信息技术知识点整理.docx

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信息技术知识点整理

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傅宁121090036

第1章信息技术概述

1.1信息与信息技术

1.信息是什么？

信息是指“事物运动的状态及状态变化的方式”，它既不是物质也不是能量。

2.客观世界的三大构成要素：

信息、物质、能量。

3.信息的性质：

普遍性、动态性、时效性、多样性、可传递性、可共享性、快速增长性。

*4.什么是信息处理？

信息处理指的是与信息的收集、加工、存储、传递、施用相关的行为和活动。

5.什么是信息技术？

信息技术（IT，ICT）指的是用来扩展人们信息器官功能，协助人们更有效地进行信息处理的一类技术。

信息技术包括：

①扩展感觉器官功能的感测（获取）与识别技术；

②扩展神经系统功能的通信技术；

③扩展大脑功能的计算（处理）与存储技术；

④扩展效应器官功能的控制与显示技术。

6.现代信息技术的三大特征：

①以数字技术（计算机）为基础；②以计算机及其软件为核心；③采用电子技术（包括激光技术）。

核心技术：

计算机、集成电路、通信、广播、互联网、自动控制、机器人等。

7.什么是信息产业？

信息产业（也称为“电子信息产业”）是指信息设备生产制造，以及利用这些设备进行信息采集、储存、传递、处理、制作与服务的所有行业与部门的总和。

8.什么是信息化？

信息化是指由信息技术驱动的经济和社会的变革。

信息化的本质是利用信息技术帮助社会个人和群体有效利用知识和新思想，从而能建成充分发挥人的潜力，实现其抱负的信息社会。

1.2数字技术基础

1.什么是比特？

比特（b）是数字技术的处理对象，是组成数字信息的最小单位。

它只有两种状态（取值）。

计算机（包括其它数字设备）中所有信息都使用比特（二进位）表示，只有使用比特表示的信息计算机才能进行处理、存储和传输。

2.计算机中表示与存储（比特）二进位的方法：

电路的高电平状态或低电平状态（CPU）

电容的充电状态或放电状态（RAM）

两种不同的磁化状态（磁盘）

光盘面上的凹凸状态（光盘）

3.用比特表示信息的优点:

①比特只有0和1两个符号，具有2个状态的器件和装置就能表示和存储比特，而制造两个稳定状态的电路又很容易

2比特的运算规则很简单，使用门电路就能高速度地实现二进制数的算术和逻辑运算

3比特不仅能表示“数”，而且能表示文字、符号、图像、声音，可以毫不费力地相互组合，开发“多媒体”应用

4信息使用比特表示以后，可以通过多种方法进行“数据压缩”，从而大大降低信息传输和存储的成本。

5使用比特表示信息后，只要再附加一些额外的比特，就能发现甚至纠正信息传输和存储过程中的错误，大大提高了信息系统的可靠性

4.存储容量的计量单位：

8b＝1B（字节byte，用大写B表示）

计算机内存储器容量的计量单位：

KB:

1KB=2^10字节=1024B（千字节）

MB:

1MB=2^20字节=1024KB（兆字节）

GB:

1GB=2^30字节=1024MB（吉字节、千兆字节）

TB:

1TB=2^40字节=1024GB（太字节、兆兆字节）

外存储器容量经常使用10的幂次来计算：

1MB＝10^3KB＝1000KB

1GB＝10^6KB＝1000000KB

1TB＝10^9KB=1000000000KB

5.信息是可以传输的，信息只有通过传输和交流才能发挥它的作用。

在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实现的。

近距离传输时直接将用于表示“0/1”的电信号或光信号进行传输（称为基带传输），远距离传输或者无线传输时需要使用调制技术。

传输速率表示每秒钟可传输的二进位数目，常用单位是：

比特/秒（b/s），也称“bps”。

如2400bps（2400b/s）

千比特/秒（kb/s），1kb/s=10^3比特／秒=1000b/s

兆比特/秒（Mb/s），1Mb/s=10^6比特／秒=1000kb/s

吉比特/秒（Gb/s），1Gb/s=10^9比特／秒=1000Mb/s

太比特/秒（Tb/s），1Tb/s=10^12比特／秒=1000Gb/s

6.B:

二进制Q：

八进制D：

十进制H：

十六进制

二进制

十进制

0.1

0.5

0.01

0.25

0.11

0.75

0.001

0.125

0.011

0.375

0.101

0.625

0.111

0.875

2^11=2048

2^12=4096

2^13=8192

2^14=16384

2^15=32768

2^16=65536

2^20=1M

2^30=1G

2^40=1T

7.数值信息的表示：

（1）无符号整数：

只表示正整数。

n位二进制数可表示的最大十进制数为2^n-1。

（2）带符号整数：

可以表示正整数、负整数、零。

最高位为符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”

n位二进制数可表示的十进制数范围为-2^（n-1）+1~2^（n-1）-1

上面的表示方法称为“原码”。

带符号整数在计算机内不采用“原码”而采用“补码”的形式表示。

补码：

符号位不变，绝对值部分取反加1。

-43的原码：

10101011补码：

11010101

相同位数的二进制补码可表示的数的个数比原码多一个。

（3）浮点表示：

任一个二进制实数N均可表示为N=±S×2P

（其中，±是该数的符号；S是N的尾数；P是N的阶码）

+1001.011B=+0.1001011B×2^100

-0.0010101=-0.10101*10^（-10）

因此，32位的单精度浮点数在计算机中可表示为：

符号位

8位阶码

32位位数

8.文字符号的表示：

日常使用的书面文字由一系列称为“字符”的书写符号所构成，计算机中常用字符的集合叫做“字符集”（西文字符集、中文（汉字）字符集）。

最常用的西文字符集是ASCII字符集，包含128个字符，包括96个可打印字符和32个控制字符，每个字符采用7个二进位进行编码，计算机中使用1个字节存储1个ASCII字符。

ASCII字符集中ASCII码从小到大先数字后小写字母再后大写字母。

9.基本逻辑运算：

逻辑加：

“或”运算

逻辑乘：

“与”运算

取反：

否定运算

1.3微电子技术简介

1.微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。

微电子技术的核心是集成电路技术。

2.电子电路中元器件的发展演变：

电子管→晶体管→小规模集成电路→超大规模集成电路

3.什么是集成电路？

集成电路（IC）：

是以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统。

（1）集成电路的优点：

体积小、重量轻；功耗小、成本低；速度快、可靠性高。

（2）集成电路的分类：

按用途分：

通用集成电路、专用集成电路（ASIC）

按电路的功能分：

数字集成电路、模拟集成电路

按晶体管结构、电路和工艺分：

双极型（Bipolar）电路、金属氧化物半导体（MOS）电路······

按集成度（芯片中包含的元器件数目）分：

小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）、极大规模集成电路（ULSI）

（3）集成电路的发展趋势：

集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。

晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。

所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、电容、连接线的尺寸上下功夫。

4.什么是IC卡？

IC卡（chipcard、smartcard），又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体

（1）特点：

存储信息量大、保密性能强、可以防止伪造和窃用、抗干扰能力强、可靠性高。

（2）IC卡的类型:

按芯片分类:

①存储器卡②CPU卡

按使用方式分类：

①接触式IC卡②非接触式IC卡（频射卡、感应卡）

第2章计算机组成原理

2.1计算机的组成与分类

1.1946年美国宾州大学研制成功第1台数字电子计算机ENIAC（最致命缺点：

程序与计算分离）

2.第1~4代计算机对比

代别

年代

使用的主要元器件

使用的软件类型

主要应用领域

第1代

20世纪40年代中期~50年代末期

CPU：

电子管

内存：

磁鼓

外设：

磁带

使用机器语言（二进制）和汇编语言（符号化机器语言）编写程序

科学和工程计算

第2代

20世纪50年代中后期~60年代中期

CPU:

晶体管

内存：

磁芯

外设：

磁盘

使用FORTRAN（第一个高级语言）等高级程序设计语言

开始广泛应用于数据处理领域

第3代

20世纪60年代中期~70年代初期

CPU:

中、小规模集成电路（SSI、MSI）

内存：

SSI、MSI的半导体存储器

操作系统、数据库管理系统等普遍使用

在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到了广泛应用

第4代

20世纪70年代中期以来

CPU:

大、超大规模集成电路（LSI、VLSI）

内存：

LSI、VLSI的半导体存储器

软件开发工具和平台、分布式计算软件等开始广泛使用（软件工程）

深入到各行各业。

家庭和个人普遍使用计算机

3.计算机的逻辑结构

（1）硬件：

计算机系统中所有实际物理装置的总称。

软件：

在计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档。

（2）经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）:

运算器和控制器

输入设备

输出设备

存储器

（3）现代计算机的逻辑结构

输入设备：

向计算机输入信息

中央处理器：

负责对输入信息进行各种处理

内存储器和外存储器：

把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果、最终结果等）储存起来

输出设备：

把信息送出计算机

总线与I/O接口：

用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路，为CPU总线（前端总线）和I/O总线。

中央处理器

（运算器及其控制）

外存储器

内存储器

输出设备

总线（bus）

输入设备

I/O接口

I/O接口

外存储器接口

控制器

控制器

控制器

CPU

控制器

memory

storage

I/O设备通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连

与经典计算机结构相比的3个变化：

集中控制→分散控制

存储器→内存储器＋外存储器

通过CPU通信→通过总线进行通信

4.内存与外存对比

内存储器

（简称内存或主存）

外存储器

（简称外存或辅存）

存取速度

很快

较慢

存储容量

较小（因单位成本较高）

很大（因单位成本较低）

性质

断电后信息消失

断电后信息保持

用途

存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据

长期存放计算机系统中几乎所有的信息

与CPU

关系

CPU所处理的指令及数据直接从内存中取出

程序及相关数据必须先送入内存后才能被CPU使用

5.计算机的分类

按内部逻辑结构分类：

8位/16位/32位/64位；单CPU/多CPU···

按性能和价格分类：

巨型计算机、大型计算机、小型计算机（服务器）、个人计算机（台式PC、笔记本P、C平板电脑等）、嵌入式计算机

巨型、大型计算机作为服务器使用，个人计算机独立使用或作为客户机使用

个人计算机特点：

价格便宜、使用方便、软件丰富、性能不断提高、适合办公或家庭使用。

按计算机服务的对象和作用分类：

类型

服务对象

应用性质

主要特点

分类或应用举例

软件特点

个人计算机

 直接为用户服务

 通用

 性能/价格比高

多媒体性能好

有通用性和可扩展性

 工作站

台式机

笔记本

 种类多,功能丰富,用户可自行装卸

服务器

 为其它计算机服务

 半通用

 吞吐率高

可用性好

有可扩展性）

 数据库服务器

Web服务器

打印服务器

（企业级,部门级··）

 实时处理和并发工作能力强，可靠性和安全性好

嵌入式计算机

 为其它设备服务

 专业

价格便宜

功耗低

实时处理

软件固化,扩展性差

 手机

数码相机

MP3播放器

···

 功能专用、单一、结构紧凑，固化在芯片中，不易修改和扩充

2.2CPU的逻辑结构与工作原理

1.冯·诺依曼计算机的结构与原理（图见P4）

（1）计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；

（2）程序（指令）和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；

（3）存储器中存放的指令和数据按地址进行存取；

（4）指令是由CPU一条一条顺序执行的。

2.“存储程序控制”原理

将问题的解算步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数据都用二进位表示并预先存放在存储器中。

程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。

3.什么是指令？

指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。

指令是构成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的。

指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两个部分组成：

4.CPU的组成部分：

运算器（对数据进行各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻辑部件（ALU），参加ALU运算的操作数通常来自通用寄存器GPR，运算结果也送回GPR）、控制器和寄存器

5.CPU的任务：

取指令并完成指令所规定的操作。

6.指令在计算机中的执行过程：

指令→指令译码→取数→运算→保存

通常，每一步需要1个或几个时钟周期才能完成。

7.什么4是指令系统？

CPU可执行的全部指令称为该CPU的指令系统，即它的机器语言。

8.CPU的性能

（1）计算机的性能主要表现为程序执行速度的快慢，计算机性能由许多因素决定，例如CPU的内存、硬盘、显卡等，但通常CPU是主要因素

（2）CPU的性能高低主要表现为CPU的速度，有两种衡量方法：

1.每秒钟可执行的指令数目（单位：

MIPS、MFLOPS）

2.PC大多以常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的运行速度来测试CPU的性能

（3）影响CPU性能的主要因素：

字长（位数）、指令系统；{体系结构}

逻辑结构、高速缓存（cache）的容量与结构；{逻辑实现}

主频（CPU内部时钟频率）、CPU总线速率；{物理实现}

（4）提高CPU性能的3大措施

1改进CPU结构；2提高IC速度（主频）；3增加CPU（核）的数目。

2.3PC机的组成

1.主板

（1）主板的作用：

安装所有的电子器件、电路与连接件。

存储器插槽

处理器

插座

I/O设备插口

光驱及

硬盘连接器

电源连接器

扩充卡插槽

（PCI）

CPU插座

北桥

芯片

南桥

芯片

BIOSROM

CMOS存储器

扩充卡插槽

（PCI-Ex1）

显示卡插槽

（PCI-Ex16）

（2）主板内容：

见上图

（3）ROMBIOS：

存放最基础的软件——基本输入/输出系统（BIOS）

（4）CMOS存储器：

存放硬件配置信息和系统基本参数（日期、时间、口令等）

2.芯片组的作用

CPU芯片

CPU前端总线

北桥

MCH

图形卡接口

双通道

南桥

ICH5

USB2.0接口（x8）

以太网接口

PCI插槽（≤6个）

ROMBIOS

硬盘接口（x2）

音频Codec

SuperI/O

键盘,鼠标,软驱,并口,串口等

电话Modem

DDR2

电源管理、时钟生成

DDR2

存储器

芯片组是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽

北桥芯片：

1.存储器控制功能；2.连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽

南桥芯片：

1.多种I/O设备的控制功能；2.I/O总线（PCI总线）功能；3.提供了各种I/O接口

3.BIOS

（1）什么是BIOS（BasicInput/OutputSystem）？

中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序。

（2）功能：

诊断计算机故障、启动计算机工作、控制基本外设的输入输出操作（键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等）

（3）BIOS芯片：

保存BIOS的只读存储器（ROM）芯片

（4）BIOS芯片中包含的程序：

加电自检程序程序（POST）、系统自举程序（Boot）、CMOS设置程序、常用外部设备的驱动程序（Driver）

4.内存储器的分类及应用

内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：

5.主存储器（RAM）的功能与原理

（1）主存是CPU可直接访问的存储器，用于存放供CPU处理的指令和数据

（2）特点：

以字节为单位进行连续编址，每个存储单元为1个字节（8个二进位）

（3）存储容量：

主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：

MB或GB）

（4）存取时间：

从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入主存）所需要的时间（单位：

ns，1ns=10-9s）

（5）PC机主存储器的物理结构

主存储器由1～4个内存条组成

内存条的组成：

把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成

内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用

6.高速缓存（cache）

（1）cache是一种小容量高速缓冲存储器，它由SRAM组成

（2）cache直接制作在CPU芯片内，速度几乎与CPU一样快

（3）程序运行时，CPU使用的一部分数据/指令会预先成批复制在cache中，cache的内容是主存储器中部分内容的映象

（4）当CPU需要从内存读（写）数据或指令时，先检查cache中有没有，若有，就直接从cache中读取，而不用访问主存储器

7.小结：

计算机存储器的层次结构

cache存储器

主存储器（RAM和ROM）

外存储器（软盘、硬盘、光盘）

后备存储器（磁带库、光盘库）

内存储器

外存储器

寄存器

典型容量

<1KB

几个MB

几个GB

100GB-1TB

10TB-100TB

典型存取时间

1ns

2ns

10ns

10ms

10s

（1）分析：

速度越快，成本较高。

为了获得好的性能/价格比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作

（2）工作过程：

1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器

2）如需要从（向）存储器中取（存）数据时，先访问cache，如在，取自cache

3）如操作数不在cache，则访问RAM，如在RAM中，则取自RAM

4）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出→RAM→cache

8.I/O操作的任务与特点

（1）输入的任务：

将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域

（2）输出的任务：

将内存储器指定区域的内容送出到输出设备

（I/O操作也包括外存与内存之间的数据传输）

（3）I/O操作的特点：

①I/O操作与CPU的运算可同时进行

②多个I/O设备的操作也可同时进行工作

③每类I/O设备都有各自的控制器，它们按照CPU的I/O操作命令，独立地控制I/O操作的全过程

9.关于计算机中的总线

（1）总线的定义：

用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。

（2）总线的特点：

①共享；②高速

（3）总线的参数：

数据通路宽度；总线工作频率；每秒传输次数

总线带宽（最高传输速率）＝（数据通路宽度/8）x总线工作频率x传输次数

（4）总线的类型：

①CPU总线（前端总线FSB）

②存储器总线

③I/O总线（目前使用的是PCI和PCI-E两种）

10.I/O接口

（1）I/O接口：

I/O设备与主机之间的连接器。

包括：

插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等

（2）分类：

从数据传输方式来分：

串行（一次只传输1位）、并行（多位一起进行传输）

从是否能连接多个设备来分：

总线式（可连接多个设备）、独占式（只能连接1个设备）

从是否符合标准来分：

标准接口（通用接口）、专用接口（专用接口）

*PC机常用I/O接口

名称

数据传输方式

可连接的设备数目

通常连接的设备

串行口

串行，双向

1

鼠标器，MODEM

并行口（增强式）

并行，双向

打印机，扫描仪

USB（1.0）

USB（1.1）

串行，双向

最多127

键盘，鼠标器，数码相机，移动盘等

USB（2.0）

外接硬盘，数字视频设备，扫描仪等

IEEE-1394a

IEEE-1394b

最多63

数字视频设备

IDE

并行，双向

1~4

硬盘，光驱，软驱

SATA

串行，双向

1

硬盘，光驱

显示器输出接口

并行，单向

显示器

PS/2接口

串行，双向

键盘或鼠标

红外线接口

键盘，鼠标器，打印机等

11.USB接口

（1）通用串行总线式接口（UniversalSerialBus）

（2）高速、可连接多个设备、串行传输

12.小结1：

I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系

打印机

扫描仪

显示器

麦克风

网线

I/O总线

I/O接口

硬盘光驱

I/O设备

CPU

主板

I/O设备

I/O控制器

（扩充卡）

机箱插座

板卡插座

I/O控制器

PCI插槽

内存

主板插槽

机箱

芯片组

IDE接口

机箱插座

I/O设备

键盘

鼠标器

（1）I/O设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过I/O接口与I/O控制器（或I/O总线）连接

（2）I/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接

（3）I/O总线经过北桥芯片与内存、CPU连接

13.小结2：

I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系

2.4常用输入设备

（1）键盘：

早期：

机械式键盘现在：

电容式键盘

（2）鼠标：

早期：

机电式鼠标现在：

光电式鼠标

（3）数码相机：

数码相机的主要性能指标：

CCD像素数目、存储器容量

2.5常用输出设备

1.计算机显示器

（1）作用：

是计算机必不可少的图文输出设备，它能将数字信号转化为光信号，使文字和图像在屏幕上显示出来

（2）组成与分类:

（3）LED背光显示器3大优点：

功耗小对比度大色彩鲜艳

（4）显示器的性能参数:

①显示屏尺寸与屏幕宽高比；②显示分辨率：

水平像素个数×垂直像素个数；③刷新速率；④响应时间；⑤亮度和对比度；⑥背光源类型：

LED或荧光灯管；⑦辐射和环保。

（5）显示器的新发展：

3D立体显示器、有机发光二极管（OLED）可弯曲显示器

2.显示控制器（显卡）

显示使用的存储器需占用内存的一部分

显卡的类型

独立显卡：

以扩展卡形式插在机箱中

集成显卡

绘图处理器包含在北桥芯片中，功能较弱

显卡集成在

主板上

显示存储器

（VRAM）

显示控制电路

与北桥芯片的接口

显示器

绘图处理器

（显示卡）

北桥芯片

CPU

内存条

显卡的性能指标