計算機計算機的應用:數值計算，數據處理，自動控制，計算機輔助系統(CAD,CAM,CBE,CAT,CAI)，人工智能，通信和電子商務（數值計算又稱科學計算；數據處理又稱信息處理；自動控制又稱過程控制，包括檢測過程和控制過程;計算機輔助設計CAD(Computer Aided Design)，降低了設計人員的工作質量，提高了設計的效率和質量，節約了設計成本；計算機輔助制造CAM(Computer Aided Manufacturing)提高產品質量，降低生產成本和勞動強度，縮短生產周期;計算機輔助教育CBE(Computer Based Education)包括計算機輔助測試CAT(Computer Aided Test)和計算機輔助教學CAI(Computer Assisted Instruction)，提高了教學質量；人工智能AI(Artificial Intelligence),如專家系統等，可以對原始數據進行分析決策；計算機網絡是計算機技術與通訊技術相結合的產物，提高了通信的速度與效率，降低了軟件與硬件的使用費用，提高了計算機系統的可靠性）計算機的特點：運算速度快，計算精度高，記憶力強，具有邏輯判斷能力，自動化程度高1946年2月，世界上第一臺電子計算機ENIAC誕生于美國賓州大學。 計算機代別劃分依據：邏輯元器件。 第一代計算機：19461958電子管。第二代計算機：19581964晶體管。第三代計算機：19651971中，小規模集成電路。第四代計算機：1972至今 大規模和超大規模集成電路。 英國科學家：阿倫圖靈：圖靈機，建立計算機理論模型。 匈牙利科學家：馮諾依曼：計算機之父。 根據計算機的應用范圍分類：專用計算機和通用計算機。 根據數據的處理方式分類：數字計算機，模擬計算機，數字模擬混合計算機。 根據計算機的規模和功能強弱分類：巨型機，小巨型機，大型主機，小型機，工作站，個人計算機計算機系統：硬件系統和軟件系統。硬件系統：運算器，控制器，存儲器，輸入設備，輸出設備。軟件系統：系統軟件，應用軟件。計算機系統層次結構：應用軟件層實用軟件層操作系統層硬件層數制：按進位的原則進行計數，進位計數制位權：一種進制中某個位置上的單位值十進制：0，1，,9,逢十進一,基數為10。 二進制：0，1，逢二進一，基數為2。二進制的優點：便于實現、運算簡單、工作可靠、方便邏輯運算、物理元器件容易制造、運算規則少。 八進制：0，1，2，,7,逢八進一，基數為8。 十六進制：0，1，,9,A,B,C,D,E,F,逢十六進一，基數為16。二進制八進制十進制十六進制二進制八進制十進制十六進制000000010001088000111110011199001022210101210A001133310111311B010044411001412C010155511011513D011066611101614E011177711111715FN進制轉換為十進制：展開多項式，各項相加。（注意位權比位數少一）。十進制轉換為N進制：整數：將十進制整數連續的除以N，記下每次的余數，直到商為0，倒排余數。 小數：將十進制小數連續的乘以N，記下每次的整數，直到十進制小數為0或滿足進度為止，正排整數。二進制轉換為八進制的方法：從小數點開始，每3位一組，不足3位的用0補齊，每一組用一個八進制數表示。二進制轉換為十六進制方法：從小數點開始，每4位一組，不足4位的用0補齊，每一組用一個十六進制數表示。八進制（十六進制）數轉換為二進制數方法：每位八進制數（十六進制數）用3（4）位二進制數表示，刪除兩端無意義的0。機器數：正負號用數字表示的數。0為正，1為負。 真值：與機器數對應的數學中的數。定點整數：將小數點的位置約定在機器數的末端。補0為符號位后面。 定點小數：將小數點的位置約定在符號位的右側。補0為數值后面。浮點數：將一個數表示為尾數和階碼。階碼用定點整數，尾數用定點小數。與科學計數法類似。原碼：整數含0的符號位為0，負數含0的符號位為1.數值部分為對應數的絕對值。0的原碼有兩種編碼，00000000（0.0000000），10000000（1.0000000）。優點：與真值轉換簡單。缺點：運算不方便且有錯誤。8位定點整數原碼的表示范圍：-127-+127 反碼：正數含0的反碼與原碼一樣；將負數含0原碼除符號位外，每位變反。0的反碼有兩種編碼00000000（0.0000000），11111111（1.1111111） 反碼的反碼為原碼。補碼：正數含0的補碼與原碼一樣；將負數的反碼末位加1，注意進位。0的補碼只有1種。00000000（0.0000000）正數的原碼、反碼、補碼均相同。補碼的補碼為原碼。先原碼再反碼后補碼。求補：包括符號位在內，每位變反，末位加1。對某個數的補碼求補即可得到該數相反數的補碼。規格化浮點數：提高了存儲的精度。階碼采用定點整數補碼，尾數采用定點小數補碼。對于整數，規格化就是將小數點移到數值部分第一個1的左側，對于負數而言就是將小數點移到第一個0的右側。ASCII美國國家標準信息交換碼。7位ASCII碼又稱基本ASCII碼，用7位二進制表示128個字符編碼，包括33個控制字符。常用字符代碼由小到大：空格（32）、數字（0的代碼為48）、大寫字母（A的代碼為65）、小寫字母（a的代碼為97）。小寫字母的代碼比對應大寫字母的代碼大32。8位ASCII碼又稱擴展ASCII碼，用8位二進制表示256種，其中0-127即為前面的128個基本ASCII碼，特點是最高位為0；128255是擴展部分，特點是最高位為1。漢字編碼：國標碼：中國制定的用于計算機系統間交換漢字信息時使用的編碼。 輸入碼：利用鍵盤輸入漢字的編碼。 機內碼：計算機內部存儲、處理和傳輸漢字的編碼。 字型碼：表示漢字形狀的編碼。（點陣字型：將一個漢字均勻的分成若干行、若干列，形成一個點陣。）CPU與內存構成主機。主機與外部設備股票擬共同構成了計算機硬件系統。外存既是輸入設備又是輸出設備。存儲器包括內存與外存。控制器與運算器構成了中央處理器CPU。計算機的主機和外部設備之間通過接口電路（簡稱接口）連接。運算器：算數運算、邏輯運算。控制器：控制各部件協調工作。存儲器：保存程序和數據，分為內存和外存。內存：可以與CPU（運算器+控制器）直接交換信息，保存正在處理的數據和正在執行的程序。內存主要包括隨機存儲器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲器ROM（Read Only Memory）兩類。RAM可以進行讀取和寫保存兩種操作，但斷電時信息丟失。ROM只能進行讀操作，不能執行寫操作，但是斷電時信息不丟失。ROM主要保存最基本的固定不變的程序和數據。ROM容量RAM。通常所說的內存容量指RAM。RAM分為動態隨機存儲器DRAM和靜態隨機存儲器SRAM。DRAM存儲密度高、存取速度慢、需要定期刷新。SRAM存儲密度低、存取速度快、不需要刷新。存儲單位有：位（bit）、字節（Byte）、字（Word）。位是存儲設備的最小存儲單位存儲一位二進制的存儲設備。字節是內存的最小編址單位，即每個字節都有唯一的一個地址，一般由連續的8位構成。CPU一次能夠處理的連續字節稱為字。字長有8位，16位，32位，64位。字長越長，CPU的處理速度越快。存儲容量：單位：，。， 外存的功能：保存需要長期存儲的內容和擴充內存容量。斷電時，外存中內容不丟失。CPU不能直接訪問外存。常用外存：軟盤存儲器、硬盤存儲器、光盤存儲器、移動存儲器（U盤）、Cache高速緩存L1，L2、指令存儲器、寄存器等。 軟盤存儲器：磁道：每個同心圓。扇區：每個磁道被分成相同數目的區段，每個區段就是扇區。一個扇區的容量為512B，即0.5KB 。面數*每面磁道數*每磁道扇區數*512B。 硬盤存儲器：分為固定式和可移動式兩種。容量=柱面數*每柱面容量=柱面數*盤面數*每磁道容量=柱面數*盤面數*每磁道扇區數*512B 。光盤存儲器：光盤主要包括CD和DVD兩種，CD的容量通常為600MB左右，而DVD的容量通常都在4.7GB以上。CD緊湊光盤，CD有CDROM、CDR、CDRW。DVD是數字多功能光盤或數字激光視盤的簡稱，包括DVDROM、DVDR、DVDRW等。 U盤存儲器特點：不使用驅動器，節省開支；使用的是USB接口，無需外接電源，支持即插即用和熱插拔；存取速度比軟盤快得多；體積非常小且很輕，便于攜帶；防震性能好。 為了滿足用戶對存儲系統速度快、價格低和容量大的需求，存儲系統采用了層次結構。Cache是與CPU和內存直接交換信息的高速緩沖存儲器（簡稱高速緩存），其讀寫速度遠高于內存。Cache存儲系統由Cache和內存構成，目的：提高CPU訪問內存的速度。 虛擬存儲系統由內存和外存（通常使用硬盤存儲器）構成，目的：擴大內存的容量。 輸入設備：負責將計算機外部的信息轉換為計算機能夠識別的二進制形式并保存到計算機的內存中。常見的輸入設備：鍵盤、鼠標器、掃描儀、數碼相機（DC）、數碼攝像機（DV）、麥克、光筆、條形碼閱讀機和觸摸屏等。鍵盤：字符輸入設備。輸出設備：負責將計算機內部的二進制信息轉換為人或其他設備能夠識別的形式并輸出。常見的輸出設備：顯示器、打印機、音箱、繪圖儀等。 外存既是輸入設備又是輸出設備。 計算機硬件的各部分之間通過總線相互傳輸信號。 總線：計算機中實現各部分之間通信的公共通道。 根據傳輸信號功能的不同，總線分為數據總線、地址總線和控制總線3種。 數據總線DB：傳輸數據信息的雙向總線。地址總線AB：傳輸地址信息的單項總線。控制總線CB：傳輸CPU發往其他部件的控制信息，或傳輸其他部件發給CPU的狀態和請求等信息。控制總線中某個線是單向的，但總體是雙向的。 根據層次的不同，常見的：片內總線、系統總線和外部總線3種。 接口：輸入輸出設備接口的簡稱。也稱為輸入輸出適配器，功能：連接主機和外設并實現兩者之間數據的傳輸。用接口的目的：解決主機和外設的差異并使兩者協調工作的功能。 軟件分為系統軟件和應用軟件。 系統軟件：用于管理計算機系統的軟、硬件資源、控制計算機系統運行、維護計算機系統的軟件的集合。主要包括：操作系統、計算機語言處理程序、數據庫管理系統和服務程序4類。 操作系統（OS） 計算機語言處理程序： 計算機語言包括：低級語言和高級語言。低級語言：包括機器語言和匯編語言。機器語言：能直接執行、執行速度快、編程效率低和不通用的特點。匯編語言：執行速度快、不能直接執行、編程效率低（但比機器語言效率高）和不通用的特點。高級語言：編程效率高、通用、不能直接執行和執行速度慢的特點。 數據庫管理系統 服務程序 計算機犯罪：利用計算機進行的犯罪。特點：智能性、隱蔽性、危害性、廣域性、低齡化、訴訟困難性、司法滯后性。計算機病毒是程序。黑客是人。防火墻防黑客。殺毒針對程序。 計算機病毒特點：傳染性、潛伏性、隱蔽性、破壞性、寄生性、針對性、不可預見性。 預防計算機病毒應從管理制度和技術手段入手。在技術上可以安裝防毒卡和防毒軟件。 病毒的檢測有手工檢測和自動檢測。殺毒有手工殺毒和自動殺毒。沒有一種防毒軟件可以查殺所有的病毒。第2章 操作系統基礎操作系統（Operating System，OS）：直接控制和管理計算機系統的軟、硬件資源，合理的組織計算機的工作流程，方便用戶充分而有效的使用這些資源的程序集合。操作系統是軟件，而且是系統軟件，由一組程序組成；功能：管理計算機系統內的各種資源，組織多道程序運行；是用戶和計算機之間通信的橋梁，為用戶提供良好的界面，以方便用戶使用計算機，并擴充硬件功能。 操作系統的史前時代：手工操作。程序設計全部采用機器語言，沒有操作系統，人們采用手工操作方式來控制計算機的基本功能。慢速的手工操作與快速的CPU之間出現了矛盾，另一方面CPU與輸入輸出設備之間速度不匹配。 操作系統的雛形：監督程序（早期批處理）。單道批處理分為聯機批處理和脫機批處理。聯機批處理：由CPU直接控制作業輸入與輸出。脫機批處理：加設的“衛星機”專門處理輸入與輸出。 現代意義上操作系統的出現：多道批處理。通道、中斷和緩沖技術的使用使得多道程序的并發執行稱為可能。優點：在內存中總有多道程序等待運行，系統資源得到比較充分的利用。缺點：作業平均周轉時間長，用戶無法干預程序的執行，沒有交互能力。 操作系統步入實用化：分時操作系統。在分時操作系統中，用戶通過終端設備與計算機交互作用來運行自己的作業。多用戶分時系統是當今計算機系統中使用最普遍的一類操作系統。為了實時的對特定任務進行可靠處理，人們又開發出實時系統。實時系統具有專用性，不同的實時系統有不同的應用領域。 現代操作系統的發展 批處理操作系統：“單道”：一次只能有一個作業裝入計算機系統的內存運行。“多道”：一次允許多個作業同時裝入內存，使CPU輪流的執行多個作業。 單道批處理系統：大大減少了人工操作的時間，提高了機器的利用率，但是CPU的利用率很低。 多道批處理系統：具有系統資源利用率高和作業吞吐量大的優點，缺點：用戶作業的等待時間長，沒有交互能力，用戶無法干預自己作業的運行。 分時操作系統：多個用戶分享使用同一臺計算機。將CPU時間劃分成若干個片段，每個時間段稱為時間片，操作系統以時間片為單位輪流為每個終端用戶服務。每個用戶輪流使用其中的一個時間片。分時操作系統的特征：交互性、及時性、獨占性、多路性。多路性提高了系統資源利用率。節省了開支。 分時操作系統和多道批處理系統有3個方面的差異：基本目標的不同；提交給系統的作業性質上；對于充分使用系統資源而言。 實時操作系統主要特征：高響應性、高可靠性、高安全性。 單用戶操作系統根本特征：一個用戶獨占計算機系統資源，系統所有的軟、硬件資源都為一個用戶服務，系統單獨的執行該用戶提交的一個任務。 網絡操作系統：交換數據、實現信息交換、資源共享的系統。網絡操作系統是基于計算機網絡的，它負責網絡管理、網絡通信、資源共享和系統安全等工作。操作系統的主要特征： 并發性：指2個或2個以上的事件或活動在同一時間間隔內發生，交替進行。共享性：系統中的資源可以被多個用戶共同使用。 操作系統的功能：CPU管理（計算機系統中最重要的資源是CPU，系統以進程為單位對CPU分配和運行，對CPU的管理可歸結為對“進程”的管理，進程指正在執行的程序） 存儲管理（管理內存資源） 設備管理（輸入輸出設備） 文件管理（針對系統中的信息資源管理，計算機的程序和數據通常以文件的形式存放在外部存儲器上，需要時再將它們載入內存） 用戶接口（命令接口、程序接口、圖形用戶接口） 現代主流操作系統簡介： Windows操作系統：當前個人微型計算機中應用最廣泛的一種操作系統。1990年5月Windows3.0版，1995年8月24日Windows95逐步取代了DOS系統，2000年Windows2000，2001年Windows XP。Windows操作系統成功的特點：易學易用的面向對象的圖形用戶界面；支持多任務多窗口；即插即用功能；支持多媒體技術；內置網絡和通信功能。 UNIX操作系統：UNIX系統正式發布于1974年，1975年發布的第6版中引入了多道程序技術，這時UNIX系統才成為真正的多用戶分時系統。 Linux操作系統：免費使用、自由傳播。 Mac OS 操作系統：美國Apple公司推出，運行在Macintosh計算機上。 Netware操作系統：Novell公司，Netware是其開發的網絡操作系統NOS。文件：具有一定名稱的一組相關數據的集合。每個文件都要用一個名字來標識，稱為文件名。“文件名.擴展名”。通配符“？”：文件名中的一個可用字符。通配符“*”：文件名中的一個可用字符串。Windows系統中文件名最多包含256個字符，可以包含字母、漢字、數字和部分符號。文件的命名：“文件名.擴展名” “*.*”任何文件都包括。 操作系統中負責存取和管理文件信息的部分稱為文件系統。文件系統的功能：文件讀/寫管理；文件目錄管理；文件存儲空間管理；文件保護與共享；提供方便的用戶接口；文件系統的可靠性與一致性。 從文件管理的角度看，文件由文件說明和文件體2部分組成。文件體即文件本身，而文件說明（又稱文件控制塊FCB）是保存文件屬性信息的數據結構，它通常包含以下內容：文件名稱、文件的結構、文件在外存中的物理存放位置、建立和修改的日期、保護信息等。文件說明的集合稱為文件目錄。目錄的功能：實現“按名存取”；提高檢索速度；允許文件同名；允許文件共享。目錄結構：單級目錄結構、二級目錄結構、多級目錄結構。 路徑名有2種表示形式：絕對路徑名和相對路徑名。絕對路徑名：從根目錄“”開始直至指定文件所在位置的目錄名序列。表示方法：一級子目錄名二級子目錄名.n級子目錄名。相對路徑：從當前目錄出發到指定文件所在位置的目錄名序列。第3章 軟件技術基礎程序是人們為了解決實際問題要求計算機執行的動作和操作，程序表達了程序設計者的思想；對于計算機來說，程序是一組計算機能操作的命令。程序包括：數據的描述（即數據結構）、對操作的描述。程序=數據結構+算法。程序設計=數據結構+算法+程序設計方法+語言工具和環境。 算法：完成一個問題的有限執行步驟的有序集合。算法的基本特征（5個重要特征）：輸入：一個算法有0個或多個輸入；輸出：一個算法有1個或多個輸出；確定性：算法的每一步驟都必須有確切的含義，不存在二義性；有窮性：一個算法必須在執行有限步驟之后結束，而不能是無限的；可行性：算法的每一步驟都必須能有效的執行，得到確定的結果。 算法的表示：自然語言、流程圖、程序設計語言、偽代碼（一種介于自然語言和計算機語言之間的文字和符號來描述算法。 數據是對客觀事物的符號表示。數據元素是數據集合中的一個實體，是數據的基本單位。數據結構：數據元素和相互之間關系的集合。數據結構包括：數據元素之間的邏輯關系，即數據的邏輯結構；數據元素及其關系在計算機存儲器中的存儲方式，即數據的存儲結構，也稱數據的物理結構；對數據元素的操作，即數據的運算。數據的邏輯結構：數據結構中數據元素之間的邏輯關系。邏輯結構主要有2種，即線性結構和非線性結構。 線性結構：在數據結構中的結點（數據元素）之間存在一對一關系。特點：開始結點和終端結點是唯一的，除了它們以外，其余結點都有且僅有一個前驅結點和一個后繼結點。順序表就是典型的線性結構。 非線性結構：在數據結構中的結點（數據元素）之間存在一對多或多對一的關系。分為樹型結構、圖形結構。樹型結構：在數據結構中的結點之間存在一對多的關系。特點：僅有一個前驅結點，可以有多個后續結點，可以有多個終端結點。 圖形結構：在數據結構中的結點之間存在多對多的關系。特點：每個結點的前驅結點和后繼結點的個數是任意的。因此，可能沒有開始結點和終端結點，也可以有多個開始結點和終端結點。 數據元素之間的關系是指它們的邏輯關系，與它們在計算機中的存儲位置無關。通常采用二元組表示：DS =（D，S）DS是一個數據結構，D是在一個數據結構（DS）中數據元素的集合，S是定義在D上的關系的集合，可以稱S為邏輯結構。 數據的存儲結構：數據的邏輯結構在計算機存儲空間中的存放形式，數據的存儲結構又稱為數據的物理結構。數據的存儲結構可分為：順序存儲結構、鏈式存儲結構、索引存儲結構、散列（或哈希）存儲結構。 順序存儲結構：把邏輯上相鄰的結點存儲在物理位置上相鄰的存儲單元里，結點之間的邏輯關系由存儲單元的鄰接關系來體現。優點：節省存儲空間，因為分配給數據的存儲單元全用于存放結點的數據，結點之間的邏輯關系沒有占用額外的存儲空間。可以實現對結點的隨機訪問，即每個結點對應有一個序號，由該序號可直接計算出結點的存儲地址。缺點：不便于修改（對結點的插入、刪除運算可能涉及移動一系列的結點）；要求有連續的空間。 鏈式存儲結構：在每個結點中至少包含一個指針域，用來指出數據元素之間的邏輯關系，不要求在邏輯上相鄰的結點在物理位置上也相鄰。優點：便于修改（在進行插入、刪除運算時，僅需修改結點的指針域值，不必移動結點）；可運用零散的空間。缺點：存儲空間的利用率低，因為分配給數據的存儲單元有一部分要用來存儲結點之間的邏輯關系。另外，由于邏輯上相鄰的結點在存儲器中不一定相鄰，所以不能對結點隨機訪問。 索引存儲結構：在存儲信息的同時，還建立附加的索引表。索引表中的每一項稱為索引項，索引項的一般形式是關鍵字與地址。關鍵字唯一標識一個結點，地址作為指向結點的指針，可以大大提高數據查找的速度。 散列（或哈希）存儲結構：根據結點的關鍵字通過散列（或哈希）函數直接計算出一個值，并將這個值作為該結點的存儲地址。優點：查找速度快，只要給出帶查結點的關鍵字，就可立即算出該結點的存儲地址。散列存儲方法只存儲結點的數據，不存儲結點之間的邏輯關系。一般只適合要求對數據進行快速查找和插入。線性表：具有相同特性的數據元素的一個有限序列。用n表示，n0