计算机原理与网络技术

Others

计算机概述、信息表示、组成及其病毒防治、操作系统

1. 计算机的发展经历了机械式计算机、机电式计算机、电子计算机三个阶段。
2. 世界第一台计算机：1946年2月在美国宾夕法尼亚大学莫尔学院支撑的大型电子数字积分计算机；我国第一台计算机是1958年中科院计算所研制第一台小型电子管通用计算机103机（八一型）。
3. 现代计算机的概念及体系结构（冯·诺依曼）：存储程序和程序控制的概念及体系结构。
4. 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：电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模集成电路四个阶段。
5. 计算机的发展方向：巨型化、微型化、网络化、智能化、多媒体化、非冯·诺依曼体系结构的计算机。
6. 计算机的特点：处理速度快；计算精度高；具有超强的存储功能；具有逻辑判断功能；可靠性高；能自动运行且支持人机交互。
7. 计算机应用领域：科学计算（或数值计算）、数据处理（或信息处理）、辅助技术（或计算机辅助技术与制造）、过程控制（或实时控制）、人工智能、网络应用。
8. 计算机的分类：
   
   1. 按计算机信息的表示形式和对信息的处理方式不同划分：数字计算机、模拟计算机、混合计算机。
   2. 按用途划分：通用计算机、专用计算机。
   3. 按其运算速度、存储数据量的大小、功能的强弱，以及软硬件的配套规模划分：巨型机、大中型机、小型机、微型机、工作站、服务器等。
9. 计算机的主要性能指标：计算速度、字长、存储容量。

10. 地址、位、字、字节、字长的概念

    1. 地址：整个内存被分成若干个存储单元，每个存储单元一般可存放8位二进制数（字节编址）。每个存储单元可存放数据或程序代码。为能有效存取该单元内存储的内容，每个单元必须有唯一的编号（地址）。
    2. 位(Bit)：存放一位二进制数即0或1称为位，位表示的是二进制位，一般称为比特，是计算机存储的最小单位。
    3. 字节(Byte)：字节是计算机中数据处理的基本单位。计算机中以字节为单位存储和解 释信息，规定一个字节由八个二进制位构成，即1个字节等于8个比特（1Byte=8bit）。容量一般用KB、MB、GB、TB来表示。1kB=1024B, 1MB=1024KB, 1GB=1024MB, 1TB=1024GB,其中1024=2(10)。
    4. 字：计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传送的数据长度称为字（word）。一个字通常由一个或多个（一般是字节的整数位）字节构成。
    5. 字长：字节是指一小组相邻的二进制数码。通常是8位作为一个字节。它是构成信息的一个小单位，并作为一个整体来参加操作，比字小，是构成字的单位。

11. 进制位之间的转换：

    1. 十进制数转换为R进制数，规则：对于整数部分，除R取余数，余数倒序写；对于小数部分，乘R去取整数，整数顺序写。
    2. R进制数转化为十进制数，规则：本位数码乘权的和。
    3. 八、十六进制转换为二进制，规则：每位八进制可用3位二进制数表示，八进制最大数码为7,7O = 111B。
       
    4. 二进制转换为八、十六进制：二进制转换为八（十六）进制时，从小数点左右分，每3（4）位为一组，不足位添零，3（4）位二进制数可用一位八（十六）进制数表示，将各位数码转换为二进制。
       
       
12. 计算机硬件系统（冯·诺依曼结构）：输入设备、输出设备、运算器、控制器、存储器。
    
13. 计算机工作原理：
    计算机在执行程序时，先将每个语句分解成一条或多条机器指令，然后根据指令顺序，一条一条地执行，直到遇到结束运行的指令为止。而计算机执行指令的过程又分为取指令、分析指令、执行指令三步。即：从内存中取出要执行的智能并送到CPU中，分析指令要完成的动作，然后执行操作，直到遇到结束运行程序的指令为止。在计算机工作中又三种信息在流动：数据信息、指令信息、控制信息。
14. 中央处理器CPU的主要性能指标：
    主频、字与字长、时钟频率、地址总线宽度、数据总线宽度、内部缓存（L1、L2 Cache）。
15. 微型计算机存储器分为内部存储器和外部存储器：
    
    1. 内部存储器分类：随机存储器（Random Access Memory， RAM）、只读存储器（Read Only Memory， ROM）和高速缓冲存储器（Cache）。
    2. RAM可分为静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM），DRAM较SRAM电路简单，集成度高，但速度较慢，微机的内存一般采用DRAM，高速缓存采用SDAM。
16. 内存的性能指标：
    存储容量、存取周期、功耗。
17. 计算机病毒的概念：
    利用计算机软件与硬件的缺陷，由被感染机内部发出的破坏计算机数据并影响计算机正常工作的一组指令集或程序代码。
18. 计算机病毒的特点：
    寄生性、传染性、潜伏性、隐蔽性、破坏性、计算机病毒的可触发性。
19. 计算机病毒的防范：
    计算机必须安装杀毒软件，并且杀毒软件的病毒库要经常更新，以快速检测到可能入侵计算机的新病毒或者变种；
    使用安全监视软件，主要防止浏览器被异常修改，安装不安全的恶意插件；
    使用网络防火墙；
    定时全盘病毒木马扫描；
    建立良好的安全习惯，不随意下载来历不明的软件。
20. 操作系统的主要功能：
    
    1. 存储器管理：主要是指针对内存储器的管理。
    2. 设备管理：指负责管理各类外围设备（外设），包括分配、启动和故障处理。
    3. 文件管理：指操作系统对信息资源的管理。
    4. 作业管理：每个用户请求计算机系统完成的一个独立的操作成为作业。

系统总线

总线概念（BUS）

总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。
按数据传送方式不同，总线可分为串行传输总线和并行传输总线。

总线结构的计算机举例

• 单总线结构框图
  

• 面向CPU的双总线结构框图
  

• 以存储器为中心的双总线结构框图
  

总线分类

1. 片内总线（芯片内部的总线）

2. 系统总线（计算机各部件之间的信息传输线）
   

   • 数据总线
     （1） 是CPU与内存或其他器件之间的数据传送的通道。
     （2）数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传送速度。
     （3）每条传输线一次只能传输1位二进制数据。eg:8根数据线一次可传送一个8位二进制数据(即一个字节)。
     （4）数据总线是数据线数量之和。
   • 地址总线
     （1）CPU是通过地址总线来指定存储单元的。
     （2）地址总线决定了cpu所能访问的最大内存空间的大小。eg:10根地址线能访问的最大的内存为1024位二进制数据(1B)
     （3）地址总线是地址线数量之和。
   • 控制总线
     （1）CPU通过控制总线对外部器件进行控制。
     （2）控制总线的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。
     （3）控制总线是控制线数量之和。

3. 通信总线
   用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信。

总线性能及性能指标

• 总线物理实现
  

• 总线的性能指标

  1. 总线宽度
  2. 标准传输率
  3. 时钟同步/异步
  4. 总线复用
  5. 信号线数
  6. 总线控制方式
  7. 其他指标
     数据线 的根数
     每秒传输的最大字节数（MBps）
     同步、不同步
     地址线 与 数据线 复用
     地址线、数据线和控制线的 总和
     负载能力
     突发、自动、仲裁、逻辑、计数

• 总线标准
  

• CPU：运算器（算术、逻辑）、寄存器、控制器（复位、使能）

网络协议与网络体系结构

计算机网络的主要功能

硬件资源共享、软件资源共享、用户间信息交换、分布式处理、提高计算机的可靠性和可用性。

计算机网络的传输介质

1. 有限传输介质：通州电缆、双绞线、光导纤维。
2. 无线传输介质:无线电波、微博、红外线。

计算机网络的分类

1. 按距离：局域网（Local Area Network, LAN）、城域网（Metropolitan Area Network, MAN）、广域网（Wide Area Network, WAN）。
2. 按交换方式分类：线路交换、存储转发交换（报文交换、分组交换网）。
3. 按拓扑结构分类：
   
   • 总线型拓扑：由一条高速公用主干电缆即总线连接若干个节点构成网络。网络中所有的节点通过总线进行信息的传输。
     优点：
     (1)总线结构所需要的电缆数量少，线缆长度短，易于布线和维护。
     (2)总线结构简单,又是元源工作,有较高的可靠性。传输速率高，可达1~100Mbps。
     (3)易于扩充,增加或减少用户比较方便，结构简单，组网容易，网络扩展方便
     (4)多个节点共用一条传输信道，信道利用率高。
     缺点：
     (1)总线的传输距离有限,通信范围受到限制。
     (2)故障诊断和隔离较困难。
     (3)分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件开销。
   • 星型拓扑：由中央节点和通过点到点通信链路接到中央节点的各个站点组成。星形网采用的交换方式有电路交换和报文交换,尤以电路交换更为普遍。这种结构一旦建立了通道连接,就可以无延迟地在连通的两个站点之间传送数据。
     优点：
     (1)结构简单，连接方便，管理和维护都相对容易，而且扩展性强。
     (2)网络延迟时间较小，传输误差低。
     (3)在同一网段内支持多种传输介质，除非中央节点故障，否则网络不会轻易瘫痪。
     (4)每个节点直接连到中央节点，故障容易检测和隔离，可以很方便地排除有故障的节点。
     缺点：
     (1)安装和维护的费用较高
     (2)共享资源的能力较差
     (3)一条通信线路只被该线路上的中央节点和边缘节点使用，通信线路利用率不高
     (4)对中央节点要求相当高，一旦中央节点出现故障，则整个网络将瘫痪。
   • 环形拓扑：在环形拓扑中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何节点均可以请求发送信息。
     优点：
     (1)电缆长度短。环形拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星形拓扑网络要短得多。
     (2)增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作。
     (3)可使用光纤。光纤的传输速率很高，十分适合于环形拓扑的单方向传输。
     缺点：
     (1)节点的故障会引起全网故障。这是因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个节点,一旦环中某一节点发生故障就会引起全网的故障。
     (2)故障检测困难。这与总线拓扑相似,因为不是集中控制,故障检测需在网上各个节点进行,因此就不很容易。
     (3)环形拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式,在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低。
   • 树形拓扑：树形拓扑可以认为是多级星形结构组成的，只不过这种多级星形结构自上而下呈三角形分布的，它采用分级的集中控制方式，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，每条通信线路都必须支持双向传输。
     优点：
     (1)易于扩展。这种结构可以延伸出很多分支和子分支,这些新节点和新分支都能容易地加入网内。
     (2)故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障,很容易将故障分支与整个系统隔离开来。
     缺点：
     各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。从这一点来看，树形拓扑结构的可靠性有点类似于星形拓扑结构。
     
     1. 计算机网络系统硬件的组成
        服务器、工作站、网络适配器、调制解调器、集线器、传输介质、中继器、网桥、路由器。

局域网的特点

（1）通信速率较高。
（2）通信质量较好，传输误码率低。
（3）通常属于某一部门、单位或企业所有。
（4）支持多种通信传输介质。
（5）局域网络成本低，安装、扩充及维护方便。
（6）如果采用宽带局域网，则可以实现数据、语音和图像的综合传输。

数据通信技术基础

数据、信息、信号、信道

信道：通信双方以传输介质为基础的传输信息的通道。

数据通信系统

数据通信系统的性能指标

数据传输速率、带宽和误码率、时延和信道容量。

多路复用技术

• 频分复用
• 时分复用
• 码分复用
• 波分复用

internet概述

Internet主要服务功能

电子邮E-mail、文件传输FTP、远程登录Telnet、信息查询服务（www）。

OSI/RM协议

OSI/RM：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

TCP/IP 协议

TCP/IP：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

IP（网际协议，Internent Protocol）

它是一个无连接协议，基本任务是采用数据报方式，通过互联网传送数据，各个数据报之间是相互独立的。

TCP（传输控制协议，Transmission Control Protocol）

面向连接传输控制协议TCP：数据传输的可靠性
无连接用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）：实时应用要求

TCP三次握手连接，四次握手释放。

IP地址

指接入因特网的节点计算机的地址。

IP层主要负责为不同物理网络上的主机提供通信服务。

• IP地址中网络号字段和主机号字段
  

• 采用“点分十进制”。
  

• 常见三种类型的IP地址