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第一章、计算机基础知识 ​

计算机的起源 ​

ENIAC

  • 世界上第一台计算机
  • 电子数字积分计算机
  • 于 1946 年 2 月在美国的宾西法尼亚大学正式投入运行，采用 十进制

1946 可以记为 “你就是 6”

图灵

  • 图灵机
  • 可计算机性理论
  • 计算机科学之父，人工智能之父

冯·诺依曼

  • 现代计算机之父
  • 提出 冯·诺依曼体系结构
    • 控制器
    • 存储器
    • 运算器
    • 输入设备
    • 输出设备
  • 研制出了使用 存储程序 思想的 EDVAC
  • 存储程序 是 冯·诺依曼思想的核心
  • 以 存储程序 为基础的计算机统称为冯·诺依曼机
  • 提出的工作原理： 存储程序和程序控制

莱布尼茨

  • 二进制

计算机的发展阶段 ​

分代电子元器件运算速度（每秒）软件应用
第一代电子管几千次机器语言、汇编语言军事领域、科学计算
第二代晶体管几十万次高级语言数据处理、工业控制
第三代中小规模集成电路几百万次操作系统、会话式语言文字处理、图形处理
第四代大规模、超大规模集成电路上亿次甚至亿亿次数据库、计算机网络社会的各个方面
  • 1956 开始研制计算机
  • 1958 第一台电子管计算机
  • 1973 集成电路计算机
  • 1983 银河 1
  • 至今 天河、曙光、深腾、神威

超级计算机： 银河 1、天河、曙光、深腾、神威

计算机的特点 ​

摩尔定律： 集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过 18 个月到 24 个月便会增加一倍

  • 运算速度 快： 电子器件
  • 计算精度 高： 可靠性很高，差错率极低
  • 存储容量 大： 计算机的存储性是计算机区别于其他计算工具的 重要特征
  • 具有逻辑判断能力： 分析命题是否成立，并可根据命题成立与否采取相应的对策
  • 工作自动化： 根据人们预先编制的 程序 自动 控制 执行的
  • 通用性强： 应用于各种领域的基础

计算机的分类 ​

划分依据分类
处理对象模拟计算机、数字计算机、混合计算机
用途专用计算机和通用计算机
性能指标（字长、运算速度、存储容量等）巨型机、大型机、小型机、微型机和工作站

计算机的应用 ​

  • 科学运算（数值计算） ：如航天工程、气象、地震、核能技术、石油勘探、密码解译
  • 信息处理（数据处理、事务处理）
  • 过程控制（实时控制、自动控制）
  • 计算机辅助系统
  • 人工智能
  • 网络应用
  • 多媒体技术
  • 嵌入式系统

计算机辅助系统分类：

类别简写单词
计算机辅助设计CADComputer Aided Design
计算机辅助制造CAMComputer Aided Manufacturing
计算机辅助测试CATComputer Aided Testing
计算机辅助教学CAIComputer Assisted Instruction
计算机辅助教育CBEComputer Based Education
计算机辅助工程CAEComputer Aided Engineering
计算机管理教学CMIChartered Management Institute
计算机辅助工艺规划CAPPComputer Aided Process Planning
计算机集成制造系统CIMSComputer Integrated Manufacturing System

计算机的发展趋势 ​

  • 巨型化
  • 微型化
  • 网络化
  • 智能化

计算机工作原理 ​

  • 指令的概念

    • 指令 是指计算机执行某种操作的 命令，它由一串二进制数码组成
    • 所有指令集合成为计算机的指令系统。

  • 指令的组成

    • 操作码 ： 机器执行上面操作
    • 地址码（操作数） ： 执行对象（具体数、存放位置）

  • 指令的分类

    • 单地址指令
    • 双地址指令
    • 三地址指令

  • 计算机工作过程

    • 取指令
    • 分析指令
    • 执行指令
    • 以上步骤执行完之后，指令计数器加一，为执行下一条指令做准备

计算机系统的组成 ​

  • CPU = 运算器 + 控制器
  • 主机 = 运算器 + 控制器 + 存储器
  • 外设 = 输入设备 + 输出设备
  • 裸机： 未配置任何软件的计算机，它是计算机完成工作的物质基础
  • 计算机系统
    • 硬件系统
      • 运算器：用于控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各指令
      • 控制器：负责对信息进行加工和运算，它的速度决定了计算机的运算速度
      • 存储器： 分为内存储器（主存储器） 和 外存储器（辅存储器）
      • 输出设备
      • 输入设备
    • 软件系统
      • 系统软件
      • 应用软件
  • 存储器
    • 只读存储器（RAM）
      • 只能读不能写
      • 断电后不消失，可靠性高
      • 主要用来存放 BIOS（基本输入输出系统）
    • 随机存储器（ROM）
      • 可读可写
      • 断电会消失
      • 微机内存（运行内存） 一般指 RAM
      • 又分为 静态随机存储器（SRAM） 和 动态随机存储器（DRAM）
    • 高速缓存（Cache）：协调 CPU 和内存的速度差
    • 外存：可以长期保存，不可和 CPU 直接交换数据

计算机软件系统 ​

  • 分为 系统软件 和 应用软件
  • 软件是计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和
  • 操作系统是直接运行在裸机上最基本的系统软件

程序设计基础 ​

  • 程序 = 算法 + 数据结构
  • 算法的主要特征： 有穷性、确定性、可行性
  • 程序设计语言：机器语言、汇编语言、高级语言
  • 低级语言 = 机器语言 + 汇编语言
  • 源程序指用高级语言编写的程序
  • 高级语言两大类：解释型、编译型

微型计算机 ​

  • 分类
    • 单片机
    • 单板机
    • PC（个人计算机）
  • 性能指标
    • 主频：CPU的时钟频率（工作频率），单位 赫兹（HZ）
    • 字长：CPU一次能处理的二进制数据的位数
    • 存储容量
    • 存储周期
    • 运算速度：每秒执行指令的条数

计算机中信息的表示 ​

计算机中都采用 二进制形式表示和处理

计算机采用二进制的原因

  • 易于表示，技术实现简单
  • 运算简单
  • 适用于逻辑运算
  • 可靠性高

进制记数制的概念

  • 数码 ： 如果是 10 进制 0 ～ 9，如果是二进制 0 ～ 1
  • 基数 ： 几进制
  • 位权 ： 不同位置上的权值
十进制
数码 ： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
基数 ： 10
位权 ： 1 10 100 1000 10000 ...
二进制
数码 ： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
基数 ： 2
位权 ： 1 2 4 6 8 16 ...

常用的几种进制计数制

  • 十进制 （D）0 ～ 9
  • 二进制 （B）0 ～ 1
  • 八进制 （O）0 ～ 7
  • 十六进制（H） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

逻辑运算规则

  • 与（AND）：
0 0 0 1
0 0 1 1
- - - -
0 0 0 1
  • 或（OR）：
0 0 0 1
0 0 1 1
- - - -
0 0 1 1
  • 非（NOT）：
0 0 0 1
1 1 1 0
  • 异或（XOR）：

    相同为 0，不同为 1

0 0 1 1
0 0 1 0
- - - -
0 0 0 1

进制转换

  • x 进制转换十进制

    位权展开求和：按位权展开，然后按照十进制规则进行求和计算，其结果就是转换后对应的十进制数

  • 十进制转换 x 进制

    • 整数部分： 除基取余倒着连
    • 小数部分： 乘基取整正着连

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