大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第二章：計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第二章：計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)概述01信息數(shù)據(jù)的表示和傳遞計(jì)算機(jī)中的邏輯處理計(jì)算機(jī)與人類之間的交互計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)理論計(jì)算機(jī)硬件和軟件的基本原理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組織與運(yùn)行信息處理數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、傳輸和處理計(jì)算機(jī)的算法和程序?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能優(yōu)化和可靠性計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)的基本概念??????機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代巴貝奇分析機(jī)（1834年）雅卡爾織布機(jī)（1801年）霍納思穿孔卡片（1887年）電子計(jì)算機(jī)時(shí)代ENIAC（1946年）EDVAC（1947年）UNIVAC（1951年）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)時(shí)代微型計(jì)算機(jī)（1970年代）個(gè)人計(jì)算機(jī)（1980年代）移動(dòng)設(shè)備（21世紀(jì)）計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)的發(fā)展歷程科學(xué)研究物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的研究天文學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)等領(lǐng)域的研究計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域的研究工程技術(shù)建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、航空航天等工程技術(shù)電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等工程技術(shù)能源工程、交通工程、環(huán)境保護(hù)等工程技術(shù)文化藝術(shù)繪畫、音樂(lè)、舞蹈等藝術(shù)領(lǐng)域文學(xué)、戲劇、電影等文化領(lǐng)域歷史、哲學(xué)、宗教等思想領(lǐng)域計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)的重要性和應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)的組成原理02計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等掃描儀、攝像頭、麥克風(fēng)等傳感器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器等輸出設(shè)備顯示器、打印機(jī)、投影儀等揚(yáng)聲器、耳機(jī)、音響等執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)器人等中央處理器CPU、GPU、TPU等寄存器、緩存、內(nèi)存等控制器、運(yùn)算器、接口等存儲(chǔ)設(shè)備硬盤、固態(tài)硬盤、U盤等光盤、磁帶、卡片等云存儲(chǔ)、分布式存儲(chǔ)、邊緣計(jì)算等系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)、編譯器、匯編器等設(shè)備驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、文件系統(tǒng)等虛擬化技術(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等01應(yīng)用軟件辦公軟件、設(shè)計(jì)軟件、開(kāi)發(fā)工具等娛樂(lè)軟件、教育軟件、醫(yī)療軟件等社交軟件、電子商務(wù)、金融服務(wù)等02數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)備份等大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)安全等03計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的組成指令執(zhí)行取指令、譯碼、執(zhí)行、寫回等步驟指令集架構(gòu)、流水線處理、多核并行等技術(shù)性能優(yōu)化、代碼壓縮、硬件加速等方法數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、處理、輸出等過(guò)程算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程語(yǔ)言等技術(shù)并行計(jì)算、分布式計(jì)算、云計(jì)算等方法系統(tǒng)管理硬件管理、軟件管理、資源調(diào)度等任務(wù)操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、用戶界面等技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)備份、故障恢復(fù)等方法計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)與編碼03數(shù)據(jù)表示數(shù)值表示、字符表示、邏輯表示等二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等進(jìn)制表示定點(diǎn)表示、浮點(diǎn)表示、復(fù)數(shù)表示等數(shù)值表示數(shù)據(jù)分類整數(shù)、實(shí)數(shù)、布爾值等基本數(shù)據(jù)類型字符串、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等復(fù)合數(shù)據(jù)類型圖像、音頻、視頻等多媒體數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)的表示與分類正整數(shù)、負(fù)整數(shù)、零等補(bǔ)碼表示、反碼表示、原碼表示等溢出問(wèn)題、溢出處理、溢出檢測(cè)等整數(shù)表示浮點(diǎn)數(shù)、定點(diǎn)數(shù)、復(fù)數(shù)等IEEE754標(biāo)準(zhǔn)、二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)、雙精度浮點(diǎn)數(shù)等精度問(wèn)題、舍入誤差、有效數(shù)字等實(shí)數(shù)表示加法、減法、乘法、除法等基本運(yùn)算模運(yùn)算、取余運(yùn)算、冪運(yùn)算等運(yùn)算優(yōu)先級(jí)、結(jié)合律、分配律等數(shù)值運(yùn)算??????數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示與運(yùn)算字符在計(jì)算機(jī)中的編碼與處理字符編碼ASCII編碼、Unicode編碼、GBK編碼等字符集、編碼表、編碼方式等多字節(jié)編碼、單字節(jié)編碼、可變長(zhǎng)編碼等字符處理字符串比較、字符串拼接、字符串查找等正則表達(dá)式、模糊匹配、字符串分割等字符轉(zhuǎn)換、字符加密、字符解密等計(jì)算機(jī)的運(yùn)算與邏輯04計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)算術(shù)運(yùn)算加法、減法、乘法、除法等模運(yùn)算、取余運(yùn)算、冪運(yùn)算等運(yùn)算優(yōu)先級(jí)、結(jié)合律、分配律等邏輯運(yùn)算與運(yùn)算、或運(yùn)算、非運(yùn)算等異或運(yùn)算、同或運(yùn)算、邏輯取反等邏輯運(yùn)算符、邏輯表達(dá)式、邏輯簡(jiǎn)化等邏輯門與門、或門、非門、異或門等與非門、或非門、非與非門等邏輯門電路、邏輯芯片、邏輯設(shè)計(jì)等邏輯代數(shù)布爾代數(shù)、謂詞邏輯、模糊邏輯等邏輯推理、邏輯證明、邏輯模型等邏輯運(yùn)算、邏輯簡(jiǎn)化、邏輯轉(zhuǎn)換等計(jì)算機(jī)的邏輯運(yùn)算運(yùn)算規(guī)律運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)、運(yùn)算符結(jié)合律、運(yùn)算符分配律等算術(shù)運(yùn)算規(guī)律、邏輯運(yùn)算規(guī)律、位運(yùn)算規(guī)律等運(yùn)算速度、運(yùn)算精度、運(yùn)算穩(wěn)定性等溢出處理溢出檢測(cè)、溢出處理、溢出預(yù)防等上溢、下溢、飽和等現(xiàn)象溢出問(wèn)題、溢出原因、溢出解決方案等計(jì)算機(jī)的運(yùn)算規(guī)律與溢出處理計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)05存儲(chǔ)器分類隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）只讀存儲(chǔ)器（ROM）可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）存儲(chǔ)器特點(diǎn)訪問(wèn)速度、存儲(chǔ)容量、可靠性等讀寫操作、擦寫操作、編程操作等靜態(tài)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器、非易失性存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)器的分類與特點(diǎn)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)與管理存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)高速緩存、主存、輔助存儲(chǔ)器等層次緩存容量、緩存速度、緩存替換策略等內(nèi)存映射、虛擬內(nèi)存、內(nèi)存管理等技術(shù)存儲(chǔ)器管理內(nèi)存分配、內(nèi)存回收、內(nèi)存保護(hù)等任務(wù)分配算法、回收算法、保護(hù)策略等碎片問(wèn)題、內(nèi)存泄漏、內(nèi)存壓縮等問(wèn)題高速緩存CPU高速緩存、GPU高速緩存、內(nèi)存高速緩存等緩存命中率、緩存延遲、緩存容量等性能指標(biāo)緩存一致性、緩存替換策略、緩存優(yōu)化等技術(shù)虛擬存儲(chǔ)虛擬內(nèi)存、虛擬磁盤、虛擬網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)內(nèi)存映射、頁(yè)面置換、文件緩存等技術(shù)虛擬存儲(chǔ)管理、虛擬存儲(chǔ)調(diào)度、虛擬存儲(chǔ)優(yōu)化等方法高速緩存與虛擬存儲(chǔ)技術(shù)計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)06輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等掃描儀、攝像頭、麥克風(fēng)等傳感器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器等01輸出設(shè)備顯示器、打印機(jī)、投影儀等揚(yáng)聲器、耳機(jī)、音響等執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)器人等02接口技術(shù)串行接口、并行接口、USB接口等HDMI接口、DisplayPort接口、Thunderbolt接口等網(wǎng)絡(luò)接口、存儲(chǔ)接口、擴(kuò)展接口等03輸入輸出設(shè)備與接口輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式串行傳輸、并行傳輸、光纖傳輸?shù)葻o(wú)線傳輸、有線傳輸、藍(lán)牙傳輸?shù)雀咚賯鬏?、寬帶傳輸、遠(yuǎn)程傳輸?shù)葦?shù)據(jù)傳輸協(xié)議TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議、FTP協(xié)議等UDP協(xié)議、ARP協(xié)議、DNS協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、文件傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)通信協(xié)議等輸入輸出系統(tǒng)的性能與特點(diǎn)性能指標(biāo)傳輸速率、傳輸延遲、傳輸可靠性等吞吐量、并發(fā)量、資源利用率等能耗、散熱、噪音等特點(diǎn)兼容性、可擴(kuò)展性、易用性等硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)用戶體驗(yàn)、系統(tǒng)性能、數(shù)據(jù)安全等問(wèn)題計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)與通信07計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等發(fā)展階段分組交換、電路交換、報(bào)文交換等交換技術(shù)無(wú)線通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等通信技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用文件共享、電子郵件、遠(yuǎn)程登錄等基本應(yīng)用網(wǎng)頁(yè)瀏覽、網(wǎng)絡(luò)搜索、在線購(gòu)物等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議OSI協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等協(xié)議層次數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)安全等協(xié)議功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)、總線型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)等局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)范圍有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)類型