计算机与网络技术基础讲义.docx
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计算机与网络技术基础讲义
第一章计算机基础知识
（一）计算机的发展历程、计算机的性能特点及计算机的分类
1．计算机的发展历程
电子计算机的发展阶段通常以构成计算机的电子器件来划分，至今已经历了四代。
第一代电子计算机是以使用电子管为特征的。
1946年第一台电子计算机ENIAC的主要器件是电子管（使用了18000支）
第二代电子计算机的特点是用晶体管代替了电子管。
采用磁芯存储器作内存，采用磁盘与磁带作外存，使存储容量增大，可靠性提高。
汇编语言去带了机器语言，开始出现高级语言。
第三代电子计算机的主要特点是以中小规模集成电路取代了晶体管。
半导体存储器淘汰了磁芯存储器，存储器也开始集成电路化，内存容量大幅度增加。
出现了结构化、模块化程序设计方法。
第四代电子计算机的主要特点是用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）取代中小规模集成电路。
这时，出现了微处理器，产生了微型计算机。
人们通常把1971年至今出现的大型机称为第四代电子计算机。
计算机的发展有如下四个重要的方向：
巨型化；微型化；网络化；智能化。
2．计算机的性能特点
运算速度快；计算精度高；存储功能强；具有逻辑判断能力；具有自动运行能力。
3．计算机的分类
（1）按计算机原理分为：
电子数字式计算机、电子模拟式计算机和混合式计算机。
（2）按用途分为：
通用机和专用机。
（3）按计算机的规模分为：
巨型机、大中型机、小型机和微型计算机。
（二）数制的概念、不同数制之间的转换方法、二进制的算术运算和逻辑运算、二进制数在计算机中的表示和存储方法
1．数制的概念
在一种数制中，只能使用一组固定的数字符号来表示数目的大小。
表示数目的大小具体使用了多少个数字符号，就称为该数制的基数。
例如十进制数，基数是10。
在数制中有一个规则，N进制必须是逢N进1。
对于多位数，处在某一位上的“1”所表示的数值的大小，称为该位的位权。
2．不同数制之间的转换方法
要将非十进制数转换成十进制数，只要把非十进制数按权展开求和即可。
对于十进制数转换成非十进制数，整数转换中采用除以基数取余的方法；小数转换中采用乘以基数取整的方法。
由于八进制数的1位数相当于二进制的3位数，因此，从八进制数转换成二进制数，只需以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右，每位八进制数用相应的3位二进制数取代，即可分别转换成二进制的整数和小数。
无论是向左还是向右，最后不足3位二进制数时都用0补足3位。
由于十六进制数的1位数相当于二进制的4位数，因此，从十六进制数转换成二进制数，只需以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右，每位十六进制数用相应的4位二进制数取代，即可分别转换成二进制的整数和小数。
无论是向左还是向右，最后不足4位二进制数时都用0补足4位。
3．二进制数的算术运算和逻辑运算
加法运算法则：
0＋0＝0；0＋1＝1＋0＝1；1＋1＝0（向高位进位）。
减法运算法则：
0－0＝1－1＝0；1－0＝1；0－1＝1（向高位借位）。
乘法运算法则：
0×0＝0；0×1＝1×0＝0；1×1＝1。
除法运算法则：
0÷1＝0（1÷0无意义）；1÷1＝1。
逻辑变量之间的运算称为逻辑运算。
逻辑运算是按位进行的，位于位之间不像加减运算那样有进位或借位的联系。
逻辑运算主要包括三种基本运算：
逻辑加法（“或”运算）：
在给定的逻辑变量中，A或B只要有一个为1，其逻辑加的结果为1。
逻辑乘法（“与”运算）：
只有当参与运算的逻辑变量同时为1时，运算结果才为1。
逻辑否定（“非”运算）：
即取反操作。
0的非操作结果为1；1的非操作结果为0。
此外，“异或”逻辑运算（半加运算）也很有用：
两个逻辑变量相异，运算结果才为1。
4．二进制数在计算机中的表示和存储方法
只需表示0和1两个数字符号，在物理上容易实现，如电路的导通和截至等。
0和1两个数在传输和处理时抗干扰性强，不易出错，可靠性好；此外，0和1正好与逻辑代数“假”和“真”相对应，易于进行逻辑运算。
（三）数据的长度单位，数据的存储形式，计算机字符编码，计算机汉字编码
1．数据的单位与存储形式
在计算机内部，数据是以二进制的形式存储和运算的。
数据的最小长度单位是二进制的一位数。
通常将8位编为一组，叫做一个字节。
字：
在计算机中用来表示该种计算机能最方便、最有效地进行操作的数据或信息的长度。
一个字由若干字节组成。
通常将组成一个字的位数叫做该字的字长。
2．计算机字符编码
字符编码就是规定用怎样的二进制码来表示字母、数字以及专门符号。
在计算机系统中，有两种重要的字符编码方式：
EBCDIC和ASCII。
3．计算机汉字编码
（1）国标码：
也称为“区位码”，94×94的矩阵。
（2）机内码：
是指在计算机中表示汉字的编码。
机内码与区位码是有区别的，通常一个汉字的机内码占两个字节。
（3）汉字字模信息：
在需要输出一个汉字时，首先根据该汉字的机内码找出其字模住处在汉字库中的位置，然后取出该汉字的字模住处作为图形在屏幕上显示或在打印机上打印输出。
（四）信息、数据和信息处理的概念
1．信息和数据
（1）信息：
从计算机应用角度来说，通常将信息看作为人们进行各种活动所需的或所获取的知识。
（2）数据：
是现实世界中将各种信息记录下来的、可以识别的符号。
是信息的载体，是信息的具体表示形式。
数据和信息的联系及区别：
数据是信息的表示形式，信息是数据所表达的含义；数据是具体的物理形式，信息是抽象出来的逻辑意义。
可用多种不同的数据形式来表示一种同样的信息，信息不随表示它的数据形式不同而改变，它反映了现实世界中客观存在的知识。
2．信息处理
信息处理就是利用计算机的特点，通过计算机进行数据处理的过程。
其本质是数据处理，主要目标是获取有用的信息。
第二章计算机系统结构
（一）计算机硬件系统的五大功能部分、计算机工作原理
1．计算机系统的基本硬件结构
计算机硬件系统的五大功能部分分别是：
运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，其各自的功能如下：
（1）运算器：
又称算术逻辑单元（ALU）。
它是计算机对数据进行加工处理的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）。
（2）控制器：
负责从存储器中取出指令，对指令进行译码，根据指令的要求，按时间的先后顺序，负责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调一致地工作，一步一步地完成各种操作。
控制器主要由指令寄存器、译码器、指令计数器、操作控制器等组成。
（3）存储器：
是计算机记忆或暂存数据的部件。
计算机中的全部信息，包括原始的输入数据、经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的结果信息都存放在存储器中。
此外，指挥计算机运行的各种程序，即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。
存储器分为内存储器（内存）和外存储器（外存）两种。
（4）输入设备：
是给计算机输入信息的设备，是重要的人机接口，负责将输入的信息（包括数据和指令）转换成计算机能认识的二进制代码，送入存储器保存。
（5）输出设备：
是输出计算机处理结果的设备。
在大多数情况下，它将这些结果转换成便于人们认识的形式。
中央处理单元CPU：
是硬件系统的核心，主要由控制器、运算器等组成。
2．计算机的简单工作原理
首先把表示计算步骤的程序和计算中需要的原始数据，在控制器输入命令的作用下，通过输入设备送入计算机的存储器，之后当计算开始时，在取指令命令的作用下，把程序指令逐条送入控制器。
接着控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求向存储器和运算器发出存数、取数命令和运算命令，经过运算器计算把计算结果存放在存储器内，最后在控制器发出的取数和输出命令的作用下，通过输出设备输出计算结果。
3．微型计算机硬件结构的特点
微型计算机硬件结构最重要的特点是总线（bus）结构。
它将信号线分成三大类：
数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。
（二）计算机软件系统
微型计算机系统的软件分为两大类，即系统软件和应用软件。
系统软件是指由计算机生产厂为使用该计算机而提供的基本软件。
系统软件依赖于机器，常用的有：
操作系统、文字处理程序、计算机语言处理程序、数据库管理程序等。
应用软件是指用户为自己的业务应用而使用系统开发出来的用户软件。
应用软件更接近于用户业务。
第三章Windows操作系统
3．1概述
1．Windows98操作系统的设计思想（了解）
（1）用户更容易使用。
（2）速度更快，功能更强。
（3）具有很好的兼容性。
2．Windows98操作系统的主要功能（理解）
（1）易于使用。
（2）可靠性更高。
（3）速度更快。
（4）真正的Web集成。
（5）更具娱乐性。
3．2Windows98安装
本节首先介绍了Windows98安装前的准备，随后讲述了Windows98的安装和运行要求以及安装的选项，最后简述了Windows98的安装过程。
建议同学们按照教科书上给出的步骤，自己亲自实践，以加深理解。
1．Windows98安装前的准备工作（了解）
2．Windows98的安装（掌握）
3．Windows98只能安装在FAT分区上。
4．Windows98可以在很多操作系统上安装，但是不能在单独引导的WindowsNT上安装。
5．在安装过程中，用户必须提供的信息有：
Windows98的安装目录、安装类型、用户信息。
3．3Windows98桌面基本操作（掌握）
教科书中介绍了对计算机的一些基本操作，要求同学们最好能够亲自实践，加深理解。
1．Windows98中文件名可以用255个字符，包括空格，然而文件名不能包含下列字符：
\、/、：
、*、？
、”、<、>、|
2．正确关机：
使用“开始”菜单上的“关闭系统”命令可以关闭窗口和程序，并为关闭计算机作准备。
如果不正确地关闭计算机，可能丢失信息。
3．删除文件和文件夹：
无论何时删除文件，此文件都被暂时移到桌面上的“回收站”里。
当“清空回收站”后，其中的全部项目从计算机中被永久删除。
4．在Windows98中浏览计算机的主要方法有：
“开始”按键、“我的电脑”、资源管理器、“网上邻居”。
3．4 Windows98的TCP/IP网络配置
1．IP地址：
一个IP地址是一个逻辑的32位地址以用来指定一台TCP/IP主机。
每个IP地址被分为两个部分，一部分是网络ID，另一部分是主机ID。
网络ID用来指定在同一个物理网段上的所有机器，而主机ID则用来指定在网络上的某一台网络设备。
在网络上面每台运行TCP/IP的机器都需要一个不同的IP地址。
2．子网掩码：
一个子网掩码是用来掩住IP地址的一部分，以使TCP/IP能够利用主机ID的一部分来作为网络ID。
当一台TCP/IP主机想要通信时，子网掩码可以用来决定一台主机是在本地网上还是在远程网上。
子网掩码用于划分子网。
3．缺省网关：
为了和另一个网段的主机进行通信，一个IP地址必须指出一个路由器地址，使网络信息通过缺省网关和另一个网段的主机进行通信。
缺省网关用来指示TCP/IP往什么地方发送数据包，最终把数据送到远程的目的网中。
如果用户不指出缺省网关，那么信息只能在本地网中进行传送。
4．DNS服务器就是提供IP和主机名加域名之间的转换服务的。
5．DNS服务器必须使用IP地址来标识，而不能通过主机名加域名来标识。
6．一般情况下，Windows98中需要设置的TCP/IP参数有：
IP地址、子网掩码、缺省网关、DNS。
第四章计算机网络概述
4．1计算机网络的产生与发展
计算机和通信技术的相互结合产生了计算机网络。
这种结合主要体现在两个方面：
一方面通信网络为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段；另一方面，数字计算技术向通信技术的渗透又反过来提高了通信网络的性能。
1．计算机网络的产生：
由于实际需要及技术的不断发展，计算机网络的产生有一个逐步演进的过程，线路控制器——>多重线路控制器——>前端处理机（FEP） ——>集中器
（1）调制解调器的主要作用：
把计算机或终端的数字信号变换成可以在电话线路传送的模拟信号以及完成相反的变换。
（2）早期的线路控制器只能和一条通信线路相连，同时也只能适用于某一种传送速率。
由于在通信线路上是串行传输而在计算机内采用的是并行传输，因此这种线路控制器的主要功能是进行串行和并行传输的转换以及简单的差错控制。
（3）多重线路控制器可以和许多个远程终端相连，这种联机系统也称为面向终端的计算机通信网。
2．分组交换网的产生
（1）分组交换（packetswitching）也称为包交换，是现代计算机网络的技术基础。
（2）传统的电路交换技术不适合计算机数据的传输。
1966年6月，NPL的戴维斯（Davies）首次提出“分组”（packet）这一名词。
1969年，美国的分组交换网ARPANET投入运行，从此计算机网络的发展就进入了一个暂新的纪元。
3．计算机网络体系结构的形成
（1）为了设计复杂的计算机网络，在ARPANET的设计时提出了分层的方法。
“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
（2）为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织（ISO）提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架，这就是开放系统互联参考模型（OSI/RM，OpenSystemsInterconnection/ReferenceModel），简称OSI。
从这以后，就开始了第三代计算机网络。
4．Internet成为世界上最大的计算机网络
Internet已经成为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络。
仍属于第三代计算机网路，使用的是分层的体系结构，并没有使用OSI体系结构。
5．新一代计算机网络——宽带综合业务数字网
（1）新一代或第四代计算机网络的最主要的特点是：
综合化和高速化
（2）综合化是指将多种业务综合到一个网络中——综合业务数字网ISDN。
其优点是经济。
（3）多媒体技术是指能同时获取、处理、编辑、存储和显示两个以上不同类型信息媒体的技术。
传送多媒体信息最合适的网络是ISDN。
4．2 计算机网络的基本概念
1．计算机网络和计算机网络通信协议
（1）计算机网络：
它是一个互相连接的、自治的计算机的集合。
（2）计算机网络有三个主要的组成部分：
若干台主机（向各用户提供服务）、一个通信子网（由一些专用的通信处理机和连接这些节点的通信链路组成）、一系列的协议（通信双方事先约定好的和必须遵守的规则）。
（3）计算机网络不能等同于分布式计算机系统：
分布式系统的最主要的特点是整个系统中的各计算机对用户是透明的。
2．计算机通信和数据网：
数据通信网往往是指计算机网络中的通信子网。
4．3 计算机网络的分类
1．按距离分：
广域网（WAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）。
2．按通信介质：
有线网、无线网。
3．按通信传播方式划分：
点对点传播方式网（主要拓补结构有星型、树型、环型、网型）和广播式传播方式网
4．按通信速率分：
低速网（300b/s～1.4Mb/s，通常借助于调制解调器利用电话网来实现）、中速网（1.5Mb/s～45Mb/s，主要是传统的数字式公用数据网）、高速网（50Mb/s～750Mb/s）
5．按使用范围分：
公用网、专用网
6．按控制方式分：
集中式计算机网络（星型网络和树型网络是典型的集中式计算机网络）、分布式计算机网络（分组叫化、网状型网络都属于分布式网络）。
集中式网络的优点是实现简单、网络操作系统很容易从传统的分时操作系统经适当的扩充和改造而成；其缺点是实时性差、可靠性低、缺乏较好的可扩充性和灵活性。
分布式网络的优点是具有信息处理的分布性、高可靠性、可扩充性及灵活性等，是网络发展的方向。
7．按网络环境分：
部门网络、企业网络、校园网络
8．按拓补结构分：
总线型、星型、环型、树型、全互连型和不规则型。
网络拓补结构对整个网络的设计、功能、可靠性、费用等方面有着重要的影响。
4．4 计算机网络的应用领域、计算机网络的应用方式
信息时代最重要的核心问题之一就是降低交易成本。
1．用于企业的网络：
这种应用的目的是资源共享、依靠可替代的资源来提供高可靠性、节约经费。
2．客户/服务器模型（Client/Servermodel）：
通信方式通常是客户向服务器发送请求信息，指示需要完称的工作，服务器完成工作后送回应答。
一般情况下是多个客户使用少量服务器。
3．服务于公众的网络：
访问远程信息、个人间通信、交互式娱乐。
4．5课后习题：
1．星型结构的特点包括哪些？
2．计算机网络应当具有的三个主要组成部分是？
3．集中式计算机网络的特点和优缺点各是什么？
4．拓补和分布式计算机网络的概念。
5．计算机网络和分布式计算机系统的区别？
第五章网络通信基础（上）
5．1数据通信基础
1．计算机间的数据通信过程
假设两台远程的计算机通过电话线传输文件。
首先，计算机A通过调制解调器和电话线与计算机B建立连接；然后，利用通信软件，计算机A将存在磁盘上的文件通过建立的连接传到计算机B的磁盘里。
二进制文件实际上是转换为模拟信号在电话线中传输的。
为了保证传输数据的正确（在模拟信号的传输过程中，会由于噪音等干扰而使传输的数据失真），调制解调器会在将要发送的二值电信号序列中添加一些错误检验信息，以便有效而可靠地传输。
而在接收端，尽管由于信号衰变等，造成计算机B的调制解调器接收到的信号与计算机A发出的信号不同，但是仍然可以根据校验信息发现或纠正传输中的错误，从而得到真实的原始信息。
2．计算机间的通信和普通电话机间通信的区别
首先，计算机通信系统中发送和接收的是数字信号，在电话通信中是模拟信号；其次，
计算机间的通信增加了信号变换的设备，如调制解调器，通过它可以在模拟信号上传输数字数据，并可发现、纠正传输中的错误；第三，在计算机间的通信中，接收到的数据和发送的数据通常是完全一致的（这是通过在传输的信号中插入纠错码来实现的），而在电话通信中，接收到的通常是变了样的原始信号的仿制品。
3．数据通信系统的一般结构模型
图形见教科书P62图5.2数据通信系统模型。
该模型的组成包括：
DTE：
dataterminalequipment，数据终端设备。
是数据的出发点和目的地。
数据输入/
输出设备、通信处理机和计算机属于DTE的范围。
DTE根据协议控制通信的功能。
通信控制器：
负责DTE和通信线路的连接，完成数据缓冲、速度匹配、串并转换等。
如微机内部的异步通信适配器（UART）、数字基带网中的网卡。
信道：
传输信号的通道，可以是有线的，也可以是无线的。
信号变换器：
把通信控制器发出的信号转换成适合于在信道上传输的信号，或者相反，把从信道上接收的信号转换成通信控制器所能接收的信号。
5．2 数据通信基本概念
数据：
能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。
可以分为模拟数据（可在一定区间内取连续的值）和数字数据（只能取离散的值）。
信号：
数据的具体表现形式，是数据的电磁或电子编码，用于传送数据。
分为模拟信号和数字信号。
信道：
传输信号所经过的路径。
包括传输介质和中间的一些设备。
带宽：
传输信号的频率范围。
编码：
把数据转换成适合于在介质上传输的信号。
5．3 点－点通信方式
1．点－点通信分类：
按信息传送的方向，可把点－点通信方式分为：
单工方式：
信息固定地从发送端传送到接收端。
半双工方式：
信息可以向两个相反方向传送，但不能同时进行。
依据信息传送的方向，发送设备和接收设备交替地使用传输信道相连。
全双工方式：
能同时在两个相反方向上传输信息，因此需要两个独立的通道。
这两个独立的通道，可以采用两对线路来实现，也可以采用多路服用技术来实现。
2．通信线路结构：
点－点结构：
一条线路上只有两个站，则通信线路是点－点结构的。
多点结构：
一条线路上有多个站，则通信线路是多点结构的。
一般，数据通信的过程有三个阶段：
链路建立阶段；数据传输阶段；结束阶段。
3．异步与同步通信：
同步问题是数据通信中一个十分关键的问题。
发送端一位一位地把信息通过介质法发往接收端，接收端必须识别信息的开始和结束，而且必须知道每一位的持续时间，只有这样，接收端才能从传输线上正确地取出被传送的数据。
通常有两种同步方式进行传输：
异步传输和同步传输。
在信息传输的过程中，往往还要求在不同的等级上实现同步：
字符同步（识别每一个字符或一帧数据的开始和结束）和位同步（识别每一位的开始和结束）。
在异步传输中，每发送一个字符，其开头都带一个起始位，以便在每一个字符开始时接收端和发送端同步一次。
在同步传输中，在每块数据的开头设置专门的同步字符（一个或多个），然后要求发送端和接收端在该帧数据传输的过程中保持同步。
同步传输有面向字符和面向位的两种控制方式。
对于面向字符的传输，数据都被看作字符序列，所有的控制信息也都是字符形式。
在数据串（字符序列）的前、后分别设有开始标志和结束标志。
接收端首先寻找开始开始同步字符，然后处理控制字符，接收数据字符。
一帧的结束可以用结束控制字符标志，也可以在控制字符中设置帧长度加以控制。
对于面向位的传输，数据都被看作二进制位序列。
控制规程如HDLC（高级链路控制规程）是用于面向位的数据传输。
4．DTE和DCTE
DTE：
计算机或终端这类数据处理设备。
DCTE：
一种通信控制设备，用于将DTE的数据变换成适合于在介质上传输的信号。
关于DTE和DCTE之间的物理连接方式的规定，称为通信过程中的物理层协议。
第八章、计算机广域网
8.1通信网交换技术
8.1.1节点与站
1、节点：
用来传输信息的设备。
（节点的集合称为通信子网）
2、站：
用来处理信息的设备。
（站的集合称为资源子网）
3、节点的功能：
（1）能把主机或工作站接入网络。
（2）能实现交换功能。
（3）具有一定的监测功能。
8.1.2三类交换技术
1、电路交换
（1）含义：
是在源节点和目标节点之间建立起一条物理通道引导信息从源站到达预定的目的站。
（2）步骤：
A、建立连接。
B、传输数据。
C、拆初线路连接。
2、报文交换
（1）含义：
在每个节点为每条链路设置发送排队？
，某个站要发送信息，就把目标地址并入信心中，然后通过源节点送上网络。
网中的节点接受信息后，依据目标地址选择相应的一条通道，把信息存储在相应通道的发送缓冲器队列中，等待转发。
（简单的说：
采用存储转方式，以报文为单位传输）
（2）评价：
A、优点：
是采用了排队等待发送，充分利用了线路。
B、缺点：
是传输延迟时间有时可能比较长，对于较长的报文因为要求先存储、再转发，限制了它在实时传输和交互式传输中的应用。
3、包交换☆
（1）含义：
又称分组交换，存储转发技术，以包（分组）为单位传输。
（2）包交换的内部结构：
A、数据报方式：
（datagram）
B、虚电路方式：
（virtualcircuit）
定义：
在虚电路方法中，在发送之前，首先通过发送呼叫请求信息包，建立起一条逻辑通道。
相继发送的所有信息包都经过这条路径。
这样，包的接受顺序就和发送是一样的，也无需每一个包在各个节点进行路径选择。
信息发送完以后拆除所建立的逻辑通道。
分类：
虚呼叫虚电路、永久性虚电路。
虚呼叫虚电路、永久性虚电区别：
在系统初始化的时候就设置好若干条虚点路，以后使用时就不再建立和拆除。
这类称虚电路为永久性虚电路，用呼叫包建立的虚电路称为虚呼叫虚电路，通信完毕后应将
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