《计算机科学技术导论》课程学习指导资料.docx
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第一部分课程的学习目的及总体要求
一、课程的学习目的
作为计算机科学与技术一门专业课,旨在引导刚刚迸入大学的
学生对计算机科学技术的基础知识及专业研究方向有一个概括而
准确的了解,从而为正式而系统地学习计算机专业课程打下基础。
使学生了解计算机基础知识;使学生初步了解计算机的硬件组成及
其功能;使学生初步了解计算机软件的相关技术;使学生初步了
解计算机网络的基础知识;使学生初步了解多媒体计算机的知识。
使学生了解信息安全的相关知识。
培养学生的实际操作技能,使学
生掌握在信息化社会里工作、学习和生活所必须具备的计算机基础
知识与基本操作技能,熟练使用办公自动化软件,编排图文并茂的
文档,学会制作实用高效的电子报表和制作幻灯片,具备在网上获
取信息和交流的能力。
二、课程的总体要求
掌握计算机系统的基本概念,二进制的表示、二进制与十进制,十六进制,
八进制的相互转换方法,二进制的机器表示,算术和逻辑计算等方法,基本的逻辑电路;了解计算机硬件各部分CPU、存储器、输入、输出设备的组成、基本
原理和特点;了解计算机程序设计的方法、技术。
了解程序设计语言的结构、
特点。
初步了解计算机操作系统的基本组成和功能。
初步了解计算机媒体和网
络的基本技术。
初步了解数据库、软件工程的基本技术。
学会Windows2000
操作系统和MicrsoftWord,Excel,PowerPoint的基本使用。
第二部分课程学习的基本要求及重点难点分析
第一章计算机系统的基础知识
1、本章学习要求
(1)应熟悉的内容
计算机组成与工作原理;
计算机的特点、应用领域
计算机中数的表示:
十进制、二进制、八进制、十六进制表示和转换方
法,定点数,浮点数,原码、补码和反码
计算机的编码:
字符表示(ASCII编码、汉字编码,图形、图像数据的
表示,声音数据的表示
运算基础:
算术运算,补码运算,十进制运算,逻辑运算
逻辑代数和逻辑电路
(2)应掌握的内容
计算机中数的表示:
十进制、二进制、八进制、十六进制表示和转换方
法,定点数,浮点数,原码、补码和反码
计算机的编码:
字符表示(SCII编码、汉字编码,图形、图像数据的
表示,声音数据的表示
运算基础:
算术运算,补码运算,十进制运算,逻辑运算
(3)应熟练掌握的内容
十进制、二进制、八进制、十六进制表示和转换方法
原码、补码和反码的表示方法
二进制的算术运算(加、减)
二进制的逻辑运算(与、或、非、异或)
2、本章重点难点分析
(1)二进制数的表示
计算机中的数和数的符号都是用二进制表示的,这样的数称为机器数。
一般用最高有效位来表示数的符号,正数用0表示,负数用1表示。
机器数可用不同的码制来表示,常用的有原码、补码和反码表示法。
(2)二进制数与十进制数的相互转换
原码、补码、反码的表示
原码表示法:
符号+绝对值
反码表示法:
正数的反码同原码,负数的反码数值位与原码相反
补码表示法:
正数的补码同原码表示,负数的反码数值位求反,末位加1即为该
负数的补码表示
(3)计算机的基本工作原理
计算机的自动处理过程是执行一段预先编制好的程序的过程。
计算机程序是指令的有序集合。
因此,执行计算程序的过程实际上是
逐条指令的过程。
指令的逐条执行是由计算机的硬件实现的,可顺序完成取指令,分析指令,
执行指令所规定的动作,并为取下一条指令准备好指令地址。
如此重复操作,直
到执行到停机指令为止。
3、本章典型例题(案例)分析(解答)
1)简述什么是计算机。
计算机是能按照事先存储的程序,自动、高速地进行大量数值计算
和各种信息处理的现代化智能电子装置。
2)简述计算机的主要应用领域
(1)科学计算
(2)数据处理(3)实时系统(4)计算机辅助(5)
计算机网络(6)人工智能
3)述计算机的研究内容。
计算机理论、计算机硬件、计算机软件、计算机网络、计算机应用
4)什么是进位制数?
采用位权表示法的进位制数具有哪三个特点?
进位制数即为计数体制。
进位制数特点:
1)一个R进制的数制有R个数码
2)最大的数码为R-1
3)计数规则为“逢R进一”
5)将下列二进制数转换为十进制数:
(1)1010
(2)110111(3)10011101(4)0.101(5)0.0101(6)0.1101
(7)10.01(8)1010.001
答:
(1)10
(2)55(3)157(4)0.625(5)0.3125(6)0.8125(7)2.25(8)10.125
6)将下列二进制数转换为八进制和十六进制:
(1)10011011.0011011
(2)1010101010.0011001
答:
(1)(233.154)8、(9B.36)16
(2)(1252.144)8、(2AA.32)16
7)计算机硬件由哪几部分组成,各有什么功能?
计算机硬件由5个部分组成
运算器:
完成算术和逻辑运算。
控制器:
控制计算机自动工作。
存储器:
存储程序和数据。
输入设备:
用于输入数据。
输出设备:
用于输出数据。
8)假设某计算机的字长为8位,写出十进制数-38的原码、反码和补码
-38的原码为10100110
-38的反码为11011001
-38的补码为11011010
4、本章作业
P411,4,7,8,11
P4215,16
第二章计算机系统的硬件
1、本章学习要求
(1)应熟悉的内容
中央处理器的组成和功能;运算器,控制器的基本组成与功能
主存储器的组成及功能,主存储器的的操作与主要技术指标。
半导体存储器:
RAM和ROM的分类和特点。
存储矩阵的实现原理。
辅助存储器的分类和作用;磁带存储器的基本工作原理和技术指标;
磁盘存储器的基本工作原理、存储结构和技术指标;光盘存储器的基
本工作原理、存储结构和技术指标
存储体系:
存储层次结构;高速缓冲存储器,虚拟存储器的实现原理。
输入设备的分类与作用;键盘、鼠标、光学标记阅读器、触摸屏、
语音输入的基本知识。
输出设备的分类与作用;打印机的分类和工作原理;显示器工作原理
和技术指标等。
绘图仪、语音输出设备的基本知识。
输入输出接口的分类和作用;
输入输出控制方式:
程序查询,中断控制,直接存储器存取、外部处
理机方式的处理流程。
计算机的整机结构:
指令的基本概念、指令格式,基本指令种类,寻址方式。
总线的分类和作用。
整机工作原理。
计算机的系统结构:
并行处理概念和分类;流水线技术;并行处理技术;
CISC和RISC的特点
(2)应掌握的内容
中央处理器的组成和功能;运算器,控制器的基本组成与功能
主存储器的组成及功能,主存储器的的操作与主要技术指标。
半导体存储器:
RAM和ROM的分类和特点。
辅助存储器的分类和作用;磁带存储器的基本工作原理和技术指标;
磁盘存储器的基本工作原理、存储结构和技术指标;光盘存储器的基
本工作原理、存储结构和技术指标
存储体系:
存储层次结构;高速缓冲存储器,虚拟存储器的实现原理。
输入设备的分类与作用;键盘、鼠标、光学标记阅读器、触摸屏、
语音输入的基本知识。
输出设备的分类与作用;打印机的分类和工作原理;显示器工作原理
和技术指标等。
绘图仪、语音输出设备的基本知识。
输入输出接口的分类和作用;
输入输出控制方式:
程序查询,中断控制,直接存储器存取、外部处
理机方式的处理流程。
计算机的整机结构:
指令的基本概念、指令格式,基本指令种类
总线的分类和作用。
计算机的系统结构:
并行处理概念和分类;流水线技术;
CISC和RISC的特点
(3)应熟练掌握的内容
中央处理器的组成和功能;运算器,控制器的基本组成与功能
主存储器的组成及功能,主存储器的的操作与主要技术指标。
半导体存储器:
RAM和ROM的分类和特点。
辅助存储器的分类和作用;磁带存储器的基本工作原理和技术指标;
磁盘存储器的基本工作原理、存储结构和技术指标;光盘存储器的基
本工作原理、存储结构和技术指标
存储体系:
存储层次结构;高速缓冲存储器,虚拟存储器的实现原理。
输入设备的分类与作用
输出设备的分类与作用;显示器工作原理和技术指标等
输入输出接口的分类和作用;
输入输出控制方式:
程序查询,中断控制,直接存储器存取、外部处
理机方式的处理流程。
指令的基本概念、指令格式,基本指令种类
总线的分类和作用。
CISC和RISC的特点
2、本章重点难点分析
1)运算器实现运算的过程
运算器提供了各种“数据通路”,在不同控制信号序列的控制下,让数
据从“源地址”出发,途径不同的“通路”,到达“目的地址”,便可完成数据的
处理,即实现了对数据的运算。
这个过程中要理解运算器中有哪些组成部件,每
个部件的作用是什么,理解控制信号起什么作用,理解微操作是有顺序的。
2)控制器的功能
控制器是指挥和控制计算机各个不见协调操作的中心部件,其主要功能
是取指令、分析指令和执行指令。
产生完成指令操作的控制信号。
3)控制器的组成
指令部件:
程序计数器(存放指令的地址);指令寄存器(存放指令本
身);指令译码器(实现指令操作码的翻译);
时序部件:
产生时标信号。
微操作控制部件:
产生微操作信号。
4)主存储器的读写操作
主存储器是按地址存取信息的。
主存储器在工作时,中央处理器将地
址送到地址寄存器,并发出读出或写入命令。
地址译码器对地址进行译码,以确
定相应的存储单元。
如果是读出命令,则将存储单元的数据读出,送往数据换6
冲寄存器;如果是写入,数据缓冲器中的数据被写入存储单元中。
6)高速缓存
容量小高速缓存速度快,一般做在CPU中,它与CPU的速度完全匹配,使CPU
的性能能充分发挥。
Cache中存放了主存中当前最常用的信息。
CPU从主存取数
据和指令时,先在Cache中找,如果找不到,再到主存中找,从而“提高”了主存
速度。
7)寄存器、高速缓存、主存储器的特点。
寄存器是用来存放地址、数据及运算中间结果的存储器,它位于中央处
理器中,速度与中央处理器匹配,容量较小。
高速缓存存放中央处理器近期要执行的指令和数据,其存取速度快,常用
来提高系统的处理速度。
主存储器用来存储计算机运行期间较常用的大量数据和程序,与寄存器、
高速缓存相比,主存储器的容量较大,速度较慢。
3、本章典型例题(案例)分析(解答)
1)用书43页的图2-1,给出指令MOVR2,R3所需的微操作
MOVR2,R3指令的功能是将R3寄存器的数据传送到R2寄存器,该指令
需以下微操作:
C13=1,使R3的数据通过A组输入端进入ALU.
C20=1,使A组输入数据从ALU输出。
C23=1,使R3的数据直接送到数据总线DBUS的对应数据线上
C8=1,将数据总线DBUS的数据送到R2中
2)用书43页的图2-1,给出指令ADDR3,R4所需的微操作
ADDR3,R4指令的功能是将R3寄存器的数据和R4寄存器的数据相加,
结果送到R3寄存器,该指令需以下微操作:
C13=1,使R3的数据通过A组输入端进入ALU.
C19=1,使R4的数据通过A组输入端进入ALU.
C21=1,在ALU中实现A+B,结果从ALU输出
C23=1,将结果送到数据总线DBUS的对应数据线
C9=1,将数据总线DBUS的数据送到R3中
3)中央处理器的主要功能部件及其基本的工作过程是什么?
中央处理器是由控制器、运算器和寄存器三大功能部件组成。
控制器是协调和控制出现在中央处理器中的所有操作,当计算机执行存
放在内存中的程序时,控制器按照它们的执行顺序来获取、解释指令,输出命令或信号来指挥系统的其他部件。
算术逻辑单元即运算器,它完成算术运算和逻辑运算。
寄存器是用来临时寄存中间数据和地址。
寄存器通常放在CPU内部,由控制器控制。
中央处理器执行算术逻辑运算的基本过程如下:
A.形成指令地址,把指令地址送给存储器,发出取命令,读出本条指令。
B.取出指令送给控制器的指令寄存器,对指令操作码进行译码,决定执
行何种运算或操作。
C.由算术逻辑单元执行运算。
D.将运算结果写回寄存器组。
完成一条指令,需要中央处理器的各个部
件的参与。
4)什么是显示适配器?
它有哪些性能指标?
显示适配器是显示器与主机通信的控制电路和接口,用于将主机的数字
信号转换成图象信号并在显示器上显示出来。
显示适配器的基本性能指标有以下几种:
A.分辨率:
它是指在显示器屏幕上所能描绘的像素点数量,通常用水平
像素点数X垂直像素点数来表示。
B.颜色深度:
它是指显示卡在当前分辨率下能同屏显示的色彩数量,一
般以多少色和多少位色来表示,如8位、16位、24位、32位。
C.刷新频率:
它是指图象在显示器上更新的速度,即屏幕每秒重新显示
的次数。
刷新频率越高,屏幕上图象的闪烁感越小,图象的稳定性越高。
4、本章作业
P971,3,5,10,14,
P9820,21,22,.31
第三章计算机系统的软件
1、本章学习要求
(1)应熟悉的内容
计算机软件概念和分类。
常用软件(操作系统、数据库管理系统,办公软件、多媒体软件、工
具软件、程序设计语言等)基本功能和用途。
程序设计语言的分类及特点。
程序语言的基本要素,基本结构。
结构化程序设计方法
面向对象的程序设计方法,对象、类的基本概念,面向对象语言的基
本特征。
当前流行程序设计语言及应用领域(VisualStudio,Visual
Studio.NET,PowerBulid,Delphi等)。
数据结构的概念,几种典型的数据结构的存储结构及操作(线性表/栈/队
列/树/图)
编译的主要过程及每个过程的主要任务。
操作系统的概念和发展,操作系统的分类,操作系统的功能,操作系统
的特性。
处理器管理:
进程的概念,状态及其转换,进程调度的实现
存储管理:
存储管理的功能,页式存储管理,段式存储管理,段页式存
储管理的实现,虚拟存储器的实现
设备管理:
设备管理的功能,设备管理的技术(中断、通道,缓冲技术、
假脱机技术)。
文件管理:
文件管理的功能,文件的分类、结构,文件目录的实现,文
件共享,保密和保护的一般技术。
作业管理:
作业管理的功能,作用调度的实
软件工程的概念,软件生命周期的阶段及各阶段的主要工作,常见的
软件开发模型。
(2)应掌握的内容
计算机软件概念和分类。
程序设计语言的分类及特点。
程序语言的基本要素,基本结构。
结构化程序设计方法
面向对象的程序设计方法,对象、类的基本概念,面向对象语言的基
本特征。
数据结构的概念,几种典型的数据结构的存储结构。
编译的主要过程及每个过程的主要任务。
操作系统的概念和发展,操作系统的分类,操作系统的功能,操作系统
的特性。
处理器管理:
进程的概念,状态及其转换,进程调度的实现
存储管理:
存储管理的功能,页式存储管理,段式存储管理,段页式存
储管理的实现,虚拟存储器的实现
设备管理:
设备管理的功能,设备管理的技术(中断、通道,缓冲技术、
假脱机技术)。
文件管理:
文件管理的功能,文件的分类、结构,文件目录的实现,文
件共享,保密和保护的一般技术。
作业管理:
作业管理的功能,作用调度的实
软件工程的概念,软件生命周期的阶段及各阶段的主要工作,常见的软
件开发模型。
(3)应熟练掌握的内容
计算机软件概念和分类。
程序设计语言的分类及特点。
程序语言的基本要素,基本结构。
结构化程序设计方法
面向对象的程序设计方法,对象、类的基本概念,面向对象语言的基
本特征。
数据结构的概念,几种典型的数据结构的存储结构及操作(线性表/栈/队
列/树/图)
编译的主要过程及每个过程的主要任务。
操作系统的概念和发展,操作系统的分类,操作系统的功能,操作系统
的特性。
处理器管理:
进程的概念,状态及其转换,进程调度的实现
存储管理:
存储管理的功能,页式存储管理,段式存储管理,段页式存
储管理的实现,虚拟存储器的实现
设备管理:
设备管理的功能,设备管理的技术(中断、通道,缓冲技术、
假脱机技术)。
文件管理:
文件管理的功能,文件的分类、结构,文件目录的实现,文
件共享,保密和保护的一般技术。
作业管理:
作业管理的功能,作用调度的实
软件工程的概念,软件生命周期的阶段及各阶段的主要工作,常见的软件开
发模型。
2、本章重点难点分析
1)软件的概念和分类。
软件是用户与硬件之间的接口界面,是计算机系统中的程序、数据和有关
文档的集合。
用户主要通过软件与计算机进行交往。
软件是计算机系统中的指挥
者,它规定计算机系统的工作,包括各种计算任务内部的工作内容和工作流程以
及各项任务之间的调度和协调。
计算机软件可分为系统软件和应用软件,系统软
件又可分为操作系统和支撑软件。
2)面向对象的程序设计技术的基本思想
面向对象的软件系统是由对象组成的,软件中的任何元素都是对象,复杂的软件
对象由比较简单的对象组合而成;把所有对象都划分成各种对象类(简称类,
Class),每个对象类都定义了一组数据和一组方法;按照子类(或称为派生类)
与文类(或称为基类)的关系,把若干个对象类组成一个层次结构的系统(也称
为类等级)。
在这种层次结构中,通常下层的派生类具有和上层的基类相同的特
性(包括数据和方法),这种现象称为继承(Inheritance)。
2)算法与数据的区别
程序必须装入机器内部才能工作,是计算机需要遵照执行的一系列指令,它
作为一种具有逻辑结构的信息,精确而完整地描述计算任务中的处理对象和处理
规则。
算法是一组明确的,可以执行的步骤地有序集合。
程序是算法的一个表达,
也即一个算法可由多个程序表示。
3)操作系统的功能
(1)处理器(CPU)管理:
在多道程序运行下,对于单处理器的计算机,操
作系统要按一定策略实施CPU的分配调度,使CPU为多个程序交替服务,提高CPU的利用率。
或者说,从“宏观”上看,将一个CPU虚拟化为多个CPU,供多
个程序单独使用。
(2)存储器管理:
指对计算机的主存进行管理,包括:
主存分配与回收:
按一定策略为申请主存空间的作业分配主存,当作业运行完毕后,回收该作业所占据的主存空间,使它变为空闲区。
主存的保护:
为多个用户程序共享主存提供保护措施,使各自的程序与数据不被破坏。
主存的扩充:
为用户提供比实际主存容量大得多的虚拟存储空间。
(3)设备管理:
指对计算机的各类外部设备(输入输出设备及外存储器)的
管理,包括设备的分配与回收,启动外设工作,进行故障处理等。
为提高设
备的利用率,采用虚拟设备技术。
为使用户方便、高效地使用设备,采用“屏蔽”
技术,使用户使用设备时不必关心设备的物理特性。
(4)文件管理:
计算机
中的所有信息(程序、数据及文档等)都是以文件形式保存在外存中。
文件管理
面向用户实现按名(文件名)存取;的存取、检索、插入、修改和删除;解决文件的
共享、保护和保密等问题
4)进程和程序的异同
进程是动态的,它由系统创建,并会发生状态转换,直至消亡。
而程序是静
态的,它是指令的有序集合。
②进程可并发执行,即一个进程已开始工作但
还没有结束之前,另一个进程可以开始工作。
程序只能一个个执行并完成。
③多
个进程可包含有相同的程序,只要运行的数据集合不同;反之,一个进程也可包
含多个程序,形成父子进程。
5)软件生命周期的八个阶段是什么
软件生命周期8个阶段的任务分别是问题定义、可行性研究,需求分析、
总体设计、详细设计、编码和单元测试、综合测试和软件维护。
3、本章典型例题(案例)分析(解答)
1)机器语言和汇编语言有什么区别?
计算机能理解的语言为机器语言。
汇编语言不是计算机能直接理解的语
言,它的任务是通过助记符和标识符而汇编出由操作码和操作数组成的机
器指令。
2)面向对象的程序设计技术的特点是什么
面向对象的程序设计中,程序是一系列对象的集合,这些对象相互沟通。
每个对象用自己的算法描述它在不同情况下的行为。
面向对象的主要特点是封
装,继承和多态。
3)什么是操作系统
操作系统是管理计算机软、硬件资源,并控制计算机程序运行,为用户提
供使用计算机界面的一种系统软件。
4)什么是结构化程序设计
结构化程序设计方法的程序设计是面向模块的,是模块化(或结构化)
的方法:
A.整个软件系统的功能逐步细化为多个小的功能。
B.多个小的功能分别对应由不同的模块(函数、过程,子程序)实现。
C.多个模块合作完成较大的功能,所有的模块的合作完成整个软件系
统的功能。
5)算法与数据结构之间的关系
数据结构是信息的一种组织方式,其目的是提高算法的效率,它通常
与一组算法的集合相对应,通过这组算法集合可以对数据结构中的数据进行某种
操作。
任何一种算法的设计取决于选定的数据结构,而算法的实现依赖于采用的
存储结构。
4、本章作业
P1751,3,6,7,20,21P17634,35
第四章计算机系统的软件
1、本章学习要求
(1)应熟悉的内容
计算机网络
计算机网络的概念和功能。
计算机网络的基本知识:
概念、分类、拓扑结构、基本组成
网络设备和传输介质
网络操作系统的功能
计算机网络通信协议:
ISO/OSI参考模型,TCP/IP协议
Internet概述:
概念、地址表示、服务类型
数据库管理系统
数据库管理系统的概念、组成
关系数据库管理系统的基本知识
SQL语言简介
计算机安全
计算机安全研究内容
计算机密码学
计算机病毒的概念、特征与防治措施
计算机网络安全与通信安全
社会责任与职业道德规范
(2)应掌握的内容
计算机网络
计算机网络的概念和功能。
计算机网络的基本知识:
概念、分类、拓扑结构、基本组成
网络设备和传输介质
网络操作系统的功能
计算机网络通信协议:
ISO/OSI参考模型,TCP/IP协议
Internet概述:
概念、地址表示、服务类型
数据库管理系统
数据库管理系统的概念、组成
关系数据库管理系统的基本知识
SQL语言简介
计算机安全
计算机安全研究内容
计算机密码学
计算机病毒的概念、特征与防治措施
计算机网络安全与通信安全
社会责任与职业道德规范
(3)应熟练掌握的内容
计算机网络
计算机网络的概念和功能。
计算机网络的基本知识:
概念、分类、拓扑结构、基本组成
网络设备和传输介质
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