第一章计算机及信息技术概述
1.电子计算机的发展历程
①1946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。
②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（CAM）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=2
O,1
2i
B（Binary）
八进制
逢八进一
R=8
0,1,…,7
8i
O（Octal）
十进制
逢十进一
R=10
0,1,…,9
10i
D(Decimal)
十六进制
逢十六进一
R=16
0,1…,9,A,.F
16i
H(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=Rn
6.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)
常用的字节计数单位：
1KB＝1024 Byte (210B) 1MB＝1024 KB (220B)
1GB＝1024 MB (230B) 1TB＝1024 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a＋b＝M，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
üBCD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。
üASCII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中状态，即128种状态。
ü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16×16、24×24、48×48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
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CPU
CPU：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）
(4) 工作电压（低电压可减少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：
②指令寄存器。保存现在正在执行的指令；
③指令译码器。用来识别指令的功能，分析指令的操作要求；
④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；
⑤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：
①SDRAM—同步动态存储器
②DDR—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。较高端的CPU中还会带有三级缓存。
6.总线
总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通道，是计算机硬件的一个重要组成部分。
②数据总线。传输的是数据，一般是双向传输。CPU进行“读”时，数据由外设流向CPU，当CPU进行“写”时，数据由CPU流向外设。
③控制总线。有的是CPU向内存或外部设备发出的信号；有的是内存或外部设备向CPU发出的信号。对每条控制线而言信号是单向传送，但作为整体是双向的。
系统总线标准大致可分为ISA总线、PCI总线、PCI Express三个阶段。
①ISA总线。是最早的8位系统总线。后来扩展到16位。ISA是现代个人计算机的基础。
②PCI总线。主要特点是传输速度高，广泛应用于现代微机中。
③AGP总线。专为系统中一块图形显示卡设计的总线。
④PCI Express总线。是新一代的总线接口。
7.接口
I/O接口是连接主机和外部设备之间的逻辑部件，由I/O接口电路、连接器(一般为连接电缆)和接口软件(即设备驱动程序)组成。
根据I/O接口是否内嵌在主板中，可将I/O接口分为内置I/O接口和外置I/O接口两类。
(1) 内置I/O接口
将I/O接口电路内嵌在主板中，由主板提供外设接口电路插座，如键盘接口、鼠标接口、USB接口、串口、并口及软硬盘接口等。
(2) 外置I/O接口
将I/O接口集成到一块独立的电路板(接口卡)上，接口卡必须插在总线扩展插槽上(如PCI、PCI Express插槽等) 。
8.输入/输出子系统 简称外设
非存储设备 常见的非存储设备有；键盘、鼠标和显示器、打印机。
存储设备 也叫外存。存储设备通常分为磁介质、光介质、半导体介质。
1)磁介质 磁介质存储设备使用磁性来存储数据位。最常见的磁介质存储设备是磁盘和磁带。软盘、硬盘都是属于磁介质的存储设备。软盘因为在读写速度、存储稳定性、存储容量上不能满足用户的需要而几乎被淘汰了。
2)光介质 光存储设备是使用激光技术来存储和读写数据。CD-ROM/CD-R/DVD
3)半导体存储设备 半导体设备普通采用一种叫做“Flash Memory”的技术，即闪存技术。主要代表物是U盘
9.光盘存储器
光盘简称CD(Compact Disc)是利用塑料盘片表面凹凸不平的特征，通过光的反射来记录和识别二进制的0、1信息。
光盘的分类:
??只读型光盘
只读光盘中的数据是在制作时写入的，用户只能读数据，而不能写入或修改光盘中的数据。音频光盘CD-DA、数据光盘CD-ROM、VCD、DVD等都属于只读光盘。
??一次写入光盘
这种光盘允许一次写入数据，但不能修改和擦除数据，如CD-R。
??可擦写光盘
这种光盘可多次写入或修改数据，如CD-RW。
10.硬盘
硬盘是微机最重要的外部存储器，常用于安装微机运行所需的系统软件和应用软件，以及存储大量数据。
??硬盘存储格式
硬盘是由多个涂有磁性物质的金属圆盘盘片组成，盘片的每一面都有一个读写磁头，在对硬盘进行格式化时，将对盘片进行划分磁道和扇区，对于大容量的硬盘还将多个扇区组织起来成为一个块——“簇”，簇成为磁盘读写的基本单位。有的簇是一个扇区，有的有好几个扇区，可以在格式化的参数中给定。
??硬盘性能指标
①硬盘的容量。现在微机上所配置的硬盘一般在200GB以上。
②硬盘的转速。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快。现在的主流硬盘转速一般为7200rpm以上。
③缓存。硬盘自带的缓存，缓存越多，越能提高硬盘的访问速度。
??硬盘接口
硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，IDE接口硬盘多用于家用产品中，SATA是种新生的硬盘接口类型。
??硬盘格式化
①硬盘低级格式化。主要是对一个新硬盘划分磁道和扇区。
②硬盘分区。把硬盘划分为成若干个相对独立的逻辑分区。
③硬盘高级格式化。高级格式化主要是对指定的硬盘分区进行初始化，建立文件分配表以便系统按指定格式存储文件。。
11.打印机
常用的有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等。
①针式打印机特点。利用钢针击打色带把色带上的墨打印在纸上形成文本或图形。缺点是打印质量差、速度慢、噪声大；优点是可以打多联纸，耗材相对较便宜。
②喷墨打印机特点。打印头上有若干个喷头，打印时，墨水以每秒近万次的频率喷射到纸上。与其它两类打印机相比，在打印质量、速度、噪声及成本方面处于中等层次。
③激光打印机特点。利用激光可以形成很细的光点，将碳粉固着在纸上，加热后碳粉固定在纸上，最后印出文字和图片。优点是打印速度快、噪音低、质量好，缺点是价格及打印成本较高。
对三种打印机的打印效果对比来说，激光最好，喷墨其次，而针式相对较差。
12.计算机指令系统
指令：是指计算机执行特定操作的命令。是程序设计的最小语言单位。
指令系统：是指一台计算机所能执行的全部指令的集合。不同型号的计算机有不同的指令系统。它反映了计算机的处理能力。
可分为以下四个步骤：
③执行指令取出操作数，去完成该指令所要求的操作。例如做加法指令，取内存单元(0270H)的值和累加器的值相加，结果还是放在累加器。
④一条指令执行完成，再回到①取指令阶段开始下一指令的执行。
13.计算机硬件系统的性能指标
(1) CPU的主频。主频越高，单位时间内完成的指令数也越多，CPU工作的速度也就越快。
(2) 字长。字长越长，计算机一次所能处理信息的位数就越多，表现为计算机的运算速度越快。
(3) 运算速度。它是一项综合性的性能指标。是指计算机每秒钟执行的指令数，单位是MIPS，即每秒百万条指令。
(4) 内存容量。内存容量越大，一次读入的程序、数据就越多，计算机的运行速度也就越快。
(5) 内存存取速度。内存连续启动两次独立的“读”或“写”操作所需的最短时间，称为存取周期。
(6) I/O速度。I/O的速度是指CPU与外部设备进行数据交换的速度。目前系统性能的瓶颈越来越多地体现在I/O速度上。
