计算机二级公共基础

一、计算机系统

1. 计算机系统结构掌握要点

冯·诺依曼体系结构

五大核心部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
核心思想：存储程序与程序控制

• 运算器：执行算术计算和逻辑计算。核心是算术逻辑单元
• 控制器：控制计算机各部件协调工作
• 存储器：存储程序和数据。分为内存储器和外存储器。
• 输入设备和输出设备
• 运算器 + 控制器 = CPU（中央处理器）
  主机 = 运算器 + 控制器 + 内存储器

计算机系统的层次结构

• 按形态分
  • 硬件系统：冯·诺依曼体系结构
  • 软件系统：系统软件和应用软件
• 按功能分
  1. 硬件层
  2. 操作系统层
  3. 系统软件层
  4. 应用软件层

计算机系统的分类

• 按规模：巨型机/大型机/小型机/微型机
• 按用途：通用机/专用机

计算机主要技术指标

• 字长
  • 定义：CPU一次能并行处理的二进制数据位数，常见32位、64位
  • 作用：字长越长，CPU运算精度越高、数据处理能力越强，64位CPU支持更大内存寻址
  • 二级考点：字长是CPU核心参数，与运算精度正相关
• 主频
  • 定义：CPU的时钟频率，单位为GHz，代表CPU每秒的时钟脉冲数
  • 作用：主频越高，CPU单位时间内完成的基础操作越多
  • 二级考点：主频是CPU运算速度的参考指标，不是唯一决定因素
• 存储容量（内存/外存）
  • 内存容量：内存储器的存储空间大小，单位GB；决定程序运行流畅度，容量越大，可同时运行的程序越多；断电数据丢失
  • 外存容量：外存储器（硬盘、U盘等）的存储空间大小，单位TB/GB；决定长期存储文件的总量；断电数据不丢失
• 运算速度（MIPS）：百万条指令每秒，衡量CPU的执行速度，数值越高，运算速度越快
• I/O带宽
  • 定义：输入/输出设备与主机之间的数据传输速率，单位MB/s、GB/s
  • 作用：带宽越高，外设与主机的数据交换速度越快，外设响应效率越高
  • 二级考点：I/O带宽影响外设数据传输效率，是计算机整体性能的辅助指标

2. 计算机硬件系统结构掌握要点

CPU

• 核心定义：中央处理器，是计算机的运算和控制核心，负责执行指令、处理数据
• 功能
  • 指令控制：控制程序的执行流程，完成取指令→分析指令→执行指令的循环，确保指令按顺序执行
  • 操作控制：根据指令分析结果，向计算机各部件（运算器、存储器、I/O设备）发送控制信号，协调各部件完成对应操作
  • 时间控制：对各部件的操作进行时序管理，严格控制每个操作的执行时间，保证部件间协同同步
  • 数据加工：完成运算，对数据进行处理和转换
• 组成
  • 运算器：核心为算术逻辑单元（ALU），搭配累加器、暂存寄存器等；负责数据的算术与逻辑运算，运算结果可暂存或写入存储器
  • 控制器：计算机的“指挥中心”，包含程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器等；负责指令的读取、分析和执行调度
  • 寄存器组：高速临时存储单元，用于暂存指令、数据和运算中间结果；容量小、速度极快，可减少CPU与内存的频繁交互，提升运行效率
• 二级考点
  • CPU由运算器和控制器组成（高频选择题）
  • 寄存器组的核心作用是提升CPU数据处理速度
  • 数据加工是运算器的专属功能，指令控制由控制器主导

存储器分层体系

• 核心原则：速度从快到慢、容量从小到大、成本从高到低，解决CPU高速运算与存储器读写速度不匹配的矛盾

1. 高速缓存（Cache）
   • 定义：位于CPU与内存之间的高速临时存储器，容量极小（KB~MB级）、读写速度极快
   • 作用：存储CPU近期可能频繁访问的指令和数据，减少CPU直接访问内存的次数，大幅提升数据处理效率
   • 分级：常见L1（CPU内核中）、L2、L3三级缓存，越靠近CPU速度越快、容量越小
   • 二级考点：Cache的核心作用是缓解CPU与内存的速度差异；Cache速度＞内存速度
2. 内存（RAM/ROM）
   • 分类及特性
     • ROM（只读存储器）：非易失性存储器，断电后数据不丢失；只能读不能随意写；用于存储计算机启动的核心程序，如BIOS固件
     • RAM（随机存取存储器）：易失性存储器，断电后数据丢失；读写速度较快（GB级），容量中等（GB级）；用于存储运行中的程序和数据，如DDR系列内存
   • 二级考点：程序运行时数据需从外存调入内存
3. 外存（硬盘/U盘/光盘）
   • 定义：计算机的长期存储设备，非易失性存储器
   • 常见类型：机械硬盘（HDD）、固态硬盘（SSD）、U盘、光盘等
   • 特性：容量极大（TB级为主）、成本低、读写速度最慢；用于长期存放操作系统、软件、文档等数据
   • 二级考点：外存数据需调入内存才能被CPU处理；固态硬盘（SSD）速度＞机械硬盘（HDD）速度

• 二级高频考点
  • 速度：Cache > 内存 > 外存
  • 易失性：Cache、RAM易失；ROM、外存非易失

总线

• 核心定义：计算机各核心部件（CPU、内存、I/O设备等）之间传输信息的公共数据通道，负责协调各部件的数据、地址和控制信号传输，减少部件间的直接连接。
• 分类及功能
  1. 数据总线（DB）
     • 功能：传输数据和指令（如CPU与内存之间的读写数据、指令代码）
     • 特性：双向传输，数据可以从CPU传向内存/外设，也可从内存/外设传向CPU
     • 关键参数：总线位数（宽度）通常与CPU字长一致（如32位、64位），位数越长，单次传输的数据量越大，传输效率越高
     • 二级考点：数据总线的双向性；总线位数与CPU字长的关联
  2. 地址总线（AB）
     • 功能：传输内存单元或I/O设备的地址信息，用于定位数据在存储器中的位置
     • 特性：单向传输，地址信息仅从CPU传向内存/外设
     • 关键参数：总线位数决定CPU的最大寻址能力，公式：最大寻址空间 = $2^{\text{地址总线位数}}$（如32位地址总线最大寻址4GB内存）
     • 二级考点：地址总线的单向性；位数与寻址空间的计算关系
  3. 控制总线（CB）
     • 功能：传输控制信号和时序信号，协调各部件的工作节奏
     • 特性：部分单向、部分双向，常见信号包括读/写控制信号、中断请求/响应信号、时钟信号等
     • 作用：比如CPU通过控制总线发送“读内存”信号，内存收到后将对应地址的数据通过数据总线传回CPU
     • 二级考点：控制总线的作用是协调部件工作；区分三类总线的传输内容
• 二级高频考点
  • 三类总线的核心功能区分：数据总线传数据、地址总线传地址、控制总线传控制信号
  • 地址总线位数决定最大寻址空间，是二级计算题的常考点
  • 总线是计算机各部件通信的公共通道，而非独立点对点连接

外部设备：输入设备（键盘/鼠标/扫描仪等）、输出设备（显示器/打印机等）；I/O接口的作用

数据的二进制表示与编码：进制转换（二进制↔十进制/八进制/十六进制）；整数编码（原码/反码/补码/偏移码）；字符编码（ASCII码/Unicode/UTF-8）

3. 操作系统基本组成掌握要点

1. 操作系统核心特性（并发性、共享性、虚拟性、异步性）
2. 进程管理：进程概念、进程状态转换、进程调度、线程与进程的区别、并发与并行
3. 内存管理：分区管理、分页/分段管理、虚拟内存技术、页面置换算法
4. 目录和文件系统：文件属性、多级目录（树型结构）、文件操作、文件权限
5. I/O设备管理：设备分类、I/O控制方式、SPOOLING技术、设备分配策略

4. 计算机网络基础掌握要点

1. 网络的分类（按地理范围：局域网、广域网、互联网）
2. OSI/RM与TCP/IP协议模型（层级、核心协议）
3. 网络安全基础（防火墙、加密技术、入侵检测）
4. 互联网应用（WWW、电子邮件、FTP等）

二、基本数据结构与算法

1. 算法的基本概念；算法复杂度的概念和意义（时间复杂度与空间复杂度）。

1. 算法的基本特征（有穷性、确定性、可行性、输入、输出）
2. 算法的基本设计方法（列举法、归纳法、递推法、递归法、减半递推、回溯法）
3. 时间复杂度：定义、常见量级（O(1)/O(n)/O(n²)/O(log₂n)）及计算
4. 空间复杂度：定义、辅助空间计算、时间/空间复杂度的权衡

2. 数据结构的定义；数据的逻辑结构与存储结构；数据结构的图形表示；线性结构与非线性结构的概念。

数据结构组成（数据元素、数据项、数据关系）

逻辑结构

• 集合结构
• 线性结构
• 树形结构
• 图形结构

存储结构（顺序存储、链式存储、索引存储、散列存储的特点）

数据结构图形表示（顶点、边的表示方法）

线性结构与非线性结构

• 线性结构（节点间一对一）
  核心特征：入口唯一、出口唯一，中间节点有唯一前驱和后继，无层级，无环。
  常见类型：顺序表（列表）、链表、栈（先进后出 LIFO）、队列（先进先出 FIFO）。
• 非线性结构（节点间一对多 / 多对多）
  核心特征：打破线性链的约束，节点可对应多个其他节点。有层级，有环。
  常见类型：
  树结构（一对多，层次化）：二叉树、红黑树、堆、字典树；
  图结构（多对多，无层级限制）：有向图、无向图、加权图（如最短路径问题）。

3. 线性表的定义；线性表的顺序存储结构及其插入与删除运算。

1. 线性表的逻辑特征（有序、有限序列）
2. 顺序存储结构：存储特点、地址计算、优缺点
3. 顺序表插入：位置合法性判断、元素后移、时间复杂度O(n)
4. 顺序表删除：元素前移、时间复杂度O(n)、空/满表处理
5. 顺序表查找（按值/按位查找）

4. 栈和队列的定义；栈和队列的顺序存储结构及其基本运算。

1. 栈：定义（后进先出LIFO）、顺序栈（栈顶指针、空/满判定）、基本运算（入栈/出栈/读栈顶）

队列

• 定义：先进先出FIFO）
• 容量: Q(1, m), 其中m即为容量
• 循环队列的性质
  • 队首/尾指针: front rear
  • 空/满判定: front == rear (rear+1) % 容量 == front
• 基本运算（入队/出队/读队头）

3. 栈和队列的应用场景（表达式求值、递归、缓冲处理）

5. 线性单链表、双向链表与循环链表的结构及其基本运算。

1. 链表存储特点（非连续存储、节点组成：数据域+指针域）
2. 单链表：头指针/头节点、空链表判定、查找/插入/删除运算
3. 双向链表：节点组成（数据域+前驱/后继指针）、插入/删除运算
4. 循环链表：单/双循环链表结构特点（尾节点指向头节点）
5. 链表与顺序表的对比

6. 树的基本概念；二叉树的定义及其存储结构；二叉树的前序、中序和后序遍历。

1. 树的基本概念（节点、度、叶子节点、深度、层次、双亲/孩子/兄弟节点）
2. 二叉树定义（每个节点最多2个子树，左右子树有序）及核心性质（第k层最多2^(k-1)个节点等）
3. 二叉树存储结构（顺序存储、二叉链表）
4. 二叉树遍历：前序（根-左-右）、中序（左-根-右）、后序（左-右-根）的遍历规则；已知两种遍历还原二叉树

7. 顺序查找与二分法查找算法；基本排序算法（交换类排序，选择类排序，插入类排序）。

1. 顺序查找：适用场景、算法步骤、时间复杂度O(n)
2. 二分法查找：适用条件（有序顺序表）、算法步骤、时间复杂度O(log₂n)
3. 交换类排序：冒泡排序、快速排序（步骤、时间复杂度、稳定性）
4. 选择类排序：简单选择排序、堆排序（步骤、时间复杂度、稳定性）
5. 插入类排序：直接插入排序、希尔排序（步骤、时间复杂度、稳定性）
6. 排序算法稳定性判定（相同关键字元素相对位置是否不变）

三、程序设计基础

1. 程序设计方法与风格。

1. 良好程序设计风格要求（源程序文档化、数据说明规范化、语句简单化、输入输出人性化）
2. 程序设计方法发展（结构化方法、面向对象方法）
3. 可读性优先的设计原则

2. 结构化程序设计。

1. 核心思想（自顶向下、逐步求精、模块化、限制goto语句）
2. 基本结构（顺序结构、选择结构（分支）、循环结构（当型/直到型））
3. 结构化程序设计的优缺点

3. 面向对象的程序设计方法，对象，方法，属性及继承与多态性。

1. 面向对象基本概念（对象、类、实例、消息）
2. 对象特征（标识唯一性、分类性、多态性、封装性、模块独立性）
3. 方法（对象的行为，类的成员函数）；属性（对象的状态，类的成员变量）
4. 继承：定义、单/多继承、父类/子类、代码复用优势
5. 多态性：编译时/运行时多态、重载/重写实现方式
6. 封装性：隐藏内部细节，仅通过接口交互

四、软件工程基础

1. 软件工程基本概念，软件生命周期概念，软件工具与软件开发环境。

1. 软件工程定义（工程化思想开发/维护软件）及核心思想
2. 软件生命周期（可行性研究→需求分析→设计→编码→测试→运行维护）
3. 软件工具（需求分析/设计/编码/测试工具分类）
4. 软件开发环境（IDE：集成式开发环境，如PyCharm/Visual Studio）
5. 软件工程基本原则（抽象、信息隐藏、模块化、高内聚低耦合）

2. 结构化分析方法，数据流图，数据字典，软件需求规格说明书。

1. 结构化分析（SA）核心（自顶向下、逐步分解、面向数据流）
2. 数据流图（DFD）：组成（外部实体、处理、数据流、数据存储）、绘制规则、分层DFD
3. 数据字典（DD）：DFD元素定义集合（数据流/存储/处理/外部实体说明）
4. 软件需求规格说明书（SRS）：作用、核心内容、编写要求（完整性/一致性/可验证性）

3. 结构化设计方法，总体设计与详细设计。

1. 结构化设计（SD）核心（将需求转化为软件结构，面向模块）
2. 总体设计（概要设计）：模块划分、模块接口、数据结构设计；模块独立性（内聚性/耦合性、高内聚低耦合）
3. 详细设计：模块内部算法/数据结构设计；设计工具（程序流程图、N-S图、PAD图、PDL）

4. 软件测试的方法，白盒测试与黑盒测试，测试用例设计，软件测试的实施，单元测试、集成测试和系统测试。

1. 软件测试目的（发现错误，非证明无错）及原则（尽早测试、独立测试、回归测试）
2. 白盒测试：关注内部逻辑；方法（逻辑覆盖、基本路径测试）
3. 黑盒测试：关注功能需求；方法（等价类划分、边界值分析、错误推测法）
4. 测试用例设计（输入数据、预期输出、测试步骤）
5. 测试实施步骤：单元测试（模块级，白盒为主）→集成测试（接口级，增量式/非增量式）→系统测试（系统级，黑盒为主）→验收测试

5. 程序的调试，静态调试与动态调试。

1. 调试与测试的区别（调试：定位/修复错误；测试：发现错误）
2. 静态调试：不执行程序，阅读代码/走查/静态分析工具
3. 动态调试：执行程序，断点/单步执行/日志输出定位错误
4. 调试方法（强行排错法、回溯法、原因排除法）
5. 调试步骤（发现→定位→修复→验证）

五、数据库设计基础

1. 数据库的基本概念：数据库，数据库管理系统，数据库系统。

1. 数据管理技术发展（人工管理→文件系统→数据库系统）
2. 数据库（DB）：长期存储、有组织、可共享的数据集
3. 数据库管理系统（DBMS）：核心功能（数据定义/操纵/运行管理/维护）
4. 数据库系统（DBS）：组成（DB、DBMS、硬件、软件、用户（最终用户/DBA/程序员））
5. 数据库系统特点（数据共享性、独立性（物理/逻辑）、结构化、统一数据控制）

2. 数据模型，实体联系模型及E - R图，从E - R图导出关系数据模型。

1. 数据模型组成（数据结构、数据操作、数据约束）；分类（概念/逻辑/物理模型）
2. E-R模型：实体（矩形）、属性（椭圆形）、联系（菱形，1:1/1:n/m:n）；E-R图绘制
3. 关系数据模型：层次/网状/关系模型分类；E-R图转关系模型（实体→表、属性→字段、联系→表/字段）

3. 关系代数运算，包括集合运算及选择、投影、连接运算，数据库规范化理论。

1. 关系模型基本概念（关系/元组/属性/主键/外键/关系模式）
2. 关系代数运算：集合运算（并/交/差/笛卡尔积）；专门运算（选择σ、投影π、连接（等值/自然连接））
3. 规范化理论：函数依赖；范式（1NF：属性不可再分、2NF：消除部分依赖、3NF：消除传递依赖）；范式升级目的（减少冗余、避免更新异常）

4. 数据库设计方法和步骤：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计的相关策略。

1. 数据库设计步骤：需求分析→概念设计→逻辑设计→物理设计→实施→运行维护
2. 需求分析：收集用户需求、数据流图分析；方法（访谈/问卷）
3. 概念设计：设计E-R模型；方法（自顶向下/自底向上）
4. 逻辑设计：E-R模型转关系模型、规范化优化
5. 物理设计：确定存储结构、存取路径、索引设计
6. 数据库实施（建库/写程序/数据录入）；运行维护（备份恢复/性能优化/故障处理）

待整理：
计算机基础进制

进制	基数	数字符号	标识
十进制	10	0,1,2,3,4,5,6,7,8,9	无
二进制	2	0,1	前缀：B B101、后缀：b 101b
八进制	8	0,1,2,3,4,5,6,7	前缀：O/Q O77 Q77、后缀：o 77o
十六进制	16	0-9,A-F	前缀：H HFF、后缀：h FFh

注意

Python中的进制表示与本文不同，详见Python3-进制

编码
ASCII编码 字母数字标点\n\t等 每个字符8bit(7位+校验位) 最多可表示2^7=128个字符 0(48) A(65) a(97)
GB编码 中文英文
Unicode字符集(又称万国码) 包含了所有字符 只规定字符与整数码点的单值映射关系 不存储字符
utf-8 为Unicode字符集的存储实现 ASCII码占1字节 大部分中文字符占3字节 特殊字符占4字节 优势: 占用少 跨平台跨语言 无乱码

图
系统结构图：扇入、扇出
E-R图

数据结构

程序设计
结构化程序设计特点：自顶向下、逐步求精、模块化
高内聚低耦合：内聚性是模块内部的性质，耦合性是模块间的性质

数据库系统
数据模型：面向用户的概念模型——实体模型(E-R模型)，面向数据库实现的结构模型(逻辑模型)——层次/网状/关系模型
数据库设计包括概念设计、逻辑设计和建立数据库。

语言概述
编译与解释
脚本语言属于解释语言

PYTHON
Shell与实际编程不同，Shell中调用函数会打印返回值，但实际编程必须调用print函数才会打印
主要用途不包括系统编程
Python不要求必须存在主函数
Python数值运算与自然数值运算顺序一致
变量名规则：不能以数字开头
转义字符整体长度为1
try-except逻辑
第三方库
读写文件时：文本视为字符流，二进制视为字节流
调用函数时，使用关键字传参，对顺序没有要求

python3
jieba库