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【记录】《新编大学计算机基础教程》章节要点整理

计算机基础教程

计算机概述

计算机的产生

  1. 1945冯·诺依曼提出了存储程序的概念,奠定了现代计算机的结构理论。
  2. 1946世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC在美国滨夕法大学研制成功。
  3. 1949英国剑桥大学数学实验室研制成电子延迟存储自动计算机 ESDSAC 这是世界上第一台带有存储程序结构的电子计算机。

计算机的发展历程

根据计算机的电子逻辑器件,分为四个阶段:

  • 电子管计算机
  • 晶体管计算机
  • 集成电路计算机
  • 大规模,超大规模集成电路计算机

计算机的分类

根据计算机处理信息类型来分类,可分为:

  1. 数字计算机
  2. 模拟计算机
  3. 数模混合计算机

按照计算机功能分类,一般可分为通用计算机和专用计算机。

按照计算机的工作模式可分为服务器和工作站。

按照计算机的规模分类,可分为巨型机,大型机,小型机和微型机。

计算机的发展趋势:巨型化,微型化,网络化,智能化。

计算机的特点

运算速度快,计算精度高,具有逻辑判断能力,具有海量存储能力,有高度自动控制功能。(存储程序与自动控制)

计算机主要应用

科学计算,信息处理,过程控制,计算机辅助系统(CAD),网络通信,人工智能,多媒体应用等。

计算机辅助系统:计算机辅助设计(CAD)计算机辅助制造(CAM)计算机辅助教学(CAI)等。

计算机热点技术

  • 中间件技术
  • 普适计算
  • 网格计算
  • 云计算
  • 物联网
  • 大数据

计算机文化

特点:计算机文化具有广泛使用性,广泛延展性,广泛资源共享性。

计算思维:计算思维是人们运用计算机科学的基本概念去求解问题,设计系统以及理解人类行为,包括了计算机科学之广度的一系列思维活动。

信息在计算机内部的表示和存储

计算机内部采用二进制的原因

  • 易于物理实现
  • 工作可靠性高
  • 运算规则简单
  • 适合逻辑运算

进制转换

十进制转二进制:2取余,倒排余数 ,小数部分乘2取整,顺序读取。

         二进制转十进制:按权展开相加

         八进制转二进制:从右至左,每位用三位二进制数代替。

         二进制转八进制:从右至左,每三位二进制用一位八进制数代替。

         十六进制转二进制:从右至左,每位用四位二进制数代替。

         二进制转十六进制:从右至左,每四位二进制用一位十六进制数代替。

          BCD码转十进制:用四位二进制数表示一位十进制。

二进制数的逻辑运算

逻辑与符号为 X ;逻辑或符号为 + 逻辑非运算常在逻辑变量上方加一条横线表示

计算机中存储数据的基本单位是字节(Byte);最小单位是字(bit)。
1KB=1024B     1MB=1024KB  1GB=1024MB     1TB=1024GB
计算机在同一时间内处理的二进制的位数称为字长。

原码:是一种直观的二进制机器数的表示方式,最高位为符号位

反码:除符号位,其余位取反

补码:反码基础上+1

(+0) 的原码是00000000  (-0) 的原码是10000000

(+0) 的反码是00000000  (-0) 的反码是11111111

(+0) 的补码是00000000  (-0) 的补码是00000000

字符编码

ASCII码:又名美国信息交换标准码,以一字节存储,一共表示128个常用符号。标准ASCII

码只用了字节的低七位,最高位不使用。

常考ASCII码:A:65          a:97          0:48

汉字编码:分为区位码,国标码,机内码。

区位码/国标码中每个字节最高位为1

换算公式: 

  • 国标码=区位码+2020H
  • 机内码=国标码+8080H

国标码汉字共有6763个,3755个一级汉字(按拼音)3008个二级汉字(按部首)。

计算机系统

第二章-计算机系统

计算机系统的组成:

  1. 1936年,英国数学家图灵提出了“图灵机”计算机模型。

图灵机的基本思想是用机器来模拟人用纸和笔进行数学运算的过程。

  1. 冯·诺伊曼提出了存储程序原理,其基本思想如下:
  2. 计算机硬件由运算器,控制器,存储器,输入设备和输出设备五大部分组成。
  3. 计算机中的数据和程序以二进制代码形式存放在存储器中,,存放的位置由地址确定。
  4. 控制器更具存放在存储器中的指令序列进行工作,并由一个程序计数器控制指令的执行,控制器具有逻辑判断能力,能以计算结果为基础,选择不同的工作流程。

 

计算机硬件系统:运算器,控制器,存储器,输入设备和输出设备。

  • 运算器又称为AU:内部包含算术逻辑单元(ALU、寄存器和各个数据通路。
  • 控制器又称为CU:内部包含程序计数器(PC指令寄存器(IR)指令译码器(ID),时序控制电路和位操作控制电路等。
  • 存储器:用来存放数据和程序的部件,分为主存储器(内存)和辅存储器(外存):
  • 主存储器:分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。随机存储器可写入,存取速度快,断电会丢失数据;只读存储器不可写入,存取速度快,断电不丢失数据。
  • 辅存储器:又称为外存,存取速度较慢,断电不丢失数据,容量大,成本低。主要有光盘,u盘,硬盘等。
  • 输入输出设备:输入设备:键盘,扫描仪,鼠标,手写板,话筒等。输出设备:显示器,打印机,绘图仪,音响等。

计算机软件系统:系统软件、应用软件。

系统软件:操作系统,语言处理程序,数据库管理系统,系统服务程序,标准库程序等。

应用软件:文字处理软件,信息管理软件,辅助设计软件,实时控制软件等。

计算机工作原理

计算机指令系统:

  • 指令:由操作码和操作数(地址码)组成。
  • 计算机指令一般有:数据传送型指令,数据处理型指令,程序控制型指令,输入输出型指令和硬件控制指令等。

计算机基本工作原理:

  • 计算机基本工作原理分为:取指令--分析指令--执行指令--执行指令同时计数器+1
  • 计算机工作原理就是指令执行的过程。

计算机系统构成

微型计算机的基本结构

  • 总线:总线是将计算机各个部件连接起来,的一组公共信号线。总线包括内部总线,系统总线和外部总线。
  • 系统总线,分为数据总线,地址总线和控制总线。
  • 外部总线:微机和外部设备之间的总线
  • 内部总线:微机内部各外围芯片与处理器之间的总线
  • 一台电脑为:CPU 内存 主板 显卡 芯片组 声卡 网卡 电源 硬盘 光驱/软驱 等组成
  • 光驱:光驱的标准速率是150KB/s 按照光驱的倍数系数,光驱的读写速度可表示为:

读写速率=速率标准*倍数系数

  • 显卡:常见显卡接口:PCIE:分为16x 8x 4x 1x 等不同速率 AGP:老式显卡插槽,现已淘汰。
  • 显示器:评价参数:可视面积,色彩,分辨率,对比度,可视角度,亮度,相应时间等,接口:VGA DVI HDMI Display Port等。
  • 键盘与鼠标:鼠标分为光电式鼠标和机械式鼠标;键盘分为机械键盘和薄膜键盘等,种类繁多。
    接口为PS/2或USB
  • 打印机:根据工作方式分为非击打式打印机和击打式打印机,击打式打印机有:针式打印机。非击打式打印机有:喷墨打印机、热敏打印机和激光打印机等。
    根据可打印色彩分为黑白打印机彩色打印机。
    根据工作原理不同可以分为模拟打印机和数字打印机。

微型计算机的系统维护

维护方式:先软件后硬件,先外设后主机,先电源后部件,先简单后复杂。

基本方法:设备替换法,最小系统法,软件测试法,直接观察法,程序升级法,更改资源法等。

计算机的主要技术指标:字长,主频,运算速度,内存容量,存取周期(CPU读写内存所需时间)。

计算机的性能评价:系统兼容性,可靠性和可维护性,外设配置,软件配置,性价比。

操作系统

第三章-操作系统

操作系统概述

基本概念: 操作系统是管理和控制计算机的软硬件资源,合理组织计算机工作流程,以便有效地利用这些资源为用户提供功能强大,使用方便和可扩展的工作环境,为用户使用计算机提供接口程序集合。

功能:处理器管理,存储器管理,设备管理,文件管理,为用户提供接口。

操作系统分类:

  • 按功能和结构可分为批处理系统,分时系统,实时系统,嵌入式系统,网络操作系统和分布式操作系统
  • 按用户数量可分为单用户操作系统和多用户操作系统。

WINDOWS7是单用户多任务系统。

  • 典型操作系统:DOSWindowsUNIXLinuxIOSAndroidCOS(国产)。

Windows7操作系统

基本操作

  • Windos7窗口分为应用程序窗口,文档窗口和对话框。
  • 鼠标的基本操作:指向,单击,右击,双击,拖动。
  • 启动关闭输入法:Ctrl+Space 输入法切换:Ctrl+Shift               /半角切换:Shift+Space

文件和文件夹管理

  • 文件命名法则:文件/文件夹不允许输入的字符:: * ? | < > ” \ /
  • 文件由文件名和扩展名构成。
  • 通配符*表示多位通配符 ?表示单位通配符。

Windos7设备管理

常用设备管理:

  • 磁盘管理:扫描分区,整理磁盘碎片,格式化,分区硬盘。
  • 碎片整理的原因:用户对磁盘进行多次读写后会产生多出不可用的磁盘空间碎片(>10%),碎片会降低磁盘的访问速度,影响系统性能。
  • 设备管理器管理
办公信息处理

第四章-办公信息处理综述

办公信息系统概述

  • 办公信息处理是运用计算机技术、通信技术和自动化技术等来实现办公自动化的方法和手段。
  • 办公自动化就是将计算机技术通信技术,系统科学及行为科学应用于传统的数据处理方式难以处理的事物进行统一处理的一项综合技术。

办公信息系统的层次

  • 办公信息系统一般可分为事务处理型,信息管理型,决策支持型三个层次。
  • 办公信息系统的模式可分为个人办公和群体办共两种模式,与之对应的是个人办公信息系统和群体办公信息系统。

办公信息系统的组成

主要要素:办公人员,办公信息,办公制度与规程和办公设备。

现代办公设备:复印机,速印机,传真机,扫描仪,投影仪,数码照相机,数码摄像机等。

复印机:

  • 按照工作原理分为模拟复印机和数码复印机两种;
  • 按照复印速度不同:分为低速,中速,高速三种;
  • 按照复印幅面不同可分为普及型复印机和工程复印机;
  • 按照复印机使用的纸张材料不同,可分为特殊纸复印机和普通纸复印机;
  • 按照复印机复印颜色不同分为单色复印机,多色复印机,彩色复印机;
  • 按照复印机的显影方式不同,分为单组分和双组分两种。

通用办公软件:Office(Word excel PowerPoint Access等)金山WPS等。

多媒体技术

第九章-计算机多媒体技术

多媒体技术概述

多媒体基础知识

  • 媒体:媒体是信息表示和传播的载体。
  • 多媒体技术:多媒体技术是通过计算机对文字、图像、图形、动画、音频、视频等多种信息进行综合处理、建立逻辑关系,使用户通过多种感官与计算机进行实时信息交互的技术。
  • 多媒体技术内容:信息数字化技术、数据压缩编码技术、高性能大容量存储技术、多媒体网络通信技术,多媒体同步技术,超媒体技术等。
  • 基本技术:信息数字化技术。核心技术:数据压缩编码技术。

     媒体类型

媒体类型 用途 表现形式 表现介质
感觉媒体 感知客观环境 听觉,视觉,嗅觉 文字、图形、图像、动画、音频等
表示媒体 定义信息表达特征 计算机处理信息的格式 ASCII编码、图像编码、声音编码、视频编码等
显示媒体 用于表达信息 输入,输出信息 键盘、鼠标、扫描仪、屏幕、打印机等
存储媒体 用于存储信息 保存,取出信息 硬盘,光盘,闪存,光存储等
传输媒体 用于连续数据信息的传输 信息传输的网络介质 电缆,光缆,微波,红外线等
  • 多媒体技术的主要处理对象:文本、图形、图像、动画、音频、视频等。

         多媒体技术的特点:

  • 多媒体技术具有数字化,集成性,多样性,交互性,实时性等特点
  • 多媒体的多样性是指信息载体的多样化。

多媒体技术的发展:

  • 多媒体技术发展分为两个阶段:启蒙发展阶段,初期应用和标准化阶段
  • 多媒体技术正向多重业务融合,网络化,多媒体终端应用设施部件化,智能化和嵌入化方向发展。

多媒体系统

         多媒体系统的组成:

  • 多媒体系统由多媒体硬件系统和多媒体软件系统两部分组成。
  • 多媒体硬件系统:包括计算机主要配置和葛总外围设备,接口卡
  • 多媒体软件系统:包括多媒体驱动软件、多媒体操作系统、多媒体数据处理软件、多媒体制作工具软件和多媒体应用软件。
  • 采集卡最高分辨率一般为768*576(均方根)【过时】
  • PAL制式:720*576 帧率为25FPS NTSC 640*480帧率为30FPS
  • 多媒体计算机(MPC)所需的硬件环境:
    • 符合外设互联标准
    • 大容量内存储器
    • 高性能硬盘存储器
    • 足够的扩展能力

图形图像处理技术

         图形图像基本知识:

位图图像:

  • 位图是由像素点为单位构成的图像,每个像素具有颜色属性和位置属性。
  • 特点:真实感强,可以进行像素编辑,打印效果好,文件较大,分辨率有限
  • 位图图像色彩表示位数:1(单色),4(16色),8(256色)16(64k高彩色),24(真彩色)32(增强型真彩色)
  • 表示一副图像中一个像素所使用的二进制位数成为颜色深度。

矢量图形:

  • 矢量图的基本单位是图元
  • 基本特点:图形信息量少,高度可编程性,能快速打印和屏幕显示,缺乏表现力。

颜色基础:

  • 三基色:R:红 G:绿 B:蓝;R+G=黄色;R+B=品红;G+B=青色;R+G+B=白色
  • CMYK相减混色原理:CMYK是彩色印刷色 C=青色;M=品红;Y=黄色;K=黑色。
  • 真彩色:图像深度为24
  • 伪彩色:图像的每个像素实际上是一个索引值或代码
  • 调配色:RGB作为三个分量,每个分量变换形成不同的颜色强度,采用查找表形式索引
  • 颜色模型:RGBCMYKHSBLabHIS

分辨率:

  • 图像分辨率是组成一副图像的像素密度的度量方法。单位位dpi,图像分辨率越高,图像对细节的表现力就越强,清晰度也越高。
  • 分辨率分为颜色分辨率,屏幕分辨率,显示分辨率,打印机分辨率等。
  • 表示一副数字图像的数据量的公式: 图像数据量=图像的总像素*图像深度/8

图像数据压缩技术

  • 数据压缩的定义:数据压缩是指在不丢失信息的前提下,缩减数据量以减少存储空间,提高其传输、存储和处理效率的一种技术方法,可分为有损压缩和无损压缩。
  • 数据压缩的目的:检查图像数据中的冗余信息从而用更加高效的格式存储和传输数据。
  • 数据冗余:冗余是之信息存在各种性质的多余度
  • 图像中的冗余主要分为空间冗余,时间冗余,编码冗余,结构冗余,知识冗余,视觉冗余等。
  • 常见无损压缩编码技术:LZW编码,算数编码,词典编码,LRE编码等
  • 常见有损压缩编码技术:脉冲编码调制(PCM),小波变换编码、离散余弦变换(DCT)编码
  • 常见静态图像数据压缩编码技术:JPEGJPEG2000标准和JPEG-LS标准(医疗方面)等。

常见图像文件格式

  • 常见格式:BMP格式JPG格式,GIF格式(LZW压缩),TIFF格式,TGA格式,PNG(无损)格式等

音频处理技术:

  • 人类能听到的声音频率范围为20Hz-20KHz;音频主要包括波形声音,语音和音乐
  • 声音具有音调,音强和音色三要素。
  • 音频信号的数字化包括:采样,量化,编码 三步骤。
  • 采样通过抽取时间上连续的样本,变成时间上不连续的信号序列,模拟—>数字;采样频率一般为05KHZ44.1KHZ48KHZ等。
  • 量化:把采样到的离散的值转化为可被计算机识别的二进制数据,单位为bit,量化精度越高,所需空间越大。
  • 数字化声音数据的数据量(Byte)=采样频率(Hz)*量化精度(bit)*声道数*声音持续时间(s)/8;
  • 数字音频的质量好坏是由采样频率和量化精度决定的,采样频率越高,量化精度越高,声音还原度越高,所需空间也会越大
  • MIDI文件是一种音乐文件,文件内记录了声音的符号表示,即数字化乐谱。

音频压缩技术:

  • 音频压缩分为有损压缩和无损压缩两大类,语音的压缩编码方案分为波形编码,参数编码,混合编码三大类。
  • 数字音频压缩技术标准分为电话语音压缩,调幅广播语音压缩和调频广播及CD音质的宽带音频压缩等。

常见音频文件格式:WAVMP3 MP4(音频) RAWMA等。

常用音频处理软件:GoldWaveAUFL Stdio等。

视频动画处理技术

         视频:

  • 视频是连续变化的影像,其中每一副图像称为一帧。通常电影为24/s PAL制为23/s

数字视频处理技术

  • 数字视频和数字音频的处理技术步骤相同:采样,量化,编码。
  • 数字视频处理的基本技术是通过A/D(模拟/数字)信号转换生成二进制后编码。

数字视频压缩技术

  • 视频压缩标准有:ISOITU-T制定的261H.263H.264H.265MPEG1MPEG-2MPEG-4MPEG-7MPEG-21等。

动画

  • 动画分类:按照动画制作技术手段的不同可以分为传统手工工艺动画和以现代计算机设计制作为主的计算机动画计算机动画又分为二维动画和三维动画
  • 二维动画制作软件:GIF AnimatorFlash;三维动画制作软件:Maya3ds Max等。
  • 数字动画的基本参数:帧速度,画面大小,图像质量,数据量

      常见视频与动画文件格式:AVIMOVMPGDATSWFASFWMVRMVBMP4等。

多媒体应用系统案例

       数字电视

  • 数字电视是指电视信号的采集,处理,发射,传输和接收的过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。数字电视的特点是电视信号以数字信号的形式进行传输。

数字电视分类

  • 按数字电视信号传输途径分类:数字卫星电视广播系统、数字有线电视广播系统、数字地面电视广播系统
  • 按数字电视信号的清晰度分类:高清晰度电视(HDTV)标准清晰度电视(SDTV) 低清晰度电视(LDTV

数字电视关键技术

  • 国际上统一采用MPEG-2标准进行数字电视信源进行编解码和数字电视信号传输复用

数字电视标准

  • 数字电视涉及很多领域的标准,按照信号传输方式分为地面无线传输,卫星传输,有线传输,手持设备传输等体系
  • 常见地面无线数字电视标准:美国ATSC标准,欧洲DVB标准,日本ISDB标准,中国DMB-T/H标准等。
数据通信基础

第十章-数据通信基础

数据通信基础

         数据通信:

  • 通信:是指人与人之间或人与自然之间通过某一种行为或媒介进行信息交流与传播通信的根本目的就是传递信息。
  • 数据通信:数据通信指依照通信协议,利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。数据通信有时被称为计算机通信。
  • 信号:信号是运载数据的工具,是数据的本体,信号包括光信号,声信号,电信号等。
  • 数字信号和模拟信号:信号可以分为数字信号和模拟信号,从时间的角度来看,数字信号是离散的,模拟信号是连续的,数据可以是模拟的,也可以是数字的。

数据通信系统模型:

  • 数据通信系统是以计算机为中心,用通信线路与分布于异地的数据终端设备连接起来,执行数据通信的系统。
  • 数据通信系统模型大致可分为:信源、变换器、信道、反变换器,信宿,噪声源。

计算机网络系统模型:

  • 一个完整的计算机网络系统一般有数据终端设备,通信控制器,通信信道,信号变换器等组成。
  • 数据通信系统要完成通信任务,必须考虑一下关键性问题:
    • 传输系统利用率
    • 接口规范
    • 同步
    • 交换管理
    • 差错检测与校正
    • 寻址和路由
    • 恢复(中断后自动恢复)
    • 报文格式
    • 安全
    • 网络管理

信道的分类

  • 广义信道是指相对于某类传输信号的广义的信号传输通路
  • 按照传输媒体可分为有线信道和无线信道;按允许通过的信号类型可分为模拟信道和数字信道。
  • 狭义信道是指传输信号的具体的传输物理媒介,如电缆,光纤,微波,卫星等传输线路。

数据通信主要技术指标:传输速率,信道带宽,信道容量,误码率,吞吐量。

  • 传输速率:分为比特率和波特率
    • 比特率 :单位时间内所传输的二进制代码的有效位数 单位bit/s
    • 波特率:数字信号调制后的速率,即调制后信号每秒变化的次数 单位 Baud
  • 信道带宽:物理信道的频带宽度,即信道允许的最高频率和最低频率之差,单位为HZ
  • 信道容量:数据传输速率的上限
  • 误码率:二进制代码被传错的概率,即出错率
  • 吞吐量:单位时间内成功传输数据的数量,单位为bit/s

通信介质

  • 通信介质即网络通信线路,是网络中传输信息的载体。常用通信介质分为无线传输介质和有线传输介质等
  • 有线传输介质有:双绞线,同轴电缆,光纤等
  • 无线传输介质有:无线电波,微波,红外线,蓝牙,激光通信等
  • 双绞线:分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP),双绞线按照可以传输速率的不同分为5(cat5)线,六类(cat6)线,超六类线(cat6e),七类线(cat7)等,按照连接设备种类不同分为计算机至集线器的直连网线和计算机至计算机的交叉网线。(1,32,6线互换)。
  • 光纤的优点:通信容量大,中继距离长,保密性能好,抗干扰,安全可靠,体积小,重量轻,造价低。
  • 光纤的分类:分为单模光纤和多模光纤,单模光纤传输速度快,传输距离长;多模光纤传输速度较慢,传输距离短。
  • 无线电波:分为微波,红外线,蓝牙,激光,卫星通信等。

数据通信技术

数据传输模式

  • 按照数据代码传输的顺序可分为并行传输和串行传输;按数据传输同步方式可分为同步传输和异步传输,按数据传输的流向可分为单工,双工和全双工。按被动传输的数据信号特点可分为基带传输,频带传输和数字数据的传输。
  • 同步传输:同步传输是一种以数据快为单位的数据传输方式,该方式下数据快于数据快之间的时间间隔是固定的,因此传输效率较高。
  • 异步传输:异步传输又叫起止式传输,异步传输每个被传输的字符前后有起止符,因此传输效率不高。
  • 单工通信:通信双方传送的数据只能是一个方向。
  • 半双工通信:通信双方传送的数据可以双向传输,但不能同时进行。
  • 全双工通信:通信双方传送的数据可以同时双向传输。
  • 基带传输:数据终端设备直接送出二进制到电路中的方式,适合近距离通信。
  • 频带传输:把基带信号调制到信道带宽范围内进行传输,适合远距离通信。
  • 数字数据传输:数字数据传输利用数字信道传输数据信号,适合远距离通信。

数据交换方式

         常用数据交换方式分为电路交换,存储-转发交换(报文交换和分组交换)

  • 电路交换:直接在网络两个站之间建立一条专用的通信线路,是两个站之间的实际的物理连接。优点:时延小,可随时通信,不存在失序问题,控制管理简单。
    缺点:平均建立连接时间太长,建立电路时其他用户不能使用,信道利用率低,差错控制不易。
  • 报文交换:源站在报文前添加目的地址后发送,报文经过节点后被暂时存储起来,待信道空闲后转发到下一个节点,最后抵达目的站。采用存储-转发方式。
    优点:具有存储信息功能,可以平滑运用每一组信道;传输效率较高;接收者和发送者无需同时工作,不会引发阻塞;可以发送到多个目的地(一对多);可建立报文优先级,优先级较高的报文优先传递。
    缺点:延迟较高,波动范围较大。
  • 分组交换:分组交换也采用存储-转发方式,但是分组交换先将一个长报文分割成若干个较短的分组,然后把这些分组逐个发送出去。在分组交换网中,有数据报和虚电路两中方式处理数据
    • 数据报方式:在数据包方式中,每个分组被称为一个数据报(包)进行传输,接收端将数据包拼装为完整的内容。
    • 虚电路方式:终端双方在通信前,会先建立一条逻辑上的连接,但它不像电路交换一样有专用的通路。建立逻辑连接后便可进行数据交换操作(存储-转发),传输完成后拆除虚电路。
  • 分组交换相比报文交换有以下优点:
    • 较少的时间延迟。
    • 每个节点上所需缓冲内容减少(分组长度小于报文长度)。
    • 在传输错误时,无需重传整个报文,只需重传较短的分组即可。
    • 易于重新传输,可以使紧急报文迅速发送出去,无需担心优先级较低问题。
  • 其他数据交换技术:数字语音查控技术,帧中继,异步传输模式(ATM)模拟数字转换器(ADC)技术。

多路复用技术

多路复用是指把许多单个信号在一个信道上同时传输的技术,分为频分多路复用技术(FDM),时分多路复用技术(TDM),波分多路技术(WDM)三大类。

  • 频分多路复用:将物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子信道,每个子信道传输一路信号。 优点:信道利用率高,复用路数多,分路方便。 缺点:设备复杂,抗干扰能力差。
  • 时分多路复用:将一条物理线路按时间分成一个个不重叠的时间片,每个时间片称为一帧,一帧分为若干个时隙,轮换使用。
    时分多路复用又可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。

    • 同步时分多路复用:分配给每个用户的时隙都是固定的,会造成时隙资源浪费
    • 异步时分多路复用:又称为统计时分多路复用技术,它能动态分配时隙,避免出现时隙浪费。
  • 波分多路复用:波分多路复用采用光纤作为通信介质,利用光学额衍射光栅来实现多路不同频率的光波分解与合成。

常用通信系统

通信系统是用于完成信息传输过程的技术系统的总称。

  • 根据传输媒介不同分为为无线通信系统和有线通信系统;
  • 按照通信传系统输信号不同,通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统
  • 电话系统:电话网分为长途网和本地网。
  • 综合业务数字网(ISDN):支持语音和非语言等业务,可靠性高,使用方便。

移动通信系统

         特点:

  • 信道特性差,传输环境复杂。
  • 干扰和噪声大。
  • 组网方式灵活多样。
  • 有限的频谱资源。
  • 用户终端设备要求高。
  • 控制系统复杂。

新一代移动通信系统

         特点:速度快,频谱更宽,智能化,网络质量高,通信费用低。

计算机网络与应用

第十一章-计算机网络与应用

计算机网络概念

         计算机网络指指地理上分散的自主计算机通过通信线路和通信设备相互连接起来,在通信协议的控制下,进行信息交换和资源共享或协同工作的计算机系统。、

  • 计算机网络由通信子网和资源子网构成,通信子网负责计算机间的数据通信,资源子网通过通信子网连接在一起的计算机向网络用户提供可共享的硬件,软件和信息资源。
  • 20世纪60年代,美国军方建立了ARPAnet网络,标志着互联网的形成。
  • 概括起来,计算机网络的发展过程分为四个阶段:
    • 面向终端的计算机网络
    • 面向计算机-计算机网络
    • 开放式标准化网络
    • 网络互联时代(信息高速公路)

计算机网络功能

         资源共享,数据通信,分布式处理是计算机网络的基本功能。归纳起来有五点:

  • 资源共享
  • 数据通信
  • 平衡负荷及分布式处理
  • 提高可靠性
  • 综合信息服务

计算机网络分类

         计算机网络可以从不同的角度进行分类:

  • 按覆盖的地理范围分类:个人网(PAN)局域网(LAN),城域网(MAN),广域网(WAN.
  • 用途可以分为专用网和公用网。
  • 交换方式可分为电路交换网,报文交换网和分组交换网。
  • 按所采用的传输介质可分为双绞线网,同轴电缆网,光纤网和无线网等。
  • 按信道的带宽可分为窄带网和宽带网。
  • 按所采用的拓扑结构可以分为星状网,环状网,总线网和树形网等
  • 按服务可分为客户/服务器网和对等网。

计算机网络体系结构

  • OSI/RM基本模型(底层到顶层):物理层—数据链路层—网络层—传输层—会话层—表示层—应用层。
  • 交换机、网桥在数据链路层 ;三层交换机、路由器在网络层;集线器:物理层;
  • 协议:指计算机之间进行通信时必须使用双方能理解的语言,这种语言叫做协议。
  • 网络通信协议的三要素:语义 、语法 、时序。

局域网基本技术

         网络拓扑结构:星状拓扑,总线拓扑,环状拓扑,树状拓扑和混合型拓扑。

局域网组成

         局域网通常可分为网络硬件系统和我网络软件系统两大部分。

网络硬件系统组成设备:服务器,工作站,通信设备,中继器,集线器,交换机,路由器,网关等。

网络软件组成:企业软件,网络操作系统,网络协议软件,通信控制软件等。

互联网应用

互联网特点:开放性,资源丰富性,共享性,平等性,交互性

  • TCP/IP协议簇分为四层(自下而上):网络接口层,网际层(IP),传输层(TCP,UDP),应用层(FTP)
  • 传输控制协议(TCP:TCP是一种面向连接的传输层协议,负责建立连接,先后需要三次握手;TCP的主要功能是负责对网络中的计算机和通信设备进行管理。
  • 用户数据报协议(UDP):UDP是一种无连接的协议,只负责发送,是一种不可靠的协议,但延迟低,速度快。
  • 网际协议(IP):IP是互联网核心协议,IP是每一台计算机的唯一标识

互联网地址和域名

互联网地址:

  • IP分为IPv4IPv6地址
    IPv4
    有四组,一共32位二进制,分别用’ . ’隔开
    IPv6
    有八组,一共128位二进制,分别用’ : ’隔开
  • IPv4可分为以下五类: A类,B类和C类地址。
    • A类地址:二进制0开头,使用前一组二进制表示,第一组范围0-127
    • B类地址:二进制10开头,使用前二组二进制表示,第一组范围128-191
    • C类地址:二进制10开头,使用前二组二进制表示,第一组范围192-223
    • D类地址和E类地址,多为保留地址
  • IPv6表示方法:完整表示法,兼容表示法(用IPv6表示IPv4),零压缩表示法:省略掉两组以上的连续的0 用::隔开。

域名:

  • 域名对应IP,通过DNS(域名系统)进行解析,转换。
  • 常用机构顶级域名:com-商业部门、net-网络部门、edu-教育机构、gov-政府机构、mil-军事机构、org-非营利性组织、int-国际组织、web-网站相关组织、arts-文化娱乐组织、info-信息服务组织。
  • 国家顶级域名:au-澳大利亚、ca-加拿大、ch-瑞士、cn-中国、de-德国、dk-丹麦、es-西班牙、fr-法国、gr-希腊、jp-日本、nz-新西兰、ru-俄罗斯、uk-英国、us-美国。

互联网接入技术

  • 常用互联网接入技术:ISDN接入,ADSL技术,Cable Modem接入,无线接入,局域网接入等
  • ISP又为互联网服务提供商。

电子邮件

  • 常用电子邮件协议有三种:
    SMTP:简单邮件传输协议
    · POP3:邮局协议,把邮件从服务器(电子邮箱)传输到目标计算机中,并删除本地存档。
    · IMAP4:交互邮件访问协议POP3的替代协议,IMAP无需下载邮件到客户机,可以直接在邮箱中操作邮件等。

远程登陆:SSHTelnet协议。远程下载:FTP等。

无线传感器网络

         传感器敏感元件-转换元件-基本电路。

无线传感器网络(WSN)特点:大规模,动态性,可靠,以数据为中心,资源受限,快速部署,集成化,结点密集等

物联网基础

         布局:感知层,网络层,应用层。

软件技术基础

第十二章-软件技术基础

程序设计概述:

  • 程序:程序是为实先特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合。
  • 程序设计:程序设计就是使用程序设计语言编写程序代码来驱动计算机完成特定功能的过程。
  • 程序设计语言分类:机器语言,汇编语言,高级语言(分为命令式和函数式),4GL语言(第四代语言)
  • 程序设计基本过程:分析问题,确定解决方案,设计算法,编写程序,调试运行程序,整理文档。
  • 程序设计风格:提高程序效率的根本途径在于选择良好的设计方法,良好的数据结构算法,而不是靠编程时对程序语句做调整。

算法概念:

  • 算法是对解决某以特定问题的操作步骤的具体描述

算法的特征:

  • 可行性,确定性,有穷性,0个或多个输入/1个或多个输出。

算法的表示:

  1. 自然语言
  2. 传统流程图
  3. N-S
  4. 伪代码
  5. 计算机语言

程序框图:开始/结束用圆角矩形,输入用矩形,判断用菱形,输出用平行四边形。

算法设计的基本方法:

  1. 穷举法
  2. 归纳法
  3. 递推法
  4. 递归法
  5. 回溯法

算法评价:正确性,健壮性,可读性,时间复杂度,空间复杂度。

 

数据结构:

数据:数据是描述客观事物的所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号总称。

数据元素:数据的基本单位叫数据元素

         数据对象:数据对象是性质相同的数据元素的集合,是数据的一个子集。

         数据类型:在高级语言程序设计中,数据类型是操作对象的特性。

         数据结构:数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。

一个数据结构由两个要素:一个是数据元素的集合,另一个是关系的集合。

数据结构的表示方法:数据结构可以用二元组表示

根据数据结构总各元素之间的逻辑关系,一般将数据结构分为线性结构和非线性结构。

线性表:

特点:均匀性,有序性,前驱/后继唯一。

  • 线性表中所有元素占用存储空间是连续的。
  • 线性表中各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放。

栈:

  • 栈是一种特殊的线性表,在栈中插入与删除运算限定在表的一端进行(先进后出,后进先出)。

队列:

  • 队列只允许在一端(rear)进行插入元素,在另一端(font)删除元素(先进先出,后进后出,尾进头出)。

树与二叉树:

  • 树是一种简单的非线性结构。
  • 二叉树是一种特殊的树,其特点是每个节点最多只有两个子节点,次序不能颠倒。

二叉树的遍历:分为前(先)序遍历(根-左-右),中序遍历(左-根-右),后序遍历(左-右-根),层序遍历

程序设计方法:

  • 结构化程序设计主要强调的是程序的易读性。
  • 结构化程序设计具有顺序,选择,循环三种基本结构
  • 程序设计的基本原则:自顶向下,逐步求精,模块化,限制使用goto语句。

面向对象的程序设计:

  • 基本特点:标识唯一性,分类性,多态性,封装性。

软件工程:

  • 软件工程的定义:软件工程就是用工程,科学和数学的员额与方法研制,维护计算机软件的有关技术及管理方法。

软件危机:

  • 软件危机的根本原因:一方面与软件本身的特点有关,另一方面与软件开发和维护的方法不正确有关。主要表现为:
  1. 忽视软件开发前期的需求分析。
  2. 开发过程中,没有统一的、规范的方法论的指导
  3. 文档资料不全。
  4. 忽视人与人的交流。
  5. 忽视测试阶段的工作
  6. 提交用户的软件质量差
  7. 轻视软件的维护。

软件的生命周期:问题定义-可行性分析-需求分析-总体设计-详细设计-编码-测试-运行-维护升级-废弃,其大致可分为:定义阶段,开发阶段,运行维护阶段。

  • 软件开发模型:瀑布模型,演化模型,螺旋模型,喷泉模型,智能模型,组合模型等。
  • 软件工程的原则:抽象,信息隐蔽,模块化,局部化确定性一致性,完备性,可验证性
  • 软件开发方法:面向过程方法、面向对象方法、面向数据方法三种。
  • 软件测试方法:分为静态测试,动态测试,白盒测试,黑盒测试,灰盒测试。
  • 软件测试策略:分为单元测试,集成测试,确认测试,系统测试.

软件维护:

传统软件维护根据起因分为纠错性维护,适应性维护,完善性维护,预防性维护四大类

目前的软件维护活动分为面向缺陷的维护(程序级),和面向功能的维护(设计级)。

数据库技术基础

第十三章-数据库技术基础

数据库系统概述

         数据库系统的产生和发展

  • 数据库技术就是数据管理技术,是对数据的分类,组织,编码,存储,检索和维护。

数据库系统发展阶段:

  • 人工管理阶段
  • 文件系统阶段
  • 数据库系统阶段

数据库具有以下特点:

  • 数据库系统向用户提供高级的接口
  • 查询处理,优化
  • 并发控制
  • 数据库完整性约束

根据数据库技术发展,数据库系统发展分为三个阶段

  • 层次,网状数据库系统
  • 关系型数据库系统
  • 以面向对象为主要特征的数据库系统
  • 第三代数据库分类:分布式数据库,并行数据库,多媒体数据库,模糊数据库,时态数据库和实时数据库,演绎数据库,空间数据库,web数据库等。

数据库系统的基本概念

  • 数据:数据是描述现实世界事物的符号记录,是用物理符号记录的可以鉴别的信息,包括数字,文字,图像,图形,声音等其他特殊符号,经数字化后存入计算机。
  • 数据库:数据库是昌吉存储在计算机内,有组织的,可共享的数据集合。具有以下特点:
    • 最小的冗余度
    • 应用程序对数据资源共享
    • 数据库独立性高
    • 统一管理和控制
  • 数据库管理系统:数据库管理系统(DBMS)是位于用户与操作系统之间的数据管理软件,是用户和数据库的接口,基本功能包含以下方面:
    • 数据定义功能
    • 数据操纵功能
    • 数据库运行管理功能
    • 数据库的建立和维护功能
  • 数据库系统:是指的计算机系统中引入数据库后构成的系统,一般由数据库,操作系统,数据库管理系统,应用系统,数据库管理员和用户构成

数据库系统的应用模式

  • 数据库系统应用模式分为:个人计算机模式,集中模式,客户机/服务器模式,分布模式,浏览器/服务器模式。

数据库应用系统(DBAS)开发

         数据库应用系统是指帮助用户建立,使用和管理数据库的软件系统。

SQL简介

  • SQL是关系数据库的标准语言。
  • SQL的特点:功能强,高度非过程化,简洁易学
  • SQL语句分类:数据库定义语言,数据库操作语言,数据库查询语言,数据库控制语言。

常用数据库管理系统

  • MySQL、Oracle数据库、DB2、SQL Server、Sybase、Visual FoxPro 、Access等。

Access数据库管理系统

         Access基本对象:表,查询,窗体,报表,页,宏,模块。

         Access中,每个表都应有一个‘主键’来标识表中的唯一记录。

信息安全

第十四章-信息安全

信息安全概述

         信息安全按和系统安全

  • 信息安全可分为狭义安全和广义安全两个层次:
    狭义安全:以密码论为基础的计算机安全领域,辅以计算机技术,通信网络技术等方面内容。
    广义安全:以管理,技术,法律等相结合的产物

信息安全

信息安全是指信息在存储,处理和传输状态下能够保证其保密性,完整性和可用性

  • 保密性:指西不泄露给非授权的实体和个人,或供其使用的特性。
  • 完整性:指信息在传输,交换,存储和处理过程中保持非修改,非破坏,非丢失的特性,即保持信息的原样性。
  • 可用性:指信息的合法使用者能够访问为其提供的数据并能正常使用,或在非正常情况下能迅速恢复并投入使用的特性

信息安全隐患

  • 信息安全隐患一般表现为:信息泄露,信息完整性被破坏,拒绝服务,非法使用,窃听,业务流分析,假冒,抵赖等。
  • 信息系统不安全因素:硬件故障,软件漏洞,网络威胁,安全防范机制不健全,未建立完善的访问控制机制,未使用数据加密技术,未建立防火墙机制。
    • 网络威胁可分为主动攻击和被动攻击

信息存储安全技术

  • 磁盘镜像技术
  • 磁盘双工技术
  • 双机热备份技术
  • 快照,磁盘克隆技术
  • 海量存储技术:磁盘阵列技术(RAID)和网络存储技术
  • 热点存储技术:P2P存储

信息安全防范技术

         访问控制技术:包括密码认证技术,加密认证技术,数据加密技术,数字签名技术,防火墙技术,入侵检测技术和地址转换技术。

  • 密码认证技术:用户直接将密码发送给服务器进行认证,安全系数低
  • 加密认证技术:服务器随机发送字符,用户使用正确的算法加密并发送给服务器,服务器用正确的算法解密,解密成功即通过,简而言之就是验证用户的加密算法。
  • 数据加密技术:分为对称加密和非对称加密技术,数字签名技术,真签名技术和公证数字签名技术
  • 防火墙技术:防火墙分为包过滤防火墙和代理型防火墙。
  • 入侵检测技术:对网络活动进行实时监测,支持异常分析,活动监视,安全审计和完整性评估。
  • 地址转换技术(NAT):将内网计算机网络地址翻译/转换,使得外界无法识别内网计算机IP地址,达到隐藏和保护计算机的目的。

计算机病毒

         特点:传染性,潜伏性,可触发性,破坏性,隐蔽性,衍生性,非授权性等

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