计算机基础知识

四川专升本计算机思维导图，涵盖了计算机系统、信息与信息技术、计算机技术概论、微型计算机硬件系统、计算机中信息的表示、计算机新技术与新应用等主要内容。

计算机基础知识

• 信息与信息技术
  • 信息与数据
    • 信息是自然界，人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切事物和物质的属性
    • 数据是存储在媒体可以加以鉴别的符号资料，同一信息可以用不同形式的数据表示
    • 数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，信息的符号化就是数据。信息是对数据加工得到的结果，它可以影响人们的行为，决策或对客观事物的认知。
  • 信息社会
    • 也叫信息化社会，是继工业化社会后，以信息活动为社会发展的基本活动的新型社会形态
  • 信息技术
    • 人们获取，存储，传递，处理，开发和利用信息资源的相关技术
  • 计算机文化的内涵
    • 文化的定义
      • 文化是人类社会的特有现象，是人类行为的社会化，是人类创造功能和创造成果的最高和最普遍的社会形式
    • 文化具有的基本属性
      • 广泛性，传递性，教育性，深刻性
    • 计算机文化真正内涵
      • 计算机文化是以计算机为核心，集网络文化，信息文化，多媒体文化为一体，并对社会生活和人类行为产生广泛，深远影响的新型文化，计算机文化是人类社会发展的里程碑之一，代表一个新的时代文化，它将一个人经过文化教育后所具有的能力由传统的读，写，算上升到了一个新高度—具有计算机信息处理能力。
• 计算机技术概论
  • 计算机起源与发展
    • 定义
      • 计算机是一直具有计算功能，记忆功能，逻辑判断功能，能接收和保存数据，按照预定程序对数据进行处理，并提供和保存处理结果
    • 起源
      • 图灵机
        • 组成
          • 一条无限长的纸带，一个读写头（能够在纸条上读写，左右移动。
        • 开始运作时，纸带上只有输入串
        • 对于任何一个图灵机，都可以用某种方式对其编码
        • 图灵机具有最强大的计算能力，其功能与高级程序设计语言等价
        • 美国计算机学会（ACM）1966年设置图灵奖
      • ENIAC
        • 第一台真正意义上的电子计算机（ENIAC）
          • 1946年2月美国宾夕法尼亚大学
            • 计算新式火炮的导弹轨迹，用十进制计算
              • 奠定了电子计算机发展基础，开辟了信息时代，把人类社会推向了第三次产业革命的新纪元
      • 冯•诺依曼EDVAC
        • 特点
          • 采用二进制表示数据
          • 五部分组成
            • 运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备
          • 存储程序是冯•诺依曼思想的核心
    • 发展
      • P5
  • 计算机特点
    • 运算速度快，计算精度高，存储容量大，具有逻辑判断能力，工作自动化，通用性强，可靠性高
  • 计算机分类
    • 按处理对象
      • 模拟计算机，数字计算机，混合计算机
    • 按用途
      • 专用计算机，通用计算机
    • 按规模
      • 大型机（用于国民经济和国家安全的高端领域，如模拟核爆炸，天气预报）中型机，小型机，微型机（发展最快和应用最广泛的计算机）工作站（工程设计，动画设计，软件开发等领域）
  • 计算机应用
    • 科学计算
      • 又叫数值计算，指计算机用于完成和解决科学研究和工程计算中的科学计算问题
        • 计算机最早单位应用领域
    • 信息处理
      • 数据处理，以数据库管理系统为基础，利用计算机对大量数据进行加工处理，形成有用的信息
        • 目前应用最广泛的一个领域
    • 科学计算数据计算工作量大，数值变化范围大（地震预测，模拟核爆炸） 数据处理输入输出量大，计算方法比较简单（办公自动化OA，账目计算，信息情报检索
    • 过程控制（实时控制）
    • 计算机辅助系统
      • P8
    • 人工智能
    • 计算机网络和通信
    • 多媒体
    • 嵌入式系统
  • 计算机发展趋势
    • 巨型化，微型化，网络化，智能化
    • 未来突破
      • 光计算机，生物（分子）计算机，量子计算机
• 计算机中信息的表示
  • 在计算机内，不管是什么样的数据，都采用二进制编码形式表示和处理
    • 原因
      • 易于表示，技术实现简单
      • 运算简单，适于逻辑运算，可靠性高
  • 数制及其转换
    • 进位计数制概念
      • 基数
        • 用来表示某种数值的符号，数制所使用的数码个数就称为基数或基
          • 如十进制数基数为10
      • 位权
        • 数码在不同位置的权值称为位权
      • 数值按位权展开
    • 常用几种进位计数制
      • 十进制（D），二进制（B），八进制（O），十六进制（H）
    • 二进制数运算规则
      • 算数运算规则—P12
      • 逻辑运算规则
        • P12
    • r与十进制数的相互转换
      • r转为10进制
        • 位权展开求和
          • P13
      • 10进制转为R
        • 整数部分除R取整法，商为0，余数倒排
          • 小数部分乘R取整法，直到小数为0
    • 二，四，十六相互转换
      • P15
    • 十转2 8421法，8转2 421法，16转2 421法
  • 数值的编码表示
    • 整数在计算机中的表示
      • 一个数的最高位定义为符号位，0表示正，1表示负
      • 原码
        • 数值部分用X绝对值的二进制表示
          • ［X］原
            • 0有二义性，四则运算时符号位需单独处理，增加运算规则复杂性
      • 反码
        • 正数与原码相同，负数数值部分是X绝对值取反
      • 子主题
        • 正数与原码，反码相同，负数为X绝对值取反+1
    • 浮点数在计算机中的表示
      • 定点整数
      • 定点小数
        • 小数点位置在符号位和有效数值部分之间
          • 定点小数是纯小数，所有数绝对值小于1
      • 浮点数
        • 阶码（定点整数）和尾数（定点小数）
    • 
  • 字符的编码表示
    • 西文字符编码
      • 正常情况下，最高位为0，需要奇偶校验时，这一位用于存放奇偶校验的值，此时称这一位为校验位
      • 0-9.A-Z，a-z的ASCII码值都是按顺序排列，依次增加1的，并且小写字母比对应大写字母的码值大32
      • ASCII编码，小写＞大写＞数字＞空白
    • 汉字字符编码
      • 汉字输入码
        • 音码，形码，数字编码
      • 汉字国标码
        • 区位码+20 20H
      • 汉字机内码
        • 国标码+80 80H
          • 区位码+A0 A0H
      • 汉字字形码
        • 汉字字模或汉字输出码
        • 点阵式
          • 点阵行数*点阵列数/8
        • 矢量码
          • 所有汉字的输出码构成汉字字形库，简称汉字库
    • Unicode
      • 编码方式
        • 对应于UCS-2，使用16位编码空间
          • 可向后兼容ASCII码
      • 实现方式
        • Unicode转换格式（UTF）
          • UTF-8（以字节为单位，用一个或几个字节表示一个字符，是一种编码，最大好处保留了ASCII编码作为它的部分），UTF-16，UTF-32
• 计算机系统
  • 组成
    • 硬件系统
      • 主机
        • CPU
          • 运算器
            • 计算机中执行数据处理指令的器件，负责对信息进行加工和运算
          • 控制器
            • 子主题
              • 计算机系统的控制中心，指挥计算机各部分协调工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作和处理
        • 内存
          • 随机存储器（RAM）
            • 当前计算机正在执行的程序与数据，CPU即可读出也可写入信息，断电后RAM存储的信息会丢失
            • SRAM（静态随机存储器）工作稳定，速度快，不需要刷新，DRAM（动态随机存储器）信息以电荷形式保存在集成电路的小电容中，因电容容易漏电，需定时刷新
          • 只读存储器（ROM）
            • 存放固定的程序和数据，断电后能长期保存
          • Cache
            • 高速缓冲存储器
              • 介于CPU和内存之间的一种高速存取信息的芯片，CPU和RAM的桥梁，用于解决二者之间的速度冲突问题
      • 外部设备
        • 外存储器
          • 内存储器的后备和补充，不能和CPU直接交换数据
            • 外存储器容量大，价格低，存取速度慢
        • 输入/输出设备（I/O设备）
          • 输入设备
            • 鼠标，键盘，扫描仪，数字化仪，数码摄像机，数码相机，条形码阅读器，触摸屏，A/D转换器
          • 输出设备
            • 打印机，显示器，音响，投影仪，绘图仪，D/A转换器
          • 磁盘驱动器和磁盘机输入输出设备都可
    • 软件系统
      • 系统软件
        • 操作系统(用户和计算机硬件之间的接口，直接运行在裸机上最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统上的支持下才能运行），语言处理程序，系统支撑和服务程序，数据库管理系统
      • 应用软件
        • Miscroft Office WPS office Adobe Photoshop
  • 计算机工作原理
    • 指令是让计算机完成某个某个操作所发出的基本操作命令，计算机完成某个操作的依据
      • 一条指令由操作码和操作数（地址码）组成
    • 计算机执行一指令序列，便可完成预定的任务，这一指令序列就称为程序
    • 存储程序工作原理-冯•诺依曼工作原理
    • 计算机工作过程：取指令，分析指令，执行指令，上述步骤完成后，指令计数器+1，为执行下一条指令做好准备
  • 信息存储单位
    • 位（b）计算机存储信息的最小单位
    • 字节（B），计算机用来表示存储空间大小的基本单位
      • 1B=8b，1kb=1024b=2∧10b，MB.GB.TB.PB
    • 字（word）
      • 取字节的整倍数，计算机进行数据存储和处理的运算单位
  • 程序设计语言
    • 程序设计基础
      • 程序=算法+数据结构
      • 算法是有限个步骤用来解决问题的具体过程，算法有顺序，选择，循环三种结构，主要性质：有穷性，确定性（无二义性）可行性，零个或多个输入，一个或多个输出
        • 常见表现形式：自然语言，流程图，伪代码，计算机语言
    • 程序设计语言
      • 机器语言
        • 由0.1组成能被机器直接理解，执行的指令集合，计算机唯一能够直接执行的语言
          • 低级语言
      • 汇编语言
        • 采用一定助记符代替机器语言的指令和数据，又称为符号语言
          • 低级语言
      • 高级语言
        • 翻译程序有两种方式
          • 解释方式（对源程序一般翻译，一边执行，不产生目标程序）
          • 编译方式
            • 把源程序翻译成用机器语言表示的目标程序
      • 三种语言对比
        • 可读性，可移植性，执行速度
• 微型计算机硬件系统
  • 常见硬件设备
    • 内存储器
      • 同步动态随机存储器SDRAM 双倍数据传输速率同步动态随机存储器DDR SDRAM
    • 外存储器
      • 软盘
        • 技术指标：面数，磁道，扇区 存储容量
        • 存储容量=每个扇区的字节数*每个磁道的扇区数*每面的磁道数*面数
      • 硬盘
        • 存储容量=磁道数*扇区数*扇区内字节数*面数*磁盘片数
      • 可移动存储器
        • U盘
          • 容量大，使用与携带方便，数据存储安全稳定，价格低
        • 移动硬盘
          • 容量大，传输速率高，使用方便，可靠性强
      • 光盘存储器
        • 优点：成本低，存储密度大，容量大，可靠性高，不易受损，耐用，易于长期保存数据
        • 缺点：读出速度和数据传输速度慢
        • CD光盘存储器
          • CD光盘驱动器
            • CD-ROM光驱
            • CD-RW刻录机
          • CD光盘片
            • CD-ROM光盘片，CD-R光盘片，CD-RW光盘片
            • SCSI接口，IDE接口，并行口，USB接口
        • DVD光盘存储器
          • DVD光盘片
            • DVD-ROM，DVD-R，DVD-RAM
          • DVD光盘驱动器
            • DVD影碟机，DVD-ROM，DVD-RW刻录机
    • 主板
      • 主板部件
        • 主板也称为母版，是计算机各个部件的连接载体
      • 芯片组
        • 系统主板的灵魂，决定了主板的结构及CPU的使用
      • 板载功能
        • 定义：除了搭载CPU，内存，磁盘等外设外还可附加原来由各种类型的卡所承担的功能
        • 主要板载功能
          • 声卡，显卡，IEEE1394卡
      • CPU
        • 计算机核心，由运算器，控制器组成，负责处理，运算计算机内部的所有数据
        • 性能指标
          • 主频（CPU的时钟频率，单位Hz），睿频，QPI带宽
          • 字长（运算精度越高）
          • 高速缓缓器容量
          • 多核（提高程序的并发性）和多线程
      • 总线（Bus)
        • 计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线
        • 分类
          • 传输方式
            • 串行/并行总线
          • 传输信息
            • 数据总线（DB）地址总线（AB），控制总线（CB）
              • 数据是双向，其他都是单线
        • 常见
          • PCI总线，AGP总线，USB总线，PCI-Express总线
    • 接口
      • USB接口（USB2.0，USB3.0）IEEE1394，HDMI接口
    • 基本输入设备
      • 键盘鼠标触摸屏扫描仪
    • 基本输出设备
      • 显示器
        • 液晶显示器的主要参数分辨率，颜色质量（颜色位数决定的颜色质量，颜色位数越多，颜色数量越多，例如若颜色质量为n为，则颜色数量为二的n次方种，响应时间
      • 打印机是计算机基本的输出设备之一
        • 打印机主要性能指标，打印速度，分辨率，打印速度的单位是ppm几分钟可打印的页数，分辨率是dpi集美英寸的点数，分辨率越高，打印质量越高
        • 点阵打印机噪声大，速度慢，精度低，不适合打印图形喷墨打印机噪声小，而打印质量高，打印度比点正打印机会打印成本较高，喷墨口不容易保养，机关打印机技术成熟，可靠性高，快速安全分辨率高，购置费用和消耗材料的费用都比较高
  • 微型计算机的主要性能指标
    • 主频也称为时钟频率，是指CPU内部的工作频率，表示CPU在单位时间内发出的脉冲数，它在很大程度上决定了计算机的运算速度，影响主频大小的因素，还有外频和倍频其计算关系为主频等于外频乘以倍频
    • 字长取决于计算机数据总线的宽度，也是CPU一次能处理的数据位数。字长是CPU进行运算和数据处理最基本，最有效的信息位长度。目前常见的CPU有32位，64位
    • 存储容量
    • 存取周期
      • 存取周期越短CPU等待的时间就越短，表示访问数据的速度越快，内存性能就越好
    • 速度是一项综合性的性能指标，单位有m i ps （每秒百万条指令），b i ps（每秒十亿条指令）
      • 一般来说，主频越高，字长越长，内存容量越大，存取周期越短，运算速度越快，
• 计算机新技术与新应用
  • 云计算
    • 定义
      • 基于互联网相关服务的增加，使用和交互模式，通常涉及通过互联网提供动态易拓展且经常是虚拟化的资源
    • 特点
      • 分布式，资源共享，跨地域，超大规模，资源抽象，高可靠性
    • 类型
      • 基础架构即服务（IaaS）
        • 云计算三层服务的最底端
      • 平台即服务（PaaS）
      • 软件即服务（SaaS）
        • 最常见的服务
    • 常用的云服务
      • 个人云，云存储，云主机
  • 大数据
    • 大数据是具有海量，高增长率和多样化的信息资产，它需要全新的处理模式来增强决策力，洞察发现力，流程优化能力
    • 特征
      • 大量，多样，高速，价值密度低
    • 大数据技术
      • 不是抽样统计，而是面向全体样本
        • 允许不精确性和混杂性
          • 不是因果关系，而是相关关系
    • 应用
      • 阿里信用贷款，京东慧眼
  • 物联网
    • 定义
      • 物吴相连的互联网，所有的人和物在任何时间，地点都可以实现人与人，人与物，物与物的信息交互
    • 关键技术
      • RFID技术，传感技术，嵌入式技术，位置服务技术，ipv6
    • 体系架构
      • 感知层
        • 实现物联网全面感知能力，物联网关键技术
      • 网络层
        • 物联网中标准化程度最高，产业化能力最强，最成熟的部分。
      • 应用层
    • 应用
      • 智能交通，智能物流，智能家居，智能医疗，智能监测，敌情侦查，情报搜集
  • 人工智能
    • 定义
      • 研究，开发用于模拟，延伸和拓展人的智能理论，方法，技术及应用系统的一门新的科学技术
    • 应用
      • 机器人，模式识别系统（AI最早和最重要的研究领域）自然语言处理程序，智能检索系统
  • 区块链
    • 狭义
      • 按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的去中心化分布式账本
    • 广义
      • P43
    • 基础技术
      • 哈希运算
        • 特性
          • 正向快速，输入敏感，逆向困难，强抗碰撞性
            • 保证区域链的不可篡改性
      • 数字签名
        • 电子签名，采用非对称加密算法实现类似传统物理签名的效果
      • P2P网络（对等计算机网络）
        • 去中心化的服务节点
      • 共识算法
      • 智能合约
    • 特性
      • 透明可信，防篡改可追溯，去信任，系统高可靠
  • 移动网络
    • 3G网络
    • 4G网络
      • 特点P44
    • 5G网络
      • 特点P45
      • 关键技术
        • 5G新空口技术
        • 5G新核心网技术
        • 5G安全技术
      • 发展方向
        • 多元化，宽带化，综合化，智能化
      • 主要应用
        • 自动驾驶，外科手术，智能电网
  • 电子商务
    • EC
    • 关键组成要素
      • 信息流，商流，资金流，实物流
    • 交易方式不同
      • B2B，交易双方是企业（阿里巴巴）
      • B2C，交易双方是企业与消费者（京东/天猫商城
      • C2C，交易双方是消费者（闲鱼，淘宝个人店铺）
    • 特点
      • 更广阔的环境和市场，流通和价格
    • 技术
      • 网络数据通信，EDI技术（电子数据交换技术）安全技术，电子支付技术，数据库技术
    • 要求
      • 安全性，数据完整性，身份认证，不可抵赖性（通过数字签名实现）
    • 作用
      • 对产品与服务交易过程和商务主体间商业关系创新提供支持
      • 支持商业模式创新，并创造新的商业价值
  • 虚拟现实技术
    • 概念
      • 虚拟现实技术也叫虚拟灵境或人工环境，是一种创建和一言虚拟世界的计算机系统，利用计算机生成一个逼真的具有视，听，触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用从而产生声临其境的感受
    • 主要特征
      • 可以真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境，与之互动，产生交流
      • 沉浸/临场感，实时交互性—实质性特征
        • 对虚拟环境的现实构想—最终目的
    • 分类
      • 桌面式虚拟现实系统（结构简单，价格低廉，缺乏真实的现实体验）沉浸式虚拟现实系统（完全沉浸体验，价格昂贵）增强式虚拟现实系统（真实世界和叠加在真实世界的虚拟对象并存）分布式虚拟现实系统（利用远程网络，多个用户参加一个虚拟空间）
    • 组成
      • 输入部分
        • 数据手套，三维球，自由度鼠标，生物传感器，头部跟踪器，语音输入设备
      • 输出部分
        • 三维图像视觉效果，声音效果和触觉效果来实现
      • 虚拟环境数据库
      • 虚拟现实软件
        • 三维物体建模
          • AutoCAD， Multigen，VRML
        • 虚拟场景的建立以及三维物体与虚拟场景的集成Vega.OpenGVS，VRT，Vtree
    • 应用
      • 教育，工程，商业，娱乐
  • 增强现实技术
    • 增强现实概念
      • P48
    • 系统组成
      • AR硬件平台
        • 处理器，显示器，传感器，输入设备
        • 已上市的AR硬件P48
      • 软件
        • 将扩增对象与现实世界结合
          • 开发工具包（ARKit，ARCore，Unity)
      • 应用
        • 最早用于军事，后扩及到日常生活。
    • 应用
      • 娱乐应用
      • 教育应用
        • 结合课本，使课本内容跃然纸上
      • 辅助驾驶应用
        • 智能车速提醒，碰撞预警
      • 军事，医疗领域