信息学奥赛计算机基础知识.docx

信息学奥赛计算机基础知识.docx

《信息学奥赛计算机基础知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息学奥赛计算机基础知识.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

信息学奥赛计算机基础知识

第一章计算机基础知识2

第一节数制及其转换2

第二节算术运算和逻辑运算4

第三节原码、反码和补码7

第四节浮点数的表示方法9

第五节奇偶校验10

第六节ASCII码表12

第二章计算机硬件基础13

第一节中央处理器13

第二节存储器系统15

第三节输入输出系统17

第三章网络基础知识19

第一节网络的组成与结构19

第二节网络协议20

第三节Internet相关知识20

第三节Internet相关知识21

第四章其他相关基础知识23

第一节计算机病毒23

第二节数据库系统23

第五章数据结构之线性结构25

第一节线性表25

第二节栈27

第三节队列29

第六章数据结构之非线性结构31

第一节树的概念31

第二节树的表示方法和存储结构33

第三节二叉树的概念36

第四节二叉树的遍历40

第五节普通树的遍历44

第六节根据两种遍历顺序确定树结构46

第七节二叉排序树47

第八节最优二叉树（哈夫曼树）48

AOE网.50

第一章计算机基础知识

第一节数制及其转换

、八、十六进制转十进制的方法：

乘权相加法

例如：

76543210

（11010110）2=1×2+1×2+0×2+1×2+0×2+1×2+1×2+0×2

=（214）10

（2365）8=2×83+3×82+6×81+5×80=（1269）10（4BF）16=4×162+11×161+15×106=（1215）10带小数的情况：

210-1-2-3

（110.011）2=1×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=（6.375）10（5.76）8=5×80+7×8-1+6×8-2=（5.96875）10

（D.1C）16=13×106+1×16-1+12*16-2=（13.109375）10

、十进制化二进制的方法：

整数部分除二取余法，小数部分乘二取整法

三、二进制转八进制的方法一位数八进制与二进制对应表

八进制

二进制

转换方法:

对二进制以小数点为分隔，往前往后每三位划为一组，

0

000

不足三位补0，按上表用对应的八进制数字代入即可。

1

001

例如：

（10111011.01100111）

2

010

=010,111,011.011,001,110

3

011

=（273.36）8

4

100

5

101

6

110

7

111

三、二进制转十六进制的方法一位数十六进制与二进制对应表

十六进制

二进制

转换方法:

对二进制以小数点为分隔，往前往后每四位划为一组，不足四位补0，按上表用对应的十六进制数字代入即可。

例如：

（10111011.01100111）

=1011,1011.0110,0111

=（BB.67）16

0

0000

1

0001

2

0010

3

0011

4

0100

5

0101

6

0110

7

0111

8

1000

9

1001

A

1010

B

1011

C

1100

D

1101

E

1110

F

1111

四、进制的英文表示法：

就是以BIN、OCT、HEX、

1101B表示是二进制。

以上都是用括号加数字的表示方法，另外还有英文表示法，DEC分别代表二、八、十六、十进制。

或者只写第一个字母。

例如有些地方为了避免“O”跟“0”混淆，把O写成Q。

第二节算术运算和逻辑运算

一、二进制的算术运算

1、加法运算规则：

0+0=00+1=11+0=11+1=10

2、减法运算规则：

0-0=00-1=1（向高位借1）1-0=11-1=0

3、乘法运算规则：

0×0=00×1=01×0=01×1=1

二、逻辑运算

1、基本运算

1逻辑乘，也称“与”运算，运算符为“·”或“∧”

0·0=00·1=01·0=01·1=1使用逻辑变量时，A·B可以写成AB

2逻辑加，也乘“或”运算，运算符为“+”或“∨”

0+0=00+1=11+0=11+1=1

3逻辑非，也称“反”运算，运算符是在逻辑值或变量符号上加“—”

0=11=0

2、常用运算

异或运算：

A⊕B=A·B＋A·B

2、基本公式

10，1律

A·0=0

A·1=A

A＋0=A

A＋1=1

2交换律

A＋B=B＋A

A·B=B·A

3结合律

A＋B＋C=（A＋B）＋C=A＋（B＋C）

A·B·C=（A·B）·C=A·（B·C）

4分配律

A·（B＋C）=A·B＋A·C

5重叠律

A＋A＋...＋A=A

A·A·...·A=A

6互补律

A+A=1A·A=0

7吸收律

A＋A·B=AA·（A＋B）=A

A＋A·B=A＋BA·（A＋B）=A·B

8对合律

对一个逻辑变量两次取反仍是它本身

9德·摩根定理

AB=A·B

A?

B=A+B

三、逻辑代数的应用1、逻辑表达式化简

例如：

F=A·B＋A·B＋A·B

=A·B＋A

=A＋B

2、对指定位进行运算，假设变量

①将变量A的d5位清零

A·（11011111）→A

②将变量A的各位置1

（利用互补律以及0，1律）

（利用吸收律）

A有八位，容是d7d6d5d4d3d2d1d0

A＋（11111111）→A

第三节原码、反码和补码

计算机中参与运算的数有正负之分，计算机中的数的正负号也是用二进制表示的。

用二进制数表示符号的数称为机器码。

常用的机器码有原码、反码和补码。

一、原码

求原码的方法：

设X；若X≥0，则符号位（原码最高位）为0，X其余各位取值照抄；

若X≤0，则符号位为1，其余各位照抄。

【例1】X=+1001001[X]原=01001001

【例2】X=-1001001[X]原=11001001

二、反码

求反码的方法：

设X；若X≥0，则符号位（原码最高位）为0，X其余各位取值照抄；

若X≤0，则符号位为1，其余各位按位取反。

【例3】X=+1001001[X]反=01001001

【例4】X=-1001001[X]反=10110110

、补码

求补码的方法：

设X；若X≥0，则符号位（原码最高位）为0，X其余各位取值照抄；若X≤0，则符号位为1，其余各位按位取反后，最低位加1。

【例5】X=+1001001[X]补=01001001

【例6】X=-1001001[X]补=10110111

四、补码加减法

计算机中实际上只有加法，减法运算转换成加法运算进行，乘法运算转换成加法运算进行，除法运算转换成减法运算进行。

用补码可以很方便的进行这种运算。

1、补码加法

[X+Y]补=[X]补+[Y]补

【例7】X=+0110011,Y=-0101001，求[X+Y]补

[X]补=00110011[Y]补=11010111

[X+Y]补=[X]补+[Y]补=00110011+11010111=00001010注：

因为计算机中运算器的位长是固定的，上述运算中产生的最高位进位将丢掉，所以结果不是

100001010，而是00001010。

2、补码减法

[X-Y]补=[X]补-[Y]补=[X]补+[-Y]补

其中[-Y]补称为负补，求负补的方法是：

对补码的每一位（包括符号位）求反，最后末位加“1”。

【例8】X=+0111001,Y=+1001101，求[X-Y]补

[X]补=00111001[Y]补=01001101[-Y]补=10110011

[X-Y]补=[X]补+[-Y]补=00111001+10110011=11101100

五、数的表示围

通过上面的学习，我们就可以知道计算机如果用一个字节表示一个整数的时候，如果是无符号数，可以表示0~255共256个数（00000000~11111111），如果是有符号数则能表示-128~127共256个数（10000000~01111111）。

如果两个字节表示一个整数，则共有65536个数可以表示，大部分程序设计语言中整数的围都是-32768~32767的原因，可以看出这种整数类型是16位的有符号数，而且是补码表示的。

第四节浮点数的表示方法

一、浮点数表示

一个数的浮点形式（设基数是2）可写成：

E

N=M×2

其中:

M代表尾数,E代表阶码。

计算机中浮点数只用尾数和阶码表示，其形式如下：

阶码

尾数符号

尾数

浮点数的精度由尾数决定，数的表示围由阶码的位数决定。

为了最大限度提高精度，尾数采用规格化形式，既1/2≤M<1。

采用二进制表示时，若尾数大于零，则规格化数应该是01XXXX的形式；若尾数小于零，则规格化数应为10XXXX的形式。

二、机器零

当浮点数的尾数为0或阶码为最小值时，计算机通常把该数当作零，因此程序中进行浮点运算时，判断某数是否为零，通常可以用小于某个极小值来代替。

、实例

【例1】设X=0.0110×23,用补码、浮点数形式表示阶码为Xj=011，尾数为00110，这时由于X尾数不符合01XXXX的形式，因此不是规格化数，必须先进行规格化处理。

方法：

若尾数小于1/2，把尾数左移一位（不包括符号位），观察结果是否满足规格化条件，满足则在把阶码减1即可，否则继续左移和调整阶码；若尾数大于1，则把尾数右移一位（不包括符号位），观察结果是否满足规格化条件，满足则在把阶码加1即可，否则继续右移和调整阶码。

上例中，00110左移一位为01100，符合规则化标准，此时阶码减1，为010即得到浮点表示形式。

这个数具体在计算机中如何表示要看计算机中规定的阶码和尾数的位数，若阶码和尾数均为16位，则上面的数X在计算机部表示就是00000000000000100110000000000000，不足均用零填充。

第五节奇偶校验计算机中数据在进行存储和传输过程中可能会发生错误。

为了及时发现和纠正这类错误，在数据传输（存储）过程中要进行校验，常用的校验方法就是奇偶校验。

奇偶校验能发现一位或奇数位错误，且不能纠正错误。

一般以字节（八位二进制）为单位加1位奇偶校验位。

奇偶校验分奇校验和偶校验两种。

一、奇校验：

一个字节前面加一位校验位使得“1”的个数保持为奇数，若八位二进制数中“1”的个数为偶数，则校验位为“1”；若八位二进制数中“1”的个数为奇数，则校验位为“0”。

例1】给1001100101101101加奇校验结果为110011*********101

二、偶校验：

一个字节前面加一位校验位使得“1”的个数保持为偶数，若八位二进制数中“1”的个数为偶数，则校验位为“0”；若八位二进制数中“1”的个数为奇数，则校验位为“1”。

【例2】给1001100101101101加偶校验结果为010*********

第六节ASCII码表

代码

字符

代码

字符代码

字符

代码

字符

代码

字符

32

52

4

72

H

92

\

112

p

33

!

53

5

73

I

93

]

113

q

34

54

6

74

J

94

^

114

r

35

#

55

7

75

K

95

115

s

36

$

56

8

76

L

96

116

t

37

%

57

9

77

M

97

a

117

u

38

&

58

78

N

98

b

118

v

39

59

79

O

99

c

119

w

40

（

60

<

80

P

100

d

120

x

41

）

61

=

81

Q

101

e

121

y

42

*

62

>

82

R

102

f

122

z

43

+

63

?

83

S

103

g

123

{

44

64

84

T

104

h

124

|

45

-

65

A

85

U

105

i

125

}

46

66

B

86

V

106

j

126

~

47

/

67

C

87

W

107

k

48

0

68

D

88

X

108

l

49

1

69

E

89

Y

109

m

50

2

70

F

90

Z

110

n

51

3

71

G

91

[

111

o

目前使用最广泛的西文字符集及其编码是ASCII字符集和ASCII码（ASCII是AmericanStandardCodeforInformationInterchange的缩写），它同时也被国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）批准为国际标准。

基本的ASCII字符集共有128个字符，其中有96个可打印字符，包括常用的字母、数字、标点符号等，另外还有32个控制字符。

标准ASCII码使用7个二进位对字符进行编码，对应的ISO标准为ISO646标准。

下表展示了基本ASCII字符集及其编码：

字母和数字的ASCII码的记忆是非常简单的。

我们只要记住了一个字母或数字的ASCII码（例如记住A为65，0的ASCII码为48），知道相应的大小写字母之间差32，就可以推算出其余字母、数字的ASCII码。

虽然标准ASCII码是7位编码，但由于计算机基本处理单位为字节（1byte=8bit），所

以一般仍以一个字节来存放一个ASCII字符。

每一个字节中多余出来的一位（最高位）在计算机部通常保持为0（在数据传输时可用作奇偶校验位）。

由于标准ASCII字符集字符数目有限，在实际应用中往往无法满足要求。

为此，国际标准化组织又

制定了ISO2022标准，它规定了在保持与ISO646兼容的前提下将ASCII字符集扩充为8位代码的统一方法。

ISO陆续制定了一批适用于不同地区的扩充ASCII字符集，每种扩充ASCII字符集分别可以扩充128个字符，这些扩充字符的编码均为高位为1的8位代码（即十进制数128~255），称为扩展ASCII码。

下表展示的是最流行的一套扩展ASCII字符集和编码：

第二章计算机硬件基础

第一节中央处理器

中央处理器简称CPU，由控制器、运算器组成。

运算器及控制器的基本功能：

运算器是计算机进行算术和逻辑运算的部件，控制

器是整个计算机中统一指挥和控制计算机各部件进行工作的控制中心

、运算器

运算器是负责对数据进行算术运算或逻辑运算的部件。

运算器由算术逻辑单元

（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。

如图：

算术逻辑运算单元、累加器和通用寄存器的位数决定了CPU的字长。

三、控制器

是计算机的指令执行部件，其工作是取指令、解释指令以及完成指令的执行。

控制器由指令指针寄存器、指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。

指令指针寄存器（IP）用于产生及存放一条待取指令的地址。

指令寄存器用于存放指令。

指令从存取出后放入指令寄存器。

四、寄存器

寄存器数量增多可以提高CPU运行速度，但是不能太多，太多会使地址编码和指令

长度变长，增加复杂度。

由累加器、通用寄存器组、状态寄存器、指令寄存器、地址寄存器、其他寄存器等组成。

五、指令基本格式

单目运算：

操作码地址码

二目运算：

操作码第一地址第二地址

六、寻址方式：

CPU执行指令时寻找数据地址的方式

1、立即寻址：

ADDAH,78其中ADD是操作码，表示做加法；AH是寄存器名；78是个常数；该指令的意思是寄存器AH的值加上78。

2、直接寻址：

ADDAH,（78）78表示操作数的地址

3、间接寻址：

ADDAH,（（78））78表示操作数地址的地址

4、相对寻址：

ADDAH,*78*78表示本指令地址+78，78称偏移量

5、变址寻址：

ADDAH,（DI+78）DI是变址寄存器,存放一个地址,操作数地址是寄存器地址+78

6、寄存器直接寻址:

ADDAH,78AH是一个寄存器名,即寄存器直接寻址

7、寄存器直接寻址:

ADDAH,（BX）BX是一个寄存器名,存放操作数的地址

七、指令分类

1、数据传送指令：

MOVAH,BH

INAH,378

2、数据处理指令:

算术运算、逻辑运算、移位、比较等

3、程序控制指令：

转移、调用、返回

4、状态管理指令：

中断、屏蔽中断

八、指令的执行过程

1、CPU发出指令地址

2、读取指令

3、指令送指令寄存器

4、指令译码

5、按指令操作码执行

6、形成下条要执行的指令的地址

九、时钟周期

一个指令执行的时间称为指令周期

计算机完成一个操作（如读取指令等）所需时间称为总线周期

计算机中最基本的时间单位是时钟周期，有CPU的主频决定

第二节存储器系统

、存储器的分类

分类方法

名称

举例

按存储介质分

半导体存储器

ROM、RAM（存）、闪存（优盘）

磁表面存储器

硬盘、软盘、磁带

光存储器

CD-ROM、DVD-ROM

按工作方式分

随机存储器

RAM（存）、硬盘、软盘

只读存储器

ROM、CD-ROM

顺序存储器

磁带

三、主存储器

1、特点：

容量小、读写速度快、价格高

2、编址方式：

存储容量与地址线条数相对应，64M的存储器至少需要26跟地址线（226=64M）

注：

我们目前的计算机大都是32位，也就是地址线条数有32条，所以其支持的最大存容量为4G

3、分类：

1随机存储器（RAM）：

就是我们通常称的存，主要参数是存储容量和工作频率。

例如：

一条64M×8的存条表示该存条有64M个单元，每个单元8位

2只读存储器（ROM）：

只能读不能写，一般用于存放计算机启动所需的最基本程

序。

3

缓冲存储器（Cache）：

速度最快，一般集成于CPU中。

4

、硬盘：

硬盘由多个盘面组成一个柱形结构，其原来跟软盘类似，但是磁道更多。

、光盘：

利用光信号读取或写入的存储器。

1CD-ROM：

只读，容量650MB左右，一倍速为150KB/s

2DVD-ROM：

只读，容量4.7GB左右，一倍速为1200KB/s

3CD-RW、DVD-RW：

可擦写的光盘，但必须专门的刻录机。

第三节输入输出系统

、输入输出控制方式

1、程序查询方式：

软件实现，效率低

2、中断方式：

软硬件结合实现

中断请求-->中断响应-->中断处理-->中断返回

3、直接存储器访问方式（DMA）：

硬件实现

DMA请求-->CPU响应并把总线控制权交给DMA控制器-->数据交换-->交还总线控制权

二、系统总线

分类：

数据总线、地址总线、控制总线

总线标准：

ISA总线、PCI局部总线、MCA总线

三、I/O接口

1、显卡：

分辨率、颜色数决定显示效果和所需显存

例如：

显示分辨率为1280×1024的32位真彩色，所需显卡显存最少为1280×1024×32÷8=5MB

2、硬盘接口：

1IDE、EIDE

2UltraDMA

3SCSI

4SATA

3、串行口

4、并行口：

通常接针式打印机

5、USB接口：

通用串行总线

四、显示器的有关知识

1、屏幕尺寸：

15寸、17寸、19寸等

2、点间距：

屏幕上象素与象素之间的距离，决定了显示器能显示的最大分辨率。

越小表示能显示的最大分辨率越大。

五、打印机：

针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。

激光打印机速度最快，针式打印机可以打印票据。

第三章网络基础知识

第一节网络的组成与结构

一、网络组成

1、通信主体：

服务器和工作站

2、通信设备：

传输介质、网络设备

3、通信协议：

通常是TCP/IP

二、网络分类按传输距离分：

局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）按网络结构分：

总线型、星型、环型、树型

三、网络拓扑结构

第二节网络协议

、OSI网络协议的层次

国际标准化组织（ISO）提出的“开放系统互连模型（OSI）是计算机网络通信的基本协议。

该协议分为七层。

如下表

应用层

表达层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

、网络设备

极其作用

第三节Internet相关知识

、IP地址

每台与Internet连接的主机都必须有一个IP地址，IP地址采用分段式表示：

共分

4段，每段用一个字节即八个二进制位表示，实际的IP把二进制转换成十进制书写。

如

61.153.238.132，因为每段时一个字节，因此IP每段的数字大小最大为255。

IP地址分类如下表：

目前32位IP地址资源几近枯竭，有人提出用48位表示IP，即IPV6。

分类

二进制表示

十进制表示第一段数字

A类

0七位网络地址24位主机地址

<128

B类

1014位网络地址16位主机地址

128~191

C类

11021位网络地址8位主机地址

192~223

二、

域名：

Internet的域名系统叫做DNS，DNS是树形结构的。

域名跟IP地址是多对

一的关系

1、域名分级系统：

一个域名最右边的部分通常叫顶级域名，往前依次为二级域名、三级域名等