第一章 計算機基礎知識第一章 計算機基礎知識1.1 計算機系統(tǒng)組成硬件和軟件1.1.1計算機發(fā)展階段電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機、大規(guī)模集成電路計算機1.1.2 “存儲程序”工作原理馮諾

第一章 計算機基礎知識

第一章 計算機基礎知識

1.1 計算機系統(tǒng)組成

硬件和軟件

1.1.1計算機發(fā)展階段

電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機、大規(guī)模集成電路計算機

1.1.2 “存儲程序”工作原理

馮諾依曼奠定了現(xiàn)代計算機工作原理的基礎，特點：

1）執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)時必須將程序和數(shù)據(jù)裝入存儲器中，然后才能使計算機在工作時自動的從存儲器中讀取指令并執(zhí)行

2）用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令

3）隨計算進行集中的順序控制

4）計算機系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成

1.1.3 計算機指令系統(tǒng)

1 計算機指令系統(tǒng)的發(fā)展

2 指令類型：數(shù)據(jù)傳送類指令、算術邏輯類指令、判定控制類指令

3 尋址方式：立即尋址、寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址、寄存器相對尋址

1.1.4 計算機硬件組成

運算器：對數(shù)據(jù)進行加工，對數(shù)據(jù)進行算術運算和邏輯運算

控制器：控制計算機各部分自動協(xié)調的工作，完成對指令的解釋和執(zhí)行

存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)，程序是計算機操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計算機操作的對象 輸入設備：光筆、模數(shù)轉換器

輸出設備：數(shù)模轉換器、繪圖儀

將運算器和控制器合稱中央處理器，中央處理器和內(nèi)存儲器合稱主機，中央處理器能夠直接訪問的存儲器只有內(nèi)存儲器。

1.1.5 微處理器

微處理器就是具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件

分類：通用微處理器（用于運行通用軟件，配備完備、復雜的操作系統(tǒng)）、嵌入式微處理器（用于各種嵌入式系統(tǒng)中，如工業(yè)控制，移動電話，彩色電視機等數(shù)字智能設備領域）、數(shù)字信號處理器(用于需要快速處理大量復雜數(shù)字信號的領域，如雷達、通信設備、數(shù)字圖像處理設備、數(shù)字音視頻設備中）

多核微處理器

1.1.6 總線

計算機部件之間可共享連接的信息傳輸通道稱為總線

分類：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線 傳統(tǒng)分類：CPU-內(nèi)存總線、I/O總線 常見的總線

1.1.7 計算機的軟件組成 系統(tǒng)軟件和應用軟件

1 系統(tǒng)軟件：

程序設計語言處理程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及各種通用的服務程序

（1）計算機語言與語言處理程序

計算機語言：是一類面向計算機的人工語言，又稱程序設計語言。分為機器語言、匯編語言、高級語言。 用匯編語言或高級語言編寫的程序稱為源程序，源程序經(jīng)翻譯或編譯后得到的機器語言程序稱目標程序，目標程序才能在機器上直接執(zhí)行。

語言處理程序：任務就是將各種高級語言編寫的源程序編譯成機器語言表示的目標程序。 第1頁 共5頁

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按處理方式不同可分為解釋型程序和編譯型程序，前者邊解釋邊執(zhí)行，不產(chǎn)生目標程序

（2）操作系統(tǒng)（OS ）

操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的重要組成和核心，是管理計算機軟硬件資源，調度用戶作業(yè)程序和處理各種中斷，從而保證計算機各部分協(xié)調有效工作的軟件

1.1.8 計算機的配置和技術指標

1 運算速度 MIPS(百萬條指令每秒）主要影響因素：CPU 的主頻和存儲器的存取周期

2 主頻 MHz（每秒鐘百萬赫茲）計算機系統(tǒng)中控制微處理器運算速度的時鐘頻率 主頻越高，運算速度就越快

3 字長 ：微處理器能夠直接處理二進制數(shù)的位數(shù)，字長越長，處理數(shù)據(jù)的精度越高，處理速度就越快

4 存儲容量 計算機中最小的數(shù)據(jù)單位是二進制的一個數(shù)位，簡稱位（bit ），字節(jié)（byte ）是計算機系統(tǒng)中用來表示存儲空間大小的一個基本容量單位，1個字節(jié)由8個二進制數(shù)位組成

5 數(shù)據(jù)傳輸率：是衡量計算機與外界進行數(shù)據(jù)交換能力的一種指標。單位bps （每秒鐘所傳輸?shù)亩M制位的數(shù)據(jù)）

1.1.9 計算機的應用領域

1 科學和工程計算：計算量大，邏輯關系相對簡單。如導彈飛行軌道的計算天文測量等 2 數(shù)據(jù)和信息處理：

數(shù)據(jù)處理是指對數(shù)據(jù)的收集、存儲、加工、分析和傳送的全過程。數(shù)據(jù)量大，計算相對簡單。應用：財政、金融系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和核算；銀行儲蓄系統(tǒng)的存款、計息；圖書、情報系統(tǒng)的書刊等的管理和查詢，多媒體應用

3 過程控制：是生產(chǎn)自動化的重要技術內(nèi)容和手段。例如化工廠用計算機控制化工生產(chǎn)的某些環(huán)節(jié)或全過程，

4 計算機輔助系統(tǒng)：

計算機輔助設計（CAD ）幫助設計人員進行產(chǎn)品、工程設計，在飛機、車船、橋梁、建筑、機械服裝等設計中應用；

計算機輔助制造（CAM ）利用計算機進行生產(chǎn)設備的控制、操作和管理

計算機輔助測試（CAT ）

計算機輔助教學（CAI ）

5 人工智能：如利用計算機證明數(shù)學定理，進行邏輯推理、理解自然語言、輔助疾病診斷、破譯密碼等

6 網(wǎng)絡應用

1.2計算機中的信息表示

1.2.2 基本二進制運算

進位制計數(shù)的三要素：數(shù)制、基數(shù)、位權

幾種進制的相互轉換

1.2.3 數(shù)據(jù)在計算機中的表示方式

1 原碼：一個數(shù)的最高位存放符號位，0為正數(shù)，1為負數(shù)

2 反碼：正數(shù)：與原碼相同

負數(shù)：將原碼符號位除外，其余各位逐位取反

3 補碼：正數(shù)：與原碼、反碼相同

負數(shù)：在其反碼末尾加1

1.2.4 計算機中的非數(shù)值信息

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1 字符的表示：ASCII 碼

2 漢字的表示：漢字代碼體系：輸入碼，機內(nèi)碼和交換碼

漢字的輸出和漢字字庫

3 多媒體信息:圖形、圖像：位圖方式（點陣方式）和矢量方式

語音：

1.3 計算機網(wǎng)絡基礎

1.3.1 網(wǎng)絡的基本概念

1 網(wǎng)絡的形成和發(fā)展

2 網(wǎng)絡的主要特征： 建立計算機網(wǎng)絡的主要目的是實現(xiàn)資源共享；互聯(lián)的計算機是分布在不同地理位置的多臺獨立的自治計算機；聯(lián)網(wǎng)的計算機之間通信必須遵循共同的網(wǎng)絡協(xié)議。

網(wǎng)絡協(xié)議要素：語法、語義、時序

語法規(guī)定用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構和格式；語義規(guī)定了用戶控制信息的意義以及完成控制的動作響應；時序是對事件實現(xiàn)順序的詳細說明

1.3.2 網(wǎng)絡的分類

按網(wǎng)絡使用的傳輸技術分為：廣播式網(wǎng)絡；點——點式網(wǎng)絡。后者采用分組存儲轉發(fā)與路由選擇

按覆蓋的地理范圍分為：局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)

1 廣域網(wǎng) 主要采用分組交換技術

特點：適應大容量與突發(fā)性通信的要求；適應綜合業(yè)務服務的要求；開放的設備接口與規(guī)范化的協(xié)議；完善的通信服務與管理

X.25網(wǎng)，幀中繼，ISDN ，ATM 網(wǎng)

2 局域網(wǎng)

3 城域網(wǎng)

1.3.3 Internet基礎

1 Internet的形成與發(fā)展

2 Internet的結構與組成：通過路由器互聯(lián) 通信線路；路由器；主機；信息資源 3 TCP/IP協(xié)議、域名與IP 地址

TCP/IP協(xié)議參考模型在網(wǎng)絡層定義了IP 協(xié)議；在傳輸層定義了傳輸控制協(xié)議TCP 與用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP ；傳輸層之上是應用層主要有七種協(xié)議, 主要的：文件傳輸協(xié)議FTP ，電子郵件協(xié)議SMTP ，域名服務DNS ，HTTP 協(xié)議。

IP地址是Internet 賴以工作的基礎

IP地址長度為32為格式為X.X.X.X ，稱為點分十進制地址

1.3.4 Internet提供的服務

1 WWW服務

www系統(tǒng)的結構采用客戶機/服務器模式

www是以超文本標注語言和超文本傳輸協(xié)議即HTML 和HTTP 為基礎能夠面向Internet 服務的、風格一致的用戶界面的信息瀏覽系統(tǒng)。

2 電子郵件服務

電子郵件服務基于客戶機/服務器結構

1.3.5 Internet的基本接入方式

1 ISP

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2 通過局域網(wǎng)接入

3 通過電話網(wǎng)接入

1.4 信息安全基礎

1.4.1密碼技術

1 加密與解密：加密與解密的算法操作都是在一組密鑰控制下完成的，他們是加密密鑰和解密密鑰

2 密碼體制：明文空間，密文空間，密鑰空間，加密算法集或規(guī)則集，解密算法集或規(guī)則集

3 密鑰管理：密鑰分配協(xié)議：傳輸量和存儲量都較??；每對用戶都能獨立的計算一個秘密密鑰

1.4.2 信息認證

1 數(shù)字簽名

2 身份識別：通行字方式和持證方式

3 消息認證

1.4.3 惡意軟件

1 常見的惡意軟件攻擊方式：特洛伊木馬、登錄陷阱、邏輯炸彈、后門陷阱、緩沖溢出、僵尸網(wǎng)絡

2 新的惡意軟件攻擊技術：利用用戶對社會服務機構的信任；后門創(chuàng)建；電子郵件竊取；利用新信息技術。

3 惡意軟件的防范技術：簽名掃描、啟發(fā)式掃描、行為阻止

1.4.4 計算機病毒

1 特性：傳染性、破壞性、隱蔽性、潛伏性、可激發(fā)性 是程序

2 病毒的來源

3 病毒防治

1.4.5 防火墻技術

1 防火墻的作用：過濾進出網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)；管理進出網(wǎng)絡的訪問行為；封堵某些禁止行為；記錄通過防火墻的信息內(nèi)容和活動；對網(wǎng)絡攻擊進行檢測和報警。

2 常見的防火墻：包過濾防火墻；代理防火墻

1.4.6 網(wǎng)絡安全（通過解決對網(wǎng)絡安全構成威脅的問題，以達到保護網(wǎng)絡環(huán)境中存儲、處理與傳輸?shù)男畔踩哪康模?/p>

1 網(wǎng)絡安全的基本功能：保密性、認證、數(shù)據(jù)完整性、防抵賴、訪問控制

2 針對網(wǎng)絡服務的攻擊與防范

攻擊：服務攻擊（拒絕服務攻擊和分布式拒絕服務攻擊）；非服務攻擊

防范：修正已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的問題和漏洞，識別、跟蹤或禁止惡意攻擊主機或網(wǎng)絡的訪問 3 針對網(wǎng)絡信息的攻擊與防范

攻擊：截獲、竊聽、篡改、偽造

防范：密碼技術

4 來自網(wǎng)絡內(nèi)部的威脅與防范

防抵賴問題；內(nèi)部的犯規(guī)行為

5 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)備份與恢復問題

1.4.7 操作系統(tǒng)安全（內(nèi)存保護、文件保護、存取控制和存取鑒別）

1 操作系統(tǒng)安全方法 隔離、分層、內(nèi)控

2 操作系統(tǒng)安全措施

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（1）訪問控制

認證、訪問權限、文件保護、審計

（2）存儲保護 存儲保護（保證系統(tǒng)內(nèi)任務互不干擾），存儲管理（有效利用存儲空間） 防止地址越界 防止操作越權

（3）文件保護與保密 文件保護是防止由于誤操作對文件造成破壞

文件保密是為了防止未經(jīng)授權的用戶對文件進行訪問 一般的文件存取設置兩級控制：對訪問者的識別、存取權限的識別

1.4.8 數(shù)據(jù)庫安全

在物理層、人員層、操作系統(tǒng)層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層采取安全性措施

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