综合能力—3.计算机应用基础

1.计算机概述

　　计算机是一种能迅速而高效地自动完成信息处理的电子设备，它能按照程序对信息进行加工、处理、存储。

1.1计算机的发展

　　1946年2月世界上第一台电子数字积分计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，它开启人类第三次产业革命，表明电子计算机时代的到来，具有划时代的意义。

　　1）第一代计算机（1946-1957）电子管计算机，硬件由电子管和继电器存储器构成，软件采用机器语言或汇编语言，运算速度每秒几千至几万次；

　　2）第二代计算机（1958-1964）晶体管计算机，硬件由分立式晶体三极管，二极管和铁氧体的磁芯构成，软件采用高级语言，子程序库等，运算速度每秒几万至几十万次；

　　3）第三代计算机（1965-1970）集成电路计算机，硬件由小规模或中规模集成电路构成，软件采用多道程序设计和分时操作系统，运算速度每秒几百万次；

　　4）第四代计算机（1971-1991）大规模集成电路计算机，硬件由大规模集成电路和半导体存储器构成，软件采用多处理操作系统专业语言和编译器，运算速度每秒几百万至几亿次；

　　5）第五代计算机（1992-至今）新一代计算机，把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合在一起的计算机系统，运算速度高达每秒十亿次以上；

　　　　未来计算机发展方向：巨型化，微型化，网络化。

1.2计算机的特点

　　运算速度快、运算精度高、存储功能强、具有记忆和逻辑判断能力、具有自动运行能力。

1.3计算机的分类

　　1）工作原理分类：数字计算机和模拟计算机

　　2）用途分类：专业计算机和通用计算机

　　3）规模分类：巨型机、小巨型机、大型机、小型机、工作站和微型机

　　4）使用方法分类：掌上电脑、笔记本电脑、台式计算机、网络计算机、工作站、服务器、主机等。

1.4计算机的应用

　　科学计算、数据处理、计算机辅助工程、过程控制、人工智能、网络应用。

2.计算机系统的组成

　　计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

　　　硬件系统：物理设备的总称，是计算机系统的物质基础；

　　　软件系统：为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。

2.1计算机硬件

　　是指计算机系统中一切看得见、摸得着的有固定物理形态的机器部件，它是计算机工作的物理基础。

2.1.1运算器

　　又称算术逻辑单元，是计算机对数据进行加工处理的部件，包括算术运算（加减乘除）部件和逻辑运算（与或非异）部件

2.1.2控制器

　　负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码。由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器组成。

　　运算器和控制器组成硬件系统的核心部件——中央处理器（CPU，微处理器），具有以下功能：

　　　1）指令控制：控制机器以保证顺序执行程序（一串指令的序列）

　　　2）操作控制：根据指令分析产生的操作序列控制各个部件完成指令规定的操作

　　　3）时间控制：对各种未操作实施时间控制，使计算机有条不紊地工作

　　　4）数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算，以得到计算结果

2.1.3存储器

　　是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序、原始数据、中间结果记最终结果。

　　存储器由许多存储单元组成，为了区分不同的存储单元，给每个存储单元一个编号，称为地址。

　　存储器是按地址存取程序和数据的，容量越大，存取速度越快。

　　　1）内存储器（内存，主存储器）：存放当前要执行的程序和所需的数据。

　　　　①只读存储器：只能读出不能写入，断电后保存的信息不丢失

　　　　②随机存储器：随机存储，且存取时间和存储单元的物理位置无关，断电后保存的信息丢失

　　　2）外存储器（外存，辅存）：长期存放程序和数据

　　　3）高速缓冲存储器（高速缓存）：是CPU与内存之间设立的一种高速缓冲器，由于与高速运行的CPU数据处理速度相比，内存的数据存取速度太慢，为此设置了高速缓存，可以保存下一步将要处理的指令和数据，以及在CPU运行过程中重复访问的数据和指令，减少了CPU直接到速度较慢的内存中访问的次数

2.1.4输入设备

　　是计算机输入信息的设备，负责将输入的信息转换成计算机能识别的二进制代码，通过运算器在送入存储器保存。图形输入设备：键盘、鼠标、光笔，图像输入设备：摄影机，语音输入设备：语音识别。

2.1.5输出设备

　　是输出计算机处理结果的设备，有显示器、打印机、绘图仪、音响。

2.1.6总线

　　连接微型计算机系统中各个部件的一组公共信号线，是计算机中传送数据、信息的公共通道，由以下三部分组成：

　　　1）数据总线：微处理器、存储器和输入/输出设备之间传送数据

　　　2）地址总线：传送存储器单元地址或输入/输出接口地址信息

　　　3）控制总线：传送控制器的各种控制信号，包括命令和信号交换联络线及总线访问控制器

2.2计算机软件

　　软件是计算机执行某种操作任务的程序集合，没有软件就不能进行任何信息处理。

2.2.1系统软件

　　维持计算机系统正常运行，支持用户应用软件运行的基础软件。

　　1）操作系统

　　　含义：对计算机系统的所有资源进行统一管理和统一调度，管理计算机系统的全部硬件资源、软件资源及数据资源，是计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便、有效、友善的服务界面，是用户和计算机之间的接口

　　　功能：①进程管理：对处理机进行管理，为了提高CPU的利用率，协调多道程序之间的关系

　　　　　　②存储管理：将有限的主存空间合理地进行分配以满足多道程序运行的需要

　　　　　　③设备管理：为所有的输入/输出设备提供驱动程序或控制程序，给用户提供简单易用的接口，提高整个系统的运行速度

　　　　　　④文件管理：有效地组织存储，保护文件，以方便用户访问

　　　　　　⑤作业管理：作用是指用户在一次算题过程中要求计算机系统所做工作的集合。确定用户如何向系统提交作业，以及操作系统如何组织和调度这些作用的运行

　　　分类：①批处理操作系统：把一批作业组织成作业流输入计算机系统，自动运行各个作业，提供系统的运行效率，不便于程序的调试和人工对话

　　　　　　②分时操作系统：分时轮流地为各终端用户服务，并能及时地对用户服务请求予以响应

　　　　　　③实时操作系统：分为实时控制系统和实时信息处理系统，实时操作系统具有及时响应及处理的能力，以及高可靠性

　　　　　　④网络操作系统：网络通信管理模块，可以提供各种网络服务和远程通信服务

　　2）程序语言设计

　　计算机能够接收和处理的，具有一定格式的语言。

　　①机器语言：由0、1代码组成，能被机器直接理解、执行的指令集合。优：编程质量高，所占空间小，执行速度快，缺：不易学习和修改，不同类型机器的语言不同

　　②汇编语言：用助记符来代替机器语言中的指令和数据。优：编程质量高，所占空间小，执行速度快，缺：必须翻译成机器语言的目标程序后在执行

　　③高级语言：完全符号化的语言，类似英语。面向过程：C、BASIC，面向对象：C++、Java、python

　　　　翻译程序有两种方式：

　　　　　a.编译程序：将源程序加工处理产生一个与之等价的目标程序，目标程序再经过链接程序作用产生可执行程序，然后再执行便得到运算结果

　　　　　b.解释程序：对源程序逐条的翻译成机器语言，一条一条的执行，不会产生任何目标程序文件和可执行程序

　④4GL语言：只用告诉计算机做什么，不必告诉怎么去做

　　3）数据库管理系统

　　实现数据独立和程序的统一管理。主要面向解决数据处理的非数值计算问题，用于档案管理、财务管理、图书资料管理及仓库管理等的数据处理，常用的有：oracle，SQL Server

　　4）服务程序

　　帮助用户使用和维护计算机，提供服务性手段并支持其他软件开发而编制的一类程序，如计算机故障诊断程序，纠错程序

2.2.2应用软件

　　利用计算机的软件、硬件资源为某一专门的应用目的而开发的软件。分为三类：通用应用软件、专用应用软件及定制应用软件。例如QQ，office，ps，CAD

3.计算机中数据的表示

3.1计算机中的二进制数据

　　使用计算机进行信息处理，首先必须是计算机能够识别信息。信息的表示有两种形态：一是人类可识别、理解的信息形态，二是电子计算机能够识别和理解的信息形态。

　　计算机只能识别机器代码，即用0、1表示的二进制数据。数据是计算机处理的对象，数据包括数值、文字、图形、图像、视频等

　　采用二进制表示信息的原因：电路简单（用0和1表示开关）、工作可靠、简化运算、逻辑性强（真假）

3.1.1数制

　　数制：表示数值的方法，有非进位数制（罗马数字）和进位数制

　　进制：按进位的原则进行计数的数制。特点如下：

　　　1）数制的基数确定了所采用的进位计数制

　　　　基数：表示一个数时所采用的数字符号的个数

　　　　十进制数（D）的基数为10，有10个数字符号，分别为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

　　　　二进制数（B）的基数为2，有2个数字符号，分别为0,1

　　　　十六进制数（H）的基数为16，有16个数字符号，分别为0,1,2,3,4,5,6,7,8,9，A,B,C,D,E,F

　　　2)逢N进一

　　　　十进制采用逢十进一，二进制采用逢二进一，十六进制采用十六进一

　　　　　十进制：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15

　　　　　二进制：0,1,10，11,100,101,110,111,1000,1001,1010,1100,1101,1110,1111

　　　　十六进制：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

　　　3）采用位权表示方法

　　　　位权：处在不同位置上的相同数字所代表的值不同，一个数字在某个固定位置上所代表的值是确定的，那么这个固定的位置称为位权或权

　　　　小数点左边的第一位的位权为基数的0次幂，第二位的位权为基数的1次幂，以此类推

　　　　小数点右边的第一位的位权为基数的-1次幂，第二位的位权为基数的-2次幂，以此类推，之后求左右两边的和

　　　　eg:1101.1——1*2³+1*2²+0*2¹+1*2⁰+1*2^-1=13.5（二进制转十进制：位权表示法）

630——630/2=315……0(余数),315/2=157……1,157/2=78……1,78/2=39……0,39/2=19……1,19/2=9……1,9/2=4……1,4/2=2……0,2/2=1……0,1/2=0……1

　　　　　　 630——1001110110（十进制转二进制：除二取余，倒序排列，高位补零）

3.1.2数据存储单位

　　计算机中存储信息的最小单位是二进制的一位，用英文Bit表示

　　8位二进制数为一个字节，用B表示，一个字节对应计算机中的一个存储单元，一个英文字符或十进制数字占一个字节，汉字占两个

　　1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB,1TB=1024GB

3.2计算机中表示的数据

　　编码：采用有限的基本符号，通过某个确定的原则，对这些基本符号加以组合，用来描述大量的、复杂多变的信息。信息编码的两大要素是基本符号及符号组合的规则

　　数据分为两大类：

　　　数值数据：表示数量的多少，包括定点小数、整数、浮点数和十进制数，通常都带有表示数值正负的符号位

　　　非数值数据：表示一些符号标记，如英文字母、数字、标点符号、汉字、图形等

　　英文字符编码和汉字编码（输入码、内部码、字形码）

4.数据库系统

4.1基本概念

　　1）信息：现实世界在人脑中的抽象反映，是通过人的感官感知出来并经过人脑的加工而形成的反映现实世界中事物的概念

　　2）数据：数据库中存储的基本对象，是描述事物符号的记录

　　3）数据（信息）处理：从某些已知的表示某些信息的数据出发，推导整理出一些新的数据，从而又表示一些新的信息的过程

　　4）数据管理：数据的收集、整理、组织、储存、维护、检索及传送等操作处理过程

　　5）数据库：长期存储在计算机存储设备上的，有组织的，可共享的数据集合

　　6）数据库管理系统：位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件

　　7）数据库系统：在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统。数据库管理员和用户构成

4.2数据库技术的发展

　　人工管理阶段——文件系统阶段——数据库系统阶段

4.3数据库系统结构

4.3.1数据库系统的三级模式结构

　　数据库——内模式——模式/内模式映像——概念模式（模式）——外模式/模式映像——外模式——应用

4.3.2数据库系统的体系结构

　　1）单用户数据库模式

　　2）主从式结构的数据库系统

　　3）分布式结构的数据库系统

　　4）客户/服务器结构的数据库系统（服务器）

2021-08-07 21:09:18 记

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