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公务员考试专业科目计算机――计算机科学技术基础(完整版).doc
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公务员考试专业科目计算机――计算机科学技术基础(完整版).doc
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公务员考试专业科目计算机――
计算机科学技术基础(完整版)
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计算机科学技术基础
第一章 计算机基础知识
一、计算机的特点、分类及其应用
1、运算速度快
运算速度是计算机的一个重要性能指标。计算机的运算速度通常用每秒钟执行定点加法的
次数或平均每秒钟执行指令的条数来衡量。运算速度快是计算机的一个突出特点。计算机的
运算速度已由早期的每秒几千次(如 ENIAC 机每秒钟仅可完成 5000 次定点加法)发展到
现在的最高可达每秒几千亿次乃至万亿次。这样的运算速度是何等的惊人!
计算机高速运算的能力极大地提高了工作效率,把人们从浩繁的脑力劳动中解放出来。过
去用人工旷日持久才能完成的计算,而计算机在"瞬间"即可完成。曾有许多数学问题,由于
计算量太大,数学家们终其毕生也无法完成,使用计算机则可轻易地解决。
2、计算精度高
在科学研究和工程设计中,对计算的结果精度有很高的要求。一般的计算工具只能达到几
位有效数字(如过去常用的四位数学用表、八位数学用表等),而计算机对数据的结果精度
可达到十几位、几十位有效数字,根据需要甚至可达到任意的精度。
3、存储容量大
计算机的存储器可以存储大量数据,这使计算机具有了"记忆"功能。目前计算机的存储容
量越来越大,已高达千兆数量级的容量。计算机具有"记忆"功能,是与传统计算工具的一个
重要区别。
4、具有逻辑判断功能
计算机的运算器除了能够完成基本的算术运算外,还具有进行比较、判断等逻辑运算的功
能。这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提。
5、自动化程度高,通用性强
由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在机内,工作时按程序规定的操作,一步一
步地自动完成,一般无须人工干预,因而自动化程度高。这一特点是一般计算工具所不具备
的。
计算机通用性的特点表现在几乎能求解自然科学和社会科学中一切类型的问题,能广泛地
应用各个领域。
计算机可分为模拟计算机和数字计算机两大类
模拟计算机的主要特点是:参与运算的数值由不间断的连续量表示,其运算过程是
连续的,模拟计算机由于受元器件质量影响,其计算精度较低,应用范围较窄,目前已很少
生产。
数字计算机的主要特点是:参与运算的数值用断续的数字量表示,其运算过程按数
字位进行计算,数字计算机由于具有逻辑判断等功能,是以近似人类大脑的"思维"方式进行
工作,所以又被称为“电脑”。
数字计算机按用途又可分为专用计算机和通用计算机。
专用与通用计算机在其效率、速度、配置、结构复杂程度、造价和适应性等方面
是有区别的。
专用计算机针对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性,但它的适应性
较差,不适于其它方面的应用。我们在导弹和火箭上使用的计算机很大部分就是专用计算机。
这些东西就是再先进,你也不能用它来玩游戏。
通用计算机适应性很强,应用面很广,但其运行效率、速度和经济性依据不同的应
用对象会受到不同程度的影响。
通用计算机按其规模、速度和功能等又可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、
微型机及单片机。这些类型之间的基本区别通常在于其体积大小、结构复杂程度、功率消耗、
性能指标、数据存储容量、指令系统和设备、软件配置等的不同。
一般来说, 巨型计算机的运算速度很高,可达每秒执行几亿条指令,数据存储容
量很大,规模大结构复杂,价格昂贵,主要用于大型科学计算。它也是衡量一国科学实力的
重要标志之一。 单片计算机则只由一片集成电路制成,其体积小,重量轻,结构十分简单,
性能介于巨型机和单片机之间的就是大型机、中型机、小型机和微型机。它们的性能指标和
结构规模则相应的依次递减
1.一代电子管计算机
世界上第一台计算机 ENIAC 由美国 Pennsyivania 大学 John Mauchly 教授和
John Presper Ecker 工程师用电子管建成的,于 1946 年交付使用,ENIAC 采用十
进制运算。电路结构十分复杂,使用 18000 多个电子管,运行时耗电量达 150 千
瓦,体积庞大,重量达 30 多吨, 占地面积为 1500 平方英尺,而且需用手工搬
运开关和拨、插电缆来编制程序,使用极不方便,但它却比任何机械计算机快得
多,每秒可进行 5000 多次加法运算。
ENIAC 的出现标志着人类进入了计算机时代。
2.第二代晶体管计算机
1947 年在 Bell 实验室成功地用半导体硅片作基片,制成了第一个晶体管,
它的小体积、低耗电以及载流子高速运行的特点,使真空管望尘莫及。用晶体管
取代电子管以后,计算机的性能有了很大的提高。
3.第三代集成电路计算机
集成电路制作技术就是利用光刻技术把晶体管、电阻、电容等构成的单个电
路制作在一块极小(如几个平方微米)的硅片上。进一步发展,实现了将成百上
千个这样的门电路全部制作在一块极小的硅片上,并引出与外部连接的引线,这
样,一次便能制作成成百上千相同的门电路,又一次大大地缩小了计算机的体积,
大幅度下降了耗电量,极大地提高了机器的可靠性。这就是人们称作的小规模集
成电路(SSI)和中等规模集成电路(MSI)的第三代计算机。
第三代计算机之后,人们没有达成定义新一代计算机的一致意见,如果从硬
件技术上讲,可以把用大规模、超大规模集成电路技术制成的计算机称为第四代
计算机。
二、微型计算机的出现和发展
集成电路技术把计算机的控制单元和算逻单元集成到一个芯片上,制成了微
处理器芯片。1971 年, 美国 Intel 公司研制成世界上第一个 4 位微处理器芯片
4004, 集成了 2300 个晶体管。随后,微处理器经历了 4 位、8 位、16 位、32 位
和 64 位几个阶段的发展,芯片的集成度和速度都有很大的提高。与此同时,半
导体存储器的研制也正在进行。1970 年研制的第一个存储芯片,只有一个磁芯
那么大,却能保存 256 位二进制信息,但每位价格高于磁芯。 1974 年后,随着
半导体存储器价格的迅速下降,位密度的不断提高,存储芯片的容量经历了
1KB、4KB、16KB、64KB、256KB、1MB、4MB、16MB 和 64MB 这几个阶段,每个新
的阶段都比过去提高 4 倍的容量,而价格和访问时间都有所下降。
最值得一提的是世界上第一大微处理器的制造商 Intel,其典型产品有:
(1) 8080:世界上第一个 8 位通用的微处理器,1974 年问世。
(2) 8088:集成度达 2.9 管,主频 4.77MHz,字长 16 位(外部 8 位),又称
准 16 位,地址 20 位,采用 4 个字节指令队列,被 IBM 首台微机(IBM PC)选用,
1979 年问世。
(3) 8086:16 位,2.9 万管,地址 20 位,采用 6 个字节指令队列,指令系
统与 8088 完全兼容,1978 年问世。
(4) 80286:16 位,13.4 万管,6MHz,地址 24 位,可用实际内存 16KB 和虚
拟内存 1GB,1982 年问世。
(5) 80386:32 位,27.5 万管,12.5MHz、33MHz、50MHz,地址 32 位,4GB
实际内存,64TB 虚拟内存。其性能可与几年前推出的小型机和大型机相比,1985
年问世。
(6) 80486:32 位,120 万管,2.5MHz、33MHz、50MHz、4GB 实际内存,64TB
虚拟内存,引用更加复杂的 Cache 技术和指令流水技术,速度比 80386 快一倍,
性能指标高于 80386 3~4 倍,1989 年问世。
(7) Pentium(80586):64 位,310 万管,66MHz、100MHz,采用超标量技术,
使多条指令可并行执行,速率比 80486 高出 6~8 倍,1993 年问世。
(8) Pentium pro(P6):64 位,550 万管,133MHz、150MHz、200MHz,采用
动态执行 RISC/CISC 技术、分支预测、指令流分析、推理性执行和二级 Cache 等
技术,1995 年问世。
(9) Pentium Ⅱ:64 位,550 万管以上,233MHz、300MHz、400MHz、450MHz,
1997 年问世。
(10) Pentium Ⅲ:64 位,800 万管以上,450MHz、500MHz、550MHz、
600MHz,1999 年问世。
自 1979 年 Intel 推出 X86 后,几乎每三年处理器的性能就能提高 4~5 倍。
但是计算机中的一些其他部件其性能的提高速度达不到这个水平。因此,必须不
断调整计算机组成和结构,以弥补不同部件性能不匹配问题。
此外,随着大规模集成电路的飞速发展,也使巨型机、工作站、计算机网络
都有了很大的发展。
三、软件技术的兴起和发展
计算机刚问世时,还未建立“软件”这一概念,随着计算机的发展及应用范
围的扩大,逐渐形成了软件系统。
在早期的计算机中,使用者必须用机器能识别的机器语言编写程序,由于机
器不同,机器语言也不同,因此人们在不同的机器上编程,就需熟悉不同机器的
机器指令,使用极不方便,写出的程序很难读懂。后来出现了一种符号语言,即
汇编语言, 汇编语言不再用 0/1 代码编写程序,改善了程序的可读性,但它们
仍是面向机器的,即不同的机器各自有不同的汇编语言。为了能将符号语言转变
成机器能识别的语言,人们又创造了汇编程序。它能把汇编程序翻译成机器语言。
为了摆脱对具体机器的依赖,在汇编语言之后又出现了面向问题的高级语言。
使用高级语言编程可以不了解机器的结构,且比较接近人们习惯用的自然语言和
数学语言,使程序具有很强的可读性。为了使高级语言描述的算法在机器上执行,
同样需有一个翻译系统,于是产生了编译程序和解释程序,它们能把高级语言翻
译成机器语言。
可见,随着各种语言的出现,汇编程序、编译程序、解释程序的产生,逐渐
形成了软件系统。
另一方面,随着计算机应用领域的不断扩大,外部设备的增多,为了使计算
机资源让更多用户共享,又出现了操作系统。操作系统能协调管理计算机中各种
软件、硬件及其他信息资源,并能调度用户的作业程序,使多个用户能有效地共
用一套计算机系统。
此外,一些服务性程序如装配程序、调试程序、诊断程序和排错程序等也逐
渐形成。
除上述提到的这些系统软件外,软件发展的另一个主要内容就是应用软件。
应用软件种类繁多,它是用户在各自的行业中开发和使用的各种程序。
软件发展有以下几个特点:
(1) 开发周期长;
(2) 制作成本昂贵;
(3) 检测软件产品质量的特殊性;
二、信息编码与数据表示;数制及其转换
数字化信息编码与数据表示
1.1 数字化信息编码的概念
编码技术的使用已相当普遍,如电报就是使用的一种十进制编码。
编码:基本符号+组合规则。
信息:数字、文字、语音、图形和图象。
信息必须数字化编码,才能传送、存储和处理。
在计算机中,采用只有“0”和“1”两个基本符号组成的基 2 码。
在计算机中,使用二进制数的组合来表示数字、字母和符号的方法称为数字化信
息编码。
1.2 进位计数制
一、 数制的概念
数制也称计数制,是指计数的方法。它是采用一组计数符号的组合来表示任
意一个数的方法。
我们所使用的十进制数是有位权计数法。它有两个基本要素:
1、 基数
指计数制中所使用的数码个数,因此,十进制数的基数就是 10。
2、 位权
每一个数位都有一个确定的值,这个位值就称为“权”。
二、 常用计数制
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