很重要的计算机导论复习

nullnull什么是计算机？ 计算机的诞生、计算机的发展阶段 计算机系统的组成 硬件系统 软件系统 什么是硬件？ 硬件系统的组成（冯.诺依曼结构的计算机） 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备null冯·诺依曼结构，其主要特征是： 程序存储（Program Storage）。具体地说，在上述计算机中，要实现机器的自动计算，必须先根据目的要求，编制出求解该问题的计算程序（Computational Program），并通过输入设备将该程序存入计算机的存储器中，称为“程序存储”。 采用二进制（Binary）。计算机只能存储并识别二进制代码示的计算程序和数据，称为“采用二进制”。 null 计算机硬件基本组成（外）存储器（内）存储器中央处理器（CPU）控制器输入 设备输出 设备运算器null运算器——用来实现算术、逻辑等各种运算 控制器——实现对整个运算过程的有规律的控制 存储器——用来存放计算程序及参与运算的各种数据 输入设备——实现计算程序和原始数据的输入 输出设备——实现计算结果的输出null计算机的基本工作原理 指令：让计算机执行某种操作的命令。 程序：完成某一任务的一组指令的集合。 指令向计算机提供的信息： 执行什么操作——操作码 参与操作的数据——地址码取指令——分析指令——执行指令（P11）null 二进制概念null 计算机中数是怎样表示的？ （1）按“值”表示，解决三个问题： 数字符号的选择：引入进位计数制的概念 小数点位置的表示：引入数的定点及浮点表示 正负号的表示：正负符号数值化,引入机器数的概念 null定点表示法： 特点： （1）通常用来表示“整数” （2）数的表示范围有要求 若要表示非整数，需要对非整数进行处理。浮点表示法：在计算机中数的小数点位置是浮动的 任何一个二进制数可表示为： N = 2E × S 式中：E称阶码，是一个正或负的整数 S称尾数，是一个正或负的小数 2称基数 可以为隐含的，只需表示出E和S。 15 14 … 11 10 9 8 ……………… 0 211×0.1011 + 0 0 1 1 0 · 1 0 1 1 0 …… 0 Ef E Sf S Ef 称为阶符，Sf 称为尾符null真值：除符号（+或-）外已经能在计算机中表示的数值，称该数为计算机的真值。 例如：+12 = + 0000 1010 -12 = - 0000 1010 机器数：将真值的符号“数值化”，符号也被数值化，已完全能在计算机中表示的数。 常用的机器数：原码、反码、补码 如何由真值得到能够在计算机中表示的机器数（原码、反码、补码）null编码: 按一定规则，用若干位二进制码来表示一个数或字符。 常用编码分类： 十进制编码：8421码，余3码等 可靠性编码：奇偶校验码 字符编码： ASCII码，汉字编码null二进制数的四则运算 （1）加法： （2）减法： （3）乘法： （4）除法： 结论： （1）二进制数只有0，1两个数字，四则运算较十进制数的简单。 （2）四则运算可通过加（减）和移位（左移、右移）来实现。 null补码加减运算 规则： [X+Y]补 =[X]补+[Y]补 [X-Y]补 =[X+（-Y）]补 =[X]补+[-Y]补 加减法可通过补码加法实现，故计算机的运算器中只需设置加法器，并通过移位操作的配合，可实现乘/除法，从而简化运算器的结构。null逻辑运算 逻辑运算是一种按位操作的运算，基本逻辑运算有： “或”运算（逻辑加） “ + ” “ ” “与”运算（逻辑乘） “  ” “∧ ” “非”运算（逻辑非） “ ” “异或”运算 “  ”null在逻辑代数中，表示逻辑函数的方法有三种： 逻辑表达式 真值表 卡诺图 逻辑表达式：用公式表示函数与变量关系的一种方法。真值表：用表格表示函数与变量关系的一种方法。 例如： F = 其对应关系可用下列真值表表示： 用真值表表示逻辑函数要比用逻辑表达式更直观易懂。null基本逻辑电路 或门电路、与门电路 、非门电路 、复合门电路 （与非门、或非门、与或非门）、触发器是能够存储一位二进制码的逻辑电路。逻辑符号 、逻辑表达式与真值表 电路、触发器组成的具有一定逻辑功能的部件。 常用逻辑部件： 全加器 译码器 （重点） 多路转换器 寄存器 计数器null数据采用的单位有位、字节和字。 位(bit)是指二进制数的一个位。是计算数据的最小单位 字节：8个二进制位作为一个字节，即1 B=8 bit 字：是计算机内部一次基本动作可同时处理的二进制代码。 字长：组成一个字的二进制位数叫做该字的字长。 字节是计算机的基本存储单位 B，KB，MB，GB，TBnull1 中央处理器（CPU）CPU的功能: （1）实现数据运算：对数据进行算术运算和逻辑运算; （2）实现取指令、分析指令及执行指令操作的控制; （3）实现异常处理及中断处理：如电源故障、运算 溢出错误等处理，外部设备的服务请求处理。 null运算器的组成： 算术逻辑单元ALU：由加法器、逻辑运算电路组成，实现算术及逻辑运算。 通用寄存器：存放数据。 多路选择器：可从多个输入端中选择一个作为输出。 标志寄存器：用来寄存由运算结果所建立的标志。 运算器的基本工作原理 运算器提供了各种“数据通路”，在不同控制信号序列的控制下，使数据从“源地址”出发，途径不同“通路”，到达“目标地址”，便可完成对数据的“加工”，即实现了对数据的运算。 指令流——数据流 一条指令的执行中包含了若干微操作。null控制器：是统一指挥和控制计算机各个部分协调工作的中心部件。 控制器的主要功能： 是实现取指令、分析指令和执行指令，并形成下一条指令地址。为此，控制器至少由下列部件所组成： 程序计数器（PC）：存放指令地址 指令寄存器（IR）：存放从存储器取出的指令 指令译码器（ID）：实现对指令操作码的译码 时序部件（TU）：产生一定频率的时标信号，控制一系列微操作的执行顺序。 操作控制部件（MOCU）：时序部件所产生的时标信号和指令译码器所产生的译码信号，发出取指令和执行指令所需要的一系列微操作信号。指令部件null主存储器的组成: 由存储元件组成存储单元，再由存储单元组成存储体。 存储元件：存储一位二进制信息（1或0）。 用触发器作为存储元件（双极型和MOS型静态RAM） 用电容器作为存储元件（MOS型动态RAM） 用晶体管作为存储元件（管子导通为0，截止为1） null主存都是用半导体存储器组成。 半导体存储器分类 随机存储器（RAM）是内存的主要部分，是仅次于CPU的宝贵系统资源。它是程序和数据的临时存放地和中转站，即外设（键盘、鼠标、显示器和外存等）的信息都要通过它与CPU交换。它的特点是其中存放的内容可随时供CPU读写，但断电后，存放的内容就会全部丢失。 只读存储器 ROM：（ROM) 是一种只能读出不能写入的存储器，但断电后，ROM中的内容仍存在。null辅存作用 存放当前不立即使用的数据和信息，一旦需要使用，辅存与便于主存批量交换数据。 辅存分类 磁带存储器：海量存储器 磁盘存储器：硬盘、软盘 光盘存储器： 存储容量：磁盘机能够存储的有用信息的总和，单位是字节。 计算公式： C=盘面数*磁道数*扇区数（每道）*每个扇区的字节数null 三级存储体系null 输入输出控制方式 CPU通过什么方式实现对外设的控制呢? 程序查询方式 中断控制方式 直接存储器存取方式 外部处理机方式 null计算机的各个组成部分（运算器、存储器、控制器、I/O接口及外部设备）是通过“硬连接”（总线）和“软连接”（指令）构成一个完整的系统的。 指令：给计算机下达的一道命令，它提供了两类基本信息：做什么操作，参与操作的数来自何处。  指令系统：一台计算机的全部指令的集合，称为该计算机的指令系统 。null寻址方式 寻址方式：指令的地址码段给出的地址不是操作数的真正存放地址，它由指令提供的信息按一定规则形成，这一规则称为寻址方式。 所形成的操作数的真正存放地址称为操作数的有效地址 直接寻址，则：EA = d ； 立即寻址，则指令给出的形式地址d 就是操作数； 间接寻址，则：EA =（d） d是操作数地址的地址； 相对寻址，则：EA = pc+d pc是程序计数器； 变址寻址，则：EA = IX + d IX是变址寄存器。 五种寻址方式，除此还有寄存器寻址等。null 计算机的主要技术指标 1. 机器速度 主频：计算机中最基础的时标信号,即机器的主脉冲频率。 每秒执行多少百万条指令MIPS 现流行CPU:Intel Pentium4 530 3.0E 主频 3000MHz 2. 机器字长 计算机能一次并行处理的二进制代码的位数 3. 存储容量 计算机能存储的二进制信息的总量，一般用字节数或位数表示 4. 指令系统 计算机全部指令的集合 5. 机器可靠性 用平均无故障时间（MTBF）表示 null计算机系统的软件 什么是软件？ 为运行、维护、管理及应用计算机所编制的所有程序及其文档资料的总和，称为计算机软件。软件：是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分。 软件: 是程序，数据及其运行的相关文档的完整集合。 程序：是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列。 数据：是使程序能正常操纵信息的数据结构。 文档：是与程序开发，维护和使用有关的图文材料。null 高级语言的基本结构 每种高级语言都有其自身的特点及特殊的用途，但它们的语法成份、层次结构却是相似的。研究它们的共性，有助于更好地学习高级语言。 高级语言的层次结构，一般由基本符号，基本元素，表达式及语句组成。 基本符号：包括单字符基本符号（字母、数字、特殊字符）及多字符基本符号。(p106) 基本元素：由基本符号组成，可分为数、逻辑值、名字、标号及字符串等五大类。 表达式：由基本符号和基本元素组成，可分为算术表达式，逻辑表达式和字符串表达式。 语句：由基本元素、表达式等组成，null 算法与程序的关系 求解问题的程序必须根据算法去编制，如同作战必须贯彻作战策略一样。算法是编制程序的依据。 当一个算法在指明了所处理的数据及其相互之间的结构关系之后，即可形成解决某类特定问题的可执行的程序。 程序 == 算法 + 数据结构 评价算法优劣的 （1）空间复杂性S（n）：按算法所编制的程序在计算机中所占用的存储单元的总数。n是问题的规模，显然S（n）是随n的增长而增加。 （2）时间复杂性f（n）：按算法所编制的程序在计算机执行时所耗费的时间。显然f（n）随 n的增长而增加。 null常用的算法表示方法： 图法：用图形符号来表示程序处理的步骤和方法。 流程图符号（P112） 算法语言: 自然语言+编程语言+数学表示方法。（伪代码，形式语言） null 数据结构 一切可输入计算机并能为计算机所处理的描述客观事物的符号，称为数据。 实际应用中处理的大多是非数值数据，它们的组织较为复杂。 关心的是按什么规则组织数据，使其占空间少，存取快，并有利于维护（增删、修改）。 数据结构：数据元素的组织形式，它反映了数据之间的关系与运算。但不涉及数据的具体内容。 null数据结构研究的内容 数据的逻辑结构：指数据元素之间的逻辑关系。它只抽象地反映数据元素集合的结构，而不管其存储方式。 数据的逻辑结构可分为： 线性数据结构：线性表，栈，队列，串，数组和文件。 非线性数据结构：树，图。 数据的物理结构（存储结构）：指数据元素在主存中存放形式。 数据运算：程序中的数据运算是定义在数据的逻辑结构上的，但运算的具体实现要在存储结构上进行。 常用的运算有：检索、插入、删除、更新、排序等。null栈和队列 栈和队列是各种程序设计中广泛应用的两种数据结构。 从逻辑结构上看，它们是一种运算受限制的线性表，也称为限定性数据结构。 null栈中元素是按“后进先出”的原则操作的。 栈的基本运算 入栈：从栈的顶部插入元素。 出栈：删除栈顶元素 置栈S为一个空栈 判别栈S是否为空栈 栈的存储结构 两种方式： 1.顺序存储结构 2.链式存储结构null队列是按“先进先出”的原则进行操作的。 基本运算 入队列 出队列 取队首元素 置空队列 判断是否为空队列 队列的存储结构 两种方式： 1.顺序存储结构 2.链式存储结构null 编译原理 用编译方法执行源程序： null 计算机编译源程序的过程：  词法分析  语法和语义分析  中间代码生成  代码优化  目标代码生成 null 操作系统 （P144） 什么是操作系统? 操作系统：是由程序和数据结构组成的大型系统软件，它负责计算机的全部软硬件资源分配、调度与管理，控制各类程序的正常执行，并为用户使用计算机提供良好的环境。null在硬件上加载操作系统之后，就变成一台与“裸机”大相径庭的“虚拟”计算机。其他的所有软件如编译软件、数据库系统、软件开发工具等系统软件以及浏览器、字处理软件、办公软件等应用软件都是以操作系统为基础，运行于“虚拟”机上的。 该虚拟机为用户提供了两种不同级别的接口：最终用户接口和程序员接口，使用户能方便、灵活地使用计算机。 （1）最终用户接口 命令行式用户接口，如：DOS，UNIX — shell命令 图形用户接口，如：Windows 95/98,Windows NT UNIX-X Windows （2）程序员接口(系统调用) 用户在程序中像调用子程序一样调用操作系统所提供的子功能。如：DOC中的INT 21H，Windows API（Windows应用编程接口）。 null操作系统的功能 从资源管理的角度来看，操作系统对计算机硬软件资源的管理包括： 处理器（CPU）管理：在多道程序运行下，使CPU为多个程序交替服务，提高CPU的利用率。 存储器管理：主存分配与回收：主存的保护：主存的扩充： 设备管理：指对计算机的各类外部设备的管理，包括设备的分配与回收，启动外设工作，进行故障处理等。 为提高设备的利用率，采用虚拟设备技术。 文件管理：文件管理面向用户实现按名（文件名）存取；支持对文件的存取、检索、插入、修改和删除；解决文件的共享、保护和保密等问题。null作业管理：作业是指用户提交任务，它包括用户程序、数据及作业控制说明。作业控制说明表达了用户对作业运行要求，可通过作业控制语言（JCL）或操作控制命令（最终用户接口提供）实现。作业管理一般包括： 向用户提供实现作业控制的手段（即最终用户接口和程序员接口） 按一定策略实现作业调度：从外存中选择若干作业装入主存，准备运行；作业完成后，进行资源回收。使各作业有效地共享系统资源，并尽可能满足用户要求。 还需指出的是： （1）现代操作系统，除了应具备上述五大管理功能外，还应具有网络功能，即能够提供网络通信、网络服务、网络接口和网络资源管理等功能。 （2）随着计算机技术的不断发展，向操作系统提出了许多更新更高的要求。但是，无论怎么变，目标是一致的：操作系统必须实现对计算机系统软硬件资源的高效管理，并向用户提供一个越来越易于使用的高效、安全的操作环境。 null操作系统的特性 程序的并发执行:“并发”是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生。在某段时间内，不同程序的不同程序段是并行执行的 资源共享采用并发和共享，才能提高计算机系统资源的利用率及计算机系统的吞吐量。(操作系统的目标) 虚拟性。使用虚拟技术把硬件设备映射为虚拟的逻辑设备用户面向的是逻辑设备，从而简化了用户操作，提高了用户使用计算机的效率。null软件工程的定义 软件工程是以系统的、规范的、定量的方法应用于软件的开发、运营和维护，以及对这些方法的研究。 软件生存周期一般由软件计划、软件开发和软件运行维护三个时期组成。 软件计划时期分为问题定义、可行性研究两个阶段。 软件开发时期可分为需求分析、软件设计、测试等阶段。 软件运行维护,软件交付使用后在运行过程中需要不断地维护，使软件能持久地满足用户的需要。