信息学基础.docx
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信息学基础
1.发展史
（1）计算机发展代别划分：
代别
*年代
逻辑元件
第一代
1946－1958
电子管
第二代
1959－1964
晶体管
第三代
1965－1970
集成电路
第四代
1971－？
大规模集成电路
（2）1946年2月，在美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer），这台计算机占地170平方米，重30吨，用了18000多个电子管，每秒能进行5000次加法运算。
（3）冯·诺依曼理论
1944年，美籍匈牙利数学家 冯·诺依曼 提出计算机基本结构和工作方式的设想，为计算机的诞生和发展提供了理论基础。
时至今日，尽管计算机软硬件技术飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯·诺依曼架构。
其理论要点如下：
·计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备5部分组成。
·存储程序思想——把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。
（4）我国的计算机发展情况
·我国从1956年开始计算机的科研和教学工作；
·1960年我国第一台自行设计的通用电子计算机107机诞生；
1964年我国研制成大型通用电子计算机119机；
·1983年每秒运行一亿次的银河巨型计算机在国防科技大学诞生；
1992年研制成功每秒运行10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机；
1997年又研制成功每秒运行130亿次的“银河Ⅲ”巨型计算机；
·我国较有名的微型计算机品牌有：
“联想”、“长城”、“方正”等；
（5）微机发展：
·1982年Intel公司发布80286个人计算机微处理器芯片；
·1985年－80386
·1989年－80486
·1993年，Pentium，主频60－66MHz；
·1997年，PentiumⅡ，主频233MHz；
·1999年，PentiumⅢ，主频450MHz以上；
·2000年，P4，主频1.4G以上；
2.计算机的特点：
运算速度快，运算精度高，具有记忆能力，具有逻辑判断能力，具有自动控制能力；
计算机的应用：
科学计算、自动控制、信息处理、辅助设计（教学、制造）等；
3.分类
巨型机
大型机
小型机
微型机
单片机
§2 计算机系统的基本组成
计算机系统由硬件和软件两部分组成。
（一）计算机硬件
计算机硬件由五大部分组成：
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
1.中央处理器（CPU——CentralProcessingUnit）
由运算器、控制器和一些寄存器组成；
运算器进行各种算术运算和逻辑运算；
控制器是计算机的指挥系统；
CPU的主要性能指标是主频和字长。
2.存储器
（1）内部存储器
中央处理器能直接访问的存储器称为内部存储器，它包括快速缓冲存储器和主存储器，中央处理器不能直接访问的存储器称为外部存储器，外部存储器中的信息必须调入内存后才能为中央处理器处理。
主存储器：
内存也常泛称主存，但严格上说，只有当内存中只有主存，而没有快速缓冲存储器时，才能称为主存。
主存储器按读写功能，可分只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两种。
（2）外部存储器
外存储器：
也称为辅助存储器，一般容量较大，速度比主存较慢。
·硬盘（Harddisk）：
目前的硬盘大多采用了温彻斯特技术，所以又称为“温盘”；
*温氏技术的特点是：
将盘片、读写磁头及驱动装置精密地组装在一个密封盒里；采用接触式起停，非接触式读写的方式（磁盘不工作时，磁头停在磁盘表面的起停区，一旦加电后，磁头随着盘片旋转的气流“飞”起来，悬浮在磁盘表面，进行读写）。
·软盘（FloppyDisk）：
目前常见的是3.5英寸，1.44MB的软盘。
·光盘存储器（CD-ROM）：
普通的CD-ROM，只能读，不能写；CD盘片的存储量大约是650MB。
*可读写光驱：
能读又能写。
3.输入设备
·键盘（Keyboard）：
目前大多使用104或107键盘
·鼠标（Mouse）：
主要有机械型鼠标和光电型鼠标两种
·手写笔
·触摸屏
·麦克风
·扫描仪（Scanner）
·视频输入设备
·条形码扫描器
4.输出设备
·显示器（Monitor）：
目前主要有CRT（阴极射线管）显示器和LCD液晶显示器。
·打印机（Printer）：
主要有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。
·绘图仪
·音箱
（二）计算机软件
计算机软件可分为系统软件和应用软件两大类。
·系统软件：
用来支持应用软件的开发和运行的，主要是操作系统软件，如：
DOS、Windows95/98/2000、Unix、Linux、WindowsNT；
·应用软件：
为了某个应用目的而编写的软件，主要有文字处理软件、电子表格软件、数据库管理软件等。
§3 信息数字化
（一）、数制转换：
1．二进制与十进制的转换
（1）二进制转十进制
方法：
“按权展开求和”
例：
（1011.01）2 ＝（1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2 ）10
＝（8＋0＋2＋1＋0＋0.25）10
＝（11.25）10
（2）十进制转二进制
·十进制整数转二进制数：
“除以2取余，逆序输出”
（三）汉字信息编码
1.汉字输入码
汉字输入方法大体可分为：
区位码（数字码）、音码、形码、音形码。
·区位码：
优点是无重码或重码率低，缺点是难于记忆；
·音码：
优点是大多数人都易于掌握，但同音字多，重码率高，影响输入的速度；
·形码：
根据汉字的字型进行编码，编码的规则较多，难于记忆，必须经过训练才能较好地掌握；重码率低
·音形码：
将音码和形码结合起来，输入汉字，减少重码率，提高汉字输入速度；
2．汉字交换码
汉字交换码是指不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间在交换汉字信息时所使用的代码标准。
自国家标准GB2312－80公布以来，我国一直延用该标准所规定的国标码作为统一的汉字信息交换码。
GB2312－80标准包括了6763个汉字，按其使用频度分为一级汉字3755个和二级汉字3008个。
一级汉字按拼音排序，二级汉字按部首排序。
此外，该标准还包括标点符号、数种西文字母、图形、数码等符号682个。
区位码的区码和位码均采用从01到94的十进制，国标码采用十六进制的21H到73H（数字后加H表示其为十六进制数）。
区位码和国标码的换算关系是：
区码和位码分别加上十进制数32。
如“国”字在表中的25行90列，其区位码为2590，国标码是397AH。
*由于GB2312－80是80年代制定的标准，在实际应用时常常感到不够，所以，建议处理文字信息的产品采用新颁布的GB18030信息交换用汉字编码字符集，这个标准繁、简字均处同一平台，可解决两岸三地间GB码与BIG5码间的字码转换不便的问题。
3．字形存储码
字形存储码是指供计算机输出汉字（显示或打印）用的二进制信息，也称字模。
通常，采用的是数字化点阵字模。
一般的点阵规模有16×16，24×24，64×64等，每一个点在存储器中用一个二进制位（bit）存储。
例如，在16×16的点阵中，需8×32bit的存储空间，每8bit为1字节，所以，需32字节的存储空间。
在相同点阵中，不管其笔划繁简，每个汉字所占的字节数相等。
为了节省存储空间，普遍采用了字形数据压缩技术。
所谓的矢量汉字是指用矢量方法将汉字点阵字模进行压缩后得到的汉字字形的数字化信息。
（四）其它信息的数字化
1.图像信息的数字化
一幅图像可以看作是由一个个像素点构成，图像的信息化，就是对每个像素用若干个二进制数码进行编码。
图像信息化后，往往还要进行压缩。
图像文件的后缀名有：
bmp、gif、jpg等；
1.声音信息的数字化
自然界的声音是一种连续变化的模拟信息，可以采用A/D转换器对声音信息进行数字化。
声音文件的后缀名有：
wav、mp3等；
1.视频信息的数字化
视频信息可以看成连续变换的多幅图像构成，播放视频信息，每秒需传输和处理25幅以上的图像。
视频信息数字化后的存储量相当大，所以需要进行压缩处理。
视频文件后缀名有：
avi、mpg等；
§4 操作系统（OS——OperatingSystem）
操作系统是控制与管理计算机系统资源的软件，是硬件的第一层扩充，任何应用软件的运行都必须依靠操作系统的支持。
1.微机的OS
2.Windows系列操作系统
Windows是Microsoft公司开发的图形化界面的操作系统。
·基本概念：
图标、任务栏、标题栏、菜单栏、滚动条、工具栏、对话框、开始菜单……
·基本操作：
（1）鼠标单击、双击、拖动，左键、右键功能；
（2）窗口操作：
最大（小）化、大小调整、拖动、关闭、排列、切换；
（3）菜单操作：
激活、选择；
★命令项的约定——
正常显示和灰色显示；
命令后带“…”：
执行命令则弹出对话框；
带快捷键：
某些菜单命令的后面标有对应的键盘命令，称为该命令的快捷键或热键；
选中标志：
某些命令选项的左侧有用打勾表示的选中标志，说明此命令功能正在起作用；
命令后带“▲”：
级联：
此命令后会有下一级的子命令菜单弹出供用户作进一步选择；
★快捷菜单——当鼠标位于某个对象上，单击鼠标右键，可打开有关对象的快捷菜单；
（4）剪贴板：
复制（Ctrl－C）、粘贴（Ctrl－V）、剪切（Ctrl－X）
复制屏幕图像：
可将当前屏幕图形以BMP格式传送到剪贴板……
（5）其它：
查找、运行、切换Windows、进入DOS环境、文件夹选项
输入法切换，中、英文切换，半角/全角切换
软键盘：
是在屏幕上显示的一个键盘图形，用户可用鼠标点击其中某个键以替代实际的按键；
·各种文件的后缀名：
com、exe、sys、tmp、zip、……
doc、xls、txt、htm、……
bmp、gif、jpg、psd、……
wav、avi、mp3、swf……
（三）DOS（DiskOperatingSystem）操作系统
由美国Microsoft公司发行的DOS称为MS－DOS，主要由IO.sys、MSDOS.sys、COMMAND.sys三个基本文件和几十个内、外部命令文件组成。
*主要命令：
·DIR——显示磁盘文件目录
·CD——改变当前目录
·MD——建立目录
·RD——删除目录
内部命令
·DATE——显示和设置系统日期
·TIME——显示和设置系统时间
·COPY——复制文件
·DEL——删除文件
·REN——文件重命名
·TYPE——显示文本文件内容
外部命令
·FORMAT——磁盘格式化
·DISKCOPY——全盘复制
·BACKUP——文件备份
·CHKDSK——检查磁盘
……
§5 网 络
1．网络的定义：
所谓计算机网络，就是利用通信线路和设备，把分布在不同地理位置上的多台计算机连接起来。
计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。
网络中计算机与计算机之间的通信依靠协议进行。
协议是计算机收、发数据的规则。
TCP/IP：
用于网络的一组通讯协议。
包括IP（InternetProtocol）和TCP（TransmissionControlProtocol）
2．网络的发展
计算机网络的发展过程大致可以分为三个阶段：
远程终端联机阶段：
主机—终端
计算机网络阶段：
计算机—计算机
Internet阶段：
Internet
3．网络的主要功能：
（1）资源共享
（2）信息传输
（3）分布处理
（4）综合信息服务
4．网络的分类
·按覆盖地域分：
局域网、城域网、广域网、Internet
·按拓扑结构分：
（网络拓扑结构是指网络中节点间的物理连接方式）
总线形、环形、星形（树形）、混合形：
5．网络的体系结构
OSI的七层体系结构：
应用层
表示层
会话层
运输层
网络层
数据链路层
物理层
6．局域网的工作方式
通常有两种：
客户机/服务器（Client/Server）:
提供资源并管理资源的计算机称为服务器；使用共享资源的计算机称客户机；
对等（Peer-to-Peer）:
不使用服务器来管理网络共享资源，所以的计算机处于平等的地位。
7．Internet的形成与发展
又称国际互联网，规范的译名是“因特网”，指当前各国、各地区众多开发的网络连接在一起而形成的全球性网络。
·我国Internet的发展情况：
八十年代末，九十年代初才起步。
1989年我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。
·我国已陆续建成与Internet互联的四个全国范围的公用网络：
中国公用计算机互联网（CHINANET）、中国金桥信息网（CHINAGBN）
中国教育和科研计算机网（CERNET）、中国科学技术网（CSTNET）
8．IP地址：
我们把整个Internet看作一个单一的、抽象的网络，所谓IP地址，就是为Internet中的每一台主机分配一个在全球范围唯一地址。
IP地址是用“.”隔开地四个十进制整数，每个数字取值为0—255。
IP地址分A、B、C、D；E五类，目前大量使用的是A、B、C三类，D类为Internet体系结构委员会IAB专用，E类保留在今后使用。
9．域名：
域名地址采用层次结构，一个域名一般有3－5个子段，中间用“.”隔开。
顶级域名有三类：
国家顶级域名,如cn（中国）、us（美国）、uk（英国）；
国际顶级域名——int，国际性组织可在int下注册；
通用顶级域名，如：
com、net、edu、gov、……
10．Internet的服务与工具
Internet的服务有：
电子邮件、远程登陆、文件传输、信息服务等；
·电子邮件（E_mail）：
电子邮件地址格式为——
收信人邮箱名@邮箱所在主机的域名
例：
winner01@
·远程登陆（Telnet）：
指通过Internet与其它主机连接。
登陆上另一主机，你就可以使用该主机对外开放的各种资源，如联机检索、数据查询。
·文件传输（FTP）：
用于在计算机间传输文件。
如下载软件等。
11．全球信息网（WWW－WorldWideWeb）：
又称万维网，是一个全球规模的信息服务系统，由遍布于全世界的数以万计的Web站点组成
计算机奥赛基础知识
第一章计算机的概念、诞生与发展、应用、分类
一、计算机的概念：
是一种能迅速而高效的自动完成信息处理的电子设备，它能按照程序对信息进行加工、处理、存储。
阶段时间逻辑器件应用范围
第一代1946——1958真空电子管科学计算、军事研究
第二代1959——1964晶体管数据处理、事物处理
第三代1965——1970中小规模集成电路包括工业控制的各个领域
第四代1971——至今大规模或超大规模集成电路应用到了各个领域
二、计算机的诞生与发展
1、诞生：
1946年，美国为计算弹道轨迹而研制成功了世界第一台计算机，名字叫ENIAC（埃尼阿克）。
在宾西法尼亚大学诞生。
2、发展：
三、计算机的主要特点
1、惊人的运算速度；
2、很高的计算机精度；
3、超强的存储能力；
4、准确的逻辑判断能力；
5、自动控制能力。
四、计算机的主要应用：
1、数值计算：
2、数据和信息处理：
其特点是数据量大，但计算相对简单。
其中数据泛指计算机能处理的各种数字、图形、文字，以及声音、图像等信息。
数据处理指对数据的收集、存储、加工、分析和传送的全过程。
3、过程控制：
是生产自动化的重要技术内容和手段，是由计算机对所采集到的数据按一定方法经过计算，然后输出到指定执行机构去控制生产的过程。
4、计算机辅助系统：
是指利用计算机帮助人们完成各种任务，包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助教学（CAI）等。
CAD：
即ComputerAidedDesign的缩写，名称为：
计算机辅助设计。
CAM：
即ComputerAidedManufacturing的缩写,名称为：
计算机辅助制造。
CAI：
ComputerAidedInstruction的缩写，名称为：
计算机辅助教学。
CAT：
即ComputerAidedTesting的缩写，名称为：
计算机辅助测试。
CAE：
即ComputerAidedEngineering的缩写，名称为：
计算机辅助工程。
5、人工智能：
是指用计算机模拟人脑的思维过程，是计算机应用的重要领域。
五、计算机分类：
1、按规模分：
巨型、大型、中型、小型、微型计算机。
我们学校和家庭使用的计算机都微型计算机，简称微机，又称个人计算机，或简称PC机。
2、按用途分：
专业计算机、通用计算机。
3、按原理分：
模拟计算机、数字计算机。
六、微型机的主要技术指标
1、字长：
指计算机能够直接处理的二进制数据的位数。
单位为位（BIT）。
2、主频：
指计算机主时钟在一秒钟内发出的脉冲数，在很大程度上决定了计算机的运算速度。
3、内存容量：
是标志计算机处理信息能力强弱的一向技术指标。
单位为字节（BYTE）。
8BIT=1BYTE1024B=1KB1024KB=1MB
4、外存容量：
一般指软盘、硬盘、光盘。
七、微型计算机时代
1、第一代微型计算机
通常把IBM-PC/XT及其兼容机称为第一代微型计算机。
2、第二代微型计算机
286AT机及其兼容机被称为第二代微型计算机。
3、第三代微型计算机
386微机被称为第三代微型计算机。
4、第四代微型计算机
486微机被称为第四代微型计算机。
5、第五代微型计算机
1993年Intel公司推出了Pentium芯片。
八、多媒体计算机
1984年，苹果公司推出第一台多媒体计算机时，人们并不在意，现在世界各地举行的大大小小的计算机展览会上，多媒体总是最受庞的“公主”。
90年代初盛行的多媒体技术，已成为世界高技术竞争的焦点。
多媒体，互联网络，信息高速公路是信息浪潮中出现最多的三个名词。
多媒体与信息高速公路构成了第三次信息革命的核心。
专家们称，80年代是个人计算机时代，90年代是多媒体时代。
什么是多媒体技术？
以前的个人电脑只能处理文字和数字，这就是单媒体。
现在，个人电脑不仅能处理文字和数字，而且还能处理图像，文本，音频，视频等多种媒介，这就是多媒体。
多媒体是将计算机，电视机，录相机和游戏机等技术融为一体，形成电脑与用户之间可以相互交流的操作环境。
它可以接收外部图像，声音，各种媒体信息，经计算机加工处理后以图片，文字，声音，动画等多种方式输出，实现输入输出方式的多元化，计算机只能输入输出文字，数据的局限，计算机开始能说会唱起来。
一台标准多媒体计算机包括主机，带音频视频功能的显示器，声像输入输出装置，通信与控制端口，只光盘驱动器，多媒体操作系统及应用软件。
多媒体计算机与现代通信技术的结合构成了多媒体通信。
第二章 计算机硬件系统
计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
硬件是软件赖以生存的驱壳，软件却是硬件的灵魂。
光只有硬件的裸机是无法工作的，而软件则必须存放在硬件中。
一、冯?
诺依曼式的计算机体系结构
1、存储程序式计算机：
先将解题步骤用计算机语言写好，存储到计算机的存储器中，然后在控制器的控制下按步骤执行。
2、集中顺序过程控制：
由控制器集中控制，严格按照程序的次序执行。
二、硬件系统
计算机硬件是指有形的物理设备，它是计算机系统中实际物理设备的总称，由各种元器件和电子线路组成。
图2-2
计算机硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器（分为主存储器、辅助存储器）、输入设备、输出设备，并且由总线将它们连接在一起。
其中：
1、运算器是对数据进行运算和加工，完成算术和逻辑运算的部件；
2、控制器是计算机的指挥中心，控制各部分协调工作，完成对指令的解释和执行；运算器和控制器被集成在一起，统称为中央处理器，简称CPU（CentralProcessingUnit），是计算机的“中枢神经”。
中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。
能够处理数据的位数是CPU的一个最重要的品质标志。
人们通常所说的8位机、16位机、32位机即指CPU可同时处理8位、16位、32位的二进制数据。
CPU、主存储器构成了计算机的主机，输入／输出设备和辅助存储器则统称为外部设备，简称外设。
图2-3
存储器是记忆部件，用于存放程序和数据。
３、主存储器又称内存或主存，它直接与CPU交换信息，是计算机的工作存储器，即当前正在运行的数据和程序都必须存放在主存内，它的存取速度快但容量较小（容量太大，成本昂贵）。
主存又可分为随机存储器RAM（RandomAccessMemory）和只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）两类。
随机存储器RAM中的内容可以进行读写操作，但断电时RAM中的信息会丢失。
ROM的内容只能反复读取，而不能重新写入，因此在ROM中存放固定不变的程序和数据，断电后其内容仍然保留。
４、辅助存储器又称外存，它需要通过内存才能与CPU联系，辅助存储器存取速度慢而容量较大。
硬磁盘（HDD）：
容量大、速度快、价格高。
软磁盘（FDD）：
容量小，速度慢，便于携带、价廉。
光盘（CD）：
容量较大、价格便宜、便于携带。
信息的输入和输出要通过输入／输出设备来完成。
５、输入设备：
键盘、鼠标、扫描仪、数码相机（DC）、数码摄相机（DV）等向计算机输入数据与指令的设备。
1）文字输入设备：
键盘、磁卡阅读机、条形码阅读机、纸带阅读机、卡片阅读机等；
2）图形输入设备：
光笔、鼠标器、数字化仪、触摸屏等；
3）图像输入设备：
扫描仪、数字式照相机、摄像头等；
4）音频处理设备：
声卡。
６、输出设备：
显示器、打印机、音箱等向操作提供输出结果的设备。
1）显示设备：
分辨率：
如800×600像素（pixel）；显示适配器（显卡）；
2）打印设备：
击打式：
如点阵（针式）打印机；非击打式：
如喷墨式打印机、激光打印机；
７、总线是连接计算机中各组成部件的一组物理信号线及相关的控制电路，总线一般都指系统总线。
系统总线上有三类信号：
数据信号、地址信号和控制信号。
负责在部件间传输数据的一组信号线称为数据总线（DB）；负责指出数据存放的存储位置的一组信号线（也可标识是哪一个I／O设备）称为地址总线（AB）；在传输与交换数据时起控制作用的一组控制信号线称为控制总线（CB）。
由运
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