初赛知识宝典

前言：

本文应该可以帮助你解决绝大部分初赛问题，或者复习。

但是有一些原题历史过于久远，知识点已经不重要了，或是一些太过于简单的问题（如“IT”的含义等），也就没必要介绍了。

查阅知识点可以通过翻目录或者 Ctrl+F。

忽然发现有些复赛的知识点（如博弈论）初赛也用得上，所以本文会持续更新。

关于计算机：

计算机常识类问题。

计算机发展：

代别 年代 元件
第一代 \(1946\sim1958\) 电子管
第二代 \(1959\sim1964\) 晶体管
第三代 \(1965\sim1970\) 集成电路
第四代 \(1971\sim\text{now}\) 大规模、超大规模集成电路

ENIAC：

全称 “Electronic Numerical Integrator and Calculator”，\(1946\) 年 \(2\) 月 \(14\) 日，诞生于美国宾夕法尼亚大学。是世界上第一台电子计算机，占地 \(170~m^2\)，质量 \(30~t\)，用了约 \(18000\) 个电子管，每秒进行 \(5000\) 次加法计算。

ENIAC 是世界上第一台电子计算机，而世界上第一台电子数字计算设备被公认为是 ABC 机。ABC 机只用于求解线性方程组。

冯·诺依曼体系结构：

计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备组成。

把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。

附上百度百科的图：

计算机分类：

根据性能指标来分类，可以将计算机分成：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和工作站。

巨型机（超级计算机）：速度快，容量大，主要用于重大科研、国防尖端技术（我国有神威•太湖之光、天河一号等）。

大、中型机：安全性、稳定性高，擅长数据处理，用于商业领域（银行、电信等）。

小型机：与普通服务器相比高可靠性、可用性、高服务性，一般用于科研机构、学校。

微型机：个人计算机。

工作站：图形处理能力、任务并行方面能力强。

计算机历史中重要人物：

阿达·洛芙莱斯（Ada Lovelace）：英国人。世界上第一位程序员。

艾伦·麦席森·图灵（Alan Mathison Turing）：英国人。计算机科学之父，人工智能之父。

约翰·冯·诺依曼（John von Neumann）：美籍匈牙利人。现代计算机之父，博弈论之父。

约翰·麦卡锡（John McCarthy）：美国人。提出人工智能概念，人工智能之父。

马文·明斯基（Marvin Lee Minsky）：美国人。框架理论的创立者，人工智能之父。

克劳德·艾尔伍德·香农（Claude Elwood Shannon）：美国人。提出了信息熵的概念，为信息论和数字通信奠定了基础，信息论创始人。

计算机系统：

计算机系统结构图：

计算机系统硬件系统软件系统主机外设CPU 中央处理器控制器运算器内存ROM 只读存储器RAM 随机存储器Cache 高速缓冲输入设备输出设备外存应用软件系统软件操作系统编译程序和解释程序数据库管理系统各种字处理系统各种软件包

硬件系统：

计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。

CPU 中央处理器：

由运算器、控制器和一些寄存器组成，它们的用处分别是：

  • 运算器进行各种算术运算和逻辑运算。
  • 控制器是计算机的指挥系统。

CPU 的内部由成千上万个晶体管组成，每个晶体管控制位开关。

CPU 的主要性能指标包括主频、字长、高速缓存容量、指令集合及动态处理技术制造工艺、封装方式和工作电压等。

主频：指 CPU 的工作时钟频率，表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。比如 \(4.0\mathrm{GHZ}\)、\(3.0\mathrm{GHZ}\) 等指的就是 CPU 主频 ，即每时钟周期可以产生 \(40\) 亿、\(30\) 亿个脉冲信号。主频和实际的运算速度存在一定的关系，一般来说，主频越高，一个时钟周期完成指令数越多，速度也越快。赫兹的进制是 \(1000\)。

字长：指微处理器 CPU 能够同时处理的二进制位数长度。字长的大小取决于 ALU 中寄存器的容量和连接着这些寄存器的电路性能。例如，\(8\) 位字长的微处理器有 \(8\) 位的寄存器，每次能处理 \(8\) 位的数据，因此称作 “\(8\) 位处理器”。机器的字长越大，就能在每个处理器周期内处理越大的数据，所以字长越大机器性能越好。

高速缓存（Cache、RAM 缓存、缓冲存储器）：物如其名，它的速度很快，是主板上能使微处理器获得信息最快的硬件（就像闪电侠和超人比赛跑步，如果前者慢于后者，那取“闪电侠”这个名字还有何意义呢）。

CPU 大事祭：

  • \(1971\) 年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器 4004，字长 \(4\) 位。
  • \(1978\) 年，英特尔公司推出了世界上第一款字长 \(16\) 微处理器 8086。
  • \(1985\) 年，英特尔公司推出了字长 \(32\) 位处理器 80386。
  • \(1993\) 年，英特尔公司推出了字长 \(64\) 位处理器 Pentium（即 80586）。
  • 现在，英特尔公司在挤牙膏。

存储器：

存储器与 CPU 的关系：

CPU 内存 外存

存储器主要用来保存各类程序的数据信息。

存储器有分内、外两类。

内存：

又称主存，由半导体存储器组成，存取速度较快，但一般容量较小，它存储的信息可被 CPU 直接访问。内存中有很多存储单元，每个单元 \(8\mathrm{bit}\)，即 \(1\mathrm{Byte}\)。内存中的每个字节各有一个固定的编号称作地址。CPU 在存取存储器中的数据时按照地址进行。然后，存储器容量就是存储器中所包含的字节数。

存储器容量单位：

\[1\mathrm{B}=8\mathrm{bit}\quad 1\mathrm{KB}=1024\mathrm{B}\quad 1\mathrm{MB}=1024\mathrm{KB}\quad 1\mathrm{GB}=1024\mathrm{TB}\quad 1\mathrm{PB}=1024\mathrm{TB} \]

内存中也有分成 \(3\) 种：

  1. 随机存储器 RAM。是一种读写存储器，其内容可以随时根据需要读出，也可以随时重新写入新的信息。断电不可保存。
  2. 只读存储器 ROM。不可写入，其储存的信息时出场时就已经写入的，主要用于检查计算机系统的配置情况且拥有 BIOS（基本输入/输出程序、系统设置信息、开机加电自检程序和系统启动自举程序等）。
  3. 高速缓冲存储器 Cache。这是一种在 CPU 与内存之间设置的一级或两级高速小容量存储器，在主板上。计算机工作时，系统先将数据由外存入 RAM 中，再由 RAM 读入 Cache 中，然后 CPU 直接从 Cache 中取数据。
外存：

大部分可移动。常见的有：软盘存储器、硬盘存储器、闪存、光盘。（懒得介绍了

输入输出设备：

过于基础就不讲了。

总线结构：

按照总线上传输信息的不同，分为数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）三种：

  1. 数据总线：用来传送数据信息，它主要连接了 CPU 与各个部件，是它们之间交换信息的通路。它是双向的，而具体的传送方向由 CPU 控制。
  2. 地址总线：用来传送地址信息。CPU 通过地址总线传送的地址信息访问存储器。通常地址总线是单向的。同时，地址总线的宽度决定可以访问的存储器的容量大小，如 \(20\) 条地址总线可以控制 \(1\mathrm{MB}\) 的存储控制。
  3. 控制总线：用来传送控制信息，协调各部件之间的操作。控制信号告诉 CPU 对内存和接口电路的读写控制信号、中断响应信号，也包括其他部件传送给 CPU 的信号，如终端申请信号、准备就绪信号等。

软件系统：

系统软件：

用于控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统。主要功能是调度、监控和维护计算机系统；负责管理计算机系统中的独立硬件，协调它们工作。

常见的操作系统类群有：Windows 窗口式操作系统、Dos 磁盘操作系统、UNIX 网络操作系统。

应用软件：

应该大家都不陌生就不写了。

用户 应用软件 实用系统软件 操作系统 硬件

计算机指令：

指令系统是计算机所识别并可执行的指令集合，由操作码与操作数组成。包括：数据传递、算术运算、逻辑运算、传操作、位操作、程序控制、高级语言指令、保护模式、处理器控制指令。

计算机语言：

通常分为机器语言、汇编语言和高级语言。

机器语言：

就是用二进制书写，特别难记，很难掌握。

汇编语言：

低级语言，只是将一些符号代替了机器指令，工作量大、繁琐、可移植性差。

需要将源程序翻译位目标程序再连接成可识别的二进制代码：

汇编源程序 目标程序 可执行程序 翻译程序 连接程序
高级语言：

有编译方式、解释方式两种。

编译方式：

常见的语言有 C/C++、Pascal 等。

编译过程：

高级语言源程序 编译程序 可执行程序 连接程序 目标程序

解释方式：

常见的有 PHP、Java、JavaScript、Python 等。

解释过程：

高级语言源程序 可执行程序 解释程序

同时，部分高级语言还面向对象。面向对象语言间借鉴了 \(20\) 世纪 \(50\) 年代的人工智能语言 LISP，引入了动态绑定的概念和交互式开发环境的思想；始于 \(20\) 世纪 \(60\) 年代的离散实践模拟语言 Simula67，引入了类的要领与继承，成形于同世纪 \(70\) 年代的 Smalltalk。

面向对象语言有两类：

  1. 纯面向对象语言，如 Smalltalk、EIFFEL 等。
  2. 混合型面向对象语言，可在过程式语言及其它语言中加入类、继承成分，如 C++ 等。

计算机中的数：

原码、反码、补码：

表示 \(x\) 时，有以下规则：

  • 当 \(x\) 是正数，则 \([x]_{\text{原}}=[x]_{\text{反}}=[x]_{\text{补}}=[0+x]\)，其中 \([0+x]\) 表示在 \(x\) 前加一个符号位 \(0\)（即表示正数）。
  • 当 \(x\) 是负数，则 \([x]_{\text{原}}=[1+x]\)，其中 \([1+x]\) 表示在 \(x\) 前加一个符号位 \(1\)（即表示负数），\([x]_{\text{反}}\) 则是原码除符号位全部取反，\([x]_{\text{补}}=[x]_{\text{反}}+1\)。

浮点表示法：

包含两部分：尾数（\(S\)）和阶码（\(E\)）。分别表示数的有效数值和小数点的位置：

\[n=S\times 2^E \]

关于计算机网络：

计算机网络：

网络中的计算机与计算机之间的通信依靠协议进行，而协议是计算机收、发数据的规则。

TCP/IP：用于网络的一组通讯协议，包括 IP（Internet Protocol）和 TCP（Transmission Control Protocol）。

网络的主要功能是：资源共享、信息传输、分布处理、综合信息服务。

计算机网络的分类：

按照网络地理范围可以分成：

  1. 局域网（LAN，Local Area Network），一般局限在一公里的范围内，局域网内传输速率较高，误码率低，结构简单，具体标准是美国电气电子工程师学会指定的 IEEE802 系列标准。
  2. 城域网（MAN，Metropolitan Area Network），范围在几公里到几十公里内。
  3. 广域网（WAM，Wide Area Network），范围在几十公里到几千公里内。

MAN、WAM 一般由多个 LAN 构成。

按照网络拓扑结构可以分成：

  1. 星型。通讯结构简单，对外围站点要求不高，单个站点故障不会影响全网，但电路利用率低，电线费用大，网络性能依赖于中央节点，中央节点故障会影响全网。
  2. 总线型。结构简单，可靠性高；布线容易；总线任务重，易产生瓶颈问题；总线的故障对整个系统是毁灭性的。
  3. 环型。传输速率高，传输距离远；各个节点的地位和作用相同；各节点传输信息的时间固定；容易实现分布式控制；单个站点的故障会影响整个网络。
  4. 树型。分级结构，又称为分级的集中式网络。
  5. 网状型（不规则）。计算机之间不规则地连接，一般局域网属于此类。

网络拓扑结构是指计算机网络节点和通信链路所组成的几何形状。

因特网是当今世界上规模最大、用户最多、影响最广泛的计算机互联网络。其中有极多拓扑结构的 LAN、WAN、MAN。因此，因特网本身的拓扑只是一种虚拟拓扑结构，无固定形式。

按采用的交换技术进行分类：电路交换、报文交换、分组交换。

网络的体系结构：

国际标准化组织（International Standardization Organization，ISO）提出的开放式系统互联通信参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI），将数据从一个站点到达另一个站点的工作按层分割成七个体系结构。OSI 只是描述了每层的功能，并没有确定一个层的协议，而网络体系结构是网络层次结构和相关协议的集合。

参考资料：

冯·诺依曼体系结构 百度百科

曹文,董永建,吴涛.信息学奥赛一本通·初赛篇[M]. 南京：南京大学出版社，2020.

posted @ 2021-09-04 09:59  Jayun  阅读(254)  评论(0)  编辑  收藏  举报