《大学计算机基础》考试复习材料.docx
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《大学计算机基础》考试复习材料
复习内容提示（以课件为主）
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A计算机科学基础（概念、原理、人、时、名、规格等）
1计算机的构成、信息系统的构成、数据处理机模型、
冯·诺依曼模型及冯·诺依曼结构计算机的组成、
程序存储的概念最早提出：
宾西法尼亚大学Moore电子工程学院的J·P·Eckert
哈佛体系结构：
数据和程序分开存放
多种其他模型
2计算机的历史
•算盘---
•1642法国莱斯•帕斯卡发明的Pascaline——人类历史上的第一台自动计算机器
•钟表齿轮计数加减，用杠杆实现进位
•程序设计语言Pascal以他的名字命名
•19世纪初英国数学家巴贝奇——计算机之父
–发明差分机
–IPOS（Input，Processing，OutputandStorage）
•穿孔卡片机和IBM公司
•1936年英国数学家阿兰•图灵（Alan Turing）提出计算机理论模型：
只要能够被分解为有限步骤就能够实现自动计算——图灵机
•ABC计算机（AtanasoffBerryComputer）
•ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorsandCalculation）计算机的里程碑意义
•世界上第一台可以真正运算、全部是电子装置的计算机
•
3计算机的时代：
（时间，特征，原理，贡献、人）
4计算机的主要特点
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B信息表示方法
数制转换（D:
十进制B:
二进制O:
八进制X:
十六进制）
（157.87）10=（10010101.1110000）2
（1011）8=83+81+80=512+8+1=521
（1011）16=163+161+160=4096+16+1=4113
•二进制（八进制、十六进制）十进制:
求幂相加法
•十进制二进制（八进制、十六进制）
整数部分:
除2（8、16）取余
小数部分:
乘2（8、16）取整
•八进制二进制:
1位八进制对应3位二进制
•十六进制二进制:
1位十六进制对应4位二进制
•十六进制二进制八进制
码和编码
码：
原码、补码和反码
十进制的a=11和b=-10，设5位二进制（带符号）
a补=a原=01011
b原=11010，b反=10101，b补=10110
编码：
n位二进制可对2n个不同对象进行编码
二—十进制码、ASCII码、汉字编码
•ASCII码有两种形式：
7位码和8位码
–7位ASCII码：
标准单字节字符编码——基于文本数据
–8位扩展ASCII码——第8位用于确定附加的128个特殊符号字符、外来语字母和图形符号（参见本书附录）
•在汉字系统中，每个汉字对应两个英文字符宽度
–在汉字的存储、输入和输出中，处理的并不是汉字本身，而是汉字的编码
–不同的环境下有不同的汉字编码
–汉字交换码（国标码）
–汉字机内码
–汉字输入码。
•Unicode字符清单有多种代表形式，包括UTF-8，UTF-16和UTF-32，分别指使用8位、16位或32位表示字符
•英文版Windows使用8位ASCII码或Unicode-8，中文版的Windows使用支持汉字系统的Unicode-16
汉字编码：
1
2计算存储：
每个汉字的字型信息需要1616个二进制位，共16*16（bit）/8（byte）=2*16=32字节（byte）
C基本逻辑关系及基本运算
•用来描述逻辑关系的方法——
–文氏图（Venn）、真值表
逻辑代数真值表
D计算机的体系结构
1.计算机的三个子系统
2.计算机的大脑：
处理器系统
RISC和CISC系统
⏹两种类型的处理器系统的设计——CISC处理器的系统、RISC处理器的系统
CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）——Intel公司——设计思路就是基于使用大量的指令
RISC（ReducedInstructionSetComputer精简指令集计算机）——从指令系统中去掉一些不常用的指令降低处理器电路的复杂程度，提高整个计算机的执行速度
CPU的原理：
⏹ALU（ArithmeticLogicalUnit）——运算器
1.定点运算器——整数、纯小数和逻辑运算
2.浮点运算器——完成小数点位置不固定的数据运算
⏹寄存器组：
临时存放参与ALU运算的各种数据，具有存储特性的内部高速单元
3.数据寄存器：
存放各种临时存放的数据
4.指令寄存器：
专门用来存放程序的指令代码
5.指令计数器：
存放当前所执行指令的存储器地址
今天的CPU——更复杂的技术特征：
流水线技术、使用大量的内部高速缓冲存储器（Cache），降低和存储器的数据交换频率、双内核技术即在一个芯片内集成两个CPU等
CPU的指标：
主频：
CPU内部元部件的工作频率（Hz）。
如Pentium4/1.7G表示该CPU为奔腾Ⅳ型，主频为1.7GHz。
CPU的主频越高，运算速度就越快。
字长（Word）：
Intel4004字长仅4位。
目前主流微机CPU的字长为32位和64位
外频：
CPU与外围部件进行信息交换的信号频率。
如CPU和存储器之间交换数据，一般使用外部信号频率进行同步。
典型的频率为100MHz、133MHz、200MHz、400MHz等
3.计算机记忆能力：
存储器系统
主存储器位于机器内部，辅助存储器位于机器外部
存储单元：
地址和内容
RAM——RandomAccessMemory，随机存储器，计算机主存储器系统中的主要组成部分
ROM一个重要的应用——存放启动计算机所需要的BIOS程序。
计算机每次开机都执行相同的操作，所以BIOS程序是固定不变的，它被“固化”（Solidify）在ROM中。
每次计算机上电开机时，首先执行的就是BIOS程序
外存：
1磁盘表面结构
●磁盘被划分磁道，磁道被划分扇型区域
●数据存储在磁道上：
一组同心圆（宽零点几个毫米）
●磁道/扇区结构：
数据读一段时间内在一个扇区进行
●主要指标：
角速度、寻找磁道的时间和数据传送时间
2硬盘称为固定盘（FixDisk），最初是IBM公司的术语
3IDE、SCSI、SATA硬盘
虚拟存储器
虚拟存储器是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，并不是任何实际的物理存储器
它借助于磁盘扩大主存容量，使之为更大或更多的程序所使用
在Windows系统中，在“我的电脑”的属性中有虚拟存储器的设置
4.人机交互：
输入输出系统
1速度匹配——协同设计，接口（Interface）
2在CPU与磁盘、光盘、键盘、打印机等设备之间实现数据通信
输入输出方式
●程序查询方式
●程序中断方式
●直接存储器访问方式DMA
●通道方式
●外围处理机方式
5.信息公共通道：
总线
总线（Bus）：
一组物理导线，计算机的所有部件都通过总线互连
总线——减少了连接的复杂性，减少了电路的使用空间——小型化、微型化设计
按总线连接部件或者设备的性质
●主机内的总线叫做内部总线（三总线结构：
地址总线、数据总线和控制总线）
●外设和主机连接的总线叫外部总线
（系统总线：
1处理器总线
前端连接CPU和存储器，以较高频率运行
后端较低频率，将CPU高频转为较低频的信号，控制显示、软盘、硬盘、打印机、鼠标器、键盘等外设
2．I/O总线）
6.微机：
办公桌上的机器
主板1Mainboard，主板安装在主机箱内，上面排列着用于安装CPU芯片、内存条、总线接口、配件插槽等
2扩展槽是微机的一个重要特征，系统的开放性就是通过扩展槽实现的
芯片为两片——“南桥”和“北桥”
“北桥”主要负责管理、控制机内的总线
“南桥”则主要负责外设接口的控制
不同的CPU必须配与它相应的芯片组（IntelCPU配套的芯片组，AMD公司的CPU配套的芯片组）
内存常用微机内存有SDRAM、DDR，168个引脚（pin）的插条结构
总线
1ISA/EISA总线
2．局部总线VESAVL
3．局部总线PCI
PCI要求插卡（外设接口）自动配置，这就需要在扩展卡中设置配置信息的存储器，因此诞生“即插即用”（PlugandPlay，PnP），为非专业用户扩展自己的机器提供了便利
4．PCMCIA
接口工作方式
两种方式：
并行或串行
并行接口是采用一次传送8位二进制数据；串行采用每次传输1位二进制数据
端口
端口是系统提供给外部设备接入的地方
分为外置和内置
7.输入设备：
用户操作机器
8.输出设备：
数字化表达与理解
1.打印机类型：
1.针式打印机、喷墨打印机和激光打印机
2.热升华打印机、热蜡打印机等，用于高级印刷
2.以图形方式将点输出到打印纸的确定位置
1.打印分辨率以DPI（DotsPerInch）为单位
2.如300DPI是指在1英寸长度内输出点数300
3.DPI数值越高，打印质量越好
9.USB接口和总线：
新型的连接
USB支持四种传输类型
1.控制传输，USB设备必须的，负责建立总线通信
2.中断传输，典型设备就是人机交互设备，如键盘、鼠标和游戏操纵杆等。
USB中断只规定在一个时间段传送一个中等数量的数据
3.批量传输，对大数据量设备如移动存储、打印机、数码产品等设备等使用这种工作类型
4.等时传输，这种类型的特点是传输的数据不进行校验，适合视频、音频设备的数据的传输
10.多媒体计算机系统
多媒体（Multimedia）技术——使用计算机交互式综合技术和数字通信技术处理多种媒体信息
1.文本、图形、图象、视频、动画和声音
2.多种信息建立逻辑连接——交互系统
3.多种单一媒体被有机地结合成为一个整体
11.并行处理系统
并行处理——两个或两个以上的事件同时被处理，它被理解为同时执行不同的任务，而这些任务彼此是无关的
多处理机系统（MultiprocessorSystem）中，许多方法来组织处理机系统和存储器系统，同样也有许多实现这些系统的方法
并行处理系统的多处理器结构的核心技术是处理器之间拓扑结构、系统部件之间的通信存储器共享等
E操作系统
软件和软件系统（硬件和用户之间的接口，软件是计算机系统中的程序和相关文档
）
系统软件：
主要包括操作系统、语言处理系统、实用工具软件和系统性能检测软件等
语言处理系统
⏹作用：
将由高级语言或汇编语言写的源程序转换成能被计算机直接执行的代码
⏹语言处理程序大致可分为三类
⏹汇编语言处理系统
⏹高级语言编译系统
⏹高级语言解释系统
操作系统概述（主要是管理，即管理计算机的所有资源；一般认为操作系统主要在处理器、存储器、输入输出和计算机文件四个方面进行管理）
操作系统是计算机硬件和用户（其他软件和人）之间的接口，它使得用户能够方便地操作计算机
操作系统能更有效地对计算机软件和硬件资源进行管理和使用
常见的操作系统
批处理/分时/实时/并行/网络
MS-DOS/windows/Unix/Linux/Macintosh
操作系统的组成（
操作系统的组成也有两种分类
一种是基于软件的层次结构，把操作系统分为内核（Kernel）和用户接口（Shell）
一种是按照操作系统的功能性结构，把操作系统分为存储管理、进程管理、设备管理和文件管理）
核心：
进程管理
Kernel是操作系统的核心：
执行计算机各种资源所需要的基本模块（程序）代码——直接操作计算机的各种资源
设备驱动（DeviceDriver）
内存管理
调度（Scheduled）和控制（Dispatcher）
Kernel和用户之间的接口就是Shell程序
Shell最早是Unix系统提出的概念，它是用户和Kernel之间的一个交互接口
早期Shell为命令集，Shell通过命令完成基本的控制操作
对用户或程序命令进行解释并将解释结果通报给Kernel
Shell命令有两种方式
会话式输入
命令文件方式
DOS的Shell叫命令解释器（Command）
在Windows系统中Shell是“窗口管理器”
进程看作是计算机管理CPU和用户程序的任务
现代操作系统把进程管理归纳为：
“程序”成为“作业”进而成为“进程”，并被按照一定规则进行调度
需要理解的三个概念
程序Program
作业Job
进程Processes
程序：
用户编制完成特定任务的代码，被存放在外存上；
作业：
程序被选中到运行结束并在次成为程序的整个过程；
进程：
是正在内存中被运行的程序，当一个作业被选中后进入内存运行，这个作业就成为进程；
程序是静态的，进程是动态的，介于两者之间的便是作业
线程：
一个程序只有一个进程就可以处理所有的任务，那么它就是单一线程的
如果一个程序可以被分解为多个进程共同完成程序的任务，那么这个程序被分解的不同进程就叫做线程（Thread），也叫轻量级进程（LightWeightProcesses）
线程有几种模式：
单线程、单元线程模式和自由线程模式
I/0设备管理
控制输入输出设备是操作系统的功能之一
操作系统向外设
发出命令
检测设备状态
处理设备发生的各种错误
为使用这些设备的应用程序提供接口
如果可能的话，应用程序对设备接口操作都是相同的——设备无关性
设备：
⏹块设备（BlockDevice），如磁盘
1.信息存储在固定长度块中
2.每个块有自己的地址
3.块大小一般在128到1024个字节之间
⏹字符设备，如键盘、鼠标器
4.以字符为单位接收/发送
5.不考虑结构
OS的I/O内核提供与I/O有关的服务
•调度、缓冲、假脱机、设备预留及错误处理…
•在硬件和设备驱动程序结构之上
•OS不直接操纵设备，它是通过管理设备的驱动程序间接使用设备
•设备驱动程序（DeviceDriver）
•由生产设备的厂家提供，所有与设备相关的代码都放在设备驱动程序中
•如果设备的类型差别很小，系统可以屏蔽其差别，使用同一个程序代码操纵这个设备
•OS管理设备的一个重要的特点是保证设备无关性
•设备驱动程序和设备相关，现代OS包含了许多类型设备的驱动程序，使设备能被OS直接支持
•大多数应用软件和设备无关，因此OS需要为大多数应用软件提供I/O操作功能
•OS负责向应用程序提供统一的接口：
给I/O设备命名
•OS负责把设备的符号名映射到相应的设备驱动程序上
•Windows，使用LPT、Com1、Com2以及CON等专用符号为设备命名
•Unix，使用像/dev/lpt01这个的格式给设备命名
Windows操作系统
自由软件：
Linux操作系统
启动计算机：
BIOS和CMOS
BIOS——BasicInputOutputSystem
基本输入输出系统
BISO——是一组程序，直接使用计算机硬件，并为操作系统提供使用硬件的接口
BIOS放置主板上的一个ROM芯片中，包括基本I/O代码、Setup程序、开机自检程序和系统启动自举程序
BIOS“固化”到ROM中，可被执行，信息不会丢失——永久保存
F数据组织与存储管理
◆计算机数据组织的基本概念
i.计算机以文件的形式存储数据
ii.计算机文件是一个存储在存储器上的数据的有序集合并标记以一个名字，三层意思：
1.将所有存储在计算机中的数据当作文件
2.一个文件的数据之间存在着一定的关联
3.文件有一个名字
iii.文件可以是计算机执行的程序和数据
1.如论文数据保存到磁盘上，被保存的也是一个文件
iv.文件和文件系统是一个很复杂的体系
1.计算机系统对软件资源，无论是程序或数据、系统软件或应用软件都以文件方式来管理
◆MS系统中文件的基本知识，文件命名规则、文件后缀
◆文件通配符、文件存取和目录管理
◆文件系统的功能
1.计算机中所有文件的集合就是文件系统（FileSystem）
2.文件管理是操作系统的功能之一
3.文件系统就是操作系统管理文件以及对文件数据的组织
◆计算机中所有文件的集合就是文件系统
◆文件系统就是操作系统中以文件方式管理计算机软件资源的软件和被管理的文件与数据结构
◆两种基本类型：
程序文件或数据文件
◆程序文件——各种执行文件
◆数据文件——程序使用的数据
◆计算机文件系统——管理整个计算机中的文件——按照“目录”进行处理的
◆目录结构以及目录表示方法
1.从系统角度来看——文件系统是对文件存储器的存储空间进行组织、分配和回收，负责文件的存储、检索、共享和保护
2.从用户角度来看——文件系统主要是实现“按名存取”——用户只要知道所需文件的文件名，就可存取文件中的信息，而无需知道这些文件究竟存放在什么地方
3.MSDOS——使用“目录”（Directory）这个词
4.Windows系统，目录被“文件夹”（folder）代替
◆文件的分类和常见文件类型
◆文件存取的基本方法和文件的存储结构
◆顺序存取的文件
◆随机存取的文件
•索引（Index）
•哈希（Hash）
•二分法
◆按关键字存取的文件
◆Unix和MS系统都是采用顺序存取和随机存取两种方法
◆索引文件
a）是为了检索需要建立的文件
b）索引文件存取数据的过程为：
i.将索引文件调入计算机主存；
ii.根据关键字在索引文件中查找目标存储地址；
iii.根据所检索到的存储地址到文件系统或数据文件中查找；
iv.将查找到的结果返回给用户
v.
2.哈希文件——使用一个函数（算法）来完成这种映射，根据用户给出的关键字，经函数计算得到目标的地址，再进行目标的检索
3.哈希的多种方法
a）直接哈希法
b）求模法
c）数字析取法
◆数据存储管理的概念以及内外存结构的特点和意义
1.不同的文件系统有不同的存储结构
2.MS文件系统存储结构:
a）FAT12
b）FAT16
c）FAT32
d）NTFS
等
◆多道程序交换技术，理解分段和分页的概念
多道程序——操作系统可以装入多个程序并“同时”执行这些程序，由CPU轮流执行
1.实现多道程序的技术
◆分区调度
◆分页调度
◆请求分页调度
◆请求分段调度
◆虚拟存储技术的原理
1.虚拟内存技术——在磁盘上开辟一个比内存要大的空间（Windows建议为1.5倍），把被执行的程序装载到这个区域中，按照内存的结构进行组织
2.被执行的程序大小和内存无关；映射技术使得被装载到内存的那部分程序的速度比较快的
3.虚拟内存的空间在一定情况下可以被系统临时扩展
◆PC系统内存管理
G语言，算法和程序设计方法
1.程序和指令
1.程序
1.从广义上看，程序是计算机进行某种任务操作的一系列步骤的总和——是一组计算机指令的有序集合
2.由机器语言、汇编语言、高级语言编写
2.指令和指令系统
1.指令和指令系统构成计算机处理器的重要部分，又是整个程序的基础
2.指令就是计算机执行的最基本的操作——处理器所能够执行的二进制代码
3.指令和机器的硬件是直接相关的
2.程序的程序：
翻译系统
1.语言处理系统——翻译计算机程序
1.本身就是程序
2.任务就是把其他程序翻译为机器语言程序
3.是程序的程序
2.翻译程序归类为系统软件
3.除了机器语言编制的程序，其他任何语言编写的程序都需要相应的翻译系统
4.不同的编程语言的翻译系统是不同的。
5.翻译程序根据功能的不同分为
✓编译程序（CompiledProgram或称为编译器Compiler）
1.将整个源程序代码文件一次性翻译成目标程序代码，最终生成可执行文件。
2.编译后的程序可被单独执行，和翻译程序无关，效率高
3.高级编译器还生成分析文件和程序错误文件，帮助编程者更快地找出错误
4.各种高级语言的开发环境中一般都包含了编译系统功能
✓解释程序（Interpreter，也叫做解释器）
5.解释程序
1.对源代码程序进行逐句翻译，翻译一句执行一句
2.翻译过程中并不生成可执行文件
3.对计算机的硬件和存储器要求不高
6.程序运行速度较慢
7.一般不提供任何分析和程序错误更正
3.程序设计语言
⏹汇编语言（
●用容易记忆的文字符号来表示指令中的操作码和地址码，这种符号叫助记符
●CPU所有指令助记符的集合以及使用规则构成了助记符语言——汇编语言（AssembleLanguage）
⏹高级语言可分为两种类型：
◆面向过程
◆面向对象
4.怎样编写程序
•程序设计不是简单的编写程序代码，它是一个系统过程
•一般可以把这个系统过程分为六个步骤
–问题的定义或叫做程序说明
–设计解决问题的方案
–编写程序代码
–进行程序测试
–程序的文档
–程序应用
所有的程序都由三种结构构成
•顺序结构
–是程序最简单的一种结构，它使计算机按照命令出现的先后顺序依次执行
•循环结构
–使计算机按照设定的条件重复执行一组命令
•分支结构
–在程序执行过程中，根据设定的条件来决定程序的执行方向
5.算法
1.分类：
数值运算算法和非数值运算算法
2.特性
1.确定性：
算法中的每一个步骤都应该是确定的，不应使不同的编程者对算法中的描述产生不同的理解
2.有穷性：
算法中的步骤应该是有限的，否则计算机就会永远无休止地执行程序
3.有效性：
算法中的每一个步骤都应该被有效地执行，并应能得到一个明确的结果
4.可有零个或多个输入
5.有一个或多个输出
*（重点练习）表示：
用伪代码/流程图/自然语言/伪码
6.数据表达和数据结构
7.软件工程
1.软件危机SoftwareCrisis：
开发成本上升，软件质量没有提高
2.软件工程SoftwareEngineering
1.开发传统的大型工程一样去管理软件开发
3.软件工程的两层含义：
1.管理，要有必要的理论和方法加以支撑
2.把软件当作工程，具有自己的特点
4.软件工程方法
1.典型的有软件生命周期法
⏹开发过程模型，也有将其称为开发模型/就是建立对软件开发过程的总体认识
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