1、第一章 计算机及信息技术概述1. 电子计算机的发展历程1946年2月由宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC是世界上第一台电子数字计算机。“诞生了一个电子的大脑” 致命缺陷：没有存储程序。电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代：电子管、晶体管、集成电路、大规模及超大规模集成电路电子计算机发展时间： 第一代 1946-1958 电子管计算机，主要应用科学计算和军事计算 第二代 1958-1964 晶体管计算机，主要应用于数据处理领域 第三代 1964-1971 集成电路计算机，主要应用于可科学计算，数据处理，工业控制等领域 第四代 1971年以来 超大规模集成电路，深入到各行各业，家庭和个人开始使
2、用计算机2. 计算机的类型按计算机用途分类：通用计算机和专用计算机按计算机规模分类：巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、嵌入式计算机按计算机处理的数据分类：数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机3. 计算机的特点及应用领域计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。（含义）A. 运算速度快 运算速度用MIPS(百万条指令每秒)来衡量，是计算机性能的指标之一B. 计算精度高 应用于数值计算C. 具有逻辑判断能力 信息检索、图形识别D. 记忆性强E. 可靠性高、通用性强 应用于数据处理、工业控制、辅助设计（CAD）、辅助制造（C
3、AM）办公自动化。 应用领域：1）数值计算 （主要是科学研究等数学计算问题） 2）数据及事务处理 （非科技方面的数据管理和计算处理） 3）自动控制与人工智能 （多用于航空航天领域） 4）计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI） 5）通信与网络4. 计算机发展趋势：巨型化、微型化、网络化、智能化1、光计算机 2、生物计算机 3、量子计算机5. 常用的数制进位制进位规则基数所用的数码位 权 表示符号二进制逢二进一R=2O,12iB（Binary）八进制逢八进一R=80,1,78iO（Octal）十进制逢十进一R=100,1,910iD(Decimal)十六进制逢
4、十六进一R=160,1,9,A,.F16iH(Hexadecimal)基数：R进制的基数=R位权：在数制中，各位数字所表示值的大小不仅与该数字本身的大小有关，还与该数字所在的位置有关，我们称这关系为数的位权。位权：一个与数字位置有关的常数，位权=Rn6. 数据、信息和信息编码的概念数据不仅指数字、字母、文字和其他特殊字符。而且还包括图形、图像、动画、影像、声音等多媒体数据。信息是人们按照预先的目的，通过从各种不同的渠道、不同的角度观察记录反映客观事物状态和特征的某种概念或经过加工后的数据。信息强调的是对人有用的数据，这些数据将可能影响到人们的行为与决策。数据是客观存在的事实、概念等，是一种可供
5、加工的特殊表达形式。信息编码的基本元素是0和1两个数码，称为二进制。7. 计算机仍采用二进制位数表示信息的原因：1）物理上容易实现 2）运算规则简单 3）可靠性高 4）易于实现逻辑运算和逻辑判断8. 二进制和其它进制的转换十进制转二进制：整数部分除以2取余，直至商为0；小数部分乘以2取整，直至小数部分为0或达到所需精度为止。 十进制转八进制：方法同上。整数部分除以8，小数部分乘以8。 十进制转十六进制：方法同上。整数部分除以16，小数部分乘以16。 9. 计算机中的数据单位位(bit)：计算机存储数据的最小单元(0、1)字节(Byte)：处理数据的基本单位(8bit/Byte)常用的字节计数单
6、位： 1KB1024 Byte (210B) 1MB1024 KB (220B) 1GB1024 MB (230B) 1TB1024 GB (240B)字长：CPU一次处理数据的二进制位数。10. 信息表示与编码所谓编码，就是利用数字串来标识所处理对象的不同个体。 在数学中，数值是用“”和“”表示正数和负数的，而在计算机中只有0和1，所以正负号也用0和1表示，即数值符号数字化。 “模”是指一个系统所能表示的数据个数。按模运算是指运算结果超过模时，模（或模的整数倍）将溢出而只剩下余数。 假设M为模，若数a，b满足abM，则称a，b互为补数。 在有模运算中，减去一个数等于加上这个数对模的补数。 原
7、码 用0表示正号 1表示负号 例如：（+45）10的原码为（00101101）2 ，（-45）的原码为（10101101）2 反码 对于正数，其反码与其原码相同；对于负数，用相应正数的原码各位取反来表示，包括将符号位取反。 补码 正数的补码与原码和反码相同；负数的补码为该负数的反码末位加1.11. 实数的表示定点数：小数点位置固定的数称为定点数。浮点数：小数点位置不固定的数称为浮点数 BCD码 即用二进制位表示十进制，最常见的是842BCD码采用四位二进制表示一位十进制。 ASCII码 采用7位二进制表示一个字符，一个字节占8位二进制，一个ASSII码占最低7位，最高位通常定位0.可以有27中
8、状态，即128种状态。 汉字编码输入码a) 输入码b) 国标码和区位码：每个汉字占两个字节的编码，且每个字节最高位均为0。所有汉字分94个区，每个区94个汉字。由此构成区位码。而区位码的区码和位码各加32就得到国标码。c) 机内码 d) 字型码：汉字存储在计算机内采用机内码，但输出时必须转换成字形码，再根据字形码输出汉字。字形码又称汉字字模，用于在显示器或打印机上输出各种文字和符号。点阵汉字：每一个汉字以点阵形式存储，有点的地方为“1”，空白的地方为“0”。有1616、2424、4848点阵等。点阵越大，字形分辨率越好，字形也越美观，但汉字存储的字节数就多，字库也就越庞大。 第二章 计算机系统
9、1. 计算机系统的构成一个完整的计算机系统是由硬件和软件组成。硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。其中： 中央处理器(简称CPU)=运算器+控制器 主机=中央处理器+主存储器软件是指各类程序和数据，计算机软件包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户完成任务所需要的应用软件。2. 冯诺依曼型计算机的结构 冯诺依曼型计算机是将程序和数据事先存放在外存储器中，在执行时将程序和数据先从外存装入内存中，然后使计算机在工作时自动地从内存中取出指令并加以执行，这就是存储程序概念的基本原理。 冯诺依曼计算机体系结构的主要特点是：(1) 采用二进制形式表示程序和数据。 (2) 计算机硬
10、件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成 。(3) 程序和数据以二进制形式存放在存储器中。 (4) 控制器根据存放在存储器中的指令 (程序) 工作。3. 中央处理器 CPUCPU：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。CPU从存储器取出指令，放入CPU内部的指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。CPU的主要性能指标 ：(1) 主频/外频（主频=外频倍频，即CPU工作频率）(2) 数据总线宽度（即字长，指CPU传输数据的位数）(3) 地址总线宽度（决定了CPU可访问的地址空间）(4) 工作电压（低电
11、压可减少CPU过热，降低功耗）(5) 高速缓存Cache（加速CPU与其它设备间数据交换）(6) 运算速度（CPU每秒能处理的指令数） 运算器 运算器是完成算术和逻辑运算的部件，又称算术和逻辑运算单元。计算机所完成的全部运算都是在运算器中进行的。运算器的核心部件是: (1) 运算逻辑部件 (2) 寄存器部件 控制器 控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码，并根据指令译码的结果，按指令先后顺序，负责向其它各部件发出控制信号，保证各部件协调一致地完成各种操作。控制器主要由以下部件组成： 程序计数器。存放下一条将要执行的指令在内存中的地址； 指令寄存器。保存现在正在执行的指令； 指令译码器。
12、用来识别指令的功能，分析指令的操作要求； 时序部件。产生计算机工作中所需的各种定时控制信号，对各种微操作控制信号进行定时控制。以协调各部件的工作顺序； 微操作控制电路。一条指令的执行可以分解为一系列不可再分的微操作命令信号，即微命令，以指挥整个计算机有条不紊地工作。4. 主板 主板是电脑中各种设备的连接载体。它提供CPU、各种接口卡、内存条和硬盘、软驱、光驱的插槽，其它的外部设备也会通过主板上的I/O接口连接到计算机上。早期的PC机主板是将快速的CPU、中速的内存、慢速的外设都连接在一条总线上，使系统的总体性能得不到优化。5. 主存储器 主存储器，简称主存，也叫内存储器 (简称内存)，由半导体
13、材料构成。内存分为只读存储器和随机读写存储器。 只读存储器ROM 特点：存储的信息只能读出，不能随机改写或存入，断电后信息不会丢失，可靠性高。 ROM分类 (1) 掩膜式 ROM(Mask ROM) (2) 可编程 PROM(Programmable ROM) (3) 可擦除 EPROM (Erasable PROM) (4) 电可擦 EEPROM(Electrically EPROM) (5) 快擦写 ROM(Flash ROM) 随机存储器RAM 特点：用于存放原始数据、中间结果、最终结果。开机前是空的，断电后数据消失。 RAM 分类: SRAM：静态RAM。不需要充电来保持数据完整性，成
14、本高且集成低，一般做高速缓冲存储器。 (2) DRAM：动态RAM。需要定时充电来保持数据的完整性，通常所说的“内存”主要由它构成。一般指以下两种类型： SDRAM-同步动态存储器 DDR-双倍速率内存 (DDR2-四倍速率内存DDR3) Cache(高速缓存 ) Cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU与主存之间速度不匹配而采用的一种重要技术。其中片内Cache是集成在CPU芯片中，片外Cache是安插在主板上。高速缓冲存储器的存取速度比主存要快一个数量级，大体与CPU的处理速度相当。 多级缓存 最早的CPU缓存容量很低。当集成在CPU内核中的缓存已不能满足CPU的需求，而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量时，出现了集成在与CPU同一块主板上的缓存，此时把CPU内核集成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。 现在多数CPU内部也有二级缓存，于是二级缓存又可分为内部二级缓存和外部二级缓存。较高端