大學計算機基礎(chǔ)讀書筆記

計算機計算機的應用:數(shù)值計算，數(shù)據(jù)處理，自動控制，計算機輔助系統(tǒng)(CAD,CAM,CBE,CAT,CAI)，人工智能，通信和電子商務（數(shù)值計算又稱科學計算；數(shù)據(jù)處理又稱信息處理；自動控制又稱過程控制，包括檢測過程和控制過程;計算機輔助設(shè)計CAD(ComputerAidedDesign)，降低了設(shè)計人員的工作質(zhì)量，提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量，節(jié)約了設(shè)計成本；計算機輔助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和勞動強度，縮短生產(chǎn)周期;計算機輔助教育CBE(ComputerBasedEducation)包括計算機輔助測試CAT(ComputerAidedTest)和計算機輔助教學CAI(ComputerAssistedInstruction)，提高了教學質(zhì)量；人工智能AI(ArtificialIntelligence),如專家系統(tǒng)等，可以對原始數(shù)據(jù)進行分析決策；計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通訊技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，提高了通信的速度與效率，降低了軟件與硬件的使用費用，提高了計算機系統(tǒng)的可靠性）計算機的特點：運算速度快，計算精度高，記憶力強，具有邏輯判斷能力，自動化程度高1946年2月，世界上第一臺電子計算機ENIAC誕生于美國賓州大學。計算機代別劃分依據(jù)：邏輯元器件。第一代計算機：1946—1958電子管。第二代計算機：1958—1964晶體管。第三代計算機：1965—1971中，小規(guī)模集成電路。第四代計算機：1972—至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。英國科學家：阿倫·圖靈：圖靈機，建立計算機理論模型。匈牙利科學家：馮·諾依曼：計算機之父。根據(jù)計算機的應用范圍分類：專用計算機和通用計算機。根據(jù)數(shù)據(jù)的處理方式分類：數(shù)字計算機，模擬計算機，數(shù)字模擬混合計算機。根據(jù)計算機的規(guī)模和功能強弱分類：巨型機，小巨型機，大型主機，小型機，工作站，個人計算機計算機系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)：運算器，控制器，存儲器，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備。軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件，應用軟件。計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)：應用軟件層》實用軟件層》操作系統(tǒng)層》硬件層數(shù)制：按進位的原則進行計數(shù)，進位計數(shù)制位權(quán)：一種進制中某個位置上的單位值十進制：0，1，…,9,逢十進一,基數(shù)為10。二進制：0，1，逢二進一，基數(shù)為2。二進制的優(yōu)點：便于實現(xiàn)、運算簡單、工作可靠、方便邏輯運算、物理元器件容易制造、運算規(guī)則少。八進制：0，1，2，…,7,逢八進一，基數(shù)為8。十六進制：0，1，…,9,A,B,C,D,E,F,逢十六進一，基數(shù)為16。二進制八進制十進制十六進制二進制八進制十進制十六進制000000010001088000111110011199001022210101210A001133310111311B010044411001412C010155511011513D011066611101614E011177711111715FN進制轉(zhuǎn)換為十進制：展開多項式，各項相加。（注意位權(quán)比位數(shù)少一）。十進制轉(zhuǎn)換為N進制：整數(shù)：將十進制整數(shù)連續(xù)的除以N，記下每次的余數(shù)，直到商為0，倒排余數(shù)。小數(shù)：將十進制小數(shù)連續(xù)的乘以N，記下每次的整數(shù)，直到十進制小數(shù)為0或滿足進度為止，正排整數(shù)。二進制轉(zhuǎn)換為八進制的方法：從小數(shù)點開始，每3位一組，不足3位的用0補齊，每一組用一個八進制數(shù)表示。二進制轉(zhuǎn)換為十六進制方法：從小數(shù)點開始，每4位一組，不足4位的用0補齊，每一組用一個十六進制數(shù)表示。八進制（十六進制）數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)方法：每位八進制數(shù)（十六進制數(shù)）用3（4）位二進制數(shù)表示，刪除兩端無意義的0。機器數(shù)：正負號用數(shù)字表示的數(shù)。0為正，1為負。真值：與機器數(shù)對應的數(shù)學中的數(shù)。定點整數(shù)：將小數(shù)點的位置約定在機器數(shù)的末端。補0為符號位后面。定點小數(shù)：將小數(shù)點的位置約定在符號位的右側(cè)。補0為數(shù)值后面。浮點數(shù)：將一個數(shù)表示為尾數(shù)和階碼。階碼用定點整數(shù)，尾數(shù)用定點小數(shù)。與科學計數(shù)法類似。原碼：整數(shù)含0的符號位為0，負數(shù)含0的符號位為1.數(shù)值部分為對應數(shù)的絕對值。0的原碼有兩種編碼，00000000（0.0000000），10000000（1.0000000）。優(yōu)點：與真值轉(zhuǎn)換簡單。缺點：運算不方便且有錯誤。8位定點整數(shù)原碼的表示范圍：--127--+127反碼：正數(shù)含0的反碼與原碼一樣；將負數(shù)含0原碼除符號位外，每位變反。0的反碼有兩種編碼00000000（0.0000000），11111111（1.1111111）反碼的反碼為原碼。補碼：正數(shù)含0的補碼與原碼一樣；將負數(shù)的反碼末位加1，注意進位。0的補碼只有1種。00000000（0.0000000）正數(shù)的原碼、反碼、補碼均相同。補碼的補碼為原碼。先原碼再反碼后補碼。求補：包括符號位在內(nèi)，每位變反，末位加1。對某個數(shù)的補碼求補即可得到該數(shù)相反數(shù)的補碼。規(guī)格化浮點數(shù)：提高了存儲的精度。階碼采用定點整數(shù)補碼，尾數(shù)采用定點小數(shù)補碼。對于整數(shù)，規(guī)格化就是將小數(shù)點移到數(shù)值部分第一個1的左側(cè)，對于負數(shù)而言就是將小數(shù)點移到第一個0的右側(cè)。ASCII美國國家標準信息交換碼。7位ASCII碼又稱基本ASCII碼，用7位二進制表示128個字符編碼，包括33個控制字符。常用字符代碼由小到大：空格（32）、數(shù)字（0的代碼為48）、大寫字母（A的代碼為65）、小寫字母（a的代碼為97）。小寫字母的代碼比對應大寫字母的代碼大32。8位ASCII碼又稱擴展ASCII碼，用8位二進制表示256種，其中0---127即為前面的128個基本ASCII碼，特點是最高位為0；128—255是擴展部分，特點是最高位為1。漢字編碼：國標碼：中國制定的用于計算機系統(tǒng)間交換漢字信息時使用的編碼。輸入碼：利用鍵盤輸入漢字的編碼。機內(nèi)碼：計算機內(nèi)部存儲、處理和傳輸漢字的編碼。字型碼：表示漢字形狀的編碼。（點陣字型：將一個漢字均勻的分成若干行、若干列，形成一個點陣。）CPU與內(nèi)存構(gòu)成主機。主機與外部設(shè)備股票擬共同構(gòu)成了計算機硬件系統(tǒng)。外存既是輸入設(shè)備又是輸出設(shè)備。存儲器包括內(nèi)存與外存?？刂破髋c運算器構(gòu)成了中央處理器CPU。計算機的主機和外部設(shè)備之間通過接口電路（簡稱接口）連接。運算器：算數(shù)運算、邏輯運算。控制器：控制各部件協(xié)調(diào)工作。存儲器：保存程序和數(shù)據(jù)，分為內(nèi)存和外存。內(nèi)存：可以與CPU（運算器+控制器）直接交換信息，保存正在處理的數(shù)據(jù)和正在執(zhí)行的程序。內(nèi)存主要包括隨機存儲器RAM(RandomAccessMemory)和只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）兩類。RAM可以進行讀取和寫保存兩種操作，但斷電時信息丟失。ROM只能進行讀操作，不能執(zhí)行寫操作，但是斷電時信息不丟失。ROM主要保存最基本的固定不變的程序和數(shù)據(jù)。ROM容量＜RAM。通常所說的內(nèi)存容量指RAM。RAM分為動態(tài)隨機存儲器DRAM和靜態(tài)隨機存儲器SRAM。DRAM存儲密度高、存取速度慢、需要定期刷新。SRAM存儲密度低、存取速度快、不需要刷新。存儲單位有：位（bit）、字節(jié)（Byte）、字（Word）。位是存儲設(shè)備的最小存儲單位存儲一位二進制的存儲設(shè)備。字節(jié)是內(nèi)存的最小編址單位，即每個字節(jié)都有唯一的一個地址，一般由連續(xù)的8位構(gòu)成。CPU一次能夠處理的連續(xù)字節(jié)稱為字。字長有8位，16位，32位，64位。字長越長，CPU的處理速度越快。存儲容量：單位：ＫＢ，ＭＢ，ＧＢ，ＴＢ。１ＫＢ＝１０２４Ｂ，１ＭＢ＝１０２４ＫＢ，１ＧＢ＝１０２４ＭＢ，１ＴＢ＝１０２４ＧＢ外存的功能：保存需要長期存儲的內(nèi)容和擴充內(nèi)存容量。斷電時，外存中內(nèi)容不丟失。CPU不能直接訪問外存。常用外存：軟盤存儲器、硬盤存儲器、光盤存儲器、移動存儲器（U盤）、Cache高速緩存L1，L2、指令存儲器、寄存器等。軟盤存儲器：磁道：每個同心圓。扇區(qū)：每個磁道被分成相同數(shù)目的區(qū)段，每個區(qū)段就是扇區(qū)。一個扇區(qū)的容量為512B，即0.5KB。面數(shù)*每面磁道數(shù)*每磁道扇區(qū)數(shù)*512B。硬盤存儲器：分為固定式和可移動式兩種。容量=柱面數(shù)*每柱面容量=柱面數(shù)*盤面數(shù)*每磁道容量=柱面數(shù)*盤面數(shù)*每磁道扇區(qū)數(shù)*512B。光盤存儲器：光盤主要包括CD和DVD兩種，CD的容量通常為600MB左右，而DVD的容量通常都在4.7GB以上。CD緊湊光盤，CD有CD—ROM、CD—R、CD—RW。DVD是數(shù)字多功能光盤或數(shù)字激光視盤的簡稱，包括DVD—ROM、DVD—R、DVD—RW等。U盤存儲器特點：不使用驅(qū)動器，節(jié)省開支；使用的是USB接口，無需外接電源，支持即插即用和熱插拔；存取速度比軟盤快得多；體積非常小且很輕，便于攜帶；防震性能好。為了滿足用戶對存儲系統(tǒng)速度快、價格低和容量大的需求，存儲系統(tǒng)采用了層次結(jié)構(gòu)。Cache是與CPU和內(nèi)存直接交換信息的高速緩沖存儲器（簡稱高速緩存），其讀寫速度遠高于內(nèi)存。Cache存儲系統(tǒng)由Cache和內(nèi)存構(gòu)成，目的：提高CPU訪問內(nèi)存的速度。虛擬存儲系統(tǒng)由內(nèi)存和外存（通常使用硬盤存儲器）構(gòu)成，目的：擴大內(nèi)存的容量。輸入設(shè)備：負責將計算機外部的信息轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別的二進制形式并保存到計算機的內(nèi)存中。常見的輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標器、掃描儀、數(shù)碼相機（DC）、數(shù)碼攝像機（DV）、麥克、光筆、條形碼閱讀機和觸摸屏等。鍵盤：字符輸入設(shè)備。輸出設(shè)備：負責將計算機內(nèi)部的二進制信息轉(zhuǎn)換為人或其他設(shè)備能夠識別的形式并輸出。常見的輸出設(shè)備：顯示器、打印機、音箱、繪圖儀等。外存既是輸入設(shè)備又是輸出設(shè)備。計算機硬件的各部分之間通息的同時，還建立附加的索引表。索引表中的每一項稱為索引項，索引項的一般形式是關(guān)鍵字與地址。關(guān)鍵字唯一標識一個結(jié)點，地址作為指向結(jié)點的指針，可以大大提高數(shù)據(jù)查找的速度。散列（或哈希）存儲結(jié)構(gòu)：根據(jù)結(jié)點的關(guān)鍵字通過散列（或哈希）函數(shù)直接計算出一個值，并將這個值作為該結(jié)點的存儲地址。優(yōu)點：查找速度快，只要給出帶查結(jié)點的關(guān)鍵字，就可立即算出該結(jié)點的存儲地址。散列存儲方法只存儲結(jié)點的數(shù)據(jù)，不存儲結(jié)點之間的邏輯關(guān)系。一般只適合要求對數(shù)據(jù)進行快速查找和插入。線性表：具有相同特性的數(shù)據(jù)元素的一個有限序列。用n表示，n≥0.當n=0時空表，即不包含任何數(shù)據(jù)元素。非空線性表特點：有且只有一個根結(jié)點，無前驅(qū)；有且僅有一個終端結(jié)點，無后繼；除根結(jié)點和終結(jié)點外，其他所有結(jié)點有且只有一個前驅(qū)和一個后繼。線性表中結(jié)點的個數(shù)n稱為線性表的長度，當n=0時，稱為空表。線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)是把線性表中的所有元素按照其邏輯順序，依次存儲到連續(xù)的計算機存儲空間中。每一個數(shù)據(jù)元素占k個字節(jié)。順序存儲結(jié)構(gòu)有2個基本特點：線性表中所有數(shù)據(jù)元素所占的存儲空間是連續(xù)的；線性表中各數(shù)據(jù)元素在存儲空間中是按邏輯順序依次存放的。線性表的鏈式存儲結(jié)構(gòu)有2個基本特點：線性表中所有數(shù)據(jù)所占空間不一定是連續(xù)的；線性表中各數(shù)據(jù)元素在存儲空間的邏輯關(guān)系是由各結(jié)點的指針域來表示的。棧：只能在一端進行插入與刪除運算的線性表（類似于水桶放磚），在棧中，允許進行插入和刪除的一端叫棧頂，另一端為棧底。棧頂元素總是最后被插入的元素，也是最先被刪除的元素；棧底元素總是最先被插入的元素，也是最后被刪除的元素。棧有記憶作用，原則是：先進后出，后進先出。指針top來指示站定的位置，指針bottom指向棧底。棧的基本運算：入棧、退棧、讀棧頂元素。入棧運算：在棧頂位置插入一個新元素。退棧：取出棧頂元素并賦給一個指定的變量。隊列：只能在一端進行插入運算，在另一端進行刪除運算的線性表。隊尾元素總是最后被插入的元素，也是最后被刪除的元素；隊首元素總是最先被插入的元素，也是最先被刪除的元素。原則：后進后出，先進先出。用指針front來指示隊首元素的前一個位置，用指針rear指向隊尾元素。在隊尾插入一個元素叫入隊運算，從隊首刪除一個元素叫退隊運算。隊尾指針rear和隊首指針front的改變反映了隊列中元素的變化情況。入隊運算：在隊尾插入一個新元素。退隊運算：取出隊首元素并賦給一個指定的變量。樹是由n個結(jié)點組成的有限集合，其中n=0表示一顆空樹，這是樹的特例；n＞0