第一章　计算机科学技术基础
第一节　计算机基础知识
1.1　计算机概述
一、计算机的发展历史
1946年2月世界上第一台计算机 ENIAC(电子数字积分计算机)，不具备存储程序的能力，在美国诞生。
（1）EDVAC是电子离散变量自动计算机
（2）EDSAC是延迟存储电子自动计算机，是英国1949年投入的世界第一台存储程序的电子计算机。
＊第一代计算机（1946－1956年）：采用电子管作为逻辑器件。
＊第二代计算机（1956－1963年）：采用晶体管作为逻辑器件。
＊第三代计算机（1964－1971年）：采用中、小规模集成电路作为逻辑器件。
＊第四代计算机（1971－现在）：采用大规模或超大规模集成电路作为逻辑器件。
二、计算机分类
＊根据规模大小、运算速度快慢、指令系统功能的强弱、内存容量的大小、配套设备的情况以及软件系统的丰富等，计算机可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机。
＊根据结构原理不同，计算机可以分为数字计算机、模拟计算机和数字模拟混合计算机。
＊根据用途及其使用的范围，计算机可分为通用计算机和专用计算机。
三、计算机特点
＊运算速度快
＊计算精确度高
＊具有存储功能
＊具有逻辑判断功能
＊高度自动化
＊适用范围广，通用性强
四、计算机应用
＊科学计算
＊数据处理
＊自动控制
＊人功智能（Artificial Intelligence,AI）
＊辅助设计
(1)计算机辅助设计（CAD）；（2）计算机辅助制造（CAM）；（3）计算机辅助教学（CAI）；（4）计算机集成制造系统（CIMS）；（5）计算机辅助测试（CAT）。
＊计算机网络
1.2 计算机中数据存储的组织形式
  计算机内部所有的数据，无论是程序还是图像都是以二进制形式存放的。
  1、位（bit）
位是计算机存储设备的最小单位，由二进制中的0或1组成。
2、字节(byte)
字节简写为“B”，一个字节由8个二进制位编码组成，即1字节等于8位。字节是计算机处理数据的基本单位。
3、字（Word）
CPU处理信息一般是以一组二进制数码作为一个整体来参加运算或处理的，一次存取、处理和传输的数据长度为字。一个字通常由一个或多个字节构成，用来存放一条指令或一个数据。
4、字长
一个字中所包含的二进制的位数称为字长。一个字长可以表示许多不同的内容，较长的字长一次可以处理的信息更多，处理的数字位数越大，速度也就越快。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。
5、存储容量
某个存储设备所能容纳的二进制信息量的总和为存储设备的存储容量。存储容量用字节数来表示，1KB＝1024B，1MB＝1024KB，1GB＝1024MB，1TB＝1024GB。
1.3　信息编码
一、西文字符编码
美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange,ASCII）。7位的ASCII码称为标准ASCII码字符集，计算机采用一个字节（8位）表示一个字符，但实际只使用字节的低7位，而字节的最高位为0，所以可以表示128个字符，其中包括10个数字，52个大、小写英文字母以及32个标点符号、运算符和34个控制码等。
二、汉字编码
1、汉字输入码宫2赵丽颖陈晓
目前常用的输入法大致分为两类：拼音输入法和字型输入法。汉字在计算机内部都是以机内码形式表示的。
2、汉字国际码
GB2312－80是我国于1981年颁布的一个国家标准，即国家标准信息交换用汉字编码字符集，其二进制编码称为国标码。国标码用两个字节表示一个汉字，并且规定每个字节只用低7位。GB2312－80国标字符集由三部分组成：第一部分为字母、数字、和各种符号，共682个；第二部分为一级常用汉字，按汉语拼音排列，共3755个；第三部分为二级常用汉字，按偏旁部首排列，共3008个，总计7445个字符。
GB18030是对GB2312－80国标字符集扩充，汉字增加至27484个。
3、汉字机内码
汉字机内码是在计算机内部进行存储、传输和加工时所使用的统一机内代码。一个国标码占用2个字节，每个字节的最高位仍是0；英文字符的机代码是7位的ASCII码，最高位也是0。为了计算机内部能够区分汉字国标码和ASCII码，将国标码每个字节的最高位设为1，变换后的国标码称为机内码。
4、汉字字型码
汉字字型码是表示汉字字型的字模码，是汉字的输出形式，用于在显示屏或打印机输出汉字，通常用点阵、矢量等方式表示。用点阵且示汉字时，汉字字型码就是这个字型的点阵的代码。简易型汉字为16×16，提高型汉字为24×24点阵、32×32点阵、48×48点阵等。用矢量表示方法的是描述汉字字型的轮廓特片。当要输出汉字的时候，通过计算机的计算，由汉字字型描述信息生成所需的大小和形状的汉字点阵。
1.4数制与编码
一、数制的基本概念
1、十进制计数制
2、二进制数怎么查个人档案
3、八进制数
4、十六进制数。
二、关于二、十、十六进制之间的转换
1.5　计算机硬件系统组成
一、“存储程程序控制”计算机的概念
美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了“存储程序控制”的计算机方案，其核心是“存储程序”和“程序控制”。他在方案中提出了三条：
1、计算机的基本结构：计算机硬件应具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五部分。
2、采用二进制：二进制数便于硬件的物理实理以，又有简单的运算规则。
3、存储程序控制：存储程序实现了自动计算，确定了冯·诺依曼型计算机的基本结构。
二、计算机硬件系统的组成
硬件系统：主机和外部设备。主机分为中央处理器（运算器和控制器）和内存储器。外部设备分为外存储器、输入设备、输出设备、其他。
  1、中央处理器（运算器和控制器）
（1）运算器也称为算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit,ALU），用于执行所有算术和逻辑运算指令。计算机最主要的工作是运算，大量的数据运算任务是在运算器中进行的。
（2）控制器负责把指令逐条从存储器中取出，经译码分析后向整机发出取数、执行、存数等控制命令，以保证正确完成程序所要求的功能。一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。
每一条指令的执行过程可以分成如下四个基本操作：
＊取出指令：从存储器某个地址中取出要执行的指令。
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＊分析指令：把取出的指令送到指令译码器中，译出与指令对应的操作。
＊执行指令：向各个部件发出控制操作，完成指令要求。
＊为下一条指令做好准备。
（3）CPU与寄存器通过内部数据总线相互连接，并通过外部总线（数据总线、地址总线、控制总线）同主存储器和外部设备进行数据交换的。
2、存储器
存储器是计算机的记忆部件，它的职能是存储程序和数据。
（1）按存储器能否直接与CPU交换信息来区分，可分为主存储器和辅助存储器。
（2）按存储介质的材料及器件的不同可分为磁介质存储器、半导体存储器以及激光光盘存储器。
（3）按存取方式不同，存储器可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。
＊EPROM： Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM)芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。
＊EEPROM：(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电可擦可编程只读存储器--一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用。
3、输出设备
4、输出设备
1.6　计算机软件系统组成
计算机的软件系统是程序和程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。（系统软件和应用软件）
一、系统软件
系统软件是指控制计算机的运行、管理计算机的各种资源并为应用软件提供支持和服务的
一类软件，是保证计算机系统正常工作必须配备的基本软件。系统软件通常包括操作系统、语言处理程序和各种服务性程序。
1、操作系统
操作系统软件的核心，是现代计算机的必备软件。它对计算机所有资源进行统一管理，使计算机的使用变得方便简捷。操作系统的功能主要表现在五大管理：处理机管理、文件管理、作业管理、设备管理、存储管理。
按功能分。操作系统可分为两大类：实时操作系统和作业处理系统。
操作系统根据处理方式、运行环境、服务对象的不同，有如下分类：（1）单用户操作系统。（2）批处理操作系统。（3）实时操作系统。（4）分时操作系统。（5）网络操作系统。（6）分布式操作系统。
2、计算机语言
计算机能识别并执行的信息符号代码的指令集合称为计算机语言。
（1）机器语言
（2）汇编语言
（3）高级语言
3、服务性程序
服务性程序是指协助用户进行软件开发和硬件维护的软件。如各种开发调试工具软件、编辑程序、诊断程序等。
二、应用软件
妻夫木聪女友应用软件是在系统软件基础上为解决用户的具体问题，面向某个领域而设计的软件，因此又分为通用软件和专用软件。
常见的应用软件有文字处理软件、工程设计绘图软件、办公事务管理软件、图书情报检索软件、医用诊断软件、辅助教学软件、辅助设计软件等。
1.7　计算机系统主要技术指标
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  1、字长
一个字中所包含的二进制的位数称为字长。一个字长可以表示许多不同的内容，较长的字长一次可以处理的信息更多，处理的数字位数越大，速度也就越快。字长是衡量计算机性能的一个重要指标。
2、主频
主频是指计算机的时钟频率，即CPU在单位时间（每秒种）发出的脉冲数，单位为MHz。它在很大程度上决定了计算机的运算速度。通常主频越高、速度越快。
3、运算速度
计算机的运算速是指平均运算速度，即计算机每秒所能执行的指令条数，单位是MIPS（每秒百万条）。
4、存取周期
存取周期是指存储器进行连续操作所允许的最短时音间隔，即从发出一条读写指令到能够
发出下一条读写指令所需的最短时间。存取周期越短，存取速度越快。计算机内存储器的存取周期一般在几十到几百纳秒。
5、存储容量颜丙燕主演的电视剧
存储容量主要指内存储器的容量。内存容量越大，它所能存储的数据和运行程序就越多。程序运行的速度就越快。
1.8计算机原理
一、进程
1、进程的介绍
进程是操作系统结构的基础；是一个正在执行的程序；计算机中正在运行的程序实例；可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体；由单一顺序的执行显示，一个当前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。
进程是由进程控制块、程序段、数据段三部分组成。一个进程可以包含若干线程(Thread)，线程可以帮助应用程序同时做几件事(比如一个线程向磁盘写入文件，另一个则接收用户的按键操作并及时做出反应，互相不干扰)，在程序被运行后中，系统首先要做的就是为该程序进程建立一个默认线程，然后程序可以根据需要自行添加或删除相关的线程。是可并发执行的程序。在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，也是称活动、路径或任务，它有两方面性质：活动性、并发性。进程可以划分为运行、阻塞、就绪三种状态，并随一定条件而相互转化：就绪--运行，运行--阻塞，阻塞--就绪。