【正文】 第 1 頁 20201127 1 全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試 三級(jí)數(shù)據(jù)庫分章節(jié)考試要點(diǎn) 第一章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展 自從 1946 年 2 月現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的鼻祖 ENIAC（ electronic numerical integrator and ˉputer）在美國賓夕法尼亞大學(xué)問世以后，短短 50 年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了巨大的變革。 學(xué)術(shù)界經(jīng)常使用器件（硬件）劃分計(jì)算機(jī)的發(fā)展史，如第一代電子管計(jì)算機(jī)（ 1947～ 1957），第二代晶體管計(jì)算機(jī)（ 1958～ 1964），第三代集成電路計(jì)算機(jī)（ 1964～ 1972），第四代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（ 1972～），目前提出了所謂的第五代（或新一代）計(jì)算機(jī)。 從 1946 年到 50 年代后期（ 1946～ 1957）為電子管計(jì)算機(jī)時(shí)期。計(jì)算機(jī)的元器件主要由電子管（ vacuum tube）組成。其特點(diǎn)是體積龐大、功耗高、運(yùn)算速度較低。如 ENIAC 占地 170m 2 ，重達(dá) 30 噸，功耗為 140kW，有 18000多個(gè)電子管，每秒鐘能進(jìn)行5000 次加法計(jì)算。這一階段，計(jì)算機(jī)主要用于軍事、國防等尖端技術(shù)領(lǐng)域。除了 ENIAC 以外， 1945年左右，馮 諾依曼等人在研制 EDVAC（ electronic discrete variable puter）時(shí)，提出了存儲(chǔ)程序（ storedprogram）概念，奠定了以后計(jì)算機(jī)發(fā)展的基石。IBM 公司 1954 年 12 月推出的 IBM650 是第一代計(jì)算機(jī)的代表。從 20 世紀(jì) 50 年代后期到 60年代中期（ 1958～ 1964）為晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)期。自從 1947 年晶體管（ transistor）在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生后，引發(fā)了一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的電子革命。體積小、功耗低、價(jià)格便宜的晶體管取代了電子管，不僅提高了計(jì)算機(jī)的性能，也使計(jì)算機(jī)在科研、商業(yè)等領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛地應(yīng)用。第二代計(jì)算機(jī)不僅采用了晶體管器件，而且存儲(chǔ)器改用速度更快 的磁芯存儲(chǔ)器 。與此同時(shí)高級(jí)編程語言和系統(tǒng)軟件的出現(xiàn)，也大大提高了計(jì)算機(jī)的性能和拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。這一時(shí)期計(jì)算機(jī)的代表主要有 DEC 公司 1957 年推出的 PDPI、 IBM 公司于 1962 年推出的 7094 以及 CDC 公司 1964 年研制成功的 CDC6600。 1969年 CDC 公司研制的 DCD7600 平均速度達(dá)到每秒千萬次浮點(diǎn)運(yùn)算。 從 20 世紀(jì) 60 年代中期到 70 年代初期（ 1965～ 1972）為集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代。第一代和第二代計(jì)算機(jī)均采用分離器件（ discrete ponent）組成。集成電路（ integrated circuit）的出現(xiàn)，宣告了第三代計(jì)算機(jī)的來臨。由于采用了集成電路，使得計(jì)算機(jī)的制造成本迅速下降 。同時(shí)因?yàn)檫壿嫼痛鎯?chǔ)器件集成化的封裝，大大提高了運(yùn)行速度，功耗也隨之下降 。集成電路的使用，使得計(jì)算機(jī)內(nèi)各部分的互聯(lián)更加簡(jiǎn)單和可靠，計(jì)算機(jī)的體積也進(jìn)一步縮小。這一時(shí)期的代表為 IBM 的 system/360 和 DEC 的 PDP8。 從 20 世紀(jì) 70 年代初期到 70 年代后期（ 1972～ 1978）為大規(guī)模集成電路（ LSI）計(jì)算機(jī)時(shí)代。 20世紀(jì) 70年代初半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的出現(xiàn)，迅速取代了磁芯存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器向大容量、高速度的方 向飛速發(fā)展。存儲(chǔ)器芯片從 1kbit， 4kbit， 16kbit， 64kbit，256kbit， 1Mbit， 4Mbit 發(fā)展到 16Mbit（ 1992年）。 接著就進(jìn)入了超大規(guī)模集成電路（ VLSI）計(jì)算機(jī)時(shí)代。隨著技術(shù)的日新月異，軟件和通信的重要性也逐步上升，成為和硬件一樣舉足輕重的因素。同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能也有巨大的影響（中斷系統(tǒng)、 Cache 存儲(chǔ)器、流水線技術(shù)等等）。實(shí)際上在第三代計(jì)算機(jī)以后，就很難找到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。 也可以從應(yīng)用的觀點(diǎn)來劃分計(jì)算機(jī)的發(fā)展史。最早的應(yīng)用是軍事上的需要，如炮彈彈 道計(jì)算，核武器的設(shè)計(jì)等 。其次是廣泛地用于科學(xué)計(jì)算，工程設(shè)計(jì)計(jì)算 。第三階段是大量用于管理，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的 80%以上用于管理 。再接著是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）和輔助制造（ CAM） 。進(jìn)入 90 年代，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已趨向于綜合化和智能化，例如在一個(gè)企業(yè)里，計(jì)算機(jī)不僅用于科學(xué)計(jì)算、輔助設(shè)計(jì)和輔助制造，還用于輔助管理和輔助決策（ MIS 與 DSS），以及辦公自動(dòng)化（ OA）等等，使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)自動(dòng)化和管理自動(dòng)化融為一體，形成所謂計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMSComputer Integrated Manufacturing System），再發(fā)展下去就是工廠自動(dòng)化（ Factory Automation）或稱無人工廠。 DSS（ Decision Support System） /ES（ Expert System）利用人工智能（ AIArtifcation Inˉtelligence）技術(shù)，讓計(jì)算機(jī)代替人判斷、推理，尋找最優(yōu)方案，以輔助決策者決策。 目前更流行的是認(rèn)為計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)過了三次浪潮（ wave）。 計(jì)算機(jī)的發(fā)展第一個(gè)浪潮是單個(gè)主機(jī)（ Mainframe）的時(shí)期，以 IBM360、 370 為代表的大型機(jī)的出現(xiàn)，其特點(diǎn)是以批處理為主，主要 用于大規(guī)模科學(xué)計(jì)算。 第二次浪潮為客戶機(jī) /服務(wù)器（ Client/Server）的時(shí)期，這時(shí)期出現(xiàn)了小型機(jī)、微型機(jī)和局域網(wǎng)。其特點(diǎn)是多用戶分時(shí)處理。 第三個(gè)浪潮是 70～ 80 年代的微型計(jì)算機(jī) PC（ Personal Computer）的出現(xiàn)?，F(xiàn)在正處于第三次浪潮，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的時(shí)期，即以網(wǎng)絡(luò)為中心或以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)時(shí)期。 目前計(jì)算機(jī)向綜合的方向發(fā)展，將各種計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)綜合起來，并結(jié)合了多媒體技術(shù)、通信技術(shù)等，把人類帶入了網(wǎng)絡(luò)社會(huì)。 二、計(jì)算機(jī)的分類及其應(yīng)用 計(jì)算機(jī)分類的方法大致可分如下幾種 : 第 2 頁 20201127 2 形式和處理方式分類 計(jì)算機(jī)按信息的形式和處理方式可分為數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)以及數(shù)字混合計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)按用途可分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)按規(guī)模可劃分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)等。 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用如下 : （ CAD/CAM）中的應(yīng)用 、計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 實(shí)際應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及通信網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)組成的一個(gè)整體系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的所有實(shí)體部件的集合，通常這些部件由電路（電子元件）、機(jī)械等物理部件組成，它們都是看得見摸得著的，故通常稱為 “硬件 ”。計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)也可以稱為馮 諾伊曼結(jié)構(gòu)，它由五大部件組成 :主機(jī)部分由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器組成，外設(shè)部分由輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成，其中核心部分部件是運(yùn)算器。 計(jì)算機(jī)硬件之間的連接線路分為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與總線結(jié)構(gòu)，這里主要介紹總線（ BUS）結(jié)構(gòu)?？偩€結(jié)構(gòu)有如下幾種形式 : CPU 為中心的雙總線結(jié)構(gòu) 所謂總線實(shí)際上是一組并行的導(dǎo)線，導(dǎo)線的數(shù)目和計(jì)算 機(jī)字長相同，數(shù)據(jù)和指令通過總線傳送。 主要部件功能 : 運(yùn)算器是完成二進(jìn)制編碼的算術(shù)或邏輯運(yùn)算的部件。運(yùn)算器由累加器（用符號(hào) L A 表示）、通用寄存器（用符號(hào) L B 表示）和算術(shù)邏輯單元（用符號(hào) ALU 表示）組成，核心是算術(shù)邏輯單元。 在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器包括內(nèi)存儲(chǔ)器（又叫主存儲(chǔ)器或隨機(jī)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存）、外存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器以及寄存器等。隨機(jī)存儲(chǔ)器是按地址存取數(shù)據(jù)的，若地址總線共有 20 條（ A 0 ～ A 19 ），即有 20 個(gè)二進(jìn)制位，可形成 2 20 =1048576個(gè)地址（ 1 兆地址）。 控制器由三大部件組成，它們是指令部件、時(shí)序部件和操作控制部件。 （ 1）指令部件 指令部件包括程序計(jì)數(shù)器 PC，指令寄存器 IR 和指令譯碼器 ID。 （ 2）時(shí)序部件 時(shí)序部件產(chǎn)生定時(shí)節(jié)拍，一般由時(shí)鐘信號(hào)源、節(jié)拍發(fā)生器及微操作電路組成。 輸出寄存器用于存放輸出結(jié)果，以便由它通過必要的接口（輸出通道），在輸出設(shè)備上輸出運(yùn)算結(jié)果。 目前主要通過 CRT 終端和鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。磁性設(shè)備閱讀機(jī)、光學(xué)閱讀機(jī)等也可作為輸 入設(shè)備。 四、計(jì)算機(jī)軟件的功能及分類 所謂軟件是指為運(yùn)行、維護(hù)、管理、應(yīng)用計(jì)算機(jī)所編制的所有程序的總和。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（ Operation System）、計(jì)算機(jī)的各種管理程序、監(jiān)控程序、調(diào)試程序、編輯程序以及各種語言的編譯或解釋程序等。應(yīng)用軟件是為解決各種實(shí)際問題而設(shè)計(jì)的程序。軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)編輯程序 語言處理程序匯編程序編譯程序解釋程序系統(tǒng)實(shí)用程序裝配連接程序應(yīng)用軟件通用軟件用戶程序 操作系統(tǒng)具有三大功能 :管理計(jì)算機(jī)硬、軟件資源，使之有效使用 。組織協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行，以增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力 。提供人機(jī)接口，為用戶提供方便。操作系統(tǒng)具有的管理 : （ 1）作業(yè)管理。 第 3 頁 20201127 3 （ 2）資源管理。 （ 3）中斷處理。 （ 4） I/O 處理。 （ 5）調(diào)度。 （ 6）錯(cuò)誤處理。 （ 7）保護(hù)和保密處理。 （ 8）記帳。 操作系統(tǒng)的基本類型 : （ 1）批處理操作系統(tǒng)。 （ 2）分時(shí)系統(tǒng)。 （ 3）實(shí)時(shí)系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)的管理功能主要內(nèi)容 : （ 1）處理機(jī)管理。 （ 2）存儲(chǔ)管理。 （ 3）文件管理。 （ 4）設(shè)備管理。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)既可以認(rèn)為是一個(gè)系統(tǒng)軟件也可以認(rèn)為是一個(gè)通用的應(yīng)用 軟件。 目前有三種類型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，故可存放三種模型的數(shù)據(jù)，這三種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分別為層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是通過通信線路連接的硬件、軟件與數(shù)據(jù)集合的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從硬件來說，除計(jì)算機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)以外，還有如服務(wù)器（也可是一臺(tái)計(jì)算機(jī)），網(wǎng)絡(luò)適配器，終端控制器以及網(wǎng)絡(luò)連接器等硬件設(shè)備 。從軟件來說，有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通信及協(xié)議軟件，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。 用戶用高級(jí)語言編寫的程序稱源程序，源程序不能由計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行，必須翻譯成 機(jī)器能執(zhí)行的語言 機(jī)器語言，這種翻譯是由機(jī)器自動(dòng)翻譯的， “譯員 ”稱編譯程序或編譯器，當(dāng)源程序輸入計(jì)算機(jī)后，調(diào)用編譯程序編譯成機(jī)器語言（稱目標(biāo)程序），然后執(zhí)行。還有一種語言處理程序叫解釋程序，輸入一條語句，翻譯一條。現(xiàn)在已出現(xiàn)了第 4 代語言（ 4GL）和計(jì)算機(jī)輔助軟件工具 CASE。 在數(shù)據(jù)處理、事務(wù)處理、報(bào)表處理中有許多通用軟件，如字處理軟件 WPS、 WORD，報(bào)表處理軟件 LOTUS123 等。 五、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示 引入二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和性能具有如下的優(yōu)點(diǎn) : （ 1）技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易。 （ 2）二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單。 （ 3）計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)的 0、 1 數(shù)碼與邏輯代數(shù)變量值 0 與 1 吻合，所以二進(jìn)制同時(shí)可以使計(jì)算機(jī)方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算。 （ 4）二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系亦不復(fù)雜。 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) : 十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時(shí)，因整數(shù)部分與小數(shù)部分轉(zhuǎn)換算法不同，需要分別進(jìn)行。 （ 1）整數(shù)轉(zhuǎn)換方法 除基取余法 十進(jìn)制整數(shù)除以 2 取余數(shù)作最低位系數(shù) k 0 ，再取商的繼續(xù)除以 2 取余數(shù)作高一位的系數(shù)，如此繼續(xù)直到商為 0 時(shí)停止，最后一次的余數(shù)就 是整數(shù)部分最高有效位的二進(jìn)制系數(shù)，依次所得到的余數(shù)序列就是轉(zhuǎn)換成的二進(jìn)制數(shù)。因?yàn)槌龜?shù) 2 是二進(jìn)制的基數(shù)，所以這種算法稱作 “除基取余 ”法。 （ 2）小數(shù)轉(zhuǎn)換方法 乘基取整法 把十進(jìn)制小數(shù)乘以 2，取其積的整數(shù)部分作為對(duì)應(yīng)二進(jìn)制小數(shù)的最高位系數(shù) k 1 ，再取積的純小數(shù)部分乘以 2，新得積的整數(shù)部分又作下一位的系數(shù) k 2 ，再取其積的純小數(shù)部分繼續(xù)乘 2， …，直到乘積小數(shù)部分為 0 時(shí)停止，這時(shí)乘積的整數(shù)部分是二進(jìn)制數(shù)最低位系數(shù)，每次乘積得到的整數(shù)序列就是所求的二進(jìn)制小數(shù)，這種方法每次乘以基數(shù)取其整數(shù)作系數(shù)。所以叫乘基 取整法。需要指出的是并不是所有十進(jìn)制小數(shù)都能轉(zhuǎn)換成有限位的二進(jìn)制小數(shù)并出現(xiàn)乘積的小數(shù)部分 0 的情況，有時(shí)整個(gè)換算過程會(huì)無限進(jìn)行下 第 4 頁 20201127 4 去，此時(shí)可以根據(jù)要求并考慮計(jì)算機(jī)字長，取一定長度的位數(shù)后四舍五入，這時(shí)得到的二進(jìn)制數(shù)是原十進(jìn)制數(shù)的近似值。 一個(gè)既有整數(shù)部分又有小數(shù)的數(shù)送入計(jì)算機(jī)后，由機(jī)器把整數(shù)部分按 “除基取余 ”法，小數(shù)部分按 “乘基取整 ”法分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后合并。任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) : 任意一種進(jìn)位計(jì)數(shù)制的數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法都是一樣的。把任意進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開成多項(xiàng)式和的形式，把各位的權(quán)與該位上的數(shù)碼相乘，乘積 逐項(xiàng)相加，其和便是相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成任意進(jìn)制數(shù) : 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成任意進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法完全相同，即整數(shù)部分用除基取余的算法，小數(shù)部分用乘基取整的方法，然后將整數(shù)與小數(shù)拼接成一個(gè)數(shù)作為轉(zhuǎn)換的最后結(jié)果。 符號(hào)數(shù)的機(jī)器碼表示 : （ 1）機(jī)器數(shù)和真值 數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示形式統(tǒng)稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)有兩個(gè)基本特點(diǎn)，其一，數(shù)的符號(hào)數(shù)值化。實(shí)用的數(shù)據(jù)有正數(shù)和負(fù)數(shù)，因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能表示 0、 1 兩種狀態(tài)，數(shù)據(jù)的正號(hào) “+”或負(fù)號(hào) “”，在機(jī)器里就用一位二進(jìn)制的 0 或 1 來區(qū)別。通常這個(gè)符號(hào)放 在二進(jìn)制數(shù)的最高位，稱符號(hào)位，以 0 代表符號(hào) “+”，以 1 代表符號(hào) “”，這樣正負(fù)符號(hào)就被數(shù)值化了。因?yàn)橛蟹?hào)占據(jù)一位，數(shù)的形式值就不等于真正的數(shù)