谢柏青《大学计算机应用基础》笔记和课后习题详解(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)


发布时间:2020-06-02 15:27:31

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谢柏青《大学计算机应用基础》笔记和课后习题详解

谢柏青《大学计算机应用基础》笔记和课后习题详解试读:

第1章 绪 论

1.1 复习笔记

一、信息与信息社会

信息是人们由客观事物得到的,使人们能够认知客观事物的各种消息、情报、数字、信号、图形、图像、语音等所包括的内容。

1信息(1)分类

①未加工的信息

包括通过视觉、听觉、触觉、味觉等器官直接感受到的信息等。

②加工后的信息

通过加工处理,再用各种各样的媒体形式表达出来,更清晰、更准确、更有利于对客观事物的研究分析和判断处理。(2)基本特征

①客观性

信息是客观存在的,是事物的一种属性,是不以人的意识为转移的。

②普遍性

信息是事物运动的状态和方式;运动是绝对的,所有的事物都在不断发展和变化着。

③认知性

信息是可以认知和理解的,而这种认知和理解也是有差异的。

④共享性

信息是一种资源,是可共享的,在使用过程中不会减少,且随着使用的人数增加而价值也增加。

⑤时效性

信息的价值和作用有着鲜明的时效性。

⑥依附性

信息必须依附于载体,需要借助某种载体或符号才能表现出来并被感知,而且有些信息可以借助多种载体表现出来。

2信息社会(1)定义

信息社会被称为后工业社会。高度工业化的社会进一步发展,将成为信息社会。(2)特点

①信息产业高度发达且在产业结构中占据优势;

②信息资源得到充分开发利用且成为经济增长的基本资源之一;

③信息技术高度发展且在社会经济发展中得到广泛应用,从根本上改变了生活方式、行为方式和价值观念。

二、计算工具的发展与变革(略)

三、计算机的特点

1自动控制能力

计算机是由程序控制其操作过程的。事先将编制好的程序输入计算机,计算机自动、连续地工作以完成应用的需要;计算机中存储的大量的程序和数据是计算机能自动控制处理的基础。

2高速运算能力

3很强的记忆能力

计算机拥有容量很大的存储装置,可以存储指挥计算机工作的程序、所处理的原始数据信息、中间结果与最终结果。

4很高的计算精度

采用二进制数字进行计算的计算机,可以通过增加表示数字的设备和运用计算技巧等手段提高数值计算的精度。

5逻辑判断能力

计算机能够进行逻辑运算,并根据逻辑运算的结果选择相应的处理。

6很强的通用性

计算机能够在各行各业得到广泛的应用,具有很强的通用性。

四、计算机的分类

1超级计算机

运算速度为每秒数十万亿次,甚至高于百万亿次浮点数运算;数据存储容量很大,结构复杂,功能完善,价格昂贵。

2大型计算机

大型计算机是大型计算机中心、大型信息处理中心的核心系统。

3微型计算机(个人计算机)

4嵌入式计算机

把处理器和存储器以及接口电路直接嵌入设备当中的计算机。

5小型计算机

小型计算机的运算速度低,存储容量小,但与终端和各种外部设备连接比较容易,适合作为联机系统的主机或工业生产过程的自动化控制主机。

6工作站

工作站是具有很强功能和性能的单用户计算机,通常使用在信息处理要求比较高的应用场合。

五、计算机的应用领域

1科学计算

2自动控制

3数据处理

4网络通信

5辅助设计

6教育培训

7电子商务

8电子政务

9促进人文科学的发展

10休闲娱乐

1.2 课后习题详解(无)

注意:本小节无内容。

第2章 计算机系统

2.1 复习笔记

一、计算机中的数制

1二进制计数制(1)二进制的概念

不同于现实生活中常用的十进制,二进制是用0和1两个数码来表示的数,它的基为2。例如101101。(2)计算机采用二进制的原因

①在二进制中,0和1两个计数符号只需两种对立的物理状态就可以实现,简化了计算机电路设计;

②在传输和运算的过程中,由0和1两种状态组成使其受到干扰而发生错误的可能性较小;

③计数符号的减少带来运算法则的简化,采用二进制后,计算机运算电路的设计会大为简化;

④二进制的0和1与逻辑假和真对应,使其具有良好的逻辑处理能力。(3)位和字节

①位

在现代计算机中,组成二进制数的每个0或1称为一个二进制位(bit,读做“比特”,写做“b”)。

②字节

每8个二进制位组成的单位被称为一个字节(byte,写做“B”)。【注意】位是计算机中最小的数据单位。

2计算机科学中常用的其他数制(1)十六进制

十六进制计数制的基是16;使用16个基本计数符号:0,1,2,…,9,A,B,C,D,E,F;A~F分别对应着十进制的10,11,…,15。(2)八进制

八进制计数制的基是8;使用8个基本计数符号,分别是0,1,2,…,7。(3)区别不同进制的方法

①(1011),(1011),(1011),(1011)分别代表二进制、十进210816制、八进制、十六进制中的“1011”;

②数的末尾添加字母B,D,O,H分别表示二进制、十进制、八进制和十六进制数。

3数制的转换(1)二进制与十六进制、八进制之间的转换

①二进制与十六进制的转换

每个十六进制的计数符号对应一个4位的二进制数。十六进制中每个计数符号与二进制的对应关系如表2-1所示。表2-1 十六进制数与二进制数之间的转换对应关系

a.把一个二进制数转换成十六进制数,可从该二进制数最右端开始,每4个二进制位转换成一个十六进制数;若最左端不足4个二进制位,可在左端用“0”补足。

b.十六进制数转换成二进制数只需将每个十六进制数按照表2-1转换成一个4位的二进制数即可。

②二进制与八进制之间的转换

每个八进制计数符号对应一个3位的二进制数,其对应关系如表2-2所示。其转换过程类似于十六进制,不做赘述。表2-2 八进制数与二进制数的转换对应关系(2)二进制与十进制之间的转换

①二进制数转换为十进制数

通常采用逐位按权值展开并相加的方式。若bb…bb(bn-1n-210i=0或1,i=0,1,2,…,n-1)是一个由n个二进制位组成的二进nn-1-2制数,则其对应的十进制数为:b×2+b×2+…+b×n-1n-21102+b×2。0

②十进制数转换成二进制数

通常采用除余法,其基本过程为:先把所要转换的十进制数除以2,余数即为二进制数的最低位;然后对商继续除以2,余数为二进制数的次低位;如此继续,直到所得到的商小于2,而此时的商就是二进制数的最高位。如图2-1所示为运用除余法把十进制数139转换成二进制数10001011的过程。

图2-1 除余法示例(3)十六进制、八进制与十进制之间的转换

①十六进制、八进制与十进制之间的转换同二进制与十进制之间的转换类似,采用逐位按权值展开并相加的方式进行。

②十进制数转换成相应的十六进制数或八进制数,也可以采用除余法,只不过在转换过程中使用的除数分别是16和8。

二、计算机基本原理

1计算机系统的逻辑结构(1)计算机系统

一个完整的计算机系统可说是由两部分组成:

①硬件子系统;

②软件子系统。(2)计算机硬件的逻辑结构

冯·诺伊曼结构:从硬件的角度看,由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成。如图2-2所示。

图2-2 现代计算机的逻辑结构

①控制器

整个计算机硬件系统的指挥和协调装置。

②运算器

计算机系统中对信息进行加工和处理的部件。

③存储器

计算机系统中用来存储的部件,既可保存计算机处理的各种数据,也用来保存指挥控制器工作的各种指令。

④输入和输出设备

a.输入设备负责把用户提供的程序和数据转换成计算机可以处理的电信号,供计算机的控制器和运算器进行处理;

b.输出设备负责把计算机的内部处理结果以用户可以理解的方式输出。(3)CPU

控制器和运算器通常合称为中央处理单元(CPU)。

2总线结构的计算机(1)总线的概念

总线是计算机各个部件传送、交换信息的公共通道。如果存储器中的某个数据要被传送到CPU,通常首先被存储器传送到总线上,CPU再从总线上获取。(2)总线结构

计算机的各个组成部分通过总线联系在一起,各个部件之间的信息传送和交换通过总线进行。图2-3描述了计算机的总线结构。

图2-3 计算机的总线结构

CPU和存储器都直接与总线连接;但是由于输入、输出设备种类繁多,原理与规格等不尽相同,CPU与输入或输出设备是通过一种特殊的被称为输入、输出设备接口的中间部件连接在一起。

3中央处理单元(1)CPU的逻辑结构简图

CPU是控制器和运算器的合称。图2-4是CPU的逻辑结构简图。

图2-4 CPU的逻辑结构简图(2)控制器

控制器一般有四个必要部件(指令译码器、控制电路、指令寄存器和程序计数器),由它们共同协作完成其控制功能。

①指令寄存器

指令寄存器寄存了当前计算机正要执行的指令。计算机处于工作状态时,控制器不断把将要执行的指令从存储器中取出,经总线存放在指令寄存器中,此时,控制器就会启动它的指令译码器,对该指令进行译码工作。

②指令译码器

指令译码器对指令寄存器中的指令进行分析解释,并按照指令的要求驱动控制电路产生各种控制信号,指挥计算机的各个部件完成指令所要求的任务。待一条指令执行完,控制器根据程序计数器中的地址去存储器中取出下一条要执行的指令。

③程序计数器

a.程序计数器存放指令在存储器中的位置。控制器可以根据程序计数器中的内容,到存储器的某个位置取出指令并寄存在指令寄存器中。

b.一旦某指令被控制器取走后,程序计数器中的内容会自动累加以更新下一条要取出的指令在存储器中的地址。(3)运算器

运算器通常由ALU和通用寄存器构成。

①ALU

ALU是完成算术运算和逻辑运算的电子装置,如图2-4所示,它有两条输入通路和一条输出通路。参与运算的数据经过输入通路进入ALU,在控制器的指挥下,ALU进行指令规定的运算,并经输出通路输出结果到总线上。

②通用寄存器

通用寄存器是CPU中的数据寄存装置,既可以存放参与运算的各种数据,也可以存放算术逻辑运算的结果,其中存放何种数据是由指令决定的。通用寄存器速度快,在忽略成本和技术限制等条件下,CPU运算速度与通用寄存器个数成正比。

4存储器(1)逻辑结构

存储器是计算机中用来保存数据和指令的部件。存储器由一系列存储单元组成,每个存储单元可以存放一个数据,且拥有一个唯一的地址。如图2-5所示,存储器由65536个存储单元构成,每个存储单元的地址从0开始,线性递增,其中地址为2的存储单元中的内容为40。

图2-5 存储器的逻辑结构(2)功能

类似于CPU的寄存器,用来寄存数据,但前者的读写速度更快。(3)存储位数

通常一个寄存器和存储单元所能存储的二进制数的位数是有限的,可以是一个或若干个字节。不同的计算机有不同的规定。(4)存储容量

①存储容量一般用来描述存储器所能存储的数据的多少,其单位为字节;101010

②存储容量转换:1KB=2B;1MB=2KB;1GB=2MB;101TB=2GB。

5总线(1)概念

总线是连接计算机各个组成部件的通道,信息在各个部件之间的转移都通过总线进行。(2)分类(三总线结构)

①数据总线:用于传送数据信号的总线;

②控制总线:用于传递控制信号的总线;

③地址总线:用于传递地址信号的总线。(3)字和字长

①一般把总线一次传输所能传输的数据或ALU一次运算所能处理的数据称为一个字;

②一个字一般由一个或若干个字节组成,其中所能包含的二进制位数称为字长。【注意】字长越长,计算机一次传输或ALU一次运算的数据越多,计算机的处理性能越强。目前微机的字长大多为32位或64位。

6指令系统(1)指令

指令是要求计算机执行某种操作的命令。(2)指令的基本格式

在计算机中,每条指令的基本格式一般如下:

其中,操作码用来表明指令要求计算机所要完成的运算或操作,例如加、减、移位、传送等;地址码用来给出参与运算的操作数和运算结果的位置,可以是寄存器和存储器地址等。

7指令在计算机中的执行(1)存储程序原理

程序在执行前,首先都要存储在计算机的存储器中,然后再由CPU读取并执行;把程序和其处理的数据同样对待,存储在存储器中,称作存储程序原理。目前所有计算机都采用存储程序原理。(2)程序执行举例

CPU从存储器中取出一条指令,对该指令解码,并控制计算机的其他部件执行该指令。待一条指令执行完后,CPU会从存储器中取出下一条要执行的指令,再解码、执行。如此反复,直到计算机电源关闭。

以程序中读取两数,相加并输出结果为例,主要有以下两个过程:

①指令读取过程

如图2-6所示,CPU先在102号存储单元中读取指令,再通过总线将该指令传送到CPU中的指令寄存器中,图中虚线标记了指令通过总线到达指令寄存器的过程,同时程序计数器中的内容累加为103,为读取下条指令做好准备。

图2-6 指令的读取过程

②指令执行过程

当把指令读入指令寄存器后,CPU即开始执行该指令,如图2-7所示,指令“ADD A,[1]”的执行过程如下:

a.指令译码器对指令寄存器中的指令进行译码,并驱动控制电路发出控制信号,引导指令的执行;

b.在控制电路的驱动下,寄存器A中的数被读入到算术逻辑运算单元;

c.在控制电路的驱动下,第1号存储单元中的数据通过总线传送到ALU;

d.控制电路驱动ALU进行加法运算;

e.ALU的运算结果被传送到寄存器A中,取代A中原有的内容。

图2-7 指令的执行过程

8时钟频率

系统时钟单位时间内发出的时钟脉冲个数称为CPU的时钟频率,单位是Hz。

三、信息在计算机中的表示

1数值数据在计算机中的表示(1)无符号整数的表示

①概念

以字长为16的计算机为例,一个无符号整数(0~65535)通常表示为一个16位二进制数。N【注意】字长为N的计算机所能表示的无符号整数的范围为0~2-1。

②运算规则

类似于十进制运算规则,例如加法遵循“逢二进一”的原则。例如:101+01=110。

③溢出

两个数的运算结果可能会超出表数的范围,此时发生溢出。如果运算发生溢出,则运算结果是不正确的,需对溢出的运算结果分解成多段进行处理。(2)有符号整数的表示

①用补码表示有符号整数

在补码表示中,零和正整数的补码表示同无符号整数一样。而一个负整数的补码表示通常可通过下列步骤得到:

a.将该负整数转变为相反数;

b.将该相反数转换为二进制数;

c.将该二进制数称按位求反(把是0的位转换为1,是1的位转换成0);

d.将以上运算得到的数加1。

例如-3的补码表示为1111111111111101。

②表示范围

例如在字长为16的计算机中,整个表数空间被分成了两个部分:最高位为0的部分被用来表示零和正整数;最高位为1的部分被用来表示负整数。可以表示的有符号整数的范围为-32768~+32767。类似的,计算机字长为N时,补码表示有符号的整数的范围NN-1-1为-2~+2-1。

③运算规则

补码表示法运算时不用考虑符号位的问题,作为符号位的最高位可以和其他位一样参与运算,且减法也可以转换为加法进行。例如5-4即5+(-4),可转换为计算5加上-4的补码。

2文字数据在计算机中的表示(1)西文字符的二进制编码

计算机为每个可能用到的字符分配一个二进制编码。

①ASCII码

ASCII编码标准规定了大小写英文字母、数字,标点符号以及一些常用符号的二进制编码。标准的ASCII码是7位二进制编码,所以其中包含了128个字符的编码。如表2-3所示。表2-3 标准ASCII码表

②扩展ASCII编码

为了能对更多的文字、符号进行编码,采用一种8位二进制编码表示256个字符,即增加128~255来表示其他的字符。(2)汉字的二进制编码

汉字编码需要至少两个字节。常见汉字编码方案有:GB2312、GBK、GB18030和BIG-5。(3)Unicode编码

①定义

Unicode是可以覆盖所有语言文字和符号的编码标准,并为每种语言的每个字符设定一个统一且唯一的编码。

②字符集格式

a.UCS-2:采用双字节编码;

b.UCS-4:采用四字节编码。

③UTF-8

UTF-8是变长编码,理论上可以多达6个字节长;不过对于16位BMP字符最多只用到3个字节长。从UCS到UTF-8进行变换,遵循原则如表2-4所示。表2-4 UTF-8编码规则

3字符的输入和输出(1)汉字的输入

①拼音码

②拼形码(2)字符的输出

①点阵字形描述法

②矢量字形描述法

四、微机硬件系统及其扩展

1微型计算机的硬件组成

微型计算机的硬件组成主要有:(1)主机板

微机中最核心的部件(如微处理器、存储器、接口卡等)都安插在主机板上的插座和插槽内。(2)微处理器

微处理器即微机的CPU。(3)存储器

①随机读写存储器(RAM):既可以读出也可以写入的存储器。

②只读存储器(ROM):只能读出而不能写入的存储器。

2扩展卡和扩展槽(1)扩展卡

①显示接口卡(显卡),用来连接显示器;

②软、硬盘接E1卡,用来连接磁盘驱动器和光盘驱动器;

③PS/2卡,提供两个串行口和一个并行口,其中并行口可以用来连接打印机,串行口可以用来连接鼠标和其他串行设备;

④通用串行总线(USB)接口卡,用来连接各种USB设备;

⑤音频接口卡(声卡),用来连接音箱和麦克风等;

⑥网络适配器(网卡),用来通过网线将计算机接入局域网,如高速以太网卡;

⑦调制解调器(modem)接口卡,用来将计算机通过电话线接入网络。(2)I/O扩展槽

目前微机中的扩展槽按照所支持的总线标准和性能的不同分为三类

①PCI扩展槽:采用较新的总线标准,支持64位的数据传输和较高的传输速度;

②ISA扩展槽:采用过时的总线标准,用于兼容老设备和低速设备;

③AGP扩展槽:基于较新的总线标准,支持图形显示优化,专用于图形显示卡。

3主要输入输出设备(1)硬盘(2)光盘(3)U盘(4)键盘(5)鼠标(6)显示器(7)打印机

五、计算机软件系统

1计算机系统的组成

完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两个部分组成的,两者缺一不可,如图2-8所示。

图2-8 计算机系统的组成(1)硬件系统

计算机硬件系统由CPU、主存储器、辅助存储器以及各种输入和输出设备组成。仅由硬件组成的计算机称为裸机。(2)软件系统

①定义

系统软件是指管理、监控、维护计算机硬件资源和软件资源并使之高效工作的软件。

②常见的系统软件

系统软件通常包括操作系统(OS)、设备驱动程序,实用程序,高级程序设计语言的编译、解释程序以及数据库管理系统(DBMS)等。

③应用软件(3)计算机系统的层次结构

如图2-9所示为计算机系统的层次结构。

图2-9 计算机系统的层次结构

2操作系统(1)概念

操作系统是一个管理计算机系统中各种软件资源和硬件资源的软件。(2)功能

作为计算机系统中各种资源的管理者,操作系统的功能主要体现在:

①管理中央处理器;

②管理存储器;

③管理设备(主要指输入输出设备);

④管理文件。(3)常见操作系统

Windows系列(WindowsXP、Windows7、Windows8、Windows10等);Linux、MacOS等。(4)分类

①桌面操作系统:面向个人使用;

②服务器操作系统:面向能为处在网络中的其他用户提供各种服务的计算机。

3设备驱动程序

当安装了某些操作系统不能识别的设备时,通常需要安装具有控制和存取设备的程序(设备驱动程序)。

4实用程序(操作系统的一种补充)

5程序设计(1)程序设计语言

①机器语言

②汇编语言

③高级语言【注意】比较:

①机器语言是计算机能直接识别并由CPU进行处理的语言,由二进制组成,难以阅读与记忆;

②汇编语言将机器语言符号化,阅读性强且易记忆,但需先转换成机器语言才能供CPU直接使用;

③高级语言使用人类语言词汇,更易学习使用,需进行复杂的转换才能供计算机使用,效率低于前两者。(2)汇编、汇编程序、目标程序

①汇编:汇编语言程序转换为机器语言代码的过程;

②汇编程序:能够完成汇编任务的程序被称为汇编程序;

③目标程序:汇编语言编写的源程序经汇编后的程序通常被称作目标程序。【注意】汇编程序的任务就是把汇编语言源程序转换成机器语言目标程序。(3)高级语言翻译成机器语言的方式

①编译

编译程序翻译高级语言源程序,经错误检查后翻译成机器语言目标代码的过程。

②解释

解释程序对高级语言源程序进行翻译和执行的过程。【注意】编译与解释的比较

①解释程序进行翻译工作的同时也执行了所翻译的程序,而编译程序只进行翻译工作;

②由于解释程序最终没有产生一个目标代码程序,因此每次执行都需要源程序,而编译程序会产生一个完整的目标代码程序,编译完成后,源程序不再重要;

③编译的工作方式执行效率优于解释的工作方式;

④解释的工作方式调试程序比较方便。

六、计算机发展简史

1标志性事件(略)

2计算机硬件发展阶段(1)电子管阶段(1946~1958年)(2)晶体管阶段(1958~1964年)(3)集成电路阶段(1964~1971年)(4)大规模集成电路阶段(1971~1980年)(5)微型计算机阶段(1980年至今)

2.2 课后习题详解

1现代计算机有哪些组成部件?各部件的功能是什么?

答:(1)从硬件的角度看,现代计算机一般被认为由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成。(2)各部件的功能如下:

①控制器:计算机的核心部件,它是整个计算机硬件系统的指挥和协调装置;

②运算器:计算机系统中的另一个核心部件,它是计算机系统中对信息进行加工和处理的部件;

③存储器:计算机系统中用来存储的部件,既可保存计算机处理的各种数据,也可保存指挥控制器工作的各种指令;

④输入设备:负责把用户提供的程序和数据转换成计算机可以处理的电信号,供计算机的控制器和运算器进行处理;

⑤输出设备:负责把计算机的内部处理结果以用户可以理解的方式输出。

2把十进制数98分别转换成二进制、十六进制和八进制数。

答:(1)使用除余法将98转换成二进制如下:

98÷2=49余0

49÷2=24余1

24÷2=12余0

12÷2=6余0

6÷2=3余0

3÷2=1余1

1÷2=0余1

所以98的二进制是(1100010);2(2)98的二进制是(1100010),每四位转换成一个十六进制数,2则转换为十六进制为(62);16(3)98的二进制是(1100010),每三位转换成一个八进制数,则2转换为八进制为(142)。8

3把二进制数10101010分别转换成十六进制数、八进制数和十进制数。

答:(1)把二进制数10101010每四位转换成一个十六进制位,则转换后的十六进制数为AA;(2)把二进制数10101010每四位转换成一个八进制位,则转换后的八进制数为252;(3)采用逐位按权值展开并相加的方式,把二进制数10101010转换成十进制数170。

4什么是位、字节和字?它们之间的关系如何?

答:(1)组成二进制数的每个0或1称为一个二进制位(bit,读做“比特”,写做“b”),是计算机内部数据储存的最小单位;(2)每8个二进制位组成的单位被称为一个字节(byte,写做“B”),字节是计算机中数据处理的基本单位,规定1B=8b;(3)计算机进行数据处理时,一次存取、加工和传送的数据长度称为字(word);一个字通常由一个或多个(一般是字节的整数位)字节构成。

5若字长为8,请写出有符号整数-16的补码表示。

答:求-16的补码表示过程如下:(1)求出16的二进制表示是00010000;(2)对16的二进制表示取非得11101111;(3)将取非后得到的二进制数加1即可得到-16的补码,为11110000。

6在计算机中,西文字母是如何表示的?

答:西文字符最常用的编码标准是ASCII,计算机为每个可能用到的字符分配一个二进制编码。ASCII编码标准规定了大小写英文字母、数字,标点符号以及一些常用符号的二进制编码。标准的ASCII码是7位二进制编码,所以其中包含了128个字符的编码。在计算机中进行表示时,每个字符可以用一个字节表示。由于标准ASCII码是7位二进制编码,所以字节的最高位为0。

7在计算机中,汉字是如何表示的?编码标准GB2312,GBK和GB18030之间的关系如何?

答:(1)汉字编码需要至少两个字节。用两个字节进行编码理16论上有65536(即2)个不同的编码,可以对65536个汉字进编码,满足对汉语文本进行处理的需要。(2)GB2312,GBK以及GB18030并非完全不同的汉字编码标准,这些编码方法之间存在着继承关系。从GB2312、GBK到GB18030,这些编码方法是向下兼容的。

8什么是Unicode?什么是UTF-8?

答:(1)Unicode是可以覆盖所有语言文字和符号的编码标准,为每种语言的每个字符设定一个统一且唯一的编码,以满足统一、高效处理世界上各种语言的需要;(2)UTF-8是变长编码,理论上可以多达6个字节长;不过对于16位BMP字符最多只用到3个字节长。

9点阵字形技术和矢量字形技术有什么区别?

答:点阵表示法是描述字符或汉字字形的最基本的方法,将字形描述为一个点的矩阵,凡是字符笔画经过的地方,点是黑色的,而字符笔画没有经过的地方,点是白色的,字号放大时,常会出现锯齿状失真;矢量字形正是为改进点阵字形描述法中的锯齿状轮廓而产生的。矢量字形不采用点阵的办法来描述,其核心是用多条直线或曲线描述字形的轮廓,并通过对封闭区域进行填充处理的方式来描述汉字或英文字符的字形。

10什么是存储程序原理?

答:把程序和其处理的数据同样对待,存储在存储器中,这一思想最早是由冯·诺伊曼提出的,相关思想通常被称作存储程序原理。

11什么是总线?其作用是什么?

答:(1)现代计算机中,CPU、存储器、输入或输出设备接口之间通过总线相连。总线是连接计算机各个组成部件的通道,信息在各个部件之间的转移都通过总线进行;(2)总线分为数据总线、地址总线、控制总线,三总线结构作用如下:

①数据总线:用于传送数据信号;

②控制总线:用于传递控制信号;

③地址总线:用于传递地址信号。

12什么是指令和指令系统?简述指令在计算机上的执行过程。

答:(1)指令是要求计算机执行某种操作的命令;一台计算机支持的所有指令的集合构成该计算机的指令系统;(2)指令执行过程参见本书2.1节(计算机基本原理7(2))。

13简述ROM与RAM的不同之处。

答:RAM(随机读写存储器):既可以读出也可以写入的存储器,RAM在加电的情况下可以随时进行读出和写入,但其中存储的程序和数据在计算机掉电后则会消失;

ROM(只读存储器):只能读出而不能写入的存储器,ROM在计算机不加电时其中存储的内容是可以永久保持的。

14简述计算机的多级存储体系。

答:图2-10描述了目前微机系统中的多级存储体系。其中,层次越高,存储器的容量越小,但读写速度越快;层次越低,容量越大,但读写速度越慢。片内高速缓冲存储器拥有最快的读写速度,但容量最小;虚拟存储器的容量可以非常大,但存取速度则最低。

图2-10 多级存储体系

15简述硬盘、光盘的工作原理。

答:(1)硬盘的工作原理:硬盘由硬盘盘片和控制硬盘读写的硬盘驱动器两个部分组成,每个盘片表面都覆有磁性材料,用以记录数据;(2)光盘的工作原理:光盘存储系统由光盘盘片和光盘驱动器两个部分组成。各种数据记录在光盘盘片上,且数据通过光驱被计算机读出并进行处理。

16影响微机性能的因素有哪些?

答:影响微机性能的因素有主机板、微处理器和存储器的性能。

17计算机的主机板一般提供哪些类型的扩展槽?

答:按照所支持的总线标准的不同,主机板上的扩展槽分成以下三种不同的类型:(1)PCI扩展槽:采用较新的总线标准,支持64位的数据传输和较高的传输速度;(2)ISA扩展槽:采用过时的总线标准,用于兼容老设备和低速设备;(3)AGP扩展槽:基于较新的总线标准,支持图形显示优化,专用于图形显示卡。

18简述操作系统的功能。

答:(1)管理中央处理器

在多任务操作系统中,存在多个进程(处在运行状态的程序)竞争使用处理器的问题,在某个时刻,哪个进程可以使用微处理器并使其得到执行,哪个进程必须等待,都归操作系统管理。操作系统要保证处理器高效运转及各个进程得到公平的对待和服务。(2)管理存储器

操作系统决定着如何使用计算机的存储器以保证存储器资源得到高效利用。(3)管理设备

操作系统决定着程序如何有序地使用各种输入输出设备,并负责完成主机和外设之间的信息交换。(4)管理文件

操作系统以文件为单位管理各种软件和数据资源。文件指的是位于存储设备上的命名数据(或指令)集合。

19简述设备驱动程序的功能。

答:当安装了某些操作系统不能够识别的设备时,设备无法正常工作,而设备驱动程序提供了对该类设备进行读写和控制的方法。在安装了设备驱动程序之后,操作系统就可以通过设备驱动程序提供的服务进一步管理和控制各种设备。不同设备的存取方法不同,因而需要使用不同的设备驱动程序。

20程序设计语言主要有哪些类别?

答:程序设计语言主要有:机器语言、汇编语言和高级程序设计语言:(1)机器语言是计算机能直接识别并由CPU进行处理的语言,由二进制组成,难以阅读与记忆;(2)汇编语言将机器语言符号化,阅读性强且易记忆,但需先转换成机器语言才能供CPU直接使用;(3)高级语言使用人类语言词汇,更易学习使用,需进行复杂的转换才能供计算机使用,效率低于前两者。

21什么是汇编程序、编译程序和解释程序?它们之间有何不同?

答:(1)把汇编语言程序转换为机器语言代码的过程一般称为汇编,能够完成汇编任务的程序被称为汇编程序;(2)编译程序是把用高级语言编写的源程序翻译成目标程序的语言处理程序;(3)解释程序是把高级语言书写的源程序作为输入,解释一句后就提交计算机执行一句,并不形成目标程序。

不同:汇编程序是将汇编语言翻译成机器语言,而编译程序和解释程序是将高级语言翻译成机器语言,且两者的实现机制又不同。

22什么是摩尔定律?

答:摩尔定律:芯片上集成的晶体管数量将每两年翻一番(原因是工程师可以不断缩小晶体管的体积)。

第3章 操作系统

3.1 复习笔记

一、操作系统概述

1操作系统的概念

为了使计算机系统中所有软、硬件资源协调一致、有条不紊地工作,操作系统是对其进行统一管理和调度的软件。

2操作系统的分类(1)按照操作系统的用户界面类型分类

①命令行界面的操作系统(例如DOS);

②图形用户界面(GUI)的操作系统(例如Windows)。(2)按照操作系统的使用对象分类

①桌面操作系统(又称客户端操作系统或个人操作系统):专为单用户微机设计的;

②服务器操作系统(又称为网络操作系统):专门为网络中作为服务器的计算机设计使用的;

③嵌入式操作系统:把操作系统嵌入到电子设备中,以控制设备的运转。

3操作系统的主要组成部分(1)驱动程序

驱动程序是最底层的、直接控制和监视各类硬件的部分。(2)内核

内核是操作系统最核心的部分,通常运行在最高特权级,负责提供基础性、结构性的功能。(3)支撑库(也称接口库)

支撑库把系统提供的基本服务包装成应用程序所能够使用的应用编程接口,是最靠近应用程序的部分。(4)外围

通常是用于提供特定高级服务的部件。

二、操作系统的功能

1处理机管理(1)处理机管理的分类

①单道任务程序系统:一旦某个程序开始运行,它就占用整个系统的所有资源,直到该程序运行结束;

②多道程序系统:操作系统具有在同一时间内执行多道程序的能力。(2)处理机管理的主要任务

把CPU的时间有效、合理地分配给各个正在运行的程序。

2存储管理

操作系统的存储管理主要体现在以下四个方面:(1)虚拟内存

操作系统使用硬盘空间模拟内存,为用户提供一个比实际内存更大的内存空间(并不是所有的操作系统都提供虚拟内存功能)。(2)存储器分配

进程从创建到消亡过程中的任何时候,存储器都是被多个进程共享的,无论是进程调度还是内存分配与释放,都离不开存储器分配。(3)地址的转换

当程序调入内存时,操作系统将程序中的逻辑地址变换成存储空间中的物理地址。(4)信息的保护

为了防止一个进程的存储空间被其他进程破坏,操作系统要进行信息的保护。

3设备管理

操作系统的设备管理负责对外部设备进行有效的管理,具体包括:(1)设备驱动程序

设备驱动程序是操作系统管理和驱动设备的程序,是硬件厂商根据操作系统编写的配置文件。(2)即插即用(PnP)

即插即用是指操作系统可以自动检测到设备并自动安装驱动程序。(3)通用即插即用(UPnP)

通用即插即用技术是针对网络设备,使计算机自动发现和使用基于网络的硬件设备,自动发现和控制来自不同厂商的各种网络设备。(4)集中管理

尽可能地设计一个简洁、可靠、易于维护的设备管理系统来集中管理设备。例如Windows操作系统的设备管理器。

4文件管理(1)文件

在计算机中,文件是一组相关信息的有名集合;所有的程序和数据都是以文件的形式存放在计算机的外存中。(2)文件系统

操作系统中,负责管理和存取文件信息的部分称为文件系统。(3)树状目录结构

如图3-1所示,操作系统用树状目录结构组织文件,其中,树根代表根目录,分支代表子目录。

图3-1 文件的树状目录结构

如图3-2所示为Windows系统的树状目录结构。

图3-2 Windows的目录结构

三、常用操作系统

1DOS

2Windows

3Macintosh操作系统

4Unix和Linux

5OS/2

四、文件与文件系统

1文件(1)文件的命名与文件名通配符

文件指的是具有符号名的一组相关元素的有序序列,是一段程序或数据的集合。

①文件的命名

文件的命名需要遵循文件命名规范(每种操作系统命名规范不同)。每个文件都有一个文件名并可能有扩展名。

②文件名通配符

文件名通配符(文件名替代符)是用来表示一组符合要求的文件名的符号,有如下两种:

a.“*”用来代表所在位置开始的任意字符或字符串,例如*.doc表示所有扩展名为.doc的文件;

b.“?”代表所在位置上的一个任意字符,例如,x?.doc表示以“x”开头的后面可以跟一个任意字符的.doc文件。(2)文件的类型与文件扩展名

①文件类型

文件一般分为可执行文件、数据文件和配置文件等类型。

②扩展名(刻画文件的类型)

a.通用扩展名

指明了包含于该文件中数据的通用类型,通常用户可以使用多种应用软件来打开它。例如文件a.jpg。

b.特定应用扩展名

特定应用扩展名与某个特定的应用程序相关联,需要特定的应用软件来打开文件。如表3-1所示为常见的约定扩展名。表3-1 一些常见的约定扩展名(3)文件的树状目录结构与路径

①树状目录结构:如图3-1所示为用树状目录结构组织文件和文件夹。

②路径

在树状目录结构中,文件或文件夹是通过路径来唯一标识的。路径是文件夹的字符表示,它是用“\”相互隔开的一组文件夹,来标识文件或文件夹所属的位置。

一个文件的全称格式为:[盘符名:][路径]<文件名>[.扩展名];其中方括号内的内容可以省略。

文件路径分为两类:

a.绝对路径:以根文件夹开始的路径叫绝对路径;

b.相对路径:从当前文件夹出发,到达所访问的文件所经历的路径。如果当前文件夹为temp,则相对路径为..\user\student\test.c。其中,“..”表示从当前目录回到上一级目录。(4)文件的共享和保护

①文件的共享

共享用户可以通过文件名访问系统中的文件,而不需为每个文件保留一个副本。文件共享的方法有:

a.绕道法;

b.链接法;

c.基本文件目录法。

②文件的保护

a.文件的存取控制

文件的存取控制指的是用户对文件的使用权限,即读、写和执行的权限问题;对于拥有读、写或执行权限的用户,应使其对文件进行相应操作;对于没有读、写或执行权限的用户,应禁止其对文件进行相应操作。

b.文件的分级安全管理

文件的分级管理分为系统级(拒绝未经注册的用户进入系统)、用户级(对所有用户进行分类并限定其访问权限)、目录级(规定只有系统核心才具有写目录的权利)和文件级(设置文件属性来控制用户对文件的访问)。

2文件系统(1)文件系统的功能

操作系统中,负责管理和存取文件信息的部分称为文件系统。其主要功能如下:

①统一管理文件的存储空间,实施存储空间的分配与回收;

②实现文件的“按名存取”,完成从名字空间到存储空间的映射;

③实现文件信息的共享,并提供文件的保护和保密措施;

④向用户提供一个便于使用的接口,提供对文件系统和文件的操作命令;

⑤进行系统维护并向用户提供有关信息;

⑥提供与输入输出设备统一的接口。(2)常见的文件系统

①FAT12,FAT16和FAT32

②VFAT

③HPFS

④NTFS

⑤ext2

⑥Mac HFS

⑦ISO 9660

⑧UDF

五、Windows操作系统的使用

1Windows概述(1)Windows的发展(略)(2)Windows的基本特征

①统一的窗口和操作方式;

②多任务的图形化用户界面和功能完善的联机帮助;

③事件驱动程序的运行方式对于用户交互操作比较多的应用程序,既灵活又直观;

④Windows提供了丰富的应用程序;

⑤提供标准的应用程序接口,开发者可以通过调用这类应用接口创建风格一致的应用程序;

⑥实现数据共享;

⑦支持多媒体和网络技术;

⑧不断增强的功能。

2Windows的基本操作(1)图形用户界面及其操作

Windows图形用户界面操作简单,不一一赘述,下面给出Windows标准的窗口示意图,如图3-3所示。

图3-3 Windows的标准窗口(2)资源管理

①文件和文件夹

a.属性

文件与文件夹的属性可以分为“只读”“隐藏”和“存档”。可以从具体的文件和文件夹的快捷菜单中选择“属性”命令查看文件和文件夹的属性。如图3-4所示为查看某文件的属性对话框窗口。

图3-4 文件属性对话框

b.系统文件夹

系统文件夹是系统创建的,一般在安装操作系统过程中自动创建并将相关文件放入对应的文件夹,其中的文件直接影响系统的正常运行,多数都不允许随意改变。

②资源管理器的使用

资源管理器是用来查看和管理计算机所有资源的工具,可用如下方式打开:

a.用鼠标右键单击“开始”按钮,在快捷菜单中单击“资源管理器”命令;

b.用鼠标右键单击任意一个文件夹,在快捷菜单中单击“资源管理器”命令;

c.用“开始”菜单在“所有程序”的“附件”中单击“资源管理器”命令。(3)磁盘管理

①查看磁盘属性

磁盘属性的查看通常指查看磁盘类型、文件系统类型、空间大小等常规信息,磁盘驱动器硬件信息以及更新驱动程序、碎片整理程序等。

用户在经常进行文件的移动、复制和删除等操作后,可能会出现坏的磁盘扇区。这时执行查错程序,可以修复文件系统的错误,恢复坏扇区。

②格式化磁盘(略)

③清理磁盘(略)

④整理磁盘碎片

磁盘碎片整理可以将文件的存储位置整理到一起,同时合并可用空间,提高运行速度。具体操作如下:

a.“系统工具”中选择“磁盘碎片整理”。这时在弹出的对话框中显示出一些状态信息和系统信息。

b.选择磁盘,单击“分析”按钮,系统就分析该磁盘是否需要碎片整理,并弹出对应的对话框,进行整理。(4)任务管理

①任务管理器

Windows任务管理器向用户提供正在计算机上运行的应用程序和进程的相关信息,可用来快速查看正在运行的应用程序的状态,终止已停止响应的程序,切换程序或运行新的任务。

②应用程序管理(包括安装、卸载、启动等)(5)控制面板与设备管理器

①控制面板

控制面板是Windows中一个重要的系统文件夹。它包含许多独立的工具,可以用来设置和管理设备,管理系统中的软、硬件资源,进行系统维护等。

②设备管理器

设备管理器主要是查看系统设备信息、更新驱动程序和停用设备,能够实现对处理器、磁盘驱动器、端口、监视器等不同设备的管理。(6)附加工具(略)

3常用Windows操作快捷键

如表3-2所示为常见的Windows操作快捷键。表3-2 常见Windows快捷键

3.2 课后习题详解

【思考题】

1什么是操作系统?简述操作系统的主要功能。为什么说操作系统既是计算机硬件与其他软件的接口,又是用户和计算机的接口?

答:(1)为了使计算机系统中所有软、硬件资源协调一致、有条不紊地工作,操作系统是对其进行统一管理和调度的软件;(2)操作系统的功能主要包括:

①处理机管理;

②存储器管理;

③设备管理;

④文件管理。(3)操作系统直接运行在裸机上,这是对计算机硬件系统的第一次扩充。它协助计算机完成基本的硬件操作,同时也和外面一层的应用软件进行交互,完成一系列的应用任务。因此,操作系统是计算机硬件与其他软件的接口,也是用户和计算机的接口。

2简述嵌入式操作系统。

答:嵌入式操作系统把操作系统嵌入到电子设备中,以控制设备的运转。与计算机操作系统相比,嵌入式操作系统在系统的实用性、硬件的相关依赖性、软件的固化以及专用性方面具有突出的特点。嵌入式操作系统分为面向控制、通信等领域的实时操作系统和面向消费电子产品的非实时操作系统。

3什么是文件和文件系统?文件系统的功能是什么?

答:(1)在计算机中,文件是一组相关信息的有名集合,所有的程序和数据都是以文件的形式存放在计算机的外存中;而操作系统中,负责管理和存取文件信息的部分称为文件系统。(2)文件系统的功能主要如下:

①统一管理文件的存储空间,实施存储空间的分配与回收;

②实现文件的“按名存取”,完成从名字空间到存储空间的映射;

③实现文件信息的共享,并提供文件的保护和保密措施;

④向用户提供一个便于使用的接口,提供对文件系统和文件的操作命令;

⑤进行系统维护并向用户提供有关信息;

⑥提供与输入输出设备统一的接口。

4为什么要对文件加以保护?常用技术有哪几种?

答:(1)随着多用户环境和计算机网络的发展,为了充分利用资源,文件共享的范围在不断扩大,为了避免文件共享给计算机系统带来的安全隐患,需对文件加以保护;(2)文件保护的常用技术有:

①文件的存取控制

文件的存取控制指的是用户对文件的使用权限,即读、写和执行的权限问题;对于拥有读、写或执行权限的用户,应使其对文件进行相应操作;对于没有读、写或执行权限的用户,应禁止其对文件进行相应操作。

②文件的分级安全管理

文件的分级管理分为系统级(拒绝未经注册的用户进入系统)、用户级(对所有用户进行分类并限定其访问权限)、目录级(规定只有系统核心才具有写目录的权利)和文件级(设置文件属性来控制用户对文件的访问)。

5什么是文件路径?它如何表示请举例说明。

答:在树状目录结构中,文件或文件夹是通过路径来唯一标识的。路径是文件夹的字符表示,它是用“\”相互隔开的一组文件夹,来标识文件或文件夹所属的位置。例如:..\user\student\test.c。

6绝对路径与相对路径有什么区别?

答:从根文件夹开始的路径叫绝对路径;相对路径是指从当前文件夹出发,到达所访问的文件所经历的路径。

7文件扩展名有什么作用?

答:扩展名一般用来刻画文件的类型,与文件的格式相关联。其中通用扩展名指明了包含于该文件中数据的通用类型,并通常可以使用多种应用软件来打开它;特定应用扩展名与某个特定的应用程序相关联,需要特定的应用软件来打开文件。

8简述Windows支持的三种文件系统:FAT16,FAT32和NTFS。

答:(1)FAT16使用了16位的空间来表示每个扇区配置文件的情形,最大仅支持2GB分区;(2)FAT32使用了32位的文件分配表,可以增强磁盘性能并增加可用磁盘空间,支持2GB以上的分区;(3)NTFS是专用于Windows NT和Windows 2000操作系统的高级文件系统,它支持文件系统故障恢复,也支持大存储媒体、长文件名,但只能被Windows NT和Windows 2000识别,兼容性差。

9什么是即插即用设备?即插即用有什么特点?

答:即插即用是指操作系统可以自动检测到设备并自动安装驱动程序。特定:即插即用技术不仅需要设备支持,而且需要操作系统支持。

10Windows XP中运行应用程序有哪几种途径?如果有应用程序不再响应,应如何处理?

答:(1)运行应用程序的途径:

①通过快捷方式;

②直接双击可执行文件;

③通过DOS命令;

④通过“运行”;

⑤通过程序调用。(2)通过“Windows任务管理器”来终止应用程序的执行。方法是:在“Windows任务管理器”的“应用程序”选项卡中,先选定需要终止的应用程序,然后单击“结束任务”按钮。

11快捷方式与文件有何区别?

答:快捷方式是连接文件的路径,可以方便地打开文件,删除不会影响文件;而文件才是主体。

12如何查找C盘上所有的文件名以“AUTO”开始的文件?

答:在“我的电脑”中选择待搜索的磁盘(C盘),再在搜索输入框中输入AUTO*.*,单击回车即完成查找。

13什么是桌面?其主要组成部分是什么?

答:桌面是打开计算机并登录到Windows之后看到的主屏幕区域;一般由快捷图标、背景画面和任务栏组成。

14从软件角度,说说图形用户界面的关键组成元素有哪些?

答:主要有:鼠标及其操作、图表及其操作、桌面及其操作、菜单及其操作、任务栏及其操作、对话框及其操作、剪贴板及其操作。

15任务栏的作用是什么?

答:任务栏一般出现在桌面的最下方,由“开始”按钮、应用程序和通知栏组成。另外在任务栏上还可以增加许多工具栏,目的是提高使用效率(可以快速找到并执行某些操作)。

16如何在任务栏上添加工具栏?

答:添加工具栏指用鼠标右键单击任务栏空白处,在弹出的快捷菜单中选择“工具栏”菜单中相应的菜单项即可。

17文件具有哪些属性?

答:文件与文件夹的属性可以分为只读、隐藏和存档。

18如何搜索计算机中的文件?

答:单击资源管理器工具栏上的“搜索”按钮或使用“开始”菜单上的搜索命令,在对话框中输入要搜索的文件名即可。

19为什么要定期进行磁盘清理?为什么要定期进行磁盘碎片整理?

答:(1)清理磁盘可以帮助用户释放磁盘驱动器空间和系统资源,删除临时文件并安全删除不需要的文件等,提高系统性能;(2)磁盘在长时间使用之后,会出现许多零散的空间和磁盘碎片。一个文件可能会被存放在不同的磁盘空间中。这样在访问该文件时,系统需要在不同的磁盘空间中寻找该文件的不同部分,影响运行速度。磁盘碎片整理可以将文件的存储位置整理到一起,同时合并可用空间,提高运行速度。

20如何将图像设置为桌面?

答:在图片上点击鼠标右键将图片另存到某一路径,然后在该路径下在图片上点击鼠标右键,选择“设置为背景”即可将指定图片设置为桌面。

21屏幕保护程序有什么作用?屏幕保护程序以多少时间为步长来调节等待时间,怎样设置才能加强安全性?

答:(1)屏幕保护程序有两个主要的作用:一是在屏幕保护下屏幕亮度低于工作时亮度,比较省电;而是它可以保护显示器;(2)屏幕保护程序以1分钟为步长来调节等待时间;(3)可以将屏幕保护程序设置成“在恢复时显示登陆屏幕”,并设置登陆密码,加强安全性。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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