教师资格证备考之计算机基础知识

备考教师资格证，对于信息技术老师来说，计算机的基础知识是我们必须掌握的。今天做一个简要的总结。

目录

一、计算机的发展

二、计算机的特点与应用

三、计算机的系统组成与工作原理

四、计算机数制与编码系统

一、计算机的发展

（一）计算机的诞生

1946年，世界上第一台电子数字计算机ENIAC计算机制成。

（二）计算机的发展历史

• 第一代（1946-1958）：电子管数字计算机
• 第二代（1958-1964）：晶体管数字计算机
• 第三代（1964-1971）：集成电路数字计算机
• 第四代（1971以后）：大规模集成电路数字计算机
  
  

二、计算机的特点与应用

（一）计算机特点

• 运算速度快
• 计算精确度高
• 逻辑运算能力强
• 存储内容大
• 自动化程度高

（二）计算机应用

• 科学计算
• 数据和信息处理
• 自动控制
• 计算机辅助技术（CAD、CAM、CAI）
• 网络与通信
  
  

三、计算机的系统组成与工作原理

一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统。

（一）计算机硬件系统

• 运算器
  计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。
• 控制器
  指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件。与运算器合称中央处理器（CPU），是整个计算机的核心部件。
• 存储器
  计算机中的记忆设备，用来存放程序和数据。
• 输入设备
  从计算机外部向计算机内部传送信息的装置，常用的输入设备有键盘、鼠标、麦克风、摄像机等。
• 输出设备
  将计算机的处理结果传送到计算机外部供计算机用户使用的装置。常用的输出设备有显示器、打印机、音响等。

（二）计算机软件系统

1、系统软件

控制计算机运行，管理计算机资源，并为应用软件提供服务的一类软件。

• 操作系统
  系统软件的核心，管理计算机系统的全部硬件资源、软件资源及数据资源。常见的操作系统有Windows、Linux、Unix、Mac OS等。

  根据操作系统的使用环境和对作业的处理方式，可分为批处理系统、分时系统、实时系统；
  根据所支持的用户数目，分为单用户系统、多用户系统；
  根据硬件结构，分为网络操作系统、分布式系统、多媒体系统。

• 语言处理程序
  将高级语言源程序翻译成计算机能识别的目标程序。由汇编程序、编译程序、解释程序组成。

• 服务性程序
  提供各种运行所需的服务。

• 数据库管理系统
  一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用、维护数据库。常用的有MySQL、Access、Sybase、DB2、SQL Server等。

2、应用软件

计算机用户根据各自的业务需要二开发和使用的各种程序。

（三）计算机性能指标

计算机功能的强弱或性能的好坏，是由计算机的系统结构、指令系统、硬件组成、软件配置等多方面因素综合决定的。其主要指标如下：

• 运算速度
• 字长
• 内存储器的容量
• 外存储器的容量
• 存取速度

（四）计算机工作原理

1、冯·诺依曼原理

冯·诺依曼提出计算机的工作原理是存储程序（程序存储）。

2、冯·诺依曼设计思想

• 计算机由运算器、控制器、存储器、输入/输出设备组成；
• 数据和程序已二进制代码形式存放在存储器中，存放的位置由地址确定；
• 控制器根据存放在存储器中的指令序列进行工作，并由程序计数器控制指令的执行；
• 核心思想为“存储程序与程序控制”
  
  

四、计算机数制与编码系统

（一）数制与数制转换

1、数制

常用的有二进制、八进制、十进制、十六进制等。

2、进位计数制

简称计数制，是按照仅为方式实现计数的一种规则。涉及数码、基数和位权三个概念。

• 数码：一个数制中表示基本数值的大小的不同数字符号。二进制有0、1两个数码，八进制有0~7八个数码。
• 基数：一个数值所使用的数码的个数。二进制的基数为2，八进制的基数为8。
• 位权（值）：数码在不同位置上的权重（倍率值），用基数R的i次幂表示（R^i）。

3、常用数制的书写形式

• 字母表示法：例如11B（二进制）、11O（八进制）、11D（十进制）、11H（十六进制）
• 下标表示法：例如(11)₂、(11)₈、(11)₁₀、(11)₁₆

4、进制转换

• R进制转换为十进制：位权加和
  所谓位权相加，即将R进制数按权展开，再在十进制的数制系统内进行计算，得到的结果就是该R进制数的十进制数形式。（不区分整数和小数）

  举个例子
  N=(10110101)₂
  按权展开：(10110101)₂=1×2⁷+0×2⁶+1×2⁵+1×2⁴+0×2³+1×2²+0×2¹+1×2⁰=128+32+16+4+1 = (181)₁₀

  N=(247)₈
  按权展开：(247)₈=2×8²+4×8¹+7×8⁰= (167)₁₀

  N=(C2)₁₆
  按权展开：(C2)₁₆=C×16¹+2×16⁰= (194)₁₀

• 十进制转换为R进制：基数除乘
  基数除乘分整数部分和小数部分。整数部分采用“除基取余法”，小数部分采用“乘基取整法”，最后将转换结果合并。

  整数部分：用被除数反复除以R，除第一次外，每次除以R均取前一次商的整数部分作被除数并依次记下每次的余数。所得到的商的最后一位余数是所求R进制的最高位。

  小数部分：采用连续乘以基数R，并依次取出的整数部分，直至结果的小数部分为0为止。

  例如：N=(147.125)₁₀
  整数部分：
  
  小数部分：
  0.125×2 = 0.25 则整数部分为0，小数部分为
  0.250.25×2 = 0.5 整数部分为0，小数部分为0.5
  0.5×2 = 1.0 整数部分为1，小数部分为0.0

  读数从第一位开始，读取整数部分，即为001，
  最后，将整数部分和小数部分相结合，
  故(147.125)₁₀= (10010011.001)₂

• 二进制转换为八进制：取三合一
  所谓取三合一，即以二进制数的小数点为分界点，向左（右）每三位取成一位，将这三位按权相加，得到的数即为一位八进制数，将得到的八进制数按顺序排列，小数点的位置不变，最终得到的数字即为所求的八进制数。如果向左（右）无法取到三位数，则用0补齐。

  举例：N=(10110110.1011)₂
  
  所以，(10110110.1011)₂= (266.54)₈

• 八进制转换为二进制：取一分三
  取一分三和取三合一法是刚好相反的，将一位八进制数分解成三位二进制数，用三位二进制数按权相加去凑这位八进制数，小数点位置不变。

  举例：N=(214.145)₈
  
  最终结果：(214.145)₈= (10001100.001100101)₂

• 二进制转换为十六进制：取四合一
  取四合一法与取三合一方法一样，这里不再赘述。

  举例：N=(11010111.110)₂
  
  故 (11010111.110)₂ = (D7.C)₁₆

• 十六进制转换位二进制：取一分四
  与取三分一方法一样，同样不再赘述。
  举例：N=(E4.F2)₁₆
  
  故 N=(E4.F2)₁₆=(11100100.11110010)₂

（二）计算机编码

1、ASCII码

使用7位二进制数进行编码，能表示128个不同字符的编码。其中48～57为10个阿拉伯数字，65～90为26个大写英文字母，97～122为26个英文小写字母。

在ASCII码中，一个英文字母（不区分大小写，包括英文标点）占一个字节，一个中文汉字（包括中文标点）占两个字节。

2、汉字码

• 汉字信息交换码（国标码）
• 汉字输入码（外码）
• 汉字机内码
• 汉字字形码

（三）原码、反码、补码

一般在一个八位二进制数中，第一位是符号位，不参与计算，无意义。用0表示正数，1表示负数。

• 正数：原码、反码和补码全部相同
• 负数：负数的反码符号位不变，其余各位取反
  负数的补码符号位不变，其余各位取反再+1