《大学计算机基础》理论知识.docx

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《大学计算机基础》理论知识

《大学计算机基础》理论知识

第一章概述

1.信息的含义:

（1）一般来讲，信息是指信息、数据或资料

（2）经典定义:

信息是人们在适应外部世界并且使之作用于外部世界的过程中，同外部世界交换内容的名称

2.信息处理的过程:

收集、加工、存储、传递、施效

3.信息技术:

用来扩展人信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一类技术

★基本的信息技术包括:

①感测（获取）与识别技术;

②通信技术;

③计算（处理）与存储技术;

④控制与显示技术

4.世界上第一台电子计算机（ENIAC）:

1946年美国研制成功

★冯·诺依曼（"现代电子计算机之父"）提出二进制和存储程序控制/设置内存储器的概念

▲计算机之所以能按人们的意图自动进行工作，最直接的原因→采用了存储程序控制

5.电子计算机的发展历程（基本电子元件的演变）:

根据计算机所使用的电子元器件，把计算机的发展分为四代。

从第一代到第四代计算机电子器件分别是电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模和超大规模集成电路。

集中计算模式（50-70s）→分散计算模式（80s）→网络计算模式（90s）

6.计算机的应用:

（1）科学计算（数值计算）

（2）信息处理（数据处理/事务处理）典例:

办公自动化

（3）自动控制

（4）计算机辅助系统

（5）人工智能

▲电子计算机最早的应用领域:

数值计算

▲办公自动化是计算机的一项应用，按计算机应用分类，它属于:

信息处理

7.计算机发展的五个方向:

巨型化、微型化、网络化、智能化、多媒体化

未来的新型计算机:

高速计算机、生物计算机、光学计算机、量子计算机

8.微电子技术

含义:

信息领域中的关键技术,是实现电子电路和电子系统超小型化及微型化的技术

核心:

集成电路现代集成电路使用的半导体材料主要是硅，也可以是砷化镓

9.集成电路的划分（根据电子元件数）:

小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）和极大规模集成电路（ULSI）.通常把VLSI和ULSI统称为VLSI.

◎集成电路的特点:

体积小、重量轻、可靠性高

◎集成电路的工作速度:

主要取决于组成逻辑门电路的晶体管尺寸，晶体管的尺寸越小,其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快

♡Moore定律:

单块集成电路的集成速度平均每10∽24个月翻一番

◎集成电路未来发展趋势:

芯片模块化、高集成、"软件差异化"的同质化

◎集成电路的应用:

集成电子卡（IC卡）根据集成电路芯片分为:

存储器卡、CPU卡（智能卡）eg.手机中的SIM卡

按使用方式分为两种:

接触式IC卡、非接触式IC卡

◎计算机应用技术:

1.人工智能（AI）

2.云计算与海量存储（云计算平台:

Google、IBM、Amazon）

3.物联网（IOT）

4.Wi-Fi和5G

★★中英文对照:

CAD——计算机辅助设计CAM——计算机辅助制造

CAT——计算机辅助测试CAI——计算机辅助教学

CIMS——计算机集成制造系统UPS——不间断电源

AI——人工智能（智能模拟）IOT——物联网

ALU——算术逻辑部件CU——控制部件

OS——操作系统CPU——中央处理器

第二章计算机系统

一个完整的计算机系统都是由硬件系统和软件系统两部分组成。

（一）计算机硬件组成及分类

1.计算机硬件:

中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入设备、输出设备

（主要由"主机"和"外设"-外围设备构成）

主机:

中央处理器（CPU）、内存储器、总线

外设（外围设备）:

外存储器、输入设备、输出设备

2.输入设备→键盘、写字板、鼠标器、触摸屏、扫描仪、数码相机、摄像机、话筒、MIDI演奏器、温度和压力传感器;

输出设备→显示器、打印机、绘图仪

▲既是输入设备又是输出设备的是:

磁盘驱动器

3.总线:

计算机系统总线分为数据总线、控制总线、地址总线

4.中央处理器（CPU）的作用和结构

处理器:

负责对输入信息进行各种处理的部件

地位:

CPU是微机硬件系统中最核心的部件，是任何一台计算机不可缺少的核心组成部件

作用:

执行指令，按照指令的要求完成对数据的运算和处理

▲结构:

三个组成部分

①控制器→协调和指挥整个计算机系统的操作

②运算器→对数据进行加工处理（CPU的核心组成部分）

③寄存器组→临时存放参加运算的数据和运算得到的中间/最后结果

4.计算机的指令系统:

一台计算机能执行的全部指令的集合称为计算机指令系统;采用"向下兼容方式";

♀指令的功能:

每一种CPU都有自己独特的一组指令;指令是构成程序的基本单位;

♀指令的组成:

指令可分为操作码和地址码（一般来说）

5.CPU的性能指标:

字长、主频（单位:

MHz）、高速缓冲存储器、流水线技术、制造工艺

♀CPU的时钟频率/主频单位:

MHz（GHz）

如:

在微机的配置中常看到"P42.4G字样，其中数字2.4G表示处理器的时钟频率为2.4GHz"

♀度量计算机运算速度的常用单位:

MIPS

6.存储器

存储器分为内存储器（随机存取存储器RAM和只读存储器ROM）和外存储器

（1）内存储器

▲内存储器是用来存储正在运行的应用程序的存储器。

类别:

随机存取存储器RAM和只读存储器ROM

◎特点:

RAM具有易失性（一旦断电，信息全失且无法恢复）;

ROM是一种内容只能读出而不能写入和修改的存储器，其存储的信息是在制作该存储器时就被写入的。

ROM能够永久保存，信息不会丢失。

▲ROM中的信息是由生产厂家预先写入的

（2）外存储器

类别:

硬盘存储器、光盘存储器、移动存储器

<1>硬盘存储器

♀硬盘上的一块数据要用三个参数来定位:

柱面号、扇区号、磁头号

♀硬盘主要性能指标:

容量

♀磁道:

硬盘盘片表面由外向里分成许多同心圆，每个圆称为一个磁道

♀写盘:

把内存中数据传送到计算机硬盘上去的操作

读盘:

把存储在计算机硬盘上的程序传送到指定内存区域中的操作

▲目前硬盘存储容量单位:

GB/TB

▲存储器容量单位:

GB/MB/KB

<2>光盘存储器

分类:

CD光盘存储器、DVD光盘存储器、蓝光光盘

♀CD光盘存储器→分为CD-ROM、CD-R、CD-RW

▲CD-ROM是只读型光盘▲CD-R是一次写入型光盘▲CD-RW是一种可重复擦写型光盘存储器

♀DVD光盘存储器→分为DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW

DVD-ROM是大容量只读外部存储器

<3>移动存储器

目前广泛使用的有两种:

闪烁存储器和移动存储器

♀优盘的优点:

无需驱动器和额外电源，只需从其采用的标准USB接口总线获取+5V电压，可热拔插，即插即用;通用性高，容量大（几十GB到2TB）,读写速度快;抗震防潮、耐高低温，部分产品带保护开关或防

病毒、安全可靠;体积小、轻巧精致、美观时尚、便于携带。

有些产品还可以模拟硬盘启动

操作系统，当操作系统受到病毒感染时，优盘可以引导操作系统。

★★内存储器和外存储器的特点对比

内存储器:

【1】存取速度快、容量相对小、价格相对高;

【2】可直接与CPU相连接（CPU可直接访问）;

【3】具有易失性，用于临时存放CPU正在运行的程序、正被处理的数据以及产生的结果数据;

【4】存储介质→半导体芯片;

外存储器:

【1】存取速度慢、容量相对大，价格相对低

【2】不直接与CPU相连接（CPU不能直接访问，其中存储的程序及相关数据必须先送入内存，才能被CPU使用）;

【3】具有非易失性，用于长期存放各类信息;

【4】存储介质→磁盘、光盘、磁带

♀存储器容量由小到大排列（速度由快到慢排序）:

CPU寄存器→内部Cache（内存储器）→外部Cache→主存储器→辅助存储器→大容量辅助存储器

7.常用输入设备

键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、数码相机、

<1>键盘:

♀目前普遍使用的是104键的键盘

♀键盘分为机械式、电容式、有线和无线;键盘上的按键大多是电容式的;

♀键盘与主机主要通过PS/2接口、USB接口以及无线方式接口;

前两种大多是台式机使用，笔记本采用后两种。

<2>鼠标

♀鼠标分辨率的单位:

dpi

♀鼠标与主机的接口主要有:

PS/2接口、USB接口以及无线3种形式。

<3>触摸屏

<4>扫描仪

♀扫描仪是一种比较常用的图像输入设备

扫描仪的功能:

将图像、图形和文字表格快速地输入计算机

扫描仪的核心部件:

感光元件和A/D转换器

扫描仪的性能指标:

分辨率、色彩数目（色彩深度）、扫描幅面、与主机的接口（主要有SCSI、EPP、USB三种，现大多使用USB接口）

<5>数码相机

性能指标:

像素数目（决定一台数码相机能拍摄图像的最大分辨率）

8.常见输出设备

<1>显示器

主要性能指标:

分辨率、像素点距、刷新频率（单位:

赫兹Hz）、显示屏的尺寸、可显示颜色数目

<2>打印机

分类:

针式打印机、喷墨打印机和激光打印机（高质量、高速度、低噪音、价格适中）

性能指标:

打印分辨率、打印速度、色彩数目、其他（打印成本、噪音等）

<3>绘图仪

（二）计算机软件系统

▲一个完整的计算机软件应包含系统软件和应用软件

1.计算机软件:

指的是计算机指令和计算机算法语言编写的程序以及运行程序所需的数据和相关的文档（程序+数据+文档）

2.软件分类:

系统软件和应用软件

（1）系统软件

基本输入/输出系统（BIOS）、操作系统、计算机语言编译器、数据库管理系统、常用的实用程序（磁盘清理程序、备份程序、编译程序、诊断程序）等都是系统软件。

（2）应用软件（通用应用软件和定制应用软件）

♀通用应用软件的主要类别和功能:

<1>办公软件

功能:

文字编辑、文字处理、表格定义、数值计算和统计、幻灯片制作等

举例:

WPS、Office、Adobe

<2>图形图像软件

功能:

图像处理、几何图形绘制、动画制作等

举例:

Photoshop、Flash、3dsMAX、AutoCAD等

<3>媒体播放软件

功能:

播放各种数字音频和视频文件

举例:

MediaPlayer、RealPlayer、暴风影音、千千静听等

<4>网络通信软件

功能:

电子邮件、网络文件传输、Web浏览

举例:

InternetExplorer、OutlookExpress、Foxmail、FTP等

▲应用软件:

Office2003、Word2003、WPSOffice2003、PowerPoint2003、AutoCAD、PhotoShop

3.操作系统（OS）

▲地位:

计算机软件系统的核心软件

四个基本特征:

并发性、共享性、虚拟性、异步性（不确定性）

基本类型（3种）:

（1）批处理操作系统:

分为单道批处理和多道批处理操作系统

▲当前微机运行的Windows属于多任务操作系统

（2）分时操作系统:

按时间片轮流分配

（3）实时操作系统

功能:

资源管理功能（处理器/CPU管理、存储管理、设备管理和文件管理）+提供用户接口

▲操作系统的文件管理系统为用户提供的功能是:

按文件名管理文件

▲作用:

统一管理计算机的全部资源，合理组织计算机的工作流程，以达到发挥计算机资源的效率;为用户提供使用计算机的友好界面;

常见操作系统:

Windows操作系统、UNIX操作系统、Linux操作系统（内核）、移动设备操作系统（Android、iPhoneOS、Symbian、BlackBerryOS）、国产操作系统—麒麟操作系统、MS-Dos

第四章数字媒体及应用

（一）计算机中的数制

1.信息的基本单位——比特bit（计算机和其他数字系统处理、存储和传输信息的最小单位）

比特只有两种取值:

0或1

字节:

比bit稍大些的数字信息的计量单位，用大写字母B表示，每个字节包括8个比特（1B=8bit）

2.比特的运算

逻辑代数中最基本的逻辑运算:

逻辑加、逻辑乘、取反

♀0取反后为1，1取反后为0

3.计算机中的常用数制:

十进制、二进制、八进制、十六进制

字母符号表示:

二进制（B）、八进制（O）、十进制（D）、十六进制（H）

▲在计算机内部，数据的传输、存储和处理都使用二进制编码

▲现代计算机采用二进制是因为二进制的优点是:

物理上容易实现且简单可靠;运算规则简单;符合逻辑运算

4.各种数制之间的转换P125

5.数值数据编码表示P128

常用编码表现形式:

原码、反码、补码

（二）文本信息的表示

▲国际通用的ASCII码的码长是7

1.英文编码与表示

A对应的编码——65B对应的编码——66

a对应的编码——97b对应的编码——98

2.汉字编码与表示最早的简体字编码——GB2312

（1）区位码

▲区位码输入法的最大优点:

一字一码，无重码

（2）国标码

▲根据汉字国标码规定,将汉字分为常用汉字（一级）和非常用汉字（二级）两级汉字。

一级常用汉字的排列是（按汉语拼音字母），一级常用汉字数是3755.

▲根据GB2312规定，1KB存储容量可以存储汉字的内码个数是512

（3）机内码

▲汉字在计算机内部传输、处理与存储都使用汉字的机内码

▲一个汉字的机内码和它的国标码之间的差是8080H

▲一个汉字的内码与国标码之间的差别是前者各字节的最高二进制位的值均为1,后者均为0

（三）图像信息的表示

常用的色彩空间有RGB、CMYK、YUV、HSB

常见的图像格式:

BMP格式、TIF格式、GIF格式、JPEG/JP2格式

（四）声音信息的表示

常见的声音格式文件:

WAV、MP3、WMA、RM

第六章程序设计基础

1.计算机程序的共同性质:

目的性、分步性、有序性、有限性、操作性

2.计算机程序设计语言的发展

（1）第一代——机器语言（可读性最差、可移植性差）

机器语言/CPU指令系统:

计算机指令的集合

机器语言编写的程序:

由二进制代码0和1组成的代码序列，它是计算机中唯一不需要经过翻译解释就能被机器直接识别的语言。

（2）第二代——汇编语言

用指令符号编制程序

▲汇编语言是一种依赖于计算机的低级程序设计语言

（3）第三代——高级语言（可读性和可移植性好）

高级语言:

由表达各种意义的"词"和"数学公式"按照一定的"语法规则"来编写程序的语言

常用的高级语言:

C语言、C++语言、Java语言、VB、C#语言、Python语言、VisualBasic、

FORTRAN语言、Pascal语言

▲用高级语言编写的程序叫源程序;

用高级语言编写的源程序经过编译和链接后成为可执行程序

将高级语言编写的源程序转换成机器语言程序的程序叫编译程序

（4）第四代（非过程化语言）

3.程序设计过程

程序设计一般包括5个步骤:

分析问题、设计问题、程序编码的编辑、编译和连接、测试程序、编写程序文档

4.结构化程序设计方法的主要原则

自顶而下、逐步求精、模块化、限制使用goto语句。

♀结构化程序的基本结构:

顺序结构（最基本最常用的结构）、选择结构（分支结构）、循环结构

5.面向对象程序设计的基本概念

类:

定义了一件事物的抽象特点

对象:

类的具体实例，有有特殊实体和行为方式的实体

♀属性:

对象所包含的信息，某方面的特征

行为（方法）:

对象所执行的功能

6.面向对象的主要特征:

封装性、继承性、多态性

第八章计算机网络

（一）计算机网络概述

1.计算机网络的概念:

是一门集计算机、通信、多媒体、管理等技术于一体的综合性

学科。

2.计算机网络的定义:

所谓计算机网络，就是利用通信设备和通信介质（有线或者无线）将地理位置不同的、功能独立的多个计算机（或其他智能设备）互联起来，通过功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络资源共享和信息传递的系统。

3.计算机网络的组成/一个计算机网络系统必须具备的3个要素:

♀至少有两台具有独立操作系统的计算机，且相互间有共享的资源;

♀两台（或多台）计算机之间要有通信手段将其互联;可以是诸如双绞线、同轴电缆、光纤等有线媒体，也可以是微波、卫星等无线媒体。

♀网络通信协议;

4.计算机网络的功能

（1）数据通信

（2）资源共享（3）分布式信息处理（4）提高计算机系统的可靠性和可用性

5.计算机网络的分类

按使用的传输介质可分为有线网和无线网;

按网络的使用性质可分为公用网和专用网;

按网络的使用范围和对象可分为企业网、政府网、金融网和校园网等;

按使用协议可分为TCP/IP网、ATM网、IPX网等;

按网络所覆盖的地域范围可分为

（1）局域网

地域上局限在较小范围（几千米），一般是一幢楼房、一个楼群、一个单位或一个小区，如Novell网

（2）广域网

作用范围通常可以从几十千米到几千千米，甚至更大的范围。

（3）域域网

其作用范围介于广域网和局域网之间，如一个城市

（二）计算机网络基础知识

一、数据通信基础

1.通信系统的简单模型

♀通信的基本任务是传递信息，一个完整的信息传递过程至少包括三个要素:

信息的发送者（信源）和接受者（信宿）、携带信息的电或光信号、信息的传输通道（信道）

♀通信系统的简单模型:

信源（宿）→信道→信宿（源）

♀电（或光）信号有两种形式:

模拟信号和数字信号

▲数据通信系统的主要技术指标:

误码率

2.调制与解调技术

调制解调器:

当传输的信号与信道不匹配时，就需要一个变换器进行数字信号到模拟信号的转换，这个变换器就叫调制解调器。

调制:

将数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形过程就叫"调制"

解调:

将模拟信号转换恢复成原来的数字信息过程就叫"解调"

3.多路复用技术

4.交换技术

二、计算机网络通信协议与体系结构

1.网络通信协议

标准语言:

TCP/IP协议（Internet的基础和核心协议）

主要功能:

确保数据的可靠传输

2.网络体系结构

经典的网络体系结构:

OSI/RM

三、计算机网络传输介质

目前常见的网络传输介质有:

双绞线、同轴电缆、光纤等

▲光纤不是电信号而是光信号，与前两种传输介质不同

四、计算机网络互连设备

1.网卡

网络接口卡，简称网卡，又称网络适配器，是连接计算机和网络的基本硬件设备之一。

网卡的主要任务:

负责数据的发送和接收

2.中继器与集线器

中继器:

网络物理层上面的连接设备，只适用于完全相同的两类网络互连。

中继器是最简单的网络互连设备

3.网桥与交换机

最常见的交换机是以太网交换机

4.路由器

5.网关

（三）计算机局域网

一、计算机局域网的特点和组成

1.局城网:

指较小地域范围（1km或几km）内的计算机网络，一般是一幢建筑物内或一个单位几幢建筑物内连成的计算机网络。

局域网常见于公司学校政府机构，是计算机网络中最流行的形式之一。

▲若要将计算机于与局域网连接，至少需要具备的硬件是网卡

▲能保存网页地址的文件夹是收藏夹

2.局域网有以下几个主要特点:

（1）地城范围小局域网一般为一个单位所建，用于内部联网，其地理范围虽然没有严构

定义，但一般认为距离为0.1~25km。

（2）数据传输速率高户10Mbit/s~10Gbi/s。

（3）传输延时小:

一般在几毫秒到几十毫秒。

（4）误码率低:

（5）支持多种传输介质:

局域网可以根据网络性能的需要，选取价格低廉的双绞线、同轴电缆，或选用价格较贵的光纤以及无线传输介质。

二、常用计算机局域网

常用计算机局域网有共享式以太网、交换式以太网、千（万）兆位以太网、无线局域网。

三.IP地址与路由

无论是局城网还是公用数据网，往往使用不同的帧（包）格式和编址方案，要将它们后相连成一个统一的网络并相互正确通信，必须解决计算机统一编址、数据包格式转换等一系列问题。

承担这一任务的就是IP和路由器（Router）。

TCPAP标准定义了主机（host）这一概念，它指的是任何连接到网络并运行应用程序的计算设备。

主机可以是PC、手机、平板电脑，也可以是大型机、服务器或其他设备;主机的CPU可快可慢，内存可大可小;主机所连接的网络运行速度可高可低。

TCP/IP就如同网络中的世界语言，使得任何一对主机都可以相连并进行数据通信。

当然，主机和路由器都需更运行TCP/IP软件。

在由许多网络互连而成的庞大的计算机网络中，为了屏蔽不同物理网络中计算机地址的差异，IP协议规定，所有联网的计算机都必须使用一种统一格式的地址（简称IP地址）。

在网络上发送的每个IP数据报中，都必须包含发送方（源）主机的IP地址和接收方（目的）主机的IP地址。

在同一个网络中，一个IP地址唯一标识该网络中的一个节点，也是网络通信中识别传输对象的重要标识。

注意，IP地址和前面所说的MAC地址不同，IP地址只是在物理网络上湘盖一层P软件实现的，并不需要对物理地址做任何修改，它是在网络互联层（及其上两层）使用的计算机地址，有些物理网络仍然使用它们原有的MAC地址。

（四）计算机网络信息安全

1.信息安全概述:

网络信息安全通俗地说，就是通过采用各种技术和管理措施，使网络系统正常运行，从而确保网络数据的可用性、完整性和保密性。

2.网络信息安全受到的多种威胁:

传输中断（通信线路切断、文件系统瘫痪）会影响数据的可用性;

信息被窃听（包括文件或程序的非法拷贝）将危及数据的机密性;

信息被篡改将破坏数据的完整性;

伪造信息则失去了数据的真实性;

3.计算机病毒的特点

破坏性、传染性、隐蔽性、潜伏性、寄生性

▲计算机病毒的传染途径:

一是网络;二是通过读写或复制移动存储器上带病毒的文件

4.防火墙

防火墙的主要功能:

（1）过滤不安全服务和非法用户，禁止未授权用户访问受保护的网络。

（2）控制对特殊站点的访问。

（3）提供网络使用的记录和统计数据，对Intermet的安全使用进行监控和预警。

防火墙的缺陷（防火墙并非万能的）:

（1）防火墙不能防范不经由防火墙的攻击。

例如，如果允许从受保护的内部网不受限制地向外拨号，一些用户可以形成与Internet的直接连接，从而绕过防火墙，造成一条潜在的攻击渠道。

（2）防火墙不能防止感染了病毒的软件或文件的传输。

反病毒的任务只能由反病毒软件完成。

（3）防火墙不能防止数据驱动式攻击。

当有些表面看来无害的数据被邮寄或复制到Internet主机上并被执行而发起攻击时，就会发生数据驱动攻击。