@scrolllock 2018-10-04T00:06:04.000000Z 字数 3387 阅读 252

计算机基础知识

初赛

https://www.zybuluo.com/scrolllock/note/1299650

计算机概述

发展代别

代别	年代	逻辑电子原件
一	1946-1958	电子管
二	1959-1964	晶体管
三	1965-1970	集成电路
四	1971-	超大规模集成电路

第一台

1946年,美国宾夕法尼亚大学,ENIAC,每秒5000次加法

冯-诺依曼

1944,提出基本结构和工作方式设想
硬件设备由: 存储器, 运算器, 控制器, 输入设备, 输出设备.
存储程序思想: 把计算过程描述为命令一定定顺序组成的程序,把程序和数据一起输入计算机,处理后输出

分类

巨型机, 大型机, 中型机, 小型机, 微型机, 工作站

计算机系统基本结构

中央处理器(CPU)

组成: 运算器, 控制器, 寄存器
主要性能指标: 主频, 字长(见下文)
重要事件
- 1971 英特尔, 第一台4004, 4位

存储器

CPU <----> 内存 <----> 外存

主存储器, 内存

特点及性质:

可以被CPU直接访问, 速度快, 容量小
每个存储单元存放 $1$ 个 $8$ 位二进制数, 即 $1$ 字节
每个字节有固定编号, 即地址

分类:

RAM, 读写存储器(俗称内存), 断电消失
ROM, 只读存储器, 断电不消失
Cache, 高速缓冲存储器, 在CPU与内存之间高速小容量存储器

辅助存储器, 外存

软盘, 硬盘, 闪存(U盘), 光盘

总线结构

数据总线, 连接CPU与各部件, 双向
地址总线, 宽度决定可以访问存储器容量
- 如 $32$ 位,能访问 $2^{32}$ (Byte)
控制总线, 控制传输信号

计算机常用指标

字长, 一台计算机能处理二进制代码位数, 影响精度, 数值范围, 信息
- 如 $8$ 位字长, 有 $8$ 位的寄存器, 每次能处理 $8$ 位的数据
运算速度, 单位: MIPS每秒百万条指令
主频, CPU时钟频率, 越高越快, MHz, GHz
内存容量, 内存储器总字节数, GB

软件系统

系统软件

桌面操作系统

类Unix, MacOSX, Linux(Debian, Ubuntu...)
Windows

服务器操作系统

Unix系列, SUNSolaris, IBM-AIX, HP-UX, FreeBSD, OS X Server
Linux系列, Red Hat Liunx, CentOS, Debian, UbuntuServer
Windows系列, Windows NT server, 等

计算机指令

指令是一组二进制代码.
由 操作码 和 操作数 组成, 前者要完成的操作(不可少), 后者操作针对对象(可以没有)
指令系统, 是一种计算机所能识别并可执行的全部指令的集合

计算机语言

机器语言

计算机能直接识别, 且速度快
书写困难, 记忆复杂, 可移植性差

汇编语言

助记符编写, 用符号代替机器指令
不能被计算机直接识别
源程序--(翻译程序)-->目标程序--(连接程序)-->可执行程序
可移植性差

高级语言

编译方式

源程序--(编译程序)-->目标程序--(连接程序)-->可执行程序
编译语言, 效率高, 可靠性高, 可移植性好
C/C++, Pascal/Object Pascal

解释方式

源程序--(解释程序)-->可执行程序
边扫描边解释
ASP, PHP, Java, VBScript, Python, Perl, Ruby

面向对象

借鉴人工智能语言LISP
第一个SIMULA67, 第二个Smalltalk
纯Smalltalk, EIFFEL
混C++, Objective-C

数值转换

二进制与十进制

二转十: 按权展开求和
十转二:
- 整数, 模 $2$ 取余, 逆序
- 小数, 乘 $2$ 取整, 顺序
其他同理

信息编码表示

基本概念

编码, 将信息转化成 $01$
数据, 能被计算机接受处理的符号
比特, 指 $1$ 位二进制数码
字节, $8$ 比特, 字节是存储器系统最小存取单位

ASCII

$00(H)$ - $7F(H)$
$00000000$ - $01111111$
$7$ 位编码, 必须占圈 $1$ 个字节, 即 $8$ 位, 最高位是 $0$ , 其余位为ASCII码值
最高位为 $1$ 的是扩展的

内码和外码

内码: 被计算机内部进行存储和运算使用的数字代码
外码: 计算机与人进行交换的字形符号

汉字

GB2312-80(汉字交换码)

一级 $3755$ 按拼音, 二级 $3088$ 按部首
区位码: 区码为行, 位码为列, $01$ 到 $94$ 的十进制
国标码: $21$ 到 $73$ 的十六进制, 区位码行列加十进制数 $32$

字形存储码

供计算机输出汉字用的二进制信息, 字模, 通常是点阵
$16*16$ 或 $24*24$ , $16*16$ 需 $8 * 32$ (bit)

图形

分辨率:横像素*纵像素
常见:
- $256$ 色(像素点 $8$ 位),
- $24$ 位真彩色(像素点 $24$ 位,颜色数 $2^24$ ,分别 $8$ 位R,G,B)
真彩色一般 $24$ 位( $32$ ?)

= 像素 * 像素 * 几位色(bit)

视频

= 图片容量 * 帧频 * 时间

音频

= 采样频率 * 量化位数 * 时间 * 声道数(bit)

原码补码反码

原码

最高位为 $1$ 表示负数
为 $0$ 表示正数

反码

正数反码为本身
负数反码为除符号位以外取反

补码

正数补码为本身
负数补码为反码 $+1$

关与补码原理
直接用原码运算负数不能得到正确的值, 所以要用取模的方式
摘取:

 # 按以上理论，减一个数等于加上它的补数，所以
 5 - 3
 # 等价于 
 5 + (16 - 3)   // 算术运算单元将减法转化为加法
 # 用二进制表示则为：
 0101 + (10000 - 0011)
 # 等价于
 0101 + ((1 + 1111) - 0011)
 # 等价于
 0101 + (1 + (1111 - 0011))
 # 等价于
 0101 + (1 + 1100) // 括号内是3（0011）的反码+1，正是补码的定义
 # 等价于
 0101 + 1101
 # 所以从这里可以得到
 -3 = 1101
 # 即 `-3` 在计算机中的二进制表示为 `1101`，正是“ -3 的正值 3（`0011`）的补码（`1101`）”。
 # 最后一步 0101 + 1101 等于
 10010

表示范围

前提为 $N$ 位二进制

原码: 无符号 $[0, 2^n-1]$ , 有符号 $[-2^{n-1}+1, 2^{n-1}-1]$
反码: 有符号 $[-2^{n-1}+1, 2^{n-1}-1]$
补码: 有符号 $[-2^{n-1}, 2^{n-1}+1]$

定点表示法

所有数小数点的位置固定不变

浮点表示法

由尾数和阶码组成
尾数表示数的有效数值, 阶码表示小数点的位置

计算机网络

网络定义

网络中计算机之间通信靠协议进行

Internet

特点

规模最大,用户最多,影响最广
本身拓扑是虚拟的,无固定形式

我国四个全国范围的公用网络:

中国公用计算机互联网(CHINANET)
中国科技网(CSTNET)
中国教育和科研计算机网(CERNET)
中国网通公用互联网(CNCNET，包含金桥网CHINAGBN）

服务

万维网(WWW, World Wide Web)
电子邮件(E-mail)
- 传输协议SMTP, 接受协议POP3
- 地址格式: <用户标识>@<主机域名>
文本传输协议(FTP, File Transfer Protocol): 用于计算机间传输文件
远程登录(Telnet): 通过因特网与其他主机连接

关于网页

HTML, WWW的网页文件是超文本标记语言编写(Hyper Text Markup Language), 并通过超文本传输协议HTTP(Hyper Text Transmission Protocol)支持下运行
URL, (Uniform Resource Locator), 统一资源定位器, 格式: 协议名://地址

网络的体系结构

国际标准化组织ISO提出OSI参考模型
互联网的协议就是 TCP/IP，TCP/IP 就是互联网的协议

IP地址

概述

IP地址, 是用于标识IP Internet网络上节点的地址
每个几点必须指派唯一地址

组成

有 网络ID 和 唯一的主机ID 组成
网络标识必须保证相互连接的每个段的地址不相重复.而相同段内相连的主机必须有相同的网络地址.
主机标识则不允许在同一个网段内重复出现

域名

格式: 开头 - 主机名 - 主机类别 - (国家名)
顶级域名三类
- 国家顶级域名
- 国际顶级域名, int
- 通用顶级域名, com, net, edu, gov
DNS: 用来管理域名和IP地址之间的映射的计算机, 域名服务器