《计算机系统》详细复习大纲.docx

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《计算机系统》详细复习大纲

计算机系统部分复习资料

第一章计算机基础知识

一．计算机的发展历程

1．ENIAC：

第一台“电子数字积分计算机”，1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生，主要用于军事国防。

2．计算机的5个发展阶段

（1）大型计算机阶段

（2）小型计算机阶段

（3）微型计算机阶段

（4）计算机网络阶段

（5）国际互联网阶段

3．大型机的发展的4个阶段及特点

阶段

主要逻辑元件

时期

主要特点（硬件发展、软件发展）

应用领域

一

电子管

1945-1955

主要特点：

体积大、耗电大、可靠性差、价格贵、维修复杂

主存：

汞延迟线、磁鼓、磁芯

外存：

磁带

语言：

机器语言、汇编语言

科学计算

二

晶体管

1955-1965

主存：

磁芯器

外存：

磁盘

软件：

出现高级语言、编译程序、操作系统

小型机蓬勃发展

科学计算、事务处理、工业控制

三

集成电路

1965-1980

主存：

磁芯

软件：

出现分时操作系统

四

大规模、超大规模集成电路

1980至今

开创了个人计算机（PC）时代

4．计算机发展趋势：

巨型化、微型化、网络化、多媒体计算机、人工智能、自动化

（1）体积缩小、功能提高

（2）外设的发展：

品种越来越多、功能越来越强、操作使用越来越简便。

（3）计算机网络化

（4）多媒体技术

（5）多处理器系统

（6）人工智能

（7）家庭自动化

二．计算机的特点及应用

1．计算机的特点

（1）运算速度快；（内存容量和CPU主频影响计算机的运算速度）

（2）计算精度高；（计算机位数越多、精度越高）

（3）记忆能力强；

（4）具有逻辑判断能力；

（5）具有自动执行程序的能力。

（6）通用性强

✧微机特点：

除以上特点外，还有：

体积小、重量轻、功耗小、可靠性高、对使用环境要求不严格、价格低廉、易于成批生产。

2．计算机的分类

（1）主要分类：

巨型机、大型机、小型机、微型机、工作站、网络计算机（NC）

（2）其他分类方式：

按功能分类：

专用计算机与通用计算机

按处理数据信息的形式分类：

数字计算机、模拟计算机、数字模拟混合计算机

按其工作模式分类：

服务器和工作站网络终端机

3．计算机的应用领域

（1）工业应用领域：

过程控制、CAD/CAM、企业管理、辅助决策）

（2）科学计算领域；（计算机最早应用于科学计算，具有计算量大、计算过程复杂和计算精度高的特点）

（3）商业应用领域：

电子银行、电子商务；（主要用于数据处理：

数据量大计算简单）

（4）教育应用领域：

远程教学、模拟教学、多媒体教学、数字图书馆

（5）生活应用领域：

数字社区、信息服务

（6）人工智能领域

第二章键盘操作与输入法

一．键盘的主要键位功能

1．功能键区：

ESC、F1-F2键

2．基本键区：

（1）Tab：

制表键

（2）CapsLock：

大写锁定键

（3）Shift：

换档键；用于输入上档字符或更改字母大小写输入

（4）Ctrl、Atl：

常与其他键组合使用。

3．编辑键区、数字键区：

略

二．汉字编码系统

1．区位码：

计算机在信息处理时表示汉字的编码应该规定统一的编码，我国制定了汉字交换的统一标准—GB2312-80，我们简称为区位码。

GB2312-80国标字符集将汉字编码分成94区与94位，就是区位码。

共收集了7445个图形字符，其中一般符号、数字、拉丁字母、希腊字母、汉语拼音等682个，汉字字符分为两级，一级汉字3755个，二级汉字为3008个。

2．国标码：

汉字信息交换的代码，也称交换码。

区位码与国标码的换算：

国标码＝十六进制的区位码+2020H

3．汉字机内码（内码）：

计算机系统中用来存储和处理中、西文信息的代码。

一个汉字由两个字节组成，为了与ASCII码区别，最高位均为“1”。

每一个汉字的机内码也就是指向该汉字字形码的地址。

国标码和机内码的换算：

机内码＝十六进制的国际码+8080H

●例：

“大”字的区位码为2083，求该字的国标码和机内码。

●分析方法步骤：

（1）区码和位码分别转换成十六进制数表示

（2）（区位码的十六进制表示）＋2020H＝国标码；

（3）国标码＋8080H＝机内码

●解：

（1）该字的区号为20，位号为83

（2）将区位号2083分别转换为十六进制表示为1453H

（3）1453H＋2020H＝3473H，得到国标码3473H

（4）3473H＋8080H＝B4F3H，得到机内码为B4F3H

4．汉字输入码（外码）：

为了将汉字输入计算机而编制的代码

（1）数字码（或流水码）　　如：

电报码、区位码、纵横码

优点：

无重码，不仅能对汉字编码，还能对各种字母、数字符号进行编码。

缺点：

是人为规定的编码，属于无理码，只能作为专业人员使用。

（2）字音码　　如：

全拼、双拼、微软拼音

优点：

简单易学。

缺点：

汉字同音多，所以重码很多，输入汉字时要选字。

（3）字形码　　如：

五笔字型、大众码、四角码

优点：

不考虑字的读音，见字识码，一般重码率较低，经强化训练后可实现盲打。

缺点：

拆字法没有统一的国家标准，拆字难，编码规则繁，记忆量大。

（4）音形码　　如：

表形码、自然码、钱码

优点：

利用音码的易学性和形码可有效减少重码的优点。

缺点：

既要考虑字音，又要考虑字形，比较麻烦。

5．汉字输出码：

又称汉字字形码（汉字库）或汉字字模，如：

点阵字型编码：

16×16点阵、24×24点阵、48×48点阵等。

每一个点在存储器中用一个二进制位（bit）存储，所以一个16×16点阵汉字需要32（16×16/8＝32）个字节存储空间。

三．汉字的输入

1．输入方式：

键盘输入、语音输入、手写输入、扫描识别方式

2．各种输入法应用（输入法状态栏对应的按钮及快捷键的使用）

（1）各种输入法切换：

Ctrl+Shift

（2）启动或关闭中文输入法：

Ctrl+Space

（3）中英文标点切换：

Ctrl+•

（4）全半角切换：

Shift+Space

（5）软键盘

第三章计算机系统组成

一．冯·诺依曼体系结构

1．冯氏计算机系统

（1）完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统

✧硬件系统：

构成计算机的物理设备，只有硬件的裸机是无法运行的；

✧软件系统：

为解决问题而编制的程序及其文档。

✧两者关系：

硬件是计算机系统的物质基础；软件是硬件功能的扩充和完善；只有软硬结合，才能使计算机充分发挥它的功效。

2．计算机工作原理――“存储程序控制”原理，由冯·诺依曼提出。

3．“存储程序控制”工作原理的主要思想：

（1）计算机硬件由五个基本部分组成：

运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；

（2）数据和程序以二进制形式存放，按地址存取

（3）存储程序和程序控制原理：

即程序和数据一样，存放在存储器中。

4．计算机的工作过程：

计算机的工作过程即运行程序指令的过程

（1）程序由一系列指令组成，存放在存储器中，在控制器的控制下，执行程序中的指令，直至程序的结束；

（2）指令执行过程步骤：

取出指令－＞分析指令－＞执行指令－＞下一指令

二．计算机系统的硬件组成

1．计算机的五大功能部件及其功能

（1）控制器：

计算机的控制指挥部件，重要功能是对当前指令进行译码，分析其所需要完成的操作，产生各部件所需要的控制信号，通过向计算机的各个部件发出控制信号，使整个计算机自动、协调地工作；主要功能为：

取出指令，分析指令，执行指令。

（控制器的组成：

程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、操作命令产生部件等）

（2）运算器：

计算机的运算部件；在控制器的控制下完成算术运算和逻辑运算；包括ALU（算术逻辑运算部件和寄存器）

（3）存储器：

计算机的记忆部件，用于存放指令和数据。

✧了解读（取出数据）、写（存入数据）操作的概念

（4）输入设备：

将外界信息为计算机能识别的二进制代码。

（5）输出设备：

将计算机处理结果转换成人们或其他设备所能接收的形式。

2．几个概念：

主机、CPU、外部设备

（1）CPU（中央处理器）：

是运算器和控制器的合称；

（2）主机：

包括CPU和主存储器；

（3）外部设备：

包括外存储器和输入/输出设备。

三．软件系统

1．软件系统包括系统软件和应用软件；

（1）系统软件：

管理、高度、监视和维护计算机系统资源的程序集合；包括：

操作系统、语言处理程序、标准程序库、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等；

（2）应用软件：

为用户解决某个实际问题而编制的程序和有关资料；分为应用软件包和用户程序。

2．计算机语言

（1）计算机语言包括：

机器语言、汇编语言、高级语言；

（2）机器语言、汇编语言、高级语言的概念和区别

✧机器语言：

二进制代码语言；是计算机唯一能识别和执行的语言；属于低级语言。

✧汇编语言：

符号语言，用助记符来表示指令中的操作码和操作数的指令系统；面向机器的低级语言。

✧高级语言：

也称算法语言，包括算法语言、查询和数据库语言、面向对象的程序设计语言等；与计算机的指令系统无关。

（3）源程序：

用高级语言编写的程序统称为源程序。

（4）用汇编语言和高级语言编写的程序必须通过语言处理程序翻译成机器语言才能被计算机识别和执行。

3．语言处理程序

（1）语言处理程序及作用

✧汇编程序：

将汇编语言编写的程序汇编成机器语言程序；其过程称为汇编。

✧解释程序：

将高级语言源程序翻译成机器语言程序，但不生成目标程序；其过程称为解释，特点是边解释边执行，不生成目标程序。

✧编译程序：

将高级语言源程序翻译成机器语言程序（目标程序）然后再执行目标程序；其过程称为编译，特点是先翻译后执行，中间生成目标程序。

（2）汇编、解释、编译的概念和区别（见上）

四．

操作系统

1．基本概念

（1）是最重要、最基本的系统软件之一；

（2）管理计算机的一切硬件和软件资源；

（3）合理组织工作流程以使系统资源得到高效的利用；

（4）为用户使用计算机提供良好的工作环境。

2．主要功能（对系统进行管理；为用户提供服务）

（1）处理器管理（CPU管理）

（2）存储器管理（内存管理）

（3）设备管理

（4）文件管理（5）作业管理

3．分类

（1）单用户操作系统

（2）批处理操作系统

（3）分时操作系统

（4）实时操作系统

（5）网络操作系统

4．典型操作系统介绍

（1）DOS：

采用字符界面，是一种单用户、单任务的操作系统；

（2）Windows：

基于图形界面的字符化的多任务的操作系统；

（3）UNIX：

1969年在贝尔实验室诞生，是一个多用户、多任务、交互式的分时操作系统；

（4）Linux：

由荷兰科学家LinusTorvalds于1991年编写完成；是一个开放源代码、类UNIX的操作系统；是多用户、多任务的通用操作系统。

五．计算机系统的层次结构

1．第一层：

微程序设计级：

在计算机硬件基础上，根据机器指令系统来设计微指令。

2．第二层：

机器指令系统级：

是软件系统和硬件系统之间的纽带。

3．第三层：

操作系统级，即虚拟机：

统一调度与管理硬件资源、支撑其他系统软件和应用软件，使计算机能够自动运行。

4．第四层：

语言处理程序及其他系统软件级：

将高级语言的源程序翻译成机器语言程序。

5．第五层：

面向用户应用程序级：

✧第一层和第二层划分为硬件系统层，第三层和第四层划分为系统软件层；第五层为应用软件层。

第四章数据的表示与编码

一．数制与数制转换

1．计算机内部采用二进制的必要性和原因：

（1）易于物理实现；

（2）运算规则简单；（3）工作可靠性高；（4）适合逻辑运算

2．数制中的三大要素：

数码、基数、权

（1）基数：

每个数位上能使用的数码的个数

（2）权也称位权，以该进位制的基数为底，以数码所在数位的序号为指数，所得的整数次幂即为该进位制在该数位上的权。

3．计算机中常用的数制：

二进制，及由二进制派生的八进制、十六进制（注意各种进位制数的表示方法）

计算机中常用的进位计数制

计数制基数数   码 进位关系

二进制（B）20、1逢二进一

八进制 （O）80、1、2、3、4、5、6、7逢八进一

十进制 （D）10    0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 逢十进一

十六进制（H）16   0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F逢十六进一

4．四种常用数制的对应关系

二进制数

十进制数

八进制数

十六进制数

0

0

0

0

1

1

1

1

10

2

2

2

11

3

3

3

100

4

4

4

101

5

5

5

110

6

6

6

111

7

7

7

1000

8

10

8

1001

9

11

9

1010

10

12

A

1011

11

13

B

1100

12

14

C

1101

13

15

D

1110

14

16

E

1111

15

17

F

10000

16

20

10

二．各种数制之间的转换方法

1．二、八、十六进制转换成十进制：

按位展开累加法（即将每位数码乘以各自的权值再累加）

例如：

（1001.1）2=1×23+0×22+0×21+1×2-1＝（9.5）10

（345.73）8=3×82+4×81+5×80+7×8-1+3×8-2=（229.921875）10

（A3B.E5）16=10×162+3×161+11×160+14×16-1+5×16-2=（2619.89453125）10

2．十进制转换成二、八、十六进制：

整数部分：

除R取余；小数部分：

乘R取整

例如：

（1）将十进制整数（105）10转换为二进制整数，采用“除2倒取余”的方法，过程如下：

2︳105 余数                                

 2︳52 1

2︳26 0

  2︳130

  2︳61

   2︳3 0

  2︳1 1

     01

 所以，（105）10＝（1101001）2

（2）将十进制小数（0.8125）10转换为二进制小数，采用“乘2顺取整”的方法，过程如下：

0.8125×2＝1.6251

0.625×2＝1.251

0.25×2＝0.50

0.5×2＝1.01

　　所以，（0.8125）10＝（0.1101）2如果出现乘积的小数部分一直不为“0”，则可以根据精度的要求截取一定的位数即可。

 （3）将十进制整数（2347）10转换为十六进制整数，采用“除16倒取余”的方法，过程如下：

16︳2347 余数

 16︳146  11（十六进制数为B）

 16︳9  2

       0  9

所以，（2347）10＝（92B）16

3．二、八、十六进制之间的相互转换

（1）二进制＜－＞八进制：

每3位二进制数对应1位八进制数

（2）二进制＜－＞十六进制：

每4位二进制数对应1位十六进制数

（3）八进制＜－＞十六进制：

八进制＜－＞二进制＜－＞十六进制

或　八进制＜－＞十进制＜－＞十六进制　

例如：

（1）将二进制数10100101.01011101分别转换成八进制数和十六进制数表示

010100101.010111010二进制表示

245.272八进制表示

所以：

（10100101.01011101）2＝（245.272）8

10100101.01011101二进制表示

A5.5D十六进制表示

所以：

（10100101.01011101）2＝（A5.5D）16

（2）将八进制数157.34分别转换成二进制数和十六进制数表示

157.34八进制表示

001101111.011100二进制表示

所以：

（157.34）8＝（1101111.0111）2

01101111.0111二进制表示

6F.7十六进制表示

所以：

（157.34）8＝（6F.7）16

三．数值数据的表示

1．数据分为两种：

带符号数据和无符号数据。

无符号数据没有正负之分；有符号数据在二进制数据位前须保留正负称号位。

2．原码、补码、反码

（1）若X>0，则[X]原=[X]反=[X]补，符号位为0

（2）若X<0，则[X]原的符号位为1，数值位为二进制数据；[X]反的数值位为[X]原的数值部分求反；[X]补为[X]反的末位加1。

（3）（假设机器数为8）[+0]原=00000000　[-0]原=10000000

[+0]反=00000000[-0]反=11111111

[+0]补=[-0]=00000000

3．定点数和浮点数

在计算机中，对于一般的数是采用定点数与浮点数两种方法来表示。

（1）定点数：

指小数点位置固定不变的数。

在计算机中，通常用定点数来表示整数与纯小数，分别称为定点整数与定点小数。

定点整数：

一个数的最高二进制位是数符位，用以表示数的符号；而小数点的位置默认为在最低（即最右边）的二进制位的后面，但小数点不单独占一个二进制位，如图所示:

0

1001010010001010001

        数符位       数值位               　 小数位

因此，在一个定点整数中，数符位右边的所有二进制位数表示的是一个整数值。

定点小数：

一个数的最高二进制位是数符位，用来表示数的符号；而小数点的位置默认为在数符位后面，不单独占一个二进制位，如图所示：

0

1001010010001010001

          数符位|小数位        数值位               

因此，在一个定点小数中，数符位右边的所有二进制位数表示的是一个纯小数。

（2）浮点数：

其小数点的位置不固定的数。

在计算机中，定点数通常只用于表示整数或纯小数。

而对于既有整数部分又有小数部分的数，一般用浮点数表示。

一个既有整数部分又有小数部分的十进制数D可以表示成如下形式：

D＝R*10N，其中R为一个纯小数，N为一个整数。

例如：

123.456=0.123456*103；0.00123456=0.123456*10-2（纯小数R的小数点后第一位一般为非零数字）

同样，对于既有整数部分又有小数部分的二进制数D也可以表示成如下形式：

D＝R*2N，其中R为一个二进制定点小数，称为D的尾数；N为一个二进制定点整数，称为D的阶码，它反映了二进制数D的小数点的实际位置。

为了使有限的二进制位数能表示出最多的数字位数，定点小数R的小数点后的第一位（即符号位的后面一位）一般为非零数字（即为“1”）。

在计算机中，通常用一串连续的二进制位来存放二进制浮点数，它的一般结构如图所示：

阶符

N

数符

R

|    阶码部分   | 小数位 尾数部分

四．字符在计算机中的表示方法：

ASCII码

1．全称：

美国标准信息交换代码

2．所包含的字符有：

共128个字符：

其中有10个数字，26个小写字母，26个大写字母，33个标点符号或运算符，33个控制字符。

3．大小比较（先后顺序）：

数字＜大写字母＜小写字母

4．典型试题：

已知英文字符‘A’的ASCII码值是十六进制数41，写出字符‘F’的十进制ASCII码值＿＿＿＿＿＿。

答案为：

70

五．校验码

1．校验码：

具有发现某些错误或自动改正错误能力的数据编码方法；其基本思想是“冗余校验”。

2．常用的校验码有：

奇偶校验码、CRC校验码、海明码。

（前二种属于检错码，后一种属于纠错码）

六．二进制数的运算

1．算术运算：

加法（逢二进一），减法（借一当二）

2．逻辑运算：

1为“真”，0为“假

（1）或运算（＋、∨）：

有1则为1：

0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=1

（2）与运算（×、∧）：

有0则为0：

0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1

（3）

非运算（-）：

非1则0，非0则1：

A=1则，A＝0

（4）异或运算（⊕）：

相同为0，不同为1

第五章计算机硬件系统

一．微型计算机硬件设备组成

1．

硬件的概念：

指组成计算机的那些看得见摸得着的部分――电子线路、元器件和各种设备等物理实体。

2．微机的硬件系统包括计算机的主机和外部设备。

对应的零件主要有：

主板、CPU、硬盘、内存、显示卡、声卡、软驱、显示器、鼠标、键盘、调制解调器……

二．中央处理器

1．CPU：

是计算机系统的核心，包括运算器和控制器。

CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。

2．运算器：

完成各种算术逻辑运算，是对信息加工和处理的部件，由ALU（算术逻辑运算单元）、寄存器和累加器等组成。

3．控制器：

用来协调和指挥整个计算机系统的操作，控制计算机各部分自动协调地工作，完成对指令的解释和执行。

本身不具有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进行翻译、分析，而后对各部件作出相应控制。

主要由PC（程序计数器）、IR（指令寄存器）、ID（指令译码器）、操作控制器等组成。

4．计算机执行程序的实质：

执行一系列的指令的功能；执行指令的三个阶段：

取出指令－＞分析指令－＞执行指令

5．控制器的组成：

控制器由控制和状态寄存器、指令译码器ID、时序系统和操作命令产生部件组成。

（1）控制和状态寄存器：

和指令执行有关的4种寄存器如下：

Ø程序计数器（PC）：

又称指令地址寄存器，用来存放当前正在执行的指令地址或下一条指令地址，具有自动加1的功能。

Ø指令寄存器（IR）：

用以存放当前正在执行的指令。

Ø存储器地址寄存器（MAR）：

用于存放要访问的存储器单元地址，也简称为地址寄存器AR。

Ø存储器数据寄存器（MDR）：

用于存放从存储器单元的数据或者要写入存储器单元的数据，也简称为数据寄存器（DR）或存储器缓冲寄存器（MBR）。

（2）指令译码器：

对指令寄存器中的指令进行分析解释，识别当前指令及其所需完成的功能，以产生相应的操作控制信号。

（3）时序系统：

用于产生一定频率的时钟信号，并在机器加电及停止时，保证时序信号的可靠性和完整性。

（4）操作控制器：

又称为微操作控制信号嫩生生器或微操作控制信号形成部件。

主要功能是根据指令译码器的输出、状态寄存器的状态、时序系统的时序信号和外部控制总路线的控制信号这四类输入，输出各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，完成指令所规定的操作。

三．存储器

1．主要功能：

存放程序和数据。

2．基本概念

（1）存储单元：

存储器一般被划分成许多单元，称为存储单元；一个存储单元可存放苦干个二进制的位（bit）。

（2）存储容量：

一个在存储器所能容纳的总字节数。

（1个字节＝8位）

（3）单元地址：

存储单元按一顺序编号，每个存储单元对应一个编号，该编号即为单元地址，地址在计算机中也用二进制编码表示。

（4）访问存储器：

向存储单元中存入信息称为“写”；从存储单元