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计算机概述

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（第2版）

×××

××××出版社

·北京·

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前 言

自1946年第一台电子计算机诞生后，随着计算机内存及外存的发明、文件系统的出现、操作系统的诞生，特别是国际互联网的普及，计算机已从数值计算扩展到包括政治、经济、军事、科技、生活等各个应用领域，对人类社会的生产、生活和思维方式有着巨大的影响。

当今，计算机已经成为一种必不可少的基本工具，国内许多高校都把大学计算机基础课程作为学校的重点课程进行建设和管理。大学计算机基础教学就是培养学生掌握关于计算机硬件、软件、学生将来利用计算机解决本专业及相关领域中的问题打下必要的基础。

学校文科计算机基础教学指导委员会编制的《大学计算机教学基本要求（与第1版相比，本书最大的变化是Office的应用环境由2003第11节；删除了一全书共分为9基础、计算机网络基础、Internet信息安全技术基础、程序设计基础。本书内容翔实，方便学生及时巩固所学知识。

编 者ii

2011年2月

i

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目 录

第1章 操作系统基础 ..................................................................................................... 1

1.1 操作系统的概念 .................................................................................................................... 1

1.1.1 操作系统的分类 ......................................................................................................... 1

1.1.2 常见操作系统 ............................................................................................................. 2

1.2 操作系统的功能 .................................................................................................................... 2

1.3 Windows XP操作系统 .4

1.3.1 Windows XP概述 .4

1.3.2 Windows XP的基本操作 .5

习题1 .6

第2章 计算机网络基础 .

2.1 计算机网络概述 .7

2.1.1 计算机网络的主要性能指标 7

2.1.2 计算机网络体系结构与协议 8

2.2 数据通信技术基础 .

2.2.1 数据通信的基本概念

2.2.2 数据传输技术 .12

2.3 IP协议14

2.3.1 IP地址14

2.3.2 VPN与14

习题2 .16

第3章 Internet

3.1 Internet概述17

3.1.1 .............................................................................................. 17

3.1.2 的主要功能和特点 ...................................................................................... 18

3.2 20

................................................................................................... 20

的组建 ......................................................................................................... 21

Intranet的应用与管理.............................................................................................. 21

22

第4章 信息安全技术基础 ........................................................................................... 23

4.1 信息安全问题概述 .............................................................................................................. 23

4.1.1 面临的安全威胁 ....................................................................................................... 23

4.1.2 信息安全的内容 ....................................................................................................... 24

4.2 信息安全技术 ...................................................................................................................... 24

4.2.1 加密与认证技术 ....................................................................................................... 25

4.2.2 防火墙技术 ............................................................................................................... 27

习题4 ............................................................................................................................................ 28

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第5章 程序设计基础 ................................................................................................... 29

5.1 算法与程序设计概述 .......................................................................................................... 29

5.1.1 程序的概念 ............................................................................................................... 29

5.1.2 算法的表示方法 ....................................................................................................... 30

5.2 数据结构 .............................................................................................................................. 32

5.2.1 数据结构的基本概念 ............................................................................................... 32

5.2.2 线性表 ....................................................................................................................... 33

5.2.3 栈与队列 ................................................................................................................... 34

5.3 常用查找与排序方法 34

5.3.1 查找 .34

5.3.2 排序 .35

习题5 .36

参考文献 .

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第1章 操作系统基础

在计算机软件系统中，操作系统是最基础的软件，是计算机系统中硬件和软件资源的管理者和仲裁者，为用户提供了友好的操作及编写程序的接口，并为其它软件提供可靠的支撑平台和运行环境。没有安装操作系统的计算机，普通人员几乎无法使用，即使会用，工作起来的效率也非常低下。

操作系统经历了一个从无到有，从简单到复杂，功能不断完善的发展过程，并且仍在发展中。

入到计算机，再由操作系统来控制执行，这种成批处理作业的操作系统称做批处理操作系统。 分时操作系统是指将计算机系统资源按时间片来为多个终端用户轮流服务，及时地响应每个

用户的服务请求，由于每个时间片很短，每个用户感觉上主机是在为他一个人服务，而实质上用户获得的服务是“断断续续”的。

实时操作系统能够在限定时间内对输入的数据进行快速响应处理，通常它可分实时控制系统

和实时信息系统。实时系统具有高可靠性、及时性和第一页较少人为干预等特征。

② 按资源共享可分为：单任务操作系统、多任务操作系统、单用户操作系统、多用户操作系统。 单任务操作系统的主要特征是在一个计算机系统内一次只能运行一个用户程序，该程序独占

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系统的所有软、硬件资源。

多任务操作系统则在系统内可同时运行多个用户程序，它们共享系统中的各种资源。

单用户操作系统是指同一时刻只能有一个用户登录到计算机系统中。

多用户操作系统则允许同时有多个用户登录到系统。

③ 按计算机体系结构可分为：单机系统、多机系统、网络系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统。

单机系统和多机系统是从系统是否支持多处理机进行区分的。

网络操作系统能提供网络通信和网络资源共享功能，它可以协调各主机上任务的执行，为用

户提供网络管理和统一的网络软件接口。

分布式操作系统是在计算机网络基础上发展起来的，算机系统上进行处理，并能协调平衡网络中的不同处理机的负载，务。

嵌入式系统是指在埋藏在一些电子设备、系统的操作系统称为嵌入式操作系统。

1.1.2 常见操作系统

1. 磁盘操作系统DOS

DOS（Disk Operating System2080曾卖给IBM公司，主要安装在IBM良的文件管理功能，但是受到Inter x86目前已基本淘汰。

2. Linux

Linux是一个自由软件其源码公开，可以自由修改，但不能有商业用途），并且支持多CPU，其内核基于UNIX。

3. Windows

Windows因其界面形象生动、操作简单方便，Windows VistaWindows XP。

Power Macintosh及Macintosh机型上使用的操作系统。它是最早的基

1.2 操作系统的功能

操作系统是计算机系统的内核与基石，提供了对庞大的计算机硬件和软件资源进行管理控制的功能，使得用户可以方便高效、安全可靠地操纵计算机来开展工作。从管理的角度看，操作系统其实就是由一组管理程序组成的程序集合，不管是哪种类型的操作系统，它们都提供了处理机管理、存储管理、I/O设备管理、文件管理和用户接口五个方面的管理功能。

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第1章 操作系统基础

1. 处理机管理

处理机是计算机硬件的核心部件，所有程序的运行和数据的处理都是靠它来实现的，所以它的使用效率关系到整个计算机系统的效率。在早期的单道程序系统中，一个程序运行时占用系统的所有资源，但并非所有资源在程序运行期间时时刻刻都用到，这使得系统的资源利用效率非常低下，大量资源在很多时刻是空闲的。为了提高系统资源的使用效率，人们提出了多道程序系统的概念，引入了前面所提及的多道批处理系统。多道程序共享系统的资源，有效地提高了资源的利用率。但随之而来的是如何去解决多道程序对资源的竞争问题。

处理机管理的主要功能就是解决如何合理分配处理机的时间，如何调度不同的程序使用处理机，

③ 地址映射。在程序员进行程序设计时，并不知道将来程序在内存空间第三页存放的位置，所以程序中使用的是逻辑地址。程序对应的进程被创建时，会被装入到内存，操作系统必须将程序中的逻辑地址映射（转换）为内存中对应的物理地址。映射机构可以使得程序员不必关心内存物理空间的分配问题，为编程带来方便。

④ 内存扩充。由于物理内存空间有限，有时难以满足程序的需求，内存管理能够将部分外部存储空间模拟成内存空间，借以扩大内存空间。这种从逻辑上扩大物理存储空间的技术称之为虚拟存储技术。

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3. I/O设备管理

在计算机系统中除CPU与内存外，其它大部分硬件称为外部设备，主要包括输入输出设备、外存设备以及终端设备。

设备管理的主要工作是控制设备和处理机（CPU）之间进行I/O操作。由于设备的多样性和复杂性，设备管理成为操作系统中最复杂的一种管理，它的功能主要分以下几个方面：

① I/O设备的分配。

② 控制I/O设备与内存（或CPU）间的数据交换。

③ 为用户提供友好的透明接口，也称I/O设备的无关性（独立性）。它将设备的物理特性和用④ 实现设备缓冲管理。I/O设备、内存、CPU速度不匹配的问题，提高它们之间操作的并行能力，进而提高CPU4. 文件管理

5. 用户接口

操作系统

本节主要介绍Windows 2000以上版本的Windows

1.3.1

简介

1983Windows 1.0操作系统，55个开发人员花费了整整一年的时间，直到1985年11才正式发布，它基于MS-DOS2.0，并且开始尝试在操作系统中使用图形用户界面，但由于当时硬件条件的限制以及软件自身存在缺陷，所以并没有获得用户认同。如今已过去20多年，Windows走过Windows 3.x、Windows NT 3.1、Windows 95、Windows 2000、Windows XP等几个重要发展里程碑，已经成为风靡全球的个人计算机上的操作系统。

Microsoft Windows使用成熟的图形界面作为用户接口，为应用程序配上生动形象的图标，用户通过鼠标很容易对它进行操作，从而完成相关任务。人们几乎不用专门的培训，这也是计算机初级用户为什么喜欢它的主要原因。除此以外，Windows还为用户提供了灵活便捷的外部设备配置方式（如支持即插即用）；提供了多任务的工作环境，用户工作时可以开多个窗口，同时运行多个程序。 ·4·

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第1章 操作系统基础

2. Windows XP的特点

Windows XP是Microsoft公司于2001年推出的，XP是Experience（体验）的缩写。Windows XP主要有4个版本：面向家庭使用的Windows XP Home Edition、面向企业的扩展专业版Windows XP Professional（涵盖了Home版的所有功能）、增强了多媒体应用的版本Windows XP Media Center以及增加了手写输入功能的版本Windows XP Tablet PC，其中Windows XP Professional使用最广泛。

Windows XP专业版的特点和新功能主要有以下几个方面：

(1) 用户界面美观、靓丽

用户启动Windows XP系统后，登录界面以蓝色为主色调，给人以一种宁静清新的感觉，登录的提示、交互对话也更加友善。进入系统后的桌面布局也焕然一新。示区域增大，这样有利于用户进行识别和选择。

(2) 易用性更好

在中文版Windows XP窗口（如“控制面板”）中，增加了其它相关操作的链接区域，

(3) 稳定性和可靠性提高

由于Windows XP采用了Windows NT

(4) 强大的网络功能

可以用Windows XPInternet的黑客入侵和攻击。

集成软件MSN Explorer、、

(5) 多媒体功能更加突出

① Windows XP系统中“”是一个功能强大的数字媒体播放器，它可以播放CD、VCR、DVD

② ③ 提供了“

(6)

Microsoft公司的在线支持。

(7)

Windows XP系统中，并且不同用户可以进行个性化的设置，在Windows XP环境下切换用户帐户的时候，不需要再重新启动计算机。

1.3.2 Windows XP的基本操作

1. XP的启动

在确定连接计算机的各种电源线和数据线都完好时，按下主机箱上的Power电源按钮，如计算机硬件系统自检正常，Windows XP便开始自动启动，当屏幕上出现欢迎登录界面，用户可以选择帐户并输入密码进行XP系统登录，登录成功后出现XP的桌面。

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2. 关闭计算机

在Windows XP系统下，要关闭计算机，不能采用直接关闭计算机第六页电源的方式，否则可能造成正在运行的应用程序被破坏或数据丢失。正确的方法是：选择“开始”→“关闭计算机”命令，然后在出现的对话框中选择“关闭”按钮。如果只是要注销当前用户，则应选择“开始”→“注销”命令，然后在弹出的注销Windows对话框中选择“注销”。

3. 鼠标的基本操作

鼠标一般有左、中、右三个按键（中键是一个滑轮）。默认设置下左、右键的基本操作方法有：

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第2章 计算机网络基础

计算机网络是20世纪对人类社会影响最深远的科技成就之一。随着网络技术的迅速发展，计算机网络已广泛应用于政府、军事、教育、科研、商业等各个领域，并进入亿万个普通家庭。计算机网络已成为人们获取和交流信息的一种十分重要、快捷的手段，实现信息资源共享的平台。它正深刻影响着科学研究、社会管理和经济运行模式以及人们的工作、学习和生活方式。

2.1 计算机网络概述

用于通信领域中，又大大地提高了通信系统的各种性能。当然，（V，

2.1.1 计算机网络的主要性能指标

1. 带宽

。“最高数据率”。数字信道传bps、b/s、bit/s），10Mbps，意味着每秒钟能传送1100Mbps和1000Mbps。

100M或10G”100Mbps或10Gbps。

2. 吞吐量

Throughput）。准确地说，吞

3. 时延

时延（Delay）是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。通常来讲，时延是由以下几部分组成。

(1) 发送时延

发送时延是结点在发送数据时使数据块从结点进入传输介质所需要的时间，也就是从数据块的第一位数据开始发送算起，到最后一位数据发送完毕所需的时间，又称为传输时延。发送时延的计算公式是：

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数据块长度信道带宽

信道带宽就是数据在信道上的发送速率，它常称为数据在信道上的传输速率。

(2) 传播时延

传播时延是电磁波在信道上传播一定的距离而花费的时间。传播时延的计算公式是：

信道长度 电磁波在信道上的传播速度

电磁波在自由空间的传播速度是光速，即3.0×105km/s。电磁波在网络传输媒体中的传播速度比在自由空间要略低一些，在铜线电缆中的传播速度约为2.3×105km/s，在光纤中的传播速度约为

5

图2-2 计算机网络的层次模型

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2. 网络体系结构

计算机网络体系结构就是计算机网络的层次及其协议的集合，是指网络的一组设计原则，包括功能组织、数据结构和过程的说明，以作为用户应用网络的设计和实现的基础。体系结构是一个抽象的概念，是关于计算机网络设置多少层、哪几层以及每个层次提供哪些功能的精确定义，并不涉及具体的实现细节。体系结构的说明必须包含足够的信息，以便网络设计者能为每一层编写完全符合相应协议的程序。

3. 计算机网络的协议

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5. TCP/IP参考模型

由于Internet已经得到了全世界的承认，因此Internet所使用的TCP/IP体系在计算机网络领域占有特殊重要的地位。在Internet所使用的各种协议中，最重要的和最著名的就是两个协议，即TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和第十页IP（Internet Protocol，网际协议）。因此，现在人们经常提到的TCP/IP并不一定是指TCP和IP这两个具体的协议，而往往是表示Internet所使用的体系结构或是指整个的TCP/IP协议族，如图2-3所示。部分协议的功能如表2-2所示。

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2.2 数据通信技术基础

数据通信技术是指通过计算机技术和通信技术的相互结合与渗透来实现信息的传输、交换、存储和处理的技术。

数据通信与传统的电话、电报通信不同，有其自身的特点和要求。

① 数据通信的通信控制过程要求自动实现，对传输过程中出现的差错也要求能够纠正。

② 尽管数据通信是一种新的通信业务，但其实现和发展仍然不能脱离现有通信网（如电话交换网）的基础，仍需充分利用现有通信网来传输数据信号。

③ 数据通信的通信方式总是与数据处理相联系，随着数据处理内容和处理方式的不同，对通信构和可靠性等方面。

2.2.1 数据通信的基本概念

1. 数据通信术语

(1) 信息

信息是对客观物质的反映，可以是对物质的形态、大小、也可以是物质与外部的联系。

(2) 数据

数据是描述物体、概念、情况、

(3) 信号

行各种处理而设置的。

2-4（a给出函数值，如图F（t） F（t）

0 t

t

(a) 连续信号 (b) 离散信号

图2-4 连续信号与离散信号

2. 模拟数据通信与数字数据通信

数据可分为模拟数据和数字数据两种形式。模拟数据是在时间和幅度取值上都是连续的，而数字数据在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的。

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2.2.2 数据传输技术

1. 数据编码技术

除了模拟数据的模拟信号发送外，其它的三种形式：数字数据的数字信号发送、数字数据的模拟信号发送和模拟数据的数字信号发送，都需要将数据表示成适当的形式（即数据编码），以便数据的传输和处理。数据编码是实现数据通信的最基本的工作。

(1) 数字数据的数字信号编码

数字数据的数字信号编码就是将二进制数字数据用两个电平来表示，形成矩形脉冲电信号。在网络通信中最常用的编码方式有：不归零翻转编码NRZI（Non-Return to Zero ），曼彻斯特（Manchester）编码和差分曼彻斯特编码。

(2) 数字数据的模拟信号编码

表示，并由此产生三种基本调制方式。

(3) 模拟数据的数字信号编码

编码最常用的技术是PCM（Pulse Code ModulationaxT，则采样频率为F = 1/T，若能满足F≥2Fmax2倍，那的采样频率对话音信号进行采样，采用8PCM编码后所要求的数据传输速率为：

秒2. 多路复用技术

Multipexing）的问题，其

FDM（Division Multipexing）、时分多路复用TDM（Time Division Multipexing）、码分多路复用CDM（Code Division Multipexing）和波分复用WDM（Wave Division Multipexing）等。

(1) 频分多路复用

频分多路复用的原理（如图2-5所示）是把信道的可用频带分割为若干条较窄的子频带，每一条子频带都可以作为一个独立的传输信道用来传输一路信号，其输入信号可以是模拟信号或数字信号，只要各路信号的频谱互不重叠，接收器就可以用滤波器把它们分割开来。为了防止各路信号之间的相互干扰，相邻两个子频带之间需要留有一定的间距（保护频带）。由于通过介质的复合信号是模拟信号，所以当输入信号为数字信号时，通过调制解调器将数字信号调制为模拟信号。

FDM的主要优点在于实现相对简单，技术成熟，能较充分地利用信道频带，因而系统效率较高。 ·12·

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iTDM的工作特点：

① 通信双方是按照预先规定的时隙进行通信的，而且这种关系是固定不变的。

② 就某一瞬时来看，公用信道上仅传输某一对设备的信号，而不是多路复用第十三页信号。但就一段时间而言，公用信道上传送着按时间分隔的多路复用信号。

③ 与FDM相比，TDM更适合于传输数字信号。在使用TDM方式传输数字信号时，通信时间被划分成一定长度的帧，每一帧又被分成若干个更小的时隙，这些时隙被分配给各路数字信号。

为了提高时隙的利用率，可以采用按需分配时隙的技术，这种技术称为统计时分多路复用STDM（Statistical Time Division Multipexing）。

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2.3 IP协议

IP（Internet Protocol，网际协议）的基本任务是采用数据报方式，通过互连网络传送数据。IP不保证服务的可靠性，在主机资源不足的情况下，它可能丢弃某些数据报。若目的主机与源主机连在同一个网中，IP可以通过该网络直接将数据报传送给目的主机；若目的主机与源主机不在同一个网络中，数据报则经过本地IP路由器，通过下一个网络传送到目的主机或下一个路由器。

2.3.1 IP地址

帧1. VPN

假定在一个机构内部的计算机通信也是采用TCP/IP协议，那么从原则上讲，对于这些仅在机构内部使用的计算机就可以由本机构自行分配其IP地址。也就是说，让这些计算机使用仅在本机构有效的IP地址（这种地址称为本地地址），而不需要向因特网的管理机构申请全球惟一的IP地址（这种地址称为全球地址）。这样就可以大大节约宝贵的全球IP地址资源。

为了避免与全球地址冲突，特别指明以下地址作为专用的本地地址：

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10/8（10.0.0.0到10.255.255.255）

172.16/12（172.16.0.0到172.31.255.255）

192.168/16（192.168.0.0到192.168.255.255）

这些地址只能作为本地地址用于一个机构的内部通信，而不能作为全球地址用于和Internet上的主机通信。在因特网中的所有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。

采用这样的专用IP地址的互连网络称为专用互连网或本地互连网，或更简单些，就叫做专用网。显然，全世界可能有很多的专用互连网络具有相同的专用IP地址，但这并不会引起麻烦，因为这些专用地址仅在本机构内部使用。

）。

。② 路由器R1收到内部数据后将整个的内部数据报进行加密，然后重新添加上数据报的首部，封装成为在因特网上发送的外部数据报，其源地址是路由器R1的全球地址125.0.2.3，而目的地址是路由器R2的全球地址194.4.5.6。

③ 路由器R2收到数据报后将其数据部分取出进行解密，恢复出原来的内部数据报，并转发给主机Y。

由于在因特网上传送的外部数据报的数据部分（即内部数据报）是加密的，因此在因特网上所经过的所有路由器都不知道内部数据报的内容。图中在路由器R1和R2之间的隧道表明了这一概念。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8bkm.html