綜合能力—3.電腦應用基礎

1.電腦概述

　　電腦是一種能迅速而高效地自動完成資訊處理的電子設備，它能按照程式對資訊進行加工、處理、存儲。

1.1電腦的發展

　　1946年2月世界上第一台電子數字積分電腦在美國賓夕法尼亞大學誕生，它開啟人類第三次產業革命，表明電子電腦時代的到來，具有劃時代的意義。

　　1）第一代電腦（1946-1957）電子管電腦，硬體由電子管和繼電器存儲器構成，軟體採用機器語言或彙編語言，運算速度每秒幾千至幾萬次；

　　2）第二代電腦（1958-1964）電晶體電腦，硬體由分立式晶體三極體，二極體和鐵氧體的磁芯構成，軟體採用高級語言，子程式庫等，運算速度每秒幾萬至幾十萬次；

　　3）第三代電腦（1965-1970）積體電路電腦，硬體由小規模或中規模積體電路構成，軟體採用多道程式設計和分時作業系統，運算速度每秒幾百萬次；

　　4）第四代電腦（1971-1991）大規模積體電路電腦，硬體由大規模積體電路和半導體存儲器構成，軟體採用多處理作業系統專業語言和編譯器，運算速度每秒幾百萬至幾億次；

　　5）第五代電腦（1992-至今）新一代電腦，把資訊採集、存儲、處理、通訊和人工智慧結合在一起的電腦系統，運算速度高達每秒十億次以上；

　　　　未來電腦發展方向：巨型化，微型化，網路化。

1.2電腦的特點

　　運算速度快、運算精度高、存儲功能強、具有記憶和邏輯判斷能力、具有自動運行能力。

1.3電腦的分類

　　1）工作原理分類：數字電腦和模擬電腦

　　2）用途分類：專業電腦和通用電腦

　　3）規模分類：巨型機、小巨型機、大型機、小型機、工作站和微型機

　　4）使用方法分類：掌上電腦、筆記型電腦電腦、台式電腦、網路電腦、工作站、伺服器、主機等。

1.4電腦的應用

　　科學計算、數據處理、電腦輔助工程、過程式控制制、人工智慧、網路應用。

2.電腦系統的組成

　　電腦系統由硬體系統和軟體系統組成。

　　　硬體系統：物理設備的總稱，是電腦系統的物質基礎；

　　　軟體系統：為運行、管理和維護電腦而編製的各種程式、數據和文檔的總稱。

2.1電腦硬體

　　是指電腦系統中一切看得見、摸得著的有固定物理形態的機器部件，它是電腦工作的物理基礎。

2.1.1運算器

　　又稱算術邏輯單元，是電腦對數據進行加工處理的部件，包括算術運算（加減乘除）部件和邏輯運算（與或非異）部件

2.1.2控制器

　　負責從存儲器中取出指令，並對指令進行解碼。由指令暫存器、解碼器、程式計數器和操作控制器組成。

　　運算器和控制器組成硬體系統的核心部件——中央處理器（CPU，微處理器），具有以下功能：

　　　1）指令控制：控制機器以保證順序執行程式（一串指令的序列）

　　　2）操作控制：根據指令分析產生的操作序列控制各個部件完成指令規定的操作

　　　3）時間控制：對各種未操作實施時間控制，使電腦有條不紊地工作

　　　4）數據加工：對數據進行算術運算和邏輯運算，以得到計算結果

2.1.3存儲器

　　是電腦系統中的記憶設備，用來存放程式、原始數據、中間結果記最終結果。

　　存儲器由許多存儲單元組成，為了區分不同的存儲單元，給每個存儲單元一個編號，稱為地址。

　　存儲器是按地址存取程式和數據的，容量越大，存取速度越快。

　　　1）記憶體儲器（記憶體，主存儲器）：存放當前要執行的程式和所需的數據。

　　　　①只讀存儲器：只能讀出不能寫入，斷電後保存的資訊不丟失

　　　　②隨機存儲器：隨機存儲，且存取時間和存儲單元的物理位置無關，斷電後保存的資訊丟失

　　　2）外存儲器（外存，輔存）：長期存放程式和數據

　　　3）高速緩衝存儲器（高速快取）：是CPU與記憶體之間設立的一種高速緩衝器，由於與高速運行的CPU數據處理速度相比，記憶體的數據存取速度太慢，為此設置了高速快取，可以保存下一步將要處理的指令和數據，以及在CPU運行過程中重複訪問的數據和指令，減少了CPU直接到速度較慢的記憶體中訪問的次數

2.1.4輸入設備

　　是電腦輸入資訊的設備，負責將輸入的資訊轉換成電腦能識別的二進位程式碼，通過運算器在送入存儲器保存。圖形輸入設備：鍵盤、滑鼠、光筆，影像輸入設備：攝影機，語音輸入設備：語音識別。

2.1.5輸出設備

　　是輸出電腦處理結果的設備，有顯示器、印表機、繪圖儀、音響。

2.1.6匯流排

　　連接微型電腦系統中各個部件的一組公共訊號線，是電腦中傳送數據、資訊的公共通道，由以下三部分組成：

　　　1）數據匯流排：微處理器、存儲器和輸入/輸出設備之間傳送數據

　　　2）地址匯流排：傳送存儲器單元地址或輸入/輸出介面地址資訊

　　　3）控制匯流排：傳送控制器的各種控制訊號，包括命令和訊號交換聯絡線及匯流排訪問控制器

2.2電腦軟體

　　軟體是電腦執行某種操作任務的程式集合，沒有軟體就不能進行任何資訊處理。

2.2.1系統軟體

　　維持電腦系統正常運行，支援用戶應用軟體運行的基礎軟體。

　　1）作業系統

　　　含義：對電腦系統的所有資源進行統一管理和統一調度，管理電腦系統的全部硬體資源、軟體資源及數據資源，是電腦系統所有資源最大限度地發揮作用，為用戶提供方便、有效、友善的服務介面，是用戶和電腦之間的介面

　　　功能：①進程管理：對處理機進行管理，為了提高CPU的利用率，協調多道程式之間的關係

　　　　　　②存儲管理：將有限的主存空間合理地進行分配以滿足多道程式運行的需要

　　　　　　③設備管理：為所有的輸入/輸出設備提供驅動程式或控制程式，給用戶提供簡單易用的介面，提高整個系統的運行速度

　　　　　　④文件管理：有效地組織存儲，保護文件，以方便用戶訪問

　　　　　　⑤作業管理：作用是指用戶在一次算題過程中要求電腦系統所做工作的集合。確定用戶如何向系統提交作業，以及作業系統如何組織和調度這些作用的運行

　　　分類：①批處理作業系統：把一批作業組織成作業流輸入電腦系統，自動運行各個作業，提供系統的運行效率，不便於程式的調試和人工對話

　　　　　　②分時作業系統：分時輪流地為各終端用戶服務，並能及時地對用戶服務請求予以響應

　　　　　　③實時作業系統：分為實時控制系統和實時資訊處理系統，實時作業系統具有及時響應及處理的能力，以及高可靠性

　　　　　　④網路作業系統：網路通訊管理模組，可以提供各種網路服務和遠程通訊服務

　　2）程式語言設計

　　電腦能夠接收和處理的，具有一定格式的語言。

　　①機器語言：由0、1程式碼組成，能被機器直接理解、執行的指令集合。優：編程品質高，所佔空間小，執行速度快，缺：不易學習和修改，不同類型機器的語言不同

　　②彙編語言：用助記符來代替機器語言中的指令和數據。優：編程品質高，所佔空間小，執行速度快，缺：必須翻譯成機器語言的目標程式後在執行

　　③高級語言：完全符號化的語言，類似英語。面向過程：C、BASIC，面向對象：C++、Java、python

　　　　翻譯程式有兩種方式：

　　　　　a.編譯程式：將源程式加工處理產生一個與之等價的目標程式，目標程式再經過鏈接程式作用產生可執行程式，然後再執行便得到運算結果

　　　　　b.解釋程式：對源程式逐條的翻譯成機器語言，一條一條的執行，不會產生任何目標程式文件和可執行程式

　④4GL語言：只用告訴電腦做什麼，不必告訴怎麼去做

　　3）資料庫管理系統

　　實現數據獨立和程式的統一管理。主要面向解決數據處理的非數值計算問題，用於檔案管理、財務管理、圖書資料管理及倉庫管理等的數據處理，常用的有：oracle，SQL Server

　　4）服務程式

　　幫助用戶使用和維護電腦，提供服務性手段並支援其他軟體開發而編製的一類程式，如電腦故障診斷程式，糾錯程式

2.2.2應用軟體

　　利用電腦的軟體、硬體資源為某一專門的應用目的而開發的軟體。分為三類：通用應用軟體、專用應用軟體及訂製應用軟體。例如QQ，office，ps，CAD

3.電腦中數據的表示

3.1電腦中的二進位數據

　　使用電腦進行資訊處理，首先必須是電腦能夠識別資訊。資訊的表示有兩種形態：一是人類可識別、理解的資訊形態，二是電子電腦能夠識別和理解的資訊形態。

　　電腦只能識別機器程式碼，即用0、1表示的二進位數據。數據是電腦處理的對象，數據包括數值、文字、圖形、影像、影片等

　　採用二進位表示資訊的原因：電路簡單（用0和1表示開關）、工作可靠、簡化運算、邏輯性強（真假）

3.1.1數制

　　數制：表示數值的方法，有非進位數制（羅馬數字）和進位數制

　　進位：按進位的原則進行計數的數制。特點如下：

　　　1）數制的基數確定了所採用的進位計數制

　　　　基數：表示一個數時所採用的數字元號的個數

　　　　十進位數（D）的基數為10，有10個數字元號，分別為0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

　　　　二進位數（B）的基數為2，有2個數字元號，分別為0,1

　　　　十六進位數（H）的基數為16，有16個數字元號，分別為0,1,2,3,4,5,6,7,8,9，A,B,C,D,E,F

　　　2)逢N進一

　　　　十進位採用逢十進一，二進位採用逢二進一，十六進位採用十六進一

　　　　　十進位：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15

　　　　　二進位：0,1,10，11,100,101,110,111,1000,1001,1010,1100,1101,1110,1111

　　　　十六進位：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

　　　3）採用位權表示方法

　　　　位權：處在不同位置上的相同數字所代表的值不同，一個數字在某個固定位置上所代表的值是確定的，那麼這個固定的位置稱為位權或權

　　　　小數點左邊的第一位的位權為基數的0次冪，第二位的位權為基數的1次冪，以此類推

　　　　小數點右邊的第一位的位權為基數的-1次冪，第二位的位權為基數的-2次冪，以此類推，之後求左右兩邊的和

　　　　eg:1101.1——1*2³+1*2²+0*2¹+1*2⁰+1*2^-1=13.5（二進位轉十進位：位權表示法）

630——630/2=315……0(餘數),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（十進位轉二進位：除二取余，倒序排列，高位補零）

3.1.2數據存儲單位

　　電腦中存儲資訊的最小單位是二進位的一位，用英文Bit表示

　　8位二進位數為一個位元組，用B表示，一個位元組對應電腦中的一個存儲單元，一個英文字元或十進位數字佔一個位元組，漢字佔兩個

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

3.2電腦中表示的數據

　　編碼：採用有限的基本符號，通過某個確定的原則，對這些基本符號加以組合，用來描述大量的、複雜多變的資訊。資訊編碼的兩大要素是基本符號及符號組合的規則

　　數據分為兩大類：

　　　數值數據：表示數量的多少，包括定點小數、整數、浮點數和十進位數，通常都帶有表示數值正負的符號位

　　　非數值數據：表示一些符號標記，如英文字母、數字、標點符號、漢字、圖形等

　　英文字元編碼和漢字編碼（輸入碼、內部碼、字形碼）

4.資料庫系統

4.1基本概念

　　1）資訊：現實世界在人腦中的抽象反映，是通過人的感官感知出來並經過人腦的加工而形成的反映現實世界中事物的概念

　　2）數據：資料庫中存儲的基本對象，是描述事物符號的記錄

　　3）數據（資訊）處理：從某些已知的表示某些資訊的數據出發，推導整理出一些新的數據，從而又表示一些新的資訊的過程

　　4）數據管理：數據的收集、整理、組織、儲存、維護、檢索及傳送等操作處理過程

　　5）資料庫：長期存儲在電腦存儲設備上的，有組織的，可共享的數據集合

　　6）資料庫管理系統：位於用戶和作業系統之間的一層數據管理軟體

　　7）資料庫系統：在電腦系統中引入資料庫後的系統，一般由資料庫、資料庫管理系統、應用系統。資料庫管理員和用戶構成

4.2資料庫技術的發展

　　人工管理階段——文件系統階段——資料庫系統階段

4.3資料庫系統結構

4.3.1資料庫系統的三級模式結構

　　資料庫——內模式——模式/內模式映像——概念模式（模式）——外模式/模式映像——外模式——應用

4.3.2資料庫系統的體系結構

　　1）單用戶資料庫模式

　　2）主從式結構的資料庫系統

　　3）分散式結構的資料庫系統

　　4）客戶/伺服器結構的資料庫系統（伺服器）

2021-08-07 21:09:18 記

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