计算机基础
1 计算机体系结构
1.1 冯·诺伊曼体系
- 采用二进制数的形式表示数据和指令
- 将指令和数据同时存放在存储器中
- 内存采用一维线性方式存储
- 由控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成计算机
1.2计算机硬件
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运算器和控制器
运算器和控制器统称CPU（中央处理器），包含复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC），指令集是CPU用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合。
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存储器
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内存储器
分为ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器），特点是：速率快，与CPU直接交换数据；采用一维线性寻址方式，价格高容量小。
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外存储器
特点是：速率慢，不能与CPU直接交换数据；断电后信息能长期保存；价格低，容量大。
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cache高速缓冲存储器
其中一级缓存：整数；二级缓存：浮点数；三级缓存：其他。
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主板
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北桥芯片（主桥）
包含：CPU、内存和显卡
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南桥芯片
包含：键盘控制器、USB和网卡
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总线
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数据总线
是CPU与内存或其他期间之间的数据传送的通道；数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度；每条传输线一次只能传送一位二进制数据；数据总线是数据线数量之和。
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地址总线
CPU是通过地址总线来指定存储单元的；地址总线决定了CPU所能访问的最大内存空间的大小。
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控制总线
CPU通过控制总线对外部器件进行控制；控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。
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BIOS（基本输入输出系统）
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用于计算机开机过程中各种硬件设备的初始化和检测的芯片
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为计算机提供最低级、最直接的硬件控制功能
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硬件自检过程
1、通电自检；2、显卡自检；3、CPU自检；4、内存自检；5、硬盘自检；6、其他输入输出设备自检。自检结束后，把引导权交给操作系统。
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CMOS芯片（互补金属氧化物半导体存储器）
是微机主板上的一块可读写的RAM芯片；是一种低耗电的存储器；用来存放BIOS中的设置信息以及系统时间和日期。
1.3 计算机软件
软件是指程序、程序运行所需要的数据以及卡法、使用和维护这些程序所需要的文档的集合（软件=程序+文档+数据）。
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系统软件
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操作系统
是系统软件的核心；是用户和计算机之间的接口；提供了软件的开发环境和运行环境。
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语言处理程序
把我们所写的源程序转换成计算机能识别并执行的程序。
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数据库系统
有效地实现数据信息的存储、更新、查询、检索等，有组织的动态的存贮大量数据。
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网络管理系统
通过某种方式对网络状态进行调整，使网络能正常、高效地运行。
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应用软件
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软件包和用户程序
为了解决各种实际问题而设计的计算机程序，通常由计算机用户或专门的软件公司开发；是计算机的第二层扩充。
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1.4 进制转换
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正数
符号位为0；原码、反码、补码相同。
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负数
符号位为1；反码：除符号位外其余各位取反；补码：反码+1。
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注意
计算机底层都是以补码的方式来存储数据的。 -
进制
二进制：B
八进制：O（以0o开头）
十进制：D
十六进制：H（以0x开头）
1.5 计算机中的单位
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字节
计算机中处理信息的最小单位，Byte（1Byte=8 bit）。
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位
计算机中表示信息的最小单位，bit
2 操作系统
2.1 定义
- 是计算机硬件的第一级扩充
- 是计算机的管理者
- 是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机的一个大型系统文件。
2.2 发展
- 操作系统的诞生——UNIX
- DOS的产生与发展——单任务、单用户
- Windows的产生与发展——多任务、多用户
- 苹果操作系统的发展
2.3 存储管理功能
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主要任务
方便永久使用和提高存储器的利用率。
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内存分配
为每道程序分配内存空间，允许正在运行的程序申请附加的内存空间，满足程序和数据动态增长的需求。
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内存保护
主要确保每道用户程序都在自己的空间中进行，互不干扰，互相保密。
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地址映射
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内存扩充
通过对虚拟存储计算从逻辑上来扩充内存的容量，满足用户需求提高系统的性能。
2.4 设备管理功能
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主要任务
完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备，并控制I/O的执行。
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缓冲管理
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设备分配
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设备处理
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设备独立性和虚拟设备
2.5 文件管理功能
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主要任务
解决用户文件和系统文件的存储共享，保密。
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文件存储空间的管理
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目录管理
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文件的读、写管理和存取控制
2.6 处理机管理功能
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主要任务
对处理机（CPU和内存）进行分配，并对其进行有效的控制和管理；以进程为基本单位。
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进程
是一个执行中的程序；是拥有资源的基本单位；是拥有资源的一个独立单位；是完成用户任务的执行实体；一个进程可以包含多个线程，且所有线程共享整个进程的资源；至少有一个线程。
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线程
是CPU调度和分配的基本的单位；是进程中的一个实体；不拥有系统资源；同一进程中的多个线程之间可以并发执行。
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作业
从外存放到内存的一个过程；包含一个或多个进程；作业就是交给计算机运行的用户程序；是一个独立的计算任务或事物处理；是向操作系统申请分配资源的基本单位；是用户向计算机提交的任务实体。
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处理机管理的四个方面
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进程控制
1、创建进程；2、为进程分配必要的资源；3、控制各类进程状态的转换；4、结束进程、收回该资源。
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进程同步
对诸多进程进行协调和控制。
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进程通信
多个进程共同完成一个应用程序时，相互之间进行信息的交换。
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调度
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作业调度
按照一定算法在后备队列中选择若干个作业分配资源并调入内存，建立进行，按照一定算法插入就绪队列。
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进程调度
按照一定算法选择一个进程分配处理机执行。
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3 文件系统
3.1 定义
是指操作系统中管理信息资源的一组系统软件、数据结构和文件，它实行文件的存取、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护机制，提供操作文件的接口，方便用户“按名存取”。
3.2 功能
- 提供文件操作命令
- 目录管理
- 文件存储空间的管理
- 文件的共享与保护
3.3 类型
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FAT 32
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U盘
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最大支持文件：4GB
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最大支持分区：32G
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碎片整理：手动
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分区压缩：不支持
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对文件加密：不加密
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运行速度：快
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NTFS
- 本地磁盘
- 移动硬盘
- 最大支持文件：64GB
- 最大支持分区：2048G
- 碎片整理：自动
- 分区压缩：支持
- 对文件加密：加密
- 运行速度：慢
