计算机基础知识

从基本结构上来讲，电脑可以分为五大部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。下文将为大家讲述计算机的基础知识，一起来学习一下吧!

一般我们看到的电脑都是由：主机(主要部分)、输出设备(显示器)、输入设备(键盘和鼠标)三大件组成。

1.电脑的主体，在主机箱中有：主板、CPU、内存、电源、显卡、声卡、网卡、硬盘、软驱、光驱等硬件。

从基本结构上来讲，电脑可以分为五大部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。

2.了解电脑系统

电脑系统分为硬件和软件两大部分，硬件相当于人的身体，而软件相当于人的灵魂。

而硬件一般分为主机和外部设备，主机是一台电脑的核心部件，通常都是放在一个机箱里。而外部设备包括输入设备(如键盘、鼠标)和输出设备(如显示器、打印机)等。

软件一般分为系统软件和应用软件。

3.组装一台电脑需要选购哪些基本部件

(1)、机箱，一般电脑的主要零件都放在这里。

(2)、显示器，用来看电脑的工作过程，要不然，你都不知道电脑究竟在做什么。

(3)、键盘和鼠标，向电脑输入有用的命令，让它去为我们工作。

(4)、主板，这是一块很重要的东西，虽然它长得有点“丑”，这里是决定你这台电脑性能的重要零件之一哦。

(5)、内存，当电脑工作时，电脑会在这里存上存储数据，相当于人的记忆。

(6)、CPU，也称中央处理器，是电脑运算和控制的核心。

(7)、显卡，电脑通过这个玩意传送给显示器。

(8)、声卡，电脑通过这个玩意传送声音给音箱的哦。

(9)、硬盘，平常人们常说我的硬盘有多少G多少G，就是指这个硬盘的容量，而G数越多能装的东西便越多。

(10)、软驱，就是插软盘的玩意，现在一般都用3.5英寸的，古老年代用5.25英寸的，现在我们去买人家都不卖了。

(11)、光驱，听CD当然少不了这个，有时候你要安装某些软件都是在光盘上的，所以这个用处太大。

(12)、电源，主要用于将220V的外接电源转换为各种直流电源，供电脑的各个部件使用

4. 如何评价一台电脑的好和坏

当然，一台电脑的好坏，是要从多方面来衡量的，不能仅看其中某个或者几个性能指标。而一般评价一台电脑的好坏的性能指标有如下几种：

(1)、CPU的类型和时钟频率

这是电脑最主要的性能指标，它决定了一台电脑的最基本性能。以前我们常说的286、386、486、586、686等就是按CPU的型号来叫的。

时钟频率是一台电脑按固定的节拍来工作的一种衡量方法吧，又称为主频，时钟频率越高，时钟周期就越短，它执行指令所需要的时间便越短，运算速度就越快。

(2)、内存的容量

内存的单位是MB，平常人们总说我的内存有多少多少MB就是指这个，如32MB、64MB、128MB、256MB等，一台电脑，它的内存容量越大，则电脑所能处理的任务可以越复杂，速度也会越快。

(3)、外部设备的配置情况

高档电脑一般都有软好的显示器、键盘、鼠标、音箱等等。

(4)、运行速度

一台电脑的运行速度主要是由CPU和内存的速度所决定的。

(5)、总线类型

总线位数越多，机器性能越高。

(6)、兼容性

是否具有广泛的兼容性，包括能否运行所有电脑上开发的各种应用软件和接受电脑各类扩展卡

计算机专业就业前景

1、网络工程方向就业前景良好，学生毕业后可以到国内外大型电信服务商、大型通信设备制造企业进行技术开发工作，也可以到其他企事业单位从事网络工程领域的设计、维护、教育培训等工作。

2、软件工程方向就业前景十分广阔，学生毕业后可以到国内外众多软件企业、国家机关以及各个大、中型企、事业单位的信息技术部门、教育部门等单位从事软件工程领域的技术开发、教学、科研及管理等工作。也可以继续攻读计算机科学与技术类专业研究生和软件工程硕士。

3、通信方向学生毕业后可到信息产业、财政、金融、邮电、交通、国防、大专院校和科研机构从事通信技术和电子技术的科研、教学和工程技术工作。

4、网络与信息安全方向宽口径专业，主干学科为信息安全和网络工程。学生毕业后可为政府、国防、军队、电信、电力、金融、铁路等部门的计算机网络系统和信息安全领域进行管理和服务的高级专业工程技术人才。

1.新建文档：

①“文件”菜单→“新建“命令→对话框→“常用”选项卡→“空白文档”。

②单击常用工具栏新建按钮。

③按快捷键“Ctrl+N”新建命令。

2.打开文档：

①“文件”菜单→“打开“命令→对话框→“查找范围” →选择要打开的文件→“打开”按钮。

②“常用”工具栏→单击打开按钮。

③按快捷键“Ctrl+O”打开命令。

3.保存文档：

①“文件”菜单→“保存”命令(另存为)命令→对话框→输入文件名(保存类型)→“保存”按钮。

②单击“常用”工具栏按钮。

③按快捷键“Ctrl+S”命令，可保存文件。

④按F12→对话框→输入文件名→“保存”按钮。

4.关闭文档：

①单击“文件”菜单→“关闭“命令

②单击窗口左上角的控制菜单按钮。

③按快捷键“Alt+F4”关闭命令。

④双击窗口右上角的关闭按钮。

5.如何设置文档显示的数目：

工具”菜单”→“选项”命令→“选项”对话框→“常规”选项卡→“列出最近使用文件选项”→输入文件数目→可显示最近所编辑的文档。

6.自动保存和恢复：

①“工具”菜单→“选项”命令→“选项”对话框→“保存”选项卡→“自动保存时间间隔”项→设置存储时间(可适当将时间设置减少)→“确定”按钮。

(*自动保存：可存储上次最后一次手动存储保存之间输入的信息。)

②改变默认路径

(一般默认的保存和打开的文件夹为“My Documents”即“我的文档”)来存储。

③“工具”菜单→“选项”命令→“选项”对话框→“文件位置”选项→“文件类型”列表→选择第一项“文档”→“更改”按钮→“更改位置”对话框→选择存储的文件夹→“确定”按钮→选项”对话框→“确定”按钮。

1.1算法

算法：是指解题方案准确而完整的描述。

算法不等于程序，也不等计算机方法，程序的编制不可能优于算法的设计。

算法的基本特征：是一组严谨地定义运算顺序的规则，每一个规则都是有效的，是明确的，此顺序将在有限的次数下终止。

特征包括：

(1)可行性;

(2)确定性，算法中每一步骤都必须有明确定义，不允许有模棱两可的解释，不允许有多义性;

(3)有穷性，算法必须能在有限的时间内做完，即能在执行有限个步骤后终止，包括合理的执行时间的含义;

(4)拥有足够的情报。

算法的基本要素：一是对数据对象的运算和操作;二是算法的控制结构。

基本运算和操作包括：算术运算、逻辑运算、关系运算、数据传输。

算法的控制结构：顺序结构、选择结构、循环结构。

算法基本设计方法：列举法、归纳法、递推、递归、减半递推技术、回溯法。

算法复杂度：算法时间复杂度和算法空间复杂度。

算法时间复杂度是指执行算法所需要的计算工作量。

一般来说，算法的工作量用其执行的基本运算次数来度量，而算法执行的基本运算次数是问题规模的函数。在同一个问题规模下，用平均性态和最坏情况复杂性来分析。一般情况下，用最坏情况复杂性来分析算法的时间复杂度。

算法空间复杂度是指执行这个算法所需要的内存空间。

1.2数据结构的基本概念

数据结构研究的三个方面：

(1)数据集合中各数据元素之间所固有的逻辑关系，即数据的逻辑结构;

(2)在对数据进行处理时，各数据元素在计算机中的存储关系，即数据的存储结构;

(3)对各种数据结构进行的运算。

数据结构是指相互有关联的数据元素的集合。

数据结构是反映数据元素之间关系的数据元素集合的表示。

数据的逻辑结构包含：

(1)表示数据元素的信息;

(2)表示各数据元素之间的前后件关系。(逻辑关系，与在计算机内的存储位置无关)

一个数据结构中的各数据元素在计算机存储空间中的位置关系与逻辑关系有可能不同。

数据的存储结构是数据的逻辑结构在计算机存储空间中的存放形式。

常用的存储结构有顺序、链接、索引等。

根据数据结构中各数据元素之间前后件关系的复杂程度，一般将数据结构分为线性结构和非线性结构。

线性结构条件：

(1)有且只有一个根结点;

(2)每一个结点最多有一个前件，也最多有一个后件。

非线性结构：不满足线性结构条件的数据结构。

1.3线性表及其顺序存储结构

线性表由一组数据元素构成，数据元素的位置只取决于自己的序号，元素之间的相对位置是线性的。

如：一个N维向量、矩阵

在复杂线性表中，由若干项数据元素组成的数据元素称为记录，而由多个记录构成的线性表又称为文件。

非空线性表的结构特征：

(1)有且只有一个根结点a1，它无前件;

(2)有且只有一个终端结点an，它无后件;

(3)除根结点与终端结点外，其他所有结点有且只有一个前件，也有且只有一个后件。结点个数n称为线性表的长度，当n=0时，称为空表。

线性表的顺序存储结构具有以下两个基本特点：

(1)线性表中所有元素的所占的存储空间是连续的;

(2)线性表中各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放的。

ai的存储地址为：ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k,，ADR(a1)为第一个元素的地址，k代表每个元素占的字节数。

顺序表的运算：插入、删除。

1.4 栈和队列

1.栈是限定在一端进行插入与删除的线性表，允许插入与删除的一端称为栈顶，不允许插入与删除的另一端称为栈底。

栈按照“先进后出”(FILO)或“后进先出”(LIFO)组织数据，栈具有记忆作用。用top表示栈顶位置，用bottom表示栈底。

2.栈的顺序存储

用一维数组S(1:m)作为栈的顺序存储空间，M为栈的最大容量。S(bottom)表示栈底元素，s(top)为栈顶元素，top=0表示栈空，top=m表示栈满。

3.栈的基本运算：

(1)插入元素称为入栈运算;(top=top+1;将新元素插入到栈顶指针指向的位置) 上溢

(2)删除元素称为退栈运算;(将栈顶指针指向的元素赋给指定的变量，top=top-1) 下溢

(3)读栈顶元素是将栈顶元素赋给一个指定的变量，此时指针无变化。

1.5 队列

队列是指允许在一端(队尾)进入插入，而在另一端(队头)进行删除的线性表。Rear指针指向队尾，front指针指向队头。

队列是“先进先出”(FIFO)或“后进后出”(LILO)的线性表。

队列的顺序存储

与栈类似，用一维数组Q(1：m)作为队列的顺序存储空间

队列运算

(1)入队运算：从队尾插入一个元素;

(2)退队运算：从队头删除一个元素。

循环队列：

在循环队列结构中，当存储空间的最后一个位置已被使用而要进行入队运算时，只要存储空间的第一个位置空闲，就可将元素加入到第一个位置，即将存储空间的第一个位置作为队尾。

从Front指针指向的后一个位置直到队尾指针rear指向的位置之间所有的元素均为队列中的元素。

循环队列的初始状态为空： rear=front=m

当循环队列满时，rear=Front

为区别队满还是队空，增加标志S。

s=0表示队列空，s=1且front=rear表示队列满

1.5线性链表

对于元素变动频繁的大线性表不宜采用顺序存储结构，而应采用链式存储结构。

在链式存储结构中，数据结构中的每一个结点对应于一个存储单元，这种存储单元称为存储结点，简称结点。

结点由两部分组成：(1)用于存储数据元素值，称为数据域;(2)用于存放指针，称为指针域，用于指向前一个或后一个结点。

在链式存储结构中，存储数据结构的存储空间可以不连续，各数据结点的存储顺序与数据元素之间的逻辑关系可以不一致，而数据元素之间的逻辑关系是由指针域来确定的。

链式存储方式既可用于表示线性结构，也可用于表示非线性结构。

线性链表，HEAD称为头指针，HEAD=NULL(或0)称为空表，如果是两指针：左指针(Llink)指向前件结点，右指针(Rlink)指向后件结点。

线性链表的基本运算：查找、插入、删除。

1.6树与二叉树

树是一种简单的非线性结构，所有元素之间具有明显的层次特性。

在树结构中，每一个结点只有一个前件，称为父结点，没有前件的结点只有一个，称为树的根结点，简称树的根。每一个结点可以有多个后件，称为该结点的子结点。没有后件的结点称为叶子结点。

在树结构中，一个结点所拥有的后件的个数称为该结点的度，所有结点中最大的度称为树的度。树的最大层次称为树的深度。

度为2的树称为二叉树。

二叉树的特点：

(1)非空二叉树只有一个根结点;

(2)每一个结点最多有两棵子树，且分别称为该结点的左子树与右子树。

二叉树的基本性质：

(1)在二叉树的第k层上，最多有2k-1(k≥1)个结点;

(2)深度为m的二叉树最多有2m-1个结点;

(3)度为0的结点(即叶子结点)总是比度为2的结点多一个;

(4)具有n个结点的二叉树，其深度至少为[log2n]+1,其中[log2n]表示取log2n的整数部分;

满二叉树是指除最后一层外，每一层上的所有结点有两个子结点，

满二叉树的性质：

第k层上有2k-1个结点，深度为m的满二叉树有2m-1个结点。

完全二叉树是指除最后一层外，每一层上的结点数均达到最大值，在最后一层上只缺少右边的若干结点。

由满二叉树与完全二叉树的特点可以看出，满二叉树也是完全二叉树，完全二叉树一般不是满二叉树。

完全二叉树的性质：

(1)具有n个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1;

(2)设完全二叉树共有n个结点。如果从根结点开始，按层序(每一层从左到右)用自然数1，2，…，n给结点进行编号(k=1,2….n)，有以下结论：

①若k=1，则该结点为根结点，它没有父结点;若k>1，则该结点的父结点编号为INT(k/2);

②若2k≤n，则编号为k的结点的左子结点编号为2k;否则该结点无左子结点(也无右子结点);

③若2k+1≤n，则编号为k的结点的右子结点编号为2k+1;否则该结点无右子结点。

二叉树存储结构

采用链式存储结构，对于满二叉树与完全二叉树可以按层序进行顺序存储。

二叉树的遍历：

(1)前序遍历(DLR)，首先访问根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树;

(2)中序遍历(LDR)，首先遍历左子树，然后访问根结点，最后遍历右子树;

(3)后序遍历(LRD)首先遍历左子树，然后访问遍历右子树，最后访问根结点。

例： 设有如下的二叉树

其前序遍历(DLR)的结果为： A B D E H I C F G

其中序遍历(LDR)的结果为：D B H E I A F C G

其后序遍历(LRD)的结果为：D H I E B F G C A

1.7查找技术

顺序查找的'使用情况：

(1)线性表为无序表;(不管是顺序存储结构还是链式存储结构)

(2)表采用链式存储结构。(即使是有序线性表)

二分法查找只适用于顺序存储的有序表，

对于长度为n的有序线性表，二分查找最坏情况只需比较log2n次，顺序查找需要比较n次。

1.8排序技术

排序是指将一个无序序列整理成按值非递减顺序排列的有序序列。

交换类排序法：

假设线性表的长度为n

(1)冒泡排序法

在最坏情况下，需要比较的次数为n(n-1)/2;

(2)快速排序法

在最坏情况下，需要比较的次数为n(n-1)/2

插入类排序法：

(1)简单插入排序法，最坏情况需要n(n-1)/2次比较;

(2)希尔排序法，最坏情况需要O(n1.5)次比较。

选择类排序法：

(1)简单选择排序法,最坏情况需要n(n-1)/2次比较;

(2)堆排序法，最坏情况需要O(nlog2n)次比较。

1、计算机发展历史上的重要人物和思想

1、法国物理学家帕斯卡(1623-1662)：在1642 年发明了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。

2、德国数学家莱布尼茨：在1673 年发明了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一系列齿轮组成，但它能够连续重复地做加减法，从而实现了乘除运算。

3、英国数学家巴贝奇：1822 年，在历经10 年努力终于发明了“差分机”。它有3 个齿轮式寄存器，可以保存3 个5 位数字，计算精度可以达到6 位小数。巴贝奇是现代计算机设计思想的奠基人。

英国科学家阿兰图灵(理论计算机的奠基人)

图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序”的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。

美籍匈牙利数学家冯诺依曼(计算机鼻祖)计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成；应采用二进制简化机器的电路设计；采用“存储程序”技术,以便计算机能保存和自动依次执行指令。

七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯?诺依曼计算机”。

2、电子计算机的发展历程

1、1946 年2 月由宾夕法尼亚大学研制成功的ENIAC 是世界上第一台电子数字计算机。“诞生了一个电子的大脑” 致命缺陷：没有存储程序。

2、电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代：电子管、晶体管、集成电路、大规模及超大规模集成电路

3、计算机的类型

按计算机用途分类：通用计算机和专用计算机

按计算机规模分类：巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、服务器、嵌入式计算机

按计算机处理的数据分类：数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机

1.1.4 计算机的特点及应用领域

计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。（含义）

1、运算速度快

2、计算精度高

3、存储容量大

4、具有逻辑判断能力

5、按照程序自动运行

应用领域：科学计算、数据处理、过程与实时控制、人工智能、计算机辅助设计与制造、远程通讯与网络应用、多媒体与虚拟现实

1.1.5 计算机发展趋势：巨型化、微型化、网络化、智能化

1、光计算机2、生物计算机3、量子计算机

1.2 计算机系统构成

. 一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两大部分组成

. 硬件系统是指能够收集、加工、处理数据以及输出数据所需的设备实体，是看得见、摸得着的部件总和。

. 软件系统是指为了充分发挥硬件系统性能和方便人们使用硬件系统，以及解决各类应用问题而设计的程序、数据、

文档总和，它们在计算机中体现为一些触摸不到的二进制状态，存储在内存、磁盘、闪存盘、光盘等硬件设备上。

1.3.1 信息技术概念

信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。

数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。

4 次信息革命：文字、造纸和印刷术、电报电话广播电视、计算机与网络

现代信息技术：计算机技术＋微电子技术＋通信技术

1.3.1 信息技术产业与人才

信息产业是信息社会的支柱，主要包括：计算机硬件制造业、计算机软件业、信息服务业以及国民经济中传统行业的信息化

信息产业属资本密集型、知识密集型、人才密集型的产业。

信息技术教育包括：

. 对信息科学的理解

. 对信息应用的实践能力

. 对信息社会的认识和态度

一、硬件知识

1、计算机系统的组成包括硬件系统和软件系统 硬件系统分为三种典型结构：

(1)单总线结构

(2)双总线结构

(3)采用通道的大型系统结构

中央处理器CPU包含运算器和控制器。

2、指令系统

指令由操作码和地址码组成。

3、存储系统分为 主存—辅存层次 和 主存—Cache层次

Cache作为主存局部区域的副本，用来存放当前最活跃的程序和数据。 计算机中数据的表示

Cache的基本结构：Cache由存储体、地址映像和替换机构组成。

4、通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器，它使CPU与I/O操作达到更高的并行度。

5、总线从功能上看，系统总线分为地址总线（AB）、数据总线(DB)、控制总线（CB）。

6、磁盘容量记计算

非格式化容量=面数*(磁道数/面)*内圆周长*最大位密度

格式化容量=面数*(磁道数/面)*（扇区数/道）*（字节数/扇区）

7、数据的表示方法 原码和反码

[+0]原=000…00 [-0]原=100...00 [+0]反=000…00 [-0]反=111…11

正数的原码=正数的补码=正数的反码 负数的反码：符号位不变，其余位变反。

二、操作系统

操作系统定义：用以控制和管理系统资源，方便用户使用计算机的程序的集合。

功能：是计算机系统的资源管理者。 特性：并行性、共享性

分类: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。

进程：是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。

进程分为三种状态：运行状态（Running）、就绪状态(Ready)、等待状态(Blocked)。

虚拟存储器：是指一种实际上并不以物理形式存在的虚假的存储器。

页架：把主存划分成相同大小的存储块。

页：把用户的逻辑地址空间（虚拟地址空间）划分成若干个与页架大小相同的部分，每部分称为页。

页面置换算法有：

1、**置换算法OPT

2、先进先出置换算法FIFO

3、最近最少使用置换算法LRU

4、最近未使用置换算法NUR

使独占型设备成为共享设备，从而提高设备利用率和系统的效率。

SPOOL系统：实现虚拟设备技术的硬件和软件系统，又Spooling系统，假脱机系统。

作业调度算法：

1、 先来先服务调度算法FIFO：按照作业到达系统或进程进入就绪队列的先后次序来选择。

2、 优先级调度算法：按照进程的优先级大小来调度，使高优先级进程得到优先处理的调度策略。

3、 最高响应比优先调度算法：每个作业都有一个优先数，该优先数不但是要求的服务时间的函数，而且是该作业为得到服务所花费的等待时间的函数。 以上三种都是非抢占的调度策略。

三、嵌入式系统基本知识

定义：以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应于特定应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的计算机系统。

特点：硬件上，体积小、重量轻、成本低、可靠性高等特点、使用专用的嵌入式CPU。软件上，代码体积小、效率高，要求响应速度快，能够处理异步并发事件，实时处理能力。

应用：从航天飞机到家用微波炉。

第二章、计算机网络概论

滑动窗口协议规定重传未被确认的分组，这种分组的数量最多可以等于滑动窗口的大小，TCP采用滑动窗口协议解决了端到端的流量控制。

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