大学计算机基础复习提纲.ppt

2020年2月3日 1 大学计算机基础复习提纲 北京邮电大学信通院方莉E mail mrs fangli 2020年2月3日 2 主要内容 第一章计算机的发展史计算机的发展简史与应用 计算机的主要指标 以及计算机的发展趋势 与现代通信的关系 第二章微型计算机基础计算机的基本组成与基本工作原理 计算机的软硬件系统 外部设备 第三章计算机中数据表示与存储各种信息在计算机中的存储格式和方法 第四章操作系统基础操作系统的基本概念 发展和分类 操作系统的工作原理 理进程 线程 文件和程序等概念 2020年2月3日 3 主要内容 第五章多媒体技术基础多媒体的概念 声音和图像 动画 视频等第九章信息安全基础信息安全与计算机病毒防治等内容第十章计算机网络与Internet技术计算机网络基础知识及Internet的信息浏览 电子邮件等应用 2020年2月3日 4 第一章计算机的发展史 1 1计算机概述1 2计算机的发展1 3计算机的主要应用领域1 4计算机系统的主要技术指标1 5未来计算机的发展趋势 2020年2月3日 5 1 1计算机概述 计算机定义和特点计算机分类 2020年2月3日 6 1 2计算机的发展 先驱的探索计算机理论的奠基人 阿兰 图灵计算机体系结构 冯 诺依曼体系结构第一台计算机 1946年ENIAC计算机发展的四个阶段 2020年2月3日 7 1 3计算机的主要应用领域 1 科学计算2 数据处理3 自动控制4 计算机辅助设计5 计算机网络6 娱乐 2020年2月3日 8 1 4计算机系统的主要技术指标 运算速度字长主频内存容量高速缓存 2020年2月3日 9 1 5未来计算机的发展趋势 冯 诺依曼体系结构巨型化 微型化 网络化 多媒体化 智能化利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机运行速度的新技术 空气胶滞体 导线非冯 诺依曼结构有可能引发计算机革命的新技术至少有三种 生物计算机的兴起光子计算机量子计算机 2020年2月3日 10 第二章微型计算机基础 2 1微处理器和微型计算机系统2 2微型计算机的硬件系统2 3微型计算机的软件系统2 4微型计算机的外部设备 2020年2月3日 11 2 1微处理器和微型计算机系统 微处理器微处理器构成逻辑运算 与 或 非微型计算机系统构成总线结构 地址总线 数据总线 控制总线超流水和超标量指令系统 CISC和RISC 2020年2月3日 12 2 2微型计算机的硬件系统 硬件组成主机CPU 内存储器 随机存储器RAM 只读存储器ROM 高速缓存器Cache BIOS CMOS 主板 总线 系统总线 局部总线 外部设备外存储器 软盘 硬盘 光盘以及移动硬盘和U盘输入设备 鼠标 轨迹球 键盘 触摸屏 扫描仪等输出设备 显示器 打印机 绘图机 声音 影像输出系统 2020年2月3日 13 2 3微型计算机的软件系统 软件定义软件分类计算机语言 机器语言 汇编 高级语言软件的生命周期数据库软件 2020年2月3日 14 第三章计算机中数据表示与存储 3 1位置计数制3 2负数在计算机中的编码3 3实数在计算机中的表示3 4十进制数的编码3 5字符的编码3 6模拟信号编码的一般过程3 7数据压缩 2020年2月3日 15 3 1位置计数制 采用二进制 可行性 可靠性 简易性 逻辑性位置计数制概念数码基数位权常用数制二进制 八进制 十进制 十六进制对应关系数制之间的转换 三大类转换方法 1 非十进制转换为十进制的方法 2 十进制转换为其他进制的方法 3 二数制 八进制 16进制之间的转换方法 2020年2月3日 16 3 2负数在计算机中的编码 整数和定点小数原码反码补码 2020年2月3日 17 3 3实数在计算机中的表示 定点数浮点数 2020年2月3日 18 3 4十进制数的编码 二进制编码的十进制数 简称BCD码 BinarycodedDecimal 最常用的BCD码称为8421BCD码 BCD码可以进行运算 因此它是数值编码 不是字符编码 2020年2月3日 19 3 5字符的编码 西文字符 ASCII码汉字编码输入码 区位码 国标码 机内码 字形码Unicode编码 2020年2月3日 20 3 6模拟信号编码的一般过程 模拟信号的离散化离散值的标称化对有限的标称值进行二进制编码 2020年2月3日 21 3 7数据压缩 数据压缩的必要性压缩比压缩编码分类无损压缩编码行程 游程 长度编码等长编码不等长编码 霍夫曼码替换编码有损压缩 2020年2月3日 22 第四章操作系统基础 4 1操作系统概述4 2操作系统主要功能4 3微机操作系统实用技术4 4常见操作系统 2020年2月3日 23 4 1操作系统概述 裸机软件虚拟机操作系统界面 文本界面 GUI界面操作系统与软 硬件的关系操作系统的发展 4个阶段内核 外壳操作系统分类 2020年2月3日 24 4 2操作系统主要功能 处理器管理 主要负责处理器的调度 进程 状态 线程存储器管理 实质是对存储 空间 的管理 主要指对内存的管理 物理地址 逻辑地址 地址映射作业管理 主要负责用户和操作系统的接口管理 作业 调度策略设备管理 负责除中央处理机和主存储器以外的其它计算机硬件资源的管理 设备驱动 I O操作文件管理 主要负责计算机系统中软件资源的管理 文件名 路径 文件系统 2020年2月3日 25 4 3微机操作系统实用技术 微机操作系统启动过程1 运行固化在计算机主板ROM中的BIOS中的程序2 运行操作系统的启动程序多操作系统虚拟机Windows系统的优化 优化大师等 注册表磁盘空间整理应用程序管理 2020年2月3日 26 4 4常见操作系统 Windows操作系统Macintosh操作系统UNIXLinux嵌入式操作系统 2020年2月3日 27 第五章多媒体技术基础 5 1多媒体技术概述5 2声音5 3图形和图像5 4动画5 5视频 2020年2月3日 28 5 1多媒体技术概述 媒体多媒体 多媒体技术 多媒体技术应用 2020年2月3日 29 5 2声音 波形数字化存储声音文件的格式 2020年2月3日 30 5 3图形和图像 色彩模型RGB CMYK HSB图像分辨率像素深度位图和矢量图常见图像格式 2020年2月3日 31 5 4动画 原理种类 2020年2月3日 32 5 5视频 视频信号的数字化视频信号的分类压缩技术静态图像 JPEG GIF活动图像 MPEG MPEG 1 VCD MPEG 2 DVD MPEG 4 流 常用的视频文件格式 2020年2月3日 33 第九章信息安全基础 9 1信息安全概述9 2信息安全技术9 3计算机病毒与防治9 4实用计算机安全技术 2020年2月3日 34 9 1信息安全概述 信息安全定义 2020年2月3日 35 9 2信息安全技术 数据加密技术 对称和非对称 单向MD5数字签名技术防火墙技术 包过滤防火墙和应用代理防火墙 混合型防火墙入侵检测技术 入侵监测系统漏洞扫描技术 2020年2月3日 36 9 3计算机病毒与防治 计算机病毒定义计算机病毒特点计算机病毒的分类病毒的预防 2020年2月3日 37 9 4实用计算机安全技术 防病毒软件防火墙软件 2020年2月3日 38 第十章计算机网络与Internet技术 10 1计算机网络概述10 2计算机网络的组成10 3Internet基础10 4Internet应用10 5WWW与HTML 2020年2月3日 39 10 1计算机网络概述 计算机网络定义 计算机技术和通信技术结合计算机网络功能计算机网络分类 局域网 LAN 城域网 MAN 和广域网 WAN 由通信子网和资源子网组成 计算机网络的拓扑结构ISO的OSI AM 七层结构 2020年2月3日 40 10 2计算机网络的组成 软件网络操作系统 网络通信软件 网络应用软件硬件计算机设备 服务器和工作站传输介质有线介质通常有同轴电缆 双绞线 光缆微波 红外线 蓝牙等都可作为无线传输介质通信连接设备网卡 有线 无线集线器其他网络设备 如网桥 交换机 路由器无线局域网络由无线接入点 无线网卡 计算机和无线天线 无线路由等相关设备及软件组成 2020年2月3日 41 10 3Internet基础 Internet起源和发展Internet在中国的发展中国的9大互联网络Internet协议簇 TCP传输控制协议 IP网际协议 应用层协议运输层协议网络层协议 2020年2月3日 42 应用层和运输层协议 TCP协议 传输控制协议TCP是一种面向连接的可靠的运输层协议 能够保证可靠的端到端的通信 UDP协议 用户数据报协议一种非连接的不可靠的运输层协议 优点是简单快捷 2020年2月3日 43 10 3Internet基础 IP协议IP地址的分类子网掩码IPv6域名 域名服务系统ARP协议 地址解析协议 规定如何将IP地址和局域网中的MAC地址互相转换MAC地址 网卡地址 48位二进制数 唯一计算机与Internet的连接 2020年2月3日 44 10 4Internet应用 WWW浏览器及其应用电子邮件及其应用FTP 文件传输协议 远程登录TelnetBBS 电子公告版 即时通信 2020年2月3日 45 10 5WWW与HTML WWW WorldWildWeb万维网的组成HTTP协议统一资源定位器URL各种协议Web2 0的特点超文本标记语言 2020年2月3日 46 大学计算机基础复习 北京邮电大学信通院方莉E mail mrs fangli 2020年2月3日 47 第一章计算机概述及发展 2020年2月3日 48 1 1计算机概述 电子计算机的定义一种能按照人们实现编好的程序连续 自动地工作 并能对输入的数据信息进行加工 存储 传送的电子设备 有计算 记忆和逻辑判断的功能 计算机的特点运算速度快计算精度高记忆能力强具有逻辑判断能力能自动执行程序可靠性高 通用性强 2020年2月3日 49 计算机分类 依其处理数据的形态分类1 数字计算机2 模拟计算机3 混合计算机依其使用范围分类1 通用计算机2 专用计算机按元件分类电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模集成电路计算机 2020年2月3日 50 计算机分类 计算机分类 依其本身性能分类 性能主要包括 字长 存储容量 运算速度 外部设备等 巨型机大型机小型机微型机工作站服务器单片机 2020年2月3日 51 1 2计算机的发展 1642年Pascal加法器 巴贝奇的差分机和解析机 唐朝算盘 1888年Hollerith制表机 1801年穿孔卡式提花织机 2020年2月3日 52 1 2计算机的发展 计算机理论的奠基人 阿兰 图灵 AlanTuring 图灵提出了计算机的抽象模型 图灵机 图灵机带子相当于存储器控制器图灵机是可编程控制的 奠定了现代计算机的理论基础 2020年2月3日 53 1 2计算机的发展 电子计算机的奠基人是美籍匈牙利科学家冯 诺依曼 于1945年提出了 程序内存式 计算机的设计思想 二进制为运算基础 采用 存储程序 方式工作 冯 诺依曼体系结构计算机的硬件基本结构 由运算器 控制器 存储器 输入和输出设备五部分组成运算器和控制器组合 中央处理器CPU 2020年2月3日 54 1 2计算机的发展 第一台电子计算机的诞生 1946年2月在美国宾西法尼亚大学诞生的 它称为ENIAC 意为电子数字积分计算机 ENIAC包括控制部分 存储部分 运算部分和输入输出部分采用十进制运算 运算部件通过直接计数而不是利用逻辑电路进行加 减 乘 除等运算 存在一些严重问题采用十进制运算 因没有十种稳定状态的电气元件 影响了运算速度无程序存储功能 所有功能需要手工设置开关和连线来完成功耗大 2020年2月3日 55 1 2计算机的发展 计算机的分代 根据电子计算机所采用的电子器件 一般把电子计算机发展分为四个阶段 2020年2月3日 56 1 2计算机的发展 2020年2月3日 57 运算速度 每秒钟内执行指令的数目 单位用MIPS MillionofInstructionsPerSecond 百万条指令 秒 表示 字长 一次能直接处理的二进制数据的位数 字长越长 CPU一次能够处理的数据越多 计算机的运算能力越强 精度越高 主频 CPU在单位时间 秒 内平均 操作 的次数 主频越高 速度就越快 时钟频率以兆赫 MHz 为单位 1 4计算机系统的主要技术指标 2020年2月3日 58 内存容量 内存越大 则运算或处理信息的速度更快和容量更多 存储容量一般KB MB和GB为单位 B Byte 为字节 8位 bit 二进制数为一个字节 1B 8bit 1KB 1024B 210Byte1MB l024KB 1GB 1024MB1TB 1024GB高速缓存 高速缓存位于CPU和主存之间 用于协调CPU和主存之间的数据传输 缓存越大 系统的性能越好 1 4计算机系统的主要技术指标 2020年2月3日 59 第二章微型计算机基础 2020年2月3日 60 提纲 2 1微处理器和微型计算机系统2 2微型计算机的硬件系统2 3微型计算机的软件系统2 4微型计算机的外部设备 2020年2月3日 61 2 1微处理器 微处理器 Microprocessor 是指用大规模或超大规模集成电路制造的 具有运算器和控制器功能的中央处理器芯片 CPU芯片 32位计算机是指CPU处理字长是32位 2020年2月3日 62 微处理器的最基本组成 运算器 逻辑运算 逻辑与 用 表示 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1逻辑或 用 表示 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1逻辑非 2020年2月3日 63 微机系统的组成 微机系统 软件系统software 硬件系统hardware 主机 外设 中央处理器 内存储器 运算器控制器RAM随机存储器ROM只读存储器 外存储器 硬盘 软盘 U盘 移动硬盘输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 输出设备 显示器 打印机 绘图仪 音箱 操作系统数据库管理系统DMS程序语言处理系统集成开发环境通用应用软件 如office2000专用应用软件 用户程序 系统软件 支撑软件 应用软件 2020年2月3日 64 总线结构 计算机各主要部件之间的连接采用了总线结构总线 Bus 连接两个或多个部件 并传输特定信息的一组传输线 采用总线结构 使得它的结构简单 扩展容易 也便于部件生产的标准化 2020年2月3日 65 总线的划分 三种总线 地址总线 数据总线和控制总线 地址总线 AddressBus 向存储器或者外部设备传输地址信息的总线 地址总线是单向总线 地址总是从CPU传送到内存储器或者外部设备 32位的地址总线可直接访问的内存是232 4GB 数据总线 DataBus 传输数据的总线 数据总线是双向的 数据可以从CPU传送到内存或外设 也可以从内存或外设传送到CPU 控制总线 ControlBus 传输控制信息的总线 向内存和I O接口传送控制信号 也可以是从外部设备向CPU传送的控制信号 控制总线的数目随CPU的不同而不同 2020年2月3日 66 超流水和超标量技术 并行处理技术改变处理器内部结构流水线技术的引入超流水技术 增加流水线的级数超标量处理器 增加流水线的条数来加速指令的执行 一台计算机采用多个处理器多处理机系统大规模处理系统集群处理多核 2020年2月3日 67 CISC和RISC CISC 复杂指令集计算机 ComplexInstructionSetComputer 指令系统复杂 不同指令的字节数不相同 种类多 指令的执行都要相应的硬件的支持 处理器的硬件就复杂 Intel奔腾以前的微处理器都是属于复杂指令集的处理器 2020年2月3日 68 CISC和RISC RISC 精简指令集计算机 ReducedInstructionSetComputer 相对于CISC计算机 RISC计算机是一种比较先进的体系结构 RISC处理器的指令集的指令都有相同的字节数 指令的种类也比较少 避免使用结构复杂 字节数多的指令 这样的体系结构特别适合于指令操作的流水设计 由于指令少 指令结构规则 处理器的硬件结构就相对比较简单 也就是说 RISC处理器的控制器和其他功能部件的设计会比较简单 同样功能的RISC处理器会比类似的CISC处理器结构简单 成本低 2020年2月3日 69 2 2硬件系统的组成 计算机是自动化的信息处理装置 它采用了 存储程序 工作原理 这一原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯 诺伊曼提出的 其主要思想如下 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 采用二进制 3 存储程序的思想 即程序和数据一样 存放在存储器中 2020年2月3日 70 存储器 2020年2月3日 71 RAM 内存储器 简称内存内存专指随机存储器 RandomAccessMemory RAM 随时可读可写的存储器 其内容可以随时根据需要读出或写入 必须加电才能存储信息 断电后信息丢失 静态存储器 通过逻辑电路来存储信息 存入的信息不易丢失 工作速度较快 但是 电路复杂 集成度低 成本比较高动态存储器 是通过MOS管的栅极电容来存储信息 电路非常简单 速度较低 集成度高 价格便宜 存储信息不稳定 易导致存储信息的丢失 需要定期的进行刷新 目前在微型计算机中使用的内存都是动态随机存储器 2020年2月3日 72 RAM 技术指标 工作频率 存取时间 引脚数目发展 SDRAM SynchronousDRAM 同步动态随机存储器DDR DualDateRateSDRAM 双倍速率SDRAMDDR2第二代双倍速率同步动态随机存储器DDR3使用接口 DualIn lineMemoryModuleDIMM 双面接插内存条 2020年2月3日 73 ROM 只读存储器 ReadOnlyMemory ROM 是一种在工作中只能读出不能写入的存储器 ROM存放固定不变的程序 数据和系统软件 其中的信息只能读出不能写入 断电后信息不会丢失 掩膜ROM MaskedROM 可编程PROM ProgrammableROM 可擦除EPROM ErasablePROM U盘使用的FlashMemory也是一种可擦除 可改写的只读存储器 2020年2月3日 74 高速缓存 CPU的速度和传统存储器的速度有很大差距 高速随机存储器 成本很高 引入高速缓存 Cache CPUCache高速缓存是一种小容量 高速随机存储器 用来协调CPU和内存的速度匹配问题 存储CPU经常使用的数据和指令 80 20原则又来了 分一级缓存和二级缓存 一级缓存容量不大 分指令和数据缓存二级缓存容量稍大 2020年2月3日 75 BIOS BIOS BasicInput outputsystem 即基本输入 输出系统 是被固化在计算机主板上ROM芯片上的一组程序 为计算机提供最低层的 最直接的硬件控制与支持 功能 基本输入输出程序 系统信息设置程序 开机上电自检程序 系统启动自启动程序 BIOS另一个意思是存放BIOS的芯片 BIOS肯定是存放在ROM芯片上的 存放BIOS就选用EEPROM 或者FLASHMEMORY 2020年2月3日 76 CMOS CMOS在微型计算机中是主板上的一块可读写的RAM芯片的别名 存放的是关于系统配置的具体参数 如日期 时间 硬盘参数 软驱情况等 可通过BIOS设置程序进行设置 BIOS与CMOS相关但不同 BIOS中存储的是系统设置程序 是一段用来完成CMOS参数设置的程序代码 CMOSRAM中存储的是系统参数 是BIOS程序需要的数据 BIOS程序存储在ROM中 而CMOS数据存储在RAM中 CMOS虽然是存储器芯片 但是也不是内存的一部分 2020年2月3日 77 总线 总线 BUS 是指计算机系统中能够为多个部件共享的公共信息通道 是计算机系统的骨架 微机系统中芯片 板卡内元器件之间 各板卡之间的连接 都是通过总线进行的 系统总线 是指连接计算机系统内部各部件 板 卡 和传输信息的一组信号线 ISA EISA总线等属于系统总线 局部总线 为了提高某些部件 如内存 显示器等 与CPU之间的数据传输速度 就用专门的总线将这些部件和CPU进行连接 这种总线就是局部总线 VESA PCI总线都是局部总线 2020年2月3日 78 主板 主板是微机系统中最大的一块电路板 Mainboard 通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统 微机在正常运行时对系统内存 存储设备和其它I O设备的操控都必须通过主板来完成 因此微型计算机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能 多层印制集成电路板总线结构模块化设计 2020年2月3日 79 主板关键部件 CPU插座 不同的主板使用不同的微处理器 微处理器升级时 一般主板也要更换 存储器插槽 存储器插槽是用来安装内存条的 内存条的引脚必须和插槽的引线一致 否则 无法配合使用 主板芯片组 用来控制对存储器的访问和对外部设备的接口 主要包括北桥芯片 南桥芯片 BIOS芯片等三大芯片 2020年2月3日 80 主板关键部件 系统总线和局部总线 实现CPU和各个部件的连接和通信 前端系统总线 内存总线 图形加速接口AGP 数据交换总线 外设总线各种接口插槽 用来接插各种接口卡 接口板 例如 视频卡 电视卡等 现在的主板连接外部接口板的插槽主要是PCI插槽 即支持PCI总线标准的插槽 各种外部设备的接口 如软驱接口FDD 通用串行设备接口USB 硬盘接口 IDE或S ATA 等等 2020年2月3日 81 外存储器 外存储器 Storage 用来存放需要长期保存的各种数据和程序 常用外存储器包括软盘 硬盘 光盘以及移动硬盘和U盘等 2020年2月3日 82 输入设备 输入的作用 输入 input 指利用某种设备将数据转换成计算机可以接受的编码的过程 所使用的设备称为输入设备 分类 1 键盘输入类 key drivendevices 2 鼠标输入类 pointingdevices 3 扫描输入类 scannerdevices 4 传感输入类 sensordevices 5 语音输入类 voiceinputdevices 鼠标 轨迹球 键盘 触摸屏 扫描仪等 2020年2月3日 83 输出设备 输出设备的作用 用来输出结果的部件 组成 由输出装置和输出接口电路两部分组成 分类 1 打印机 激光打印机 喷墨打印机2 显示器 CRT LCD 等离子3 绘图机4 影像输出系统5 语音输出系统 2020年2月3日 84 软件 软件是为了特定目的而开发的程序 数据和文档的集合 程序 能够执行特定功能的计算机指令序列 数据 执行程序所必须的数据和程序中数据的数据结构 大量的数据都是按照一定的数据结构由用户在使用软件的过程中积累起来的 文档 与程序开发 维护和使用有关的图文资料 2020年2月3日 85 软件的分类 为计算机本身服务的软件 在系统软件的基础上 为特定领域内开发和为特定目的服务的各种软件 用于管理和控制计算机硬件和软件资源的一组程序 系统对于外部设备的控制程序 帮助操作系统对于资源进行管理 方便用户使用计算机的软件 用来编写计算机程序的语言 2020年2月3日 86 计算机语言 程序设计语言 通常分为机器语言 汇编语言和高级语言 2020年2月3日 87 高级语言的解释和编译 高级语言源程序 解释程序 执行结果 早期的BASIC语言采用 解释 方法 即它采用解释一条语句执行一条语句的 边解释边执行 的方法 效率比较低 高级语言源程序 执行结果 目标程序 编译程序 用相应语言的编译程序先把源程序编译成机器语言的目标程序 然后再把目标程序和各种标准库函数连接装配成一个完整的可执行的机器语言程序才能执行 连接程序 2020年2月3日 88 软件生命周期 软件过程就是在软件的生命周期期间 为获得软件产品 提供软件服务的一系列软件工程活动 生命周期划分为六个阶段 计划 需求分析 设计 编码 测试 运行维护 常见生命周期模型 瀑布模型快速原型模型增量模型螺旋模型喷泉模型 2020年2月3日 89 数据库管理系统 对数据和信息的管理的系统 由数据库 数据库管理系统 及其开发工具 数据库应用程序 数据库管理员和用户构成 数据库 长期储存在计算机内 有组织的 可共享的 统一管理的大量相关数据的集合数据库管理系统 DatabaseManagementSystem DBMS 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件 数据库应用程序 基于特定的数据库 并结合特定的应用 在数据库管理系统支持下 开发的应用程序 数据库系统管理员 要维护数据库的正常运行 保证数据的安全性 数据库系统用户 数据库应用的主体 一切应用开发都要从用户的需求出发 2020年2月3日 90 应用系统 应用开发工具 数据库管理系统 操作系统 数据库 用户 用户 用户 数据库管理员 数据库系统 数据库系统 2020年2月3日 91 第三章计算机中数据表示与存储 北京邮电大学信通院方莉E mail mrs fangli Tel2020年2月3日 92 第三章计算机中数据表示与存储 3 1位置计数制3 2负数在计算机中的编码3 3实数在计算机中的表示3 4十进制数的编码3 5字符的编码3 6模拟信号编码的一般过程3 7数据压缩 2020年2月3日 93 3 1位置计数制 常用的进位计数制的数有 十进制数 二进制数 八进制数和十六进制数 数码基数位权 2020年2月3日 94 3 1 2常用数制 2020年2月3日 95 二进制数 八进制数和十六进制数之间的对应关系 2020年2月3日 96 3 1 3数制的转换 不同数制的转换 三大类转换方法 1 非十进制转换为十进制的方法2 十进制转换为其他进制的方法3 二数制 八进制 16进制之间的转换方法 2020年2月3日 97 3 1 3数制的转换 1 非十进制转换为十进制按权展开求和 即各数位与相应位权值相乘以后再相加即为对应的十进制数 十进制数 由0 9数码组成 位权为10i二进制数 由0 1组成 位权为2i八进制数 由0 7组成 位权为8i十六进制数 由0 F组成 位权为16i 2020年2月3日 98 3 1 3数制的转换 2 十进制转换为非十进制整数部分 除基取余 逆序读数 小数部分 乘基取整 顺序读数 2020年2月3日 99 3 八进制 十六进制与二进制的相互转换八进制 十六进制转换为二进制 每一个八进制数码对应三位二进制数 每一个十六进制数码对应四位二进制数 二进制转换为八进制 十六进制整数部分 从右向左进行分组 小数部分 从左向右进行分组 转化成八进制三位一组 不足补零 转化成十六进制四位一组 不足补零 3 1 3数制的转换 2020年2月3日 100 八进制 十六进制与二进制的相互转换 2020年2月3日 101 3 1 4基本的二进制运算 算数运算 2020年2月3日 102 二进制的逻辑运算 逻辑运算符 2020年2月3日 103 数值编码 计算机处理的数值有 带符号数 整数定点数 表示纯小数或整数 小数点位置固定浮点数 表示实数 小数点位置浮动变化 2020年2月3日 104 位数不同的数的表示范围 2020年2月3日 105 3 2负数在计算机中的编码 带符号数的表示方式带符号数也需要对符号位进行编码 机器数 正号编码为0 负号编码为1 机器数的三种编码方式 原码反码补码 计算机中采用的方式 2020年2月3日 106 原码 反码和补码转换规则 正数的原码 反码 补码的表示形式相同 符号位为0 数值位是真值本身 负数的原码 反码 补码的符号位都为1 数值位原码是真值本身反码是原码的各位取反补码是原码的各位取反后 最低位加1 真值0的原码和反码表示不唯一 而补码表示是唯一的 2020年2月3日 107 补码运算 引入补码的主要目的在于简化减法运算 可以把减法运算用补码加法来实现 计算机中就只有加法计算 补码运算定律 x y 补 x 补 y 补 2020年2月3日 108 补码运算 注意 补码是有一定范围的 对于8位补码来说 其范围是 128 127 当运算结果超出该范围时 答案就不正确了 称为溢出 例如64 67 131 10000111 而补码为10000111的数 其值为 01111001 121 显然出错了 因为131 127了 称为正向溢出 如果两个负数之和小于 128 就会产生负向溢出 防止溢出的办法是用更多的位 如16位 32位来表示数 2020年2月3日 109 定点小数原码表示 x 原 x 0 x 1 x 原 1 x 1 x 0 例 真值x 0 1011 x 原 01011 真值x 0 1011 x 原 1 0 1001 11011 2020年2月3日 110 定点小数反码表示 x 反 x 0 x 1 x 反 2 2 n x 1 x 0mod 2 2 n 例 真值x 0 1011 x 反 01011 真值x 0 1011 x 反 10100 2020年2月3日 111 定点小数补码表示 x 补 x 0 x 1 x 补 2 x 1 x 0mod2 意味相对与2做补 例 真值x 0 1011 x 补 01011真值x 0 1011 x 补 2 0 1011 10101 2020年2月3日 112 技巧一 不管是定点小数 定点整数 编码总位数相同的情况下 补码的表数个数总比原码 反码多一个 真值0对应的原码 反码有两个编码 对应负零和正零 而真值0的补码只有一个 当总编码位数 包含符号位 为8时 补码的表数范围为 27 X 27 1 原码 反码的表数范围为 27 1 X 27 1 27 128有补码 却没有原码 反码 作为一种特例 真值 1 被纳入定点小数补码的表数范围中 即定点小数补码的表数范围为 1 X 1 而定点小数原码 反码的表数范围为 1 X 1 不包含 1 2020年2月3日 113 技巧二 不管是定点小数 定点整数 在求各种编码时 都可遵循以下原则 正数 正数的原码 反码 补码的符号位均为0 原码 反码 补码数值位均为数值本身 负数负数的原码 反码 补码的符号位均为1 原码的数值位为数值本身 反码的数值位为数值本身 即原码数值位 各位取反 补码的数值位是在反码数值位的基础加1 若数值最高位有进位则丢弃 不向符号位进位 2020年2月3日 114 3 3实数在计算机中的表示 定点数和浮点数在计算机中 小数点的表示采用人工约定的方法来实现 即约定小数点的位置 这样可以节省存储空间 2020年2月3日 115 定点数 定点数表示方法只能表示纯小数或整数 小数点位置固定 2020年2月3日 116 浮点数 浮点数表示方法在机器中采用以2为底的科学计数法N 1 s M 2eS 符号 M 尾数 e 阶码尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围 2020年2月3日 117 浮点数存储 IEEE754标准 浮点数 单精度 用32bit存储双精度数 用64bit存储 e e 27 1 e e 210 1 M 为M的小数部分 采用1 xxxx格式 并隐藏最高位的1 增加一位有效位 2020年2月3日 118 浮点数表示 IEEE754标准 尾数用原码表示的 符号位放在整个二进制码的最高位 尾数规格化使用的是1 的格式 并隐藏最高位的1 占用相同的存储空间 浮点数比整数能够表示的数据范围大很多 0的存储不按定义的规则 不论是float还是double实数 0都存为全0的代码 2020年2月3日 119 浮点数表示 例 用IEEE754标准格式存储float型实数 12 51 先将12 5表示成二进制数 12 5 D 8 4 0 5 1100 1 BS 1 e 3 127 D 128 2 10000010 2M 1 1001 12 5表示为 S e 8bit M 23bit 2020年2月3日 120 3 4十进数的编码 二进制编码的十进制数 简称BCD码 BinarycodedDecimal 最常用的BCD码称为8421BCD码 BCD码可以进行运算 因此它是数值编码 不是字符编码 2020年2月3日 121 十进制数的编码 2020年2月3日 122 3 5字符的编码 西文字符 ASCII码汉字编码Unicode编码 2020年2月3日 123 ASCII码是美国国家信息交换标准字符码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 的字头缩码 7位编码 编码范围0 127 它包括32个通用字符 10个阿拉伯数字 52个英文大 小字母 34个专用控制符号共128个 每个字符占一个字节 最高位为0 需要时用作奇偶校验 ASCII码 2020年2月3日 124 汉字的编码 汉字处理流程 输入码 2020年2月3日 125 汉字的处理过程 汉字输入码 也称外码五笔输入法 拼音输入法 智能ABC 仓颉输入法 GBK输入法汉字的编码 国标码和机内码 GB2312 80 GBK GB18030 2000字形码 用数字来表示汉字的形状 矩阵 常用的字库 点阵字库 矢量字库 2020年2月3日 126 国标码 国标码 GB2312 80 每个汉字占2个字节 机器内码 每个字节的最高位为0 因此只用后7位进行编码 第一个字节称为高字节 第二个字节称为低字节 国标码每个字节的编码范围为33 21H 126 7EH 国标码 区位码 3232 2020H 01 94 2020年2月3日 127 Big5 Big5 繁体 香港和台湾地区使用 2020年2月3日 128 机内码 机内码 在计算机内部存储 处理和传输用的信息编码 机内码 国标码 8080H高字节和低字节的高位置1 以跟高位是0的ASCII码区分机内码每个字节的编码范围为161 A1H 254 FEH 2020年2月3日 129 区位码 区位码 按GB2312 18国标规定 汉字编码表有94行94列 其行号01 94称为区号 列号01 94称为位号 一个汉字所在的区号和位号简单地组合在一起就构成了这个汉字的区位码 2020年2月3日 130 国际区位码 国标区位码 汉字分94区 每个区94个汉字 4位十进制编码 区号和位号均为两位十进制数 GB2312 80区位码 区号 位号 采用十进制 2020年2月3日 131 两种表示方式 1 点阵式2 矢量式 点阵方式汉字字形点阵16 16 24 24 32 32 48 48 图16 16汉字点阵 汉字字形码 2020年2月3日 132 矢量方式存储的是描述汉字字形的轮廓特征 字符中每一笔画的顶点坐标 特点 存储量小 字体放大不失真 矢量字形 汉字字形码 2020年2月3日 133 Unicode编码 Unicode也是一种字符编码方法 是由国际组织设计 可以容纳全世界所有语言文字的编码方案 Unicode的学名是 UniversalMultiple OctetCodedCharacterSet 简称为UCS UCS可以看作是 UnicodeCharacterSet 的缩写 ASCII GB2312 GBK到GB18030的编码方法是向下兼容的 Unicode只与ASCII兼容 更准确地说 是与ISO 8859 1兼容 与GB码不兼容 例如 汉 字的Unicode编码是6C49 而GB码是BABA 2020年2月3日 134 UCS 2 UCS 4 BMP UCS有两种格式 UCS 2是用两个字节编码 UCS 2有216 65536个码位 UCS 4就是用4个字节 实际上只用了31位 最高位必须为0 编码 UCS 4有231 2147483648个码位 UCS 4中最高字节最高位为0 有128group 256plane 256rows 256cells group0的plane0被称作BasicMultilingualPlane 即BMP 或者说UCS 4中 高两个字节为0的码位被称作BMP 2020年2月3日 135 3 6模拟信号编码的一般过程 数字化的过程 需要三个阶段 1 模拟信号的离散化 2 离散值的标称化 3 对有限的标称值进行二进制编码 2020年2月3日 136 4 7数据压缩 数据压缩的必要性 1 存储这些文件的外存空间也要很大 增加了相应的成本 2 传输这些文件所需要的带宽也要很宽 否则 数据就不能在限定的时间内传输完毕 数据可以压缩的原因 1 最基本的原因是原有的文件中存在冗余 2 另一个原因是人的感觉的特征 压缩比 衡量压缩编码效果的一个主要指标压缩比等于原有数据的字节数和压缩后数据的字节数的比值 2020年2月3日 137 压缩编码的分类 无损压缩编码LosslessCompressionCoding 可逆压缩WinRAR WinZip 可执行文件 文本文件压缩比2 1到5 1有损压缩LossCompressionCoding 不可逆压缩主要用于音频 图像 视频文件压缩压缩比10或者更大 2020年2月3日 138 压缩编码算法 行程长度编码 RunLengthEncoding 也称为游程长度编码行程 Run 是指数据中重复连续出现的字符 行程长度编码就是要发现这些重复连续出现的字符 统计重复出现的次数 并把这些重复出现的字符 用 出现次数 字符 来进行编码 从而减少编码后的数据量 2020年2月3日 139 压缩编码算法 不等长编码等长编码 对于每一个单位数据 都用相同长度的二进制代码来进行编码 例如ASCII码根据实际字符时 它们出现的概率的不同 减少使用概率大的字符的编码长度 增加使用概率小的字符的编码长度 编码后总的数据量就可以减少 也就是实现了压缩编码 不等长编码方法可以有多种 其中最著名的是霍夫曼编码 2020年2月3日 140 霍夫曼编码 霍夫曼编码 HuffmanCoding 是最古老 以及最优雅的数据压缩方法之一 1952年 DavidA Huffman在麻省理工攻读博士时所发明的 並发表于 一种构建极小多余编码的方法 AMethodfortheConstructionofMinimum RedundancyCodes 一文 2020年2月3日 141 霍夫曼编码 它是以最小冗余编码为基础的 即如果我们知道数据中的不同符号在数据中的出现频率 就可以对它用一种占用空间最少的编码方式进行编码 这种方法是 对于最频繁出现的符号制定最短长度的编码 而对于较少出现的符号给较长长度的编码 2020年2月3日 142 霍夫曼编码 2020年2月3日 143 压缩编码算法 替换编码 将原始数据中的一些符号串 用更简单的符号来替换的一种编码方法 可以用于文本文件的压缩 也可以用于图形文件的压缩 替换编码有许多不同的做法 有一种自适应编码可以根据原有的数据自动的产生符号串替换表 2020年2月3日 144 第四章操作系统基础 北京邮电大学信通院方莉E mail mrs fangli Tel2020年2月3日 145 1 1操作系统概述 一台完全无软件的计算机系统称为裸机 在裸机上覆盖一层I O设备管理软件 操作系统 这样的计算机称为软件扩展机 或称软件虚拟机 2020年2月3日 146 操作系统 操作系统 OS OperatingSystem 管理计算机系统资源并且方便用户使用计算机系统资源的一组基本程序 是计算机与用户的界面 界面一般有两种方式 文本界面 如DOS系统GUI界面 如Windows系统GUI GraphicsUserInterface 2020年2月3日 147 操作系统和软 硬件的关系 2020年2月3日 148 操作系统的发展 操作系统的发展和计算机的组成与体系结构相关 经历了四个发展阶段 2020年2月3日 149 第一阶段 手工操作阶段 第一代电子计算机 作业 纸带 卡片 图1 打孔机与打孔卡片样例 2020年2月3日 150 第一阶段 手工操作阶段 人工操作方式有以下两个缺点 1 用户独占全部计算机系统资源 2 CPU等待人工操作 用户进行装带 卡 卸带 卡 等人工操作时 CPU这个系统最重要的资源空闲 图2 手工操作计算机 2020年2月3日 151 第一阶段 手工操作阶段 手工操作的慢速度和计算机运算的高速度之间形成了一对矛盾 即所谓人 机矛盾 只有设法去掉人工干预 实现作业的自动过渡 这样就出现了成批处理 2020年2月3日 152 第二阶段 批处理操作阶段 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件 在它的控制下 计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业 批处理操作阶段特点 专门的计算机操作员 CPU可运行监督程序控制作业的输入 处理和输出 减少了人工干预 可分为联机批处理和脱机批处理 2020年2月3日 153 第二阶段 批处理操作阶段 联机批处理的特点 1 作业的输入输出是联机的作业从输入设备到磁带 由磁带调入内存 以及结果的输出打印都是由中央处理机CPU直接控制的 2 CPU使用效率低 随着处理机速度的不断提高 处理机和输入输出设备之间的速度差距就形成了尖锐的矛盾 因为在进行输入或输出时 CPU是空闲的 使得告诉的CPU要等待慢速的输入输出设备的工作 从而不能发挥CPU应有的效率 2020年2月3日 154 图4 联机批处理系统 第二阶段 批处理操作阶段 联机批处理主要优点 解决了作业自动转接 减少了作业建立和手工操作时间 联机批处理存在问题 CPU与I O串行操作 输入输出时 CPU处于等待状态 2020年2月3日 155 第二阶段 批处理操作阶段 脱机批处理系统的组成由主机和卫星机组成 卫星机又称外围计算机 它不与主机直接连接 只与外部设备打交道 脱机批处理系统的特点主机摆脱了慢速的输入输出工作 可以较充分的发挥它的高速计算能力 主机和卫星机可以并行操作 系统的处理能力大幅度提高 2020年2月3日 156 第二阶段 批处理操作阶段 卫星机 完成面向用户的输入输出 纸带或卡片 中间结果暂存在磁带或磁盘上 图3 批处理系统结构 2020年2月3日 157 第二阶段 批处理操作阶段 图5 早期脱机批处理模型 图6 脱机批处理 IBM7094 2020年2月3日 158 第二阶段 批处理操作阶段 脱机批处理 作业控制命令由监督程序来执行 完成如装入程序 编译 运行等操作 脱机批处理主要优点 实现了作业自动过渡 改善了输入输出设备的利用率 提高了计算机的处理能力 脱机批处理存在问题 a 卫星机和主机之间的磁带装卸仍需人工完成 b 操作员需要监督其状态信息 c 系统没有任何保护自身的措施 2020年2月3日 159 第三阶段 执行系统阶段 两大硬件技术基础 通道和中断通道 可以接替CPU控制输入输出以及与CPU的通信 中断 可以随时通知CPU外部设备的准备情况 所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信号时 停止原来的工作 转去处理中断的事件 在处理中断完成以后 主机又回到原来的工作点继续工作 这样可以使用户程序的I O申请完成后 主机能自动在原中断点之后继续运行 同时为多道程序并发执行打下了基础 2020年2月3日 160 第三阶段 执行系统阶段 单道批处理系统