計算機導論

計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速的進行大量數值計算和各種信息處理的現代化智能電子設備。

一個計算機系統由計算機硬件和計算機軟件兩大部分組成。

計算機硬件是由電子的、磁性的、機械的器件按照一定的體系結構連接而成的物理設備，是計算機系統賴以工作的實體。

計算機軟件是計算機系統中的程序、數據和有關文檔的總稱，是計算機系統的靈魂，是控制和操作計算機工作的核心。

計算機硬件在計算機系統的最內層，主要由中央處理器、存儲器、輸入輸出控制系統和各種輸入輸出設備等功能部件組成。

1946年美國研制出世界上第一臺電子數字計算機ENIAC。

第一代計算機——電子管計算機：以電子管作為邏輯電路的主要器件；幾乎沒有什么軟件配置；運算速度慢；體積較大；價格昂貴。

第二代計算機——晶體管計算機：邏輯元器件采用晶體管；內存儲器采用了磁心體；性能比第一代計算機好點、在軟件方面配置了子程序和監控程序；提出了操作系統的概念，出現了高級語言。

第三代計算機——集成電路計算機：邏輯元件采用了集成電路；主存儲器采用了半導體。

第四代計算機——大規模于超大規模集成電路計算機。

新一代計算機——智能計算機。

微型計算機具有體積小、重量輕、功耗小、可靠性高、使用環境要求不嚴格、價格低廉、易于成批生產等特點，核心部件是微處理器。

按照計算機處理數據的方式可以分為數字計算機、模擬計算機、數字模擬混合計算機。

按照計算機用途可分為通用計算機和專用計算機。

按計算機的規模和處理能力分類為巨型計算機、大中型計算機、小型計算機、微型計算機、工作站、服務器、網絡計算機。

計算機的特點：運算速度快、計算精度高、具有記憶能力、具有邏輯判斷能力、具有自動控制能力。

計算機的用途：科學計算、數據處理、過程控制、計算機輔助系統、人工智能、電子商務。

美國數學家馮·諾依曼提出了計算機應由5個基本部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備。提出了“采用二進制”和“存儲程序”兩個重要基本思想。“采用二進制”就是計算機中的數據和指令均以二進制形式存儲和處理?！按鎯Τ绦颉本褪菍⒊绦蚴孪却嫒氪鎯ζ髦?，使計算機在工作時能自動地從存儲器中讀取指令、分析后執行。

運算器主要功能是在控制器的控制下執行程序中的指令，完成各種算術運算和邏輯運算，實現邏輯判斷。主要技術指標為運算速度。

控制器由程序計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序電路和微操作控制電路組成。

控制器和運算器合在一起稱為中央處理器。

存儲器：（1）內存：具有直接與CPU交換信息，存取速度快，存儲容量較小，價格相對外存高等特點。按存取方式內存通常分為隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM。

RAM是一種讀寫存儲器，通常用來存放正在執行的程序及所需的數據，存取速度快，但它只是臨時存儲信息，一旦斷電RAM中的信息立即丟失。

ROM中的信息只能讀出而不能重新寫入和修改，其存儲的信息是在制作該存儲器時用專門儀器寫入的。計算機斷電后，信息不會丟失。

每個存儲單元能存放一個二進制數，或一條由二進制編碼表示的指令。

每個存儲單元由若干個二進制位組成，“位”（bit）是存儲器的最小存儲單位，一位可存儲一位二進制數，8位二進制代碼稱為一個字節，字節是計算機中數據處理和存儲容量的基本單位。一個存儲單元中存入的信息稱為一個“字”，一個字所包含的二進制數的位數稱為“字長”。 一個存儲單元可存儲一串二進制代碼，稱這串二進制代碼為一個存儲字，這串二進制代碼的個數叫存儲字長。

存儲器所包含的存儲單元的總數稱為存儲容量，衡量存儲容量的大小的單位一般用字節（B），千字節（KB），兆字節（MB）等，規定：1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。

（2）外存：具有存儲容量大、價格低、存取速度較慢、不能與CPU直接交換信息等特點。有磁盤、光盤、U盤、磁帶等。

（3）高速緩沖存儲器（Cache）：解決當CPU處于等待狀態的情況。

程序設計是根據給出的具體任務，編制一個能正確完成該任務的計算機程序。計算機程序是有序指令的集合或是具有一定結構的語句的集合。程序設計過程分為三步：確定算法與數據結構、用流程圖表示程序的思想、用程序設計語言編制計算機程序。

程序設計方法主要有結構化程序設計和面對對象程序設計。

程序設計語言有：機器語言、匯編語言、高級語言。

算法是解題的步驟，是一組有窮的規則，它們規定了解決某一特定問題的一系列運算，是對解題方案的準確與完整的描述。

算法的特性為：確定性、有窮性、可行性、輸入輸出。

算法的描述：自然語言、圖形、算法語言。

數據結構是指相互之間存在某種關系的數據元素的集合。由數據的邏輯結構、數據的存儲結構和數據的操作實現算法。

棧是特殊的線性表，是限制僅在表的一端進行插入和刪除操作的線性表。

微型計算機由微處理器、內存儲器和I/O接口電路組成，采用總線結構來實現相互之間的信息傳遞。

總線是微處理器、內存儲器和I/O接口之間相互交換信息的公共通路。是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質。

按系統傳輸信息的內容不同，總線可由數據總線、地址總線和控制總線組成。

微處理器性能指標有字長、主頻、外頻、倍頻系數、高速緩存容量及流水線技術等。

機器的字長是指CPU一次能處理的數據位數。

主頻是CPU的時鐘頻率。外頻是CPU的基準頻率，是系統總線的工作頻率。

打印機有點針式打印機、噴墨打印機、激光打印機。

圖形的輸出工具主要有繪圖儀和打印機兩種。

輔助存儲設備：軟磁盤、硬磁盤。

計算機軟件分三類：系統軟件、支撐軟件、應用軟件。

系統軟件是計算機系統中最靠近硬件層次的軟件。用于管理、控制和維護計算機系統資源的程序集合，如操作系統、匯編程序、編譯程序等。

支撐軟件是支撐其他軟件的開發與維護的軟件，如數據據庫管理系統、網絡系統、開發工具等

應用軟件是為解決特定的應用領域問題而編制的應用程序。如銀行系統、辦公系統、瀏覽器等。

操作系統是一種系統軟件，他統一的管理和控制計算機系統中的軟、硬件資源，合理的組織計算機工作流程，控制程序的執行，并為用戶提供一個良好的、易于操作的工作環境，使用戶能夠靈活方便有效地使用計算機。

對計算機操作者來說，操作系統是一個用戶環境，一個工作平臺，一個人與機器進行交互操作的界面；對系統設計者來說，操作系統是一種強功能的系統資源管理程序，是用以控制、管理計算機中軟硬件資源和程序執行的集成軟件系統。

操作系統的功能：處理機管理、存儲器管理、設備管理、文件管理、用戶接口。

操作系統有MS—DOS操作系統、Windows操作系統、UNIX、Linux操作系統。

翻譯程序統稱為語言處理程序，共三種：匯編程序、編譯程序、解釋程序。

計算機軟件是指與計算機系統操作有關的程序、數據及任何與之有關的文檔資料。有兩部分組成：及其可執行的程序和數據、與軟件開發、運行、維護、使用和培訓等有關的文檔資料。

軟件危機包含兩個方面：如何開發軟件以滿足不斷增長，日趨復雜的需求、如何維護數量不斷膨脹的軟件產品。

軟件工程是從管理和技術兩方面研究如何更好地開發和維護計算機軟件的學科。三要素為方法、工具、過程。支持項目計劃和估算、系統和軟件需求分析、軟件設計、編碼、測試和維護。目標為：在給定成本、進度的前提下，開發出具有可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可維護性、可重用性、可適用性、可移植性、可追蹤性可互操作性并滿足用戶需求的軟件產品。

軟件生產周期分三個過程有9個階段：軟件定義（可行性研究、需求分析)、軟件開發（概要設計、詳細設計、實現、組裝測試、驗收測試）、軟件使用與維護（軟件使用與維護、退役）。

計算機網絡是指把若干臺地理位置不同，且具有獨立功能的計算機，通過通信設備和線路相互連接起來，在網絡操作系統、網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現信息傳輸和資源共享的一種計算機系統。

計算機網絡資源包括硬件資源、軟件資源、和數據資源，最重要的為數據資源。

一個計算機網絡系統主要由以下幾個部分組成：網絡通信系統，網絡操作系統，網絡應用系統。

計算機網絡有幾種分類：按所覆蓋的地域范圍分類：局域網（LLAN）、城域網（MMAN）、和廣域網（WWAN）。例如企業網和校園網是局域網，有線電視網屬于城域網，廣域網多為電信部門組建，向社會開放，例如電話網、公用數據網。

網絡拓撲結構用來描述網絡的連接形狀和組成形式，網絡拓撲結構有總線型、環型、星型、網狀型、樹型等。

計算機網絡的傳輸介質分為有線和無線兩大類。有線傳輸介質有雙絞線、同軸電纜、光纖，最常用的為雙絞線和光纖；無線傳輸介質為微波、紅外線和激光。

計算機網絡協議是有關計算機網絡通信的一整套規則，或者說是為完成計算機網絡通信而制定的規則、約定和標準。網絡協議由語法、語義、時序三大要素組成。

著名的開放系統互連基本參考模型為ＯＳＩ。它將整個網絡的通信功能分為七個層次：由低到高為物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層和應用層。

計算機網絡的功能為：數據通信、資源共享、分布處理。

數據是描述客觀事物的，包括數字、字符、聲音、圖像以及所有能輸入到計算機中并能被計算機程序加工處理的信號的集合。

信息是人借助于數據表示的按已知約定賦予數據的含義。信息是觀念性的，數據是物理性的。數據是負載信息的工具，信息是對數據的解釋。

衡量計算機通信質量有兩個主要的指標：數據傳輸速率和誤碼率。

數據傳輸的基本方式可分為并行傳輸和串行傳輸兩種。

數據傳輸中的檢錯和糾錯：抗干擾編碼分為兩大類：一類只能發現錯誤的驗錯碼，另一類是既能發現錯誤又能糾正錯誤的糾錯碼。

驗錯碼是指在發送每一組信息時發送一些附加位，通過這些附加位，接收端可以判斷所接收的數據是否正確。

糾錯碼是指在發送每一組信息時發送足夠的附加位，借助這些附加信息，接收端在接收譯碼器的控制下不僅可以發現錯誤，還能自動糾正錯誤。

因特網是全球性的、最具影響力的計算機互聯網絡，同時也是世界范圍的信息資源寶庫。使用ＴＣＰ／ＩＰ協議。

因特網的主要組成部分：通信線路、路由器、服務器與客戶機、信息資源。

數據從源主機出發通常需要經過多個路由器才能到達目的主機，所經過的路由器負責將數據從一個網絡送到另個網絡，數據經過多個路由器的傳遞，最終被送到目的網絡。

所有連接在因特網上的計算機統稱為主機。

ＩＰ協議的全稱是網絡協議。專門為網絡互聯的目的而設計的。

ＴＣＰ協議的全稱是傳輸控制協議，它是一個面向連接的協議，允許從一臺機器發出的信息包被準確地發送到互聯網上的其他機器。

ＩＰ地址用于標識本機在因特網中的位置。每一個ＩＰ地址由網絡標識和主機標識兩部分組成。

域名就是入網計算機的名字。

Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的服務功能：電子郵件、遠程登錄、文件傳輸和ＷＷＷ服務。

ＷＷＷ是一種基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的跨越全球的超媒體網絡系統，它把分散在全世界各地服務器上的文本、圖像、音頻和視頻等信息資源有機地結合在一起，組成Ｗｅｂ網頁，通過超連接在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上構成一個巨大的邏輯網絡。ＷＷＷ不僅為人們提供了查找和共享信息的簡便方法，還為人們提供了動態多媒體交互的最佳手段。

ＵＲＬ是一種統一格式的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ信息資源地址的標識方法，ＵＲＬ的位置對應在ＩＥ瀏覽器窗口中的地址欄，ＵＲＬ將Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上提供的服務統一編址。

ＵＲＬ由四部分組成：第一部分指出協議服務類型，第二部分指出信息所在的服務器主機域名，第三部分指出包含文件數據所在的精確路徑，第四部分指出文件ＵＲＬ中的服務類型。

數據庫系統是指在計算機系統中引入數據庫后的系統，一般由數據庫、數據庫管理系統（及其開發工具）、應用系統、數據庫管理員、用戶組成。

數據庫是指長期存儲在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。

數據庫管理系統是位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件，它是數據庫系統的核心，數據庫在建立、運行和維護時由數據庫管理系統統一管理、同一控制。

數據庫應用系統是使用數據庫語言機器應用開發工具開發的、能夠滿足數據處理需求的應用程序。

數據庫管理人員是對數據庫進行規劃、設計、維護、見識、管理的工作人員。

數據模型是數據特征的抽象，描述的是數據的共性。

數據模型應滿足三個方面：一是能比較真實的模擬現實世界、二是容易為人們所理解、三是便于在計算機上實現。

傳統的數據模型有層次模型、網狀模型和關系模型，非傳統的數據模型有面對對象數據模型。

關系模型中關系是一種規范化了的二維表，關系應滿足如下性質：（１）關系中的每一個分量必須是一個不可分的數據項。（２）關系中不允許出現重復元組。（３）不允許出現重復屬性。（４）由于關系是一個集合。

關系的完整性約束條件包括三大類：實體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。

數據庫的研究內容：數據庫理論、數據模型、數據庫語言、數據的安全性（存取控制、可恢復性）、事務管理（并發控制）。

信息是經過加工的、能對接收者的行為和決策產生影響的有意義、有價值的數據。

信息具有以下屬性：真偽性、層次性、時間性、新穎性、擴壓性、共享性。

信息系統是一個由人員、活動、數據、網絡和技術等要素組成的集成系統，其目的是對組織的業務數據進行收集、存儲、處理和交換，以支持和改善組織的日常業務運行，滿足管理人員解決問題和指定決策對信息的各種需求。

信息技術包括傳感技術、通信技術和計算機技術。

信息系統的信息處理包括信息的收集、傳輸、加工、存儲、維護以及使用等處理過程。

常用的信息系統為事務處理系統、管理信息系統、決策支持系統、辦公自動化系統、專家系統等。

多媒體為文字、圖像、聲音以及多種不同形式的表達方式。

媒體含義：一指存儲信息的實體，二指傳統信息的載體。

媒體是指人們日常生活所接觸的信息的表示或傳播的載體。

多媒體是一種以交互方式將文本、圖像、圖形、音頻、視頻等多種媒體信息，經過計算機設備的獲取、操作、編輯、存儲等綜合處理后，以單獨或合成的形態表現出來的技術和方法。具有多樣化、交互性和集成性３個關鍵特性。

多媒體技術是基于計算機技術的綜合技術，它包括數字信號處理技術、音頻和視頻技術，計算機硬件和軟件技術、人工智能和模式識別技術、通信和圖像技術等。具有以下特性：集成性、交互性、數字化、實時性。

多媒體系統由多媒體硬件和軟件系統組成。

多媒體系統的層次結構：第一層為多媒體外圍設備，第二層為多媒體計算機硬件系統，第三層為多媒體核心系統軟件，第四層為媒體制作平臺與工具，第五層為創作、編輯軟件，第六層為應用系統運行平臺。

多媒體計算機軟件系統按功能可分為系統軟件和應用軟件。

多媒體的特點：（１）具有對各種媒體的集成和控制能力，實現隨機交互式會話。（２）支持各種音頻、視頻等數字信號輸入設備，并能自動實現各種不同文件格式的轉換。（３）容易實現標準化設計，從而實現應用系統的標準化、系統化。

多媒體制作工具有以下功能：（１）具有良好的、面對對象的編程環境。（２）具有較強的媒體數據Ｉ／Ｏ能力。（３）動畫處理能力。（４）超級鏈接能力。（５）應用程序的連接能力。（６）良好的界面。

顏色可用色調、飽和度、亮度來描述。

計算機安全是指計算機系統的硬件、軟件、數據受到保護，不因偶然的或惡意的原因而遭到破壞、更改、顯露，系統連續正常運行。

密碼的目的是：保護線路所傳輸信息的機密性、完整性、真實性。

密碼的用途：局域網中信息保護、軟盤信息保護、文件保密、識別真偽的鑒定保護。

防火墻是一種獲取安全性的方法，是保障網絡安全的手段，它有助于建立一個比較廣泛的網絡安全性策略，并通過網絡配置、主機系統、路由器以及身份證等手段來實現該安全策略，以便確定允許提供的服務和訪問。

作用為：限制訪問者進入一個被嚴格控制的點；防止進攻者接近受到保護的設備；限制人們離開一個嚴格控制的點。

防火墻技術：設計策略、過濾技術、應用網關。

防火墻的結構：包過濾防火墻、雙宿主網關防火墻、過濾子網防火墻、過濾主機防火墻、調制解調器池。

虛擬專用網（ＶＰＮ）

計算機病毒就是一小段程序或指令集合，它能進行自身拷貝或覆蓋在其他較大的宿主程序上，并取得程序執行時的控制權。

具有以下特點：靈活性、傳播性、衍生性、破壞性、隱藏性、破壞效果的持續性。

科學定義：計算機病毒是隱藏在計算機系統的數據資源中的，利用系統數據資源進行繁殖并生產，能影響計算機系統正常運行并通過系統數據共享的途徑進行感染的程序。

計算機病毒的來源渠道主要有以下方面：盜版軟件、公開軟件、電子公告欄、通信與網絡、正版網絡。