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第一部分 计算机科学技术基础
第一章 计算机及其应用基础知识
1.1 计算机的特点、分类及其应用
1.2 信息编码与数据表示；数制及其转换方法；算术运算和逻辑运算的过程
第一部分 计算机科学技术基础
第一章 计算机及其应用基础知识
1.1 计算机的特点、分类及其应用
1.1.1 计算机的特点
（1）运算速度快：最显著特征，是计算机主要性能指标，采用单位时间内执行指令的平均条数衡量，用MIPS作计量单位；
（2）计算精度高：通过二进制和多级运算，精度可达小数点后数百万位。
（3）存储能力强：存储容量大，存储时间长，内存（RAM）和外存（硬盘、云存储）支持海量数据长期保存。
（4）通用性高：计算机能够处理负责的算术问题和逻辑问题；
（5）自动化程度高：计算机采用存储程序的方式，即将待处理的数据以及处理该数据的程序事先存入计算机内存，在程序控制下，计算机可以自动完成预定的全部处理任务，不需要人工干预。
1.1.2 计算机的分类
（1）按用途及其使用范围分类
1. 通用计算机：为解决各类问题而设计（科学、工程计算，数据处理等）。
2. 专用计算机：为某种特定目的而设计（数控机床、银行存款等）。
注：专用计算机针对性强，效率高，结构比通用计算机简单。
（2）按规模和处理能力分类
巨型计算机、大型计算机、小型机/中型计算机、微型计算机等。
（3）按工作原理分类
1. 数字计算机：处理离散数据（主流类型）。
2. 模拟计算机：处理连续物理量（如早期气象模拟）。
3. 混合计算机：结合数字与模拟技术（如医疗监护仪）。
（4）按应用场景分类
服务器、工作站、终端设备等。
（5）按照所能传输和处理的二进制位分类（8位机、16位机、32位机、64位机）
1.1.3 计算机的应用
（1）科学计算
天气预报、核能模拟、航天轨道计算等。计算机诞生初期，主要用于科学计算。科学计算的特点是计算工作量大，数值变化范围大。
（2）信息处理
指的是对数据进行收集、整理、统计、分析、存储、传输等处理。如办公自动化（OA）、图书管理等。
（3）计算机辅助系统
计算机辅助设计（CAD）：设计人员利用计算机进行设计，减少工作量，提高设计质量和速度；
计算机辅助制造（CAM）：利用计算机进行产品生产的控制和管理，提高质量，降低成本，缩短生产周期；
计算机辅助教学（CAI）：利用计算机及来辅助完成教学计划或者某个实验过程，直观形象展现教学内容；
计算机辅助测试（CAT）：利用计算机进行大量复杂的测试工作；
（4）过程检测与控制
利用计算机对机器的运行过程进行状态监测并实施自动控制；
（5）多媒体应用
利用计算机将文本、图形、音视频等媒体综合并城建在交互式页面上，使计算机展现不同媒体形态；
（6）计算机网络
计算机网络是为了实现资源共享、信息交互和分布式处理，利用同行设备和线路将地理位置不同、功能独立的多台计算机互连起来构成的系统。
（7）人工智能
计算机模拟人类某些智能行为的技术和应用。目前还在发展阶段。
1.2 信息编码与数据表示；数制及其转换方法；算术运算和逻辑运算的过程
1.2.1 信息编码与数据表示
1.2.2 数制及其转换方法
1.2.3 算术运算和逻辑运算的过程
1.3 了解计算机的主要硬件组件，如 CPU、内存、硬盘、主板等，以及它们的基本功能
1.4 音频、动画、图像、视频等多媒体技术原理和基本概念，媒体的数字化过程及主流压缩技术标准
1.4.1 多媒体基础原理及基本概念
（1）媒体的定义及分类
媒体是信息表示和传播的载体。一指媒介——存储信息的实体，二指传递信息的载体；
媒体分为感觉媒体（多媒体技术）、表示媒体（信息编码方式）、表现媒体（输入输出设备）、存储媒体（存储硬件）、传输媒体（光缆电缆——链路层）
（2）多媒体技术的定义
多媒体技术是指计算机交互式综合处理多种媒体信息（文本、图像等），使多种信息建立逻辑连接，集成为一个具有交互性的系统。
实质（简介）：多媒体技术就是计算机综合处理声、文、图信息的技术。
（3）多媒体技术的主要特征
1. 集成性：包括媒体信息（声、文、图信息）的集成和表现媒体设备（相机、音响等）的集成；
2. 实时性：在多媒体系统中，声、文、图信息的传递是强实时性的；
3. 交互性：区别于传统电器的主要特征，多媒体计算机具有交互性；
（4）媒体的数字化过程
采样 —— 量化 —— 编码——公式计算。
1.4.2 音频技术原理及概念
（1）音频技术原理
音频技术涉及声音的采集、处理、存储和播放。在计算机中通过数字化处理，将声音变为数字音频（即将模拟信号转换为数字信号，以便于进行存储和传输）。
（2）音频基本概念
1. 音量：人耳对声音大小强弱的主观感受（振幅的大小）；
2. 音调：人耳对声音高低的感觉（声波的频率）；
3. 音色：区分不同声音的特性（声波的波形）；
4. 采样：在特定时刻对模拟信号进行测量并记录数据的过程；
5. 采样频率：每秒采集的声音声音样本数（Hz）；
（3）音频格式
WAV：无损格式，文件大，用于专业音频处理。
MP3：有损压缩，高压缩比，广泛用于音乐。
AAC：效率高于MP3，流媒体常用（如YouTube）。
MIDI：记录音符指令，文件极小，适合电子乐器。
1.4.3 动画技术原理及概念
（1）动画技术原理
动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或软件生成一系列的图像画面。
二维动画主要通过手绘或软件绘制平面图像
三维动画主要通过三维建模和渲染技术创建立体效果。
（2）动画基本概念
1. 帧：动画的基本单位，连续画面中的单幅静态画面称为一帧。
2. 关键帧：角色或物体运动变化中关键动作所处的那一帧。
3. 补间动画：在两个关键帧之间由计算机自动运算而得到的一系列插补帧，从而实现图画的运动或变化。
1.4.4 图像技术原理及概念
（1）图像技术原理
图像技术涉及图像的采集、处理、存储和显示。
图像以像素为基本单位，每个像素的颜色通过 RCB(红、绿、蓝)三原色进行编码。
（2）图像基本概念
1. 分辨率：通常以两个数字表示，如800x600、1920x1080，这两个数字分别代表图像的水平像素数量和垂直像素数量。分辨率越高，图像越清晰。
2. 颜色深度（色彩位数）：指储存1像素的颜色所用的位数。若颜色深度是n位，则有2n种颜色选择。
1.4.5 视频技术原理及概念
（1）视频技术原理
视频是由一系列连续播放的图像帧组成的动态影像。视频技术涉及视频的采集、编辑、压缩、编码和播放等多个环节。
（2）视频基本概念——帧频：也称帧率，是指每秒播放的图像帧数，单位通常为ps(帧每秒)。
1.4.6 媒体的数字化过程
（1）音频数字化
1. 采样（Sampling）：按固定时间间隔采集模拟信号的振幅值，每秒采集次数为采样率（单位：Hz）。
2. 量化（Quantization）：将连续采样值转为离散数值（二进制）。
3. 编码（Encoding）：将量化后的数值转换为二进制数据流。（如PCM编码）。
4. 公式：音频文件大小 = 采样率 × 量化位数 × 声道数 × 时间 / 8（单位：字节）。
示例：44.1kHz、16位、双声道、1分钟音频文件大小 = （44100×16×2×60）/ 8 = 10.1MB
（2）图像数字化
1. 采样：将图像划分为像素网格（分辨率，如 1920×1080）。
2. 量化：为每个像素分配颜色值（颜色深度，如 24 位真彩色）。
3. 编码：存储像素颜色信息（如 RGB 或 CMYK 模型）。
4. 计算公式：图像文件大小（字节）= （宽度×高度×颜色深度）/ 8
示例：1024×768 分辨率、24位颜色深度的图像大小 = 1024×768×24= 2.25MB
（3）视频数字化
1. 帧采样：按帧率（FPS）采集连续图像（如 24fps）。
2. 量化与编码：每帧图像单独处理，叠加时间轴形成视频流。
1.4.7 主流压缩技术标准
（1）压缩技术分为 无损压缩 和 有损压缩，核心目标是减少数据量，同时保证质量。
（2）压缩标准
| 压缩标准 | 标准 | 类型 | 特点 | 应用场景 |
| 音频 | MP3 | 有损 | 高压缩比，牺牲高频细节 | 音乐存储、流媒体 |
| AAC | 有损 | 效率高于 MP3，支持多声道 | 苹果设备、YouTube | |
| FLAC | 无损 | 保留原始音质，压缩率较低 | 专业音频存档 | |
| 图像 | JPEG | 有损 | 基于 DCT 变换，适合照片 | 网页图片、摄影 |
| PNG | 无损 | 支持透明度，适合图标 | 网页设计、图形编辑 | |
| GIF | 无损 | 支持 256 色和动画 | 简单动图、表情包 | |
| 视频 | JPEG | 有损 | 基于 DCT 变换，适合照片 | 网页图片、摄影 |
| PNG | 无损 | 支持透明度，适合图标 | 网页设计、图形编辑 | |
| GIF | 无损 | 支持 256 色和动画 | 简单动图、表情包 |
（3）压缩算法原理
熵编码：消除数据冗余（如 Huffman 编码）。
变换编码：将数据转换到频域压缩（如 DCT 用于 JPEG）。
预测编码：利用相邻数据相关性（如 MPEG 帧间压缩）。
1.5 理解操作系统的定义、功能和分类，如 Windows、Linux 和 Mac 等
1.5.1 操作系统的定义
操作系统（OS）是计算机系统中的一种软件，是具有特定功能的程序模块的集合，能够有效地管理计算机系统的硬件资源和软件资源，合理地组织工作流程，并向用户提供服务，使用户方便地使用计算机，使整个计算机系统能够高效的运行。
操作系统既是计算机系统资源的管理者，又是用户与计算机硬件系统之间的接口。
1.5.2 操作系统的功能
| 功能 | 描述 | 示例 |
| 处理器管理 | 控制进程调度（如多任务切换），避免资源冲突。 | 分配 CPU 时间片给浏览器、音乐播放器等进程。 |
| 存储管理 | 管理内存分配与回收（如虚拟内存技术）。 | Windows 的页面文件、Linux 的 swap 分区。 |
| 设备管理 | 控制外部设备（如打印机、硬盘），通过驱动程序实现硬件交互。 | 安装显卡驱动以支持游戏运行。 |
| 文件管理 | 组织存储数据，提供文件创建、删除、读写等操作。 | NTFS（Windows）、EXT4（Linux）文件系统。 |
| 用户接口 | 提供图形界面（GUI）或命令行（CLI）供用户操作。 | Windows 的桌面、Linux 的 Terminal。 |
1.5.3 操作系统的分类
（1）按照运行模式（操作系统的发展历程）
（2）按照应用场景
