大学计算机基础读书笔记

计算机计算机的应用:数值计算，数据处理，自动控制，计算机辅助系统(CAD,CAM,CBE,CAT,CAI)，人工智能，通信和电子商务（数值计算又称科学计算；数据处理又称信息处理；自动控制又称过程控制，包括检测过程和控制过程;计算机辅助设计CAD(ComputerAidedDesign)，降低了设计人员的工作质量，提高了设计的效率和质量，节约了设计成本；计算机辅助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)提高产品质量，降低生产成本和劳动强度，缩短生产周期;计算机辅助教育CBE(ComputerBasedEducation)包括计算机辅助测试CAT(ComputerAidedTest)和计算机辅助教学CAI(ComputerAssistedInstruction)，提高了教学质量；人工智能AI(ArtificialIntelligence),如专家系统等，可以对原始数据进行分析决策；计算机网络是计算机技术与通讯技术相结合的产物，提高了通信的速度与效率，降低了软件与硬件的使用费用，提高了计算机系统的可靠性）计算机的特点：运算速度快，计算精度高，记忆力强，具有逻辑判断能力，自动化程度高1946年2月，世界上第一台电子计算机ENIAC诞生于美国宾州大学。计算机代别划分依据：逻辑元器件。第一代计算机：1946—1958电子管。第二代计算机：1958—1964晶体管。第三代计算机：1965—1971中，小规模集成电路。第四代计算机：1972—至今大规模和超大规模集成电路。英国科学家：阿伦·图灵：图灵机，建立计算机理论模型。匈牙利科学家：冯·诺依曼：计算机之父。根据计算机的应用范围分类：专用计算机和通用计算机。根据数据的处理方式分类：数字计算机，模拟计算机，数字模拟混合计算机。根据计算机的规模和功能强弱分类：巨型机，小巨型机，大型主机，小型机，工作站，个人计算机计算机系统：硬件系统和软件系统。硬件系统：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。软件系统：系统软件，应用软件。计算机系统层次结构：应用软件层》实用软件层》操作系统层》硬件层数制：按进位的原则进行计数，进位计数制位权：一种进制中某个位置上的单位值十进制：0，1，…,9,逢十进一,基数为10。二进制：0，1，逢二进一，基数为2。二进制的优点：便于实现、运算简单、工作可靠、方便逻辑运算、物理元器件容易制造、运算规则少。八进制：0，1，2，…,7,逢八进一，基数为8。十六进制：0，1，…,9,A,B,C,D,E,F,逢十六进一，基数为16。二进制八进制十进制十六进制二进制八进制十进制十六进制000000010001088000111110011199001022210101210A001133310111311B010044411001412C010155511011513D011066611101614E011177711111715FN进制转换为十进制：展开多项式，各项相加。（注意位权比位数少一）。十进制转换为N进制：整数：将十进制整数连续的除以N，记下每次的余数，直到商为0，倒排余数。小数：将十进制小数连续的乘以N，记下每次的整数，直到十进制小数为0或满足进度为止，正排整数。二进制转换为八进制的方法：从小数点开始，每3位一组，不足3位的用0补齐，每一组用一个八进制数表示。二进制转换为十六进制方法：从小数点开始，每4位一组，不足4位的用0补齐，每一组用一个十六进制数表示。八进制（十六进制）数转换为二进制数方法：每位八进制数（十六进制数）用3（4）位二进制数表示，删除两端无意义的0。机器数：正负号用数字表示的数。0为正，1为负。真值：与机器数对应的数学中的数。定点整数：将小数点的位置约定在机器数的末端。补0为符号位后面。定点小数：将小数点的位置约定在符号位的右侧。补0为数值后面。浮点数：将一个数表示为尾数和阶码。阶码用定点整数，尾数用定点小数。与科学计数法类似。原码：整数含0的符号位为0，负数含0的符号位为1.数值部分为对应数的绝对值。0的原码有两种编码，00000000（0.0000000），10000000（1.0000000）。优点：与真值转换简单。缺点：运算不方便且有错误。8位定点整数原码的表示范围：--127--+127反码：正数含0的反码与原码一样；将负数含0原码除符号位外，每位变反。0的反码有两种编码00000000（0.0000000），11111111（1.1111111）反码的反码为原码。补码：正数含0的补码与原码一样；将负数的反码末位加1，注意进位。0的补码只有1种。00000000（0.0000000）正数的原码、反码、补码均相同。补码的补码为原码。先原码再反码后补码。求补：包括符号位在内，每位变反，末位加1。对某个数的补码求补即可得到该数相反数的补码。规格化浮点数：提高了存储的精度。阶码采用定点整数补码，尾数采用定点小数补码。对于整数，规格化就是将小数点移到数值部分第一个1的左侧，对于负数而言就是将小数点移到第一个0的右侧。ASCII美国国家标准信息交换码。7位ASCII码又称基本ASCII码，用7位二进制表示128个字符编码，包括33个控制字符。常用字符代码由小到大：空格（32）、数字（0的代码为48）、大写字母（A的代码为65）、小写字母（a的代码为97）。小写字母的代码比对应大写字母的代码大32。8位ASCII码又称扩展ASCII码，用8位二进制表示256种，其中0---127即为前面的128个基本ASCII码，特点是最高位为0；128—255是扩展部分，特点是最高位为1。汉字编码：国标码：中国制定的用于计算机系统间交换汉字信息时使用的编码。输入码：利用键盘输入汉字的编码。机内码：计算机内部存储、处理和传输汉字的编码。字型码：表示汉字形状的编码。（点阵字型：将一个汉字均匀的分成若干行、若干列，形成一个点阵。）CPU与内存构成主机。主机与外部设备股票拟共同构成了计算机硬件系统。外存既是输入设备又是输出设备。存储器包括内存与外存。控制器与运算器构成了中央处理器CPU。计算机的主机和外部设备之间通过接口电路（简称接口）连接。运算器：算数运算、逻辑运算。控制器：控制各部件协调工作。存储器：保存程序和数据，分为内存和外存。内存：可以与CPU（运算器+控制器）直接交换信息，保存正在处理的数据和正在执行的程序。内存主要包括随机存储器RAM(RandomAccessMemory)和只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）两类。RAM可以进行读取和写保存两种操作，但断电时信息丢失。ROM只能进行读操作，不能执行写操作，但是断电时信息不丢失。ROM主要保存最基本的固定不变的程序和数据。ROM容量＜RAM。通常所说的内存容量指RAM。RAM分为动态随机存储器DRAM和静态随机存储器SRAM。DRAM存储密度高、存取速度慢、需要定期刷新。SRAM存储密度低、存取速度快、不需要刷新。存储单位有：位（bit）、字节（Byte）、字（Word）。位是存储设备的最小存储单位存储一位二进制的存储设备。字节是内存的最小编址单位，即每个字节都有唯一的一个地址，一般由连续的8位构成。CPU一次能够处理的连续字节称为字。字长有8位，16位，32位，64位。字长越长，CPU的处理速度越快。存储容量：单位：ＫＢ，ＭＢ，ＧＢ，ＴＢ。１ＫＢ＝１０２４Ｂ，１ＭＢ＝１０２４ＫＢ，１ＧＢ＝１０２４ＭＢ，１ＴＢ＝１０２４ＧＢ外存的功能：保存需要长期存储的内容和扩充内存容量。断电时，外存中内容不丢失。CPU不能直接访问外存。常用外存：软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、移动存储器（U盘）、Cache高速缓存L1，L2、指令存储器、寄存器等。软盘存储器：磁道：每个同心圆。扇区：每个磁道被分成相同数目的区段，每个区段就是扇区。一个扇区的容量为512B，即0.5KB。面数*每面磁道数*每磁道扇区数*512B。硬盘存储器：分为固定式和可移动式两种。容量=柱面数*每柱面容量=柱面数*盘面数*每磁道容量=柱面数*盘面数*每磁道扇区数*512B。光盘存储器：光盘主要包括CD和DVD两种，CD的容量通常为600MB左右，而DVD的容量通常都在4.7GB以上。CD紧凑光盘，CD有CD—ROM、CD—R、CD—RW。DVD是数字多功能光盘或数字激光视盘的简称，包括DVD—ROM、DVD—R、DVD—RW等。U盘存储器特点：不使用驱动器，节省开支；使用的是USB接口，无需外接电源，支持即插即用和热插拔；存取速度比软盘快得多；体积非常小且很轻，便于携带；防震性能好。为了满足用户对存储系统速度快、价格低和容量大的需求，存储系统采用了层次结构。Cache是与CPU和内存直接交换信息的高速缓冲存储器（简称高速缓存），其读写速度远高于内存。Cache存储系统由Cache和内存构成，目的：提高CPU访问内存的速度。虚拟存储系统由内存和外存（通常使用硬盘存储器）构成，目的：扩大内存的容量。输入设备：负责将计算机外部的信息转换为计算机能够识别的二进制形式并保存到计算机的内存中。常见的输入设备：键盘、鼠标器、扫描仪、数码相机（DC）、数码摄像机（DV）、麦克、光笔、条形码阅读机和触摸屏等。键盘：字符输入设备。输出设备：负责将计算机内部的二进制信息转换为人或其他设备能够识别的形式并输出。常见的输出设备：显示器、打印机、音箱、绘图仪等。外存既是输入设备又是输出设备。计算机硬件的各部分之间通息的同时，还建立附加的索引表。索引表中的每一项称为索引项，索引项的一般形式是关键字与地址。关键字唯一标识一个结点，地址作为指向结点的指针，可以大大提高数据查找的速度。散列（或哈希）存储结构：根据结点的关键字通过散列（或哈希）函数直接计算出一个值，并将这个值作为该结点的存储地址。优点：查找速度快，只要给出带查结点的关键字，就可立即算出该结点的存储地址。散列存储方法只存储结点的数据，不存储结点之间的逻辑关系。一般只适合要求对数据进行快速查找和插入。线性表：具有相同特性的数据元素的一个有限序列。用n表示，n≥0.当n=0时空表，即不包含任何数据元素。非空线性表特点：有且只有一个根结点，无前驱；有且仅有一个终端结点，无后继；除根结点和终结点外，其他所有结点有且只有一个前驱和一个后继。线性表中结点的个数n称为线性表的长度，当n=0时，称为空表。线性表的顺序存储结构是把线性表中的所有元素按照其逻辑顺序，依次存储到连续的计算机存储空间中。每一个数据元素占k个字节。顺序存储结构有2个基本特点：线性表中所有数据元素所占的存储空间是连续的；线性表中各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放的。线性表的链式存储结构有2个基本特点：线性表中所有数据所占空间不一定是连续的；线性表中各数据元素在存储空间的逻辑关系是由各结点的指针域来表示的。栈：只能在一端进行插入与删除运算的线性表（类似于水桶放砖），在栈中，允许进行插入和删除的一端叫栈顶，另一端为栈底。栈顶元素总是最后被插入的元素，也是最先被删除的元素；栈底元素总是最先被插入的元素，也是最后被删除的元素。栈有记忆作用，原则是：先进后出，后进先出。指针top来指示站定的位置，指针bottom指向栈底。栈的基本运算：入栈、退栈、读栈顶元素。入栈运算：在栈顶位置插入一个新元素。退栈：取出栈顶元素并赋给一个指定的变量。队列：只能在一端进行插入运算，在另一端进行删除运算的线性表。队尾元素总是最后被插入的元素，也是最后被删除的元素；队首元素总是最先被插入的元素，也是最先被删除的元素。原则：后进后出，先进先出。用指针front来指示队首元素的前一个位置，用指针rear指向队尾元素。在队尾插入一个元素叫入队运算，从队首删除一个元素叫退队运算。队尾指针rear和队首指针front的改变反映了队列中元素的变化情况。入队运算：在队尾插入一个新元素。退队运算：取出队首元素并赋给一个指定的变量。树是由n个结点组成的有限集合，其中n=0表示一颗空树，这是树的特例；n＞0