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计算机基础

1.1计算机概述

1、计算机四个特点：信息处理特性、广泛适应特性、灵活选择特性、正确应用特性

2、计算机发展阶段 大型机： 1946——第一台ENIAC 1958/8/1——103机 1959/10 ——104机

小型机： 1959——（最早）DEC公司第一台 PDP-1

微型机：1977——（最早）苹果公司Apple Ⅱ 2005——联想收购IBM PC业务

客户机/服务器：20世纪70年代 （处理器能力强，客户机能力弱——瘦客户机/胖服务器）

Internet阶段：1969年美国国防部ARPANET、1983年——TCP/IP正式成为标准、1991/6第一条国内线

高能物理所至美国斯坦福大学直线加速器中心、1994——我国全功能连接

总结：以上为递进共存

3、计算机应用领域：①科学计算（核爆炸、经济模型、中长天气预报）

②事物处理（不涉及数学问题、数据量大、实时性） ③过程控制（使用微控制芯片或低档处理器芯片）

④辅助工程（设计CAD/、制造CAM、工程CAE、教学CAI、测试CAT）

⑤人工智能（专家系统、模式识别、问题求解、定理证明、机器翻译、自然语言理解） ⑥网络应用（电子邮件、网页浏览、IP电话、电子商务） ⑦多媒体应用（地球信息系统GIS）

1.2硬件系统

1、硬件种类：服务器、工作站、台式机、笔记本、手持设备

服务器分类：按应用——入门级（中小型网络用户）、部门级（中性企业）、工作组级（小型企业）

企业级（高档，满足大型企业）

按处理器体系结构——CISC(复杂指令集计算机)服务器、RISC（精简指令集计算机）服务器、

VLIW（超长指令字）服务器

按用途——文件服务器、数据库服务器、电子邮件服务器、应用服务器 按机箱结构——台式服务器、机架式服务器、机柜式服务器、刀片式服务器 注：“刀片”——系统主板，可热插拔

工作站：图形处理能力强、存储容量大、有一个屏幕大、分辨率高的显示器

分为（基于RISC和UNIX系统的专业工作站）、（基于Intel处理器和Window系统的PC工作站 台式工作站、移动工作站、无盘工作站

培训机构——无盘工作站

手持设备：超便携计算机——UMPC、个人数字助理——PDA

2、计算机配置：服务器需要——安全性、可靠性、联网特性、远程管理、自动监控

工作站需要——图形处理能力、可扩展性、高速图形端口

3、技术指标：8位（bit）=1字节

CPU处理速度表示：MIPS——单子长定点指令、MFLOPS——单子长浮点指令

平均寻道时间——磁头沿着盘径移动到读写扇区的时间、平均等待时间——扇区转动到磁头下的时间、 数据传输速率——每秒钟读写的字节数 系统可靠性表示——平局无故障时间MTBF

4、微处理技术特点：奔腾（32位）、Core 2（32位）、安腾（64位）

奔腾芯片处理技术：①超标量——内置多条流水线（空间换时间）、

②超流水线——细化流水，提高主频（时间换空间） ③分支预测——分支目标缓存器，使吞吐率保持高水平

④双Cache的哈佛结构：指令与数据分开存储

⑤采用PCI标准的局部总线：解决I/O瓶颈的技术，Intel公司的PCI标准赢了VESA标准

还有：固化常用指令、错误检测冗余校验、内建能源效率、支持多重处理

5、主板与插卡： 主板组成：CPU、存储器、总线、插槽、电源

网卡功能：实现主机总线的通信连接、解释执行主机命令、实现数据链路的功能、实现物理层功能 主板分类法：按CPU芯片、按CPU插座、按主板规格、按存储器容量、按芯片集、按是否即插即用 按系统总线的宽带、按数据端口、按扩展槽、按生产厂家

1.3计算机软件系统

1、软件基本概念：硬件具有原子特性，软件具有比特特性，两者在功能上具有等价性

程序由指令序列组成

2、软件分类：系统软件核心——操作系统

软件分类——商业软件、共享软件、自由软件

3、程序开发阶段：①计划阶段：问题定义、可行性研究

②开发阶段：初期——需求分析、总体设计、详细设计，后期——编码、测试 ③运行阶段：软件维护

编程语言：汇编语言、高级语言。

1.4多媒体技术

1、多媒体概念：20世纪80年代发展，对 数字、文本、图形图像、音频视频进行处理一体化的技术。

有CD-ROM、有A/D和D/A（模拟与数字信号）转换功能、高清晰显示器、压缩与解压缩硬件支持

2、压缩与解压缩：无损压缩（熵编码）：哈弗曼编码、游程编码、算术编码

有损压缩（源编码）：预测编码法、变换编码法（DFT、DCT、DHT）、矢量化编码法 压缩解压标准：JPEG——静止图像

MPEG——动态图像（MPEG-1——VCD、MPEG-2——DVD高清电视、 MPEG-4——多媒体交互、MPEG-7——多媒体畅通、

H.26x：H.261——可视电话、H.262=MPEG-2、H.263——可视电话、H.264=MPEG-4

3、超媒体与流媒体：不限于文本形式的信息成为超媒体，由节点和连接构成，可以边下载、边播放

本质：由成为结点和表示结点关系的链组成的有向图。 具有：连续性、实时性、时序性

现代实用P2P技术，传统文本是线性的，超文本是非线性的、非顺序的 要求：多媒体数据传输过程中需要实现唇同步约束 技术：使用PCM技术讲语音信号数字化

网络基本概念

2.1计算机网络形成、发展与基本概念

1、计算机网络发展阶段：解决通信技术与计算机通信网络研究

ARPANET

网络体系结构、网络协议标准化

高速网络技术、网络计算、网络安全技术

2、计算机网络形成：1969——ARPANET，1976——Xerox公司制出Ethernet

3、网络体系结构与协议标准化：OSI参考模型、1983/1——ARPANET向TCP/IP转换结束

4、互联网应用与高速网络发展：P2P网络 三大公害：网络攻击、计算机病毒、垃圾邮件、灰色软件

5、宽带城域网：城市范围、以宽带光传输网为平台、以TCP/IP为基础

分类：核心交换网、接入网

接入方式：地面有线通信（计算机局域网）、无线通信和移动通信、卫星通信网、地面广播电视

6、计算机网络概念： 目的：共享计算机资源、互联的计算机是处于不同地理位置的自治计算机、必须遵循共同的网络协议

计算机资源：硬件、软件、数据

7、网络分类：广域网WAN（最早）、局域网LAN、城域网MAN

①局域网特点：有限地理范围、高传输速率（10Mbps~10Gbps）、低误码率和高质量传输环境。易于建立、维护、

扩展

分类：共享介质局域网、交换式局域网

②城域网：介质采用光纤、交换结点采用ATM交换机。 结构分为：核心交换层、业务汇聚层、接入层 ③广域网：X.25——公用分组交换网(发展成——帧中继技术)

需要应对网络拥塞

分为：资源子网（系统、终端、终端控制器、联网外设、软件资源与信息资源），负责提供网络资源与服

务

通信子网（通信控制处理机也叫网络结点、通信线路、其他设备），负责数据传输、转发 促进ATM发展因素：需求增长、标准化需要、多媒体应用高速率与低延迟 网络互连由路由器实现

8、网络拓扑结构：主要指通信子网的拓扑构型，分为两类：点——点线路通信子网拓扑：星型（集线器中心节点控制）、环型、

树型（信息交换在上下结点间）、网状型（系统可靠性高、采用路由选择算法与流量控制方法）

广播信道通信子网拓扑：总线型、树型、环型、无限通信、卫星通信

9、网络传输特性参数：数据传输速率、误码率（正常工作下的可靠性参数）

奈奎斯特定理描述有限带宽、最大传输速率与信道带宽的关系 香农定理描述有限带宽、最大传输速率、噪声功率比的关系。 普通电话采用差错控制技术

2.2分组交换技术、网络体系结构、网络协议

1、电路交换：通信子网的数据交换方式：电路交换、存储转发交换（报文交换、分组交换） 电路交换阶段：线路建立、数据传输、线路释放

优点：实时性强、效率低、不能差错控制

2、存储转发：报文（报文号、目的地址、源地址、数据、校验）

报文分组（报文号、分组号、目的地址、源地址、分组数据、校验） 优点：共享信道、线路利用率高

3、数据报与虚电路： 实际应用中，分组交换技术分为数据报、虚电路。

数据报：可以通过不同路径、可能乱序、丢失、必须带有地址、延迟较大

虚电路：分为建立、传输、拆除阶段，不会丢失、乱序，每个节点可以建立多条，无需路由选择

4、网络协议：语法、语义、时序，最好的组织方式是层次结构模型

5、ISO/OSI模型：①物理层：传送比特流

②数据链路层：传送以帧位单位的数据，差错控制、流量控制方法，

③网络层：为通信子网选择最适当路径，实现路由选择、拥塞控制、网络互连 ④传输层：透明地传送报文、最关键的一层 ⑤会话层：组织进程通信，管理数据交换

⑥表示层：格式变换、数据加密、数据压缩恢复 ⑦应用层：确定进程通信性质

6、TCP/IP模型：特点：开放协议、免费使用、独立于硬件、唯一地址、标准化高层协议

①互联层：处理分组发送请求、处理数据包、处理路径与流控、拥塞（ARP/RARP地址解析协议） ②传输层：建立端——端连接，包括TCP（面向连接，可靠）、UDP（面向无连接，不可靠，用于不要求

分组数据）

③应用层协议：远程登录——Telnet、文件传输——FTP、简单邮件出传输——SMTP、域名服务——DNS、

路由信息——RIP、超文本传输——HTTP、网络文件系统——NFS

从上到下单向依赖的协议栈

④TCP: TTP、SMTP、HTTP UDP：SNMP、TFTP

OSI模型 TCP/IP模型

应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

传输层 互连层 主机— 网络层 应用层 2.3互联网应用的发展、无限局域网研究

1、Web技术发展：1989——诞生于欧洲粒子物理实验室

第一个搜索引擎——Lycos

2、播客技术：分类：传统广播节目、专业播客、个人播客

2004——第一个专业播客（亚当·利科）每日源代码、年底，中国第一个播客网——土豆 典型P2P文件共享软件：Napster、BitTorrent、Gnutella

博客技术：第一个博客：Blogger公司的 Pyra

3、无线宽带技术与IEEE 802.16标准：无线城域网标准

基站采用全双工、宽带通信，提供2~155Mbps宽带

4、无限局域网与IEEE802.11标准：三类技术：红外局域网、扩频局域网、窄带微博局域网 5、蓝牙技术与IEEE802.15标准

6、无线自组织网：自组织、对等式、多跳式移动网络，又称为Ad hoc

7、无线传感器网络WSN：由微型传感器结点组成，改变人类十大科技之首。

局域网基础

3.1局域网与城域网概念

1、决定局域网三要素：网络拓扑、传输介质、介质访问控制法 2、局域网拓扑特点：从传统“存储转发”→“共享介质”

分类：共享介质局域网、交换式局域网 ①总线型局域网：“共享介质”方式，特点：同轴电缆/双绞线，所有结点通过网卡连到总线

必须解决多结点访问总线的介质访问控制问题（MAC）

②环形拓扑：点——点连接构成闭合回路，传输负荷较重、实时性要求较高 ③星型拓扑：中心结点

3、传输介质类型/介质访问控制法：

常用介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道。高速局域网——双绞线；

远距离——光纤

光纤：距离长、速率高、抗干扰、保密性好、误码率低、带宽大

介质访问控制法：CSMA/CD（随机争用）、令牌总线、令牌环

4、IEEE802模型：该模型只针对OSI模型的数据链路层与物理层，将数据链路层划分

LLC子层与MAC子层。

三类典型局域网技术：以太网、令牌总线、令牌环。

注：MAC子层和物理层可以采用不同协议；LLC子层必须采用相同协议。

IEEE802.2：定义了LLC子层功能与服务

IEEE802.3：定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层标准 IEEE802.4：定义了令牌总线（Token Bus）xxxx与物理层标准 IEEE802.5：定义了令牌环（Token Ring）xxxx与物理层标准 IEEE802.6：定义了城域网MANxxxx与物理层标准 IEEE802.7：定义了宽带技术 IEEE802.8：定义了光纤技术 IEEE802.11：定义了无限局域网 IEEE802.15：近距离无线网 IEEE802.16：宽带无线局域网

3.2以太网

1、以太网发展：起源——无线分组交换网（ALOHA）20世纪60年代

2、以太网帧/流程分析：CSMA/CD（随即争用）方式，不存在集中控制的结点。

特点：先听先发、边听边发、冲突停止、随即延迟重发的第一步是释放“冲突加强信号” 以太网帧最小长度64B、冲突窗口2D/V长度：51.2us、速度10Mbps、最大重发次数16

3、网帧结构：前导码与帧前界定符、目的地址与源地址MAC（48位）、类型字段——表示网络层使用的协议、数据字段、

帧校验字段（FCS）

数据字段长度范围：（46,1500）

三种出错类型：帧校验错、帧产度错、帧位错

4、以太网实现：设备：网卡、收发器、收发器电缆

允许分配的以太网物理地址有2 47次方。

5、快速局域网：

①快速以太网Fast Ethernet——100Mbps 协议标准——IEEE802.3u

LLC子层使用IEEE802.2 物理层采用新标准 100BASE-T 独立介质接口（MII）将MAC子层与物理层分隔开，使物理层速率变化不会影响MAC子层

②千兆以太网——1Gbps 协议标准——IEEE802.3z

LLC子层使用IEEE802.2 物理层采用 1000BASE-T 专用接口（GMII）xxxx 同上。

③1000BASE-T介质：长度可达100m、1000BASE-CX（屏蔽双绞线）、1000BASE-LX（单模光纤）、

1000BASE-T（多模光纤）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/96et.html