第1章計算機基礎知識1

計算機基礎知識概述計算機系統(tǒng)數(shù)字和信息編碼計算機網絡程序設計基礎數(shù)據(jù)庫設計基礎數(shù)據(jù)結構與算法軟件工程基礎多媒體技術主要內容一、計算機的發(fā)展二、計算機的分類三、計算機的應用概述一、計算機的發(fā)展1、計算機的起源1946年2月14日，第一臺電子計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator，電子數(shù)字積分計算機）研制成功。計算機體系結構的形成EDVAC其主要思想有以下3點：（1）采用二進制表示數(shù)據(jù)。（2）“存儲程序”，即程序和數(shù)據(jù)一起存儲在內存中，計算機按照程序順序執(zhí)行。（3）計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5個部分組成。概述2、計算機的分代

按所用的邏輯元器件的不同，將其發(fā)展分為四個階段。概述二、計算機的分類高性能計算機微型計算機工作站服務器嵌入式計算機概述三、計算機的應用科學計算數(shù)據(jù)處理自動控制計算機輔助設計電子商務人工智能多媒體及網絡應用概述一、計算機系統(tǒng)的組成二、計算機的工作原理三、計算機的主要技術指標計算機系統(tǒng)一、計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)二、計算機的工作原理1、存儲程序存儲程序和程序控制，計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程，按照程序的順序一步步取出指令，自動地完成指令規(guī)定的操作?！按鎯Τ绦颉痹恚海?）用二進制形式表示數(shù)據(jù)與指令。（2）指令與數(shù)據(jù)都存放在存儲器中，使計算機在工作時能夠自動高速地從存儲器中取出指令加以執(zhí)行。程序中的指令通常是按一定順序一條條存放，計算機工作時，只要知道程序中第一條指令放在什么地方，就能依次取出每一條指令，然后按規(guī)定的操作執(zhí)行程序。計算機系統(tǒng)2、程序控制計算機的工作過程是程序的執(zhí)行過程。計算機系統(tǒng)三、計算機的主要技術指標字長字長是指計算機運算部件一次能同時處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)運算速度運算速度是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)主頻主頻即CPU的時鐘頻率存貯容量存貯容量指存貯器所能寄存的數(shù)字或指令的數(shù)量存取周期存取周期指存貯器進行一次完整的存取操作所需要的時間計算機系統(tǒng)一、計算機中的數(shù)據(jù)二、計算機中信息的表示三、字符的編碼數(shù)字和信息編碼一、計算機中的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)可分為數(shù)值數(shù)據(jù)和字符數(shù)據(jù)。（1）數(shù)值數(shù)據(jù)用以表示量的大小、正負，如整數(shù)、小數(shù)等。（2）字符數(shù)據(jù)也稱為非數(shù)值數(shù)據(jù)，用以表示一些符號、標記，如英文字母、各種專用字符及標點符號等。1、基本概念數(shù)制：也稱為“計數(shù)制”，是用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。任何一個數(shù)制都包含兩個基本要素：基數(shù)和位權。例如人們常用的十進制，鐘表使用的六十進制，計算機使用的二進制等?；鶖?shù)：一個數(shù)制中所包含的數(shù)字符號的個數(shù)稱為該數(shù)制的基數(shù)，用R表示。如二進制有0和1兩個數(shù)字符號，其基數(shù)為2；十進制有0到9十個數(shù)字符號，其基數(shù)為10。數(shù)字和信息編碼位權：任何一個R進制的數(shù)都是由一串數(shù)碼表示的，其中每一位數(shù)碼表示的實際值的大小，除數(shù)字本身的數(shù)制外，還與它所處的位置有關。該位置上的基準值稱為位權。位權的大小是以基數(shù)為底，數(shù)碼所在的位置序號為指數(shù)的整數(shù)次冪。對于R進制數(shù)，小數(shù)點前第一位的位權為R0，小數(shù)點前第二位的位權為R1，小數(shù)點后第一位的位權為R－1，小數(shù)點后第二位的位權為R－2，依此類推。例如：十進制數(shù)123.45可按權展開表示為123.45＝1×102+2×101+3×100+4×10－1+5×10－2其中102、101、100、10-1、10-2就是每個數(shù)碼所處位置對應的權。2、計算機中的數(shù)制在計算機內部一律采用二進制表示數(shù)據(jù)信息，編程時還常常使用八進制和十六進制。為了區(qū)分不同數(shù)制的數(shù)，約定對于任一R進制的數(shù)N，記為（N）R數(shù)字和信息編碼3、各種數(shù)制之間的轉換在計算機內部一律采用二進制表示數(shù)據(jù)信息，編程時還常常使用八進制和十六進制。為了區(qū)分不同數(shù)制的數(shù)，約定對于任一R進制的數(shù)N，記為（N）R（1）非十進制數(shù)轉換成十進制數(shù)方法：對該N進制數(shù)“按權展開求和”即可。例如：

二進制轉十進制（100.01）2＝1×22+0×21+0×20+0×2－1+1×2－2＝4+0+0+0+0.25=(4.25)10八進制轉十進制

（101）8＝1×82+0×81+1×80＝64+0+1=(65)10十六進制轉十進制

（A3.2）16＝A×161+3×160+2×16－1＝160+3+0.125=(163.125)10

數(shù)字和信息編碼（2）十進制數(shù)轉換成非十進制數(shù)方法：將十進制數(shù)轉換成其它任意N進制數(shù)，將此數(shù)分成整數(shù)與小數(shù)兩部分并分別轉換，然后再拼接起來。整數(shù)部分：對被轉換的十進制整數(shù)連續(xù)除以對應N進制的基數(shù)，直到商為0為止，所得的余數(shù)（從末位讀起）就是這個數(shù)的N進制表示。簡單的說，就是“除基取余倒排列（先低位后高位）”。例如：（20）10＝（10100）2

數(shù)字和信息編碼2201025222120余數(shù)00101低高小數(shù)部分：對被轉換的十進制小數(shù)連續(xù)乘以對應的N進制的基數(shù)，選取每次進位產生的整數(shù)，直到滿足精度要求為止（小數(shù)部分可能永遠不會得到0）。簡單的說就是“乘基取整順排列（先高位后低位）”。小數(shù)部分轉換時可能是不精確的，要保留多少位小數(shù)，主要取決于用戶對數(shù)據(jù)精確度的要求。例如：（0.234）10＝（0.0011）2（保留小數(shù)點后4位）數(shù)字和信息編碼0.234

×

2整數(shù)(0).4680×2(0).9360×

2(1).8721×

2(1).7441綜上所述：十進制數(shù)20.234轉換成二進制數(shù)為（20.234）10＝（10100.0011）2（2）二進制、八進制和十六進制數(shù)的相互轉換方法：由于二位、八位和十六位這三種進制數(shù)的權之間有一定的內在聯(lián)系，n位二進制數(shù)最多能夠表示2n種狀態(tài)，81＝23、161＝24，即1位八進制數(shù)相當于3位二進制數(shù)，1位十六進制數(shù)相當于4位二進制數(shù)。①將二進制數(shù)轉換成八進制數(shù)方法：把一個二進制數(shù)轉換為八進制數(shù)時，以小數(shù)點為中心向左右兩邊延伸，每三位為一組，中間的0不省，到了兩頭不夠分組時就用0補足位數(shù)，算出每一組相對應的十進制數(shù)，然后將這些十進制數(shù)組合起來就成了一個八進制數(shù)。例如：（11101000011.11101）2＝（3503.72）8數(shù)字和信息編碼011101000011.111010350372②將八進制數(shù)轉換成二進制數(shù)方法：以小數(shù)點為界，向左或向右每一位八進制數(shù)用相應的3位二進制數(shù)組取代即可。例如：（3503.72）8＝（11101000011.11101）2數(shù)字和信息編碼

3503.72011101000011.111010

③將二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)方法：把一個二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)時，以小數(shù)點為中心向左右兩邊延伸，每四位為一組，中間的0不省，到了兩頭不夠一組時用0補足位數(shù)，算出每一組相對應的十進制數(shù)，然后將這些十進制數(shù)組合起來就成了一個十六進制數(shù)。例如：（100011101000011.11000101）2＝（4743.C5）16④將十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)方法：以小數(shù)點為界，向左或向右每一位十六進制數(shù)用相應的四位二進制數(shù)取代，然后將其連在一起。例如：（4743.C5）16＝（100011101000011.11000101）2數(shù)字和信息編碼二、計算機中信息的表示位位是計算機數(shù)據(jù)的最小單位，也稱為比特（bit，縮寫為小寫字母b）字節(jié)字節(jié)（Byte，縮寫為大寫字母B）是計算機中的基本存儲單位，一個字節(jié)由八位二進制位構成，即1B=8b。1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB字字長數(shù)字和信息編碼三、字符的編碼BCD碼BCD碼是用若干個二進制數(shù)表示一個十進制數(shù)的編碼。ASCII碼ASCII碼使用指定的7位或8位二進制數(shù)組合來表示128或256種可能的字符。標準ASCII碼也叫基礎ASCII碼，使用7位二進制數(shù)（剩下的1位二進制為0）來表示所有的大寫和小寫字母，數(shù)字0到9、標點符號，以及在美式英語中使用的特殊控制字符。漢字編碼（1）國標碼（2）外碼（3）字形碼（4）機內碼數(shù)字和信息編碼一、計算機網絡的概念、組成及分類二、網絡體系結構三、網絡安全四、Internet基礎計算機網絡一、計算機網絡的概念、組成及分類1、計算機網絡的定義計算機網絡應具有以下要素：（1）至少擁有兩臺計算機（2）使用傳輸介質和通信設備把若干臺計算機連接在一起（3）把多臺計算機連接在一起，形成一個網絡，是為了資源共享。（4）為了正確地通信，需要有一個共同遵守的約定——通信協(xié)議。2、計算機網絡的組成資源子網（1）主機（2）終端（3）網絡軟件計算機網絡通信子網（1）通信控制處理機（2）通信線路（3）通信設備3、計算機網絡的分類按照覆蓋的地理范圍分類（1）局域網(ＬＡＮ)（2）城域網(ＭＡＮ)（3）廣域網(ＷＡＮ)計算機網絡按網絡拓撲結構分類（a）星型拓撲（b）環(huán)型拓撲（c）總線型拓撲（d）樹型拓撲（e）網狀拓撲（f）混合型拓撲計算機網絡按傳輸介質分類（1）有線網（2）無線網按適用范圍分類（1）公用網（2）專用網按傳播方式分類（1）點到點網絡（2）廣播式網絡按網絡控制方式分類（1）集中式（2）分布式計算機網絡二、網絡體系結構1、網絡協(xié)議協(xié)議３要素：（1）語法：規(guī)定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構與格式（2）語義：規(guī)定通信雙方需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作及做出何種響應等。（3）時序：又稱“同步”，用于規(guī)定事件實現(xiàn)順序的詳細說明，即通信雙方動作的時間、速度匹配和事件發(fā)生的順序等。2、OSI參考模型OSI參考模型從下到上由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層組成。低層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層）執(zhí)行的功能與物理通信相關，如構建幀、傳輸含有包的信號；中間層（網絡層、傳輸層、會話層）協(xié)調結點間的網絡通信，如確保通信會話無中斷、無差錯地持續(xù)進行；高層（表示層、應用層）的工作直接影響軟件應用和數(shù)據(jù)表示，包括數(shù)據(jù)格式化、加密以及數(shù)據(jù)與文件傳輸管理。計算機網絡現(xiàn)實生活處理一些復雜問題時，人們通常會采用層次化的解決方式。例如在網絡購物系統(tǒng)中。計算機網絡OSI參考模型中，劃分層（子模塊）要遵循以下原則：（1）各層（子模塊）具有相對的獨立性，保持層間交互的信息最少。（2）單向調用：各層（子模塊）只能引用其下層提供的服務。（3）增值服務：在使用下層服務的基礎上，各層完成特定的通信功能。計算機網絡3、TCP/IP參考模型TCP/IP參考模型是將多個網絡進行無縫連接的體系結構，共包含4個功能層，由下往上依次為：網絡接口層、網絡互連層、傳輸層和應用層，每一層負責不同的通信功能。TCP/IP參考模型的分層與OSI參考模型的分層不同，它的分層更加注重互聯(lián)設備間的數(shù)據(jù)傳輸。但是，OSI參考模型和TCP/IP參考模型的分層有一個大致的對應關系。計算機網絡4、TCP/IP參考模型與OSI參考模型的比較兩者層數(shù)不一樣兩者服務類型不同概念區(qū)分不同通用性不同計算機網絡三、網絡安全1、網絡安全概述一個安全的計算機網絡應具有以下特征：（1）完整性（2）保密性（3）不可否認性（4）可用性（5）可控性計算機網絡2、網絡安全的內容計算機網絡安全主要有以下內容：（1）保密（2）鑒別（3）訪問控制（4）攻擊防范3、防火墻技術分為包過濾型防火墻和應用級防火墻。4、病毒與木馬計算機病毒具有幾個明顯的特征：傳染性、破壞性、隱蔽性、潛伏性和寄生性。計算機網絡5、計算機病毒的防治（1）建立良好的安全習慣（2）及時升級操作系統(tǒng)的安全補?。?）關閉或刪除系統(tǒng)中不需要的服務（4）安裝專業(yè)的防病毒軟件（5）定期進行數(shù)據(jù)備份6、網絡信息安全的防控（1）從數(shù)據(jù)傳輸方面加大安全保護力度。（2）從訪問控制方面提高安全指數(shù)。（3）加大培養(yǎng)網絡人才的步伐，致力于開發(fā)網絡技術。（4）從技術層面提高管理力度。（5）努力提高用戶對網絡安全的認識程度。計算機網絡四、Internet基礎1、Internet概述為了便于管理，因特網采用了層次網絡的結構，即采用主干網、中間層網和底層網的逐級覆蓋的結構：計算機網絡2、WWW服務WWW（WorldWideWeb）服務，又稱Web服務，是Internet上被廣泛應用的一種信息服務。它是一種基于超文本方式的信息查詢服務，提供交互式圖形界面，具有強大的信息連接功能，使得成千上萬的用戶通過簡單的圖形界面就可以訪問各個組織的最新信息和各種服務。HTML和WebURLURL由三部分組成：第一部分表示訪問信息的方式或使用的協(xié)議，如FTP表示使用文件轉換協(xié)議進行文件傳輸；第二部分表示提供服務的主機名及主機名上的合法用戶名；第三部分是所訪問主機的端口號、路徑或檢索數(shù)據(jù)庫的關鍵詞等。因此，URL的一般形式為：訪問方式或協(xié)議：//<主機名和用戶名>/<端口號、路徑或關鍵詞>例如，/item就是一個URL。計算機網絡瀏覽器/服務器模式（B/S模式）Web服務以瀏覽器/服務器（B/S）模式工作。B/S模式是在C/S模式的基礎上發(fā)展起來的，一方面繼承和融合了C/S模式中的網絡軟、硬件平臺和應用，另一方面又具有自身獨特的優(yōu)點，例如C/S模式中的客戶端承擔著顯示邏輯和事物處理邏輯雙重功能。HTTP協(xié)議典型的HTTP事務處理有如下的過程：（1）客戶與服務器建立連接；（2）客戶向服務器提出請求；（3）服務器接受請求，并根據(jù)請求返回相應的文件作為應答；（4）客戶與服務器關閉連接。計算機網絡3、Internet應用FTP與Telnet服務文件傳輸服務（FileTransferProtocol，F(xiàn)TP）用于實現(xiàn)計算機之間的文件傳輸，它的主要作用就是讓用戶連接上一個運行著FTP服務器程序的遠程計算機，實現(xiàn)既可以查看遠程計算機有哪些文件，也可以把文件從遠程計算機上拷到本地計算機，或把本地計算機的文件發(fā)送到遠程計算機的功能。下圖是FTP的工作過程。計算機網絡電子郵件服務發(fā)送郵件：為用戶準備報文、創(chuàng)建信封，并將報文裝進信封，暫存起來。接收郵件：定期檢查郵箱，有新郵件時就向用戶發(fā)出通知；用戶讀取郵件時為用戶顯示郵件清單等。電子郵件地址的典型格式是：<用戶字符組合或代碼>@<服務器供應商>其中，@是“at”的意思，@之前是用戶選擇代表自己的字符組合或代碼，@之后是為用戶提供電子郵件服務的服務供應商名稱，如wyq@163.com。計算機網絡電子郵件不同于普通的信件，但它的工作原理又和傳統(tǒng)信件的處理流程有相似之處。電子郵件的發(fā)送主要涉及3個步驟，電子郵件的工作過程如下圖：計算機網絡網絡信息搜索服務搜索引擎按其工作方式主要分為3類：全文搜索引擎、目錄索引搜索引擎和元搜索引擎。其他應用（1）通信服務（2）網上教學（3）電子商務（4）生活娛樂（5）網上醫(yī)療咨詢（6）企業(yè)管理（7）云盤計算機網絡4、Internet的接入方式專線連接專線連接是指用光纜、電纜，或者通過衛(wèi)星、微波等無線通信方式，或租用電話專線、將網絡連通。局域網連接局域網的覆蓋范圍一般是方圓幾千米之內，其具備的安裝便捷、成本節(jié)約、擴展方便等特點使其在各類辦公室內運用廣泛。無線連接“無線連接”是指使用WiFi、4G等無線技術建立設備之間的通訊鏈路，為設備之間的數(shù)據(jù)通訊提供基礎，也稱為無線鏈接，常用的實現(xiàn)無線鏈接的設備有無線路由器、蜂窩設備等。電話撥號連接通過電話線接入到Internet，對家庭用戶來說是最為經濟、簡單