复习笔记1-计算机及其应用基础知识

计算机特点

运算速度快、计算精确度高、存储容量大、自动化程度高、通用性强

分类

通用计算机、专用计算机（数控、ATM）
8位机、16位机、32位机、64位机
巨型、大型、小型、微型（常规台式、笔记本电脑），以及工作站、服务器

应用

科学计算（超算）、信息处理（OA办公）、
计算机辅助系统（设计CAD、制造CAM、教学CAI、测试CAT）、
过程检测与控制、多媒体应用、计算机网络（互联网）、人工智能

基数和权

逢R（基数）进1
R=10，十进制，i（权值）=0,10⁰ =1 即个位；十位i=1，数值*10¹

基数和权

0-0000；2-0010；4-0100；8-1000

进制转换

135D = 1000 0111B

0.68D = 0.10101B（精确到小数点后5位）

8421码(脚标)

0-9 对应的二进制拼接
（12）10 =（0001 0010）8421

ASCⅡ码

无/有符号数

有符号数：机器数（表示正负的二进制）；真值（数值）
定点数（小数点位置是隐含约定的）
浮点数（根据需要而浮动）：M（尾数，表示有效数字）；E（阶码，表示指数）
任意数N，N = M * r ^E。（r为浮点数阶码的底，与尾数基数相同，可以为2、4、8、16等）
阶符±(1位) 阶码E（k位）数符±（1位）尾数M（l位）

原码

n+1位，定点整数范围 [ -（2ⁿ-1）, 2ⁿ-1 ]；定点小数 [ -（1-2^-n）, 1-2^-n ]
+0 = 0 0000
-0 = 1 0000

反码

范围同原码
正数同原码

负数符号位不变，其他位按位取反
例如：X=-101011 , [X]原= 10101011 ，[X]反=11010100

补码

n+1位，定点整数范围 [ -2ⁿ, 2ⁿ-1 ]；定点小数 [ -1, 1-2^-n ]
0的补码是唯一的，如果机器字长为8那么[0]补=00000000

正数同原码

负数符号位不变，反码的基础上按照正常的加法运算加1
例如：X=-101011 , [X]原= 10101011 ，[X]反=11010100，[X]补=11010101

移码

不管正负，只要补码的符号位取反
例如：X=-101011 , [X]原= 10101011 ，[X]反=11010100，[X]补=11010101，[X]移=01010101

四则运算（+ - x /）

逻辑运算（与或非）

运算器、控制器

存储器

1Byte（字节） = 8 bit（位）
内存储器（主存储器）、外存储器（辅助存储器）、高速缓冲存储器（Cache）

内存储器

随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）：掉电丢失信息
– SRAM：通电保存；存取快，集成低，功耗大。组成 Cache
– DRAM：通电仅保存1~2ms；集成相对高，相对量大，低耗，慢。组成内存条
只读存储器（Read-Only Memory，ROM）：掉电不丢失
掩膜编程的只读存储器MROM（Mask-programmedROM）、可编程的只读存储器PROM（Programmable ROM）、可擦除可编程的只读存储器EPROM（Erasable Programmable ROM）、可电擦除可编程的只读存储器 EEPROM（Elecrically Erasable Programmable ROM）和快擦除读写存储器（Flash Memory）。

外存储器

硬盘（容量、平均存取时间、数据传输率）
– 硬盘容量 = 柱面数(磁道数) × 磁头数(盘面数) × 扇区数 × 扇区大小(512B/4KB)
软盘（可换盘片结构）
– 转速低、存取慢，价格便宜，环境要求低

高速缓冲存储器

我们追求的是让总时间 ta 越接近 tc 越好

访问效率 E = ta / tc * 100%

存储器工作原理

输入设备（外设）

鼠标、键盘、光笔、触摸屏、图形数字化仪（手画板）、扫描仪、摄像头

输出设备

显示设备
屏幕大小、分辨率、灰度级、刷新、刷新频率、刷新存储器
刷新存储器容量 = 分辨率 × 灰度级位数
刷新存储器带宽 = 刷新存储器容量 × 刷新频率
打印机、绘图仪、投影仪

总线

数据总线、地址总线、控制总线

总线宽度（位宽）：8位、16位、32、64（即8根、16根。。。）
总线带宽（B/s或Bps）= 总线工作频率 × 总线宽度 / 8
总线复用，如地址总线和数据总线共用一组物理线路，提高利用率
信号线数量：地址、数据和控制总线的总数
总线控制方式：突发工作、自动配置、逻辑方式、仲裁方式、计数方式等

系统总线标准：
ISA总线（AT总线）：IBM16位，独立于CPU的总线时钟，采用可提高频率利于提高CPU性能
EISA总线：ISA基础扩充开发的，兼容ISA，智能化，支持多个总线主控器和突发方式的传输
PCI总线（外围部件互连总线）：即插即用32/64位高性能总线，支持5V、3.3V标压，兼容性和扩展性良好
VESA（视频电子标准协会）总线：针对视频显示高数据传输
设备总线标准：
AGP总线（加速图形端口总线）：显卡专用局部总线，视频接口标准，连接内存和图形存储器
USB总线（通用串行总线）：连接能力强，真即插即用

主板

芯片组决定了主板结构及CPU的使用，是配合CPU连接存储器、显示器、键盘等设备的一组集成电路。
分为
北桥芯片：负责联系CPU并控制内存、AGP
南桥芯片：负责 I/O总线之间的通信

CPU

主要完成各种算数运算和逻辑运算，并控制计算机各部件协同工作
组成

控制器，指挥中心
①从内存取指令，并指出下一条指令在内存中的位置
②对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以启动规定动作
③指挥并控制CPU、内存和I/O设备之间的数据流动方向
运算器，所有操作均有控制器发出的控制信号（命令）下进行
①所有算数运算
②所有逻辑运算，并进行逻辑测试

功能
指令控制：程序的顺序控制（CPU的首要任务）
操作控制：管理并产生内存取出的指令，送到各部件，并控制部件按指令动作
时间控制：
数据加工：对数据加工（运算）处理（CPU的根本任务）
中断处理：处理运行中的异常和特殊请求

寄存器
通用寄存器：由程序设计者指定功能/存放操作数/满足某种寻址方式所需的寄存器
专用寄存器：
PC（程序计数器）：存放现行指令地址，通常有计数功能。当遇到转移类指令时，PC值可被修改
IR（指令寄存器）：存放当前准备执行的指令
MDR（存储器数据寄存器）：存放准备存入存储器的数据/最近从存储器中读出的数据
MAR（存储器地址寄存器）：存放将被访问的存储单元地址
程序状态字（PSW）寄存器：存放由算术指令和逻辑指令运算或测试结果建立的各种条件代码，如运算结果的溢出/进位/为零标志

显卡

即显示接口卡（显示适配器）
进行数/模信号转换的设备，输出和显示图形；图像处理，协助CPU工作
核显/集显/独显
工作原理：
①数据通过总线送到北桥，再送到GPU处理
②处理完数据送达显存
③从显存读取数据到RAM DAC进行数据转换.DVI接口显卡直接输出数字信号
④模拟信号到显示屏

外设

软件

系统软件
– 操作系统（核心）：管理全部资源，发挥性能，提供用户友好界面。
并发性/共享性/虚拟性/异步性
WIN、UNIX、Linux、macOS、DOS等
– 语言处理程序：汇编、编译、解释程序和相应的操作程序组成。
机器语言、汇编语言、高级语言
汇编程序，将汇编语言程序翻译成机器语言
编译程序和解释程序，将高级语言翻译成机器语言
– 数据库管理系统：用户与操作系统间的一层数据管理软件
Oracle、MySQL、SQL Server和Access等
– 系统辅助处理程序：帮助用户使用和维护，服务性
编辑、调试、诊断、硬件维护程序和网络管理程序
应用软件
除系统软件外的，强实用性、专门用于某应用领域
文字处理、表格处理、事务管理、辅助设计和实时控制软件等

程序设计语言

机器语言：0、1
汇编语言：与机器语言一一对应的符号指令和简单语法组成，面向机器的符号化
简洁、效率较高、占内存较少。相对易读易懂，易纠错和维护。没有通用性，可移植性差。
高级语言：BASIC、FORTRAN、C、C++、Java、Python等
通用性较强，可移植性、可维护好，易读易懂，易编写出结构紧凑、复杂程序。
运算执行效率低，硬件可控性弱。

● 编译型语言
编译型语言要求使用编译器一次性将所有源代码编译为一个可执行程序，一次编译可重复执行。C、C++、Golang、汇编等。
● 编译型语言一般不能跨平台
1.编译出来的可执行程序不能跨平台：因为不同操作系统对可执行文件有着不同的要求，彼此之间不能兼容。
2.源代码不能跨平台：不同操作系统下的函数、变量、api等可能会有不同。

● 解释型语言
解释型语言是使用解释器一边执行一边转换，用到些源代码就转换哪些，不会生成可执行程序。代表语言有JavaScript、Python、PHP、Shell等。
● 解释型语言一般可以跨平台

面向对象
– 对象：任何实体，具体事物/抽象概念
– 类：相似实体集合
– 消息：对象间互相联系和互相作用的方式。类似于函数调用。
由接收消息的对象名、消息标识符（消息名）、0或n个参数构成
– 抽象：从具体实例中出去共同的性质形成的一般概念，如类的概念。
– 继承：多个类存在相同的属性和方法，将这些相同内容抽取到单独一个类，再继承那个单独类，省去重定义属性和方法
子类，父类（超类）。使公共特性能够共享，提高软件重用性
– 封装：将对象属性和方法细节隐藏起来，只提供对外接口。
封装主体是类，对类提供保护。
– 多态：允许不同类的对象，对同一消息做出反应。

大数据（Big Data）

Volime：数据规模大
Variety：类型多
Velocity：处理速度快
Value：价值密度低

结构化数据：关系型数据库。Oracle、MySQL、SQL Server和Access等
半结构化数据：XML、JSON等
非结构化数据：不同类型文件，文本、图片、音频和视频

Hadoop：数据分布式处理的软件框架
HPCC：高性能计算与通信
Strom：分布式、容错的实时计算系统
Apache Drill：Hadoop数据快速查询方法

应用于电子政务、医疗卫生、能源、零售和气象行业等各行各业。

物联网（Internet of Things,IOT）

物联网：所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通。
①物联网是各种感知技术的广泛应用
②建立在互联网上的泛在网络
③具有智能处理能力，对物体实施智能控制
实现物品与物品（Thing to Thing，T2T）、人与物品（Human to Thing，H2T）、人与人（Human to Human，H2H）之间互联

感知层
网络层
应用层

传感器技术、RFID标签
嵌入式系统技术

对象的智能标签和智能控制，环境监控和对象跟踪

云计算（Cloud Computing）

狭义，IT基础设施（资源）的交付和使用，随时获取、扩展，按需使用，按使用量付费
广义，服务的。。。

架构
IaaS、PaaS、SaaS
特点
安全，方便，数据共享，无限可能，公有云成本较低，IaaS满足企业不同需求，大企业倾向于架设私有云
技术
虚拟化技术、云存储技术、安全技术、资源监控、自动部署
发展趋势
云计算扩展投资价值
混合云技术
以云为中心的设计
移动云服务

人工智能（Artificial Intelligence，AI）

人工在机器（计算机）上实现的智能（感知，记忆与思维、学习和行为能力）

研究的基本内容
知识表示
机器感知
机器思维
机器学习
机器行为
主要研究领域
1.自动定理证明：证明前提P得到结论Q的永真性（反证法）。数学定理、医疗诊断、信息检索、问题求解等
2.博弈：检验某些人工智能技术是否能模拟人类智慧
3.模式识别：自动或少人工地把模式分配到机器模式类中。
（传统）统计模式识别、结构模式识别等；（新）模糊数学及人工神经网络技术
4.智能信息检索：理解自然语言、推理能力，是系统有一定常识性知识
5.知识发现：从数据库中发现知识的全过程
数据挖掘（研究热点）：在全过程中的一个特定（有意义）的、关键的步骤。分数据预处理、建模、模型评估和模型应用。
6.专家系统：特定领域专长。广泛应用于医疗诊断、地质勘探、教育和军事。

多媒体技术

媒体：一是指媒质，即存储信息的实体；二是指传递信息的载体。
分类
感觉媒体：直接作用于人感官并使人产生感觉（语言文字声音图像）。视觉、听觉、触觉媒体
表示媒体：为加工、处理和传输感觉媒体而人为研究、构造的媒体。通常是各种编码方式，如语言编码、图像编码、文本编辑等
表现媒体：感觉媒体和用于通信的电信号之间的媒体，即输入输出设备，如鼠键、话筒、摄像机、显示器、打印机
存储媒体
传输媒体：通信载体，双绞线、同轴电缆、光纤。
多媒体技术：计算机综合处理多媒体信息的技术
集成性
实时性
交互性
发展趋势
媒体多样化
多媒体终端智能化
多媒体设备控制集中化
多媒体技术网络化
多媒体信息传输统一化
数据压缩
去掉信号数据的冗余性
无损数据压缩（还原、解压缩），赫夫曼算法、LZW压缩算法
有损数据压缩，PCM（脉冲编码调制）、预测编码、变换编码
信息获取
-扫描仪：将实物扫描成图片，再利用OCR软件识别并提取图片中文字
照相机、摄像机、录音设备（麦克、录音笔）、计算机（光盘、网络等）
音频数字化
-采样、量化、编码，将模拟声音转成数字音频
媒体格式
听觉媒体
WAV：波形声音文件格式，单声道/立体声，不失真，占空间大
MIDI：乐器数字接口，数字音乐/电子合成乐器统一国际标准
MP3：音频压缩技术，有损（高音质、低采样率，失真度低）
WMA：减少数据流量但保持音质
视觉媒体
– 位图
BMP：Windows标准图像文件格式。设备相关/无关位图。几乎不压缩
GIF：Internet上WWW的重要文件格式之一，无损压缩
TIFF：TIF，标签图像文件格式，扫描仪、桌面排版。灵活广泛。支持很多彩色系统
JPEG：JPG，一种连续色调静止的压缩标准。
– 矢量图
AI
CDR：CorelDRAW
DWG
DXF：AutoCAD中的一种，用于CAD与其他软件之间CAD数据交换
– 动态图像
AVI：音视频交错，微软，允许同步回放
MOV：QuickTime，苹果，音视频文件封装
MPG：MPEG，标准压缩，全运动视频图像文件格式
MP4
FLV：流媒体，Flash MX，文件极小、加载快