 計(jì)算機(jī)硬件是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成 。
(3) 程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中。
(4) 控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令 (程序) 工作。
3.1.3 微型計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展
微型機(jī)屬于第四代電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。微機(jī)的核心部件是CPU
3.2 微型計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)
微型機(jī)基本是由顯示器、鍵盤和主機(jī)構(gòu)成。在主機(jī)箱內(nèi)有CPU、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、電源等。
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