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计算机基础知识一、 信息技术的基本概念及其发展（1） 信息技术与信息处理系统A、 信息客观事物：事物运动的状态及状态变化的方式认识主体:认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。B、 信息的收集； 信息的加工；信息的处理 信息的存储； 信息的传递； 信息的施用；C、 信息技术信息技术指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。基本的信息技术包括： 扩展感觉器官功能的感测（获取）与识别技术； 扩展神经网络功能的通信与存储技术； 扩展思维器官功能的计算（处理）技术； 扩展效应器官功能的控制与显示技术； （2） 微电子技术 A、 微电子技术是在电子电路和系统的超小型化及微型化过程中逐渐形成和发展起来的，它是以集成电路为核心的电子技术。微电子技术是信息技术领域中的关键技术。集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是20世纪50年代出现的，它以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互联线构成的电子线路集成在基片上 ，构成一个微型化的电路或系统。现代集成电路使用的半导体材料通常是硅（Si），也可以是化合物半导体如砷化镓（GaAs）等。B、 集成电路的分类a、 根据集成电路所包含的晶体管数目可分为： 小规模集成电路：小于100个电子元件； 中规模集成电路：1003000个电子元件； 大规模集成电路：300010万个电子元件； 超大规模集成电路：10万100万个电子元件； 极大规模集成电路：超过100万个电子元件；现代PC机所使用的微处理器、芯片组、图形加速器芯片等都是超大规模和极大规模集成电路。b、 按照集成电路所用晶体管结构、电路和工艺的不同，主要分为： 双极性（bipolar）集成电路； 金属一氧化物一半导体（MOS）集成电路； 双极一金属一氧化物一半导体（bi-MOS）集成电路； c、 按集成电路的功能可分为： 数字集成电路：逻辑电路、存储器、微处理器、微控制器、数字信号处理器等； 模拟集成电路（线性电路）：信号放大器、功率放大器等；d、 按集成电路的用途可分为通用集成电路和专用集成电路（ASIC）。微处理器和存储芯片等都属于通用集成电路，而专用集成电路是按照某种应用的特定要求而专门设计、定制的集成电路。C、 集成电路的制造集成电路是在硅衬底上制作而成的制备集成电路所用的工艺技术成为硅平面工艺，它包括氧化，光刻，掺杂和互联等多项工序。把这些工序反复交叉使用，最终在硅片上制成包含多成电路及电子元件（如晶体管、电阻、电容、逻辑开关等）的集成电路。集成电路的制造工序繁多，从原材料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。几个术语：硅抛光片：硅衬底是将单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片。它的厚度不足1mm，其直径可以使6英寸、8英寸、12英寸甚至更大，这种硅片称为硅抛光片。晶圆：每一硅抛光片上可制作出成百上千个独立的集成电路，这种整整齐齐排满了集成电路的硅片称作“晶圆”。芯片：将晶圆切开，分割成一个个单独的集成电路小片，通过电磁法把点了磁浆的废品剔除，将合格的集成电路按其电气特性进行分类。这些集成电路小片就称为芯片。因为晶圆上布满了这些这种芯片，所以也有人把晶圆称为大芯片或者直称其为芯片。D、 集成电路的发展趋势Intel公司的创始人之一（G.E.Moore）1965年在电子学杂志上曾发表论文预测，单块集成电路的集成度平均每18-24个月翻一番，这就是有名的Moore定律。E、 IC卡IC卡是“集成电路卡”的缩写，国外称为chip card 或smart card。它把集成电路芯片密封在塑料卡基片内部，使其称为能存储、处理和传递数据的载体。a、 IC卡从功能上分为存储器卡、带加密逻辑的存储器卡、CPU卡三种。b、 IC卡按功能使用方式可分为接触式IC卡（如电话IC卡）、非接触式IC卡两种。(3)数据通信的基本概念 A、通信 从广义的角度来说，各种信息的传递可称之为通信。 现代通信指的是使用电波或光波传递信息的技术，通常称为电信，如电报、电话、传真等。利用书、报、杂志、磁带、唱片等传播信息均不属于现代通信的范围。 广播和电视也使用电波传递信息，但它是一种单点向多点发送的单向通信，通常所说的电信指的是双向通信。 B、通信的基本任务：传递信息 信息的发送者（称为信源）； C、通信的组成要素 信息的接收者（称为信宿）； 信息的传输媒介（称为信道）；（4）通信技术现代通信技术是指使用电波或光波通过特定传输媒体完成信息传递的技术。信道所采用的传输技术有模拟传输技术和数字传输技术两种。A、 模拟通信 模拟通信的基础是模拟通信技术。模拟通信技术指的是直接用连续信号来传输信息或者通过连续信号对载波进行调制来传输信息的技术a、 调制与解调高频振荡的正弦波信号能够在长距离通信中比其他信号传送更远，因此可以把这种正弦波信号作为携带信息的“载波”。传送数据时，利用信源信号去调整载波的某个参数（幅度、频率，或相位），这个过程称为“调制”，然后就可以进行长距离传输。到达目的地时，接收方再把载波信号携带的信息检测出来，并转换成适合计算机接收的高、低电平形式，称为“解调”。调制和解调成对使用，调制解调器（MODEM）就是用来实现信号调制和解调功能的一种专用设备。有3种调制技术：调频、调幅和调相。b、 频分多路复用（FDM），其基本原理是每一个发送设备使用一个给定频率的载波来传输数据，每一个接受设备设置称为只接收给定频率的载波。所有不同频率的载波可在同一时间通过同一导线而不会相互干扰。使用在光纤通信中时也称为波分多路复用（WDM）。模拟传输技术的应用有：有限载波电话、光波电视等。B、 数字通信数字通信的基础是数字传输技术。数字传输技术是指直接用数字信号来传输信息或者通过用数字信号对载波进行调制来传输信息的技术。数字通信的显著特点是抗干扰能力强。a、 基带传输技术，直接使用数字信号来传输信息的技术。b、 频带传输技术，先用数字信号对特定频率的载波进行调制，使其变成适合于传送的信号，然后再进行传输。 有3种数字调节技术：幅移键控、频移键控和相移键控。c、 时分多路复用技术 数字传输技术采用的多路复用技术是时分多路复用（TDM），即个终端设备（计算机）以事先规定的顺序轮流使用同一传输线进行数据传输。 多路复用器将轮转一周的时间划分为若干时间片，每个终端分配固定的一片时间用来传输一组数据，依次轮流进行传输，这种做法称为同步时分多路复用，虽然简单，但效率不高。 改进的方案是，只有当被扫描的终端有数据发送时，才给该终端分配一个时间片，这种做法称为异步时分多路复用。采用异步时分多路复用时必须为传输的数据附加上发送地址和目的地地址，以便接收方能正确识别发送者和接收者。 时分多路复用TDM不仅仅局限于传输数字信号，也可以同时交叉传输模拟信号。对于模拟信号，可以把时分多路复用和频分多路复用结合起来使用。（5）有线通信技术A、有线载波技术 在有线通信技术中，历史最久的是使用有线点载波通信实现语音通信（电话），它利用频率分割原理，实现话音信号在有线信道上的多路复用。 有线载波通信所用的传输介质，可分为：架空明线、对称电缆、同轴电缆; 有线载波通信主要用来传输电话、电报、传真和数据，也可传输广播、可视电话和电视节目。B、光纤通信光纤通信是利用光纤传导光信号来进行通信的一种技术。光纤是光导纤维的简称，它由直径大约为0.1mm的细石英玻璃丝构成，透明、纤细，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤通信的发展趋势：全光网。所谓全光网光信息流在通信网络中传输及交换时始终以光的形式进行，不需要经过光/电、电/光转换。全光网技术是光纤通讯领域的前沿技术。许多国家都把全光网作为建设“信息高速公路”的基础。 频率高，可传输的信息多； 光纤通信的优点 光纤是绝缘体，抗干扰和抗辐射能力强； 光纤几乎不漏光，保密性好； 重量轻，便于运输和铺设；（6）无线通信技术无线电波可以按频率（或波长）分成中波、短波、超短波和微波。 中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。 短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。 超短波和微波的绕射能力较差，可作为视距或超距中继通信。A、 微波通信微波是一种具有极高频率（通常为300MHz300GHz）的电磁波，波长很短，通常为1m至1mm。利用微波进行远距离通信的方式主要有地面微波接力通信、卫星通信和对流层散射通信三种。（1） 地面微波接力通信的优点：容量大、建设费用省（约为电缆投资的1/5左右）、抗灾能力强。（2） 卫星通信卫星通信是当前远距离通信中一种先进的通信手段，它利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号，实现在两个或多个地球站之间的通信。可以说卫星通信就是微波接力通信向太空的延伸，是微波接力通信技术和空间技术相结合的产物。卫星通信的主要优点:通信距离远、频带很宽、容量很大、信号受到的干扰也小，通信比较稳定。缺点是：卫星本身和发射卫星的火箭造价都比较高、卫星地球站的技术比较复杂，价格也比较贵、同步轨道卫星距地球过远，需要有较大口径的通信天线，信号的远距离传输带来较大的时延，对电话通话不利。7、移动通信技术 所谓移动通信指的是处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。最具代表性的是手机，它属于蜂窝移动系统。 移动通信系统有移动台、基站、移动电话交换中心等组成。8、二进制、十六进制的概念，不同进制数的表示、转换及其运算 A、数制用一组固定的符号和一套统一的规则来表示数目的方法就称为数制（number system）。必须熟悉掌握四种进制的数制：二进制、十进制、八进制和十六进制。十进制（Decimal）的基数是10，特点是：（1）每一位只能从09十个数中选择一个；（2）逢十进一。二进制（Binaey）的基数是2，特点是：（1）每一位只能是0或是1；（2）逢二进一。八进制（Octal）的基数是8，特点是：（1）每一位只能是从07八个数中选择一个；（2）逢八进一。十六进制（Hexadecimal）的基数是16，特点是：（1）每一个只能从09、AF（即1015）十六个数中选择一个；（2）逢十六进一。B、 各种进制转换为十进制的方法数的按位展开法是用各位的数符乘以相应的位权再求和得到其数值。例如：（1010）2=123 + 02 + 121 + 02 0=（10）10（1011.101）2=123 +02+121+12 0+12-1+02-2 +12-3=（11.625）10（143.65）8=182+481+380+68-1+58-2=(99.828125)10(BAD)16=11162+10161+13160=2816+160+13=(2989)10(2CF.4B)16=2162+12161+15160+416-1+1116-2=(719.29296875)10C、 十进制转换二进制数 十进制数转换成二进制数时整数部分和小数部分的运算方法是不同的。 当把十进制整数转换成二进制数时，采用“除二取余”法。例如把十进制整数29转换成二进制数： 余数 2 29 1 低 位 取 2 14 0 数 2 7 1 方 2 3 1 向 2 1 1 高 位 0即（29）10=（11101）2当把十进制小数转换成二进制小数时，采用“乘2取整”法。例如把十进制数0.625转换成二进制数： 0.6252=1.25 整数部分=1 高位 0.252=0.5 整数部分=0 0.52=1 整数部分=1 低位即（0.625）10=（0.101）2需注意的是，在将十进制小数转换为二进制小数时，不一定都能得到一个绝对准确的数，因此有时只要得到希望的位数即可。D、二、八进制数之间的相互转换 由于八进制数的一位数相当于二进制数的三位数，因此，从八进制数转换成二进制数，只需以小数点为界，整数向左，小数向右，每位八进制数用相应的三位二进制数取代，即可分别转换成二进制的整数和小数。无论是向左还是向右，最后不足三维二进制数时都用零补足三位。例如：（312.522）8=（011 001 010.101 010 010）2同理，把二进制数抓换成相应的八进制数只是上述方法的逆过程。例如： （1011011.00101011）2=（001 011 011.001 010 110）2=（133.126）8E、二、十六进制数之间的相互转化 由于十六进制的一位数相当于二进制的四位数，因此，从十六进制数转换成二进制数类似于二、八进制数之间的转换，即只需要以小数点为界，整数向左，小数向右，每位十六进制数用相应的四位二进制数取代，即可分别转化成二进制数的整数和小数。无论是向左还是向右，最后不足四位二进制数时都需要用零不足四位。例如：（3D7.A6）16=（0011 1101 0111.1010 0110）2又如： （1011110.00011001101）2=（0101 1110.0001 1001 1010）2=（5E.19A）169、整数（定点数）在计算机内的表示 A、机器数 在计算机中，所有的数据、指令以及一些符号等都是用特定的二进制代码表示。把一个数在计算机内被表示的形式称为机器数，该数称为这个机器数的真值。机器数具有如下特点：（1） 由于计算机设备上的限制和操作上的便利，机器数有固定的位数。它所表示的数受到固定位数的限制，具有一定得范围，超过这个范围就会“溢出”。（2） 机器数把其真值的符号数字化。通常是用机器数中规定的符号位（一般是最高位）取0或1，来分别表示其真值的正或负。B、 原码、反码和补码原码。反码和补码谁最常见的机器数或称数的编码方式，下面分别介绍。（1） 原码整数X的原码是指：其符号位（最高位）的0或1表示X的正或负，其数值部分就是X的绝对值的二进制表示。例如，假设机器数的位数是8，起重工最高位是符号位，其余是数值部分，那么： （+17）=00010001， （-39）=10100111.值得注意的是，由于（+0）=00000000，而（-0）=10000000.所以，数0 的原码不唯一，有“正零”和“负零”之分，原码的表数范围是-（2n-1-1）+（2n-1-1）（2） 反码整数X的反码是相对于原码来说的，正整数的反码和原码一样，负整数的反码是其对应的原码符号位保持不变，而数值部分按位去反。例如：（+17）反=00010001，（-39）反=11011000。类似于原码，反码中“正零”和“负零”分别表示为： （+0）反=00000000，（-0）反=11111111.反码的表数范围是-（2n-1-1）+2n-1-1。（3） 补码正整数X的补码与其原码一致：负整数的补码则是其对应的反码在最后一位加1。例如： （+17）补=00010001，（-39）补=11011001。值得注意的是，尽管数0的原码和反码是不唯一的，但是0的补码表示是唯一的，即（0） 补=（+0）补=（-0）补=00000000。补码得表数范围是-2n-1+2n-1-1。10、实数（浮点数）在计算机内的表示 实数是既有整数又有小数的数，整数和纯小数可以看成是实数的特例。任何一个实数在计算机内部都可以用指数（称为“阶码”，是一个整数）和尾数（这是一个纯小数）两部分来表示，这种表示方法叫“浮点表示法”。所以，计算机中实数也叫做“浮点数”，而整数则叫做“定点数”。相同长度的浮点数和定点数，前者可表示的数的范围要比后者大的多。例：56.725=10（0.56725） （1001.011）2=24（0.1001011）2 在浮点表示法中，指数可以选择不同的代码，尾数的格式和小点数位置也可以有不