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信息学奥赛基础知识提纲 （2014年9月）
1 计算机系统 1－1概述
一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分，必须具有五大功能：数据传送功能、数据存储功能、数据处理功能、操作控制功能、操作判断功能。它的工作特点是：运算速度快、运算精度高、记忆能力强、通用性广、自动运算。
计算机按照规模可分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机等几种类型。根据用途不同分为通用机和专用机。
硬件指的是计算机的设备实体；软件通常泛指各类程序和文件。软硬件的关系：硬件是软件的基础。软件是硬件的扩充与完善。硬件与软件在逻辑上是等价的。 1946年，世界上第一台计算机诞生于宾夕法尼亚大学，称为ENIAC。
1949年,第一台存储计算机EDSAC,英国剑桥大学威尔克斯（Wilkes）设计和制造的。 1951年，第一台商用计算机是UNIVAC。
按照计算机采用的电子器件可划分为四代，分别是： 主要电子器件 内存 外存储器 处理速度（指令数/秒） 1－2 硬件系统
第一代 1946—1958 电子管 汞延迟线 穿孔卡片、纸带 几千条 第二代 第三代 1958—1964 1964---1975 晶体管 磁芯存储器 磁带 几百万条 集成电路 半导体存储器 磁带、磁盘 几千万条 第四代 1975—至今 大规模及超大规模集成电路 半导体存储器 磁盘、光盘等大容量存储器 数亿条以上 1－2－1 冯·诺伊曼（J.von Neumann）机：美籍匈牙利数学家
现代计算机的基本结构被称为冯·诺伊曼结构。它的主要特点是储存程序的概念： （1） 采用二进制形式表示数据和指令。
（2） 将程序（包括操作指令和操作数）事先存入主存储器中，使计算机在工作时能够自
动高速地从存储器中取出指令加以执行。
（3） 由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基础部件组成计算机系统。
冯·诺伊曼机程序反馈信息运 算 器存 储 器地址指令操作指令结输入设备控制信号请 求 信 号输出设备控制信号请 求 信 号果控 制 器控 制 台
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1－2－2 计算机的总线结构
计算机的各个部件需要以某种方式互联，进行数据交换。最常见的互联结构就是总线互联结构和多总线互联结构。总线是一种连接多种设备的信息传递通道，实际上是一组信号线。
典型的计算机总线结构由内部总线和系统总线组成。 （1） 内部总线：用于连接CPU内部的各个模块。
（2） 系统总线：又称外部总线，用于连接CPU、存储器和输入输出设备。系统总线的信
号线分为三类：数据线、地址线和控制线。 数据线（Data Bus）：数据总线的宽度就是指组成数据总线的信号线的数目，它决定了在该总线上一次可以传送的二进制位数。 地址线（Address Bus）：用以传递地址信息，来指示数据总线上的数据来源和去向。地址线的数目决定了能够访问空间的大小。 控制线（Control Bus）：用来控制数据总线和地址总线。
某SRAM芯片，其存储容量为64K*16位，则该芯片的地址线数目和数据线的数目？ 1－2－3 中央处理器（Central Processor Unit）
1、CPU包含了冯机五大部件中的运算器（即加法器）和控制器。
运算器：对信息加工和处理的部件，主要完成各种算术运算和逻辑运算。
控制器：通过读取各种指令，并进行翻译、分析，而后对各部件作出相应的控制。
2、CPU主要由三大部分组成：寄存器组、算术逻辑单元（ALU）和控制单元（控制器）。
寄存器组：分为通用寄存器（通用寄存器、数据寄存器、地址寄存器、标志寄存器）和状态控制寄存器（程序计数器PC、指令寄存器IR、存储器地址寄存器MAR、存储器缓冲寄存器MBR）以及程序状态字PSW。
算术逻辑单元ALU： 寄存器、存储器、I/O设备把待处理的数据输入到ALU。
输 出 门 控制单元：控制器的基本功能就是时序控制和执行控制。根据当前运行的程序，控
A L U +制器使CPU按一定的时序关系执行一序列
1 的微操作从而完成程序。
时钟信号：控制器根据时钟电路产生的输入选择门输入选择门时钟信号进行定时，以控制各种操作按指定……….……….的时序进行。计算机的基本功能是执行程. 通用寄存器组 . 序，而程序由一连串的指令组成；计算机的执行过程由一连串的指令周期组成，每一指
令周期完成一条指令。这些指令周期又可进一步细分为更小的单元，直到微操作uop-----CPU完成的基本的原子操作。 时钟脉冲发生器的晶振频率成为机器的主频，它产生的时钟脉冲信号是整个机器的时间基准，其周期T称为该计算机的时钟周期。 完成一个微操作的时间就称为CPU周期（机器周期）。执行一条机器指令所需的时间称为一个指令周期。
3、指令系统（精简指令系统）：操作类指令和控制类指令
一条指令：操作码 + 地址码 一条机器指令的执行：取指令――分析指令――执行指令 4、CPU的主要指标有：
字长：CPU一次所能处理的二进制位数。它决定着寄存器、加法器、数据总线等的位数。主频：计算机的时钟频率。（即内频）单位：MHz或GHz。 运算速度：CPU每秒钟能完成的指令数MIPS。运算速度=1÷ 执行一条机器指令所需的时间
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1－2－4 存储器 存储单位：
（1） 最小单位：位（bit，缩写b）， （2） 基本单位：字节（Byte，缩写B）
（3） 常用单位： 1KB(1千字节 )= 1024B 1MB (兆字节)=1024KB
1GB(1千兆字节)= 1024MB 1TB=1024GB
存储器的分类关系如图：
图 2
内存储器：又称主存，存储器按字节编址。
（1） ROM：断电后信息不会丧失，但是信息只能读出不能写入。（BIOS） （2） RAM：信息可读出和写入，断电后信息全部丢失。（如“内存”、“显存”等） 外存储器：又称作辅助存储器。外存储器是一般容量较大且可以移动。例如：硬盘、软盘、光盘、ZIP盘、MO光磁盘、USB存储器等。
计算机硬件系统存取信息的方式如图：
CPU Cache(缓存) RAM(主存) Disk( 辅存) 存储器的主要性能指标是存储容量和存取周期（存取周期与存取速度成反比） 存储容量：辅存＞主存＞缓存；存取速度：缓存＞主存＞辅存 1－2－5 输入输出（I/O）设备
输入设备：键盘、鼠标、光笔、数字化仪、图形扫描仪、摄像机等。 输出设备：显示器、打印机、绘图仪、磁盘驱动器等。
显示器：分为阴极射线管（CRT）和液晶显示（LCD/TFT）两种。其主要性能指标是分辨率。（其他还有如点距、刷新率等）。 1－2－6 非冯·诺伊曼型计算机
到目前为止，各种类型的计算机都属于冯·诺伊曼型计算机。正在研制中的第五代智能计算机，将具有自动识别自然语言、图形、图像的能力，具有理解和推理的能力，具有知识获取、知识更新的能力，可望突破当前计算机的结构模式。研制朝两个反向努力：
1、 创建非冯·诺伊曼式语言： LISP、 PROLOG（人工智能语言，用逻辑设计取代程
序设计）、 F.P.（供理论研究用的理想语言）
2、 创建以人脑神经系统处理信息原理为基础的非冯·诺伊曼式的计算机 生物计算机、光子计算机、量子计算机
1－3 软件系统：包括系统软件和应用软件。
系统软件：系统软件指管理、监控和维护计算机资源（包括硬件和软件）的软件，主
要包括操作系统、各种程序设计语言及其解释编译系统、数据库管理系统等。系统软件中最重要的是操作系统。
应用软件：用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机
程序。
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1－3－1 操作系统（Operating System）
1、常见的操作系统
操作系统建立了用户与计算机之间的接口。当前常见的操作系统有DOS（微软公司，Disk Operating System磁盘操作系统）、Windows 9x/Me/NT/2000/XP（微软公司，视窗系列操作系统）、UNIX、Linux、SunOS（升阳公司）、IBM OS/2等。
DOS是一个单用户单任务操作系统，Windows 95是一个单用户多任务操作系统，Windows NT/2000/XP等属于多用户多任务操作系统。 UNIX（多任务分时操作系统，网络操作系统）：20世纪70年代初期由美国贝尔实验室用C语言开发的。在所有比微机性能更好的工作站型计算机上，都是使用该操作系统。
Linux网络操作系统。是一个与UNIX完全兼容的免费操作系统，它的内核全部重新编写，并公布了所有源代码。Linux由芬兰人Linux Torvalds首创，现在已经成为一个稳定可靠、功能完善、性能卓越的操作系统。
2、操作系统的主要功能包括：处理机管理；存储管理；设备管理；文件管理；作业管理。 3、操作系统管理控制方式：
A、分时操作系统：一台计算机连接多个终端，分时系统把CPU的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把CPU分配给各联机作业使用。
B、实时操作系统：系统响应速度快，他要求计算机对输入的信息做出及时响应，并在规定时间内完成任务。
C、网络操作系统：网络用户与计算机网络之间的接口。通过通信子网实现数据通信，通过资源子网进行数据处理，实现共享。
1－3－2 程序设计语言
世界上第一位程序员：英国著名诗人拜伦的女儿Ada Lovelace
程序设计语言是用户用来编写程序的语言。它分为机器语言、汇编语言和高级语言。 机器语言是最底层的计算机语言。 它的特点是用机器语言编写的程序，每条指令都是二进制 形式的指令代码，由０和１组成。计算机硬件可以直接识别， 机器语言 执行速度快，但不易调试、修改，程序的直观性差、移植性差。 所谓指令是指一种规定CPU执行某种特定操作的命令，也 低称为机器指令，它包括操作码和地址码。 级汇编 编 语译汇编语言是用指令助记符合地址符号书写的指令。用汇编指 言 汇编语言 或令编写的程序成为汇编语言源程序。计算机不能直接识别汇 解编语言编写的源程序，必须由翻译程序翻译成机器语言程序 释 才能执行，执行效率较高，相对机器语言程序而言，易读、 易检查、易修改，但其通用性和移植性仍较差。翻译的过程 高级语言 称为，负责翻译的程序称之为汇编程序。 面向对象编程语言（OOPLs） ：C++，Dephi，Visual Basic，Java，SmallTalk，Object Pascal等。 结构化程序面向对象Smalltalk是最早的纯面向对象编程语言之一。 设计语言 编程语言 结构化程序设计语言：FORTRAN、BASIC、PASCAL、C等。 -/
Ada语言是迄今为止 最复杂，最完备的软件工具。美国国防部指定的 唯一的一种可用于军用系统开发的语言，我国军方也将Ada做为军内开发标准（GJB 1383《程序设计语言Ada》）。
1－3－3 应用软件
由于计算机有大量的应用软件，它在生活、生产中的应用很广泛。专门用途的应用软件如字处理软件（如Word）、财务软件、图形处理软件（如PhotoShop）已经深入了我们的生活。
计算机常见的应用还包括计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助设计（CAD）等。 1-3-6知识产权
1997 年《中华人民共和国刑法》 界定了计算机犯罪
1991年 《计算机软件保护条例》 计算机知识产权方面的法律法规
2001年11月《全国青少年网络文明公约》针对青少年使用网络，团中央、教育部等部门 2001年12月公布了新的《计算机软件保护条例》，即计算机软件是受法律保护的，不可以随便复制、盗版。
1－3－7 计算机病毒
计算机病毒指的是会影响计算机系统正常工作的一类特殊的程序，它的主要特点是传播性、潜伏性、破坏性与隐蔽性。
按照计算机病毒存在的媒体和传播方式分类，可以把它分为文件型、引导区型、网络型、混合型、宏病毒等。网络病毒通过计算机网络传播感染网络中的可执行文件，文件病毒感染计算机中的文件（如：com，exe等），引导型病毒感染启动扇区（Boot）和硬盘的系统引导扇区（MBR），还有这三种情况的混合型，例如：多型病毒（文件和引导型）感染文件和引导扇区两种目标。计算机病毒通常都具有复杂的算法或者很好的心理学特性。
?1－3－7 数据库（DB--DataBase）
1、 数据库的基本概念：在计算机存储设备上存储的数据集合。建立在微型机上的关系型数
据库是一张二维表格。 2、 数据库特性：
（1） 最小冗余：数据尽可能不重复存储
（2） 数据共享：数据可以为多个用户程序服务
（3） 数据独立性：DB中数据与应用程序不存在依赖关系 （4） 安全性：保护DB以防止不合法使用
（5） 完整性：存取DB的过程中要确保其正确性、一致性和有效性。 3、 常见的数据库管理系统（DBMS）：
（1） 高档数据库产品（分布式数据库管理软件）：Oracle，Infomix，Sybase，DB2 （2） 中、低档数据库产品(集中式)：Foxpro，DBASE, Access, （3） 数据库开发工具：Access，Visual Basic，Power Builder，SQL Server ,My
SQL。基于（Client/Server）客户机/服务器环境中的数据库开发工具。
4、 SQL---数据库的结构查询语言
select 学号，姓名 From 学生表
insert into 学生表 values(学号，姓名)
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