青少年信息学奥林匹克竞赛基础知识简介

青少年信息学奥林匹克竞赛情况简介

信息学奥林匹克竞赛是一项旨在推动计算机普及的学科竞赛活动，重在培养学生能力，使得有潜质有才华的学生在竞赛活动中锻炼和发展。近年来，信息学竞赛活动组织逐步趋于规范和完善，基本上形成了“地级市——省(直辖市)——全国——国际”四级相互接轨的竞赛网络。现把有关赛事情况简介如下：

全国青少年信息学（计算机）奥林匹克分区联赛（简称NOIP）：

在举办1995年NOI活动之前，为了扩大普及的面，并考虑到多数省、直辖市、自治区已经开展了多年省级竞赛，1995年举办了首届全国青少年信息学（计算机）奥林匹克分区联赛。考虑到不同年级学生的知识层次，也为了鼓励更多的学生积极参与，竞赛设提高组、普及组，并分初、复赛进行，这样可以形成一个梯队，确保每年的竞赛活动有比较广泛扎实的基础。

从1995年起，至2001年共举办了七届全国青少年信息学奥林匹克分区联赛，每年举办一次，有选手个人奖项（省、国家级）、选手等级证书、优秀参赛学校奖项。

广东省青少年信息学（计算机）奥林匹克决赛（简称GDOI）：

省级信息学奥赛是一个水平较高的、有较大影响力的学科竞赛。由各市组织代表队参赛，参赛名额实行动态分配制度，每年举办一次。从1984年起广东省奥林匹克竞赛活动得到了蓬勃发展。奖项有个人一、二、三等奖，女选手第一、二、三名，奖励学校团体总分1-8名、市团体总分1-8名。

全国青少年信息学（计算机）奥林匹克竞赛（简称NOI）：

由中国算机学会主办的、并与国际信息学奥林匹克接轨的一项全国性青少年学科竞赛活动。1984年举办首届全国计算机竞赛。由各省市组织参赛，每年举办一次。奖项有个人一、二、三等奖，女选手第一、二、三名，各省队团体总分名次排队。

国际青少年信息学（计算机）奥林匹克竞赛（简称IOI）：

每年举办一次，由各参赛国家组队参赛。

CCF关于NOI系列赛事程序设计语言变更的公告

根据国际信息学奥林匹克竞赛（IOI）的相关决议并考虑到我国目前程序设计语言的具体情况，CCF决定：

1.2020年开始，除NOIP以外的NOI系列其他赛事（包括冬令营、CTSC、APIO、NOI）将不再支持Pascal语言和C语言；

2.从2022年开始，NOIP竞赛也将不再支持Pascal语言。即从NOIP2022开始，NOI系列的所有赛事将全部取消Pascal语言。

在无新增程序设计语言的情况下，NOI系列赛事自NOIP2022开始将仅支持C++语言。

初赛竞赛要求

9.NOIP初赛试题由NOI各省组织单位负责保密工作。

10.NOIP初赛试题为纸质版。竞赛期间，任何人不得将试卷携带出考场。

11.初赛开始15分钟后，选手不得进入考场，以缺考处理；竞赛结束30分钟前，选手不得退出考场（上厕所除外）。

12.选手进入考场时，只许携带笔、橡皮等非电子文具入场。禁止携带任何电子产品或机器设备入场，无存储功能的手表除外；手机（关机）、U盘或移动硬盘、键盘、鼠标、闹钟、计算器、书籍、草稿纸及背包等物品必须存放在考场外。如有违规带入的，一经发现，NOI各省特派员可直接取消违规选手的参赛资格。

全国青少年信息学（计算机）奥林匹克分区联赛竞赛大纲

一、初赛内容与要求：（#表示普及组不涉及，以下同）

二、复赛内容与要求：

在初赛的内容上增加以下内容(2002年修改稿)：

三、初赛试题类型：注：试题语言两者选一

（程序设计语言：基本BASIC或TURBO PASCAL）

*判断 *填空 *完善程序 *读程序写运行结果 *问答

四、推荐读物：

*分区联赛辅导丛书 *学生计算机世界报及少年电世界杂志

第一节计算机的基本常识

1.1 计算机的产生和发展

1.2 计算机的系统及工作原理

1.3 计算机中有关数、编码的基本常识

1.4 原码、反码与补码

1.5 逻辑运算

1.1计算机的产生与发展

计算机的产生是20世纪最重要的科学技术大事件之一。世界上的第一台计算机（ENIAC）于1946年诞生在美国宾夕法尼亚大学，到目前为止，计算机的发展大致经历了四代：

①第一代电子管计算机，始于1946年，结构上以CPU为中心，使用计算机语言，速度慢，存储量小，主要用于数值计算；

②第二代晶体管计算机，始于1958年，结构上以存储器为中心，使用高级语言，应用范围扩大到数据处理和工业控制；

③第三代中小规模集成电路计算机，始于1964年，结构上仍以存储器为中心，增加了多种外部设备，软件得到了一定的发展，文字图象处理功能加强；

④第四代大规模和超大规模集成电路计算机，始于1971年，应用更广泛，很多核心部件可集成在一个或多个芯片上，从而出现了微型计算机。

我国从1956年开始电子计算机的科研和教学工作，1983年研制成功1亿/秒运算速度的“银河”巨型计算机，1992年11月研制成功10亿/秒运算速度的“银河II”巨型计算机，1997年研制了每秒130亿运算速度的“银河III”巨型计算机。

目前计算机的发展向微型化和巨型化、多媒体化和网络化方向发展。计算机的通信产业已经成为新型的高科技产业。计算机网络的出现，改变了人们的工作方式、学习方式、思维方式和生活方式。

1.2 计算机系统及工作原理

1.计算机的系统组成

计算机系统由软件和硬件两部分组成。硬件即构成计算机的电子元器件；软件即程序和有关文档资料。

(1）计算机的主要硬件

输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。

输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。

中央处理器（CPU）：包括控制器和运算器运算器，可以进行算术运算和逻辑运算；控制器是计算机的指挥系统，它的操作过程是取指令——分析指令——执行指令。

存储器：具有记忆功能的物理器件，用于存储信息。存储器分为内存和外存

①内存是半导体存储器(主存）：

它分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)和高速缓冲存储器（Cache)；

ROM:只能读，不能用普通方法写入，通常由厂家生产时写入，写入后数据不容易丢失，也可以用特殊方法（如紫外线擦除（EPROM)或电擦除(EEPROM_)存储器)；

RAM:可读可写，断电后内容全部丢失；

Cache:因为CPU读写RAM的时间需要等待，为了减少等待时间，在RAM和CPU间需要设置高速缓存Cache,断电后其内容丢失。

②外存：磁性存储器——软盘和硬盘；光电存储器——光盘，它们可以作为永久存器；

③存储器的两个重要技术指标：存取速度和存储容量。内存的存取速度最快(与CPU速度相匹配)，软盘存取速度最慢。存储容量是指存储的信息量，它用字节(Byte)作为基本单位，

1字节用8位二进制数表示，1B=8bit 1KB=1024B，1MB=1024KB，lGB=1024MB lTB=1024GB (2)计算机的软件

（1）计算机软件的发展

机器语言→汇编语言→高级语言→操作系统→网络软件→数据库软件（2）软件分类与简介

几个基本概念：

系统软件：指那些为整个计算机系统所配置的、不依耐于特定应用的通用软件。系统软件可供所有用户使用。主要有操作系统软件如，WINDOWS 95／98／ 2000、2003、7、8、9、10／NT4．0、DOS 6．0、UNIX、LINUX等；WINDOWS 95／98／2000／NT4．0是多任务可视化图形界面，而DOS 是字符命令形式的单任务的操作系统。

软件：是利用计算机本身提供的逻辑功能，合理地组织计算机的工作，简化或代替人们在使用计算机过程中的各个环节，提供给用户的一个便于掌握操作的工作环境。

不论是支持计算机工作还是支持用户应用的程序都是软件

应用软件：指用于解决各种不同具体应用问题的专门软件。它包括定制软件（特定用户使用）和通用应用软件。主要有辅助教学软件(CAI)、辅助设计软件(CAD)、文字处理软件、工具软件以及其他的应用软件。

裸机：没装任何软件的计算机

虚拟计算机：具有操作系统的计算机

（3）系统软件的基本概念

源程序：用高级语言编写出来的程序。

目标程序：由源程序翻译出来的机器语言程序或汇编语言程序。

编译程序：将高级语言源程序翻译成机器语言或汇编语言的程序，如：FL.EXE

翻译有“编译”和“解释”两种方式。

编译方式：首先将源程序翻译成等价的目标程序，然后再执行此程序，运行速度较快。如：C 、FORTRAN

解释方式：是把源程序逐句翻译，翻译一句执行一句，边翻译边执行，运行速度较慢。解释程序不产生将被执行的目标程序，而是借助解释程序直接执行源程序本身。如：BASIC 、 LISP

联接程序：把目标程序变成可执行的程序。也称组合编译程序或联接编译程序。将源程序转换成可执行的目标程序一般分为两个阶段：翻译阶段和联接阶段。翻译阶段的目标模块由于没有分配存储器的绝对地址，仍然不能执行，只有经过联接阶段，把目标程序以及所需要的功能库转换成一个可执行的装入程序，该装入程序分配有地址，故可以执行。

软件工程

1．基本概念

软件工程：是指使用工程化的概念、思想、方法和技术来研制、设计、生产和管理软件开发的全过程。

软件的生命周期

软件的生命周期大致分为三步：

（1）定义期：其任务是决定要开发的软件应具有什么特性，包括问题定义、可行性论证、系统分析。

（2）开发期：其任务是设计出满足要求的软件产品，包括系统初步设计、系统详细设计、编码、单元测试、综合测试。

（3）维护期：其任务是在软件使用过程中进行错误修正和功能扩展，包括修改、更新等。3．软件开发

（1）需求分析：确定软件的功能和适用范围、与外界的接口关系、所需的软硬件支持等。（2）软件设计：包括总体设计（确定软件的程序模块设计和模块间的接口）和详细设计（决定每个模块内部的具体算法）两步，每步完成后都要进行阶段评审。

（3）编码与调试：编制程序并按软件设计的要求调试到正确。

（4）软件测试：测试的目的是尽可能多的发现软件产品中的错误和缺陷。主要进行三种测试：模块测试、集成测试、验收测试。

（5）软件维护：修改软件运行中发现的错误和缺陷；改进设计，增加新功能，并使已运行的软件适应硬件和数据的更新、变化。

（6）文档编制：编制用户文档（用户手册、安装手册、操作手册等）、开发文档（软件需求说明书、数据要求说明书、总体设计、详细设计、测试计划与测试报告等）、管理文档（可行性报告、项目开发计划、开发进度报告、开发总结报告、维护修改报告等）

（7）项目管理：包括制定计划、建立组织、配备人员、技术指导与检验。

2.计算机的工作原理

计算机的工作过程其实就是一个执行指令和程序的过程。

指令的执行过程：第一阶段，计算机将要执行的指令从内存取到CPU，此阶段称之为取指周期；第二阶段，CPU对取入的指令进行分析译码，判断该指令要完成的操作，然后向各部件发出完成该操作的控制信号，完成该指令的功能，此阶段称之为执行周期。

程序的执行过程：就是逐条执行指令的过程。取指令→执行指令→取指令→执行指令……

指令：就是让计算机完成某个操作所发出的命令，是计算机完成某个操作的依据。它包括操作码和操作数两部分。

操作码：指明该指令要完成的操作。

操作数：是指参加运算的数或者数所在的单元地址。

指令的分类：包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位运算指令、位与位串操作指令、控制转移指令、输入/输出指令、其他指令。

指令系统：指一台计算机的所有指令的集合。不同的计算机其指令系统不一定相同。

程序：是由一系列指令构成的有序集合。

到目前为止,电子计算机的工作原理均采用冯.若依曼的存储程序方式,即把程序存储在计算机内,由计算机自动存取指令（计算机可执行的命令=操作码+操作数）并执行它。工作原理图如下：

由上图可以看出，微机与通用计算机没有本质上的差别，但微机广泛采用了集成度相当高的器件和部件（如：将算术逻辑单元和控制器集成在一个单片上，形成微处理器），并采用了独特的总线结构，任何一个部件只要符合总线标准，就可以挂到采用这种总线标准的系统中去。

冯·诺依曼（美籍匈牙利数学家）对计算机结构提出的设计思想：

(1)计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；

(2) 采用二进制存储程序的方式，程序和数据存放在同一个存储器中；

(3) 指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变；

(4) 机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。

1.3 计算机中有关数及编码的知识

1.计算机是智能化的电器设备

计算机就其本身来说是一个电器设备，为了能够快速存储、处理、传递信息，其内部采用了

大量的电子元件，在这些电子元件中，电路的通和断、电压高低，这两种状态最容易实现，

也最稳定、也最容易实现对电路本身的控制。我们将计算机所能表示这样的状态，用0，1来表示、即用二进制数表示计算机内部的所有运算和操作。

2.二进制数的运算法则

二进制数运算非常简单，计算机很容易实现，其主要法则是：

0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1

由于运算简单，电器元件容易实现，所以计算机内部都用二进制编码进行数据的传送和计算。

3.十进制与二进制、八进制、十六进制数之间的相互转换

(1)数的进制与基数

计数的进制不同，则它们的基数也不相同，如表1-1所示。

（2）数的权

不同进制的数，基数不同，每位上代表的值的大小（权）也不相同。

如：（219)10=2*102+1*101+9*100

（11010)2=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20

（273)8=2*82+7*81+3*80

(27AF)16=2*163+7*162+10*161+15*160

(3)十进制数转换任意进制

1) 将十进制整数除以所定的进制数,取余逆序。

（39)10=(100111)2 (245)10=(365)8

2)将十进制小数的小数部分乘以进制数取整,作为转换后的小数部分,直到为零或精确到小数点后几位。

如：（0.35)10=(0.01011)2 (0.125)10=(0.001)2

(4)任意进制的数转换十进制

按权值展开:

如:（219)10=2*102+1*101+9*100

（11010)2=1*24+1*23+0*22+1*21+1*20=26

（273)8=2*82+7*81+3*80=187

(7AF)16=7*162+10*161+15*160=1867

4.定点数与浮点数

定点数是指数据中的小数点位置固定不变。由于它受到字长范围的限制，所能表示的数的范围有限，计算结果容易溢出。

浮点数的形式可写成：N=M*2E(其中M代表尾数,E代表阶码）其形式如下：

5.ASCII编码

由于计算机是电器设备,计算机内部用二进制数,这样对于从外部输入给计算机的所有信息必须用二进制数表示,并且对于各种命令、字符等都需要转换二进制数，这样就牵涉到信息符号转换成二进制数所采用的编码的问题，国际上统一用美国标准信息编码（ASCII）它可用7位二进制数表示，存储时用一个字节，它的最高位为0。因此基本的ASCII字符集有128个如:

0-9：48-57:00110000-...

A-Z:65-90 :01000001-...

a-z:97-122:01100000-...

6.汉字编码与汉字输入法

（1）机内码

ASCII码不能表示汉字，因此要有汉字信息交换码，我国国家标准是gb2312,它也被称作国际码。它由两个字节组成，两个字节的最高位都为1。 gb2312共收纳6763个汉字，其中，一级汉字（常用字）3755个按汉字拼音字母顺序排列，二级汉字3008个按部首笔画次序排列。

（2）汉字输入码（外码）

目前，汉字输入法主要有键盘输入、文字识别和语音识别。键盘输入法是当前汉字输入的主要方法。它大体可以分为：

流水码：如区位码、电报码、通信密码，优点重码律少，缺点难于记忆；

音码：以汉语拼音为基准输入汉字，优点是容易掌握，但重码律高；

形码：根据汉字的字型进行编码，优点重码少，但不容易掌握；

音形码：将音码和形码结合起来，能减少重码律同时提高汉字输入速度。

（3）汉字字模

供计算机输出汉字（显示和打印）用的二进制信息叫汉字字形信息也称字模。通用汉字字模点阵规格有16*16，24*24，32*32，48*48，64*64，每个点在存储器中用一个二进制位（(bit)存储，如一个16*16点阵汉字需要32个字节的存储空间。

1.4 原码、反码与补码

在计算机中，数据是以补码的形式存储的:

在n位的机器数中，最高位为符号位，该位为零表示为正，为1表示为负；

其余n-1位为数值位，各位的值可为0或1。

当真值为正时:原码、反码、补码数值位完全相同；

当真值为负时:

原码的数值位保持原样，

反码的数值位是原码数值位的各位取反，

补码则是反码的最低位加一。

注意符号位不变。

如:若机器数是16位:

十进制数 17 的原码、反码与补码均为： 0000000000010001

十进制数-17 的原码、反码与补码分别为：1000000000010001、1111111111101110、1111111111101111

1.5 逻辑运算

1.逻辑运算

逻辑与:同真则真

逻辑或:有真就真

逻辑非:你真我假

逻辑异或:不同则真

2.按位运算

按位与&:同1则1 如10010101&10110111=10010101

按位或|:有1则1 如10010101|10110111=10110111

3.逻辑化简

化简定律:

（1）交换律： A + B = B + A ，A·B = B·A

（2）结合律：（A + B）+ C = A + （B + C ），（A·B）·C = A·（B·C）

（3）幂等律：A·A = A ， A + A = A

（4）吸收律：A·（A + B ）= A ， A +（A·B）= A

（5）分配律：A·（B + C ）= A·B + A·C ， A +（B·C）=（A + B）·（A + C）（6）互补律： A + A = 1 ，A·A = 0

（7）非深入：A + B = A·B，A·B = A +B

（8）0-1律： A + 0 = A ， A + 1 = 1 ，A·1 = A ，A·0 = 0

例:化简函数 Q = AD + AD + AB + ACEF。这个函数有5个自变量，化简过程如下：

Q = AD + AD + AB + ACEF

= A + AB + ACEF

= A + ACEF

= A

练习:求证:(A+B)(A+C)=AB+AC

第二节操作系统

2.1 DOS的组成

2.2 DOS文件和目录

2.3 DOS命令

2.4 Windows简介

2.1 DOS(Disk Operating System)的组成

MS—DOS采用模块结构，它由五部分组成：ROM中的BIOS模块、IO．SYS模块、MSDOS．SYS模块、COMMAND．COM模块和引导程序。

(1)BIOS模块：在PC机主板上有一个ROM芯片，该芯片中存有系统自测试程序，

CMOS设置程序和基本输入输出程序(BIOS)。BIOS是一组程序和参表，其中程序部份是可以通过中断方式调用的一组驱动程序，参数给出外设的地址和参数。BIOS是计算机硬件和操作系统之间的接口

通过它操作系统管理计算机硬件资源。

(2)IO．SYS模块：IO．SYS是MS—DOS和ROMBIOS之间的接口程序。它和RON BIOS一起完成系统设备的管理。

(3)MSDOS.SYS模块： MSDOS．SYS用于实现文件管理，包括文件管理、目录管理、

内存管理等功能。它以功能调用的形式实现用户和MS—DOS之间的程序级接口。