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:

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2.基于计算机程序的问题求解方法

实例:人构成的中国印

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 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。

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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。

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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。

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 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。

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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。

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 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!

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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:

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负数的范围:

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

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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。

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 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。

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*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)

 

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 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:

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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.

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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。

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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。

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 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。

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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。

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