计算机基础知识：走近科学（一）

计算机基础知识走近科学一结合程序员教程计算机组成原理计算机应用基础积累和总结的知识点用来初次学习或复习计算机基础知识利用休闲时间可以学习一下适用于计算机一级考试、初级软考。以下仅供参考。文章目录计算机基础知识走近科学一1. 各种进制及其换算1.1 各种数制2.2 进制换算2.2.1 R进制转十进制2.2.2 十进制转R进制2.2.3 二进制转R进制2.2.4 R进制转二进制2.3 数据编码2.3.1 ASCII码汉字与Unicode编码2.3.2 浮点数编码2.4 原码反码补码以及移码2.4.1 定义2.4.2 机器数的运算2.5 校验码2.5.1 奇偶校验码Parity Codes2.5.2 海明码Hamming Code2.5.3 循环冗余校验码Cyclic Redundancy CheckCRC2. 计算机基本结构2.1 硬件系统2.2.1 CPUCentral Processing Unit2.2.2 存储器2.2.3 输入输出系统2.2 软件系统2.2.1 系统软件2.2.2 应用软件1. 各种进制及其换算1.1 各种数制R进制逢R进1可以用到的数为R个分别是012…R-1二进制基数为2逢2进1有2个字符0-1通常在二进制后面加字面B或下标2表示二进制。如(110)2或110B八进制基数为8逢8进1有7个字符0-7通常在八进制后面加字面O或下标8表示八进制。如(746)8或746O十进制基数为10逢10进1有10个字符0-9通常在十进制后面加字面D或下标10表示十进制。如(199)10或199D十六进制基数为16逢16进1有16个字符0-9A-F通常在十六进制后面加字面H或下标16表示十六进制。如(9FF)16或9FFH。进制基数运算规则字符二进制2逢2进10-1八进制8逢8进10-7十进制10逢10进10-9十六进制16逢16进10-9A-F注B是二进制的英文Binary system的首字母O是八进制的英文Octal system的首字母D是十进制的英文Decimal system的首字母H就是十六进制的英文Hexadecimal的首字母。2.2 进制换算2.2.1 R进制转十进制一个R进制它的每一位数值等于该位的数值乘以该位的权数。权数由Rk表示k与该位和小数点之间的距离有关。当该位位于小数点左边k值是该位和小数点之间数码的个数而当该位位于小数点右边k值是负值其绝对值是该位和小数点之间数码的个数加1。二进制110110.01B其数值如下110110.01B1x251x241x221x211x2-254.25八进制746O其数值如下748O7x824x816x80486十六进制9AFH其数值如下9x16210x16115x1602479。注十进制886.886D其数值如下886.8868x1028x1016x1008x10-18x10-26x10-3。2.2.2 十进制转R进制十进制整数转化为R进制利用“除以R取余数法”然后将余数从下往上排序。十进制66转二进制通过除2余几然后将余数从下往上排序即可二进制为1000010B十进制86转八进制通过除8余几然后将余数从下往上排序即可八进制为126O十进制68转十六进制通过除16余几然后将余数从下往上排序即可十六进制为44H。注十进制小数0.625转化为二进制通过乘2取整然后将整数从上往下排序即可二进制小数为0.101B。2.2.3 二进制转R进制二进制转化为R进制二转八进制遇三归一二转十进制按位值乘权数求和二转十六进制遇四归一。二进制110110转八进制遇三归一转换为对应的八进制为66O二进制110110转十进制1101102524222154转换为对应的十进制54二进制11001100转十六进制遇四归一转换为对应的十六进制为CCH。2.2.4 R进制转二进制R进制转二进制八转二进制遇一分三十六转二进制遇一分四。八进制746O转二进制遇一分三转换为对应的二进制为111100110B十六进制F9H转二进制遇一分四转换为对应的二进制为11111001B。2.3 数据编码2.3.1 ASCII码汉字与Unicode编码ASCII码一般采用7位二进制表示占一个字节。例如字符0的ASCII码值为0110000252448汉字编码一个汉字国际码占2个字节Unicode编码一般常用的有UTF-8UTF-16和UTF-32等用于传输和保存。ASCII码表见此文章C语言基础数据类型一2.3.2 浮点数编码一个含小数点的二进制数N可以表示为更一般的形式N2ExFE表示阶码F为尾数。工业标准IEEE 754 规定浮点数格式如下SPMS为符号位P为阶码M为原码浮点数又分为单精度和双精度浮点数现将数192.625表示为单精度浮点数步骤如下将十进制192.625换成二进制1100 0000.101二进制1100 0000.1011.100 0000 101x27并将尾数扩展为所规定的23位100 0000 1010 0000 0000 0000已知符号位为0指数为7即0000 0111偏移值为127即0111 1111阶码指数偏移值134即1000 0110)单精度浮点数为0 10000110 10000001010000000000000。注a. 符号位为0时表示正数为1时表示负数b.阶码指数偏移值偏移值2指数-1-1。2.4 原码反码补码以及移码2.4.1 定义关于带符号数最高位为符号位0表示正号1表示负号其他位则表示数值。X0110则[X]原0 0110X-0110则[X]原1 0110X0.1011则[X]原0 1011X-0.1011则[X]原1 1011Y0001则[Y]反0 0001X-1100则[X]反1 0011Y0.1111则[Y]反0.1111Y-0.0111则[X]反1.1000当机器字长为8时若Z127则[Z]补0 1111111X-1则[X]补1 1111111Z0.5则[Z]补0.1000000X-0.5则[X]补1.1000000M0则[0]移1 0000000M-0[-0]移1 0000000M1则[1]移1 0000001M-1[-1]移0 1111111。注a. 在原码中数0对应两种形式[0]原0 0000000[-0]原1 0000000b. 在反码中数0对应两种形式[0]反0 0000000[-0]反1 1111111c. 在补码中数0有唯一的编码[0]补0 0000000[-0]补0 0000000d.正数符号位为0原码反码补码e.负数符号位为1反码为其绝对值按位取反补码为反码末尾1f.移码将补码的符号位取反。2.4.2 机器数的运算原码加减法当两个相同符号的原码值相加时只需要将数值部分直接相加如果两个不同符号的原码相加则进行相应减法运算。例如[-1010]原与[1001]原进行相加通过运算得出1 0001。补码加减法进行加法时和的补码等于补码求和即[AB]补[A]补[B]补进行减法时差的补码等于被减数的补码加上减数取负后的补码即[A-B]补[A]补[-B]补。溢出只有当两个同符号的数进行相加或者不同符号的数进行相减时运算结果才有可能发生溢出现象。浮点数的乘除运算浮点数相乘其积的阶码等于两乘数阶码相加积的尾数等于两乘数的尾数相乘浮点数相除其商的阶码等于被除数的阶码减去除数的阶码商的尾数等于被除数的尾数除以除数的尾数。逻辑运算见此文章C语言基础程序结构二注由[B]补求[-B]补的方法是[B]补的各位取反包括符号位然后末尾加1。例如[10]补01010与[-10]补10110。2.5 校验码2.5.1 奇偶校验码Parity Codes通过在编码中增加一个校验位来使编码中1的个数为奇数奇校验或偶数偶校验从而使码距变为2它可以检测代码中奇数位出错的编码但不能发现偶数位出错的情况。常用的奇偶校验码分为3种水平奇偶校验码垂直奇偶校验码和水平垂直校验码。校验码范例水平奇校验1101 01010水平偶校验1101 01011垂直奇校验110101010111垂直偶校验110101011000注a. 它是最简单有效的校验方法只能发现错而不能校正错b. 码距就是两个码字之间不同的比特数例如1100与1010的码距为2。2.5.2 海明码Hamming Code海明码也是利用奇偶性来检错和纠错的校验方法在数据位之间插入k个校验位通过扩大码距来实现检错和纠错。对于8位的数据位进行海明校验需要4个校验位。校验位设到2i位置P1对应H1P2对应H2P3对应H4P4对应H8。一共有12位海明码4位校验位8位数据位。2.5.3 循环冗余校验码Cyclic Redundancy CheckCRC循环冗余校验码由两部分组成的左边为信息码数据右边为校验码。若信息码占k位则校验码就占n-k位。n为CRC码的字长所以又称为nk码。校验码是由信息码产生的校验码位数越长该代码的校验能力就越强。在求CRC编码时用的模2运算。数据位信息码校验位模2加减运算的规则是按位运算不发生借位和进位。如0001011100-001-010-111-10。注模2加减运算相同为0不同为1。2. 计算机基本结构现代大多数计算机是基于冯·诺依曼结构。计算机按照处理数据的形态分为数字计算机模拟计算机和混合计算机3类按性能分为巨型机大型机小型机微型机按功能分为通用计算机和嵌入式计算机。应用在科学计算实时控制信息管理计算机辅助系统计算机辅助设计CAD计算机辅助制造CAM计算机辅助测试CAT计算机辅助教学CAI办公自动化人工智能网络等领域。计算机硬件的基本组成包括运算器又称为算术逻辑单元ALU控制器又称为控制单元CU存储器输入设备和输出设备五大部分软件的基本组成包括系统软件和应用软件。2.1 硬件系统2.2.1 CPUCentral Processing UnitCPU主要是由运算器ALU控制器CU各种寄存器包括累加器标志寄存器通用寄存器等和CPU内部总线组成。CPU中的部件由CPU内部总线连接起来而CPU存储器和I/O设备则通过系统总线连接起来。 控制器主要由程序计算器PC指令寄存器IR译码器状态/条件寄存器又称为标志寄存器PSW时序部件和微操作形成部件组成。运算器ALU主要用于完成算术运算加减乘除运算和逻辑运算与或非等逻辑运算以及求补移位操作累加器ACC主要用于暂存运算结果以及向运算器ALU提供运算对象指令寄存器IR主要用于保存当前正在执行的指令的寄存器标志寄存器PSW主要用于保存指令执行结果的寄存器。注总线分为芯片内部总线元件级总线系统总线外总线通信总线。2.2.2 存储器存储器又分为内存和外存。内存又称为主存内存一般由RAM随机存取存储器又称为随机读写存储器和ROM只读存储器两种方式组成。内存可以直接和CPU交换数据速度非常快。外存主要包括磁盘存储器硬盘光盘U盘。外存主要用来存放操作系统应用程序用户数据等长期存储的数据速度比内存慢。注a.RAM的特点是存储的信息易于丢失比如一旦断电数据就会丢失b. ROM的特点是信息非易丢失的具体又分为ROM只读式PROM一次写入式EPROM可重复擦除式和EEPROM用电可重复擦除式c. 高速缓冲存储器Cache是指存取速度比一般RAM快的一种随机存取存储器。2.2.3 输入输出系统输入/输出Input/OutputI/O系统是计算机与外界进行数据交换的通道。用于连接主机与I/O设备的这个转换机构就是I/O接口电路简称为I/O接口。接口按数据传输格式分为并行接口和串行接口并行接口适用于近距离速度较高的场合串行接口适用于远距离速度较低的场合最大优点是支持即插即用和热插拔比如USB和IEEE1394主机与外部设备的连接方式总线型星型通道方式和I/O处理机方式等CPU与外部设备之间交换数据的方式直接程序控制中断方式Interrupt直接存储器存取方式DMA通道控制方式。中断方式DMA方式需要CPU干预需要不需要保护执行现场需要不需要核心CPU存储器数据传输单位字节数据块传输速度一般快并行性一般更好的并行性响应突发事件能力强比中断差注热插拔计术就是在指在系统正常运行的状态下对故障配件进行更换或者添加新的配件。最早用于服务器硬盘的更换以保证服务器不间断运行。U盘在插入或拔下时不用关闭整个电脑则不支持热拔插的普通IDE接口的硬盘需要关闭电脑。2.2 软件系统计算机软件分为系统软件和应用软件两类。2.2.1 系统软件系统软件主要包括操作系统Operating SystemOS语言处理系统系统性能检测和实用工具软件等。操作系统有Windows图形化Liunx图形和命令行操作模式Macintosh苹果操作系统DOS磁盘操作系统UNIX等语言处理系统分为编译型解释型和混合型三类实用工具软件包括音频视频图像工具软件文件上传下载工具实时通信工具以及浏览器等。2.2.2 应用软件应用软件主要包括办公软件多媒体处理软件Internet工具软件。办公软件又分为WordExcelPowerPoint。多媒体处理软件主要包括音频处理软件图像处理软件视频制作软件等。a. 常见的声音文件有MIDI.mid非波形采样点音乐文件WAV波形文件MP3MPEG1-Layer3压缩音频文件RA.raReal Audio流式音频文件等b. 常见的图像文件有JPEG.jpg有损压缩PNG无损压缩位图文件PCX无损压缩TTFF.tif位图文件BMP位图文件GIF静动态图MPG动态图WMF矢量图DIF矢量图等c. 常见的视频文件有AVI高清视频RealVideo.rm/.rmvb流式视频文件MPEG.mpeg/.mpg/.dat/.mp4压缩视频文件等。Internet工具软件包括Web服务软件Web浏览器文件传送工具FTP远程访问工具Telnet下载工具迅雷网络即时通讯工具等。注声音信号的数字化将模拟信号变为数字信号需要经过3个步骤采样量化编码。——以上内容是关于计算机入门的基础知识希望对初学者或再次学习者有所帮助基础打扎实不怕风吹雨打 如果以上内容有错误或者内容不全望大家提出我也会继续写好每一篇博文待续未完——文优欢迎观看和提问