计算机导论复习大纲(2013)要点

计算机导论复习提纲2013
第1章全景图
1.1 计算系统
（1）掌握计算系统、计算机硬件、计算机软件的概念。

计算系统：通过交互解决问题的计算机硬件、软件和数据。

计算机硬件：计算机系统的物理元件。

计算机软件：提供计算机执行的指令的程序。

（2）计算系统的分层及各层的功能
信息层：反映了在计算机上表示信息的方式。

采用二进制数字1和0管理。

硬件层：有计算机系统的物理硬件组成。

程序设计层：负责处理软件，用于实现计算的指令以及管理数据。

操作系统层：管理计算机的资源。

应用层：用计算机解决真实世界的问题。

通信层：利用计算机技术进行通信。

（3）抽象：删除了复杂细节的心理模型
1.2 计算的历史
（1）计算机硬件的简史
算盘早期的用来记录数值的计算设备
Blaise Pascal 进行加、减、除和乘法的机械设备
第一位程序设计员Ada Lovelace，Ada程序设计语言是以她的名字命名的。

英国数学家Charles Babbage发明了分析机。

1936年，英国数学家Alan Turing发明了一种抽象数学模型图灵机，为计算理论的主要领域奠定了基础。

计算机科学领域的图灵奖以Alan Turing的名字命名。

（2）计算硬件的历史划分为哪几个时代，每个时代的主要特征是什么？
第一代用真空管存储信息，主存储器是磁鼓，输入设备是读卡机，输出设备是穿孔卡片或行式打印机，辅助存储设备是磁带
第二代用晶体管作为计算机的主要部件，主存储器是磁芯，辅助存储设备是磁盘
第三代集成电路, 终端（带有键盘和屏幕的输入/输出设备）
第四代大规模集成电路，个人计算机
类似于P18 11-38
（3）摩尔定律
每18个月计算机的功率会在同样的价格水平下增长一倍，或者以一半的价格可以购买同样的计算机功率。

（4）并行计算
计算机依靠一套互相连接的中央处理器或者存储单元提高处理速度
一种并行机器的组织结构是所有处理器共享同一个存储部件。

另一种组织结构是每个中央处理器具有自己的本地内存，与其他处理器通过高速内部网进行通信。

（5）计算机软件的简史
第一代软件机器语言，汇编语言
第二代软件高级语言类似于英语的语句使编程更加容易：FORTRAN，COBOL ，LISP 第三代软件系统软件：实用程序、操作系统，语言翻译程序。

第四代软件结构化程序设计（Pascal C C++），
应用程序软件包（电子制表软件，文字处理软件，数据库管理系统）
第五代软件Microsoft 微软的崛起，面向对象程序设计的出现，万维网的普及。

1.3 计算工具和计算学科
算法思想：能够用按部就班的过程表示问题，从而解决它们。

表示法：即用能被有效处理的方式存储数据。

程序设计：把算法思想和表示法组织在计算机软件中。

设计：使软件满足一种用途。

第2章二进制数值和记数系统
（1）基数：记数系统的基本数值，规定了这个系统中使用的数字量和数位位置的值。

位置记数法：一种表达数字的系统，数位按顺序排列，每个数位有一个位值，数字的值是每个数位和位值的乘积之和。

（2）二进制、八进制、十进制、十六进制的概念
十进制：是使用数字1、2、…、9、0等符号来表示数值且采用“逢十进一”的进位计数制。

二进制：使用数字0和1等符号来表示数值且采用“逢二进一”的进位计数制。

八进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7等符号来表示数值的，且采用“逢八进一”的进位计数制。

十六进制：使用数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和A、B、C、D、E、F等符号来表示数值，其中A、B、C、D、E、F分别表示数字10、11、12、13、14、15。

十六进制的计数方法为“逢十六进一”。

（3）2,8,10,16之间的转换规则：
2,8,16→10 位权法：把各非十进制数按权展开，然后求和。

10→2,8,16 整数部分：除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高（位）”。

小数部分：乘基取整法:“乘基取整，先整为高(位),后整为低(位)”
2→8：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每三位为一组（不足三位用0补足），然后将各个三位二进制数转换为对应的一位八进制数。

8→2：把每一位八进制数转换为对应的三位二进制数。

2→16：以小数点为界，将整数部分自右向左和小数部分自左向右分别按每四位为一组，不足四位用0补足，然后将各个四位二进制数转换为对应的一位十六进制数。

16→2：把每一位十六进制数转换为对应的四位二进制数。

8<->16：借助二进制来转换
（计算题：进制转换）
（4）二进制数值
1Byte= 8 bits，1KB=1024 Bytes，1MB=1024KB , 1GB=1024MB, 1TB=1024GB 第3章数据表示法
3.1 数据和计算机
（1）数据和信息
数据：基本值或事实。

信息：用有效的方式组织或处理过的数据。

计算机可以处理的信息主要有：数字，文本，音频，图像和图形，视频
数据压缩：减少存储一段数据所需的空间
压缩率：原始数据的大小除压缩后的数据大小
无损压缩：数据压缩技术可以是无损的，即提取的数据没有丢失任何原始信息。

有损压缩：数据压缩也可能是有损的，即在压缩过程中将丢失一些信息。

（2）模拟数据和数字数据
模拟数据：用连续形式表示的信息
数字数据：用离散形式表示的信息
数字化：把信息分割成离散的片段
3.2 数字数据的表示法
符号数值表示法：符号表示数所属的分类（正数或负数），值表示数的量值的数字表示法
溢出：给结果预留的位数存不下计算出的值的状况。

浮点表示法：说明了符号，尾数和指数的实数表示法。

3.3 文本表示法
（1）字符集：字符和它们表示的代码的清单。

ASCII码：是美国信息互换标准代码（American Standard Code for Information Interchange），最初，ASCII 字符集用7位表示每个字符，可以表示128个不同的字符；之后，ASCII 字符集扩展，用8位表示每个字符，可以表示256个字符。

Unicode 字符集：使用16位表示每个字符。

Unicode的目标是表示世界上使用的所有语言中的所有字符，Unicode 字符集被设计为ASCII 的超集，前256个字符与扩展ASCII字符集中的完全一样。

（2）文本压缩
文本压缩类型
关键字编码：用单个字符代替常用的单词
行程长度编码：把一系列重复字符替换为它们重复出现的次数。

赫夫曼编码：用变长的二进制表示字符串，使常用的字符具有较短的编码。

赫夫曼编码解码的方法
（综合分析题赫夫曼编码解码）
3.4 音频信息表示法
通过采样对信号进行数字化处理，采样率在每秒40,000 次左右就足够创建合理的声音复制品。

MP3 (MPEG-2, audio layer 3 file)处于统治地位，它将分析频率展开，与人类心理声学的数学模型进行比较，然后舍弃那些人类听不到的信息；用赫夫曼编码进一步压缩得到位流。

3.5 图像和图形的表示法
颜色是我们对到达视网膜的各种频率的光的感觉；颜色通常用RGB (red-green-blue) 值表示，这其实是三个数字，说明了每种颜色的相对份额。

色深度：用于表示颜色的数据量。

增强彩色：色深度为16位的颜色，RGB值中的每个数字由5位表示，剩下的一位有时用于表示透明度。

真彩色：深度为24位的颜色，RGB值中的每个数字由8位表示。

像素：用于表示图像的独立点，代表图像的元素。

分辨率：用于表示图像的像素个数。

光栅图形格式：逐个像素存储图像信息的格式。

目前流行的几种光栅文件格式：Bitmap (BMP), GIF, JPEG, PNG
矢量图形：用线段或几何形表示图像的方法。

3.6 视频表示法
视频编译码器指用于缩减电影大小的方法。

时间压缩：根据连续帧之间的差别压缩电影的技术。

空间压缩：基于静态图像的压缩方法的电影压缩技术。

第4章门和电路
门：门是对电信号执行基本运算的设备
电路：电路是由门组合而成的，可以执行更加复杂的任务
布尔表达式：其中变量和函数的值指示0和1。

逻辑框图：电路的图形化表示。

每种类型的门由一个特定的图形符号表示。

真值表：列出了所有可能的输入值和相关的输出值的表。

非门、与门、或门、异或门、与非门、或非门的功能及真值表。

非门：一个非门接受一个输入信号(0或1)并返回相反的信号输出
与门：与门接受两个信号输入。

如果与门的两个信号输入都是1，那么输出是1；否则，输出是0
或门：或门接受两个输入。

如果这两个输入值都是0，那么输出是0；否则，输出是1。

异或门：异或门接受两个输入。

如果两个输入相同，则输出为0；否则，输出1
与非门：与非门接受两个输入。

如果两个输入值都是1，那么输出是0；否则，输出1
或非门：或非门接受两个输入。

如果这两个输入值是0, 那么输出是1；否则，输出0
第5章计算部件
5.1 计算机系统
（1）冯·诺依曼体系结构的要点：
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部分组成。

按存储程序原理进行工作
（2）总线：把机器的主要组成部分连接在一起的一组电线，数据在这组电线中流动。

系统总线的3种类型：数据总线、地址总线、控制总线
5.2 系统单元
（1）系统主板与系统时钟的概念
系统主板：又称为底板或母板,它是整个计算机系统的通信网,系统单元的每个元器件直接连接到系统主板,它们通过系统主板进行数据的交换
系统时钟：控制计算机操作的速度
（2）中央处理器CPU的两大部件及其功能。

运算器（算术逻辑部件，ALU）：执行算术运算和逻辑运算的部件。

控制器：控制其他部件的动作，从而执行指令序列的计算机部件。

（3）主存储器的类型及其特点：
RAM（Random access memory）：随机存取存储器，每个存储单元能够被直接访问和改变的内存，易失性
ROM（Read only memory）：只读存储器，每个存储单元能够被访问但不能被改变的内存，不易失
5.3 辅助存储设备
（1）软盘：磁道、扇区、块的概念
磁道（track）：磁盘表面的同心圆
扇区（sector）：磁道的一个区。

块（block）：存储在扇区中的信息。

（2）硬盘：寻道时间、等待时间、存取时间、传送速率。

寻道时间：读写头定位到指定的磁道所花费的时间
等待时间：把指定的扇区定位到读写头之下所花费的时间
存取时间：开始读取一个数据块之前花费的时间，即寻道时间和等待时间之和。

传送速率：数据从磁盘传输到内存的速率。

柱面：所有磁盘表面的同心磁道的集合。

提高硬盘性能的三种方法：磁盘缓冲，磁盘冗余阵列RAID，文件压缩/解压缩
（3）光盘：CD、DVD的容量、类型
原理：运用光盘盘面的凸凹不平，表示“0” 和“1”的信息，光驱利用激光头产生激光扫描光盘盘面，读取“0”和“1”的信息。

只读型光盘(CD-ROM，DVD-ROM)，数据采用专用设备一次性写入到光盘中。

只能读取信息，不能写入。

●一次写入型光盘(CD-R，DVD-R)，只能写一次，写后不能修改。

●可擦型光盘(CD-RW，DVD-RW)，可以重复读写，但需要光盘刻录机和专用软件操作。

（4）U盘
（5）磁带：顺序存取
5.4 输入设备
（1）常用输入设备：键盘、定点输入、扫描输入、语音输入
（2）常见的定点输入设备：鼠标，光笔，游戏杆，触摸屏
鼠标的种类：光电式和机械式
触摸屏：能探测到用户在屏幕上用手指或书写笔的触摸，并作出响应。

触摸屏的四种类型：电阻式，电容式，红外，声表面波(SAW)
（3）扫描输入设备
扫描设备以图像形式输入文本、图画或特殊符号
常用的扫描输入设备：扫描仪、传真机、条码阅读器、字符和标记识别设备
常见的字符和标记识别设备：MICR：银行中自动读取支票和存款条上的特殊数字
OCR：将源文档内容转换成机器可识别代码，如公用事业和电话的帐单
OMR：快速录入设备，标准化考试和各种统计中得到广泛的应用
5.5 输出设备
(1)常见输出设备：显示器、打印机、绘图仪
(2)显示器的主要特征：尺寸，分辨率，点距，刷新频率
点距：屏幕上荧光点间的距离，越小越好
显示分辨率：通常写成(水平点数)×(垂直点数)的形式，点数越多越好。

刷新频率：每分钟屏幕画面更新的次数。

常见的显示器类型：阴极射线管，液晶显示器和等离子显示器
（3）打印机的分类
非接触打印机的三种类型及各自的工作原理
●喷墨打印机：喷墨打印机以非常高的速度喷射微滴墨水到打印纸的表面
●激光打印机：利用激光束产生很高质量的字符和图像
●热学打印机：使用热元素在热敏感打印纸上产生字符和图像
点阵式打印机的工作原理
点阵式打印机：通过打印头上的细小针所形成的模型打印字符和图形
5.6 非冯·诺伊曼体系结构
同步处理：用多个处理器把同一个程序同时应用到多个数据集。

流水线操作：一前一后地安排多个处理器，使每个处理器负责整个运算的一部分。

共享内存：多个处理器共享一个全局内存。

第6章-第8章
掌握程序设计的相关概念
问题求解：寻找令人感到复杂、痛苦、烦恼或未解决的难题的解决方案的行为。

算法：在有限的时间内用有限的数据解决问题或子问题的明确指令集合。

机器语言：由计算机直接使用的二进制编码指令构成的语言。

汇编语言：一种低级语言，用助记忆码表示特定计算机的机器语言指令。

汇编器：把汇编语言程序翻译成机器代码的程序。

编译器：把用高级语言编写的程序翻译成机器码的程序。

解释器：输入用高级语言编写的程序，指导计算机执行每个语句指定的动作的程序。

第10章操作系统
10.1 操作系统的角色
（1）软件的分类：系统软件、应用软件
系统软件：管理计算机系统并与硬件进行交互的程序。

应用软件：帮助我们解决现实世界问题的程序。

操作系统：管理计算机资源并为系统交互提供界面的系统软件。

多引导系统：计算机可以具备两到三个操作系统，用户在打开计算机时可以选择使用哪个操作系统。

这种配置称为多引导系统。

多道程序设计：同时在主存中驻留多个程序，由它们竞争CPU的技术。

内存管理：了解主存中载有多少个程序以及它们的位置和动作。

进程：程序执行过程中的动态表示法。

进程管理：了解活动进程的信息的动作。

CPU 调度：确定主存中的哪个进程可以访问CPU以便执行的动作。

（2）批处理的含义
（3）分时系统：多个交互用户同时共享CPU时间的系统
虚拟机：分时系统创建的每个用户都有专有机器的假象
哑终端：在早期的分时系统中用户用于访问主机的一套显示器和键盘。

实时系统: 实时系统能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

必须给用户提供最少响应时间的系统。

响应时间：收到信号和生成响应之间的延迟时间。

10.2 内存管理
（1）操作系统必须采用以下技术：
跟踪一个程序驻留在内存的什么位置以及是如何驻留的
把逻辑程序地址转换成实际的内存地址
逻辑地址：对一个存储值的引用，是相对于引用它的程序的
物理地址：主存储设备中的真实地址。

地址联编：逻辑地址与物理地址间的映射。

（2）内存管理的三种技术：单块内存管理、分区内存管理、页式内存管理
（3）单块内存管理：把应用程序载入一段连续的内存区域的内存管理方法。

内存中只有两个程序：
操作系统和应用程序。

（4）分区内存管理：分区内存管理同时在内存中驻留多个应用程序。

有两种划分内存的方法：固定分区法和动态分区法。

固定分区法：主存被划分为特定数目的固定分区以载入程序的内存管理方法。

动态分区法：根据容纳程序的需要对内存分区的内存管理方法。

基址寄存器：存放当前分区的起始地址的寄存器。

界限寄存器：存放当前分区的长度的寄存器。

常用的分区选择法：
最先匹配：把第一个足够容纳程序的分区分配给它
最佳匹配：把最小的足够容纳程序的分区分配给它
最差匹配：把最大的足够容纳程序的分区给分配它
（5）页式内存管理
页式内存管理法：把进程划分为大小固定的页，载入内存时存储在帧中的内存管理方法。

帧：大小固定的一部分主存，用于存放进程页。

页：大小固定的一部分进程，存储在内存帧中
逻辑地址通常被表示为<页编号, 偏移量>
页编号：页面大小除逻辑地址得到的商(比如1024)
偏移量：页面大小除逻辑地址得到的余数
（给定一个逻辑地址和页面大小，求其页编号和偏移量）
页映射表page-map table（PMT）：操作系统用于记录页和帧之间的关系的表。

通过查看PMT找到逻辑地址对应的物理地址，如书图10-7例及P225 58-60
（计算题或分析题：页式内存管理）
请求分页：页式内存管理法的扩展，只有当页面被引用时才会被载入内存
页面交换：把一个页面从二级存储设备载入内存通常会使另一个页面从内存中删除
虚拟内存：由于整个程序不必同时处于内存而造成的程序大小没有限制的假象
系统颠簸：频繁的页面交换造成的低效处理
10.3 进程管理
（1）进程状态：在操作系统的管理下，进程历经的概念性阶段。

主要有5种状态：创建阶段、准备就绪状态、运行状态、等待状态、终止状态
（2）进程控制块（PCB）：操作系统管理进程信息使用的数据结构。

PCB存储了有关进程的各种信息，包括：
●程序计数器的当前值
●进程在其他所有CPU寄存器中的值
●关于CPU调度的信息。

●核算信息
10.4 CPU调度
CPU 调度：确定哪一个处于准备状态的进程移入运行状态的行为
周转周期：从进程进入准备就绪状态到它完成之间的时间间隔，是评估CPU调度算法的标准之一。

CPU调度的三种方法的概念及其具体应用:
先到先服务FCFS：进程按照它们到达就绪状态的顺序转移到CPU
最短作业优先SJN：查看所有准备就绪状态的进程，分派一个具有最短服务时间的。

循环调度法：把处理时间平均分配给所有准备就绪的进程。

（分析题：CPU调度方法，类似于书上P220-221的例题或P225 习题69-72）
10.5 几种常用的操作系统
MS-DOS：Microsoft磁盘操作系统
Microsoft Windows：Microsoft公司开发的一系列基于图形界面、多任务的操作系统，又称为视窗操作系统。

Unix操作系统：是一个强大的多用户、多任务操作系统，支持多种处理器架构。

Linux ：可以运行在微机上的免费的Unix 操作系统。

开源软件。

Mac OS ：Apple公司为它的计算机设计的操作系统。

第11章文件系统和目录
11.1 文件系统
（1）文件：数据的有名集合，用于组织二级存储设备。

文件系统：操作系统为它管理的文件提供的逻辑视图
目录：文件的有名分组
（2）文本文件：包含字符的文件。

数据字节是ASCII或Unicode字符集中的字符
二进制文件：包含特定格式的数据的文件，要求给位串定一个特定的解释。

文件名通常由点号分为两部分：主文件名和文件扩展名。

（3）文件类型：文档中包括的信息的种类叫做文件类型。

文件扩展名：文件名中说明文件类型的那部分。

常用文件类型和它们的扩展名，掌握P229 图11-1
（4）顺序文件访问法：以线性方式访问文件中的数据的方法。

直接文件访问法：通过指定记录编号直接访问文件中的数据的方法。

11.2 目录
（1）目录树：展示文件系统的嵌套目录组织的结构
根目录：包含其他所有目录的最高层目录。

工作目录：当前活动的子目录。

（2）路径、绝对路径、相对路径的概念及应用。

路径：文件或子目录在文件系统中的位置的文本名称。

绝对路径：从根目录开始，包括所有后继子目录的路径。

相对路径：从当前工作目录开始的路径。

？已知目录树能指出某文件或目录的绝对路径或相对路径。

如P241 48-50
11.3 磁盘调度
磁盘调度：决定先满足哪个磁盘I/O请求的操作。

主要磁盘调度方法的含义及应用：
先到先服务(FCFS) ：按照请求到达的顺序处理它们，不考虑读写头的当前位置
最短寻道时间优先调度(SSTF) ：通过尽可能少的读写头移动满足所有未解决的请求Scan磁盘调度（电梯调度算法）：磁头来回移动满足请求
（综合分析题：磁盘调度方法，如P241 54-56）
第12章信息系统
12.1 信息系统
信息系统：帮助我们组织和分析数据的软件。

两种最常用的信息系统是电子制表软件和数据库管理系统。

12.2 电子制表软件
常用Excel函数的使用：Max、Min、Average、Sum、If、count
12.3数据库管理系统
（1）数据库：结构化的数据集合。

数据库管理系统：由物理数据库、数据库引擎和数据库模式构成的软件和数据的组合
查询：提交给数据库的信息请求。

模式：数据库中的数据的逻辑结构的规约。

（2）关系模型：用表组织数据和数据之间的关系的数据库模型
表：数据库记录的集合
记录(对象, 实体) ：构成一个数据库实体的相关的域的集合
域(属性)：数据库记录中的一个值
键：在表的所有记录中唯一标识一个数据库记录的一个或多个领域
（3）结构化查询语言（SQL）：用于管理和查询数据的综合性关系数据库语言
SQL语句的基本构成：select从句、from从句、where从句。

Select 从句决定了返回哪些属性。

From从句决定了使用哪个表进行查询，where从句限制了返回的数据。

ER 图：用图形化的形式捕捉了重要的记录类型、属性和关系。

基数约束：在ER图中，一次可以存在于两个实体间的关系数量
基数关系的各类：一对一、一对多、多对多
12.4 信息安全
(1)信息安全：确保数据的正确访问的技术和策略。

机密性：确保数据免受未授权的访问。

完整性：确保只有正确的访问机制才能修改。

可用性：授权用户能够为合法目的而访问数据的程度。

(2) 加密:把明文转化成密文的过程
解密: 把密文转化成明文的过程。

密码: 用于加密和解密文本的算法。

凯撒密码的概念和使用（分析：如P258的例题和P262 70)
数字签名：附加在消息上的数据，由消息自身和发送者的私有密钥生成，以确保消息的真实性
数字认证：发送者经过鉴定的公共密钥的一种形式，用于最少化恶意伪造事件
第13章人工智能
人工智能(artificial intelligence，AI) ：研究对人类思想建模和应用人类智能的计算机系统的学科。

基于知识的系统：使用特定信息集合的软件。

专家系统：基于人类专家的知识构造的软件系统；
语音识别：用计算机来识别人类所讲的话。

语音合成：用计算机制造出人类的语音。

第14章模拟、图形学和其他应用
（1）模拟和模型的概念
模拟：设计复杂系统的模型以及为观察结果而对其进行实验性操作。

模型：真实系统的抽象，系统中的对象和管理对象相互作用的规则的表示法。

（2）计算机图形学的概念及应用
计算机图形学：研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。

计算机图形学的应用：图形用户界面，字处理软件，桌面出版软件，计算机辅助设计(CAD)，绘图程序等。

（3）嵌入式系统的概念及应用
嵌入式系统：大型系统中专用于执行有限功能的计算机。

几乎所有具有数字界面的用具都使用了嵌入式系统。

（4）电子商务：使用万维网进行商品和服务买卖的过程。

B2B，B2C，C2C
（5）计算机安全
鉴别凭证：用户访问计算机时提供的用于识别自身的信息。