计算机二级公共基础知识笔记
计算机二级公共基础知识
计算机系统
考点一：计算机概述
1.计算机的发展历程
目前公认的第一台电子数字计算机是ENIAC，它于1946年在美国宾夕法尼亚大学研制成功。
根据计算机本身采用的物理器件不同，将其发展分为4个阶段
- 第一阶段是电子管计算机时代，时间为1946年到20世纪50年代
- 第二阶段是晶体管计算机时代，时间为20世纪50年代后期到50世纪60年代中期
- 第三阶段是中小规模集成电路计算机时代，时间是20世纪60年代中期到20世纪70年代初期
- 第四阶段是大规模和超大规模集成电路计算机时代，时间是20世纪70年代初期至今
2.计算机体系结构
美籍匈牙利数学家冯.诺伊曼为首的研制小组于1946年提出了“存储程序控制”的思想，并开始研制存储程序控制的计算机EDVAC。1951年，EDVAC问世，直到今天，计算机基本结构的设计仍采用冯.诺依曼提出的思想和原理，人们把符合这种设计的计算机称为“冯.诺伊曼机”。冯.诺伊曼也被誉为“现代电子计算机之父”
EDVAC的主要特点如下
- 在计算机内部，程序和数据采用二进制数表示。
- 程序和数据放在存储器中，即采用程序存储的概念。计算机执行程序时，无需人工干预，能自动的，连续的执行程序，并得到预期的结果。
- 计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入其及输出设备五大基本部件组成。
３.计算机系统基本组成
考点二：计算机硬件系统
1.中央处理器
中央处理器(CPU)主要用于节时计算机指令和处理软件中的数据。CPU主要包括运算器和控制器两个部件.它们都包含寄存器,并通过总线连接起来。其主要运算指标有字长、主频、运算速度等。
2.存储器
用于存储程序和数据的元件,它可以自身完成程序或数据的存取。
3.外部设备
计算机中的CPU和主存储器构成主机,除主机以外,围绕着主机设置的各种硬件装置称之为外部设备.
4.总线
总线是一组能被多个部件"分时共享"的公共信息传输线路.分时是指同一时刻总线上只能传输一个部件发输的信息;共享是指总线上可以"挂接"多个部件,各个部件之间相互交换的信息都可通过这组公共线路传输.
分类:
- 片内总线
- 系统总线
- 通信总线
5.计算机的工作原理
- 指令格式:由一串二进制代码表示的,包括操作码和操作数.
- 指令寻址:指找到当前正在执行指令的数据地址和吓一跳将要执行指令的地址的方法.
- 计算机指令系统:一台计算机所能执行的全部指令的集合.
- 指令的执行过程:分为取指令,分析指令和执行指令三个过程.
考点三: 数据的内部表示
1.计算机中的数据及其存储单位
计算机内部均使用二进制数表示各种信息,但计算机在与外部沟通皇兄会采用人们比较熟悉和方便阅读的形式,如十进制数.其间的转换,主要由计算机系统的硬件和软件来实现.
2.计算机中数据的存储单位
位是计算机中数据的最小单位,二进制数码只有0和1,计算机采用多个数码表示一个数,每一个数码称1位
字节是存储容量的基本单位,一个字节由8位二进制组成.
考点四：操作系统
1.操作系统概述
操作系统是现代计算机系统中最基本和最核心的系统软件之一，所有其他的软件都依赖于操作系统的支持。
操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。其主要作用是管理好硬件设备，提高它们的利用率和系统的吞吐量，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，便于用户使用。
如果把操作系统看成计算机系统资源的管理者，则操作系统的任务及其功能主要有以下几个方面
- 存储器管理
- 处理器管理
- 设备管理
- 文件管理
- 提供用户接口
操作系统的分类
根据使用环境和对作业处理方式的不同，操作系统分为多道批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统。
进程管理
程序的执行
程序只有经过执行才能得到结果。程序的执行又分为顺序执行和并发执行。
一个具有独立功能的程序独占处理器直至执行结束的过程称为程序的有顺序执行。顺序执行具有顺序性、封闭性及可再现性等特点。程序的顺序执行可给程序员带来方便，但系统资源利用率低。
程序的并发执行是指一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，即一个程序段尚未执行结束，另一个程序段的执行已经开始的执行方式。
并发执行的特点
- 失去了封闭性
- 不可再现性
- 间断性，即程序之间可以互相制约
进程的基本概念
进程是指一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。简单地说，进程是指可以并发执行的程序的执行过程。
进程的状态及其转换
- 运行状态
- 就绪状态
- 等待状态
- 创建状态
- 终止状态
进程控制块
每个进程有且仅有一个进程控制块（PCB），它是进程的唯一标识，是操作系统用来记录和刻画进程状态和环境信息的数据结构，是进程动态特征的汇集，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和管理进程的主要依据。
PCB通常应包括以下基本内容
- 进程名
- 特征信息
- 执行状态信息
- 调度优先数
- 现场信息
- 系统栈
- 进程映像信息
- 资源占用信息
- 族关系
进程的组织
- 线性方式
- 链接方式
- 索引方式
进程调度
进程调度又抢占方式和非抢占方式
其他概念
- 线程：线程是比进程更小的能独立运行的基本单位，用它来提高程序的并行程度，减少系统开销，从而进一步提高系统的吞吐量
- 死锁：由于个进程互相独立的动态获得，不断申请和释放系统中的各种软硬件资源，这就有可能使系统中若干个进程均因互相“无知的”等待对方所占有的资源而无限的等待，这种状态称为死锁。
存储管理
存储管理的功能
- 地址变换
- 内存分配
- 存储共享与保护
- 存储器扩充
存储管理技术
- 连续存储管理
- 分页式存储管理
- 分段式存储管理
- 段页式存储管理
- 虚拟存储器管理
文件管理
文件与文件系统的概念
文件时指一组带标识（文件名）的、具有完整逻辑意义的相关信息的集合。
各种操作系统的文件命名规则略有不同，文件名的格式和长度因系统而异。一般来说，文件名由文件名和扩展名两部分组成，前者用于识别文件，后者用于区分文件类型，中间用“.”分隔开。
文件类型
| 划分标准 | 文件类型 |
|---|---|
| 按用途划分 | 系统文件、库文件、用户文件等 |
| 按性质划分 | 普通文件、目录文件、特殊文件等 |
| 按保护级别划分 | 只读文件、读写文件、可执行文件、不保护文件等 |
| 按文件数据的形式划分 | 源文件、目标文件、可执行文件 |
文件系统模型
文件系统的传统模型为层次模型。该模型由许多不同的层组成，每一层都会使用下一层的功能特性来创建新的功能，为上一层服务。层次模型比较适合支持单个文件系统。
文件的组织结构
- 文件的逻辑结构
文件的逻辑结构是用户可见的结构。根据有无逻辑结构，文件可分为记录式文件和流式文件。
- 文件的物理结构
文件按不同的组织方式在外部存储介质上存放，就会得到不同的物理结构。文件的物理结构有时候也成为文件的“存储结构”
文件目录管理
用于描述和控制文件的数据结构称为文件控制块（FCB）。FCB一般包括以下内容
- 有关文件存取控制的信息
- 有关文件结构的信息
- 有关文件使用的信息
- 有关文件管理的信息
文件与FCB一一对应，而人们把多个FCB的有序集合称为文件目录。
文件目录结构
- 单机目录
- 二级目录
- 多层级目录
- 无环图结构目录和图状结构目录
存储权限
存储权限可以通过建立访问控制表和存取权限表来实现
大型文件系统主要采用两个措施来进行安全性保护
- 对文件和目录进行权限设置
- 对文件和目录进行加密
I/O设备管理
I/O的层次结构
- 用户层软件
- 设备独立性软件
- 设备驱动程序
- 中断处理程序
中断处理过程：
- CPU检查响应中断的条件是否满足
- 如果条件满足，CPU响应中断，否则CPU关中断，使其进入不可再次响应中断的状态
- 保存被中断进程的CPU环境
- 分析中断原因，调用中断处理子程序
- 执行中断处理子程序
- 退出中断，恢复被中断进程的CPU现场或调度新进程占用CPU
- 开中断，CPU继续执行
数据结构与算法
考点一：什么是算法
算法及其基本特征
算法是指对解题方案准确而完整的描述。简单地说，算法就是解决问题的操作步骤。
算法的基本特征
- 可行性
- 确定性
- 有穷性
- 拥有足够的情报
算法复杂度
算法复杂度用来衡量算法的优劣，它包括算法的空间复杂度和时间复杂度。
数据结构的基本概念
什么是数据结构
数据结构是指相互有关联的数据元素的集合。它包含两个要素，即“数据”和“结构”。
数据是需要处理的数据元素的集合
所谓结构，讲就是关系，是集合中各个数据元素之间存在的某种关系（联系）
数据结构的表示
数据的逻辑结构的数学形式定义——数据结构是一个二元组：
B=（D，R）
其中B表示数据结构，D是数据元素的集合，R是D上关系的集合，它反映了D中各数据元素之间的前后件关系。前后件关系也可以用一个二元组来表示。
一个数据结构除了用二元关系表示外，还可以用图形来表示。用中间标有元素值的方框表示的数据元素，一般称为数据节点。对于每一个二元组，用一条有向线段从前件指向后件。
| 基本概念 | 含义 |
|---|---|
| 根节点 | 数据结构中，没有前件的节点 |
| 终端节点（叶子节点） | 没有后件的节点 |
| 内部节点 | 处理根节点和终端节点以外的节点 |
线性结构与非线性结构
| 类型 | 含义 |
|---|---|
| 线性结构 | 一个非空数据节点有且只有一个根节点，每个节点最多只有一个前件，也最多只有一个后件 |
| 非线性结构 | 不满足以上条件的数据结构，主要是树形结构和网状结构 |
未完待续