信息学竞赛初级教程.docx
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信息学竞赛初级教程
第一部分计算机基础知识
一、二进制数
计算机内信息的存储、运算等主要通过二进制。
二进制的特点：
只有两个基本数字0和1；逢二进一位。
二进制的优点：
因为它只有两个基本数字0和1，所以容易物理实现。
所谓物理实现，指的是通过不同的物理状态来表示不同的数字。
如在计算机的内部，对于0和1可以通过高电平（电压稍高一点的电流）和低电平（电压稍低一点的电流）来表示。
又如在软磁盘上存放一个0或1，可以通过磁性的强弱来表示。
二进制的缺点：
读写不方便。
有时又引进八进制或十六进制来方便描述。
因为8是2的3次方，所以三位二进制跟一位八进制相对应；同样四位二进制跟一位十六进制相对应。
八进制有8个基本数字：
01234567，它的特点是逢八进一位。
而十六进制的有十六个基本数字：
0123456789ABCDEF，它的特点是逢十六进一位。
下面是几种进制的对照表：
十进制
二进制
八进制
十六进制
0
0
0
0
1
1
1
1
2
10
2
2
3
11
3
3
4
100
4
4
5
101
5
5
6
110
6
6
7
111
7
7
8
1000
10
8
9
1001
11
9
10
1010
12
A
11
1011
13
B
12
1100
14
C
13
1101
15
D
14
1110
16
E
15
1111
17
F
16
10000
20
10
17
10001
21
11
18
10010
22
12
19
10011
23
13
20
10100
24
14
我们知道十进制的每一位的权代表的是十的若干次方，不同进制的数，基数不同，其每位上所代表的值大小也不同，我们称之为“权”。
1十进制数，逢十进一。
如（219）10=2*102+1*101+9*100
2二进制数，逢二进一。
如（11010）2=1*24+1*23+0*22+1*21+0*20=26
3八进制数，逢八进一。
如（273）8=2*82+7*81+3*80=187
4十六进制数，逢十六进一。
如（27B）16=2*162+7*161+11*160=635
从以上的计算中可以看到：
进制不同，基数不同，每位上权值大小也不同，数值大小也不相同。
将十进制数转换为任意进制数的基本方法为：
将十进制数除以所定的进制数反向取余，如将十进制数39转为二进制数：
2|39
2|19……1
2|9……1
2|4……1
2|2……0
2|1……0
20……1
39（10）=100111
（2）39=32+4+2+1=100111
（2）
又如将245转为八进制：
245（10）=365（8）
8|245
8|30……5
8|3……6
80……3
对于十进制小数转为其他进制的小数，则是不断将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第几位。
如0.35（10）=0.01011
（2）,0.125（10）=0.001
（2）
任意进制数转为十进制数的基本方法是按权展开求和，前面①②③④例子已说明。
二、信息代码及ASCII码
信息在计算机内存储或运算是通过二进制来实现的，计算机本身并不要求你按什么规律来将信息转换为什么代码，只有你给出对应规律就行。
也就是说谁都可以来定义代码，但如果这样各自乱定义没有统一的规定，对于计算机与计算机之间的信息交换就不能保证了。
国际上统一使用美国信息交换标准代码ASCII码。
ASCII码用八位的二进制表示，基本的ASCII字符集共128（2的7次方）个，其二进制代码最高位为0，如“A”对的编码为01000001
（2），相当于十进制65。
中国汉字编码用两个字节表示，为了区别一般编码，其最高位设为1。
汉字国标区位码GB2312-80又称区位码，共分94个区，两位的区号和两位的位号惟一确定一个汉字或符号，01到15区为符号区，16到55区为一级汉字（以拼音为序）共3755个，56以后的二级汉字（以部首为序）共3008个。
其它常见的代码有BCD码等（四位二进制只取前面的4位从而方便地跟十进制对应起来）。
三、原码、反码、补码
对于正数，在计算机内部都是采用原码表示的，即原来是什么就表示成相应的二进制数。
一般第一位为符号位。
如+65，对应的二进制数是1000001，加上符号位为01000001。
对于负数或0可能用补码表示。
补码是在反码的基础上加上1。
而反码就是取反的操作，将0变为1，1变为0。
由于采用了补码，使0的表示唯一了。
（问题：
如果都是用原码表示，0的两种表示是什么？
）
四、其它一些计算机基础知识
1．计算机的产生与发展
1946年世界上第一台电子计算机——埃尼阿克（ENIAC）于美国产生。
计算机的发展经历了四代：
第一代电子管计算机、第二代晶体管计算机、第三代中小规模集成电路计算机、第四代大规模和超大规模集成电路计算机。
我国从1956年开始电子计算机的科研与教学工作，1983年12月成功地研制成功每秒运行1亿次以上的“银河”巨型计算机。
1992年11月研制成功每秒运行10亿次的“银河Ⅱ”巨型计算机，1997年又研制成功每秒运行130亿次的“银河Ⅲ”巨型计算机。
2．计算机系统及其工作原理
（1）计算机系统组成
计算机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件指计算机的各种元器件；软件指程序的有关的文档资料。
主要硬件：
1输入设备常见的有键盘、鼠标、扫描仪等。
2输出设备常见的有显示器、打印机、绘图仪等。
3中央处理器CPU它包括运算器和控制器，运算器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，循环执行。
4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。
内存是半导体存储器，它分为只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和高速缓存（cache），一般所说的计算机内存大小是指RAM的大小，如128MB、64MB、32MB等。
外存现在主要有磁性存储器（软盘和硬盘、磁带等）和光电存储器（光盘等），它们可以作为永久性存储器。
存储器的两个重要技术指标：
存取速度和存储容量，内存的存取速度快，与CPU速度相匹配，软盘的存取速度慢。
存储容量是指存储信息量的大小，它用字节（Byte）作为基本单位，1个字节用8位二进制（Bit）表示（即1Byte=8bit），1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB……。
计算机的软件：
分为系统软件和应用软件。
系统软件是管理和使用计算机的软件，主要有操作系统软件如Windows95/98/2000/NT、DOS、UNIX等，其中Windows系列是多任务可视化图形界面，而DOS是字符命令格式的单任务的操作系统。
应用软件是为了某个应用目的而编写的软件，主要有辅助教学软件、辅助设计软件、文字处理软件、工具软件以及其它的应用软件。
（2）计算机的工作原理
到目前为止，电子计算机的工件原理均采用冯.诺依曼的存储程序思想，其工作过程如下图：
（控制器发出控制信号控制其它器件工作）
运算器
内存储器
输入输出设备
控制器
程序中的数据、指令都采用数字化编码方式，保存在存储器中，程序中的指令必须是属于这台机器的指令系统。
（3）计算机病毒：
是一种程序，是人为设计的具有破坏性的程序。
3、DOS的常用命令及其应用
（1）文件
文件是指记录在存储介质（如磁盘、光盘等）上的一组相关信息的集合。
文件夹（又称子目录）将文件人为地分组存放，每一组给定一个名字，则称这个组为文件夹。
文件的基本操作有建立、存储、复制、删除、重命名、移动、建立子目录（文件夹）、删除子目录（文件夹）、进入子目录（文件夹）、退出子目录（文件夹）。
（2）内部命令
是指当DOS启动后，计算机引导程序将系统以及常用的命令处理模块驻留在计算机的内存中。
常用的内部命令有：
目录类DIR（显示文件目录）、MD，CD，RD（建立、进入、删除子目录）。
文件类COPY（拷贝）、DEL（删除）、TYPE（显示内容）、REN（或RENAME改名）
功能类CLS（清屏）、TIME（查或改系统时间）、DATE（查或改系统日期）、VER（查有关版本信息）等。
（3）外部命令
存储在外存储器上的DOS可执行文件（扩展名为COM、EXE或BAT的），当用户使用外部命令时，计算机就从外存调入内存，当执行完命令，就自动从内存中退出。
常用的外部命令有：
FORMAT（格式化磁盘）、DISKCOPY（磁盘拷贝）等。
4．Windows基本知识
系统资源与资源管理器，文件与文件夹
运行程序：
窗口执行、命令执行（可执行文件exe、com、bat）、不可直接执行文件（要其它可执行系统的支持或提供给其它程序使用）。
文件的类型：
主要通过扩展名来区别，如.pas表示PASCAL的源文件。
5．网络的基本知识
（1）概念
将地理位置不同的计算机用通信手段连接起来，并共同遵守一定的协议，共享计算机的软、硬件资源。
因特网是网络的集合，是全球最大的网络。
（2）网络类型
网络分为局域网（局限于某个范围内的网络连接）和广域网（跨地区的范围广的网络，因特网是覆盖全球的广域网）。
（3）因特网提供的服务主要功能有：
信息浏览（WWW）文件传输（FTP）发送电子邮件（E-mail）
电子公告牌（BBS）远程登录（telnet）电子商务
网址的结构如
其是http:
//——超文本浏览协议www.sina——表示主机域名
com——网络机构域名，这里是商业网，其它的如net、gov等
cn——地区域名，这里是中国域名，其它如hk为香港、tw为台湾，不加地区域名的为国际域名。
电子邮件地址：
如yueking121@这里yueking121是用户名，@是分隔符号，163是主机名。
网络内容比较多，请参见本章后阅读材料。
6．Linux操作系统
是一种免费的操作系统，使用越来广泛，详见阅读材料。
7.汉字输入方法
汉字的输入方法很多，大体分为：
流水码（序码）、音码、形码、音形码。
流水码：
区位码、电报码、通讯密码等均属于流水码，优点是重码少（几乎没有重码）,缺点是难于记忆。
其中区位码比较早的有GB2013/80，每个汉字或符号均对应一个四位数，前两位为区号，后两位为位号。
如“、”的区位码为“0102”。
前15个区为基本符号，16-55区为一级汉字（常用汉字），根据拼音的顺序排列，56区以后为二级汉字（不常用的汉字），按部首的顺序排列。
音码：
以汉语拼音作为编码输入汉字，优点是大多数人都易于掌握，但同音字多，重码率高，影响输入的速度。
形码：
以汉字的字形进行编码，编码的规则比较多，难于记忆，要经过训练才能较好地掌握，一般重码很少，能达到较高的速度。
音形码：
将音码和形码结合起来，减少重码率，提高汉字输入速度。
五、计算机语言
计算机语言是人与计算机进行交流的一种工具，通过它可以编写程序，让计算机完成交给它的系列任务。
计算机语言分为机器语言、汇编语言、高级语言。
机器语言是计算机唯一能够直接识别的语言，无论是操作符和操作数都是由0和1组成的，其优点是简单，执行效率高，缺点是读写起来很不方便，且通用性差，不同的计算机其机器语言也不一样。
汇编语言是机器语言的符号化，只是增加了可读性，但仍然是通用性不强，编程时要对相应机器有所了解，换句话说就是要有一定的计算机专业基础才能写出程序。
不同类型、不同档次的计算机其汇编语言也不一样的。
由于机器语言和汇编语言都是针对机器而言的，汲及到底层的操作，有人把它称为低级语言。
而直接面向应用的是高级语言，只要用户能够确定好算法，不需要对机器了解多少就能够写出程序，且高级语言都跟自然语言比较接近（几乎都是英语）。
一般所说的程序设计语言都是指的高级语言。
高级语言很多，常见的有BASIC、PASCAL、C、FORTRAN等。
由于计算机能直接执行的只有机器语言，所以其它语言写的程序都要有一个“翻译”的过程。
这种翻译分为两种：
解释方式和编译方式。
解释方式就是一边翻译一边执行，下一次执行时还要翻译，还要依赖于程序系统。
编译方式是将整个程序翻译成机器能够执行的代码，以后只要执行这个翻译好的代码就行了，不要重新翻译了。
在TurboPascal7.0里，运行程序前会自动编译，一般情况下会在磁盘里生成一个同主名的exe（可执行）文件。
[阅读材料]：
一、网络基础知识
1、网络的概念：
计算机网络（Network）是将处在不同地理位置且相互独立的计算机或设备，通过传输介质和网络设备按照特定的结构和协议相互连接起来，利用网络操作系统进行管理和控制，从而实现信息传输和资源共享的一种信息系统。
2、网络的发展：
ARPAnet
ARPAnet（高级研究计划署网络，AdvancedResearchProjectsAgencynet）是世界上第一个计算机网络，出现在20世纪60年代后期，由美国国防部资助。
其第一个节点于1969年在加利福利亚大学洛杉矶分校安装，最终发展成为今天的Internet。
我国Internet的发展
1987年9月下旬，钱天白教授发出我国第一封电子邮件“越过长城，通向世界”，揭开了中国人使用Internet的序幕。
3、网络的分类：
（1）按照地理范围分类
局域网（LocalAreaNetwork,LAN）
覆盖范围一般不超过数十公里，通常是一幢建筑物内、相邻的几幢建筑物之间或者是一个园区的网络。
广域网（WideAreaNetwork,WAN）
覆盖范围通常为数百公里到数千公里，甚至数万公里，可以是一个地区或一个国家，甚至世界几大洲或整个地球。
城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）
覆盖的地理范围介于局域网和广域网之间，通常为数十公里到数百公里的一座城市内。
（2）按照管理方式分类
对等网（PeertoPeer）
通常是由很少几台计算机组成的工作组。
对等网采用分散管理的方式，网络中的每台计算机既作为客户机又可作为服务器来工作，每个用户都管理自己机器上的资源。
客户机/服务器网（Client/Server）
网络的管理工作集中在运行特殊网络操作系统服务器软件的计算机上进行，这台计算机被称为服务器，它可以验证用户名和密码的信息，处理客户机的请求。
而网络中其余的计算机则不需要进行管理，而是将请求通过转发器（Redirector）发给服务器。
（3）按照数据传输方式分类
广播网络（BroadcastingNetwork）
网络中的计算机或设备通过一条共享的通信介质进行数据传播，所有节点都会收到任何节点发出的数据信息。
这种传输方式主要应用于局域网中。
广播网络中有三种传输类型：
单播、组播和广播。
点对点网络（PointtoPointNetwork）
网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点间都可能会有多条单独的链路。
这种传播方式主要应用于广域网中。
4、网络拓扑结构：
总线拓扑、星形拓扑、环形拓扑、网状拓扑、混合拓扑、蜂窝拓扑
二、协议和参考模型
1、什么是协议：
协议是网络中计算机或设备之间进行通信的一系列规则的集合。
协议示例，以发送消息“HELLOSTUDENTS”为例：
0
1
4
H
E
L
L
O
S
T
U
D
E
N
T
S
常用协议有：
IP、TCP、HTTP、POP3、SMTP
2、分层结构的优点：
各层间相互独立，某一层的变化不会影响其他层
促进标准化工作
使网络易于实现和维护
3、分层结构的工作原理：
纵向通信
在分层结构中，低层服务为高层服务提供服务，高层服务使用低层服务提供的服务。
横向通信
分层结构中，对应的分层协同工作，以保证能够成功的完成通信。
4、OSI参考模型
具体7层
数据格式
功能与连接方式
典型设备
应用层
Application
网络服务与使用者应用程序间的一个接口
表示层
Presentation
数据表示、数据安全、数据压缩
会话层
Session
建立、管理和终止会话
传输层
Transport
数据组织成数据段（Segment）
用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序（端口号）
网络层
Network
分割和重新组合数据包（Packet）
基于网络层地址（IP地址）进行不同网络系统间的路径选择
路由器
数据链路层
DataLink
将比特信息封装成数据帧（Frame）
通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址
网卡、网桥、
交换机
物理层
Physical
传输比特（bit）流
建立、维护和取消物理连接
中继器和集线器
5、TCP/IP参考模型的各层：
第1层：
网络接口层（NetworkInterface）
对应OSI物理层和数据链路层并实现与它们相同的功能，其中包括LAN和WAN的技术细节。
这一层也称为主机到网络层（Host-to-Network）。
第2层：
互联网络层（internet）
互联网络层的目的是运送数据包，将数据从任何在相连的网络上送到目的地，而不在乎走的是哪个路径或网络。
管理这层的特定协议称为互联网络协议（IP）。
最佳的路径选定和数据包交换都发生在这层。
第3层：
传输层（Transport）
传输层负责处理有关服务质量等事项，如可靠度、流量控制和错误校正。
该层可以提供不同服务质量、不同可靠性保证的传输服务，并且协议发送端和目标端的传输速度差异。
这一层也称为主机到主机层（Host-to-Host）。
第4层：
应用层（Application）
应用层包括会话层和表示层的功能，用来建立应用层来处理高层协议、有关表达、编码和会话控制。
TCP/IP将所有应用程序相关的内容都归为一层，并保证为下层适当的将数据封装成数据包。
6、协议栈
什么是协议栈：
在网络中，为了完成通信，必须使用多层上的多种协议。
这些协议按照层次顺序组合在一起，构成了协议栈（ProtocolStack），也称为协议族（ProtocolSuite）。
常用的协议栈：
TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk
TCP/IP协议栈：
通常所说的协议并不是一个单独的协议，它往往是由多个协议组成的，并且随着时代的发展而发展的。
下面是TCP/IP协议栈主要包括的协议：
OSI
协议
TCP/IP
5-7
NameServerHTTPSMTPFTPSNMP
FileTransferNFS
4
4
TCPUDP
3
3
ARPRARPIPICMP
2
2
IEEE802.2（3,4,5,6）FDDIATMX.25SLIPPPP
1
三、IP地址
1、什么是IP地址：
IP地址是TCP/IP网络中的主机（或称为节点）的惟一地址。
IP地址是网络层的逻辑地址。
2、为什么要使用IP地址：
方便管理和使用，弥补了MAC地址的离散。
3、IP地址的格式：
IP地址是一组32位长的二进制数字，用点分十进制表示。
4、IP地址的组成：
网络地址＋主机地址
地址类型
引导位
W的范围
地址结构
可用网络地址数
可用主机地址数
A
0
1-126
网.主.主.主
126（27-1-1）
16777214（224-2）
B
10
128-191
网.网.主.主
16384（214）
65534（216-2）
C
110
192-223
网.网.网.主
2097152（221）
254（28-2）
D
1110
224-239
组播地址
E
1111
240-
研究和实验用地址
5、子网
子网（Subnet）是在TCP/IP网络上，用路由器连接的网段。
同一子网内的IP地址必须具有相同的网络地址。
6、子网掩码（SubnetMask）：
子网掩码用来确定IP地址中的网络地址部分。
其格式与IP地址相同，也是一组32位的二进制数。
子网掩码中为“1”的部分所对应是IP地址中的网络地址部分，为“0”的部分所对应是IP地址中的主机地址部分。
举例
IP地址：
192.168.100.100
子网掩码
255.255.255.0
则网络地址为
192.168.100.0
缺省的子网掩码：
A类地址：
255.0.0.0（前1个8位组是网络地址）
B类地址：
255.255.0.0（前2个8位组是网络地址）
C类地址：
255.255.255.0（前3个8位组是网络地址）
7、专网IP和公网IP：
专网IP（供企业内部使用）
1个A类地址：
10.0.0.0/8
16个B类地址：
172.16.0.0/12
256个C类地址：
192.168.0.0/16
公网IP（供Internet使用）：
要申请并付一定的费用才能使用或动态分配
8、IP地址的分配原则：
只有A、B、C三类地址可以分配给计算机和网络设备；
网络地址的第一个数字不能为127，保留用来测试连接；
网络地址不能全为0，也不能全为255：
全为0没有网络，全为255用作子网掩码
主机地址中不能全为0，也不能全为255：
主机地址全为0用来表示网络地址，全为255用作广播；
网络地址相同主机地址必须惟一
不能使用的IP：
0.0.0.0、255.255.255.255、127.x.x.x、A.0.0.0、A.255.255.255、B.B.0.0、B.B.255.255、C.C.C.0、C.C.C.255。
四、Internet接入方案
1、Internet服务：
电子邮件（SMTP和POP）、Web服务（HTTP）、新闻（NNTP）、文件传输（FTP）、远程终端（Telnet）
2、统一资源定位符：
URL（UniformResourceLocator）
使用的协议（http:
//）
完整域名（）
服务器上的文件路径（/noiweb/noi.htm）
3、接入方案：
Modem接入
ISDN接入：
综合业务数字网（IntergratedServersDigitalNetwork）
ADSL接入：
铜质电话线缆，语音和数据一同传输
五、Linux部分
1、什么是Linux？
Linux是一个功能强大的操作系统，同时它是一个自由软件，是免费的、源代码开放的。
编制它的目的是建立不受任何商品化软件权制约的、全世界都能自由使用的Unix兼容产品。
2、Linux系统的组成：
Linux内核、LinuxShell、Linux文件系统Linux实用工具。
内核，Shell和文件系统一起形成了基本的操作
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