计算机导论复习大纲(湖南农大)

计算机导论复习提纲2014第1章 全景图1.1 计算系统（1）掌握计算系统、计算机硬件、计算机软件的概念。计算系统：通过交互解决问题的计算机硬件、软件和数据。计算机硬件：计算机系统的物理元件。计算机软件：提供计算机执行的指令的程序。（2）计算系统的分层及各层的功能信息层：反映了在计算机上表示信息的方式。采用二进制数字1和0管理。硬件层：有计算机系统的物理硬件组成。程序设计层：负责处理软件，用于实现计算的指令以及管理数据。操作系统层：管理计算机的资源。应用层：用计算机解决真实世界的问题。通信层：利用计算机技术进行通信。（3） 抽象：删除了复杂细节的心理模型1.2 计算的历史（1） 计算机硬件的简史算盘 早期的用来记录数值的计算设备 Blaise Pascal 进行加、减、除和乘法的机械设备 第一位程序设计员 Ada Lovelace， Ada程序设计语言是以她的名字命名的。英国数学家Charles Babbage发明了分析机。1936年，英国数学家Alan Turing发明了一种抽象数学模型图灵机，为计算理论的主要领域奠定了基础。计算机科学领域的图灵奖以Alan Turing的名字命名。（2）计算硬件的历史划分为哪几个时代，每个时代的主要特征是什么？第一代 用真空管存储信息，主存储器是磁鼓，输入设备是读卡机，输出设备是穿孔卡片或行式打印机，辅助存储设备是磁带第二代 用晶体管作为计算机的主要部件，主存储器是磁芯，辅助存储设备是磁盘。第三代 集成电路 , 终端（带有键盘和屏幕的输入/输出设备）第四代 大规模集成电路 ，个人计算机类似于P18 11-38（3）摩尔定律每18个月计算机的功率会在同样的价格水平下增长一倍，或者以一半的价格可以购买同样的计算机功率。（4）并行计算计算机依靠一套互相连接的中央处理器或者存储单元提高处理速度 一种并行机器的组织结构是所有处理器共享同一个存储部件。另一种组织结构是每个中央处理器具有自己的本地内存，与其他处理器通过高速内部网进行通信。（5）计算机软件的简史第一代软件 机器语言，汇编语言第二代软件 高级语言 类似于英语的语句使编程更加容易：FORTRAN，COBOL ， LISP第三代软件 系统软件：实用程序、操作系统，语言翻译程序。第四代软件 结构化程序设计 （Pascal C C+），应用程序软件包 （电子制表软件 ，文字处理软件 ，数据库管理系统 ）第五代软件 Microsoft 微软的崛起，面向对象程序设计的出现，万维网的普及。1.3 计算工具和计算学科算法思想：能够用按部就班的过程表示问题，从而解决它们。 表示法：即用能被有效处理的方式存储数据。 程序设计：把算法思想和表示法组织在计算机软件中。 设计：使软件满足一种用途。 第2章 二进制数值和记数系统（1）基数：记数系统的基本数值，规定了这个系统中使用的数字量和数位位置的值。位置记数法：一种表达数字的系统，数位按顺序排列，每个数位有一个位值，数字的值是每个数位和位值的乘积之和。（2）二进制、八进制、十进制、十六进制的概念十进制：是使用数字1、2、 、9、0等符号来表示数值且采用“逢十进一”的进位计数制。二进制：使用数字0和1等符号来表示数值且采用“逢二进一”的进位计数制。八进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7等符号来表示数值的，且采用“逢八进一”的进位计数制。十六进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和A、B、C、D、E、F等符号来表示数值，其中A、B、C、D、E、F分别表示数字10、11、12、13、14、15。十六进制的计数方法为“逢十六进一”。（3）2,8,10,16之间的转换规则：2,8,16à10 位权法：把各非十进制数按权展开，然后求和。10à2,8,16 整数部分：除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高（位）”。小数部分：乘基取整法:“乘基取整，先整为高(位),后整为低(位)”2à8：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每三位为一组（不足三位用0补足），然后将各个三位二进制数转换为对应的一位八进制数。8à2：把每一位八进制数转换为对应的三位二进制数。2à16：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每四位为一组，不足四位用0补足，然后将各个四位二进制数转换为对应的一位十六进制数。16à2：把每一位十六进制数转换为对应的四位二进制数。8<->16：借助二进制来转换（计算题：进制转换）（4）二进制数值1Byte=8 bits，1KB=1024 Bytes，1MB=1024KB , 1GB=1024MB, 1TB=1024GB 第3章 数据表示法3.1 数据和计算机（1）数据和信息数据：基本值或事实。信息：用有效的方式组织或处理过的数据。计算机可以处理的信息主要有：数字，文本，音频，图像和图形，视频数据压缩：减少存储一段数据所需的空间压缩率：原始数据的大小除压缩后的数据大小无损压缩：数据压缩技术可以是无损的，即提取的数据没有丢失任何原始信息。有损压缩：数据压缩也可能是有损的，即在压缩过程中将丢失一些信息。（2）模拟数据和数字数据模拟数据：用连续形式表示的信息数字数据：用离散形式表示的信息数字化 ： 把信息分割成离散的片段3.2 数字数据的表示法符号数值表示法：符号表示数所属的分类（正数或负数），值表示数的量值的数字表示法溢出：给结果预留的位数存不下计算出的值的状况。浮点表示法：说明了符号，尾数和指数的实数表示法。3.3 文本表示法（1）字符集：字符和它们表示的代码的清单。ASCII码：是美国信息互换标准代码（American Standard Code for Information Interchange），最初， ASCII 字符集用7位表示每个字符，可以表示128个不同的字符；之后，ASCII 字符集扩展，用8位表示每个字符，可以表示256个字符。Unicode 字符集：使用16位表示每个字符。Unicode的目标是表示世界上使用的所有语言中的所有字符，Unicode 字符集被设计为ASCII 的超集，前256个字符与扩展ASCII字符集中的完全一样。（2） 文本压缩文本压缩类型关键字编码：用单个字符代替常用的单词行程长度编码：把一系列重复字符替换为它们重复出现的次数。赫夫曼编码：用变长的二进制表示字符串，使常用的字符具有较短的编码。赫夫曼编码解码的方法（综合分析题 赫夫曼编码解码）3.4 音频信息表示法通过采样对信号进行数字化处理，采样率在每秒40,000 次左右就足够创建合理的声音复制品。MP3 (MPEG-2, audio layer 3 file)处于统治地位，它将分析频率展开，与人类心理声学的数学模型进行比较，然后舍弃那些人类听不到的信息；用赫夫曼编码进一步压缩得到位流。3.5 图像和图形的表示法颜色是我们对到达视网膜的各种频率的光的感觉；颜色通常用RGB (red-green-blue) 值表示，这其实是三个数字，说明了每种颜色的相对份额。色深度：用于表示颜色的数据量。增强彩色：色深度为16位的颜色，RGB值中的每个数字由5位表示，剩下的一位有时用于表示透明度。真彩色：深度为24位的颜色， RGB值中的每个数字由8位表示。像素：用于表示图像的独立点，代表图像的元素。分辨率：用于表示图像的像素个数。光栅图形格式：逐个像素存储图像信息的格式。目前流行的几种光栅文件格式：Bitmap (BMP), GIF, JPEG, PNG矢量图形：用线段或几何形表示图像的方法。3.6 视频表示法视频编译码器指用于缩减电影大小的方法。时间压缩：根据连续帧之间的差别压缩电影的技术。空间压缩：基于静态图像的压缩方法的电影压缩技术。第4章 门和电路门：门是对电信号执行基本运算的设备电路：电路是由门组合而成的，可以执行更加复杂的任务布尔表达式：其中变量和函数的值指示0和1。逻辑框图：电路的图形化表示。每种类型的门由一个特定的图形符号表示。真值表：列出了所有可能的输入值和相关的输出值的表。非门、与门、或门、异或门、与非门、或非门的功能及真值表。非门：一个非门接受一个输入信号(0或1)并返回相反的信号输出与门：与门接受两个信号输入。如果与门的两个信号输入都是1，那么输出是1；否则，输出是0或门：或门接受两个输入。如果这两个输入值都是0，那么输出是0；否则，输出是1。异或门：异或门接受两个输入。如果两个输入相同，则输出为0；否则，输出1与非门：与非门接受两个输入。如果两个输入值都是1，那么输出是0；否则，输出1或非门：或非门接受两个输入。如果这两个输入值是0, 那么输出是1；否则，输出0用真值表描述组合电路 如P67例题，如习题P75 59-61第5章 计算部件5.1 计算机系统（1）冯·诺依曼体系结构的要点：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。按存储程序原理进行工作（2）总线：把机器的主要组成部分连接在一起的一组电线，数据在这组电线中流动。 系统总线的3种类型：数据总线、地址总线、控制总线5.2 系统单元（1）系统主板与系统时钟的概念系统主板：又称为底板或母板,它是整个计算机系统的通信网,系统单元的每个元器件直接连接到系统主板,它们通过系统主板进行数据的交换系统时钟：控制计算机操作的速度（2）中央处理器CPU的两大部件及其功能。运算器（算术逻辑部件，ALU）：执行算术运算和逻辑运算的部件。控制器：控制其他部件的动作，从而执行指令序列的计算机部件。（3） 主存储器的类型及其特点：RAM（Random access memory）：随机存取存储器，每个存储单元能够被直接访问和改变的内存 ，易失性ROM（Read only memory）：只读存储器，每个存储单元能够被访问但不能被改变的内存，不易失5.3 辅助存储设备（1）软盘：磁道、扇区、块的概念磁道（track）：磁盘表面的同心圆扇区（sector）：磁道的一个区。块（block）：存储在扇区中的信息。（2）硬盘：寻道时间、等待时间、存取时间、传送速率。寻道时间：读写头定位到指定的磁道所花费的时间 等待时间：把指定的扇区定位到读写头之下所花费的时间 存取时间：开始读取一个数据块之前花费的时间，即寻道时间和等待时间之和。传送速率：数据从磁盘传输到内存的速率。柱面：所有磁盘表面的同心磁道的集合。提高硬盘性能的三种方法：磁盘缓冲，磁盘冗余阵列 RAID，文件压缩/解压缩（3）光盘：CD、DVD的容量、类型原理：运用光盘盘面的凸凹不平，表示“0” 和“1”的信息，光驱利用激光头产生激光扫描光盘盘面，读取“0”和“1”的信息。l 只读型光盘(CD-ROM， DVD-ROM)，数据采用专用设备一次性写入到光盘中。只能读取信息，不能写入。l 一次写入型光盘(CD-R， DVD-R)，只能写一次，写后不能修改。l 可擦型光盘(CD-RW， DVD-RW)，可以重复读写，但需要光盘刻录机和专用软件操作。（4） U盘（5）磁带：顺序存取5.4 输入设备（1）常用输入设备：键盘、定点输入、扫描输入、语音输入（2）常见的定点