[TOC] # 計算機簡史 ## 常識知識 * **計算機的頂級獎項**：圖靈獎 * **對信息科學做出突出貢獻的大神**：圖靈（所以才有個獎），馮 · 諾伊曼 * **中國獲圖靈獎的大神**：姚期智（清華就有姚班，就是以他的名字命名的） * **世界第一臺電子計算機**：埃尼阿克（??????????），于1946年2月14日在美國賓夕法尼亞大學誕生。又被叫做電子管計算機。 * 英國著名詩人拜倫的女兒Ada Lovelace(愛達).由于她在程序設計上的開創性工作，Ada Lovelace被稱為世界上”第一位程序員”。“世界上第一位軟件工程師”。 ## 計算機經歷了四個發展階段 1. 電子管數字機（1946—1958年） 硬件方面，邏輯元件采用的是真空電子管，外存儲器采用的是磁帶。特點是體積大、功耗高、可靠性差。速度慢、價格昂貴，但為以后的計算機發展奠定了基礎。 2. 晶體管數字機（1958—1964年） 應用領域以科學計算和事務處理為主，并開始進入工業控制領域。特點是體積縮小、能耗降低、可靠性提高、運算速度提高、性能比第1代計算機有很大的提高。 3. 集成電路數字機（1964—1970年） 硬件方面采用中、小規模集成電路。軟件方面出現了分時操作系統以及結構化、規模化程序設計方法。特點是速度更快，而且可靠性有了顯著提高，產品走向了通用化、系列化和標準化等。應用領域開始進入文字處理和圖形圖像處理領域。 4. 大規模集成電路機（1970年至今） 硬件方面采用大規模和[超大規模集成電路]。軟件方面出現了數據庫管理系統等。特點是1971年世界上第一臺微處理器在美國硅谷誕生，開創了微型計算機的新時代。應用領域從科學計算、事務管理、過程控制逐步走向家庭。 > **微型計算機的問世是由于(超)大規模集成電路機的出現。** ## 計算機應用 1. 科學計算（數值計算）。 2. 數據處理（信息處理）。 3. 人工智能。 4. 自動控制。 5. 計算機輔助設計和制造： > CAI （計算機輔助教學） > CAM （計算機輔助制造） > CAT（計算機輔助測試） > CAD（計算機輔助設計） > CAE (計算機輔助教育) > CIMS（計算機集成制造系統） ## 保護知識產權 《計算機軟件保護條例》最早是1991年6月4日國務院發布的<計算機軟件保護條例>，現已廢止。現公布《計算機軟件保護條例》，自2002年1月1日起實施?。 第二章 軟件著作權 第八條 ???軟件著作權人享有下列各項權利： （一）發表權 （二）署名權 （三）修改權 （四）復制權； （五）發行權 （六）出租權 （七）信息網絡傳播權 （八）翻譯權 （九）應當由軟件著作權人享有的其他權利。 ## 計算機病毒 計算機病毒是一種功能較特殊的計算機程序，計算機病毒的特征可以歸納為下面兩點： 1. 能夠將自身復制到其他程序中。 2. 不獨立以文件形式存在，僅附加在別的程序上。 失去這兩個特征中的任何一個，都不成其為病毒。 # 計算機系統組成 :-:  ## 硬件設備 * 硬件組成： 1. 控制器(Control):是整個計算機的中樞神經，其功能是對程序規定的控制信息進行解釋，根據其要求進行控制，調度程序、數據、地址，協調計算機各部分工作及內存與外設的訪問等。 2. 運算器(Datapath):運算器的功能是對數據進行各種算術運算和邏輯運算，即對數據進行加工處理。 3. 存儲器(Memory):存儲器的功能是存儲程序、數據和各種信號、命令等信息，并在需要時提供這些信息。 4. 輸入設備(Input system):輸入設備是計算機的重要組成部分，輸入設備與輸出設備合稱為外部設備，簡稱外設，輸入設備的作用是將程序、原始數據、文字、字符、控制命令或現場采集的數據等信息輸入到計算機。常見的輸入設備有鍵盤、鼠標器、光電輸入機、磁帶機、磁盤機、光盤機等。 5. 輸出設備(Output system):輸出設備與輸入設備同樣是計算機的重要組成部分，它把外算機的中間結果或最后結果、機內的各種數據符號及文字或各種控制信號等信息輸出出來。微機常用的輸出設備有顯示終端CRT、打印機、激光印字機、繪圖儀及磁帶、光盤機等。 * CPU及存儲： CPU（中央處理器）=運算器+控制器+寄存器 存儲器=內存儲器+外存儲器 >[success] 是計算機的核心部件(指揮系統) > 直接決定計算機的運行速度。 如：計算機的配置： “Intel奔騰IV2.8GHz/512M/80GB/50X” 每秒運算次數是： `$ 2.8*2^{10} *2^{10}* 2^{10} $` 次 * BIOS 英文"Basic Input Output System"的縮略語，直譯過來后中文名稱就是"基本輸入輸出系統"。其實，它是一組固化到計算機內主板上一個ROM芯片上的程序，它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、系統設置信息、開機后自檢程序和系統自啟動程序。 其主要功能是為計算機提供最底層的、最直接的硬件設置和控制。 * 隨機存儲器RAM的“隨機”指“隨時訪問” >[success] 斷電后可以保存數據：硬盤，ROM >[success] 斷電后不可以保存數據：顯存（顯卡內存），RAM，CPU > 平時說的內存就是RAM **各存儲設備的數據傳輸速度對比：寄存器 > 高速緩存器 > 內存速度 > 外存速度** ## 計算機的三總線結構 總線是一組導線、是公共通路，微型計算機中各個組成部件之間的信息傳輸都是通過它們來實現的。 :-:  * 地址總線(AB)是單向總線，用以傳送CPU向外設或存儲器發出的地址信息。 * 數據總線(DB)是雙向總線，用以CPU與內存或接口之間傳輸數據信息。 * 控制總線(CB)是雙向總線，有的作為輸出，有的作為輸入，用以CPU與內存或I/O接口之間傳送控制信息。 **分別傳送地址信號、數據信號和控制信號** 中央處理器（CPU）能訪問的最大存儲器容量取決于地址總線 地址總線的位數決定了CPU可直接尋址的內存空間大小，例如地址總線為16位，其最大的可尋址空間為64KB。如果地址總線是32位，則理論上最大可尋址的內存空間為4GB ## 軟件系統 * **系統軟件** DOS、OS/2、windows95、windows98、windows 2000、xp、Vista、win7、win8、MAC OS等 windows Server、windows NT、unix、linux、Netware * **應用軟件** office（word,powerpoint,excel）、3Dmax、QQ, photoshop等 * **計算機語言** * 機器語言 * 匯編語言 * 高級語言：面向對象和面向過程 * **面向對象的高級語言**： C++、Java、C#、Python、JavaScript、Go等。 * **面向過程的高級語言**： C、Fortran語言。 # 進制轉換 ## 將二進制、八進制、十六進制轉換為十進制 二進制、八進制和十六進制向十進制轉換都非常容易，就是“按權相加”。所謂“權”，也即“位權”。 假設當前數字是 N 進制，那么： * 對于整數部分，從右往左看，第 i 位的位權等于`$ N^{i-1} $` * 對于小數部分，恰好相反，要從左往右看，第 j 位的位權為`$ N^{-j} $`。 * 二進制：1001 = 1×`$ 2^3 $`?+ 0×`$ 2^2 $`?+ 0×`$ 2^1 $`?+ 1×`$ 2^0 $`?= 8 + 0 + 0 + 1 = 9（十進制） * 二進制：101.1001 = 1×`$ 2^2 $`?+ 0×`$ 2^1 $`?+ 1×`$ 2^0 $`?+?1×`$ 2^{-1} $`?+ 0×`$ 2^{-2} $`?+ 0×`$ 2^{-3} $`?+ 1×`$ 2^{-4} $`?= 4 + 0 + 1 + 0.5 + 0 + 0 + 0.0625 = 5.5625（十進制） * 八進制：302 = 3×`$ 8^2 $`?+ 0×`$ 8^1 $`?+ 2×`$ 8^0 $`?= 192 + 0 + 2 = 194（十進制） * 八進制：302.46 = 3×`$ 8^2 $`?+ 0×`$ 8^1 $`?+ 2×`$ 8^0 $`?+ 4×`$ 8^{-1} $`?+ 6×`$ 8^{-2} $`?= 192 + 0 + 2 + 0.5 + 0.09375= 194.59375（十進制） * 十六進制：EA7 = 14×`$ 16^2 $`?+ 10×`$ 16^1 $`?+ 7×`$ 16^0 $`?=?3751（十進制） ## 將十進制轉換為二進制、八進制、十六進制 * **整數部分** 十進制整數轉換為 N 進制整數采用“除 N 取余，逆序排列”法。具體做法是 * 將 N 作為除數，用十進制整數除以 N，可以得到一個商和余數； * 保留余數，用商繼續除以 N，又得到一個新的商和余數； * 仍然保留余數，用商繼續除以 N，還會得到一個新的商和余數； * …… * 如此反復進行，每次都保留余數，用商接著除以 N，直到商為 0 時為止。 把先得到的余數作為 N 進制數的低位數字，后得到的余數作為 N 進制數的高位數字，依次排列起來，就得到了 N 進制數字。 下圖演示了將十進制數字 42 轉換成二進制的過程： :-:  從圖中得知，十進制數字 42 轉換成二進制的結果為 101010。 * **小數部分** 十進制小數轉換成 N 進制小數采用“乘 N 取整，順序排列”法。具體做法是： * 用 N 乘以十進制小數，可以得到一個積，這個積包含了整數部分和小數部分； * 將積的整數部分取出，再用 N 乘以余下的小數部分，又得到一個新的積； * 再將積的整數部分取出，繼續用 N 乘以余下的小數部分； * …… * 如此反復進行，每次都取出整數部分，用 N 接著乘以小數部分，直到積中的小數部分為 0，或者達到所要求的精度為止。 把取出的整數部分按順序排列起來，先取出的整數作為 N 進制小數的高位數字，后取出的整數作為低位數字，這樣就得到了 N 進制小數。 下圖演示了將十進制小數 0.6875 轉換成二進制小數的過程： :-:  從圖中得知，十進制小數 0.6875?轉換成二進制小數的結果為 0.1011。 >[danger]如果一個數字既包含了整數部分又包含了小數部分，那么將整數部分和小數部分開，分別按照上面的方法完成轉換，然后再合并在一起即可。例如：十進制數字 42.6875 轉換成二進制的結果為?101010.1011。 下表列出了前 17 個十進制整數與二進制、八進制、十六進制的對應關系： :-:  >[danger]注意，十進制小數轉換成其他進制小數時，結果有可能是一個無限位的小數。請看下面的例子： >* 十進制 0.51 對應的二進制為?0.100000101000111101011100001010001111010111...，是一個循環小數； >* 十進制 0.72 對應的二進制為 0.1011100001010001111010111000010100011110...，是一個循環小數； >* 十進制 0.625 對應的二進制為 0.101，是一個有限小數。 ## 二進制和八進制、十六進制的轉換 * 二進制整數和八進制整數之間的轉換 二進制整數轉換為八進制整數時，每三位二進制數字轉換為一位八進制數字，運算的順序是從低位向高位依次進行，高位不足三位用零補齊。下圖演示了如何將二進制整數 1110111100 轉換為八進制： :-:  從圖中可以看出，二進制整數 1110111100 轉換為八進制的結果為 1674。 八進制整數轉換為二進制整數時，思路是相反的，每一位八進制數字轉換為三位二進制數字，運算的順序也是從低位向高位依次進行。下圖演示了如何將八進制整數 2743 轉換為二進制： :-:  從圖中可以看出，八進制整數 2743 轉換為二進制的結果為 10111100011。 * 二進制整數和十六進制整數之間的轉換 二進制整數轉換為十六進制整數時，每四位二進制數字轉換為一位十六進制數字，運算的順序是從低位向高位依次進行，高位不足四位用零補齊。下圖演示了如何將二進制整數 10 1101 0101 1100?轉換為十六進制： :-:  從圖中可以看出，二進制整數 10 1101 0101 1100 轉換為十六進制的結果為 2D5C。 十六進制整數轉換為二進制整數時，思路是相反的，每一位十六進制數字轉換為四位二進制數字，運算的順序也是從低位向高位依次進行。下圖演示了如何將十六進制整數 A5D6 轉換為二進制： :-:  從圖中可以看出，十六進制整數 A5D6 轉換為二進制的結果為 1010 0101 1101 0110。 ## 原碼反碼補碼的相互轉換 >[success] 正數的原碼，反碼，補碼都是相同的。 * 負數原碼和反碼的相互轉化 負數原碼轉化為反碼：**符號位不變，數值位按位取反**。 ~~~ 原碼 1100 0010 反碼 1011 1101 ~~~ 負數反碼轉化為原碼：**符號位不變，數值位按位取反**。 ~~~ 反碼 1011 1101 原碼 1100 0010 ~~~ * 負數原碼和補碼的相互轉化 負數原碼轉化為補碼：**符號位不變，數值位按位取反，末尾加一。** ~~~ 原碼 1100 0010 反碼 1011 1101 //符號位不變，數值位按位取反 補碼 1011 1110 //末尾加1 ~~~ 負數補碼轉化為原碼：符號位不變，數值位按位取反，末尾加1。 ~~~ 補碼 1011 1110 1100 0001 //符號位不變，數值位按位取反 原碼 1100 0010 //末尾加1 ~~~ * 負數反碼和補碼的相互轉化 **負數反碼轉化為補碼：末尾加1。** ~~~ 反碼 1011 1101 補碼 1011 1110 ~~~ 負數補碼轉化為反碼：末尾減1（注意，此處的反碼是指原碼的反碼）。 ~~~ 補碼 1011 1110 原碼的反碼 　　1011 1101 //減法 借位 ~~~ # 數據存儲 ## 存儲單位 **位（bit，縮寫為b）**：度量數據的**最小單位**，表示一位二進制信息。 **字節(Byte，縮寫為B)**：一個字節由八位二進制數字組成（l byte＝8bit）。字節是信息存儲中最常用的**基本單位**。 * 計算機的存儲單位有以下幾種： 計算機存儲單位一般用bit、B、KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB、BB、NB、DB……來表示，它們之間的關系是： **KB** 1KB=1024B **MB** 1MB=1024KB **GB** 1GB=1024MB **TB** 1TB=1024GB **PB** 1PB=1024TB **EB** 1EB=1024PB **機器字（word）：字是位的組合，并作為一個獨立的信息單位處理。字又稱為計算機字，它取決于機器的類型、字長以及使用者的要求。常用的固定字長有8位、16位、32位等。** ## 非數值信息的表示 ### 西文字符編碼 **ASCII碼 —“美國信息交換標準代碼”的簡稱**。是基于拉丁字母的一套電腦編碼系統。是最通用的信息交換標準。一共定義了**128**個字符。ASCII碼包括0～9十個數字，大小寫英文字母及專用符號等95種可打印字符，還有33種控制字符（如回車、換行等）。一個字符的ASCII碼通常占一個字節，用七位二進制數編碼組成，所以ASCII碼最多可表示128個不同的符號。最高位作為校驗碼，以便提高字符信息傳輸的可靠性。 數字和字母的ASCII碼按照數字遞增順序或字典順序排列排列，大寫字母和小寫字母的ASCII碼是不同的。 > 這里不賦ASCII碼的轉換表。只給出幾種比較常用的轉換： > 1. 字符0→48 > 2. 大寫字母A→65 > 3. 小寫字母a→97 > 4. 空格→32 > 5. 換行→13 ### 中文信息編碼 目前的漢字編碼方案有二字節、三字節甚至四字節的。下面我們主要介紹“國家標準信息交換用漢字編碼”（CB2312-80標淮），以下簡稱國標碼。 國際碼是二字節碼，用二個七位二進制數編碼表示一個漢字。目前國標碼收人6763個漢字，其中一級漢字（最常用）3755個，二級漢字3008個，另外還包括682個西文字符、圖符。 在計算機內部，漢字編碼和西文編碼是共存的。區分的方法之一是對于二字節的國標碼，將二個字節的最高位都置成1，而ASCIl碼所用字節最高位保持0，然后由軟件（或硬件）根據字節最高位來作出判斷。 # 多媒體技術 ## 介紹 * 多媒體技術（Multimedia Technology）是利用計算機對文本、圖形、圖像、聲音、動畫、視頻等多種信息綜合處理、建立邏輯關系和人機交互作用的技術。 * 媒體(medium)在計算機行業里，媒體有兩種含義：其一是指傳播信息的載體，如語言、文字、圖像、視頻、音頻等等；其二是指存貯信息的載體，如ROM、 RAM、磁帶、磁盤、光盤等，目前，主要的載體有CD-ROM、VCD、網頁等。 * 多媒體技術多媒體技術涉及面相當廣泛，主要包括: * 音頻技術:音頻采樣、壓縮、合成及處理、語音識別等。 * 視頻技術:視頻數字化及處理。 * 圖像技術:圖像處理、圖像、圖形動態生成。 * 圖像壓縮技術:圖像壓縮、動態視頻壓縮。 * 通信技術:語音、視頻、圖像的傳輸。 * 標準化:多媒體標準化。 ## 多媒體數據壓縮技術 * 多媒體數據壓縮方法分類數據的壓縮實際上是一個編碼過程，即把原始的數據進行編碼壓縮。數據的解壓縮是數據壓縮的逆過程，即把壓縮的編碼還原為原始數據。因此數據壓縮方法也稱為編碼方法。 * 按照壓縮方法是否產生失真分類根據解碼后數據與原始數據是否完全一致進行分類，壓縮方法可被分為有損編碼和無損編碼兩大類。 * 有損壓縮法會壓縮了熵，會減少信息量，而損失的信息是不能再恢復的，因此這種壓縮法是不可逆的。JPEG是目前圖像壓縮比最高，效果較好的一種有損壓縮格式。 * 無損壓縮是不會產生失真。無損編碼是泛指那種不考慮被壓縮信息性質和壓縮技術。在多媒體技術中一般用于文本、數據的壓縮，它能保證百分之百地恢復原始數據。但這種方法壓縮比較低，如LZW編碼、霍夫曼（Huffman）編碼的壓縮比一般在2：1至5：1之間。 ## 圖像圖形相關名詞 * **位圖**：由一點一點的像素點排成矩陣組成的，其中每一個像素點都可以是任意顏色。 * **向量圖**：用向量代表圖中所表現的元素。 * **像素** ：圖形的最小組成單位 * **真彩色**：人的眼睛能夠分辨出的顏色大約有1萬6千多種，為了能表現出這么多種色彩，我們得用24bit（`$ 2^{24}=16 $`M）來描述一個像素的顏色，這種顯示模式就稱為真彩色。 ## 常用色彩模式 * **RGB模式**：分別代表紅、綠、藍三種顏色，計算機以RGB模式來定義計算機屏幕上的顏色。通過混色原理，不同比例的RGB色彩可調和出無窮多種顏色。 * **HSB模式**：分別表示色調（hue）、飽和度（saturation）、亮度（bright）。不同的色調代表不同的顏色；飽和度指的是某區域中，該顏色量的多少，飽和度越低，該區域看起來就越灰暗；亮度則是指顏色的亮、暗，極亮成白色，極暗則成黑色。相對于RGB模式，HSB模式設定顏色的方式可產生更好的視覺效果。 # 計算機網絡 ## 基本概念 **網絡的定義**：計算機網絡是由地理位置分散的、具有獨立功能的多個計算機系統，經通訊設備和線路互相連接，并配以相應的網絡軟件，以實現通信和資源共享的系統。 **網絡的功能**：數據通信、資源共享、協同工作。 ## 計算機網絡的拓撲結構 網絡中各個站點相互連接的方法和形式稱之為網絡拓撲。 :-:  ## 計算機網絡的物理組成 * 網絡中心服務器 、網絡工作站 （客戶機） * 共享的外部設備 * 網卡 * 通信線路（雙絞線、同軸電纜和光纜、無線傳輸介質（如微波、紅外線和激光等）） * 局部網絡通信設備（中繼器、集線器 、交換機） * 網絡互連設備 （網橋、路由器和網關 ） * 網絡軟件 （對等式網絡操作系統 、服務器上的網絡操作系統） ## 網絡的分類 * 廣域網WAN（Wide Area Network）：是跨地域性的網絡系統，大多數WAN都是網絡互連而成的，如著名的Internet網絡。 * 局域網LAN（Local Area Network）：一般由一個部門或公司組建，地理范圍僅在建筑樓內或單位內部，10公里范圍內。 * 城域網MAN（metropolitan area network）：幾十公里內，覆蓋一個城市的網絡，例如教育城域網。 ## 計算機網絡體系結構 國際標準化組織（ISO）提出的開放系統互聯參考模型（OSI）已成為網絡體系結構的標準。 * 在這些層中，除了最高的第7層沒有需要服務的上一層、最低的第1層沒有可利用服務的下一層外，其它的每一層都建立在下一層的基礎上，利用下一層來實現自己的功能，并向上一級提供服務。 * 主機A與主機B進行通信時，通信協議是在對等層之間進行的。其中，物理層與物理層之間的通信協議是直接的，其他對等層之間的通信協議都是間接的。 :-:  **TCP/IP協議與OSI模型對比** :-:  ## 重要概念 * TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的簡寫，中文譯名為傳輸控制協議/因特網互聯協議，又叫網絡通訊協議 。 * TCP/IP是一組構成互聯網基礎的網絡協議，字面上包括兩組協議：傳輸控制協議（TCP）和網際協議（IP）。TCP/IP 協議把Internet網絡系統描述成具有四個層次功能的網絡模型,其中提供源節點和目的節點之間的信息傳輸服務，包括尋址和路由器選擇等功能的是**網絡層**。 * 超文本傳輸協議（HTTP），文件傳輸協議（FTP），Telnet（遠程登錄）和簡單郵件傳輸協議（SMTP：發送收電子郵件 ，pop3：接收電子郵件 ） 。 * 常見的郵件傳輸服務器使用**SMTP**協議發送郵件。 * 一臺計算機如果要利用電話線上網，就必須配置能夠對數字信號和模擬信號進行相互轉換的設備，這種設備是**調制解調器**。 ## Internet 網絡地址 (IP地址) :-:  **A類網絡為大型網絡；B類網絡為中型網絡；C類網絡為小型網絡。**這三類網絡的地址特征為 1. A類網絡以0開頭，網絡號碼是8位，主機號碼是24位 2. B類網絡以10開頭，網絡號碼是16位，主機號碼是16位 3. C類網絡以110開頭，C類網絡的網絡號碼是24位，主機號碼是8位 4. D類地址以1110開頭，E類地址以11110開頭