计算机导论知识点总结.docx
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计算机导论知识点总结
计算机导论知识点总结
指令系统：
一台计算机中所有指令的的集合，它是表征一台计算机性能的重要指标。
微型计算机中，控制器的基本功能是指令的操作数。
USB总线是以串行方式传输数据。
计算机网络：
计算机网络是利用通信线路连接起来相互独立的计算机的集合，其主要目的是实现数据通信和资源共享。
计算机病毒：
破坏计算机功能或数据，影响计算机使用，并能自我复制的一组计算机指令或程序。
操作系统：
操作系统是由程序和数据结构组成的大型系统软件，它负责计算机的全部软硬件的资源分配，调度和管理，控制各类程序的正常执行，并为用户使用计算机提供良好的环境。
高速缓冲储存器（Cache）：
位于cpu和内存之间的储存器，其特点是速度快，目的是是储存器的速度与cpu的速度相匹配。
总线：
若干信号线的集合，是计算机各部分之间实现信息传递的通道。
数据结构：
数据结构是指具有一定的结构（关系）的数据元素的集合，主要研究数据的各种逻辑结构和物理结构，以及对数据的各种操作。
进程：
一个程序（或者程序段）在给定的工作空间和数据集合上的一次执行过程，它是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
程序计数器：
由若干位触发器和逻辑电路组成，用来存放将要执行的指令在储存器中存放地址。
机器指令：
计算机执行某种操作的命令，可由cpu直接执行。
cpu主要的技术指标：
1.字长：
cpu一次处理的二进制数的位数。
2.主频：
cpu内部工作的时钟频率，是cpu运算时的工作频率。
3.地址总线宽度：
决定了cpu可以访问储存器的容量，不同型号cpu的总线宽度不同，因而可使用的内存的最大容量也不同。
4.数据总线宽度：
决定了cpu与内存，I/0设备之间一次数据传输的信息量。
5.高度缓冲：
可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存，与cpu交换数据。
6.指令系统：
指令的寻址方式越灵活，计算机的处理能越强。
7.机器可靠性：
平均无故障时间越短，机器性能月好。
计算机硬件主要由运算器，控制器，储存器，输入设备，输出设备和（总线）组成
1.运算器：
主要完成算数运算和逻辑运算。
2.控制器：
实现取指令，分析指令和执行指令操作的控制，实现对整个运算过程的有规律的控制。
3.储存器：
是用来存放数据和程序的部件，可以分为主存储器（也称内存储器），和辅助存储器。
4.输入设备，输出设备：
是实现计算机系统与人（或者其他系统）之间进行信息交换的设备。
输入设备将外界信息转化为
计算机能接收和识别的信息，输入到计算机中，而输出设备是将计算机处理后的信息转为人或者
其它设备可以接受和识别的信息。
操作系统是由程序和数据结构组成的大型系统软件，它负责计算机全部软硬件资源的分配，调度，管理，控制各类程序的正常执行，并为用户使用计算机提供良好的环境。
1.处理器管理：
实现多道程序运行下对处理器的分配和调度，使一个处理器为多个程序交替服务，最大限度提高cpu的利用率。
2.存储管理：
对计算机的主存储器进行管理，包括主存的分配与回收，主存的保护，主存的扩充。
3.设备管理：
对计算机的各类外部设备（输入，输出及外存储器）的管理。
具体包括设备的分配和回收，启动外设工作，进行故障处理等。
4.文件管理：
是面向用户实现按名（文件名）存取，支持对文件的存取，检索，插入，修改和删除，解决文件的共享，保护，XX等问题。
5.作业管理：
向用户提供实现作业控制的手段，并且按一定的策略实现作业调度。
机器语言，汇编语言，高级语言的特点
1.机器语言：
是用二进制代码表示的计算机语言，可直接执行。
计算机可以直接识别和执行用机器语言编写的程序，效率很高
指令的二进制代码难以记住，因此人工编写机器语言程序很繁琐，易出错。
不同的计算机有不同的机器语言，因此通用性很差。
2.汇编语言：
汇编语言程序不能为计算机硬件直接识别和执行，必须通过汇编器（汇编程序）的系统软件"汇编"，将汇编语言程序翻译为机器语言程序才能被硬件执行。
通常，将汇编语言程序称为源程序，汇编后得到的机器语言程序称为目标程序。
3.高级语言：
高级语言是以接近于人的自然语言编写程序的计算机语言。
高级语言编写的程序可以在不同的计算机上运行，通用性强。
编程方便，简单。
所编写的源程序必须通过"编译"或者"解释"生成目标程序，才能在计算机上执行。
控制器由指令部件，时序部件和微操作控制部件等组成的。
1.指令部件：
包括程序计数器（PC），指令寄存器（IR），指令译码器（ID）。
（1）程序计数器由若干位触发器和逻辑门电路组成，用来存放将要执行的指令在存储器中存放地址。
（2）指令寄存器由若干位触发器组成，用来存放从存储器取出的指令
（3）指令译码器由门组合线路组成的，用来实现对指令操作码的译码。
2.时序部件：
将一条指令所包含的一系列微操作安排不同的"时标"中，实现对微操作的定时。
3.微操作控制部件：
综合时序部件所产生的时标信号和指令译码器产生的译码信号，发出取指令和执行指令所需要的一系列微操作信号。
寄存器，高速缓冲，主存储器各自的特点。
1.寄存器：
位于cpu中，主要用来存放指令，地址，数据等。
速度与cpu匹配，容量小。
2.高度缓冲存储器：
是一种速度很快，容量小的存储器，存放cpu近期要执行的指令和 数据，以减少cpu对内存的访问，提高整机性能。
3.主存储器：
存放计算机运行的指令和数据，容量大，但速度比寄存器和高度缓冲器慢。
指令的执行过程。
计算机指令执行一般分为2个阶段：
首先将要执行的指令从内存中取出送入cpu中，然后由cpu对指令进行译码，判断该指令要完成的操作。
向各部件发出完成该操作的控制信号
完成该指令的功能。
当一条指令执行完成后就处理下一条指令。
一般将第一阶段称为指令周期，第二阶段称为执行周期。
1946年在美国宾夕法尼亚大学，莫克利和埃克特，建造了第一台通用电子数字计算机ENIAC冯诺依曼主要提出了“程序储存”和“二进制”。
以构成计算机硬件的逻辑组件为标志，计算机的发展经历了4个阶段，电子管，晶体管，中小规模集成电路，大规模和超大规模集成电路。
计算机系统朝着微型化，巨型化，网络化和智能化的方向发展。
微型计算机以微处理器为核心，按组装形式可分为便携式和非便携式两类，按照计算机是否由最终用户使用，分为独立式微型计算机和嵌入式微型计算机。
第一代计算机网络是单处理中心网络，也称“面向终端的计算网络”，第二代计算机网络是“多处理中心的网络”又称“计算机-计算机网络”1984，ISO组织提出了“开放系统互连（OSI）参考模型”计算机辅助软件工程（CASE）其实就是软件工程中的CAD。
指令是由操作码和地址码组成，其中地址码包含存储单元地址，及运算器中寄存器的编号。
程序是由完成某一特定任务的一组指令所组成。
计算机的基本工作原理
1.计算机的自动计算：
执行一段预先编制好的计算程序的过程。
2.执行计算程序就是逐条执行指令的过程。
3.指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的，可以顺序完成完成取指令，分析指令，执行指令所规定的操作，并为取下一条指令准备好指令地址。
用二进制表示数据信息有两种基本方法，按“值”表示，按“形”表示。
编码，就是按一定的规则组合而成的若干位二进制代码来表示数据数值，它就是计算机中所采用的“形”表示数的一种方法，十进制码如BCD码，可靠性编码如格雷码，海明码。
对字母和字符进行编码的二进制代码称为字符代码。
汉字的输入码，机内码，汉字字形码。
输入码就是用键盘输入汉字时所使用的汉字编码。
机内码，实现汉字在计算机内的存储和处理（使用国标区位码分为94区，每区94个汉字），用两字节表示，每个汉字所在的“区”和“位”。
用连续波形表示声音的信息，称为模拟信息（模拟信号），由振幅和频率来描述。
把声音存储到计算机里的过程叫声音的离散化（数字化）也称模/数转化。
数字化声音的质量与采样频率，采样点数据的测量精度及声道数有关。
一秒钟声音储存的字节数是：
采样频率x采样精度（位数）x声道数/8一副图像的存储容量的字节数为图像分辨率x颜色深度/8矢量图与位图相比，矢量图形占用的存储空间小。
使用矢量图的软件，可以方便地修改图形。
视频每秒钟至少显示30帧。
中央处理器（cpu）是由运算器和控制器组成，是计算机的核心部件，也称微处理器。
实现的主要功能：
1.实现数据的算数运算和逻辑运算。
2.实现取指令，分析指令和执行指令操作的控制。
3.实现异常处理和中断处理，如电源故障，运算溢出，外部设备的请求服务等。
运算器，主要包括算数逻辑单元，多路选择器，通用寄存器，标志寄存器。
1.算数逻辑单元（ALU）:
由加法器组成，可以直接实现加法运算及逻辑运算。
2.通用寄存器：
由若干位触发器组成，用于传输和暂存数据。
3.多路选择器：
可以从多路输入中选择一路作为输出。
4.标志寄存器：
由若干位触发器组成，用来存放ALU的运算结果的一些状态。
运算器的实质上只是提供了各种“数据通路”。
在不同的控制信号序列的控制下，让数据从“源地址”出发，途径不同的“通路”，到达“目的地址”，便可完成对数据的“加工”，实现了对数据的运算。
控制器是统一指挥和控制计算机各个部分协调操作的中心部件。
实现取指令，分析指令，根据判别结果，按一定的顺序发出执行该指令的一组操作控制信号（由于这些控制信号完成的操作是计算机中最简单的“微小”的操作，所以称作微操作控制信号），当执行完一条指令后，便自动从存储器中取出下一条要执行的指令。
由指令部件，时序部件，和微操作控制部件组成。
1.指令部件：
包括程序计数器（PC）,指令寄存器（IR），指令译码器（ID）。
（1）程序计数器：
由若干位触发器和逻辑门电路组成，用来存放将要执行的指令在存储器的存放地址。
（2）指令寄存器：
由若干位触发器组成，用来存放从存储器取出的指令。
（3）指令译码器：
由门组合线路组成的，用来实现对指令操作码的译码。
2.时序部件：
将一条指令包含的一系列微操作安排在不同的“时标”中，即可实现对微操作的定时。
3.微操作控制部件：
综合时序部件所产生的时标信号和指令译码器所产生的译码信号，发出取指令和执行指令所需要的一系列微操作信号（采用组合逻辑与微程序逻辑）
（1）组合逻辑控制：
微操作信号是由组合线路产生。
（修改，增补，检查困难，优点是为微操作控制信号只要通过几级门电路的延时便可产生，因而速度较快，这种指令在指令种类较少的简单计算机，或速度要求高的高速计算机中获得广泛应用）
（2）微程序逻辑控制：
是建立在微程序设计技术基础上的。
每一条机器指令是用一段微程序来解释，而微程序是由微指令组成，每一条微指令可产生一个或多个可同时执行的微命令。
（一个控制字（每位由0或1组成代表“执行”，或者“不执行”）称为一条微指令，存放微指令的存储器称为控制存储器，微指令由为操作码和微地址段组成）。
微程序控制器具有结构规X，易于指令修改，但执行速度较慢。
存储器是存放数据和程序的部件，分为主存储器（内存储器）和辅助存储器。
1.主存储器：
存储直接与cpu交换的信息，都由半导体存储器组成。
由地址寄存器，地址译码和驱动器，存储体，读/写放大电路，数据寄存器和读/写控制电路组成的。
（1）存储体由存储单元组成，每个单元包含若干个存储元件，每个存储元件可存储一位二进制数，存储体包含的存储单元总数称为存储器的容量。
（2）地址寄存器。
由若干位触发器组成，用来存放访问存储器的地址。
（3）读/写放大电路：
实现信息电平的转换。
（4）读/写控制电路：
由逻辑门电路组成，根据计算机发出的“存储器读/写”信号，发出实现存储器读或写操作的控制信号。
主存储器的主要技术指标
（1）存储容量：
存储器可容纳的二进制的信息量。
（2）存取时间和存储周期：
TA（存取时间）指从接收命令到被读出信息稳定在数据寄存器的输出端的的时间，TMC（存储周期）指2次独立的存取操作之间所需的最短时间，通常TMC比TA的时间长。
（3）存取速率：
指单位时间内主存与外部（如cpu）之间交换信息的总位数C=（1/TMC）*W，W为数据寄存器的宽度（一次并行读/写的位数），表示主存数据传输带宽，即每秒多少位。
而1/TMC表示每秒从主存读/写的最大速率。
（4）可靠性半导体存储器：
按照不同的半导体材料分为双极型（TTL）和单极型（MOS），前者具有高速的特点，后者有集成度高，制造简单，成本低，功耗小。
按照存储器存取的方式不同，可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM是一种可读/写存储器
在存储器运行过程中，该存储器每个存储单元可以随机写入或读出信息。
RAM又可分为双级型和单极型双级型速度快，用作Cache。
ROM在程序执行过程中，只能读出不可写入，其内部信息是在脱机状态下用专门设备写入的。
ROM按存储信息的方法不同分成4类：
（1）固定掩模型ROM：
制作后用户不能修改。
（2）可编程只读存储器（PROM）：
由用户写入，只能编程一次。
（3）可擦除可编程只读存储器（EPROM）：
信息可多次改写，（可用紫外线照射擦掉先前的信息）
（4）电可擦除可编程只读存储器（EEPRIOM）：
可通过加入大电流来擦除信息，从而减少重新编程的工作量。
存储元件：
1.用触发器作存储元件（SRAM）
2.用电容器作存储元件（DRAM）（每次读出信息，原有信息会很快消失，必须“重写”，即使不进行读操作，它也会慢慢放电，所以必须每隔一段时间对存储元件进行“刷新”，以保证原有信息不会丢失）
3.用晶体管作存储元件（ROM）
存储矩阵：
一维阵列结构（字选法），二维阵列结构（重合法），具有-维阵列结构的存储器具有结构简单的特点，但数据量大，选择线将增大，所以适合小容量存储器。
二维列阵结构具有选择线少的特点，适合大容量存储器。
内存条：
是一种封装有多个半导体存储器的一快条形电路板，分为单面单列存储模块（SIMM），双面单列存储模块（DIMM）辅助存储器：
存放当前不立即使用的信息，（通常把cpu和主存看作计算机系统的主机，其它设备都称为主机的外部设备，所以辅助存储器常称“外存储器”，简称“外存”），其特点是。
存储容量大，可靠性高，价格低，在脱机状态下永久保存信息。
1.磁表面存储器：
是用某些磁性材料涂在金属铝片或塑料片的表面作为载磁体来存储信息的存储器。
（可永久保存）
2.磁带存储器：
存储记录数字信息。
磁带机是一种顺序存取的存储器，磁带上的信息以信息块的形式（一个“文件”，“记录”）
顺序地存放在磁盘上。
存取时间长，速度慢，但存储的信息容量大，价格便宜，便于携带，互换性好。
磁带机的主要技术参数：
（1）带速，
（2）记录密度：
磁带每英寸所能记录的字节数，（3）数据传输速率：
磁带机在单位时间所能传输的信息的数量，是带速*记录密度。
3.磁盘存储器：
按其载磁体的基片是“硬”还是“软”的，分为硬磁盘存储器，软磁盘存储器2种。
（简称硬盘机，软盘机） 磁盘机的结构：
磁盘驱动器，磁盘机接口及磁盘组成
（1）磁盘：
是存储信息的载磁体，每个磁盘有2个盘面，每个盘面有一个读写磁头，用于读写盘面上的信息。
（2）磁盘驱动器：
实现读写操作的设备，它包含磁头步进电机，磁盘驱动电机及读写控制逻辑电路。
（3）磁盘机接口是连接cpu与磁盘驱动器的部件，接收cpu的控制命令，发出使磁盘驱动器进行操作的命令。
磁盘机的“地址”：
柱面号，扇区号，簇数（通常1簇=2个扇区信息=1KB）
磁盘机的主要技术指标1.记录密度 2.存储容量 3.寻址时间 （由寻道时间和平均等待（磁盘旋转一圈时间的一半）时间2部分组成）4.数据传输速率
软盘和硬盘：
软盘要和软盘驱动器（既可以从软盘上读取又可以向软盘写入数据的装置）一起使用，存储容量小，存取速度慢，但
价格低廉，携带方便，便于保存。
一台硬盘机可有一个或者多个盘组。
存储容量大，存取速度快，不易携带，价格贵。
（活动硬盘使用和软盘一样，方便）
光盘存储器：
由圆盘形的玻璃或塑料基片及其上面所涂的适于光存储的记录介质组成，光盘也需要光盘驱动器配合使用。
（1）只读型光盘（CD-ROM）只能读取信息而不能修改。
（2）一次性写入光盘（CD-R）允许用户写入自己的数据，而且可以分批分期地写入数据，但只能写如一次。
（3）可擦除型光盘（CD-RW）用户可多次对其读写，必须配合驱动器和相关软件。
但其速度较慢。
（4）DVD-ROM
可移动外存储器：
（1）PC存储卡：
是一种大容量的便携式半导体芯片存储器。
体积小，容量大，携带方便。
（2）闪存盘：
（优盘）以FlashMemory为介质，所以具有可多次擦写，容量超大，存取快捷。
（3）移动硬盘：
采用USB，IEEE1394接口，能提供较高的数据传输速度，可靠性，完整性。
计算机存储体系：
将计算机的存储体系分为三类，高速缓冲存储器，主存储器，辅助存储器。
（1）高速缓冲存储器：
是一种小容量的高速存储器，常在cpu内，速度与cpu匹配。
（2）虚拟存储器：
将辅存的一部分（甚至全部）虚拟为内存，它与由内存条组成的实际主存形成一个虚拟存储器。
就是借助于辅存到主存的信息动态调度，为用户提供了一个可以使用但实际又不存在的大容量主存。
输入输出设备：
1.键盘 2.鼠标（机械式鼠标和光电式鼠标）3.光学标记阅读器 4.扫描仪 5.语音输入设备（由输入器，数模转化器，语音识别器）
1.打印机（击打式（活字式打印，点阵式打印），非击打式打印机（激光打印，喷雾打印））3.绘图仪（平板，滚筒式绘图仪）
2.显示器：
阴极射线管打印器，液晶显示器，等离子显示器（体积小，功耗少）。
（1）阴极射线管打印器分为字符显示器，和图形显示器
主要技术指标
（1）分辨率 2.点距 3.刷新频率（至少75HZ）
4.语音输出设备：
语音合成设备，数模转化器，输出器。
输入输出接口：
每个外设都有各自的“接口”，也称设配卡，设备控制卡。
输入输出接口是指主机与外设交换数据的界面。
接口的功能：
（1）实现数据缓冲
（2）记录外设的工作状态
（3）接收主机发来的各种控制信号
（4）判别主机是否选中该接口及其所连接的外部设备。
（5）实现主机和外设之间的数据通信按数据传送方式分类：
并行接口（一个字节的所有位同时传送），串行接口（一个字节各位株位传送）
按功能选择的灵活性分类：
可编程接口，不可编程接口
按通用性分类：
通用接口，专用接口。
按数据传送的控制方式分类：
程序性接口（通过程序执行发出信号），DMA型接口（通过硬件发出信号）。
输入输出控制方式：
（1）程序查询方式：
在I/O设备准备期间，cpu处于查询等待状态，使cpu的工作效率低。
（2）中断控制方式：
中断控制方式提高了cpu的工作效率，但对于慢速I/O设备，其设备的准备时间远大于执行中断服务的时间
（3）直接存储器存取（DMA）：
加快了主存与外设的数据传送速度，提高了cou的工作效率，但增加了硬件成本，价格贵。
（4）外部处理机方式
指令系统：
一台计算机的各种各样的指令，这些指令的集合称为指令系统。
堆栈：
是指用作数据暂存的一组寄存器或一片存储区，以堆栈的栈底地址为基础，数据只能从一端“压入”，并从一端“弹出”，是“先进后出”，压入和弹出由压栈命令和出栈指令实现的指令的分类：
（1）数据处理类指令：
实现对数据的加工。
算数运算指令，逻辑运算指令，移位指令。
（2）数据传输类指令：
寄存器或存储器传送指令，堆栈指令，输入输出指令。
（3）程序控制类指令：
转移指令，调用指令和返回指令，中断指令。
（4）cpu状态管理类命令：
标志操作指令，空操作指令，暂停指令。
寻址方式：
由寻址方式形成的操作数的真正存放地址，称为操作数的有效地址：
直接寻址，立即寻址，间接寻址，相对寻址，变址寻址。
总线是指各“模块”之间传送信息的通路，作为计算机的一个部件，它是由传输信息的物理介质，管理信息传送的硬件及软件构成。
总线分为三类：
（1）片内总线：
计算机各芯片内部传送信息的通路。
（2）系统总线：
计算机个部件之间传送信息的通路。
（3）通信总线：
计算机系统之间，计算机系统和其它系统之间。
各种微操作都是在这一时钟信号的同步下完成的，这一时钟信号为计算机的主频。
其周期称为时钟周期，是计算机时标系统的基础。
一个基本操作所需的时间为机器周期，而实现一条指令的操作所需的时间为指令周期。
计算机的自动工作原理：
（1）从程序员看，计算机自动工作的过程是执行预先编制好的程序的过程，而执行程序的过程就是不断的完成取指令，分析指令，执行指令的过程。
（2）从硬件设计人员的角度，计算机自动工作的过程就是一个“控制流”来驱动一个“数据流”，使其“流过”适当路劲，完成对数据的加工。
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