计算机基础

来自mooc 北京理工大学--《大学计算机》、西安邮电大学《大学计算机基础》

chapter1 导论

1. 基于计算机软件的问题求解方法

有病毒-->查看杀毒软件；磁盘碎片太多了-->磁盘整理软件；启动太慢了-->系统配置实用程序msconfig。

生活中的问题：照片美化，制作一个求职报告，统计学生成绩，软件PS，word，excel。

更加专业的问题：制作鸟巢的三位模型--3dmax 或者maya；求解数学中的正弦拟合--matlab。

有限元计算的软件包 ANSYS。

其他常用软件：

2.基于计算机程序的问题求解方法

实例：人构成的中国印

 这没有现成的软件可以解决，要用程序的方法进行。

3.基于系统的工程的问题求解方法

什么是系统？--计算机系统。

实例：天气预报，需要多台计算机完成。密集观测设置--即使数据采集--实时计算处理。

实例：因特网梅森素数大搜索，利用普通计算机的闲置时间来计算。需要多种系统平台支持（硬件、软件、网络、并行等）

基于计算机系统的工程的问题求解方法：

（1）陈述问题

（2）问题的输入、输出和接口信息

（3）抽象的解答问题

（4）设计解决方案并且转化为程序

（5）用多种方案和数据测试该答案。

 

chapter2 计算机信息数字化基础

二进制：

（1）0,1表示两种状态，容易实现，与生活实际相符（开、关；真、假）

（2）运算规则简单，逢2进1

0+0=0；1+0=1；1+1=10；0*0=0；1*0=0；1*1=1；

2.如何存储数据？：输入--数字化（二进制表达）--输出。

人用十进制（Decimal），计算机用二进制，八进制用于协调人与计算机的矛盾。

（人为啥用十进制？十根手指。。），中国古代用十六进制，半斤八两！一斤=16两。

二进制（Binary）的缺点是太长了。

八进制（Octal）：逢8进1, 7+1=10;77+1=100;

十六进制（H-hexadecimal）：0,1,2,3……A(10)，B，C，D，E，F。例如3F+1=40； AFF+1=B00

数值的基数R（几进制基数就是几）。

不同数制之间的转换。

位值（权值），由位值决定数值大小的值。=R **i

，i 由位置决定。

八进制：

 

其他进制转到十进制很简单，权值展开。

十进制转为其他进制，不断做除法、倒序取余数！

十进制的小数部分，不断乘以2，正序取整数部分进位。

十进制的小数不一定能转为精确的二进制。

二进制转化为八进制  注意2**3=8, 二进制的1000=八进制的10，111=7

把三位看做一个整体，转为为八进制，最前面不够三位的用0补。

 

 同样把八进制转为二进制，一个数变为三个数。

二进制转为十六进制，四位为整体一起看。

文字编码：给每一个字符编号，例如A为65，65=01000001。

计算机底层是英文字符，每台计算机都有西文编码，中国的计算机还有中文编码。

西文编码最常见的是ASCII码（American standard code for information mation interchange）。

用7位二进制码定义了128个字符。包括52个标点，数字等。

信息存储的基本单位是“字节”，一个字节是8位二进制数，任何一个信息存储必须占用整数个字节。一个字符的ASCII码在存放的时候占用一个字节，最高为恒为0.

汉字编码

 

 要对所有的常用汉字都进行编码，特别麻烦。一个字的位置唯一，区位码。一个汉字的存储占用两个字节。汉字与英文的有些编码重合了，如果两者共存，如何区分？机内码。

字形码：根据代码输出汉字的形状。

*计算机中的数据与数值。

数据：泛指计算机内的数值、数字、声音、文字、图片等信息。

数值：可以量化计算的数据。

 

有符号的数的表示：用8位二进制数表示一个有符号的数。第一位是0表示正号，1位负号。

 

 计算错误了。。。怎么办

为了保证负数计算的正确性，求它的补码！

 

最后得到的数是-5？？负数在计算机中都是以补码形式存在的！！因此要知道某个负数到底多少，需要把负数的补码转化为原码。

-1取反=取反+1，得到的结果是一样的。-5的原码如下，就是为-5.

问题：1111 1111表示的数是多少？首先它是一个负数。

方法一：取反+1=1000 0001=-1；

方法二： 补码：是把一个负数写成加几 会变成0的那个数。1111 1111 +1=10000 0000=0；超出了范围，溢出的1会被丢弃掉，就是=0。1111111+1=0，所以1111 1111表示-1.

 正数的取值：

负数的范围：

 

 

 10000000+128（10000000）=0，所以1000000=-128。

 

带小数点的数字表示

数值的定点表示与浮点表示：定点表示、浮点表示

定点表示：小数点的位置固定，表示数的范围很小，现在不再使用了。

浮点表示：小数点的位置变化。采用科学计数法。浮点表示能够表示数据的范围大，但是计算有误差。

    

 

 浮点数分为单精度、双精度。分别是四个字节、八个字节。

双精度浮点数的精度更高。

 

chapter3 计算机硬件系统

什么是计算机系统：硬件系统（看得见摸得着，是物质基础）+软件系统。

只有硬件没有软件的电脑叫做 裸机”。软件分为系统软件、应用软件。

冯诺依曼--计算机之父。ENIAC第一台计算机。

冯诺依曼的贡献：提出并采用了二进制，计算机要有5个部分（运算器ALU、控制器、存储器、输入设备、输出设备），存储程序工作原理。分离了软硬件。

运算器ALU+控制器=CPU。

输入设备：键盘、鼠标; 

输出设备：打印机、显示器。

*指令：能被计算机识别并执行的二进制代码。

*程序：能够完成一定功能的指令序列。

指令的工作方式可以顺序，也可以并行。

 

存储程序原理：计算机利用存储器（内存）存放需要执行的程序，CPU可以依次从存储器中取出每一条指令，分析并执行。

微型计算机（微机、个人计算机）

 

 CPU central processing unit：一块集成电路芯片，由控制器、运算器、总线集成在电路芯片上。

CPU 的主要性能指标：

（1）外频：外部时钟频率mHZ，影响了CPU与内存之间的数据交换速率

（2）主频：CPU能够适应的时钟频率，主频越高，CPU的运算速度也越快。

（3）字长：CPU一次能同时处理的二进制的位数。

（4）缓存：

（5）多核心处理器：

（4）寻址能力：CPU一次可以访问内存中数据的总量。

第五代CPU：64位高档微处理器。Intel 以及IBM的主流CPU产品：

 

内存：微机的内存采用了半导体存储器。内存是计算机用来存放欲执行的程序的数据，是计算机的主要工作空间。

位bit 是描述二进制信息的最小单位（0,1），字节byte 是8位二进制数组成的，1byte=8bit.

RAM随机存储器：random access memory. 可以读出也可以写入，断电时，存储内容立即消失。主要用来存放需要执行的数据和程序。直接与CPU交流，速度快。常见8GB，16GB。

ROM只读存储器：read only memory，可读不可写，断掉后不会丢失数据，引导操作系统操作。

高速缓冲存储器：cache，提高整机的运算速度。

Flash：闪存，在断电情况下还能保持所存储的数据。

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主机最大的电路板：主板

（1）芯片、芯片组；（2） 插槽、接口。

 

 CPU与外部设备的连接叫做 I/O接口。 I/O接口种类很多。总线（bus）是CPU连接I/O设备，提供外设访问系统存储器CPU资源的公共通道。

 

常用接口

 

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微机的外存储器：软盘、硬盘、光盘optical disk.、优盘（即插即用）。软盘容量很小，已经被淘汰了。硬盘存储容量很大，转速rpm, 硬盘的传输速度。

外存：硬盘。分为机械硬盘（下图），无法超越200M/S ；固态硬盘 SSD，最高到达500M/S。

固态硬盘没有机械部件，数据读写都是电子讯号，不存在马达转速这样的瓶颈因素。

沙子-->硅、二氧化硅-->半导体芯片。

    

光盘：CD容量小，700M；DVD容量大，7GB左右。

 

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输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、手写笔、麦克风等。

输出设备：显示器（分辨率）、音响、打印机。