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目录
[1.1 计算机的诞生](#1.1 计算机的诞生)
[1.2 中国计算机发展](#1.2 中国计算机发展)
[2.1 计算机硬件系统](#2.1 计算机硬件系统)
[2.2 计算机软件系统](#2.2 计算机软件系统)
[3.1 数制转换](#3.1 数制转换)
[3.2 数据存储单位](#3.2 数据存储单位)
[3.3 数值编码](#3.3 数值编码)
[4.1 字符编码](#4.1 字符编码)
[4.2 多媒体信息编码](#4.2 多媒体信息编码)
[5.1 网络分类](#5.1 网络分类)
[5.2 网络协议](#5.2 网络协议)
[5.3 网络安全](#5.3 网络安全)
[6.1 语言分类](#6.1 语言分类)
[6.2 语言处理过程](#6.2 语言处理过程)
[7.1 科学计算](#7.1 科学计算)
[7.2 数据处理](#7.2 数据处理)
[7.3 过程控制](#7.3 过程控制)
[7.4 计算机辅助](#7.4 计算机辅助)
[7.5 人工智能](#7.5 人工智能)
[8.1 当前热点技术](#8.1 当前热点技术)
[8.2 未来展望](#8.2 未来展望)
一、计算机发展历史
1.1 计算机的诞生
第一台电子计算机**ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)**于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生,重达30吨,占地170平方米,使用了约18000个电子管,每秒可执行5000次加法运算。它的诞生标志着人类进入了电子计算机时代。
计算机发展代际:
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第一代(1946-1957):电子管计算机,体积庞大、功耗高、可靠性差
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第二代(1958-1964):晶体管计算机,体积缩小、功耗降低、可靠性提高
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第三代(1965-1970):集成电路计算机,体积进一步缩小、性能大幅提升
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第四代(1971至今):大规模集成电路计算机,个人计算机普及,进入网络时代
1.2 中国计算机发展
中国第一台电子计算机"103机"于1958年研制成功,每秒运算30次。1983年,"银河一号"巨型计算机研制成功,标志着中国成为世界上少数能研制巨型机的国家之一。
二、计算机系统组成
2.1 计算机硬件系统
冯·诺依曼体系结构(五大部件):
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运算器:执行算术运算和逻辑运算
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控制器:控制各部件协调工作
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存储器:存储程序和数据
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输入设备:键盘、鼠标、扫描仪等
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输出设备:显示器、打印机、音响等
中央处理器(CPU):
计算机的核心部件,由运算器和控制器组成,主要性能指标包括主频、字长、核心数等。
存储器层次结构:
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高速缓存(Cache):速度最快,容量最小
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内存(RAM):临时存储正在运行的程序和数据
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外存:硬盘、U盘、光盘等,容量大、速度慢
2.2 计算机软件系统
系统软件:
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操作系统:Windows、macOS、Linux等,管理计算机硬件和软件资源
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语言处理程序:编译器、解释器,将高级语言转换为机器语言
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数据库管理系统:MySQL、Oracle等,管理数据资源
应用软件:
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办公软件:Word、Excel、PowerPoint
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图像处理软件:Photoshop、CorelDRAW
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多媒体软件:Premiere、Audition
三、数据表示与计算
3.1 数制转换
常用数制:
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二进制(Binary):基数为2,使用0和1表示
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八进制(Octal):基数为8,使用0-7表示
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十进制(Decimal):基数为10,使用0-9表示
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十六进制(Hexadecimal):基数为16,使用0-9和A-F表示
数制转换方法:
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二进制转十进制:按权展开求和
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例:(1011)₂ = 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 8 + 0 + 2 + 1 = 11
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十进制转二进制:除2取余,倒序排列
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例:11 ÷ 2 = 5 余1,5 ÷ 2 = 2 余1,2 ÷ 2 = 1 余0,1 ÷ 2 = 0 余1 → (1011)₂
3.2 数据存储单位
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位(bit):最小的存储单位,表示0或1
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字节(Byte):8个二进制位,基本存储单位
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千字节(KB):1024字节
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兆字节(MB):1024KB
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吉字节(GB):1024MB
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太字节(TB):1024GB
3.3 数值编码
原码、反码、补码:
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原码:最高位为符号位,0表示正数,1表示负数
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反码:正数反码与原码相同,负数反码为原码除符号位外按位取反
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补码:正数补码与原码相同,负数补码为反码加1
补码的优势:解决了0的表示问题,简化了加减法运算。
四、信息与编码
4.1 字符编码
ASCII码(美国信息交换标准代码):
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使用7位二进制数表示128个字符
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包括英文字母、数字、标点符号和控制字符
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例如:'A'的ASCII码是65(01000001),'a'是97(01100001)
Unicode编码:
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统一字符编码标准,支持全球所有语言的字符
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常用UTF-8编码,兼容ASCII码,变长编码(1-4字节)
汉字编码:
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GB2312:中国国家标准,收录6763个汉字
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GBK:扩展GB2312,收录21003个汉字
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GB18030:最新国家标准,支持所有汉字
4.2 多媒体信息编码
图像编码:
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位图:记录每个像素的颜色信息,文件较大
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矢量图:记录图形的数学描述,放大不失真
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常见格式:BMP、JPEG、PNG、GIF
音频编码:
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采样:将模拟信号转换为数字信号
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量化:将采样值转换为二进制数
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编码:按照一定格式存储
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常见格式:WAV、MP3、AAC
视频编码:
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由连续的图像帧组成
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利用帧间压缩减少数据量
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常见格式:AVI、MP4、MOV
五、网络基础
5.1 网络分类
按覆盖范围分类:
-
局域网(LAN):覆盖范围小,如家庭、办公室网络
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城域网(MAN):覆盖一个城市
-
广域网(WAN):覆盖范围广,如互联网
按拓扑结构分类:
- 总线型、星型、环型、树型、网状型
5.2 网络协议
TCP/IP协议族:
-
应用层:HTTP、FTP、SMTP、DNS等
-
传输层:TCP(可靠传输)、UDP(不可靠传输)
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网络层:IP、ICMP、ARP等
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网络接口层:以太网、Wi-Fi等
IP地址:
-
IPv4:32位二进制数,点分十进制表示(如192.168.1.1)
-
IPv6:128位二进制数,解决IPv4地址枯竭问题
域名系统(DNS):将域名转换为IP地址,如"www.baidu.com" (www.baidu.com) → 220.181.38.148
5.3 网络安全
常见威胁:
-
病毒、木马、蠕虫
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黑客攻击、拒绝服务攻击
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网络钓鱼、信息泄露
安全措施:
-
安装杀毒软件和防火墙
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定期更新系统和软件
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使用强密码,不随意点击不明链接
-
重要数据定期备份
六、计算机语言
6.1 语言分类
机器语言:
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由0和1组成的二进制代码
-
计算机能直接识别和执行
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执行效率最高,但编写困难
汇编语言:
-
使用助记符代替机器指令
-
需要通过汇编程序转换为机器语言
-
与硬件关系密切,执行效率高
高级语言:
-
接近自然语言,易于学习和使用
-
需要通过编译或解释转换为机器语言
-
如C、C++、Java、Python、JavaScript等
6.2 语言处理过程
编译方式:
-
源代码 → 编译器 → 目标代码(机器语言)
-
执行时直接运行目标代码
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执行效率高,但跨平台性差
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代表语言:C、C++
解释方式:
-
源代码 → 解释器 → 逐行解释执行
-
执行效率较低,但跨平台性好
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代表语言:Python、JavaScript
混合方式:
-
源代码 → 编译为中间代码 → 虚拟机解释执行
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兼顾执行效率和跨平台性
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代表语言:Java
七、计算机应用领域
7.1 科学计算
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天气预报、地震预测
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航空航天、核能研究
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生物信息学、药物研发
7.2 数据处理
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企业管理信息系统
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电子商务、电子政务
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大数据分析、人工智能
7.3 过程控制
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工业自动化控制
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智能家居、物联网
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机器人技术
7.4 计算机辅助
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CAD:计算机辅助设计
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CAM:计算机辅助制造
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CAE:计算机辅助工程
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CAI:计算机辅助教学
7.5 人工智能
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机器学习、深度学习
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自然语言处理
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计算机视觉
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智能推荐系统
八、计算机发展趋势
8.1 当前热点技术
云计算:通过网络提供计算资源和服务,按需使用、按量付费
大数据:海量数据的采集、存储、分析和应用
物联网:万物互联,实现智能化识别和管理
人工智能:让计算机模拟人类智能,实现自主学习
区块链:去中心化的分布式账本技术,确保数据不可篡改
8.2 未来展望
量子计算:利用量子力学原理进行计算,处理能力远超传统计算机
生物计算:利用生物分子进行计算,具有并行处理能力
脑机接口:实现人脑与计算机的直接通信
虚拟现实/增强现实:创造沉浸式体验,改变人机交互方式
学习建议
亲爱的同学,计算机基础知识是学习任何计算机相关课程的基石。建议你:
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建立知识体系:理解计算机系统的整体架构,掌握各组成部分的功能和关系
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注重概念理解:不要死记硬背,要理解每个概念的含义和应用场景
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理论联系实际:结合日常使用计算机的经验,加深对理论知识的理解
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关注技术发展:计算机技术更新换代快,要关注最新技术动态
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培养计算思维:学会用计算机的思维方式分析和解决问题
学习计算机知识是一个循序渐进的过程,不要急于求成。
遇到不懂的概念,可以多查阅资料、多思考,也可以和同学讨论。相信通过努力,你一定能够掌握这些基础知识,为后续的学习打下坚实的基础!
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