一、 计算机科学技术基础知识
1、计算机基础知识
①计算机的特点
  计算机是一种可以进行自动控制、具有记忆功能的现代化计算工具和信息处理工具。它有以下五个方面的特点：
1. 运算速度快  2．计算精度高  3．记忆力强 4．具有逻辑判断能力5．可靠性高、通用性强
 
计算机的分类
多级组成的计算机系统
1级：微程序设计级 2级：机器语言级 3级：操作系统级
4级：汇编语言级  5级：高级语言级
层次结构的特点 ：
1.每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持；
2.第 1 级～第 3 级所用语言基本为二进制语言，机器执行和解释容易；
3.第 4 级、第 5 级采用符号语言，有利于不了解硬件的人使用计算机；
4.级数越低越靠近硬件，级数越高使用计算机越方便；
计算机的应用
◎ 1.科学计算 ◎ 2.数据处理 ◎ 3.自动控制
◎ 4.计算机辅助系统 
CAD,计算机辅助设计CAM计算机辅助制造 是工程设计和工业制造部门计算机应用的重要领域
  CAE计算机辅助工程
  CIMS计算机集成制造系统
  CAI计算机辅助教学
◎ 5.人工智能
②数值数据的表示
几种进制及其特点
⑴十进制(Decimal notation)
任意一个n位整数和m位小数的十进制数D可表示为：
D＝Dn-1×10n-1＋Dn-2×10n-2＋┄＋D0×100＋D-1×10-1＋┄＋D-m×10-m
⑵二进制(Binary notation)
任意一个n位整数和m位小数的二进制数B可表示为：
B＝Bn-1×2n-1＋Bn-2×2n-2＋┄＋B0×20＋B-1×2-1＋┄＋B-m×2-m
⑶支持小数点的进制转换器八进制(Octal notation)
任意一个n位整数和m位小数的八进制数Q可表示为：
O＝On-1×8n-1＋On-2×8n-2＋┄＋O0×80＋O-1×8-1＋┄＋O-m×8-m
⑷十六进制(Hexdecimal notation)
a)十六个数码：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
在十六个数码中的A、B、C、D、E和F六个数码，分别代表十进制数中的10、11、12、13、14和15，这是国际上通用的表示法。
任意一个n位整数和m位小数的十六进制数H可表示为：
H＝Hn-1×16n-1＋Hn-2×16n-2＋┄＋H0×160＋H-1×16-1＋┄＋H-m×16-m
⑸几种进制的对应关系
十进制
二进制
八进制
十六进制
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
┆
0
1
10
11
100
101
110
111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
10000
┆
0
1
2
3
4
5
6
7
10
11
12
13
14
15
16
17
20
┆
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
10
┆
不同进制数的转换
⑴二进制数与十进制数的互换
①二进制数转换成十进制数
二进制数转换成十进制数只需按权展开然后相加即可。
[例2.1.1](101.1)2＝1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1＝(5.5)10
②十进制数转换成二进制数
十进制数有整数和小数两部分，转换时整数部分采用除2取余法，小数部分采用乘2取整法，然后通过小数点将转换后的二进制数连接起来即可。
将十进制数转化为Ｒ进制数，只要对其整数部分，采用除以Ｒ取余法，而对其小数部分，则采用乘以Ｒ取整法即可。
    【例2】将(179.48)10化为二进制数。
   
    其中，(179)10=(10110011)2 (0.48)10=(0.0111101)2(近似取７位)
    因此，(179.48)10=(10110011.0111101)2
二进制数与八进制数的互换
因二进制数基数是2，八进制数基数是8。又由于23＝8，81＝8，可见二进制三位数对应于八进制一位，所以二进制与八进制互换是十分简便的。
①二进制数转换成八进制数
二进制数转换为八进制数可概括为“三位并一位”。即以小数点为基准，整数部分从右至左，每三位一组，最高位不足三位时，添0补足三位；小数部分从左至右，每三位一组，最低有效位不足三位时，添0补足三位。
[例2.1.3]将(1011100.00111)2转换为八进制数
    (001,011,100.001,110)2＝(134.16)8
      1  3  4 . 1  6
②八进制数转换成二进制数
八进制数转换成二进制数可概括为“一位拆三位”，即把一位八进制数写成对应的三位二进制数，然后按权连接即可。
[例2.1.4]将(163.54)8转换成二进制数
    ( 1  6  3 . 5  4 )8＝(1110011.1011)2
    001,110,011.101,100
⑶二进制数与十六进制数的互换
①二进制数转换成十六进制数
二进制数转换为十六进制数可概括为“四位并一位”。
[例2.1.5]将(1011100.00111)2转换为十六进制数
    (0101,1100.0011,1000)2＝(5C.38)16
      5    C .  3    8
②十六进制数转换成二进制数
[例2.1.6]将(16E.5F)16转换成二进制数
    ( 1    6    E .  5    F )16＝(101101110.01011111)2
    0001,0110,1110.0101,1111
4.计算机为什么采用二进制
⑴电路简单  ⑵可靠性高  ⑶运算简单  ⑷逻辑性强
数的补码表示法
补码的最高位用来表示正负数：0—正数，1—负数。
正数的补码是其自身的二进制形式，负数的补码是把其正数的二进制编码变“反”，再加1而得。
BCD码 （就是把每一个数字转换成4位二进制）
我们把每位十进制数转换二进制的编码，简称为BCD码(Binary Coded Decimal)。
BCD码是用4位二进制编码来表示1位十进制数。这种编码方法有多种，但常用的编码是8421BCD编码，如表1.2所示。这种BCD编码实际上就是0~9的“等值”二进制数。
表1.2  8421BCD编码列表
十进制数字
8421BCD码
十进制数字
8421BCD码
0
0000
5
0101
1
0001
6
0110
2
0010
7
0111
3
0011
8
1000
4
0100
9
1001
用BCD码进行进制的转换时，是要求在二种进制的表现形式上快速转换，而不是要求在“数值相等”的含义快速转换。
例1.3 求十进制数2000的BCD编码和其二进制数。
解：2000的BCD编码是把每位上的数2、0、0、0分别转换为其对应的BCD编码：0010、0000、0000和0000，把它们合在一起就是2000的BCD编码：0010 0000 0000 0000。
十进制数2000的二进制数是：11111010000，它们在数值上是相等的。
汉字机内码（内码）（汉字存储码）的作用是统一了各种不同的汉字输入码在计算机内部的表示。
汉字字形码（输出码）用于汉字的显示和打印，是汉字字形的数字化信息。
在汉字系统中，一般采用点阵来表示字形。 16 *16汉字点阵示意 16 * 16点阵字形的字要使用32个字节（16 * 16/8=32）存储，24 * 24点阵字形的字要使用72个字节（24 * 24/8=72）存储。
③计算机硬件系统的组成
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机硬件系统
特点1：指令和数据均存放于存储器内，并可按地址寻访
特点2：均用二进制数表示
特点3：指令分为操作码（操作的性质）、地址码（操作数在存储器中的位置）
特点4：指令在存储器中按顺序存放
特点5：以运算器为中心 I/O设备与存储器之间数据传送要通过运算器
硬件主要指标：①机器字长：CPU一次能处理多少位数据，越长精度越高（8/16/32/64）
              ②存储容量： =存储单元个数（MAR位数）×存储字长（MDR位数）
1KB=1024B=2的10次方，1MB=1024KB=2的20次方，1GB=1024MB=2的30次方，1TB=1024GB
CPU：中央处理器，执行单元。主要包括运算器、控制器。
    功能：指令控制（程序）、操作控制（微操作）、时间控制（时序）、数据加工（运算）
CPU 控制方式指形成控制不同操作序列的时序信号的方法。常用的控
制方式有三种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。
运算器：由算术逻辑单元ALU、累加器ACC、状态寄存器、通用寄存器组成
        MQ:乘商寄存器  X：操作数寄存器
运算器是对数据进行运算的部件，它能够快速地对数据进行加、减、乘、除等基本算术运算以及“与”、“或”、“非”等逻辑运算。在运算过程中，运算器不断得到由存储器提供的数据，运算后把结果（包括中间结果）送回存储器保存起来。整个运算过程是在控制器统一指挥下，按程序中编排的操作次序进行的。
控制器：控制器通过地址访问内存储器，逐条取出选中单元的指令，然后分析指令，并根据指令产生相应的控制信号作用于其他部件，控制这些部件完成指令所要求的操作
CU：控制单元，用来解释存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行
        IR：指令寄存器  PC：程序计数器  指令译码器：ID
当计算机执行程序时，程序计数器中保存的是要执行的下一条指令的地址，控制器根据这个地址，从内存中取出指令并送入指令寄存器。指令译码器对指令寄存器中的指令代码进行分析后，发出各种相应的操作命令，指挥计算机的有关部件进行工作，比如一次内存读写操作，一个算术/逻辑运算操作，或一个输入输出操作等。
存储器：
存储器是由存储体、地址译码器 、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。
能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器(或辅助存储器) 。
存储器是计算机的记忆装置，它的主要功能是存放程序和数据。
程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。不管是程序还是数据，在存储器中都是用二进制的形式来表示的，并统称信息。
在计算机中，存储器容量以字节(Byte，简写为B)为基本单位，一个字节由8个二进制位(bit)组成。存储容量的表示单位除了字节以外，还有KB、MB、GB、TB。其中：存储器一般分成主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。主存储器与CPU直接相连，存放当前正在运行的程序和有关数据，存取速度快，但价格较贵，容量不能做得太大，目前微型计算机的内存配置一般为128MB或256MB;

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