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[入门] 计算机基础

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智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:03:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

1.什么是语言?什么是编程语言?
语言是一种事物与另一种事物沟通的介质
编程语言是程序员与计算机沟通的介质
2.什么是编程?
程序员把自己想让计算机做的事情通过编程语言表达出来
编程的结果就是一系列的文件
3.为什么编程?
是为了让计算机按照人类的思维逻辑去工作,从而解放人力
补充:
在编程的世界里,计算机其实就是人类的奴隶,编程的目的就是奴隶计算机
编程世界里的三种角色:我 ——》编程语言 ——》 计算机
二、计算机组成
1.控制器:是计算机的指挥系统,负责控制计算其他硬件的工作
2.运算器:负责数学运算与逻辑运算
控制器+运算器=CPU===》人类大脑
3.存储器:
1.内存:(内部存储器或主存储器(主存))
优点:存取速度快
缺点:断电数据丢失,只能临时地存取数据===》人脑的记忆功能
2.外存:(外部存储器或辅助存储器(辅存))如:硬盘
优点:断点数据不丢失,可以永久保存数据===》笔记本
缺点:存取速度慢
存储器是I/O设备
4.输入设备:
5.输出设备:
I/O效率是影响程序运行效率的的关键
总结:与运行程序有关的三大核心硬件:CPU、内存、硬盘。
程序最先都是存放于硬盘的
站在硬件角度,程序启动时,硬件的工作流程:
1.程序相关数据,先从硬盘读入内存
2.CPU从内存取出指令/数据,然后运行。
三、CPU详解
1.CPU具有向下兼容性。
64位的CPU可以运行32bit的软件
四、存储器详解
8bit = 1Byte
1024Bytes = 1KB
1024KB = 1MB
1024MB = 1GB
1024GB = 1TB
1024TB = 1PB
.
.
.
磁道 ——》
柱面 ——》
扇区 ——》

平均寻道时间(找磁道时间)+ 平均延迟时间(转半圈的时间)= 一次I/O时间
例:7200转/分的硬盘,一次I/O的时间大概:5ms(由于目前物理限制,只能如此)+ 4ms = 9ms
虚拟内存(SWAP)
五、一套完整的计算机系统分为三层:应用程序、操作系统、计算机硬件
六、操作系统的定义
操作系统是协调、管理、控制计算机硬件资源与应用软件的一个控制程序
应用程序是通过操作系统来间接控制硬件的
BIOS:basic input output system
在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序(Basic Input Output system)
BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的I/O软件,包括读键盘,写屏幕,进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存ROM中。
计算机启动流程
1.计算机加电
2.BIOS开始运行,检测硬件:cpu、内存、硬盘等
3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备
4.从启动设备上读取第一个扇区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)
5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统
6.然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),穿件需要的进程,并在每个终端上启动登录程序或GUI

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:04:43 | 显示全部楼层
计算机基础常识篇计算机的基本组成是什么?
在我上大学一年后的一天,一位学长问了我这样一个看似弱智其实致命的问题(小编就是计算机科学与技术专业的,即科班出身):然而小编不会
,不过不会的总要学嘛。于是历经几天的时间小编写下了本篇博文。致力于让更多的人了解电脑。
显示屏,键盘,鼠标,机箱(主板,CPU,内存,硬盘,电源,显卡,散热器,其他)具体见下图:


a.主板:相当于人的躯干(决定性能)是一个承载平台,后面所说CPU,内存,显卡均基于其上。
b.CPU:(中央处理器)负责处理数据,指令然后执行操作,控制。相当于人的大脑。见下图:



小编也是半调子

,所以只能解释其中几个(尽我所能):

线程:在一个程序里的一个执行路线就叫做线程(thread),通俗讲就是我们能处理的任务数量。一般来讲,几核心就是几线程,(但总有意外,英特尔公司的超线程技术{合理利用闲置资源}。见下图)
C代表核心数量,T代表线程数量
主频:
核心:
缓存:

那它为什么需要缓存呢?
因为CPU的数据交换速度比内存快很多。CPU就需要很多的时间来等内存的数据。缓存又分等级。
制程:就是制程工艺。
c.内存:负责运行电脑的所有程序,短暂存放CPU的运算数据。(它还与硬盘进行数据的交换)
d.硬盘:存储东西的地方,好比仓库。分为以下三种:
机械硬盘以西部数据为例:


e.电源:


这是美国出台的一个电源转换效率认证标准,但并不代表电源质量的好坏!
f.显卡主要负责输出显示图象,同时还负责协助CPU与图像处理的任务。内部又分(GPU,像素填充率,显存,显示卡)
GPU重点拿出来说一下:GPU的工作流程:
先把这个正方形的八个顶点给模拟出来,再投影到一个平面上后根据情况将这些顶点连起来(相当于将矢量图形经过栅格化转化成像素图形再给画面上色)便完成了一帧的画面。
CPU与GPU的分别:
就一个例子,读者自行感悟。
一服装公司要出新品,CPU就相当于设计者进行设计,但服装需要量产就需要招募更多的工人,这时GPU闪亮登场
 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:06:10 | 显示全部楼层

计算机 = 硬件 + 软件
硬件部分
计算机硬件 = MPU +存储器 + I/O接口 (运算器+控制器+存储器+输入设备+输出设备)
存储器 : 每个存储单元都有自己的编号,称为地址,每个地址中都存储数据 或 指令
控制器 :可以从存储器或输入、输出设备中读取指令和数据,对其进行解答,向运算器(ALU)提交服务和要求正确输入,并告知ALU对数据做什么样的处理,及结果反馈到哪里。
控制系统计数器 : 保持跟踪当前指令的地址。(指令的栈)
运算器 : 运算的逻辑单元 (算术运算+比较运算)—— 算力是有限
输入设备 : 鼠标 +键盘
输出设备 :显示屏 、打印机 等
软件构成 = 系统软件 + 应用软件
软件部分
数据和程序以二进制的形式不加区分的存放在存储器中,存放位置由地址指定,地址编码为二进制编码
工作原理
通过输入设备将程序和数据导入存储器中,控制器从存储器中进行读取控制指令和数据,然后将计算机数据给到逻辑运算单元进行执行指令,执行完成后,再发下一条指令,直到受奥结束指令。
指令:操作码 + 地址码
中央处理器(CPU) = 运算器 + 控制器
三总线结构
AB : 地址总线
DB :数据总线
CB : 控制总线
存储器 = 内存储器 (ROM + RAM) + 外存储器 + 高速缓存存储器
注:ROM+RAM 统称为存储器(只读存储器+随机存储器)
总线结构分类(组织方法)
单总线结构:所有结构都连在一套总线上。(对其上的设备读写只能分时进行)
双总线结构:存储器 及 i/o设备分开。两套总线分别相连。可并行。(mpu可分别在两套总线上同时于M和I/O接口进行交换信息)
多层总线结构:局部总线和全局总线之分,局部总线可以独立工作
微处理器包括:运算单元,控制单元和寄存器
微处理器典型结构
微处理器分为三个部分:内部总线及缓冲区、控制器、运算器。
控制器:指令寄存器(IR)—— 指令翻译器(ID)——操作控制器(OC)——寄存器组(RS)(通用寄存器组、堆栈指针(SP)、程序计数器(PC))
运算器:指令寄存器(IR)—— 指令翻译器(ID)——操作控制器(OC)——累加器(ACC)、累加锁存器、算术逻辑单元(ALU)、标志寄存器、暂存器。

程序计数器:存储下一条需要执行指令的地址。
堆栈:指针始终指向实际需要执行的站点,存放读书和写数的地址 ,特点先进后出。
存储器的结构:内部寄存器(R)——Cache(高速缓存器)——内存——外存
微型计算机
单片机:各组成部件集成在一个超大规模集成的电路芯片上
单板机:各组成部件装配在一块印制电路板上
多板机:各组成部件装配在多块印制电路板上
外接设备接口
并行口、串行口、PS-2接口、接口插卡
主板
CPU、内存、硬盘、光驱、各接口卡(显卡、声卡、网卡)
系统软件
操作系统、数据库管理系统、语言处理程序、服务型程序

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:06:28 | 显示全部楼层
计算机基础





1计算机五大单元:
           1.1)控制单元:位于CPU当中是整个计算机的控制指挥中心,同样维护电脑工作的有序性。
           1.2)运算单元:同样与控制单元位于计算机CPU当中,负责数据的运算
           1.3)输入单元:例如鼠标键盘,如同人的眼睛耳朵一样从外界获取信息
           1.4)输出单元:显示屏,音响。将计算机的处理结果或者信息表达出来
           1.5)内存:当计算机运行一条命令时,首先硬盘将命令文件上传给内存,内存再将文件交给CPU执行,相应的当命令执行完成后,相应的内存也会被释放。内存主要分为两种>    :一种为RAM,RAM内存具有易失性,并不能永久的保存文件,当计算机断电后RAM内存中的数据将会全部消失,另外一种则是ROM只读内存,一旦被数据写入将不能被改变,>    ROM中的数据断电后也不会消失,通常计算机BIOS(basic input output system)系统就位于ROM当中

(这张图在深入了解计算机系统看到的然后在网上搜到到借用下  这张图很好找了好久   从那个博主那拿得记不清了见谅见谅)
2. 计算机组成:
    计算机由IO设备,硬盘,硬盘控制器,网络适配卡,IO桥(南桥),内存,CPU,总线接口(北桥),当中IO设备,硬盘,硬盘控制器,网络适配卡由IO总线连接到IO桥(南桥),总线负责将CPU,内存这些存储速度高的设备连接到总线接口(北桥)。
3 计算机基本存储单位
在计算机底部数据是以二进制形式存在的,二进制也分为原码,反码,补码。
例如10的二进制数字是"0000 1010" 这个就是原码(十进制转换二进制采用除二取余法,感觉和欧几里德最大公因数辗转相除法很像),反码则将原码1,0反过来 "1111 0101",补码则是将反码加1 "1111 0110"
计算机中一个"0"占一个bit,一个字节占4bit。
计算机最小的存储单位是bit,bit最大存储一个数据,容量很小,于是出现了Bytes,KBytes,MBytes,GBytes,TBytes等 (1GB=1024MB,1MB=1024KB,1KB=1024Bytes,1Bytes=8bit,)
4 硬盘:
硬盘市面大概分为两种 机械硬盘和固态硬盘,其中机械硬盘由盘面,读写磁头组成。其中磁盘最小的物理单位为一个扇面即512bit。磁头在读写数据走过的被叫为磁道,一个圆形磁道所造成的一个圆则是柱面,从这你可以联想到为什么分区要在分区前空上那么一小点,既然机械硬盘具有盘面那么读取数据时就肯定有一个磁头寻找数据的延迟,7200转的机械硬盘平均需要9毫秒来寻找数据,每次寻找数据都有一个延迟,很麻烦,但是机械硬盘有一个缓冲存储器,把常用的数据放在缓冲存储器上,要用的时候直接去缓冲存储器拿,节省了磁头寻找数据的延迟。而固态硬盘你可以把它想象成一个断电后数据不会丢失的内存,没有盘面,省略了磁头寻找数据的过程,速度快,但是在成本技术方面却导致了它容量不是太大,
5 内存:
内存可以看做数据的一个中转站,由于硬盘的速度导致CPU处理数据时并不能直接从硬盘中读取数据,需要一个速度更快的存储介质来帮硬盘,
6 CPU:计算机的大脑:
6.1) CPU包括寄存器,ALU等。CPU从内存当中读取命令时也并不是直接执行的,命令会先被加载到寄存器当中,然后才被执行,寄存器属于内存界的最高层,读写速度极快(读写速度 :磁带<硬盘<内存<L1高速缓存<CPU寄存器)
6.2)CPU的型号X86_64则是什么意思?X86代表型号,64则代表CPU读取数据时每次读取数据的最大宽度限制,通常64位都是向上兼容32位的但是32位却不能兼容64位
7 CMOS与BIOS
电脑关机之后电脑时间并不会停止,是因为CMOS要记录主板的重要参数和BIOS系统配置和启动时所挂载的系统盘,各项设备的IO地址,因此主板上必须要有一块电池来供应CMOS,
建立在计算机上面有很多种编程语言,什么是编程语言?什么是编程?为什么要编程?
通俗来讲编程语言是与计算机沟通的方式,编程则是命令计算机能够做出高效准确的工作结果,为什么要编程?我感觉没有确切答案,我的原因就是我爱计算机

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:06:46 | 显示全部楼层

一.计算机系统

计算机系统由硬件系统(Hardware)和软件系统(Software)两部分组成



二.计算机硬件

计算机:电脑,是一种能 接收和存储信息,并能对海量数据进行自动、高速处理并输出处理结果的现代化智能电子设备。

1946年,世界上 第一台计算机EAINC,在美国诞生

计算机组成部分:运算器、控制器、存储器(主存储器RAM断电丢失决定运算速度、辅助存储)、输入设备、输出设备(1946,冯诺依曼)



  •     冯诺依曼体系规定:计算机处理数据基于二进制;加工数据放在主存储器
  •     计算机的存储单位:1k=1024=2^10          1M=1024k=2^20        1G=1024M=2^30          1T=1024G                                              1P          1E      1Z       1Y        1B         1N       1D

三.服务器

1.服务器硬件组成:电源、内存、CPU(Central Processing Unit)、网卡、PCI、风扇、硬盘

2.CPU性能指标:主频、外频(内存总线速度)、倍频        主频=外频*倍频

3.地址总线宽度:决定了CPU可以访问的物理地址空间

4.服务器按CPU体系架构分类:非x86服务器:使用RISC(精简指令集)或EPIC(并行指令代码)处理器;x86服务器:使用CISC(非精简指令集)

5.内存带宽:内存与北桥芯片之间的数据传输率=内存总线频率*数据总线位数/8

服务器内存具有备用技术和内存镜像

6.硬盘结构:存储介质——盘片;读写头——磁头;马达

7.硬盘接口类型:IDE、SCSI、SATA、SAS(主流硬盘接口为后两种)

8..服务器支持热插拔技术(常见设备:硬盘、电源、PCI设备、风扇)

四.存储的基础知识

存储网络:DAS:直接连接存储;NAS:网络连接存储;SNA:存储区域网络

ISCSI基于以太网网络实现的,实现SNA,提供磁盘空间

五.操作系统

1.操作系统OS(Operating  System) ,通用目的的软件程序(硬件驱动、进程管理、内存管理、网络管理、安全管理、文件管理)

2.开发接口标准:

ABI(Application Binary  Interface)应用程序与操作系统通信交互的接口

API(Application  Programming   Interface)定义源码和库之间的接口

POSIX:Portable   Operating   System   Interface    IEEE在操作系统上定义的一系列API标准

3.用户和内核空间:

user space    用户空间:在此处可工作用户程序,只执行简单计算

kernel  space   内核空间:具有访问硬件的权限,可执行任意命令

六.Linux基础知识

1.linux内核版本:主版本号、次版本号、末版本号、编译版本号、厂商版本号



2. Linux哲学思想:

  •         一切皆文件(包括硬件)
  •         小型,单一用途的程序
  •        链接程序,共同完成复杂任务
  •        避免令人困惑的用户界面(不用图形界面)
  •        配置数据存储在文本中(windows中数据大部分放在注册表中)

3.分区介绍

  •         主分区(1-4):一块硬盘最多四个,不可分小区,可用来启动操作系统(系统分区:一定是主分区),直接建文件系统,存放数据
  •        扩展分区:一块硬盘最多只有1个,加上主分区最多四个,不能建文件系统NTFS,FAT,可以再划分更小的分区
  •        逻辑分区(5-~):可以创建文件系统,可存放数据,不可再分
  •        启动分区:安装操作系统(OS)的分区
  •       活动分区:一个硬盘多个主分区,只有一个是活动分区

4.Linux目录文件的学习:

/为根目录;

/user(相当于Windows中的windows progrom files文件);

/home(用户);

/tmp(存放临时信息);

/var(存放变化数据);

/var/log(存放日志文件);

/etc(存放配置数据);

/boot(存放启动数据);

/dev(存放硬件)


 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:07:08 | 显示全部楼层
一、计算机系统


1、硬件五大部分:




2、虚拟内存:
许多计算机支持虚拟内存机制,该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序,方法是将正在使用的程序放入内存取执行,而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方,这块地方成为虚拟内存,在linux中成为swap,这种机制的核心在于快速地映射内存地址,由cpu中的一个部件负责,成为存储器管理单元(Memory Management Unit MMU)
3、启动计算机:
在计算机的主板上有一个基本的输入输出程序(Basic  Input Output system)
BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的I/O软件,包括读键盘,写屏幕,进行磁盘I/O,该程序存放于一非易失性闪存RAM中。
启动流程:
-------.计算机加电
-------.BIOS开始运行,检测硬件:cpu、内存、硬盘等
-------.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备
-------.从启动设备上读取第一个扇区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)
-------.根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统
-------.然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),穿件需要的进程,并在每个终端上启动登录程序或GUI
二、操作系统:
1、为什么要有操作系统
程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到,管理这些硬件并且加以优化使用是非常繁琐的工作,这个繁琐的工作就是操作系统来干的,有了他,程序员就从这些繁琐的工作中解脱了出来,只需要考虑自己的应用软件的编写就可以了,应用软件直接使用操作系统提供的功能来间接使用硬件。
2、什么是操作系统
----精简的说的话,操作系统就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序
----细说的话,操作系统应该分成两部分功能:
--------隐藏了丑陋的硬件调用接口,为应用程序员提供调用硬件资源的更好,更简单,更清晰的模型(系统调用接口)。应用程序员有了这些接口后,就不用再考虑操作硬件的细节,专心开发自己的应用程序即可。为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象
--------将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化。管理硬件资源

三、网络基础-网络通信原理

1、互联网的本质就是一系列的网络协议
2、osi七层协议
-----互联网协议按照功能不同分为osi七层或tcp/ip五层或tcp/ip四层:

-----每层运行常见物理设备

A-----1、物理层由来:上面提到,孤立的计算机之间要想一起玩,就必须接入internet,言外之意就是计算机之间必须完成组网
-----1.1、物理层功能:主要是基于电器特性发送高低电压(电信号),高电压对应数字1,低电压对应数字0

B-----2、数据链路层由来:单纯的电信号0和1没有任何意义,必须规定电信号多少位一组,每组什么意思
-----2.1、数据链路层的功能:定义了电信号的分组方式
-----2.2、以太网协议:
----------早期的时候各个公司都有自己的分组方式,后来形成了统一的标准,即以太网协议ethernet
ethernet规定:
一组电信号构成一个数据包,叫做‘帧’。每一数据帧分成:报头head和数据data两部分
       head
                       data                             
head包含:(固定18个字节)
发送者/源地址,6个字节
接收者/目标地址,6个字节
数据类型,6个字节
data包含:(最短46字节,最长1500字节)
数据包的具体内容
head长度+data长度=最短64字节,最长1518字节,超过最大限制就分片发送
----------mac地址:
head中包含的源和目标地址由来:ethernet规定接入internet的设备都必须具备网卡,发送端和接收端的地址便是指网卡的地址,即mac地址
mac地址:每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址,长度为48位2进制,通常由12位16进制数表示(前六位是厂商编号,后六位是流水线号)
----------广播:
有了mac地址,同一网络内的两台主机就可以通信了(一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址)
ethernet采用最原始的方式,广播的方式进行通信,即计算机通信基本靠吼

C-----3、网络层由来:有了ethernet、mac地址、广播的发送方式,世界上的计算机就可以彼此通信了,问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的,那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式,那么一台机器发送的包全世界都会收到,这就不仅仅是效率低的问题了,这会是一种灾难。所以就采用路由的方式(向不同广播域/子网分发数据包),mac地址是无法区分的,它只跟厂商有关
-----3.1、网络层功能:引入一套新的地址用来区分不同的广播域/子网,这套地址即网络地址
-----IP协议:
规定网络地址的协议叫ip协议,它定义的地址称之为ip地址,广泛采用的v4版本即ipv4,它规定网络地址由32位2进制表示
范围0.0.0.0-255.255.255.255
一个ip地址通常写成四段十进制数,例:172.16.10.1
-----ip地址分成两部分
网络部分:标识子网
主机部分:标识主机
注意:单纯的ip地址段只是标识了ip地址的种类,从网络部分或主机部分都无法辨识一个ip所处的子网
例:172.16.10.1与172.16.10.2并不能确定二者处于同一子网
-----子网掩码
所谓”子网掩码”,就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址,也是一个32位二进制数字,它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.10.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。
-----知道”子网掩码”,我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。
-----总结一下,IP协议的作用主要有两个,一个是为每一台计算机分配IP地址,另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
-----ip数据包
ip数据包也分为head和data部分,无须为ip包定义单独的栏位,直接放入以太网包的data部分
head:长度为20到60字节
data:最长为65,515字节。
而以太网数据包的”数据”部分,最长只有1500字节。因此,如果IP数据包超过了1500字节,它就需要分割成几个以太网数据包,分开发送了。
以太网头   
            ip 头
                                   ip数据                                
----- ARP协议:
----------arp协议由来:计算机通信基本靠吼,即广播的方式,所有上层的包到最后都要封装上以太网头,然后通过以太网协议发送,在谈及以太网协议时候,我门了解到通信是基于mac的广播方式实现,计算机在发包时,获取自身的mac是容易的,如何获取目标主机的mac,就需要通过arp协议
----------arp协议功能:广播的方式发送数据包,获取目标主机的mac地址
协议工作方式:每台主机ip都是已知的
例如:主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24
一:首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
场景
数据包地址
同一子网
目标主机mac,目标主机ip
不同子网
网关mac,目标主机ip
二:分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络,那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)

源mac
目标mac
源ip
目标ip
数据部分
发送端主机
发送端mac
FF:FF:FF:FF:FF:FF
172.16.10.10/24
172.16.10.11/24
数据
三:这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输,所有主机接收后拆开包,发现目标ip为自己的,就响应,返回自己的mac

D-----4、传输层的由来:网络层的ip帮我们区分子网,以太网层的mac帮我们找到主机,然后大家使用的都是应用程序,你的电脑上可能同时开启qq,暴风影音,等多个应用程序,
那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机,如何标识这台主机上的应用程序,答案就是端口,端口即应用程序与网卡关联的编号。
-----传输层功能:建立端口到端口的通信
   补充:端口范围0-65535,0-1023为系统占用端口
----------tcp协议:
可靠传输,TCP数据包没有长度限制,理论上可以无限长,但是为了保证网络的效率,通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度,以确保单个TCP数据包不必再分割。
以太网头
ip 头              
tcp头              
数据                                                   
----------udp协议:
不可靠传输,”报头”部分一共只有8个字节,总长度不超过65,535字节,正好放进一个IP数据包。
以太网头
ip头                 
    udp头                           
数据                                          

E-----5、应用层由来:用户使用的都是应用程序,均工作于应用层,互联网是开发的,大家都可以开发自己的应用程序,数据多种多样,必须规定好数据的组织形式
应用层功能:规定应用程序的数据格式。
-----最后图片总结网络传输:


-----我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提能能够唯一的标示一个进程,在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程,但PID只在本地唯一,网络中的两个进程PID冲突几率很大,这时候我们需要另辟它径了,我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机,而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程,这样我们可以利用ip地址+协议+端口号唯一标示网络中的一个进程。能够唯一标示网络中的进程后,它们就可以利用socket进行通信了
-----什么是socket?
我们经常把socket翻译为套接字,socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层,它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

socket起源于UNIX,在Unix一切皆文件哲学的思想下,socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现,服务器和客户端各自维护一个"文件",在建立连接打开后,可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容,通讯结束时关闭文件。
四、网络基础-网络通信实现
1、想实现网络通信,每台主机需具备四要素
-----本机的IP地址
-----子网掩码
-----网关的IP地址
-----DNS的IP地址
2、获取这四要素分两种方式
----1.静态获取
-----即手动配置
----2.动态获取
-----通过dhcp获取
以太网头
ip头
udp头
dhcp数据包
(1)最前面的”以太网标头”,设置发出方(本机)的MAC地址和接收方(DHCP服务器)的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址,后者这时不知道,就填入一个广播地址:FF-FF-FF-FF-FF-FF。
(2)后面的”IP标头”,设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时,对于这两者,本机都不知道。于是,发出方的IP地址就设为0.0.0.0,接收方的IP地址设为255.255.255.255。
(3)最后的”UDP标头”,设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的,发出方是68端口,接收方是67端口。
这个数据包构造完成后,就可以发出了。以太网是广播发送,同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF,看不出是发给谁的,所以每台收到这个包的计算机,还必须分析这个包的IP地址,才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0,接收方是255.255.255.255,于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”,而其他计算机就可以丢弃这个包。
接下来,DHCP服务器读出这个包的数据内容,分配好IP地址,发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的,以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址,IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址(发出方)和255.255.255.255(接收方),UDP标头的端口是67(发出方)和68(接收方),分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。
新加入的计算机收到这个响应包,于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数
五、网络基础-网络通信流程
1.本机获取
----本机的IP地址:192.168.1.100
----子网掩码:255.255.255.0
----网关的IP地址:192.168.1.1
----DNS的IP地址:8.8.8.8
2.打开浏览器,想要访问Google,在地址栏输入了网址:www.google.com
3.dns协议(基于udp协议)

----13台根dns:
A.root-servers.net198.41.0.4美国
B.root-servers.net192.228.79.201美国(另支持IPv6
C.root-servers.net192.33.4.12法国
D.root-servers.net128.8.10.90美国
E.root-servers.net192.203.230.10美国
F.root-servers.net192.5.5.241美国(另支持IPv6
G.root-servers.net192.112.36.4美国
H.root-servers.net128.63.2.53美国(另支持IPv6
I.root-servers.net192.36.148.17瑞典
J.root-servers.net192.58.128.30美国
K.root-servers.net193.0.14.129英国(另支持IPv6)
L.root-servers.net198.32.64.12美国
M.root-servers.net202.12.27.33日本(另支持IPv6)
顶级域名:以.com,.net,.org,.cn等等属于国际顶级域名,根据目前的国际互联网域名体系,国际顶级域名分为两类:类别顶级域名(gTLD)和地理顶级域名(ccTLD)两种。类别顶级域名是 以"COM"、"NET"、"ORG"、"BIZ"、"INFO"等结尾的域名,均由国外公司负责管理。地理顶级域名是以国家或地区代码为结尾的域名,如"CN"代表中国,"UK"代表英国。地理顶级域名一般由各个国家或地区负责管理。
二级域名:二级域名是以顶级域名为基础的地理域名,比喻中国的二级域有,.com.cn,.net.cn,.org.cn,.gd.cn等.子域名是其父域名的子域名,比喻父域名是abc.com,子域名就是www.abc.com或者*.abc.com.
一般来说,二级域名是域名的一条记录,比如alidiedie.com是一个域名,www.alidiedie.com是其中比较常用的记录,一般默认是用这个,但是类似*.alidiedie.com的域名全部称作是alidiedie.com的二级
4.HTTP部分的内容,类似于下面这样:
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: … …
我们假定这个部分的长度为4960字节,它会被嵌在TCP数据包之中。
5. TCP协议
TCP数据包需要设置端口,接收方(Google)的HTTP端口默认是80,发送方(本机)的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数,假定为51775。
TCP数据包的标头长度为20字节,加上嵌入HTTP的数据包,总长度变为4980字节。
6 .IP协议
然后,TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址,这是已知的,发送方是192.168.1.100(本机),接收方是172.194.72.105(Google)。
IP数据包的标头长度为20字节,加上嵌入的TCP数据包,总长度变为5000字节。
7. 以太网协议
最后,IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址,发送方为本机的网卡MAC地址,接收方为网关192.168.1.1的MAC地址(通过ARP协议得到)。
以太网数据包的数据部分,最大长度为1500字节,而现在的IP数据包长度为5000字节。因此,IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头(20字节),所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。
8. 服务器端响应
经过多个网关的转发,Google的服务器172.194.72.105,收到了这四个以太网数据包。
根据IP标头的序号,Google将四个包拼起来,取出完整的TCP数据包,然后读出里面的”HTTP请求”,接着做出”HTTP响应”,再用TCP协议发回来。
本机收到HTTP响应以后,就可以将网页显示出来,完成一次网络通信。

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:07:27 | 显示全部楼层
什么是计算机
  • computer
  • 能够按照程序运行的,自动、高效处理海量数据的现代化智能电子设备
  • 由硬件和软件组成
  • 广泛应用:科学计算、数据处理、人工智能、自动控制
计算机硬件
  • 一些物理装置按照系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础
  • 计算机硬件组成
    – CPU
    – 主板
    – 内存条
    – 电源、主机箱
    – 硬盘、显卡
    – 鼠标、键盘
    – 显示器等
  • 冯诺依曼体系结构


计算机软件
  • 可以是计算机按照事先预定好的书序完成特定的功能
  • 分为系统软件和应用软件
  • 系统软件:Windows、Mac、iOS、Android
  • 应用软件:微信、QQ、WPS
  • 软件开发
  • 人机交互(图形化界面,命令行)
常用快捷键
  • 键盘功能键:Tab、shift、Ctrl、alt、enter
  • 键盘快捷键:Ctrl+a全选,Ctrl+C复制,Ctrl+v粘贴,Ctrl+x剪切,Ctrl+s保存,alt+f4关闭窗口,shift+delete永久删除,Windows+tab切换窗口
基本的DOS命令
  • 开启DOS控制台的方式:
    – 开始+系统+命令行
    – Windows+r键 输入cmd
    – 在任意文件夹下,按住shift+鼠标右键
    –资源管理器的地址栏前面加cmd
  • 常用DOS命令
  • 切换盘符f:+enter
  • 查看文件目录:dir
  • 切换目录:cd /d e:\idea
  • 返回上一级:cd …
  • 清屏:cls
  • 退出终端:exit
  • 查看电脑ip:ipconfig/ifconfig
  • 打开应用程序:calc计算器、mspaint画图、notepad记事本
  • 测试网络:ping www.baidu.com
  • 创建文件夹:md 文件夹名
  • 创建文件:cd> a.txt
  • 删除文件: del a.txt
  • 删除文件夹:rd 文件夹名

计算机语言发展史
  • 第一代语言
    • 机器语言:二进制
  • 第二代语言
    • 汇编语言:指令代替二级纸
    • 目前应用:****、机器人、病毒
  • 第三代语言
    • 摩尔定律
    • 高级语言
    • 面向过程和面向对象两大类
    • C语言是典型的面向过程的语言,C++、java是典型的面向对象的语言

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:07:45 | 显示全部楼层


1. 计算机基本概念1.1 计算机是什么?
  • 计算机(computer)俗称电脑,是现代一种用于高速计算的电子计算机器
  • 特点 : 数值计算 逻辑计算 存储记忆功能
  • 总结 : 能够按照程序运行、自动、高速处理数据的现代化智能电子设备
1.2 计算机的组成?
  • 硬件:鼠标 键盘 显示器 CPU 硬盘… 看的见摸的着.
  • 软件yCharm QQ 浏览器 英雄联盟… 看不见摸不着
2. 计算机语言2.1 计算机语言的基本概念
  • 概念 :计算机语言(Computer Language)指用于人与计算机之间通讯的语言。
  • 总结:能够按照程序运行、自动、高速处理数据的现代化智能电子设备
2.2 计算机语言的发展
  • 机器语言 --> 汇编语言 --> 高级计算机语言
  • 机器语言:最初的机器语言都是由0 和 1组成的二进制数,说白了二进制就是机器语言组成的基础
  • 汇编语言:汇编语言是在机器语言基础之上发展的,它用了一些简单的字母和符号串来代替二进制串,这样就提高了语言的记忆性和识别性
  • 高级计算机语言: 就是一系列指令的集合 例如: JAVA C C++ Python
2.3 解释型和编译型的语言区别
根据转换时机的不同,语言分成了两大类:编译型语言 和 解释型语言
  • 编译型语言
    • C语言
    • 编译型语言,会在代码执行前将代码编译为机器码,然后将机器码交由计算机执行
    • 特点: 执行速度特别快 跨平台性比较差
  • 解释型语言
    • Python Java
    • 解释型语言,不会在执行前对代码进行编译,而是在执行的同时一边执行一边编译
    • 特点:执行速度比较慢 跨平台性比较好

3. 交互方式3.1 交互方式的种类
  • 命令行的交互方式 (Text-based User Interface) TUI
  • 图形界面化的交互方式 Graphical User Interfac) GUI
3.2 文本交互模式打开的方式(win)

  • win键 + R --> CMD --> 回车
  • 命令行结构
  • Microsoft Windows[版本 6.1.7601] —> 版本
  • 版权所有&#169; 2009 Microsoft Corporation。保留所有权利 —> 版权声明
  • C:\User>
    • C: —>所在磁盘的根目录 (可以通过 X: 切换盘符)
    • \User\Administrato —> 所在磁盘路径,当前所在的文件夹
    • —> 命令提示符 (在后面可以直接输入指令)

3.3 DOS命令
命令
作用

dir列出当前目录下的文件夹或者文件
md创建目录
rd删除目录
cd进入指定目录
cd…退回上一级目录
cd/退回到根目录
del删除文件
exit退出dos命令4. 文本文件和字符集4.1 文本文件
  • 文本分为两种 : 一种 纯文本 一种 富文本
  • 纯文本只能保存单一的文本内容,无法保存内容无关的东西(例如 txt文本文档)
  • 富文本可以保存文本以外的东西(例如 有道笔记)
  • 纯文本在计算机底层也会转换为二进制保存
    • 将字符转换为二进制码的过程,我们称之为编码 decode()
    • 将二进制码转换成字符的过程,我们称之为解码 encode()

4.2 常见的字符集
  • ASCII 美国人编码 使用7位来对美国常用的字符进行编码 包含128个字符
  • ISO-8859-1 欧洲的编码 使用8位来编码 包含256个字符
  • GBK 中国人编码(国标码)
  • Unicode 万国码 包含世界上所有语言和字符 编写程序一般都会使用Unicode 编码
  • Unicode 编码有多种实现 UTF-8 UTF-16 UTF-32
5. 进制5.1 进制之间的转换
  • 十进制–>二进制 原理: 对十进制数进行除2运算

    二进制" style="box-sizing: border-box; user-select: text !important; border: 0px; vertical-align: middle; max-width: 100%; height: auto; cursor: zoom-in;">
  • 二进制 – > 十进制 原理:二进制乘以2(次幂)的过程

    十进制" style="box-sizing: border-box; user-select: text !important; border: 0px; vertical-align: middle; max-width: 100%; height: auto; cursor: zoom-in;">
  • 进制越大表现形式越短,之所以出现其他进制就是为了更方便的表示数据
5.2 进制的计数
  • 十进制
    • 十进制满十进一 十进制一共有10个数字
    • 计数 : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 …19 20
  • 二进制
    • 二进制满二进一 二进制一共有2个数字 0 1
    • 计数 : 0 1 10 11 100 101 110 111 1000…
  • 八进制
    • 八进制满八进一 八进制一共有8个数字
    • 计数 : 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 … 17 20 21…27 30
  • 十六进制
    • 十六进制满十六进位 十六进制的数字 引入了 a b c d e f 表示 10 11 12 13 14 15
    • 计数 : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 10 11 12 13 … 1a 1b 1c 1d 1e 1f 20 21 22 23 24…2a 2b 2c 2d 2e 2f 30 31 32 33 34… 3a 3b…

5.3 数据间的换算
  • bit是计算机中最小的单位
  • byte是我们最小的可操作的单位
  • 8bit = 1byte(字节)
  • 1024byte = 1kb(千字节)
  • 1024kb = 1mb(兆字节)
  • 1024mb = 1gb(吉字节)
  • 1024gb = 1tb(太字节)
6. 环境变量6.1 基本概念
  • 环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数,如:临时文件夹位置和系统文件夹位置等
  • 环境变量操作
    • 查看环境变量
      右键计算机(此电脑),选择属性
      • 系统界面左侧选择 高级系统设置
      • 选择环境变量
    • 添加环境变量
      • 通过新建按钮添加环境变量
      • 环境变量可以有多个值 , 值与值之间用 英文逗号隔开
    • 修改环境变量
      • 通过编辑按钮来修改环境变量
    • 删除环境变量
      • 通过删除按钮来删除环境变量


6.2 path环境变量
  • path环境变量 保存的是一个一个的路径
  • 当我们在命令行中输入一个命令,系统会先在当前目录下找,如果有就直接打开
  • 如果没有则会去path环境变量的路径去找,直到找到为止。没找到则会报错
  • 我们可以将一些经常要访问的文件或程序的路径添加到环境变量当中。这样我们就可以在任意位置来访问这些文件了
  • 注意事项:
  • path环境变量不区分大小写 path Path PATH
  • 多个路径之间用 ; 隔开

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:08:16 | 显示全部楼层
计算机基础
计算机系统1、总论:
计算机系统由硬件(Hardware)系统和软件(Software)系统两大部分组成
            
2、计算机硬件
计算机(Computer):俗称电脑,是一种能接收和存储信息,并按照存储在其内部的程序对海量数据进行自动、高速地处理,然后把处理结果输出的现代化智能电子设备。
(1)计算机硬件组成
冯·诺伊曼体系: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

10进制和2进制:
二         十
0           0
1            1
10           2
100          4
1000          8  2^3
10000       16
100000      32  2^5     
Linux系统用bc:
unbuntu 安装bc:apt install bc
命令 bc
obase=2
97
1100001
quit
截图1:输出2进制,默认输出10进制
截图2:输入2进制,默认输出10进制

(2)按规模划分
  • 巨型计算机
  • 大型计算机
  • 小型计算机
  • 微型计算机
        
(3)服务器
   
服务器按照外形分类:
  • 塔式服务器
  • 刀片式Blade服务器
  • 机架式Rack服务器
塔式服务器
   
刀片式Blade服务器
        
机架式Rack服务器
        
按照CPU体系架构来区分,服务器分类:
  • 非x86服务器
  • x86服务器
   
(A)服务器硬件组成
电源、cpu、内存、硬盘、网卡、PCI、风扇
   
服务器配置示例
        
(a)服务器硬件--CPU
         CPU是Central Processing Unit的缩写,即中央处理器,由控制器和运算器构成,是整个计算机系统中最重要的部分。
  
  • 主频
  • 外频
  • 倍频    主频=外频X倍频
  • 高速缓存(cache)
  • 内存总线速度
  • 地址总线宽度
   
cpu类型
   
服务器硬件--主板

(b)服务器硬件--内存
   
   
补充:
北桥是个人电脑主板芯片组两枚大规模芯片中的一枚。北桥被用来处理高速信号,通常处理CPU(处理器),RAM(内存),AGP端口或PCI Express,和南桥芯片之间的通信。
南桥芯片负责I/O总线之间的通信,如PCI总线、USB、LAN、ATA、
字节    byte 1111 1111
位        bit 0 1
1字节=8位
  • 在线备用内存技术
  • 内存镜像
   
补充:
存储容量的单位换算:
K 1024 2^10
M 1024K 2^20
G 1024M 2^30
T 1024G
P 1024T
E 1024P
Z
Y
N
D
B
(c)服务器硬件--硬盘

  
硬盘的接口类型:

    • IDA接口
    • SCSI接口
    • SATA接口
    • SAS接口

   
服务器的性能短板:
   
SSD硬盘:
   
(d)服务器硬件--阵列卡
Raid卡
   
(e)服务器硬件--电源
        
        
(f)服务器硬件--显卡
        GPU:Graphic Processing Unit,即“图形处理器”
        
(g)服务器硬件--网卡
   
1Gbps     ==>1Gbit/second
(h)服务器硬件--热插拔技术
   

(i)服务器硬件--机柜
        
机架式服务器-机架及其配件
        
(4)存储基础知识--存储网络
存储网络:

    • DAS------直接连接存储
    • NAS------网络连接存储
    • SAN------存储区域网络

·
  网络连接存储
        
   存储区域网络
        
DAS、NAS、SAN三者比较:
        
3、计算机软件(1)操作系统
OS:Operating System

    • 硬件驱动
    • 进程管理
    • 内存管理
    • 网络管理
    • 安全管理
    • 文件管理

   
(2)开发接口标准
ABI/API/POSIX

libary 库
加密 算法
算法库
程序  调用API    库

运维:会看说明书       使用
使用APP 开发人
库           开发库
OS          开发
硬件        开发
(3)Library function 和system call


user -->    app    -->  libary    --> system call     --> kernel       --> hardware
(3)用户和内核空间
用户空间 User space
内核空间 Kernel space
   
   

(4)编程语言
  • 低级语言
  • 中级语言
  • 高级语言
   
(5)服务器三大操作系统
   
(6)服务器操作系统市场
        

(7)兼容分时系统
        
(8)兼容分时系统Multics

4、Ken Thompson:一切为了游戏

Unix历史

GNU

5、Linux起源
eg:centos=linux(os kernel)+gnu app
完成比完美更重要

6、Linux发行版

7、Linux内核

8、开源 Open Source

9、开源协议



10、Linux哲学思想
  • 一切皆文件(包括硬件)
  • 小型,单一用途的程序
  • 链接程序,共同完成复杂的任务
  • 避免令人困惑的用户界面
  • 配置数据存储在文本中

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:08:40 | 显示全部楼层
计算机基础







全世界都有各国的语言,各地的方言,而计算机也有很多的编程语言。
编程语言就是程序员让计算机解决问题的工具,例如程序员想要让计算机干一件特定的事情,那这个时候就得先了解计算机其中的原理。

计算机硬件介绍:

计算机硬件包括:CPU\硬盘\内存\输入输出设备,  这些设备都通过总线连接,总线就相当人的大脑神经。



CPU:

CPU=大脑:从内存中 取指令→解码→执行,一直反复执行这一过程,直到整个程序执行完成。
每个CPU都有自己的指令集,相当于每个人的大脑结构都一样,但是每个人会的事情也不一样。

寄存器:   在访问内存得到指令或数据的时间比CPU执行指令的时间要长,所以,CPU内部都有一些用来保存关键变量和临时数据的寄存器。将一个字(理解为数据)从内存调入寄存器,以及将一个字从寄存器存入内存。CPU的一些指令集可以把来自寄存器、内存的操作数据组合,或者用两者产生一个结果,例如将两个字相加将结果存在寄存器中。


寄存器的分类:

通用寄存器:存储变量和临时结果
程序计算器:它保存了将要取出的下一条指令的内存地址。取出指令后,程序计算器就被更新以便执行后期的指令。
堆栈指针:也是一种寄存器,堆栈指针的规则是“先进后出”,先进去的后出来, 举个例子,有一个箱子,刚刚好可以放下一本书的大小,有语文、数学、英语、化学,先将语文放去,然后数学、英语、化学。
那么在出栈的时候,最先出来的是化学、英语、数学、语文。   跟进去的顺序相反,这就是“先进后出”的原则。

程序状态字寄存器(Program Status Word , PSW): 这个寄存器包含了条码位,CPU优先级、模式(用户态或内核态),及其它各种控制位。用户通常读入整个PSW,但是只对其中少量的字段写入。


####用户态与内核态:

    CPU划分出来的两个权限等级,限制不同的程序之间的切换。  所有用户程序的运行都是在用户态的,但是有时候程序需要做一些内核态的事情,像硬盘读取数据。
  内核态:操作系统在内核态下运行,可以访问整个硬件

  用户态:只能受限的访问内存,且不允许访问外围设备。
例子:
打开一个播放器,这个时候是在用户态的,如果播放某一个视频文件,这个时候需要读取硬盘的视频文件,这一个过程需要访问硬盘,用户程序会使用系统调用(system call),就会切换到内核态。


#多线程和多核芯片

多核、多处理器系统中的每颗处理器(每个核),同时间内可以执行各自不同的行程(或线程)

一级缓存:在CPU芯片中加入更大的缓存,用和CPU相同的材质制成,CPU访问它没有时延
二级缓存:一个CPU中的处理逻辑增多,Intel公司首次提出,称为多线程(multithreading)或超线程(hyperthreading),对用户来说一个有两个线程的CPU就相当于两个CPU,进程是资源单位而线程才是CPU的执行单位。
多线程运行CPU保持两个不同的线程状态,可以在纳秒级的时间内来回切换,速度快到你看到的结果是并发的,伪并行的,然而多纯种不提供真正的并行处理一个CPU同一时刻只能处理一个进程(一个进程中至少一个线程)

第三步增强:除了多线程,还出现了2个或者4个完整处理器的CPU芯片。

存储器:

计算机中第二重要的是存储,大家都想存储:速度快(这样,CPU的等待存储器的延迟就降低了)+容量大+价钱便宜。然后同时兼备三者是不可能的,所以不同的处理方式



存储器系统采用如上图的分层结构,顶层的存储器速度较小,与底层的存储器相比每位的成本较高,其差别往往是十亿数量级的。

寄存器即L1缓存:
用与CPU相同材质制造,与CPU一样快,因而CPU访问它无时延,典型容量是:在32位CPU中为32*32,在64位CPU中为64*64,在两种情况下容量均<1kb.

高速缓存即L2缓存:

主要由硬件控制调整缓存的存取,内在中有调整缓存行按照0~64字节为行0,64~127为行1.  最常用的高速缓存行放置在CPU内部或者非常接近CPU的调整缓存中。当某个程序需要读一个存储字时,高速缓存硬件检查所需要的调整缓存行是否在高速缓存中。如果是,则称为高速缓存命中,缓存满足了请求,就不需要通过总线把访问请求送往主存(内存),这还是慢的,高速缓存的命中通常需要两个时钟周期。高速缓存为命中,就必须访问内存,需要付出大量的时间代价。由于高速缓存价格昂贵,所以其在小有限,有些机器具有两级甚至三级高速缓存,每一级高速缓存比前一级慢但是容易大。

缓存不仅仅是RAM(随机存取存储器)的缓存行,只要存在大量的资源可以划分为小的部分,这些资源就会比其他部分更频发的得到使用。这个时候就用缓存可以带来性能上的提升。

缓存是很好的方法,现代CPU中设计了两个缓存,第一级缓存称为L1总是在CPU中,常用来将已解码的指令调入CPU的执行引擎。
另外往往设计有二级缓存L2,用来存放近来经常使用的内存字。L1与L2的差别在于对CPU对L1的访问无时间延迟,而对L2的访问则有1-2个时钟周期(即1-2ns)的延迟。

内存:
再往下一层是主存,此乃存储系统的主力,主存通常称为随机访问存储RAM,就是我们通常所说的内在,容量一直在不断攀升,所有不能再高速缓存中找到的,都会到主存中找,主存是易失性存储,断电后数据全部消失。

除了主存RAM之外,许多计算机已经在使用少量的非易失性随机访问存储如ROM(Read Only Memory,ROM),在电源切断之后,非易失性存储的内容并不会丢失,ROM只读存储器在工厂中就被编程完毕,然后再也不能修改。ROM速度快且便宜,在有些计算机中,用于启动计算机的引导加载模块就存储在ROM中,另外一些I/O卡也采用ROM处理底层设备的控制。

EEPROM(Electrically Erasable PROM,电可擦除可编程) 和闪存(Flash memory)也是非失性的,但是与ROM 相反,他们可以擦除和重写。不过花费的时间比写入RAM要多。与磁盘不同的是闪存擦除的次数过多,就被磨损了。

CMOS存储器,它是易失性的,许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期。CMOS存储器和递增时间的电路由一小块电池驱动,所以,即使计算机没有加电,时间也仍然可以正确地更新,CMOS还可以保存配置的参数,比如,哪一个是启动磁盘等,之所以采用CMOS是因为它耗电非常少,一块工厂原装电池往往能使用若干年,但是当电池失效时,相关的配置和时间等都将丢失。
磁盘:

磁盘低速的原因是因为它是一种机械装置,在磁盘中有一个或多个金属盘片,它们以5400,7200或10800rpm (RPM=revolutions per minute 每分钟的转速)。硬盘有一根机械臂在盘面上,类似于老式黑胶唱片机上的拾音臂。信息卸载盘上的一些列的同心圆上,是一连串的2进制位(称为bit位),为了统计方法,8个bit称为一个字节bytes,1024bytes=1k,1024k=1M,1024M=1G,所以我们平时所说的磁盘容量最终指的是磁盘能写多少2进制。
每个磁头可以读取一段换新区域,称为磁道
把一个戈丁手臂位置上所以的磁道合起来,组成一个柱面
每个磁道划成若干扇区,扇区典型的值是512字节

     数据都存放于一段一段的扇区,即磁道这个圆圈的一小段圆圈,从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间

平均寻道时间

机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面时间成为寻到时间,找到了磁盘就以为找到了数据所在的那个圈圈,但是还不知道数据具体这个圆圈的具体位置

平均延迟时间

机械臂到达正确的磁道之后还必须等待转到数据所在的扇区下,这段时间成为延迟时间

虚拟内存:

许多计算机支持虚拟内在机制,该机制使计算机可以运行大于物理内存的程序,方法是将正在使用的程序放入内存去执行,而暂时不需要执行的程序放到磁盘的某块地方,这块地方称为虚拟内存,在linux中称为swap,这种机制的核心在于快速的映射内存地址,由cpu中的一个部件负责,成为存储器管理单元(Memory Management Unit ,MMU)

PS:从一个程序切换到另外一个程序,成为 上下文切换(context switch),缓存和MMU的出现提升了系统的性能,尤其是上下切换。

磁带:

在价钱相同的情况下比硬盘更高存储容量,但是速度低于磁盘,但是因为其大容量,在地震水灾火灾时可移动性强等特性,常被用来做备份。(常见大型数据库系统中)

I/O设备
CPU和存储器并不是操作系统唯一需要管理的资源,I/O设备也是非常重要的一环。


I/O设备一般包括两个部分:设备控制器和设备本身
控制器:是查找主板上的一块芯片或一组芯片(硬盘、网卡,声卡等都要插到一个口上,这个就是连接控制器的),控制器负责控制连接的设备,它从操作系统接收命令,比如读硬盘数据,然后就对硬盘设备发起读请求来读出内容。

控制器的功能:通常情况下对设备的控制是非常复杂和具体的,控制器的任务就是为操作系统屏蔽这些复杂具体的工作,提供给操作系统一个接口。
设备本身:有相对简单的接口且标准,这样大家都可以为其编写驱动程序了,要想调用设备,必须根据接口编写复杂而具体的程序,于是有了控制器提供设备驱动接口给操作系统。必须把设备驱动程序安装到操作系统中。



总线:

随着处理器和存储器速度越来越快,单总线很难处理总线的交通流量了,于是出现了下图的总线模式,他们处理I/O设备及cpu到存储器的速度都更快。

北桥即PCI桥:连接高速设备
南桥即ISA桥:连接慢速设备





计算机的启动:

在计算机的主板有一个基本的输入输出程序(Basic  Input  Output  system)
BIOS就相当于一个小的操作系统,它有底层的I/O软件,包括读键盘,进行磁盘I/O,该程序存放于  非易失性闪存RAM中。

启动的流程:

、计算机插电
2、BIOS运行,因为物理性BIOS处于主板上的位置,所以会先启动, 然后检测硬件:CPU、内存、硬盘等
3、BIOS 读取CMOS 存储器中的参数,选择启动设备
4、从启动设备上读取第一个扇区的内容(称为MBR ,主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)
5、根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统
6、然后 操作询问BIOS,以获得配置信息,对于每一种设备,系统都会检查设备驱动是否存在,如果没有,系统会提示用户安装设备驱动程序,当装了全部的设备驱动程序,操作系统会将它们调入内核,然后初始有关的表格(如进程表),创建需要的进程,并在每个终端上启动登录程序或GUI

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:16:03 | 显示全部楼层
1**.定义**:计算机操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序是直接运在”裸机”上的最基本的系统软件,任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统是用户和计算机的接口,同时也是计算机硬件与其他软件的接口。
2.常用操作系统:
Android
windows
IOS
Linux
3.操作系统的分类;
按界面分——分为字符与图形
(1)字符界面;
是命令形式的,靠输入命令来进行人机对话,并通过的形式把指令传递给计算机,让计算机实现操作的。


(2)图形界面;
图文并茂,是以通过鼠标的单/双来进行人机对话,并通过鼠标/双击的形式把指令传递给计算机,让计算机实现操作的。


按用户数分
(1)单用户;
指一台计算机在同一时间只能由一个用户使用,一个用户独自享用系统的全部硬件和软件资源
(2)多用户 ;
指同一时间允许多个用户同时使用计算机
按任务数分
(1)单任务;
一个用户在同一时间只能运行一个应用程序,则对应的操作系统称为单任务操作系统
(2)多任务;
同一时间可以运行多个应用程序(每个应用程序被称作一个任务),则这样的操作系统被称为多任务操作系统
4.操作系统的作用
(1)作业管理:包括任务、界面管理、人机交互、图形界面、语音控制和虚拟现实等;
(2)文件管理:又称为信息管理;
(3)存储管理:实质是对存储“空间”的管理,主要指对主存的管理;
(4)设备管理:实质是对硬件设备的管理,其中包括对输入输出设备的分配、启动、完成和回收;
(5)进程管理:实质上是对处理机执行“时间”的管理,即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。
5.操作系统的安装
BIOS光驱启动设置:
现在有很多初学电脑的朋友就是认为自己学不会装系统,也不敢去装系统。老是说不会设置光驱启动,不会格式化硬盘,那么现在我辛苦把这些图抓出来,希望初学电脑的朋友能用的上,尽早地学会自己独立装系统。想要学会装系统最好有系统光盘,因为用硬盘安装器或者是onekey装系统都不如用光盘中有些功能的效果好。话不多讲,请大家准备好系统光盘,如果原版的操作系统光盘最好先把上面的***记在纸上,要是ghost版本的大多数都是免***,就无所谓了!~ 大部分主板都是在开机以后按DEL键进入BIOS设置,。
  第一部分:学会各种bios主板的光驱启动设置,稍带把软驱关闭掉。
  图1:
图2:光驱启动设置 。
图3:回车后要保存退出 。
图4:提示用户,必须选择“yes”或者是“是”。
也可以在图2设置完成后,直接按F10,选择“Y”保存设置并退出。。
  图2-1-1:认识awardbios主板进入光盘启动的路径 ,首先找到“高级BIOS功能”,回车进入。
再找到第一启动项 ,回车之后,选择里面的cdrom即可。
另一种光盘启动界面 ,那么只要将cdrom选择到第一个位置即可。
以上是我们常见主板的光启设置,把简单的学会了,其它的就很容易了。














硬盘分区和格式化:
现在我们分区跟格式化使用最多的就是DM,这个也比较容易上手。。
  DM,是DISK MANAGER(磁盘管理)的简写,用DM可以快速对硬盘进行分区格式化,并且分区稳定~
  下面,我们通过图解的方式给大家介绍如何用DM给硬盘分区格式化.我们现在买的电脑公司装机特别版的GHOST XP安装盘里面都有一个万用DM软件,将光盘从光驱引导后,选择\”DM分区软件,运行它:
选择“(A)dvanced Options”进入二级菜单,然后选择“(A)dvanced Disk Installation”进行分区的工作。
接着会显示硬盘的列表,直接回车即可
如果你有多个硬盘,回车后会让你选择需要对哪个硬盘进行分区的工作。
然后是分区格式的选择,一般来说我们选择FAT32的分区格式
接下来是一个确认是否使用FAT32的窗口,这要说明的是FAT32跟DOS存在兼容性,也就是说在DOS下无法使用FAT32。
这是一个进行分区大小的选择,DM提供了一些自动的分区方式让你选择,如果你需要按照自己的意愿进行分区,请选择“OPTION (C) Define your own”。
接着就会让你输入分区的大小:
首先输入的主分区的大小,然后输入其它分区的大小。这个工作是不断进行的,直到你硬盘所有的容量都被划分。
完成分区数值的设定,会显示最后分区详细的结果。此时你如果对分区不满意,还可以通过下面一些提示的按键进行调整。例如“DEL”键删除分区,“N”键建立新的分区。
设定完成后要选择“Save and Continue”保存设置的结果,此时会出现提示窗口,再次确认你的设置,如果确定按“Alt+C”继续,否则按任意键回到主菜单。
接下来是提示窗口,询问你是否进行快速格式化,除非你的硬盘有问题,建议选择“(Y)ES”。
接着还是一个询问的窗口,询问你分区是否按照默认的簇进行,选择“(Y)ES”。
最后出现是最终确认的窗口,选择确认即可开始分区的工作。
此时DM就开始分区的工作,速度很快,一会儿就可以完成,当然在这个过程中你要保证系统不要断电。
完成分区工作会出现一个提示窗口,不用理会按任意键继续。
下面就会出现让你重新启动的提示
这样就完成了硬盘分区工作.
  准备工作都做完了,我们就可以安装操作系统了。。
  现在安装操作系统分为标准安装跟快速安装。。。
  我们先来了解下标准安装:
  3-1:标准安装:
  首先设置光盘启动,把系统安装盘放入光驱。
  光盘自启动后,见到安装界面,将出现如下图1所示
如图提示,“要现在安装Windows XP,请按ENTER”,回车键后,现如下图2所示
许可协议,里没有选择的余地,按“F8”后如下图3所示
这里用“向下或向上”方向键选择安装系统所用的分区,如果你已格式化C盘请选择C分区,选择好分区后按“Enter”键回车,出现下图4所示
这里对所选分区可以进行格式化,从而转换文件系统格,或保存现有文件系统,有多种选择的余地,但要注意的是NTFS格式可节约磁盘空间提高安全性和减小磁盘碎片但同时存在很多问题DOS和98/Me下看不到NTFS格式的分区,在这里选“用FAT文件系统格式化磁盘分区(快),按“Enter”键回车,出现下图5所示
格式化C盘的警告,按F键将准备格式化c盘,出现下图6所示
由于所选分区C的空间大于2048M(即2G),FAT文件系统不支持大于2048M的磁盘分区,所以安装程序会用FAT32文件系统格式对C盘进行格式化,按“Enter”键回车,出现下图7所示
图7中正在格式化C分区;只有用光盘启动或安装启动软盘 启动XP安装程序,才能在安装过程中提供格式化分区选项;如果用MS-DOS启动盘启动进入DOS下,运行i386\winnt进行安装XP时,安装XP时没有格式化分区选项。格式化C分区完成后,出现下图8所示
图8中开始复制文件,文件复制完后,安装程序开始初始化Windows配置。然后系统将会自动在15秒后重新启动。重新启动后,出现下图9所示
过5分钟后,当提示还需33分钟时将出现如下图10所示
区域和语言设置选用默认值就可以了,直接点“下一步”按钮,出现如下图11所示
这里输入你想好的姓名和单位,这里的姓名是你以后注册的用户名,点“下一步”按钮,出现如下图12所示
如果你没有预先记下产品**(安装***)就要出麻烦(所以在安装以前先记下***)!这里输入安装***,点“下一步”按钮,出现如下图13所示
安装程序自动为你创建又长又难看的计算机名称,自己可任意更改,输入两次系统管理员密码,请记住这个密码,Administrator系统管理员在系统中具有最高权限,平时登陆系统不需要这个帐号。接着点“下一步”出现如下图14所示。
日期和时间设置不用讲,选北京时间,点“下一步”出现如下图15所示
开始安装,复制系统文件、安装网络系统。如下图16所示
让你选择网络安装所用的方式,选典型设置点“下一步”出现如下图17所示























































6.操作系统的常用操作
ALT+RIGHT ARROW 显示前一页(前进键)
ALT+LEFT ARROW 显示后一页(后退键)
CTRL+TAB 在页面上的各框架中切换(加shift反向)
F5 刷新
CTRL+F5 强行刷新
目的快捷键
**程序中的菜单栏 F10
执行菜单上相应的命令 ALT+菜单上带下划线的字母
关闭多文档界面程序中的当
前窗口 CTRL+ F4
关闭当前窗口或退出程序 ALT+ F4
复制 CTRL+ C
剪切 CTRL+ X
删除 DELETE
显示所选对话框项目的帮助 F1
显示当前窗口的系统菜单 ALT+空格键
显示所选项目的快捷菜单 SHIFT+ F10
显示“开始”菜单 CTRL+ ESC
显示多文档界面程序的系统
菜单 ALT+连字号(-)
粘贴 CTR L+ V
切换到上次使用的窗口或者
按住 ALT然后重复按TAB,
切换到另一个窗口 ALT+ TAB 或ALT+WILL
撤消 CTRL+ Z
永久删除 Shift+Delete

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:16:23 | 显示全部楼层
慕课网学习地址:https://www.imooc.com/video/5215
1.iso/osi 七层协议模型
    平常我们用的都是4层,是在这个7层协议的基础上开发来的
            ·物理层   网卡
            ·数据链路程   交换机(只认识物理地址mac)   局域网的通讯就是靠的mac的地址,因为此时的公网的ip都是一样的    单位帧    主要包括了局域网通讯的 mac 地址,输入ipconfig/all  可以看到
            ·网络层      报文            主要包括了公网通讯的的ip
            ·传输层      端口号和确定协议(tcp协议还是udp协议)
            ·会话层  
            ·表示层   
            ·应用层   浏览器


2.tcp/ip 四层协议模型

tcp/ip  协议的3次握手    为什么是3次握手(进行连接),4次挥手断开连接(因为端口是有限的,不能占用,至于为什么是4次(https://blog.csdn.net/kingov/article/details/77155671)可以参考两军问题)可以想想两军问题.
tcp  (传输控制协议)   udp(用户数据包协议) udp 速度快,但是问题是没有3次握手,对方不一定收到信息,比如qq 微信就是
3. ip地址的分类
d , e  类的话不能商用,就不做讨论了。
ipv4 的大小不是固定的,所以没有ipv6 快(可以看到下面的选项如果有的话,整个字节的长度就变了,所以说不固定)

不同的网段的通讯需要在路由器之间进行,同一个网段的通过交换机通讯即可
如何区分是否同一个网段
a 类    第1位数相同就是同一个网段
b类     前2位相同就是同一个网段
c类      前3位相同就是同一个网段

子网掩码(和ip地址搭配使用的,两者都不能单独使用,作用:确认是否在同一个网段)
a 类  255.0.0.0             b 类 255.255.0.0       c 类 255.255.255.0

端口:(ip 确认到家,端口就是具体到家里的某个人)  



DNS  域名解析系统    (https://mp.csdn.net/postedit



网关 (就是一个带有路由功能的服务器)可以简单理解为路由器      
1.不是局域网内的通讯都要用到网关

网卡(就是windows 网络连接下面的图标):  网卡(Network Interface Card,简称NIC),也称网络适配器,是电脑与局域网相互连接的设备。无论是普通电脑还是高端服务器,只要连接到局域网,就都需要安装一块网卡。如果有必要,一台电脑也可以同时安装两块或多块网卡。网卡存在于物理层。

下图是win10 电脑网络适配器就也就是网卡的状态详细信息的截图,可以看出有网关,网关的地址同时配置了dhcp(运营商的动态域名分析服务器)和  dns (域名解析系统)服务器。


网卡和网关的区别:
网卡是一种硬件。而网关只的是IP的设置网关如果在没有改的情况下应该是192.168.10.1这个是默认的网关
网卡在物理层,但是网关在传输层


二:网卡的组要作用
       网卡的功能主要有两个:
       一是将电脑的数据封装为帧,并通过网线(对无线网络来说就是电磁波)将数据发送到网络上去;
       二是接收网络上其它设备传过来的帧,并将帧重新组合成数据,发送到所在的电脑中。

dhcp 服务器:DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议)是一个局域网网络协议,使用UDP协议工作, 主要用途:给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址
ip 地址的配置
windows ipconfig                linux  ifconfig   查询和修改网络配置的命令
linux配置的也可用ifconfig            但是是临时配置的,永久配置可以用setup工具,或者是修改网络配置文件

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:16:39 | 显示全部楼层
计算机基础





1、计算机五大组成部分:
  控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备
  1.1 操作系统=控制器+运算器
  1.2 存储器:
    寄存器、高速缓存、内存、外存【硬盘(机械硬盘、固态硬盘)、磁带】
    内存
    优点:存取速度块
    缺点:断电丢失,容量小
    外存
    优点:断电不丢失,容量大
    缺点:存储速度慢
  1.3 输入设备:
    键盘、鼠标、笔触版,触摸板
  1.4 输出设备:
显示屏、音响、打印机
2、一个完整的计算机系统三大部分
  操作系统、硬件、软件应用程序
3、计算机三大核心组件
  CPU、内存、硬盘
  3.1 CPU工作流程
  ①从内存取命令 ②翻译命令为机器语言 ③控制硬件执行操作
4、定义
  4.1 什么是编程语言
  4.1.1 编程是什么
    就是编写程式,将自己的逻辑用某种形式表示出来
  4.1.2 什么是语言
    交流的媒介或载体
    编程语言就是 计算机能识别的表示处理逻辑的介质
  4.2 什么是操作系统
    操作系统也是一个软件程序;
    是用户和程序 与硬件之间的翻译者
    将复杂的机器操作,转化为简单的的接口方式
  4.3 什么是文件
    文件是一个操作系统模拟出来的,可以直接对硬件操作的图形化界面
  4.4 x86架构
    32位和64位
    操作系统的位数 为每次取的命令的长度
    64位的可以运行32位的软件,反之不行



 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:17:01 | 显示全部楼层


一、为何要学习计算机基础?
           好多人觉得自己有点基础就都想着直接敲代码,觉得基础知识很容易,很简单,就不怎么用心去学。然而,我觉得基础知识很重要。就像盖一栋楼房一样,你先要打好地基,再去盖房。    
   Python是一门编程语言,即通俗一点说就是语言。
   我们都知道世界上有很多种语言,比如:汉语,英语,阿拉伯语等等众多的语言。要想用这些语言去和人沟通,如果你想和英国人说话,你必须得会英语吧。而我们的计算机也有它自己的语言,你要想让计算机帮助我们做事情,你就需要和它沟通吧。那你就得懂得计算机语言吧,也就是编程。当然计算机也有很多语言,比如:C,Java,PHP,Python,C#等。所以我们就先从学习基础知识开始。也有人说学习基础理论知识很枯燥,但是,那还是得学。你要把它当成自己的兴趣,一点一点的去投入它,相信你会是很棒的。
    程序用编程语言来写程序,最终开发的结果就是一个软件。就像大家都知道的QQ,腾讯视频,酷狗音乐等一系列软件。这些软件要想运行必须得有系统控制它吧。当然,有人会问:为什么要用操作系统呢?当然,很久以前的那些程序员确实是在没有操作环境下,编程语言是操作硬件来编写的。你可能觉得没问题,但是其实问题很严重。如果一直像以前那样会严重影响效率的。操作系统是出现在硬件之上的,是用来控制硬件的。所以,我们开发时只需要调用操作系统为我们提供的简单的接口就可以了。


   如上图所示,我把计算机的系统分为了上面三大块。硬件,操作系统,应用程序。要想学习软件知识,我想那些硬件的知识或多或少还是得了解点的,现在我们就来谈谈硬件一类的知识。
二、计算机硬件介绍
    1. 硬件的目的:为了运行软件给它的一些指令。我们可以优先从硬件中提取出这三个主要的东西,分别是: CPU,内存,硬盘
       2. 在现实生活中,人脑是用来计算的,在计算机中,用来计算的是什么呢?当然是CPU了。多数CPU都有两种模式,即内核态与用户态。这里的即内核态与用户态将会在下面的内容中讲到。
       3.如果我们把计算机理解为人的大脑,我们可以总结为几句话:
               CPU是人的大脑,负责运算
        内存是人的记忆,负责临时存储
        硬盘是人的笔记本,负责永久存储
        输入设备是人的耳朵或眼睛,负责接受外部的信息传给CPU
        以上所有的设备都通过总线连接,总线相当于人的神经

                                                                                            总线示意图
三、处理器(寄存器及内核态与用户态切换)
   1.计算机的大脑是CPU,它从内存中取指令-&#9654;解码-&#9654;执行,然后在取指令,解码,执行,周而复始,直至整个程序被执行完成。
   2. 寄存器是一个存储设备,最快的一种存储设备就是寄存器。
      3.寄存器的分类
      ①通用寄存器:用来保存变量和临时结果的。
      ②程序计数器:它保存了将要取出的下一条指令的内存地址。在指令取出后,程序计算器就被更新以便执行后期的指令
      ③堆栈指针:它指向内存中当前栈的顶端。该栈包含已经进入但是还没有退出的每个过程中的一个框架。在一个过程的堆栈框架中保存了有关的输入参数、局部变量以及那些没有保存在寄存器中的临时变量
      ④程序状态字寄存器(Program Status Word,简称PSW):这个寄存器包含了条码位(由比较指令设置)、CPU优先级、模式(用户态或内核态),以及各种其他控制位。用户通常读入整个PSW,但是只对其中少量的字段写入。在系统调用和I/O中,PSW非常重要。
    4.内核态与用户态
       多数CPU都有两种模式,即内核态与用户态。        
    ①当cpu处于内核状态时,运行的是操作系统,能控制硬件(可以获取所有cpu的指令集)     
    ②当cpu处于用户太状态时,运行的是用户软件,不能控制硬件(可以获取所有cpu的指令集中的一个子集,该子集不包括操作硬件的指令集)
   这里有些人可能会含糊什么是内核态,什么是用户态?下面我来解释一下:
    内核态:当cpu在内核态运行时,cpu可以执行指令集中所有的指令,很明显,所有的指令中包含了使用硬件的所有功能,(操作系统在内核态下运行,从而可以访问整个硬件)所以,归根结底通俗一点的话也就是上面①解释的那样
    用户态:用户程序在用户态下运行,仅仅只能执行cpu整个指令集的一个子集,该子集中不包含操作硬件功能的部分,因此,一般情况下,在用户态中有关I/O和内存保护(操作系统占用的内存是受保护的,不能被别的程序占用),当然,在用户态下,将PSW中的模式设置成内核态也是禁止的。
  5.内核态与用户态切换
      用户态下工作的软件是不能之间操作硬件的,但是像我们的一些软件,比如暴风音影啊一类的软件,我们要想从磁盘中读取一个电影文件,那就得从用户态切换成内核态,为此,用户程序必须使用系统调用(system call),系统调用陷入内核并调用操作系统,TRAP指令把用户态切换成内核态,并启用操作系统从而获得服务。
四、存储器系列,L1缓存,L2缓存,内存(RAM),EEPROM和闪存,CMOS与BIOS电池
       1.  计算机中第二重要的就是存储了,所有人都意淫着存储:速度快(这样cpu的等待存储器的延迟就降低了)+容量大+价钱便宜。然后同时兼备三者是不可能的,所以有了如下的不同的处理方式

由上图可以很清楚的看见寄存器存储是速度非常快的,但是它的容量却很少。下来就是高速缓存了。我就不一一介绍了,我相信大家应该可以看得懂这个图。
 2.寄存器即L1缓存:用与cpu相同材质制造,与cpu一样快,因而cpu访问它无时延,典型容量是:在32位cpu中为32*32,在64位cpu中为64*64,在两种情况下容量均<1KB。
   3.高速缓存即L2缓存:主要由硬件控制高速缓存的存取,内存中有高速缓存行按照0~64字节为行0,64~127为行1。。。最常用的高速缓存行放置在cpu内部或者非常接近cpu的高速缓存中。当某个程序需要读一个存储字时,高速缓存硬件检查所需要的高速缓存行是否在高速缓存中。
   4.内存:主存通常称为随机访问存储RAM,就是我们通常所说的内存,容量一直在不断攀升,所有不能再高速缓存中找到的,都会到主存中找,主存是易失性存储,断电后数据全部消失
   5.EEPROM(Electrically Erasable PROM,电可擦除可编程ROM)和闪存(flash memory)也是非易失性的。还有一类存储器就是CMOS,它是易失性的,许多计算机利用CMOS存储器来保持当前时间和日期。CMOS存储器和递增时间的电路由一小块电池驱动,所以,即使计算机没有加电,时间也仍然可以正确地更新,除此之外CMOS还可以保存配置的参数,比如,哪一个是启动磁盘等,之所以采用CMOS是因为它耗电非常少,一块工厂原装电池往往能使用若干年,但是当电池失效时,相关的配置和时间等都将丢失。
五、磁盘
1.磁盘由磁头,磁道,扇区组成的。
2.磁道:每个磁头可以读取一段换新区域。把一个戈丁手臂位置上所以的磁道合起来,组成一个柱面
3.每个磁道划成若干扇区,扇区典型的值是512字节。
4.数据都存放于一段一段的扇区,即磁道这个圆圈的一小段圆圈,从磁盘读取一段数据需要经历寻道时间和延迟时间,那么什么是寻道时间和延迟时间呢?
    平均寻道时间:机械手臂从一个柱面随机移动到相邻的柱面的时间成为寻到时间,找到了磁道就以为着招到了数据所在的那个圈圈,但是还不知道数据具体这个圆圈的具体位置
    平均延迟时间:机械臂到达正确的磁道之后还必须等待旋转到数据所在的扇区下,这段时间成为延迟时间



六、磁带
1.有些人会想磁带是用来干什么的呢?当然,它也是内存之一,是用来存储东西的,它的存储量是相当大的,而且价钱也便宜。当遇上火灾等紧急情况时,可以用磁带来存储我们的重要文件。常常用来做备份(常见于大型数据库系统中)。但是,它也有缺点,就是运行速度特别慢,效率低。
2.cpu和存储器并不是操作系统唯一需要管理的资源,I/O设备也是非常重要的一环。I/O设备一般包括两个部分:设备控制器和设备本身。
控制器的功能:通常情况下对设备的控制是非常复杂和具体的,控制器的任务就是为操作系统屏蔽这些复杂而具体的工作,提供给操作系统一个简单而清晰的接口
设备本身:有相对简单的接口且标准的,这样大家都可以为其编写驱动程序了。要想调用设备,必须根据该接口编写复杂而具体的程序,于是有了控制器提供设备驱动接口给操作系统。必须把设备驱动程序安装到操作系统中。
七、总线
    北桥即PCI桥:连接高速设备
     南桥即ISA桥:连接慢速设备


八、操作系统的启动流程
  1.计算机加电
  2.BIOS开始运行,检测硬件:cpu、内存、硬盘等
  3.BIOS读取CMOS存储器中的参数,选择启动设备
  4.从启动设备上读取第一个扇区的内容(MBR主引导记录512字节,前446为引导信息,后64为分区信息,最后两个为标志位)
  5.根据分区信息读入bootloader启动装载模块,启动操作系统
  6.然后操作系统询问BIOS,以获得配置信息。对于每种设备,系统会检查其设备驱动程序是否存在,如果没有,系统则会要求用户按照设备驱动程序。一旦有了全部的设备驱动程序,操作系统就将它们调入内核。然后初始有关的表格(如进程表),穿件需要的进程,并在每个终端上启动登录程序或GUI
九、应用程序的启动流程
  前提:应用程序是运行于操作系统之上的
  举例:启动暴风音影
    1.双击快捷方式
    2.告诉操作系统一个文件路径
    3.操作系统从硬盘读取文件内容到内存中
    4.cpu从内存读取数据执行

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:17:51 | 显示全部楼层
计算机基础










一、认识计算机(一)计算机的定义
计算机(Computer):俗称电脑,是一种能接收和存储信息,并按照存储在其内部的程序对海量数据进行自动、高速地处理,然后把处理结果输出的现代化智能电子设备
(二)计算机的组成部分
计算机系统由硬件(Hardware)系统和软件(Software)系统两大部分组成

(三)计算机发展历史
进化阶段
时间段
规模

第一代计算机1946-1957电子管时代
第二代计算机1958-1964晶体管时代
第三代计算机1965-1970集成电路时代
第四代计算机1971以后大规模集成电路时代(四)世界上第一台计算机
1946年,世界上第一台计算机ENIAC(electronic numerical integrator and calculator)在美国宾州大学诞生,是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的。使用了17468只电子管,占地170平方米,重达30吨,耗电174千瓦,耗资40多万美元。每秒可进行5000次加法或减法运算

(五)计算机按规模划分1、巨型计算机
应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次以上,“天河一号”为我国首台千万亿次超级计算机
2、大型计算机
具有较高的运算速度,每秒可以执行几千万条指令,而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用,如:IBM z13 mainframe
3、小型计算机
规模较小、结构简单、运行环境要求较低,一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面
4、微型计算机
中央处理器(CPU)采用微处理器芯片,体积小巧轻便,广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理
二、冯·诺依曼体系结构
电子计算机的问世,奠基人是英国科学家艾兰· 图灵(Alan Turing)和美籍匈牙利科学家冯· 诺依曼(John Von· Neumann)。图灵的贡献是建立了图灵机的理论模型,奠定了人工智能的基础。而冯· 诺依曼则是首先提出了计算机体系结构的设想。
由五大部件构成:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

(一)运算器
运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算,与、或、非、异或等逻辑操作,以及移位、比较和传送等操作,亦称算术逻辑部件(ALU)。
(二)控制器
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的”决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。
运算器和控制器统称中央处理器,也叫做CPU。中央处理器是电脑的心脏。
(三)存储器
存储器分为内存和外存。
内存是电脑的记忆部件,用于存放电脑运行中的原始数据、中间结果以及指示电脑工作的程序。
内存可以分为随机访问存储器和只读存储器,前者允许数据的读取与写入,磁盘中的程序必须被调入内存后才能运行,中央处理器可直接访问内存,与内存交换数据。电脑断电后,随机访问存储器里的信息就会丢失。后者的信息只能读出,不能随意写入,即使断电也不会丢失。
外存就像笔记本一样,用来存放一些需要长期保存的程序或数据,断电后也不会丢失,容量比较大,但存取速度慢。当电脑要执行外存里的程序,处理外存中的数据时,需要先把外存里的数据读入内存,然后中央处理器才能进行处理。外存储器包括硬盘、光盘和优盘。
(四)输入设备
输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。
键盘,鼠标,摄像头,扫描仪等都属于输入设备。
(五)输出设备
输出设备是计算机硬件系统的终端设备,用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。
三、认识服务器(一)服务器的定义
服务器Server是计算机的一种,是网络中为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机,服务器在网络操作系统的控制下,将与其相连的硬盘、磁带、打印机及昂贵的专用通讯设备提供给网络上的客户站点共享,也能为网络用户提供集中计算、信息发布及数据管理等服务
注意:
  • Server/Client:一种角色
  • 服务器:对外提供服务
  • 客户端:请求别人提供帮助
(二)服务器按应用功能分类
  • Web服务器
    • Apache
    • NginX
  • 数据库服务器
    • MySQL
  • 文件服务器
    • FTP
    • SMB
    • NFS
  • 中间件应用服务器
    • Tomcat(与Java相关)
  • 日志服务器
    • ELK
  • 监控服务器
    • Zabbix
  • 程序版本控制服务器
    • Git
    • SVN
    • Maven
  • 虚拟机服务器
    • KVM
    • OpenStack
    • Docker
    • K8S
  • LVS调度器
    • HAproxy
    • KeepAlived高可用性
      • 尽可能避免“单点失败”:运维工程师职责

  • 缓存服务器
    • “Cache is king 缓存为王”:互联网黄金法则
    • Varnish
    • MemCache
    • Redis
  • 分布式文件系统
    • Miglefs
    • Fastdfs
  • DNS 名字解析
  • 批量部署管理
    • Ansible
    • Puppet
    • 实现”运维自动化“

(三)服务器按外形分类
塔式服务器、机架式服务器、刀片式服务器
1、塔式Tower服务器
  • 早期的服务器形式
  • 外形以及结构和平时使用的立式PC差不多
  • 机箱空间大,主板扩展性较强,插槽较多
  • 预留了足够的内部空间以便日后进行硬盘和电源的冗余扩展。设计一般都考虑降噪
  • 目前较少使用

2、机架式Rack服务器
  • 按照统一标准设计,配合机柜统一使用
  • 便于统计管理,高密度,节省空间
  • 机架服务器的宽度为19英寸(48.26cm),高度以U为单位,如42U
  • 1U=1.75英寸=44.45毫米,通常有1U,2U,3U,4U,5U,7U几种标准的服务器。机柜的尺寸也是采用通用的工业标准。1U(近似相当于5厘米)
  • 现阶段销售数量最多的服务器
  • 主流的规格:2U、4U
  • 机箱尺寸比较小巧
  • 在机柜中可以同时放置多台服务器
3、刀片式Blade服务器
  • 在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元,实现高可用和高密度
  • 更高的密度,集中管理,高性能,灵活扩展,按需配置
  • 可以使用系统软件将这些母板集合成一个服务器集群。在集群模式下,所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境,并同时共享资源,为相同的用户群服务
(二)服务器按照CPU体系架构分类1、非x86服务器
使用RISC(精简指令集)或EPIC(并行指令代码)处理器,并且主要采用UNIX和其它专用操作系统的服务器,指令系统相对简单,它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令,CPU主要有Compaq的Alpha、HP的PA-RISC、IBM的Power PC、MIPS的MIPS和SUN的Sparc、Intel研发的EPIC安腾处理器等。这种服务器价格昂贵,体系封闭,但是稳定性好,性能强,主要用在金融、电信等大型企业的核心系统
精简指令集
  • 指令长度相同
  • 单条指令覆盖80%功能
  • 组合多条指令实现20%功能
2、x86服务器
又称CISC(复杂指令集)架构服务器,即通常所讲的PC服务器,它是基于PC机体系结构,使用Intel或其它兼容x86指令集的处理器芯片的服务器。目前主要为intel的Xeon E3,E5,E7系列,价格相对便宜、兼容性好、稳定性较差、安全性不算太高
复杂指令集
  • 指令长度不同
  • 单条指令实现100%功能
(三)服务器按照CPU个数分类
1颗CPU = 1路
  • 4路及4路以上服务器(企业级服务器)
  • 2路服务器(部门级服务器)
  • 1路服务器(入门级服务器)
四、服务器硬件组成
服务器配置示例:
(一)服务器CPU1、什么是CPU?
CPU是Central Processing Unit的缩写,即中央处理器。由控制器和运算器构成,是整个计算机系统中最重要的部分
CPU = 运算器 + 控制器
2、服务器CPU公司
  • Intel (服务器领域霸主)
    • Xeon 至强
    • Itanium 安腾
  • AMD
    • AlthlonMP
  • IBM (小型机领域霸主)
    • Power

3、服务器CPU性能指标(1)主频
主频是CPU的时钟频率(CPU Clock Speed),是CPU运算时的工作的频率(1秒内发生的同步脉冲数)的简称。单位是Hz。一般说来,主频越高,CPU的速度越快,由于内部结构不同,并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样
主频:CPU自身的处理速度
主频 = 外频 x 倍频
(2)外频
系统总线的工作频率,CPU与外部(主板芯片组)交换数据、指令的工作时钟频率
外频:CPU与主板的通讯速度
超频:超外频
(3)倍频
倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数
(4)高速缓存(cache)
高速交换的存储器。CPU缓存分为一级,二级,三级缓存,即L1,L2,L3
高速缓存:将刚刚访问过的数据放在缓冲区,方便CPU的再次访问
(5)内存总线速度(Memory-Bus Speed)
一般等同于CPU的外频,指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度
(6)地址总线宽度
决定了CPU可以访问的物理地址空间
4、CPU类型
  • x86
  • X64(CISC)
  • ARM(Acorn RISC Machine)
  • m68000, m68k(moto)
  • Power(IBM)
  • Powerpc(apple,ibm,moto)
  • Ultrasparc(Sun)
  • Alpha(HP)
  • 安腾(compaq)
5、微型计算机CPU的发展历史
(二)服务器主板
主板mainboard、系统板systemboard或母板motherboard,安装在机箱内,是计算机最基本的也是最重要的部件之一
主板一般为矩形电路板,上面安装了组成计算机的主要电路系统,一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件
(三)服务器内存
1、什么是内存?
内存是介于CPU 和外部存储之间,是CPU 对外部存储中程序与数据进行高速运算时存放程序指令、数据和中间结果的临时场所,它的物理实质就是一组具备数据输入输出和数据存储功能的高速集成电路
内存是CPU能直接寻址的存储空间,由半导体器件制成。
2、内存的特点
内存的特点是存取速度快
计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的,因此内存的性能对计算机的影响非常大
3、内存与外存
外存:硬盘,U盘,软盘,光盘
内存和外存的区别:
  • 内存断电后数据丢失
  • 外存断电后数据可以保存
4、内存容量
该内存的存储容量,单位一般为“MB”或“GB”
5、内存带宽
  • 内存带宽是指内存与北桥芯片之间的数据传输率
  • 单通道内存节制器一般都是64-bit的,8个二进制位相当于1个字节,换算成字节是64/8=8,再乘以内存的运行频率,如果是DDR内存就要再乘以2
  • 计算公式:内存带宽=内存总线频率×数据总线位数/8
型号
运行频率
带宽

DDR2 667333MHz333×2×64/8=5400MB/s=5.4GB/s
DDR2 800400MHz400×2×64/8=6400MB/s=6.4GB/s6、服务器内存性能指标(1)在线备用内存技术
  • 当主内存或者是扩展内存中的内存出现多位错误时或者出现物理内存故障时,服务器仍继续运行
  • 由备用内存接替出现故障内存的工作
  • 备用的内存区域必须比其它区域的内存容量要大或相同
(2)内存镜像
  • 镜像为系统在出现多位错或内存物理故障时提供数据保护功能,以保证系统仍能正常的运行
  • 数据同时写入两个镜像的内存区域
  • 从一个区域进行数据的读取
(四)服务器硬盘1、机械硬盘结构
(1)存储介质(Media)——盘片
盘片的基板是金属或玻璃材质制成,为达到高密度高稳定的质量,基板要求表面光滑平整,不可有任何暇疵
(2)读写头(Read Write Head)——磁头
磁头是硬盘读取数据的关键部件,它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输
(3)马达(Spindle Motor & Voice Coil Motor )
马达上装有一至多片盘片,以7200,10000,15000 RPM等定速旋转,为保持其平衡不可抖动,所以其质量要求严谨,不产生高温躁音
2、硬盘基本参数(1)容量
容量是硬盘最主要的参数。单位有MB、GB、TB
(2)转速
转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数,单位为rpm。现在硬盘的转速已经达到10000rpm,15000rpm
(3)传输速率
传输速率(Data Transfer Rate) 。硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度,单位为兆字节每秒(MB/s)
(4)缓存
硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题,以提高硬盘的读写速度
3、硬盘接口类型
  • IDE接口:硬盘接口规范,采用ATA技术规范
  • SCSI接口:应用于小型机上的高速数据传输技术
  • SATA接口:Serial ATA,提高传输速率,支持热插拔
  • SAS接口:Serial Attached SCSI,兼容SATA
目前主流的硬盘接口为SATA和SAS接口
4、服务器的性能短板
如果CPU有每秒处理1000个服务请求的能力,各种总线的负载能力能达到500个,但网卡只能接受200个请求,而硬盘只能负担150个的话,那这台服务器得处理能力只能是150个请求/秒,有85%的处理器计算能力浪费了
在计算机系统当中,硬盘的读写速率已经成为影响系统性能进一步提高的瓶颈
解决方案:将机械硬盘更换为固态硬盘
5、SSD硬盘
SSD(Solid State Disk)泛指使用NAND Flash组成的固态硬盘。
其特别之处在于没有机械结构,以区块写入和抹除的方式作读写的功能,因此在读写的效率上,非常依赖读写技术上的设计SSD读写存取速度快,性能稳定,防震性高,发热低,耐低温,电耗低,无噪音。因为没有机械部分,所以长时间使用也出现故障几率也较小。
缺点:价格高,容量小,在普通硬盘前毫无性价比优势
(五)阵列卡
1、RAID卡的作用
  • 用来实现RAID的建立和重建,检测和修复多位错误,错误磁盘自动检测等功能。RAID芯片使CPU的资源得以释放
  • 阵列卡把若干硬盘驱动器按照一定要求组成一个整体、由阵列控制器管理的系统。
  • 阵列卡用来提高磁盘子系统的性能及可靠性
2、阵列卡参数
  • 支持的RAID级别
  • 阵列卡缓存
  • 电池保护
(六)服务器电源
  • 支持服务器的电力负载
  • 支持冗余,防止电源故障
    • 故障预警和防止
    • 故障之前的预防性维护
    • 保证服务器持续运行
  • 电源子系统包括
    • 智能电源和风扇
  • 冗余电源和风扇
(七)显卡
服务器都在主板上集成了显卡,但是显存容量不高,一般为16M或32M
GPU:Graphic Processing Unit,即“图形处理器”
(八)服务器网卡
服务器都在主板上集成了网卡,传输速率为1Gbps,即千兆网卡
特殊应用需要高端网卡,如光纤网卡,Infiniband网卡等,传输速率能达到10Gbps、20Gbps,即万兆网卡
(九)热插拔技术
称为热交换技术(Hot Swap),允许在不关机的状态下更换故障热插拔设备
常见的热插拔设备:硬盘,电源,PCI设备,风扇等
热插拔硬盘技术与RAID技术配合起来,可以使服务器在不关机的状态下恢复故障硬盘上的数据,同时并不影响网络用户对数据的使用
(十)机柜
机架式服务器-服务器放置在机柜中
通常使用的机柜是42U(约2米高)机柜(1U=44.45mm)
(十一)机架及其配件1、机架式1U 键盘TFT显示器
2、KVM:Keyboard Video Mouse
3、PDU:Power Distribution Unit
五、存储网络(一)什么是存储?
用于存放数据信息的设备和介质,是计算机系统的外部存储,数据可安全存放,长期驻留
(二)存储的三种形态1、传统的存储
2、磁盘阵列
3、存储网络
存储网络
英文全称
中文含义

DASDirect Attached Storage直接连接存储
NASNetwork Attached Storage网络连接存储
SANStorage Area Networks存储区域网络(三)DAS
1、定义
直接存储(Direct Attached Storage)。
存储设备与主机的紧密相连
2、特点
  • 管理成本较低,实施简单
  • 储时直接依附在服务器上,因此存储共享受到限制
  • CPU必须同时完成磁盘存取和应用运行的双重任务,所以不利于CPU的指令周期的优化,增加系统负担
(四)NAS
1、定义
网络连接存储(Network Attached Storage)
通过局域网在多个文件服务器之间实现了互联,基于文件的协议(NFS、SMB/CIFS ),实现文件共享
2、特点
  • 集中管理数据,从而释放带宽、提高性能
  • 可提供跨平台文件共享功能
  • 可靠性较差,适用于局域网或较小的网络
(五)SAN
1、定义
存储区域网络(Storage Area Networks,SAN)
利用高速的光纤网络链接服务器与存储设备,基于SCSI,IP,ATM等多种高级协议,实现存储共享
2、特点
  • 服务器跟储存装置两者各司其职
  • 利用光纤信道来传输数据﹐以达到一个服务器与储存装置之间多对多的高效能、高稳定度的存储环境
  • 实施复杂,管理成本高
(六)三种存储网络形态对比

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:20:38 | 显示全部楼层
计算机硬件系统
网上找到一张计算机工作原理的示意图,基于冯·诺依曼基本设计思想:
计算机硬件系统指构成计算机系统的物理设备,又称机器系统。
按照冯·诺依曼提出的体系结构,硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。
(1) 一部计算机的存储器可以被视为一组“细胞”单元。每一个“细胞”都有一个编号,称为地址;又都可以存储一个较小的定长信息。这个信息既可以是指令(告诉计算机去做什么),也可以是数据(指令的处理对象)。原则上,每一个“细胞”都是可以存储两者之一的。
(2) 控制系统将以上计算机各部分联系起来。它的功能是从存储器和输入输出设备中读取指令和数据,对指令进行解码,并向ALU 交付符合指令要求的正确输入,告知ALU 对这些数据做哪些运算并将结果数据返回到何处。控制系统中一个重要组件就是一个用来保持跟踪当前指令所在地址的计数器。通常这个计数器随着指令的执行而累加,但有时如果指令指示进行跳转则不依此规则。
(3) 运算器,有时候也叫算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit, ALU)。可以被称作计算机的大脑,它可以做两类运算。第一类是算术运算,比如对两个数字进行加减法。算术运算部件的功能在ALU中是十分有限的,事实上,一些ALU 根本不支持电路级的乘法和除法运算,用户只能通过编程进行乘除法运算。第二类是比较运算,即给定两个数,ALU 对其进行比较以确定哪个更大一些。
(4) 输入输出设备是计算机从外部世界接收信息和向外部世界反馈运算结果的手段。对于一台标准的个人电脑,输入设备主要有键盘和鼠标,输出设备则是显示器、打印机以及其他可连接到计算机上的I/O 设备。
要完成某项工作,必须事先编好相应的程序,通过输入设备把程序和数据导入存储器中,计算机先从存储器中获取指令和数据,然后执行指令,存储数据,将结果通过输出设备输出,再获取下一条指令。这个过程被反复执行,直至得到一个终止指令。
注:
①计算机内部采用二进制表示指令和数据。
②指令是能够被计算机识别并执行的二进制代码,他规定看计算机能完成的某一种操作,比如加减乘除。指令一般由两部分组成:一部分是操作码,指出要完成的具体操作;另一部分是地址码,指出操作对象在存储单元的地址或下一条指令的地址。
③冯·诺依曼计算机采用的是串行处理,即任何时候只能进行一个操作。现代计算机多采用并行处理技术。
④冯·诺依曼被誉为“现代计算机之父”。
2 计算机软件系统
没有安装任何软件的计算机(纯硬件)称为裸机,裸机不能进行任何工作。
如果把硬件看成各种操作的物质基础,软件就是发挥其强大功能的灵魂。

2.1 系统软件
一般来说,系统软件包括操作系统、数据库管理系统、语言处理程序、服务型程序等。
2.1 操作系统
操作系统是计算机系统指挥调度中心,是一切软件最基本、最重要的软件。
典型的操作系统有DOS、Windows、Mac OS、Linux、Unix、Android、iOS等。
2.2 数据库管理系统
在数据处理系统中,需要处理大量的数据。
将相关的数据以一定组织方式储存起来就成了数据库(DataBase,DB)。
用户通过数据库管理系统来管理、操作数据库,包括建立数据库,编辑、修改、增删数据库以及对数据库中数据的检索、统计、排序、维护等。
常用的数据库管理系统有Access、FoxPro、SQL、Sybase、Oracle等。
2.3 语言处理程序
计算机能直接识别和执行的是机器语言,机器语言难记忆、难书写、难编程、可读性差还容易出错,已经很少使用了。
然后出现了汇编语言,汇编语言将机器语言符号化,汇编语言用形象、直观、便于记忆的字母、符号来代替数字编码的机器指令,汇编语言的语句与机器指令一一对应。
用汇编语言写好的程序称为汇编语言源程序,使用汇编程序汇编(翻译)后成了计算机能够识别的目标程序,就能够被计算机执行了。
同样,汇编语言存在着通用性差、可读性差的缺点,后来被高级语言代替了。
高级语言更接近与自然语言(英语)和数学语言,比自然语言单调,但是更严谨和富有逻辑性。
高级语言有很多,如流行的FORTRA,BASIC, C,C++,C#,Pascal,Python,lisp,Delphi,JAVA等
语言处理程序是将用程序设计语言编写的源程序转换成机器能识别的目标程序(机器语言),以便计算机能够运行。
2.4 服务型程序
服务型程序是为系统提供各种服务手段而设置的一组程序,其主要功能是完成对用户程序的装入、连接、编辑、差错和纠正已经硬件故障诊断工作等。

2.2 应用软件
应用软件是利为了解决各种实际问题或者为专门应用需求而设计开发的软件。
比如Office办公软件、财务管理软件、图像处理软件、游戏软件等。
下面有软件系统层次示意图:
裸机→操作系统→诊断、编译、汇编程序,数据库及数据管理程序→应用程序
(各层次的关系是:上层是下层的支撑,下层不必了解内层细节,只需按照约定使用内层提供的服务。)

3 微型计算机
按照CPU、内存、I/O接口和系统总线组成部分所在位置对计算机进行分类,将微型计算机分为以下几类:
单片机(各组成部件集成在一个超大规模集成电路芯片上);
单板机(各组成部件装配在一块印制电路板上);
多板机(各组成部件装配在多块印制电路板上)。
个人计算机是典型的多板机的示例。

微型计算机的硬件组成
一台典型的微型计算机由主机、显示器、键盘、鼠标组成。
在主机箱前面有电源开关、复位按钮、硬盘指示灯、光驱插口等。
主机箱背面有电源插座、并行口、串行口、PS-2接口、接口卡插口等
主机箱内有主板、CPU、内存、硬盘、光驱、各种接口卡(显卡、网卡、声卡等)、电源等。
计算机硬件系统组成中介绍过控制器、运算器、存储器、输入输出设备。
这里对应的,CPU是由运算器、控制器、高速缓存组成的,并集成在一个半导体芯片上;
存储器分为内存储器和外存储器和高速缓存存储器(内存又分为RAM和ROM,常用的外存储器有硬盘、光盘、U盘等);
鼠标、键盘、显示器属于输入输出设备(显卡是连接主机和显示器的接口电路)

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:21:04 | 显示全部楼层
第1章 计算机的基本概念
1.1 计算机概述
1、 电子计算机={电子模拟计算机,电子数字计算机}


2、 计算机之父——冯·诺依曼(J. Von Neumann),奠定现代计算机的体系结构。

3、 冯·诺依曼在EDVAC设计方案中提出了“存储程序”原理


4、 计算机的三个特征:①基本器件由电子器件组成②具有内部存储信息的能力,内部信息以二进制数表示③运算过程由程序自动控制
5、 计算机的工作方式IPSO:I(input,输入)、P(process,处理)、S(store,存储)、O(output,输出)
6、 计算机的特点:①指令周期快②运算精度高③可靠性高④具有逻辑判断能力⑤通用性强 (P3)
7、 计算机的分类:①巨型计算机②大中型计算机③小型计算机④微型计算机⑤工作站(P4)
8、 巨型计算机:通常有多个处理器、指令周期达万亿次、代表型计算机(我国银河系列、曙光系列、国外的Cray系列)、机构复杂、价格昂贵、主要用于军事、天气预报、地质勘探以及大型科学计算等。
9、 微型计算机:以微处理器为核心构造的计算机,体积小、价格低、使用方便,代表型计算机(IBM PC系列、目前所使用的计算机)
10、 计算机的应用领域:①科学计算②信息处理③自动控制④计算机辅助工程⑤人工智能⑥计算机网络(P6)


11、 科学计算:也称数值计算,用计算机来解决科学研究和工程技术中的复杂计算问题。
12、 信息处理:也称数据处理,用计算机对各种信息进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用以及传播等。信息处理是计算机应用最广泛的领域。实例:学籍管理、工资管理、图书管理等
13、 自动控制:也称实时控制或过程控制,用计算机控制生产或工作过程。实例:数控机床、飞机自动驾驶
14、 计算机辅助工程:CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAI(计算机辅助教学)、CAT(计算机辅助测试)
15、 人工智能(AI):用计算机模拟人的智能活动,如感知、记忆、联想、推理、学习、理解等。实例:计算机翻译、智能机器人、计算机下棋、专家系统、计算机定理证明等(P7)
16、 计算机网络:计算机技术和通信技术相结合,把发布在不同地点的计算机连接在一起,组成计算机网络,以共享资源(硬件、软件和信息)。
1.2 计算机的发展简史
1、 加法机:由帕斯卡(Pascal)设计制造 (P8)
2、 乘法机:由莱布尼兹(Leibniz)设计制造 (P8)
3、 差分机、分析机: 由巴贝奇(babbage)设计。分析机具有现代计算机的若干特征 (P9)
4、 Mark-I:由艾肯(Aiken)设计,IBM公司制造,是分析机的翻版。(P9)
5、 现代计算机:ENIAC、EDVAC等 (P10)
6、 ENIAC:第一台电子计算机,诞生于1946年,由莫奇里(Mauchly)和埃克特(Eckert)在宾夕法尼亚大学的穆尔学院设计制造,用了18000多个电子管,30吨重,每秒可做5000次加法。ENIAC的工作原理不是“存储程序”原理,是“接线控制”原理。(P10)
7、 EDVAC:冯·诺依曼在ENIAC即将竣工时来到宾夕法尼亚大学的穆尔学院,针对ENIAC的不足,提出EDVAC了设计方案,方案中提出了“存储程序”原理,现在的计算机一直采用该工作原理。(P10)
8、 现代计算机发展的四个阶段:第一代计算机、第二代计算机、第三代计算机、第四代计算机。(P11)
9、 第一代计算机(1945-1958):采用电子管作为基本元器件,使用机器语言和汇编语言进行程序设计。
10、 第二代计算机(1959-1964):采用晶体管作为基本元器件,使用汇编语言和高级语言进行程序设计。
11、 第三代计算机(1965-1970):采用中小规模集成电路作为基本元器件,出现了操作系统。
12、 第四代计算机(1970-今):采用大规模、超大规模集成电路作为基本元器件,出现了数据库管理系统和微型计算机。
13、 微型计算机的发展以微处理器的换代(主要是微处理器的字长)为标志,经历了5个阶段。(P13)
14、 第一代微型计算机:1981年8月,IBM 公司的IBM-PC诞生,微处理器是Intel 8008,字长8位。后来又设计生产了IBM-XT,微处理器是Intel 8086,字长8位。
15、 第二代微型计算机:1984年8月,IBM 公司的IBM-PC/AT诞生,微处理器是Intel 80286,字长16位。
16、 第三代微型计算机:1986年,Compaq公司率先采用Intel 80386微处理器的计算机诞生,字长32位。
17、 第四代微型计算机:1989年,Intel 公司的Intel 80486微处理器诞生,字长32位,随后出现了基于Intel 80486微处理器的计算机。
18、 第五代微型计算机:1993年,Intel 公司的Pentium微处理器诞生,字长64位,随后出现了基于Pentium微处理器的计算机。
1.3 计算机系统的组成
1、 计算机系统={硬件系统,软件系统}(P13)
2、 硬件系统={运算器,控制器,内存,输入设备,输出设备} (P14)
3、 计算机软件是指计算机所运行的程序及其相关的文文件数据。(P14)
4、 软件系统={系统软件,应用软件}
5、 计算机软硬件的关系:①相互依赖②相互配合③相互推动
6、 运算器:负责完成算术运算和逻辑运算。(P15)
7、 控制器:控制计算机的其他各部件,并协调它们之间的工作
8、 内存:存储计算机中的数据和程序
9、 输入设备:向计算机输入程序和数据
10、 输出设备:向计算机用户输出中间结果和最终结果
11、 计算机中是三种信息流={数据流,指令流,控制流}。(P15)
12、 数据流:输入设备->内存,内存->输出设备,运算器->内存,内存->运算器
13、 指令流:内存->控制器
14、 控制流:控制器->输入设备,控制器->输出设备,控制器->内存,控制器->运算器
15、 总线={数据总线,地址总线,控制总线}(P15)
16、 一条指令的执行分为三个步骤:取指令、分析指令和执行指令。(P16)
17、 取指令:从内存某个地址中取出要执行的指令,送到CPU的指令寄存器中
18、 分析指令:将指令寄存器中的指令送到指令译码器中,指令译码器翻译出对应的操作
19、 执行指令:根据指令的译码,控制相应部件,完成相应操作。
1.4 计算机的硬件系统
1、 CPU(中央处理器)={运算器,控制器} (P16)
2、 运算器又称算术逻辑单元,简称ALU,主要完成算术运算和逻辑运算, 包含有寄存器、累加器等部件。寄存器、累加器:暂存进行运算的数据或结果(P17)
3、 控制器中包含指令寄存器、状态寄存器、译码器、程序计数器等部件
4、 指令寄存器:存储当前要执行的指令
5、 程序计数器:存储下一条指令在内存中的地址
6、 字长是CPU的一个重要指标
7、 计算机中的内存被划分成若干个单元,每个单元通常存放一个字节的信息。(P17)
8、 为了区分各存储单元,对每个存储单元指定唯一一个编号,这个编号称为存储单元的地址。(P17)
9、 内存中所有存储单元的总和称为存储容量。
10、 内存={主存储器(内存),辅助存储器(外存)} (P18)
11、 内存直接和运算器、控制器、输入设备、输出设备联系,容量小(与外存相比),访问速度快(与外存相比)。
12、 内存={ROM,RAM}
13、 ROM:只读存储器,生产时把信息固化在其中,计算机不能修改和写入其中的信息,断电后,其中的信息不丢失。
14、 RAM:读写内存,计算机能修改也能写入信息,断电后,其中的信息丢失。
15、 一台计算机中通常ROM的容量小与RAM的容量。
16、 外存={硬盘,软盘,光盘,U盘,……} (P18)
17、 软盘和硬盘都是磁介质内存。都是通过磁头读写其中的信息。
18、 软盘有一个写保护口或滑块,处于写保护时,不能对软盘写入信息,这种方法可防止病毒传染到软盘中。(P19)
19、 输入设备={键盘,鼠标,光笔,触摸屏,条形码扫描仪,扫描仪,话筒,……} (P19)
20、 输出设备={显示器,打印机,绘图仪,音箱,……} (P19)
21、 显示器的一个重要指针是分辨率,即可显示多少个像素,用列数×行数表示。(P20)
22、 显示器与主机之间通过显示器适配卡(简称显卡)连接。(P20)
23、 显示器={CRT显示器,LED显示器}
24、 打印机={针式打印机,喷墨打印机,激光打印机} (P20)
25、 针式打印机:通过打印头中的打印针撞击打印头前的色带进行打印的。噪音大、速度慢、质量差,但成本低。
26、 喷墨打印机:通过喷墨管把墨盒中的墨水喷到打印纸上进行打印的。噪音小、速度中、质量中、成本中。
27、 激光打印机:通过激光和电子照相技术进行打印的。噪音小、速度快、质量高、成本高。
1.5 计算机软件系统
1、 软件系统={系统软件,应用软件} (P21)
2、 系统软件={操作系统(OS)、语言处理程序、数据库管理系统,实用工具软件},最重要的系统软件是操作系统。
3、 应用软件:为某一具体应用编写的软件。如:……
4、 操作系统:综合管理计算机的软硬件资源,合理组织计算机的工作流程,方便用户使用的一组程序的集合。
5、 用户只有通过操作系统才能和计算机打交道。(P22)
6、 操作系统的重要作用:①提高系统资源的利用率②提供方便友好的用户接口③提供软件开发和运行的环境
7、 操作系统五大概念模块:①作业管理②进程管理③存储管理④设备管理⑤檔管理 (P23)
8、 操作系统分类:①按使用环境分为:批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统②按用户数分为:单用户操作系统、多用户操作系统③按硬件结构分为:网络操作系统、分布式操作系统、多媒体操作系统 (P23)
9、 计算机指令:在设计计算机CPU时规定的计算机所能完成的基本操作。
10、 指令=操作码+操作数 (P23)
11、 操作码:表示操作的性质
12、 地址码:表示操作数的数据或操作的数据在内存中的位置
13、 指令={数据处理指令,数据传送指令,程控指令,状态管理指令}
14、 指令系统:计算机中所有指令的集合。
15、 指令系统有两类:复杂指令系统和精简指令系统。对应的计算机有两类复杂指令系统计算机(CISC)和精简指令系统计算机(RISC)
16、 计算机语言={机器语言,汇编语言,高级语言} (P24)
17、 低级语言={机器语言,汇编语言},面向机器的语言。
18、 机器语言:就是计算机的指令系统。计算机可直接执行机器语言编写的程序。
19、 汇编语言:符号化了的机器语言。计算机不能直接执行汇编语言编写的程序,需要用汇编程序把它翻译成机器语言程序(目标程序)后,才能执行。
20、 高级语言:独立于机器的语言。计算机不能直接执行高级语言编写的程序,需要翻译处理程序。(P25)
21、 高级语言的翻译处理程序有两种工作方式:①解释方式(解释程序)②编译方式(编译程序)
22、 解释程序:对高级语言程序逐句解释并执行,不产生目标程序,并立即得到程序的结果。早期的BASIC语言就是采用解释方式处理的。
23、 编译程序:把高级语言程序翻译成等价的机器语言程序(目标程序),运行目标程序后才能得到程序的结果。FORTRAN、PASCAL、C等采用编译方式处理的。
24、 数据库管理系统(DBMS),对数据进行统一管理的软件。完成数据库的定义和建立、数据苦的操作、数据库的运行控制等功能。(P26)
25、 常见的DBMS有:FosBASE、FosPro、INFORMIX、ORACLE、SQL server等。
26、 实用工具软件={计算机管理程序,错误诊断和检查程序、测试程序、调试程序、杀病毒软件}
第3章 计算机中信息的表示
3.1 计算机科学中常用的数制
1、 数制={进位计数制,非进位计数制} (P52)
2、 进位计数制:十进制、12进制、60进制等。
3、 非进位计数制:罗马数。
4、 进位计数制的两个要素:①基数②位权
5、 基数:基数制中所用到的数字符号的个数。
6、 位权(权):某一位上的数字1所代表的大小。
7、 计算机科学中常用的数制:十进制、二进制、八进制、十六进制。
8、 十进制:
①数码={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},②基数=10
③位权=10n,小数点往左依次0,1,2…,小数点往右依次-1,-2,-3…
9、 二进制:
①数码={0,1},②基数=2
③位权=2n,小数点往左依次0,1,2…,小数点往右依次-1,-2,-3…
10、 八进制:
①数码={0,1,2,3,4,5,6,7},②基数=8
③位权=8n,小数点往左依次0,1,2…,小数点往右依次-1,-2,-3…
11、 十六进制:
①数码={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F},其中A=10,B=11…,②基数=16
③位权=16n,小数点往左依次0,1,2…,小数点往右依次-1,-2,-3…
12、 计算机用二进制的原因:①电路简单,易于表示②可靠性高③运算简单④逻辑性强 (P53)
3.2数制之间的相互转换
1、 R进制转换为十进制:按权展开即可,别把权搞错,小数点左1位的权是1,左2位的权才是R。
2、 十进制转换为R进制:整数部分除以R取余数,最先得到的余数是最低位上的数字(最靠近小数点),小数部分乘以R取整数,最先得到的整最靠近小数点。
3、 二进制转换为八进制或十六进制:从小数点开始,向两侧每3(或4)位进行分组,不足3(或4)位用0补足,把每组转换成相应数码即可。(P56)
4、 八进制或十六进制转换为二进制:把每个数码转换成3(或4)位二进制数,不足3(或4)位用0补足。
5、 八进制与十六进制之间的转换:以二进制作桥。
6、 0~15各种数制对照表 (P57 表3.1)


3.3 计算机中信息的表示
1、 计算机中的信息都是用二进制数进行表示的,即用二进制数来编码。(P57)
2、 计算机中信息的单位有:位、字节和字。(P59)
3、 位(bit):最小的信息单位,1个二进制位就是1bit。k bit信息,可表示2k种状态。
4、 字节(Byte):最基本的信息单位,8个二进制位为1Byte。1字节信息可表示256种状态。
5、 字(Word):不是一个通用的信息单位,因为随CPU的型号不同而不同。与字长相同位数的二进制信息为1个字。在一台字长是32位的计算机中,32位二进制数是一个字。
6、 计算机中的量(比物理学中相应的量稍大):有K、M、G。
7、 1K=1024=210,1M=1024k=220,1G=1024m=230,1KB=1024B
3.4 计算机中字符的表示
1、 ASCII码用7个二进制位表示一个字符,共能表示128种字符。(P59)
2、 字符0的ASCII码是0110000,该码转换成十进制数是48,其他数字字符以此类推。
3、 字符A的ASCII码是1000001,该码转换成十进制数是65,其他大写字母以此类推。
4、 字符a的ASCII码是1100001,该码转换成十进制数是97,其他小写字母以此类推。
5、 字符数据在存储时,为了便于处理,在ASCII码的最高位前增加一位0,使其凑成一个字节。
6、 ANSI码,是扩展的ASCII码,与ASCII码相容。
7、 ANSI码用8个二进制位(1个字节)表示一个字符,共能表示256种字符。
8、 ANSI码开始的128个编码对应ASCII码,把ASCII码最高位前增加一位0。(P61)
9、 ANSI码其余的128个编码用来表示其他符号,如版权符号&#169;,英镑符号、希腊字符等。
10、 EBCDIC码, IBM公司在早期的大型计算机中采用的一种编码,是8位编码,可表示256种字符。
11、 Unicode编码,是16位编码,可表示65536种字符,与ASCII码兼容。
12、 Unicode码开始的128个编码对应ASCII码,把ASCII码最高位前增加9位0。
13、 GB2312-80标准:不是一个编码,而是一个国家标准,可用来制定汉字编码。
14、 GB2312-80标准包含6763个汉字,其中一级汉字(常用汉字)为3755个,按拼音字典顺序排列,二级汉字(非常用汉字)3008个,按部首和笔划排列,另外还包含682个符号。
15、 GB2312-80标准把汉字或符号分成94个区,每个区又有94个位(这里的位不是信息单位的那个bit位,是位置的意思),每位放一个汉字,这样每个汉字有一个区号和位号。
16、 国标码:根据GB2312-80制定的汉字编码。每个汉字用两个字节表示,一个用来表示汉字的区号,另一个用来表示汉字的位号。
17、 汉字内码:汉字在计算机内部的代码,可把国标码转化为汉字内码。把国标码的每个字节加上二进制数10100000(对应的十六进制数是A0),就是汉字内码。(P62)
18、 汉字内码的每个字节的最高位都是1,这样与ASCII码不冲突。
3.5 计算机中数值的表示
1、 计算机中的数分两类:定点数和浮点数。(P63)
2、 定点数:小数点固定。把小数点固定在最高位的左边,这样的数称为定点小数,只能表示小于1的纯小数。把小数点固定在最低位的右边,这样的数称为定点整数。
3、 浮点数:小数点可浮动。
4、 正负号的表示:有单符号位和双符号位两种表示法。单符号位用0表示正数,1表示负数,双符号位用00表示正数,11表示负数。符号位都处于数据的最高位。
5、 定点术的表示有三中方法:原码、补码、和反码。
6、 原码:正数符号位为0,其他位不变,负数符号位为1,其他位不变。0的补码有两个(既可看成+0,也可看成-0),即00000000和10000000(假定8位码长)。原码符号位不能参与运算。
7、 反码:正数符号位为0,其他位不变,负数符号位为1,其他位取反(即0变1,1变0)。0反码有两个(既可看成+0,也可看成-0),即00000000和11111111(假定8位码长)。反码符号位能参与运算,但计算完后需要根据符号位进行调整。
8、 补码:正数符号位为0,其他位不变,负数符号位为1,其他位取反(即0变1,1变0)后,再在最后一位上加1。0的补码是唯一的,即00000000(假定8位码长)。补码符号位能参与运算,计算完也不需要根据符号位进行调整。
9、 浮点数在计算机中分为两部分:尾数和阶码。尾数和阶码都是定点数,都有符号位。(P64)
3.6 计算机中图形和声音的表示
1、 图形表示:①在空间分割图形为一个矩阵②对每个单元的颜色进行编码。
2、 图形被分割得越密(分辨率越高),所表示的图形越接近于实际图形。
3、 黑白图形可用1bit对颜色进行编码,对于256色的图形,需要用1Bytet对颜色进行编码。
4、 声音表示:①在时间上分割声波,进行采样②对采样的数据进行编码。
5、 声音被分割得越密(采样的频率越大),所表示的声音越接近于实际声音。
第4章 文件相同和数据存储
4.1 信息、数据和文件
1、 数据:对事实、概念或指令的一种特殊表达形式。
2、 信息:是对人有用的、能够影响人们行为的数据。
3、 信息的三个特征:①信息以数组作为载体②信息可以用多种形式表示③信息是对数据加工和提炼的结果。
4、 同一信息可以有不同的数据表示形式,同一数据也可以有不同的解释。
4.2文件的基本知识
1、 文件:是记录在外内存上的一组相关的信息的集合。(P68)
2、 每个档必须有一个确定的名字,称为文件名。
3、 文件名=主名+.+扩展名。扩展名可省略,但主名不能省略。
4、 DOS文件名:①主名不超过8个字符,扩展名不超过3个字符②字母(不区分大小写)、数位可作为文件名中的字符③$&@%()-_^!可作为文件名中的字符④文件名中不能有”[|]<:>/;?*字符
5、 Windows文件名与DOS文件名不同之处:①文件名最多可包含256个字符(包括扩展名)②文件名中允许出现空格③文件名中可出现多个.,但只有最后一个.后面的为扩展名④扩展名可以多余3个。(P69)
6、 扩展名用来表示档的类型,常用的扩展名:
COM——可执行文件,EXE——可执行文件,SYS——系统文件,TXT——文本文件,
DOC——Word 文档文件,XLS——Excel工作簿文件,PPT——PowerPoint演示文稿文件
BMP——图像位图文件,WAV——波形声音文件,ZIP——Winzip压缩文档档
RAR——WinRar压缩文档档,HTM——网页档,HTML——网页文件
7、 档分类
①按用途:系统文件、库文件、用户文件
②按保护级别:只读文件、读写档、不保护档
③按存放时限:临时文件、永久档、档案档
⑤按存储设备:磁盘文件、磁带文件
⑥按可执行情况:程序文件、数据文件
8、 盘符:软盘——A:和B:,硬盘——C:等,光盘——紧接着最后一个硬盘,U盘——紧接着光盘。
9、 每个盘区中,有且仅有一个根目录,用表示。(P72)
10、 根目录下可建立文件和子目录(文件夹),子目录中可建立文件和子目录(文件夹)。
11、 目录(除根目录外)都有目录名,与文件名的命名规则类似,目录名可有扩展名,但扩展名通常不代表目录的类型。
12、 目录的结构是树型结构。(P72)
4.3档的物理存储
1、 软盘:与硬盘相比,存储容量小,访问速度慢,但携带方便。
2、 软盘上一圈圈的同心圆称为软盘的磁道。又外圈向内分别称为0磁道、1磁道…。每一磁道存储的信息是相同的。
3、 每一磁道分成若干段,称为扇区。扇区是磁盘存储信息的最小单位,对磁盘进行存取时,一次存取一个扇区。
4、 硬盘:与软盘相比,存储容量大,访问速度快,但不便携带。
5、 硬盘有多个盘片,各盘片的同一磁道称为柱面。柱面从内向外编号。
6、 盘片两面都可存储信息,用各自独立的磁头读写信息,每个磁头都有编号。
7、 硬盘的扇区于软盘的扇区基本相同。
8、 硬盘是按柱面、磁头号、扇区来组织存储信息的。(P77)
第5章 常用应用软件
5.1 常用软件概述
1、 文文件制作软件:帮助用户写作、编辑、设计和打印文档。包括:文字处理软件、桌面出版软件、网页设计软件。
2、 文字处理软件:Word、Word Perfect、Word Pro。
3、 桌面出版软件:Quark Xpress、Adobe PageMaker、Corel VENTURA、Microsoft Publisher方正飞腾。
4、 网页设计软件:Dreamweaver、Fireworks、flash、FrontPage。
5、 超文本标记语言HTML,用来描述网页。
6、 演示软件:提供把文本、图形、图表、动画和声音结合生成幻灯片的软件。PowerPoint、Freelance Graphics。
7、 图形处理软件:可编辑、加工、修饰图片的软件。
8、 数值分析软件:对数值进行计算、对比分析、用图表展现的软件。包括电子表格软件、图表软件、统计软件。
9、 电子表格软件,制作表格,不仅可输入数据,还可用公式进行计算,还可用图表展现数据。Excel、Lotus 1-2-3。
10、 图表软件:吧复杂的数据转换成有含义的图表。
11、 统计软件:说明用户分析大量的数据,以找出模式和关系,有助于总结观察结果、预测未来走势等。SPSS、JMP、DateDesk。
12、 数据库管理软件:以前有介绍。
13、 信息和参考软件:收集很多信息,并提供访问这些信息的方法。如百科全书、医学指南、地图软件、食谱等。
14、 互联软件:包括通信软件、远程控制软件、电子邮件软件、浏览器软件。
15、 通信软件:如拨号软件。
16、 远程控制软件:通过该软件以及计算机网络,可以用一台计算机来控制在另外一个地方的计算机。
17、 电子邮件:用来收、发、管理电子邮件,管理通讯簿等。如OutLook Express、Lotus Notes,Foxmail。
18、 教育培训软件:帮助用户学习某一方面的知识、训练某一方面的技能。如金山打字。
19、 娱乐游戏软件:消遣时光。
20、 账目和财务软件:用来处理公司或个人的财务信息。如用友软件、青岛的高信财务软件。
第6章 硬件结构和工作原理
6.1 主机箱内的设备
1、 主机箱内包括:电源、主板、CPU、内存、辅存。(P140)
2、 电源:把交流电转换成计算机所使用的直流电,产生的直流电有±12V、±5V、±3.3V等。
3、 主板:也叫主板或系统板,是一块电路板,电路板上有许多电路以及插槽、插座、接口等。CPU、内存、显示适配器、声卡、网卡都插接在主板上。(P141)
4、 CISC:可以在一条指令内完成更多的操作,完成一条指令需要的时钟周期较长。(P144)
5、 RISC:指令少,完成一条指令需要的时钟周期较短,完成复杂的操作需要多条指令。
6、 缓存的功能 (P145)
7、 CMOS:电耗低,访问速度慢,在计算机中常用来存储硬件设置信息,有主板上的电池提供电源。(P146)
8、 硬盘和软盘:磁介质存储设备,只有格式化后才能使用。格式化就是在磁盘中写入若干信息,以划分出磁道和扇区。
9、 U盘,软盘的替代产品,使用时要插在USB接口上。
10、 CD-ROM和DVD通过反射回来的光线的明暗来区分0和1信息的。DVD的存储密度大,存储容量高。
11、 DVD驱动器可读取CD-ROM光盘,CD-ROM驱动器则不能读取DVD光盘。
12、 CD-ROM基片上压有凹坑,凹坑不反射光线或反射光线较弱,而没压有凹坑的部分可反射光线,这样就记录了0和1信息。计算机只能读出CD-ROM的信息,不能往CD-ROM中写入信息。
13、 CD-R光盘:一次性可写光盘,不能重复写入。
14、 CD-RW光盘:可多次擦写的光盘。
15、 CRT显示器有关参数:点距、最高分辨率、扫描频率、带宽、显示面积(大小)、色温。(P151)
16、 显示器的大小是只其对角线的长度。
17、 液晶显示器的优点:低功耗、体积小、无辐射。
第7章 多媒体技术及其应用
7.1 多媒体技术
1、 多媒体指:文字(Text)、图像(Iamge)、声音(Audio)、视频(Video)等媒体和计算机程序融合在一起形成的信息传播媒体。(P156)
2、 图像在计算机中的表示方法:位图、向量图。(P157)
3、 位图:一幅图由若干称为像素的小点组成,每个像素都有特定的位置和颜色值。位图图像常保存为:TIF、BMP、TUA、GIF、PCX等格式。
4、 向量图:由直线和曲线组成,根据图像的几何特性来进行描述。优点是进行缩放时图像的质量不会受到影响,缺点是色彩不够逼真。
5、 静止图像压缩标准JPEG,可大幅度压缩图像的存储容量,图像基本不失真。(P158)
6、 运动图像压缩标准:MPEG、DVI、H.261。
7、 MPEG压缩算法分为MPEG1、MPEG2、MPEG3等3级。MPEG可把运动图像(电影)压缩到1/100。
8、 音讯压缩标准MP3,是应用于MPEG1的一项音讯压缩技术标准,可对音频信息进行大幅度压缩,而音质基本不失真。(P158)
9、 大规模集成电路(VLSI)技术。单个芯片内可集成上千万个晶体管电路,具有强大的信息处理能力。CPU和数字信号处理(DSP)芯片是典型的实例。
10、 光盘内存技术:CD-ROM直径5英寸,可存储约650MB的资料,大量生产时,价格相当低廉。
7.2 多媒体计算机
1、 能够同时处理图像(Iamge)、声音(Audio)、视频(Video)等媒体的计算机。
2、 多媒体计算机的主要硬设备:CD-ROM驱动器、声卡(许多母板以集成了声卡)、图形加速卡(许多显卡以具备图形加速功能)、视频解压卡(CPU速度的提高,软件可实现视频解压功能)、音箱、话筒。
3、 视频解压卡:能对MPEG算法压缩的动态视频信息进行译码播放。(P160)
4、 光盘的光道不是由同心圆组成的,而是螺旋形。
5、 CD-ROM的四个区域:导入区、目录区、数据区、导出区。
6、 CD-ROM驱动器的两个主要指标:数据传输率、平均搜寻时间。(P162)
7、 数据传输率:每秒能读取多少数据。基准速度:150KB/S,称单倍速。光驱的速度是基准速度的整数倍,称为XX倍速光驱,如48倍速光驱。
8、 平均搜寻时间:指激光头移到制定点并开始读取该点数据的时间。
9、 模/数(A/D)转换:把模拟信号转换为二进制数字信号。
10、 数/模(D / A)转换:把二进制数字信号转换为模拟信号。
11、 声音文件常见的档存储格式:波形(.wav)、声音(.voc)、数字音乐MIDI(.mid)、音讯AUDIO(.au)(P163)
12、 计算机屏幕所能表现的分辨率和色彩数主要是由显示适配器来控制的。(P164)
13、 全彩色:65536(=216)种颜色。
14、 真彩色:16777216(=16M=224)种颜色。(P164)
15、 显示器所显示的颜色是由三原色(红色、绿色、蓝色)合成的。(P165)
7.3 Windows中的多媒体程序
1、 CD播放器:用来播放CD音乐光盘中的音乐,硬件要求——CD-ROM驱动器、声卡、音箱(或耳机)。CD播放器可挑选CD音乐光盘的音乐,进行播放。(P167)
2、 录音机:可录制小型的声音文件,并保存在磁盘上,硬件要求——声卡、麦克风。(p168)
3、 媒体播放器:可播放.avi、.wav、.mid、.mp3文件,还可播放CD音乐光盘。
第8章 计算机网络基础
8.1 计算机网络概述
1、 计算机网络是由地理上分散的、具有独立功能的多个计算机系统,通过通信设备和线路相互连接,并配以相应的网络软件,以实现通信和资源共享的系统
2、 计算机网络的目的:通信和资源共享。
3、 资源共享:硬件资源、软件资源、数据于信息共享。(p173)
4、 计算机网络的分类(按跨越范围):广域网(WAN)、局域网(LAN)和城域网(MAN)。(p173)
5、 计算机网络的分类(按传输信息容量):基带网、宽带网。
6、 计算机网络的分类(按网络的拥有者):公用网、专用网。
7、 计算机网络的分类(按传输速率):低速网、中速网、高速网、超高速网。
8、 网络中信号传输的速率为“位/秒”(b/s)。
9、 计算机网络的功能:①资源共享②数据通讯③均衡负载相互协作④分布处理⑤通过可靠性
10、 国际标准化组织(ISO)的开放系统互联(OSI)参考模型,共有7层:①物理层②数据链路层③网络层④传输层⑤会话层⑥表示层⑦应用层。(p177)
11、 OSI参考模型中,最低层是物理层,最高层是应用层。
8.2 网络传输媒介和网络通信设备
1、 网络传输媒介:双绞线、同轴电缆、光导纤维、无线通信设备。
2、 双绞线:两根家园导线相互缠绕而成双绞线,双绞线电缆包含1对或多对(常见的是4对)双绞线。既可传输模拟信号,也可传输数字信号。有效使用范围是几百米。
3、 同轴电缆:中央是一根比较硬的铜导线。既可传输模拟信号,也可传输数字信号。有效使用范围是几千米。
4、 光导纤维:只能传输光信号,为了能使其传播电信号,两端必须配有光反射机和光接受机。优点:频带宽度高、衰减极低、不泄漏信号、不受电磁波干扰、高频失真小、无需地线。
5、 无线通信设备:无线电、微波、红外线。(p180首行)
6、 为了通信设备:网卡,集线器、ATM交换机、路由器、网桥、网关。
7、 网卡:计算机通过网卡与网络传输介质连接。(P180)
8、 集线器(Hub):网络在某几个介质段之间连接的中央节点设备,具有信号放大作用。
9、 路由器:把局域网连入广域网骨干中的路由选择设备。路由器的工作范围相当于OSI模型中的网络层。
10、 中继器:起信号放大作用。
8.3 局域网和广域网简介
1、 常见的局域网有以太网和令牌环网。
2、 以太网常见的结构有总线型和星型。星型结构的核心是HUB。以太网接入安装方便、结构便宜,传递信息时,会有冲突发生,因此在高负荷下效率很低。
3、 令牌环网,其拓扑结构是环状结构。令牌环网中有一根极段的帧(称为令牌)在环上传递,每个工作站要发送信息时,必须等令牌到来。特点是无冲突,在高负荷下可以高效率地工作。
4、 网络操作系统是用户与计算机网络中间的接口,负责对共享资源进行管理。(P183)
5、 常见的网络操作系统:UNIX、NetWare、Windows NT、Linux。
6、 广域网的拓扑结构:树型结构和网状结构。(P184)
第9章 Internet基础
9.1 Internet的具备知识
1、 Internet:互联网络,建立在计算机网络之上的网络。
2、 IP地址:由32位二进制数组成,分成4组,每组8位,各组之间用.隔开,如210.44.23.66。(P188)
3、 IP地址由两部分组成:网络地址和主机地址。IP地址分为5类:A、B、C、D、E类。常用的的地址为A、B、C三类。
4、 A类:第1组数1126,B类:第1组数128191、C类:第1组数192~223。A类地址主机数最多(16777214)、B类地址主机数次之(65534),B类地址主机数再次之(254)。(P189)
5、 域名系统(DNS),用来把一个域名转换成相应的IP地址。(P189)
6、 Internet顶层域名有两类:机构域名(com、edu、net、org、gov、mil)、地区域名(如cn、ca、ru等)
7、 常见接入internet的方式:拨号上网、ISDN、ADSL。(P190)
9.2 www与浏览器
1、 www也称万维网,是一种基于超文本档的交互式浏览型检索工具。(P191)
2、 超文本:是自然语言文本与计算机交互、转移或动态显示等能力的结合。超文本中允许用户建立一个连接,可连接到当前文档中,也可连接到其他当前网站中的某网页,还可连接到其他网站的某网页。(P191)
3、 统一资源定位(URL):是www系统使用的一种特殊地址,www中的每一个档,都有唯一的一个URL地址。
11、 URL的一般格式:<通信协议>://<主机>/<路径>/<文件名>,如
12、 http:超文本传输协议,ftp:文件传输协议。
13、 www的工作方式:客户机/服务器方式。
9.3 电子邮件服务
1、 电子邮件(E-Mail)。可同时向多个人发一封信、信件内容可以包括文字、声音、图像。
2、 电子邮件采用客户机/服务器工作方式。(P200)
3、 电子邮件发送与接受:发信人->发信人的邮件服务器->收信人的邮件服务器->收信人。
4、 电子邮箱地址:用户名@邮件服务器的域名,如xfq@tsinghua.edu.cn。(P201)
5、 电子邮件软件:OutLook express、FosMail。
9.4 其他Internet服务
1、 文件传输FTP。工作方式:客户机/服务器方式。下载——从FTP服务器上拷贝文件到本地计算机,上载——把本地计算机中的文件传送到FTP服务器上。(P209)
2、 远程登录。通过本地的计算机登录到远程的另一台计算机上,运行其中的程序。
3、 电子公告牌系统(BBS),是一种有很多人参与的论坛系统。在BBS中大家对某一主题进行共同讨论和交流。
4、 新闻组Usenet,与BBS类似,也是一种阅读和发表文章的论坛系统。
第10章 信息化和信息安全
1、 信息高速公路:美国政府提出的国家信息基础设施(NII)计划。(P220)
2、 CNII:中国国家信息基础设施。包括:信息基础设施、信息产业、信息技术、信息人才队伍以及相应的软环境。
3、 “金”字工程:金桥工程、金关工程、金卡工程。(P221)
4、 金桥工程:国家公用经济信息网。(P222)
5、 金关工程:对外贸易信息系统。
6、 金卡工程:自动化支付系统及电子货币系统。
7、 我国的4大互联网:中国公用计算机互联网CHINANET(中国电信)、中国教育科研网CERNET(教育部)、中国科技网CSTNET(中国科学院)、中国金桥网CHINAGBN(吉通公司)。(P222)
8、 信息化社会的方面影响:软件盗版、计算机犯罪(利用计算机作为犯罪国家进行的犯罪活动)。
9、 计算机病毒:一种能够侵入计算机系统,并给计算机系统带来故障的,具有自我繁殖能力的程序。(P224)
10、 计算机病毒的特征:①程序性②传染性③隐蔽性④潜伏性⑤危害性 (P224)
11、 计算机病毒的分类(根据传染对象):操作系统、文件型、混合型。(P225)
12、 计算机病毒的分类(根据发作后果):良性、恶性。(P225)
13、 计算机病毒的防治:以防为主,防、杀结合。
14、 计算机病毒的预防:①不使用来历不明的软件②不查看来历不明的邮件③不上来历不明的网站④不在不了解有无病毒的计算机上使用U盘⑤安装病毒预防软件。
15、 常用杀病毒软件:瑞星杀病毒软件、金山毒霸、江民杀病毒软件等。
16、 计算机黑客:就是指那些通过不合法途径进入别人的网络寻找意外满足的人。
17、 信息安全是指信息系统的硬件、软件及其中的数据受到保护,不受偶然或恶意的原因而遭到破坏、更改、泄漏,确保系统能够连续可靠正常运行,信息服务不中断。
18、 信息安全包括的层面:网络安全、逻辑安全、操作系统安全、网络安全。
19、 信息安全的措施:设置安全的口令、数据加密、建立防火墙、建立入侵检测系统、数据备份。
20、 防火墙:不要让那些来自不受保护的网络(如Internet)上多余的未授权的信息进入专用网络,而仍能允许本地网络上的用户访问Internet服务。(P232)
21、 入侵检测系统:在不能影响网络性能情况下对网络进行检测,从而提供对网络系统的实时保护。

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:21:35 | 显示全部楼层




一、认识操作系统



(一)什么是操作系统?

OS: Operating System,通用目的的软件程序

通用目的:与硬件打交道的软件模块

(二)操作系统的作用
  • 硬件驱动
  • 进程管理
  • 内存管理
  • 网络管理
  • 安全管理
  • 文件管理
(三)操作系统的分类
  • 服务器OS
    • RHEL
    • CentOS
    • Windows Server
    • AIX
  • 桌面OS
    • Windows 10
    • Windows 7
    • Mac OS
    • Fedora
  • 移动设备OS
    • Andriod
    • iOS
    • YunOS

(四)服务器三大操作系统

服务器操作系统支持更多的用户连接

  • Windows:Windows Server
  • Linux:GNU/Linux
  • Unix:1969年Ken Thompson
    • System: Bell Lab
      • AIX (IBM)
      • Solaris (SUN)
      • HP-UX (HP)
    • BSD: (BSRG)Berkeley System Distribution
      • NetBSD
      • OpenBSD
      • FreeBSD


(五)服务器操作系统市场



二、操作系统相关概念(一)ABI

Application Binary Interface,应用程序二进制接口

ABI描述了应用程序与OS之间的底层接口,允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行

(二)API

Application Programming Interface,应用编程接口

API定义了源代码和库之间的接口,因此同样的源代码可以在支持这个API的任何系统中编译

(三)POSIX

Portable Operating System Interface

IEEE在操作系统上定义的一系列API标准

POSIX兼容的程序可在其它POSIX操作系统编译执行

(四)运行程序格式
  • Windows
    • EXE
    • .dll(dynamic link library):动态链接库
    • .lib:静态库
  • Linux
    • ELF
    • .so(shared object):共享对象
    • .a:静态库

(五)用户空间和内核空间



1、用户空间:User space

用户程序的运行空间。为了安全,它们是隔离的,即使用户的程序崩溃,内核也不受影响

只能执行简单的运算,不能直接调用系统资源,必须通过系统接口( system call),才能向内核发出指令

2、内核空间:Kernel space

是Linux 内核的运行空间

可以执行任意命令,调用系统的一切资源

3、上下文切换:Context exchange

CPU来回切换状态,需要不停的保留刚刚的状态

状态切换:需要花费巨大成本

4、举例说明str = [color=rgb(0, 153, 0) !important]"www.magedu.com"      [color=rgb(136, 0, 0) !important]// 用户空间x = x + [color=rgb(0, 102, 102) !important]100                 [color=rgb(136, 0, 0) !important]// 用户空间file.write(str)             [color=rgb(136, 0, 0) !important]// 切换到内核空间y = x + [color=rgb(0, 102, 102) !important]200                 [color=rgb(136, 0, 0) !important]// 切换回用户空间
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4

第一行和第二行都是简单的赋值运算,在User space 执行。第三行需要写入文件,就要切换到Kernel space,因为用户不能直接写文件,必须通过内核安排。第四行又是赋值运算,就切换回User space

5、一幅图说清用户空间和内核空间的关系



(六)编程语言
  • 低级语言
    • 机器语言:0和1
    • 汇编语言:和机器语言一一对应,与硬件相关的特有代码、驱动程序开发
  • 中级语言
    • C语言
    • 系统级应用、驱动程序
  • 高级语言
    • java,Objective-C,C#,python,php,go
    • 应用级程序开发

三、操作系统发展史(一)兼容分时系统Multics

为了进一步强化大型主机的功能,让主机的资源可以提供更多的使用者来利用,所以在1964年, 由贝尔实验室(Bell)、麻省理工学院(MIT)及奇异公司(GE美国通用电气公司)共同发起了Multics(多路信息计算系统)的计划, Multics计划的目的是让大型主机可以同时支持300个以上的终端机连线使用。不过,到了1969年前后,由于计划进度缓慢,资金也短缺,所以该计划虽然继续在研究,但最终贝尔实验室还是选择了退出



(二)Ken Thompson:一切为了游戏

1966年从加州大学伯克利分校毕业的Ken Thompson加入了贝尔实验室。参与了Multics系统的研发。他基于Multics开发了“star travel”游戏。不幸的是,1969年由于贝尔实验室退出Multics项目,这同时意味着Ken将没有机器可以再玩这个游戏了。面对此情此景,Ken作为一个创造者的本性立即体现了出来,于是他决定自己写一个操作系统来满足他玩游戏的需要,Ken找到了一台废弃已久的老式PDP-7,并在这台机器上重写了他的游戏。在这个过程中,Ken有了一个主意,要开发一个全新的操作系统。利用PDP-7上的汇编语言,Ken只花了一个月就编写完了操作系统的内核,在这个一个月中,他一周一个内核,一个文件系统,一个编辑器和一个编译程序的完成

(三)Unix发展史



  • 1965前后Multics
    • 贝尔实验室,麻省理工,通用电气发起
  • 1969 Unix雏形UNICS
    • Ken Thompson 汇编语言B语言
  • 1973 正式命名为Unix
    • Dennis Ritchie C语言
  • 1977 BSD
    • Berkeley Software Distribution 伯克利大学
  • 1979 System V架构版权声明
    • HP-UNIX IBM AIX “不对学生提供源码” 收回版权
  • 1984年Minix操作系统
    • Andrew S. Tanenbaum荷兰阿姆斯特丹自由大学计算机科学系

(四)GNU



  • GNU(GNU is Not Unix)
  • 1984年由Richard Stallman发起并创建
  • 目标是编写大量兼容于Unix系统的自由软件
  • 官方网站:http://www.gnu.org
  • GPL(GNU General Public License)
  • 自由软件基金会:Free Software Foundation
  • 允许用户任意复制、传递、修改及再发布
  • 基于自由软件修改再次发布的软件,仍需遵守GPL
  • LGPL(Lesser General Public License)
  • LGPL相对于GPL较为宽松,允许不公开全部源代码
  • GNU操作系统:Hurd Hird of Unix-Replacing Daemons



GPL缺点:
(1)具有传染性
(2)使用开源代码开发后的产品必须将所有源代码公开

(五)Linux起源



1991年的10月5日,Torvalds在comp.os.minix新闻组
上发布消息,正式向外宣布他自行编写的完全自由免费
的内核诞生(Freeminix-like kernel sources for 386-
AT)———FREAX

英文含义是怪诞的、怪物、异想天开

  • 类Unix的内核,在GPL下发布
  • 官网:www.kernel.org
  • Linux操作系统:
    • 完整的类UNIX操作系统
    • Linux内核+ GNU工具
    • 如:CentOS,Ubuntu,Android



(六)Linux团队



四、Unix、Linux、GNU三者的关系(一)Unix

UNIX操作系统(尤尼斯),是一个强大的多用户、多任务操作系统,支持多种处理器架构,按照操作系统的分类,属于分时操作系统,最早由KenThompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy于1969年在AT&T的贝尔实验室开发。目前它的商标权由国际开放标准组织所拥有,只有符合单一UNIX规范的UNIX系统才能使用UNIX这个名称,否则只能称为类UNIX(UNIX-like)。

举例:AIX(Advanced Interactive eXecutive)是IBM开发的一套UNIX操作系统。

(二)Linux

Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统,是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想,是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

通常说以Linux作为系统内容的操作系统为Linux操作系统,使用Linux内核和GNU开源软件的操作系统为GNU/Linux

(三)GNU

GNU计划,又称革奴计划,是由Richard Stallman在1983年9月27日公开发起的。它的目标是创建一套完全自由的操作系统。Richard Stallman最早是在net.unix-wizards新闻组上公布该消息,并附带《GNU宣言》等解释为何发起该计划的文章,其中一个理由就是要”重现当年软件界合作互助的团结精神”。为保证GNU软件可以自由地”使用、复制、修改和发布”,所有GNU软件都有一份在禁止其他人添加任何限制的情况下授权所有权利给任何人的协议条款,GNU通用公共许可证(GNU General Public License,GPL)。即”反版权”(或称Copyleft)概念。

五、Linux内核版本命名规则



  • 命名规则由三部分组成
    • 内核版本号
      • 主版本号
      • 末版本号
    • 编译版本号
    • 厂商版本号



六、Linux发行版(一)主要发行版
  • slackware分支
    • SUSE Linux Enterprise Server (SLES)
    • OpenSuse桌面
  • debian分支
    • ubuntu
    • mint
  • redhat分支
    • RHEL: RedHat Enterprise Linux
    • 每18个月发行一个新版本
    • CentOS:兼容RHEL的格式
    • 中标麒麟:中标软件
    • Fedora:每6个月发行一个新版本
  • LFS
    • Linux From scratch:自制Linux
  • Android
    • kernel+busybox(工具集)+java虚拟机

(二)发行版维护者发行版名称发布者Logo标识
RedHatEnterprise Linux 7.3Red Hat公司

SUSE Linux Enterprise Server 12 SP2Novell公司

DebianLinux9Debian维护社区

Android 8.0Google公司

(三)RedHat发行版历史RedHat版本发布时间备注
Red Hat Linux 1.0 (Mother’s Day)1994年11月03日
Red Hat Linux 2.01995年09月20日
Red Hat Linux 3.0 (Picasso)1996年05月01日
Red Hat Linux 4.0 (Colgate)1996年10月08日
Red Hat Linux 5.0 (Hurricane)1997年12月01日
Red Hat Linux 6.0 (Hedwig)1999年04月26日
Red Hat Linux 6.2 (Zoot)2000年04月03日Red Hat Linux 6.2E
Red Hat Linux 7.0 (Guinness)2000年03月27日
Red Hat Linux 7.2 (Enigma)2001年10月22日Red Hat Enterprise Linux 2
Red Hat Linux 8.0 (Psyche)2002年09月30日
Red Hat Linux 9.0 (Shrike)2003年03月31日
Red Hat Enterprise Linux 3.0(Taroon)2003年10月22日Fedora 1 (Yarrow)
Red Hat Enterprise Linux 4.02005年02月15日
Red Hat Enterprise Linux 5.0(Tikanga)2007年03月14日
Red Hat Enterprise Linux 6.0(Santiago)2010年11月10日
Red Hat Enterprise Linux 7.0(Maipo)2014年06月10日

(四)获取发行版 CentOS

https://wiki.centos.org/Download
http://mirrors.aliyun.com
http://mirrors.sohu.com
http://mirrors.163.com



七、开源(一)什么是开源?

开源:Open Source

  • 软件和源代码提供给所有人
  • 自由分发软件和源代码
  • 能够修改和创建衍生作品

注意
开源:自由 Freedom
开源不等于免费!

(二)开源协议
  • 世界上的开源许可证,大概有上百种
    • GPLv2, GPLv3, LGPL(lesser) :通用公共许可 copyleft
    • Apache: apache
    • BSD: bsd
    • Mozilla
    • Apache
    • MIT

(三)常见开源协议比较



八、Linux哲学思想

1、一切皆文件(包括硬件设备)

2、Linux主要由短小,且目的单一的程序组成(所以一个命令一般只干一件事)

3、将多个短小的程序串联起来可以完成复杂的任务

4、尽量避免捕获用户接口(尽量避免跟用户进行接触,从发起->回车,全自动,不需要用户再操作)

5、通过文件保存软件的配置信息(只需要一个简单的文本编辑器就可以操作整个系统)


 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:22:14 | 显示全部楼层
《大学计算机基础》以微型计算机为基础,主要介绍计算机基础知识、WindowsXP、Word2003、Excel2003、PowerPoint2003、Office2010、网络基础、Photoshop、Flash~FrontPage2003和Access2003等,同时还概要介绍了Windows7和DOS等内容。《大学计算机基础》内容丰富,强调知识性和实践性,主要训练学生在计算机应用中非程序设计部分的操作能力,培养学生的计算机文化素养。










一、计算机分类和应用
  • 分类
  • 按处理机性能分类
    1、按大小划分
    种类:巨型、大型、中型、小型、微型机
    划分原则:以性能为特征,按价格来划分
    存在问题:划分的标准是随着时间而变化的,没5年左右降低一个等级。
    设计方法:最高性能 特殊用途
    最佳性能价格比 一般商用计算机
    最低价格 家用计算机等
    2、按用途划分
    种类:科学计算、事务处理、实时控制、工作站、服务器、家用计算机等。
    划分原则:
    科学计算:浮点计算速度
    事务处理:字符处理、十进制运算
    实时控制:中断响应速度、I/O能力
    工作站:图形处理能力
    服务器:数据处理速度,数据存储能力
    家用计算机:价格便宜,软件丰富
    发展方向:具备上述所有功能的通用处理机
    各种专用处理机、协处理器、嵌入式处理机
    3、按数据类型划分
    定点计算机、浮点计算机、向量计算机、堆栈计算机等
    4、按处理机个数和种类划分
    单处理机
    并行处理机、多处理机、分布处理机
    关联处理机
    超标量处理机、超流水线处理机、VLIW处理机
    SMP(对称多处理机)、MPP(大规模并行处理机)、机群(Cluster)系统等。
    5、按所使用的器件划分
    按使用的器件划分计算机系统的时代
    第一代:电子管(Valve)计算机
    第二代:晶体管(Transistor)计算机
    第三代:集成电路(LSI)计算机
    第四代:大规模集成电路(VLSI)计算机
    第五代:智能计算机?
    目前的绝大部分计算机系统是VLSI计算机。
  • 佛林分类法
  • 库克分类法
  • 冯泽云分类法
  • 汉德勒分类法

  • 应用
    科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。
二、计算机的硬件
从外观上来看,微机由主机箱和外部设备组成。
主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等;
外部设备包括鼠标、键盘等。
逻辑组成:计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑部件组成。
  • 控制器(Control Unit)
    控制器从存储器中逐条取出指令,分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等,然后根据分析的结果向计算机其它部件发出控制信号,统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。 是整个计算机系统的控制中心。
  • 运算器
    运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
    计算机运行时,运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器;处理后的结果数据通常送回存储器,或暂时寄存在运算器中。
控制器与运算器合称为中央处理器(Central Processing Unit,CPU)。
  • 存储器(内存,外存)
    存储器(Memory)是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。存储器按功能可分为主存储器(简称主存)和辅助存储器(简称辅存)。主存是相对存取速度快而容量小的一类存储器,辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类存储器。
主存储器,也称为内存储器(简称内存),内存直接与CPU相连接,是计算机中主要的工作存储器,当前运行的程序与数据存放在内存中。
辅助存储器也称为外存储器(简称外存),计算机执行程序和加工处理数据时,外存中的信息按信息块或信息组先送入内存后才能使用,即计算机通过外存与内存不断交换数据的方式使用外存中的信息。PC常用的外存是软磁盘(简称软盘)和硬磁盘(简称硬盘),但是光盘、U盘、移动硬盘的使用也越来越普及。
  • 输入设备(InputDevice)
    是人或外部与计算机进行交互的一种装置,用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。向计算机输入数据和信息的设备。键盘,鼠标,摄像头,扫描仪,光笔,手写输入板,游戏杆,语音输入装置等都属于输入设备。
  • 输出设备(Output Device)
    是计算机的终端设备,用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。
三、计算机软件
软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。软件是计算机系统设计的重要依据。为了方便用户,为了使计算机系统具有较高的总体效用,在设计计算机系统时,必须通盘考虑软件与硬件的结合,以及用户的要求和软件的要求。
软件包括运行在硬件上的程序和数据,以及相关的文档。
程序是指挥计算机如何操作一个指令序列。也即程序是由指令组成。
指令是计算机硬件能够直接理解并执行的最基本操作。
数据是指令操作的对象。
计算机软件按照面向对象的不同可分两类:
  • 系统软件
    系统软件是负责管理计算机系统中各种独立的硬件,使得它们可以协调工作。系统软件使得计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的。
    系统软件是各类操作系统,如windows、Linux、UNIX等,还包括操作系统的补丁程序及硬件驱动程序,都是系统软件类。
    一般来讲,系统软件包括操作系统和一系列基本的工具(比如编译器,数据库管理,存储器格式化,文件系统管理,用户身份验证,驱动管理,网络连接等方面的工具)。
    具体包括以下四类:

    • 各种服务性程序,如诊断程序、排错程序、练习程序等;
    • 语言程序,如汇编程序、编译程序、解释程序;
    • 操作系统;
    • 数据库管理系统。
  • 应用软件
    可以细分的种类就更多了,如工具软件、游戏软件、管理软件等都属于应用软件类。
    应用软件是为了某种特定的用途而被开发的软件。它可以是一个特定的程序,比如一个图像浏览器。也可以是一组功能联系紧密,可以互相协作的程序的集合,比如微软的Office软件。也可以是一个由众多独立程序组成的庞大的软件系统,比如数据库管理系统。
    软件一般是用某种程序设计语言来实现的。通常采用软件开发工具可以进行开发。

四、计算机系统层次结构
计算机系统层次结构,指的是计算机系统由硬件和软件两大部分所构成,而如果按功能再细分,可分为7层。把计算机系统按功能分为多级层次结构,就是有利于正确理解计算机系统的工作过程,明确软件,硬件在计算机系统中的地位和作用。
  • 硬联逻辑级编辑
    第零级是硬联逻辑级,这是计算机的内核,由门,触发器等逻辑电路组成。
  • 微程序级编辑
    第一级是微程序级。这级的机器语言是微指令集,程序员用微指令编写的微程序,一般是直接由硬件执行的。
  • 传统机器级编辑
    第二级是传统机器级,这级的机器语言是该机的指令集,程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。
  • 操作系统级编辑
    第三级是操作系统级,从操作系统的基本功能来看,一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源,另一方面它又是传统机器的延伸。
  • 汇编语言级编辑
    第四级是汇编语言级,这级的机器语言是汇编语言,完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。
  • 高级语言级编辑
    第五级是高级语言级,这级的机器语言就是各种高级语言,通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。
    7.应用语言级编辑
    第六级是应用语言级,
    这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的,因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。
    把计算机系统按功能分为多级层次结构,就是有利于正确理解计算机系统的工作过程,明确软件,硬件在计算机系统中的地位和作用。


计算机的工作过程
  • 用户打开程序
  • 系统把程序代码段和数据段送入计算机的内存
  • 控制器从存储器中取指令
  • 控制器分析,执行指令,为取下一条指令做准备
  • 取下一条指令,分析执行,如此重复操作,直至执行完程序中全部指令,便可获得全部指令。
指令格式
(1)操作码,具体说明了操作的性质及功能.
(2)操作数的地址.
(3)操作结果的存储地址.
(4)下一条指令的地址.

 楼主| 智慧谋略 发表于 2022-8-18 15:22:36 | 显示全部楼层
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