信息学竞赛基础知识
第一章计算机的概念、诞生与发展、应用、分类
一、计算机的概念：
是一种能迅速而高效的自动完成信息处理的电子设备，它能按照程序对信息进行加工、处理、存储。
阶段时间逻辑器件应用范围
第一代1946——1958 真空电子管科学计算、军事研究
第二代1959——1964 晶体管数据处理、事物处理
第三代1965——1970 中小规模集成电路包括工业控制的各个领
域
第四代1971——至今大规模或超大规模集成电路应用到了各个领域
三、计算机的主要特点
1、惊人的运算速度；
2、很高的计算机精度；
3、超强的存储能力；
4、准确的逻辑判断能力；
5、自动控制能力。
四、计算机的主要应用：
1、数值计算：
2、数据和信息处理：其特点是数据量大，但计算相对简单。其中数据泛指计算机能处理的各种数字、图形、文字，以及声音、图像等信息。数据处理指对数据的收集、存储、加工、分析和传送的全过程。
3、过程控制：是生产自动化的重要技术内容和手段，是由计算机对所采集到的数据按一定方法经过计算，然后输出到指定执行机构去控制生产的过程。
4、计算机辅助系统：是指利用计算机帮助人们完成各种任务，包括计算机辅助设计(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)等。
CAD：即Computer Aided Design的缩写，名称为：计算机辅助设计。
CAM：即Computer Aided Manufacturing的缩写，名称为：计算机辅助制造。电子信息学什么
CAI：Computer Aided Instruction的缩写，名称为：计算机辅助教学。
CAT：即Computer Aided Testing的缩写，名称为：计算机辅助测试。
CAE：即Computer Aided Engineering的缩写，名称为：计算机辅助工程。
5、人工智能：是指用计算机模拟人脑的思维过程，是计算机应用的重要领域。
五、计算机分类：
1、按规模分：巨型、大型、中型、小型、微型计算机。
我们学校和家庭使用的计算机都微型计算机，简称微机，又称个人计算机，或简称PC机。
2、按用途分：专业计算机、通用计算机。
3、按原理分：模拟计算机、数字计算机。
六、微型机的主要技术指标
1、字长：指计算机能够直接处理的二进制数据的位数。单位为位（BIT）。
2、主频：指计算机主时钟在一秒钟内发出的脉冲数，在很大程度上决定了计算机的运算速度。
3、内存容量：是标志计算机处理信息能力强弱的一向技术指标。单位为字节（BYTE）。
8BIT=1BYTE 1024B=1KB 1024KB=1MB
4、外存容量：一般指软盘、硬盘、光盘。
七、微型计算机时代
1、第一代微型计算机
通常把IBM-PC/XT及其兼容机称为第一代微型计算机。
2、第二代微型计算机
286 AT机及其兼容机被称为第二代微型计算机。
3、第三代微型计算机
386微机被称为第三代微型计算机。
4、第四代微型计算机
486微机被称为第四代微型计算机。
5、第五代微型计算机
1993年Intel公司推出了Pentium芯片。
八、多媒体计算机
1984年，苹果公司推出第一台多媒体计算机时，人们并不在意，现在世界各地举行的大大小小的计算机展览会上，多媒体总是最受庞的“公主”。90年代初盛行的多媒体技术，已成为世界高技术竞争的焦点。多媒体，互联网络，信息高速公路是信息浪潮中出现最多的三个名词。多媒体与信息高速公路构成了第三次信息革命的核心。专家们称，80年代是个人计算机时代，90年代是多媒体时代。
什么是多媒体技术？以前的个人电脑只能处理文字和数字，这就是单媒体。现在，个人电脑不仅能处理文字和数字，而且还能处理图像，文本，音频，视频等多种媒介，这就是多媒体。多媒体是将计算机，电视机，录相机和游戏机等技术融为一体，形成电脑与用户之间可以相互交流的操作环境。它可以接收外部图像，声音，各种媒体信息，经计算机加工处理后以图片，文字，声音，动画等多种方式输出，实现输入输出方式的多元化，计算机只能输入输出文字，数据的局限，计算机开始能说会唱起来。
一台标准多媒体计算机包括主机，带音频视频功能的显示器，声像输入输出装置，通信与控制端口，只光盘驱动器，多媒体操作系统及应用软件。多媒体计算机与现代通信技术的结合构成了多媒体通信。
二、计算机的诞生与发展
1、诞生：1946年，美国为计算弹道轨迹而研制成功了世界第一台计算机，名字叫ENIAC（埃尼阿克）。在宾西法尼亚大学诞生。
2、发展：
第二章计算机硬件系统
计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件是软件赖以生存的驱壳，软件却是硬件的灵魂。光只有硬件的裸机是无法工作的，而软件则必须存放在硬件中。
一、冯·诺依曼式的计算机体系结构
1、存储程序式计算机：先将解题步骤用计算机语言写好，存储到计算机的存储器中，然后在控制器的控制下按步骤执行。
2、集中顺序过程控制：由控制器集中控制，严格按照程序的次序执行。
二、硬件系统
计算机硬件是指有形的物理设备，它是计算机系统中实际物理设备的总称，由各种元器件和电子线路组成。
计算机硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器(分为主存储器、辅助存储器)、输入设备、输出设备，并且由总线将它们连接在一起。其中：
1、运算器是对数据进行运算和加工，完成算术和逻辑运算的部件；
2、控制器是计算机的指挥中心，控制各部分协调工作，完成对指令的解释和执行；运算器和控制器被集成在一起，统称为中央处理器，简称CPU（Centra l Processing Unit），是计算机的“中枢神经”。
中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。能够处理数据的位数是CPU的一个最重要的品质标志。人们通常所说的8
位机、16位机、32位机即指CPU可同时处理8位、16位、32位的二进制数据。
CPU、主存储器构成了计算机的主机，输入／输出设备和辅助存储器则统称为外部设备，简称外设。
存储器是记忆部件，用于存放程序和数据。
3、主存储器又称内存或主存，它直接与CPU交换信息，是计算机的工作存储器，即当前正在运行的数据和程序都必须存放在主存内，它的存取速度快但容量较小(容量太大，成本昂贵)。
主存又可分为随机存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(R ead Only Memory)两类。随机存储器RAM中的内容可以进行读写操作，但断电时RAM中的信息会丢失。ROM的内容只能反复读取，而不能重新写入，因此在ROM 中存放固定不变的程序和数据，断电后其内容仍然保留。
4、辅助存储器又称外存，它需要通过内存才能与CPU联系，辅助存储器存
取速度慢而容量较大。
硬磁盘（HDD）：容量大、速度快、价格高。
软磁盘（FDD）：容量小，速度慢，便于携带、价廉。
光盘（CD）：容量较大、价格便宜、便于携带。
信息的输入和输出要通过输入／输出设备来完成。
5、输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、数码相机（DC）、数码摄相机（DV）等向计算机输入数据与指令的设备。
1）文字输入设备：键盘、磁卡阅读机、条形码阅读机、纸带阅读机、卡片阅读机等；
2）图形输入设备：光笔、鼠标器、数字化仪、触摸屏等；
3）图像输入设备：扫描仪、数字式照相机、摄像头等；
4）音频处理设备：声卡。
6、输出设备：显示器、打印机、音箱等向操作提供输出结果的设备。
1）显示设备：分辨率：如800×600像素（pixel）；显示适配器（显卡）；
2）打印设备：击打式：如点阵（针式）打印机；非击打式：如喷墨式打印机、激光打印机；
7、总线是连接计算机中各组成部件的一组物理信号线及相关的控制电路，总线一般都指系统总线。系统总线上有三类信号：数据信号、地址信号和控制信号。负责在部件间传输数据的一组信号线称为数据总线（DB）；负责指出数据存放的存储位置的一组信号线(也可标识是哪一个I／O设备)称为地址总线（AB）；在传输与交换数据时起控制作用的一组控制信号线称为控制总线（CB）。
由运算器、存储器、控制器、输入、输出设备五大基本部件组成计算机硬件系统，工作流程如图：
三、多级存贮器体系
为提高CPU的处理速度，当今计算机中大都配有高速缓冲存储器（cache），也称缓存，实际上是一种特殊的高速存储器。缓存的存取速度比内存要快，所以就提高了处理速度。
多数现代计算机都配有两级缓存。
一级缓存也叫做主缓存，或内部缓存，直接设计在CPU芯片内部。一级缓存容量很小，通常在8KB ~ 64KB之间。
二级缓存也叫外部缓存，不在CPU内部而是独立的SRAM芯片，其速度比一级缓存稍慢，但容量较大，多在64KB ~ 2MB之间。人们讨论缓存时，通常是指外部缓存。
存贮速度最快的而容量最小的要算CPU内部的寄存器。当CUP需要指令或数据时，实际检索存储器的顺序是：首先检索一级缓存，然后二级缓存，再往后是RAM。即寄存器－一级缓存－主存－二级缓存－辅存。
第三章计算机软件系统
计算机软件又称计算机程序，是控制计算机实现用户需求的计算机操作以及管理计算机自身资源的指令集合，是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档，是计算机系统中不可缺少的主要组成部分，可分成两大部分：系统软件和应用软件。
一、系统软件：是计算机最基本的软件，它负责实现操作者对计算最基本的操作，管理计算机的软件与硬件资源，具有通用性，主要由计算机厂家和软件公司开发提供。主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务程序。
①操作系统：是控制和管理计算机的软硬件资源、合理安排计算机的工作流程以及方便用户的一组软件集合，是用户和计算机的接口。DOS、Windows、UNI X等是操作系统，Windows是最常用的操作系统。
②语言处理程序：将用汇编语言和高级语言编写的源程序翻译成机器语言目标程序的程序。
③数据库管理系统：是对计算机中所存储的大量数据进行组织、管理、查询并提供一定处理功能的大型计算机软件。
④服务程序：为计算机系统提供各种服务性、辅助性的程序。
二、应用软件：是为解决实际问题所编写的软件的总称，涉及到计算机应用的各个领域。绝大多数用户都需要使用应用软件，为自己的工作和生活服务。如字表处理软件WPSoffice、Word、Excel等。
根据上述软硬件资源的关系，人们通常把一台完整的计算机划分成四个结构层次，称为四个平台。它们从底层到高层分别为硬件平台、系统平台、应用支持平台和应用平台。与用户直接相关、打交道最多的是应用平台。
三、几个相关概念
１、指令：指令就是指挥机器工作的指示和命令，程序就是一系列按一定顺序排列的指令，执行程序的过程就是计算机的工作过程。
一条指令包含操作码和地址码两个部分，操作码指示计算机怎么操作，地址码指定操作对象或操作数据在存贮器中的存放位置。
格式：
操作码操作数地址
指令：一组二进制代码，是规定计算机执行程序的一步操作。
程序：为解决某一问题而设计的一系列指令。
指令系统：计算机能识别并能执行的全部指令的集合。
２、把一系列的计算机指令组织起来，用来控制计算机完成每一项任务的指令集合，被称为计算机程序。许多计算机程序，就构成了计算机软件系统。
３、机器语言
机器指令：能直接被计算机接受并执行的指令。
机器语言：由全部的机器指令构成的二进制代码语言。
机器语言程序：用机器语言编制的程序，机器语言程序可以直接在计算机上
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