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计算机基础知识
这是一篇关于计算机基础知识的思维导图，主要内容包括：计算机的发展，计算机系统的组成，进制转换，数据编码，硬件/硬件设备。
编辑于2025-03-21 10:45:17- 知识梳理
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计算机基础知识
计算机的发展
计算机发展历史
1. 世界上第一台电子计算机（ENIAC)
用途：应用于军事领域的科学计算功能
说明：科学计算又称数值计算或工程计算 科学计算是由巨型机完成，特点：数据量巨大，运算规则简单 科学计算是计算机最主要的功能
2. 世界上第一台具有存储功能的计算机（EDVAC)
特点：符合以程序存储，程序控制为核心的计算机工作原理
（重点 填空选择）计算机工作原理 由冯诺依曼团队提出并研发成功的现代计算机工作原理，分为三部分
说明：冯诺依曼被称为计算机之父，图灵提出人工智能理论，凡是人类能够完成的工作，机器通过学习也能完成被称为人工智能之父、计算机理论奠基人或计算机理论之父。（考点）人工智能（AI）关键字机器学习
1. 计算机的硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成（填空）
（填空） 1、计算机系统是由硬件系统和软件系统组成 2、硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成的 3、CPU中央处理器\中央处理单元\处理器，是由运算器和控制器两部分组成 4、主机是由CPU和内存组成（提醒：硬件系统中的存储器专指内存（内部存储器\主存）） 5、外设是由输入设备和输出设备组成 总结：计算机硬件系统由主机和外设两部分组成 6、软件系统是由系统软件和应用软件两部分组成
2. 计算机内部数据一律采用二进制
二进制是由0和1两个数码组成 计算机科学中，采用二进制（B）、八进制（O）、十进制（D）、十六进制（H）表示数据）
3. 计算机采用程序存储，程序控制的工作方式（计算机工作原理的核心）
1、程序存储：预先将程序安装在计算机中 2、程序控制：安装在计算机中的程序，自动运行，无需人工干预 （选择题）PC机上在使用软件之前，下载安装包，再安装程序（程序存储），运行程序（程序控制） 3、计算机区别于其他设备，最本质的特征是：首先具有存储功能，再采用程序存储控制的工作方式
计算机的发展阶段
按使用的逻辑元件（电子器件、芯片）的不同，计算机发展历史分为四代
1. 第一代计算机
1. 名称：电子管计算机（逻辑元件：电子管）
2. （考点）第一代计算机使用了第一代的编程语言（机器语言）和第二代编程语言（汇编语言）编写程序
1、第一代编程语言是机器语言 2、机器语言是采用二进制0和1编写源程序（源代码）（程序员编写的代码） 3、机器语言编写的源程序是计算机唯一能直接执行的代码 4、第二代编程语言就是汇编语言 5、汇编语言中使用了助记符（非二进制语言）采用汇编语言编写的源程序，（填空）必须利用汇编程序（是翻译，属于语言处理系统），通过汇编过程转化为目标程序（机器语言）后才能被计算机执行 6、不同的计算机，使用了不同指令系统（理解血型），在一种机型上编写的机器语言程序，无法在其他机型上运行，体现了（考点）机器语言的通用性、可移植性差 7、与机器语言相比汇编语言编写程序的效率高、通用性稍好，但执行效率低 8、第一代机器语言和第二代汇编语言都属于低级语言，低级语言是指接近硬件的底层语言，与功能的强弱无关
2. 第二代计算机
1. 名称：晶体管计算机
2. （考点）第二代计算机使用第三代编程语言编写程序
（1）第三代编程语言称为高级语言 （2）常用的有 1、结构化编程语言：C BASIC 2、面向对象编程语言：JAVA C++ C# 3、脚本语言：Python\Javascript （3）特别的，BASIC语言编写的源程序必须利用解释程序（是翻译，属于语言处理系统），通过解释过程转化为机器语言后才能被计算机执行（不会形成目标程序） 特点：解释一次、执行一次、再要执行、重新解释（效率低) （4）其他高级语言编写的源程序，必须利用编译程序（是翻译，属于语言处理系统），通过编译过程，转化为目标程序（机器语言）后才能被计算机执行 特点：一次编译（形成目标程序）、多次执行（执行目标程序）（效率高） （5）与低级语言相比，高级语言编写程序的效率很高而且它的通用性和可移植性好，但执行效率低
3. 第三代计算机
1. 名称：集成电路计算机 （由于采用集成电路技术，计算机的体积越来越小，功能越来越强）
2. （考点）从第三代计算机出现了操作系统软件
常用的计算机软件系统有： PC机上使用的操作系统有：Windows、MAC 、OS 服务器中使用：Linux（免费、开放源代码）、UNIX、WindowsNT(2016/2019) 移动端使用：Harmony和Android是基于Linux开发的、 iOS 云操作系统：Google 、cloud 、Microsoft 、Azure
3. 从第三代计算机开始，使用半导体材料制作存储器，沿用至今
4. 第四代计算机
1. 名称：大规模和超大规模集成电路计算机或超大规模集成电路计算机
2. （考点)
1. 出现了PC机（个人计算机、微型计算机、微机） （填空）由于采用超大规模集成电路的微电子技术，出现了PC机
2. 出现了多媒体计算机：集成了文字（最主要的媒介、媒体）、图形、图像、音频、视频等多种媒体形式，传播信息。
3. 计算机技术和现代通信技术相结和，出现了计算机网络，实现了资源共享（最主要的功能）、信息通信、协同工作（分布式处理）的功能
4. 出现了超级计算机（超算）
1. 超算指功能强大的计算机，运算速度达亿亿次每秒
2. 超算属于巨型机，实现科学计算
3. 我国超算品牌：神威太湖之光、天河二号、银河系列、曙光系列
计算机的分类
1. 按功能和性能分为巨型机、大型机、小型机、微型机，（工作站、服务器）
1. 巨型机属于超算，实现科学计算功能，应用于（选择题）：军事国防、科学研究、工程计算、天气预测、海洋气候、航空航天、卫星、人工智能、DNA分子结构分析、生物制药、密码破解、工业设计等。
2. PC机用于家庭和办公室
2. 按用途分为专用计算机和通用计算机
1. 专用计算机：工业计算机（如工业流水线、自动化控制设备）、智能仪器、智能仪表、智能计算机（无人驾驶汽车）
2. 通用计算机：PC机、智能手机、平板、服务器
计算机的特点或计算机工作的特点（重点：填空选择）
（重点 填空多选）计算机的性能指标有哪些？或影响计算机工作质量的因素有哪些？ 答：计算机的性能指标有主频、字长、内存容量、外存容量、运算速度、软件配置、硬件的可扩充性、可靠性等。
说明： 1、CPU是计算机系统的核心，主频和字长是CPU的性能指标 2、内存容量远小于外存容量 3、运算速度指计算机每秒钟执行的指令数，单位MIPS（每秒钟百万条指令） 1BIPS=1000MIPS 4、软件配置 （1）计算机所有的功能都是软件的功能 （2）软件是计算机是灵魂 （3）配置的软件越多，计算机的功能越强 5、硬件的可扩充性，硬件升级的能力
1. 运算速度快
计算机的运算速度是由CPU的主频决定，主频的单位是Hz，主频是CPU每秒钟运算的次数，主频越高运算速度越快。 例：3.6GHz表示CPU每秒钟运算3.6*1024*1024*1024次或3.6*1000*1000*1000次
2^10=1024≈1000=1K 1T=2^10G=2^20M=2^30K=2^40 K、M、G、B不是单位是数量级
2. 计算精度高
计算机的计算精度是由CPU的字长决定，字长越长，计算精度越高，字长的单位是bit（位）
1、1Byte(字节）=8bit
2、位（bit)：1个二进制的0或1数码，称为1个位（bit)
3、1个字节（Byte)是由8个二进制数码组成
4、字节（Byte\B)是计算机中数据存储的基本单位 位（bit/b)是计算机中数据处理的基本单位 位（bit/b）是计算机中数据存储的最小单位
5、（填空）字长 是CPU每次处理的一组二进制数码的位（bit）数 是CPU每次处理的一组二进制数码的长度
6、PC机划分年代的依据是CPU的字长 PC机的字长按不同的CPU型号，有4/8/16/32/64位（bit），目前主流是64位（bit）机
7、字（word）CPU是每次处理的一组二进制数称1个字 例：64位的CPU，它每次处理的一组二进制数称1个字，这个字中包含了64位二进制数码，即字长64bit.
3. 具有记忆能力
计算机的记忆/存储能力，是由存储器的存储容量决定，分为内存和外存，存储器的存储容量越大，计算机的记忆能力越强。
例：PC机的内存容量是8GB（单位是B/Byte/字节） 手机的运行内存（相当于PC机的内存）是8GB PC机的外存容量（一般指硬盘容量）是512GB 手机的外存容量（相当于PC机的外存容量）是128/256/512GB (提醒）：内存远小于外存
4. 具有逻辑判断能力
5. 具有自动运行能力
6. 可靠性强
计算机的功能/应用领域
1. 科学计算
1. 特点：数据量巨大、运算规则简单
2. 由巨型机完成
3. 应用领域包括军事国防、科学研究、工程计算等
4. 科学计算是计算机最主要的功能
2. 信息处理/信息加工/数据加工/数据处理
1. 信息处理是计算机最广泛的应用领域
2. （选择题）图书管理系统、学籍管理系统、教务管理系统、人事工资管理系统、报名系统、订票系统、办公自动化系统、物业管理系统、超市收银系统等
3. 信息处理是计算机采用数据库技术，实现了各种的管理信息系统（MIS）
3. 过程控制
1. 含义：计算机采集到信息后，立刻开始处理，无需人工干预
2. （选择题）工业流水线生产、农业温度控制、物流分lian等还有闯红灯被抓拍属于计算机的自动运行
4. 计算机辅助系统
1. CAD计算机辅助设计，如设计工业图纸、设计装修图纸
2. CAM计算机辅助制造，如3D打印
3. CAI计算机辅助教育，如各类学习软件
4. CAT计算机辅助测试，如检查软件漏洞
5. CAE计算机辅助工程，如模拟生产过程
5. 人工智能
1. 关键词：机器学习
2. 应用领域：各类专家系统、人机博弈、几何定理证明、智能机器人、无人驾驶、机器撰稿人、模式识别等（重点：模式识别属于人工智能领域）
模式识别分为语音识别（将语言转化成文字、语言翻译）、痕迹识别（识别文字、提取图片中的文字）、图像识别（人脸识别，识万物）
6. 虚拟现实VR
1. 利用计算机技术，模拟现实场景，如模拟驾驶汽车、飞机、模拟植物生长环境
2. 特点：想象性、交互性、沉浸性（沉浸感）
7. 网络通信指计算机网络的功能，如QQ、微信、电子邮件等
8. 多媒体技术集成文字、图形、图像、音频、视频等媒体形式，传播信息
9. 电子商务和电子政务
10. 物联网通过计算机，自动采集数据，形成大数据
（选择填空）计算机发展的趋势
计算机的发展趋势是（运算速度）巨型化、（体积）微型化、（通信方式）网络化、（工作方式）智能化、（信息组织）多媒体化、（计算机工作方式）网格化等。
说明 1、计算机发展的两极化，指巨型化、微型化 2、计算机网络中，主机之间的分工方式，可采用网格化的方式：将一个任务，划分成若干个小任务，分配给多台主机分别完成，实现主机之间协同合作
计算机系统的组成
硬件系统的功能
1. 运算器或算术逻辑单元或ALU
1、功能：实现算术运算和逻辑运算 （算数运算+-*/，逻辑运算，逻辑与，逻辑非，逻辑异或
2、运算器是硬件系统的核心
3、运算器自带存储器，称寄存器，运算器的寄存器用于临时存放运算的中间结果
2. 控制器或控制单元或CU
1、功能（分三步/四步） 第一步，取指令；（控制器从内存中读取指令） 第二步，译码，解释执行；（将指令转化为二进制的机器语言） 第三步，指挥其他部件，协调一致工作 第四步，取下一条指令
2、控制器自带寄存器，用于存放下一条指令的地址
说明：CPU的寄存器，既不属于内存也不属于外存
（重点补充）指令 1、软件是由程序和文档两部分组成 2、软件是实现一个应用，如word字处理软件 3、程序是实现一个功能，如word软件中的字数统计功能 4、程序是保存在外存中的文件，执行程序，将程序从外存调入内存，形成进程（利用任务管理器可查看进程） 5、程序是由一系列指令组成，进程是由一系列指令组成 6、指令是实现一个基本操作，是正在运行程序 7、指令是由操作码和地址码组成 操作码是指令的功能 地址码（操作数）是指令发挥作用的对象
3、（重点）控制器直接指挥和控制所有的硬件资源（包括主机和外设），如CPU、键盘等
3. 存储器（硬件系统的存储器专指内存）
1、内存的功能：存储指令和数据 例：将写字板程序打开，从外存调入内存，形成进程（正在运行的程序）
4. 输入设备
1、概念或功能：将用户输入的原始程序和数据，转化为机器能够识别的二进制形式，并保存在内存中。 例：（选择题）在写字板窗口中输入字符，在计算机中以二进制形式保存在内存中，如果要保存到外存中，执行文件菜单中保存命令
2、常见的输入设备有键盘（必不可少）、鼠标、扫描仪、照相机、摄像头、麦克风等
5. 输出设备
1、功能或概念：将计算机处理结果，以人们能够接受和识别的方式，表示出来。（如：屏幕显示、保存到外存中、打印成纸质）
2、常见的输出设备:显示器（必不可少）、打印机、绘图仪、音箱、智能仪表等。
（提醒）：外存包括硬盘、U盘、移动硬盘、光盘、外存容量一般指硬盘 1、硬盘既是输入设备也是输出设备 2、当将硬盘中的内容，读如内存时（打开文件），硬盘是输入设备 3、当将内存中内容，写入硬盘时（保存文件），硬盘是输出设备
软件系统的功能
系统软件
系统软件的核心是操作系统软件
操作系统软件
1、操作系统概念（三句话）（重点，会背） 操作系统控制和管理计算机所有的硬件资源和软件资源，是所有软件运行的平台，是用户和计算机之间的界面。
2、操作系统的五个功能
1、处理器管理（操作系统管理CPU)
2、存储管理（操作系统管理内存）
3、设备管理（操作系统管理外设）
4、文件管理（操作系统利用资源管理器工具，采用树形目录结构组织和管理保存在外存中的文件）
5、进程管理（或作业管理）（操作系统为正在运行的程序（进程），分配CPU和内存资源）
编程语言和语言处理系统（上面有，第二代计算机）
数据库管理系统
常用的有Oracle(甲骨文公司）、SQL、Server、MYSQL、ACCESS
支撑软件
包括硬件驱动程序、故障诊断程序、硬盘维护软件 （1）所有的硬件在使用之前，必须先安装驱动程序 （2）硬盘维护软件，如磁盘碎片整理、磁盘扫描
应用软件
进制转换
十进制整数转二、八、十六进制，除以二、八、十六，余数从下往上，小数部分×二、八、十六取整，从前往后。
二、八、十六进制与十进制互转，科学计数法
二进制转八、十六进制，以小数点为界分成三位（八进制）、四位（十六进制）计算
八、十六进制转二进制，八进制一位用二进制三位表示，十六进制一位用二进制四位表示
数据编码
填空 1、西文字符在计算机中采用ASCII码的编码形式/存储形式 2、汉字在计算机中采用机内码的编码形式 3、整数在计算机中采用补码的编码形式 4、浮点数（小数）在计算机中采用阶和尾的编码形式
西文字符（填空）
1、所有的PC机中，必须使用的编码是ASCII码（美国标准信息交换代码）
2、每1个ASCII码占用1Byte的存储空间，最高（左）位固定（0）2，是校验位，后七位（bit)是编码位，共有2^7=128种编码方式，即共有128个标准ASCII码
3、数字0的ASCII码十进制=48 数字1的ASCII码十进制=49以此类推
4、字母A…………=65 字母B…………=66
5、字母a…………=97 字母b…………=98
汉字编码
1、国际码/交换码
1、国标码不是汉字在计算机中的编码形式
2、国标码将汉字和字符分为 一级汉字：常用汉字，有3755个，按拼音排序 二级汉字：不常用汉字，有3008个，按部首/笔画排序 图形符号：有682个
2、区位码
1、区位码不是汉字在计算机中的编码形式
2、区位码分区码和补码两部分，采用十进制形式，取值范围为01-94
3、每一个国标码都有一个唯一的区位码标识，如汉字“中”的区位码是5448表示区码54补码48
3、机内码
1、汉字在计算机中的编码形式
2、每一个汉字机内码占用2Byte的存储空间，两个字节的最高（左）位，都固定位（1）B，实现了与ASCII码的区分
3、
子主题
子主题
字库码/字型码/字模码
1、字库码是汉字输出时字体（如宋体）、字型（如加粗）字号（如四号）
2、汉字有两种输出方式
1、点阵
例如输出1个16*16点阵汉字，占用内存空间=1*16*
2、矢量图，缩放、旋转、不会变形
硬件/硬件设备
购置一台PC机，需要的硬件设备有：主板、CPU、内存条、显示适配卡（显卡）、网络适配器（网卡）、声音适配器（声卡）、硬盘、机箱电源、显示器、键盘、鼠标等
1、主板
1、主板是计算机中最大的设备，是其他设备的载体
2、主板上有两个芯片组
北桥芯片：控制CPU与内存、显存之间数据传输
南桥芯片：控制主机内存与外设之间的数据传输
2、总线结构BUS
1、主板上的总线结构，是计算机内部数据传输的公共通道
2、系统总线的结构分为地址总线、数据总线、控制总线三类
3、地址总线是CPU向内存的单向通道，地址总线的宽度（bit）数，决定了CPU访问的内存容量
4、数据总线是CPU与内存的双向通道，数据总线宽度（bit数，决定了CPU字长
例子，主板上数据总线的宽度是32bit，则CPU的字长是32位
5、控制总线用于传输控制信号
3、接口/接口电路
1、接口电路有：声卡、显卡、网卡、USB、IDE/SATA（硬盘与主板接口）
2、接口电路功能：数据缓存
3、（判断）外设（如显示器）必须先连接接口电路（显卡），接口电路（显卡）必须挂接到主板的总线结构上之后，才能与内存实现数据传输
4、存储器
1、（填空）PC机的核心硬件是微处理器 微处理器属于CPU，生产商Inter公司（或AMD公司）Pentium/Core
内存中存储的是指令和数据，断电后内存中的数据全部丢失，CPU只能直接访问内存中的指令和数据。 外存中存储的是文件，断电后不会丢失，外存中数据必须先进入内存后，才能被CPU访问（间接访问） 与外存相比，内存容量小，速度快。
2、（简答）内存和外存的区别
4、（填空）内存分为RAM（随机存储器）和ROM（只读存储器）两类
（简答）RAN和ROM的区别
1、RAM是随机存储器，存储的是指令和数据，能读，能写，断电后，全部丢失 2、ROM是只读存储器，存储的是计算机系统信息，只能读，不能写（修改），断电后不会丢失 3、计算机内存容量一般指RAM的容量
ROM只读存储器
1、PROM可编程只读存储器
2、EPROM可擦除可编程只读存储器，允许多次写入，删除其内容
RAM分为SRAM（静态RAM）、DRAM（动态RAM）两类
1、SRAM工作时，无需定期刷新，工作速度快，是制作Cache（高速缓存）的材料
（重点）Cache功能：数据缓存。 介于CPU和内存之间，解决CPU工作速度快、内存工作速度慢导致的速度不匹配
2、DRAM工作时，需要定期刷新（周期刷新），工作速度慢，是制作内存条的材料
5、外存 包括硬盘、网盘、U盘、移动硬盘、光盘，外存容量一般指硬盘容量
1、硬盘采用磁道和扇区形式存储数据
2、硬盘盘片的盘面上划分出若干个同心圆称磁道
3、磁道上划分出若干个区域称扇区
4、每条磁道每个扇区中，固定存储容量是512B
5、不同盘面，相同半径的同心圆称为柱面
盘面数=磁头数
6、每个盘面上，都有一个读写磁头
盘面数=磁头数
7、决定硬盘存储容量的指标有硬盘容量=盘头数（磁头数）*磁道数（柱面数）*扇区数*512B
例，双面盘，盘面上划分1000（1024）条磁道，每条磁道上划分1000（1024）个扇区，磁盘的存储容量=2*1000*1000*512B=1GB
6、输入设备（键盘、快捷键）
1、输入法快捷键+两个键位，同时按下
1、ctrl+space打开/关闭中文输入法
2、ctrl+shift选择输入法
3、shift+space全角/半角转换（一个全角字符占用两个半角字符）
（考点）ASCII码区分全半角，汉字不区分全半角
4、Ctrl+.中/英文标点符号切换
2、复制、移动
说明：剪贴板是内存容量，实现应用程序之间信息共享
Ctrl+c将选中对象在剪贴板上制作副本
Ctrl+v将剪贴板中对象，复制到指定位置
Ctrl+x将选中对象移动到剪切板上
3、Alt+F4关闭应用程序窗口
4、Ctrl+esc打开“开始”菜单
5、Ctrl+shift+esc打开“任务管理器”
7、输出设备
1、显示器性能指标
1、点距：决定了显示器（由显卡、监视器（屏幕）两部分组成）的分辨率，点距越小，分辨率越高
2、分辨率：指像素点与像素点之间距离，分辨率越高、头像越清晰
例，1024*768表示显示器显示1024列*768行个像素点
3、颜色质量（颜色深度）颜色位数决定了颜色逼真程度
1、显示器的颜色，采用三原色RGB
2、每种颜色占用8bit空间，共24位/3Byte
4、刷新频率，单位Hz，刷新频率越高、图像显示越稳定
如60Hz，表示每秒钟屏幕上显示60张（帧）图片
5、屏幕尺寸，单位inch英寸，指对角线长度