张福炎计算机专业基础专升本大纲

信息技术概述：信息与信息技术的概念；信息：信息是客观世界中各种事物运动状态和变化内容的反应，是认识主体对客观事物状态和变化的感知。信息技术：信息技术指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一项技术。信息的基本单位——比特；比特只有两种状态数字0或数字1。数字技术中比特是信息的最小单位。每个西文字符通常需要用8个比特表示，每个汉字大多使用16个比特才能表示。每个字节包含8个比特（小写的b表示一个比特）。比特存储在一种称为触发器的双稳态电子线路中，一组触发器称为寄存器。另一种储存二进位信息的方法是使用电容器。寄存器和大多数半导体存储器在电源切断以后所存储的信息会丢失，它们称为易失性存储器，而磁盘，U盘和光盘即使断电后也能保持所存储的信息不变，属于非易失性存储器，可以用来长期存储信息。存储器容量单位有KB、MB、GB、TB在数字通信中，信息的传输通过比特的传输来完成传输速率大多使用每秒多少比特来度量（称为“比特率”）进制转换；信息在计算机内的表示；无符号整数：无符号整数常常用于表示地址、索引等正整数带符号整数：带符号的整数必须使用一个二进制作为其符号位，一般总是最高位（最左边一位），0表示+，1表示-无论采用原码还是补码表示，正整数的编码都是相同的，只有负整数采用原码或补码才有区别研究如何有效使用计算机求数学问题近似解方法及理论的学科称为“数值计算”ASCII字符集和ASCII码，即美国信息交换标准码一个字节只能存放一个ASCII码，每个字节中多余出来的一位（最高位）在计算机内通常保持为0计算机中存储的和处理的都是二进制位信息比特的运算；逻辑加就是逻辑或；逻辑乘就是逻辑与；取反也称非运算计算机组成原理：计算机的发展；第一代：电子管、磁鼓、机器汇编语言、科学计算第二代：晶体管、磁芯、高级设计语言、数据处理第三代：中小规模集成电路时代、（SSI、MSI）的半导体存储器、高级设计语言、广泛应用于各个领域第四代：大规模和超大规模集成电路时代、（LSI、VLSI）的半导体存储器、面向对象的语言、网络时代计算机的逻辑组成；输入设备、输出设备、CPU、主存储器和辅助存储器、总线和I/O接口计算机的分类；巨型机、大型机、服务器、个人计算机、嵌入式计算机CPU的结构与工作原理；CPU是计算机必不可少的核心部件，它负责执行程序计算机大多是按照匈牙利数学家冯.诺伊曼提出的“存储程序”原理进行工作的CPU的组成：寄存器组、运算器、控制器CPU的工作原理：程序运行时，CPU自动从内存中一条一条的取出指令和相应的数据，按照指令操作码的规定对数据进行数据运算处理，直到程序执行完毕为止冯·诺依曼“存储程序控制”的思想；指令与指令系统；指令的组成：操作码、操作数指令系统：CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统（指令集）CPU的性能指标；指令系统、字长、主频、高速缓存的容量与结构、逻辑结构、CPU核的个数（n个核的CPU性能绝不是单核CPU的n倍）主板、芯片组与BIOS；主板：主板上通常安装有CPU插座、芯片组、存储器插座、扩充卡插座、显卡插座、BIOS芯片、CMOS存储器、辅助芯片和若干用于连接外设的I/O接口主板上还有两块特别有用的芯片：一块是闪速存储器，其中放的是基本输入/输出系统（BIOS），它是计算机启动时最先运行的软件，没有它机器就无法启动；另一块芯片是CMOS存储器，其中存放着与计算机系统相关的一些参数（称为“配置信息”）。芯片组：芯片组是PC各组成部分相互连接和通信的枢纽，它既实现了PC总线控制的功能，又提供了各种I/O接口及相关的控制。没有芯片组，CPU就无法与内存、扩充卡、外设等互相连接。BIOS：BIOS的中文名叫输入/输出系统BIOS主要包含四个部分的程序：加电自检程序、系统盘主引导记录的装入程序、CMOS设置程序和基本外围设备的驱动程序。内存储器的层次结构；（从上到下)寄存器、cache存储器、主存储器（RAM、ROM）、辅助存储器（内存、硬盘、光盘）、后备存储器（磁带库、光盘库）内存储器的分类；DRAM（动态随机存取存储器）、SRAM（静态随机存取存储器）、ROM每个存储单元可以存放1个字节（8个二进位）I/O总线与I/O接口；I/O操作的任务是将输入设备输入的数据送入计算机内存，或者将数据从内存读出送到输出设备计算机中用于在I/O设备与内存之间传输数据的部件（传输线路及其控制器）称为I/O总线I/O总线的主要任务是高速传输数据，总线的带宽（即单位时间内可传输的最大数据量）是衡量I/O总线最重要的性能指标I/O接口：计算机中用于连接I/O设备的连接器以及用于实现I/O通信规程的控制电路就称为I/O设备接口，简称I/O接口。I/O设备大多是独立的物理实体，它们在需要时才与主机连接。用于连接I/O设备的连接器也称为插头/插座。常用的输入输出设备；字符与命令输入设备：键盘、鼠标、触摸屏图像输入设备：扫描仪、数码相机常用输出设备：显示器与显示卡、打印机（针式、激光、喷墨）、MP3硬盘存储器的组成与原理；硬盘存储器一直是计算机最重要的辅助存储器硬盘存储器由硬盘盘片、主轴、主轴电机、移动臂、磁头、控制电路等组成，它们全部密封在一个盒装装置中盘片表面由外向里分成许多同心圆，每个圆称为一个磁道每个扇区的容量一般为512字节硬盘的数据位置需要使用三个参数来定位：柱面号、扇区号和磁头号硬盘的组成和基本工作原理：硬盘中的所有单碟都固定在主轴上。主轴底部有一个电机，当硬盘工作时，电机带动主轴，主轴带动盘片高速旋转，其速度为每分钟几千转甚至上万转。盘片高速旋转时带动的气流将盘片两侧的磁头托起。（磁头是一个质量很小的薄膜组件，它负责盘片上数据的写入和输出）。机械臂用来固定磁头，并带动磁头沿着盘片的径向高速移动，以便定位到指定的柱面。光盘存储器的结构与原理；光盘存储器由光盘片和光盘驱动器两个部分组成光盘存储器它是通过表面上压制凹坑的方法来记录信息，凹坑的边缘处表示“1”，而凹坑内和凹坑外的平坦部分表示“0”，信息的读出需要使用激光进行分辨和识别。光驱的类型；DVD只读光驱（DVD-ROM）、组合光驱、DVD光盘刻录机、蓝光光驱（BD）光盘片的类型。CD光盘片、DVD光盘片、蓝光光盘计算机软件：什么是计算机软件；一般情况下，软降往往指的是设计比较成熟、功能比较完善、具有某种使用价值的程序。而且人们不仅把程序也把与程序相关的数据和文档统称为软件。软件必须有完整、规范的文档作为支持。软件是智力活动的成果。计算机软件的分类；如果从软件功能和作用的角度出发，计算机软件可分为：系统软件、应用软件如果按照软件的权益的处置方式来进行分类，计算机软件可分为：商品软件、共享软件和自由软件/开源软件系统软件泛指那些为了安全有效地使用计算机系统、给应用软件开发与运行提供支持或者能为用户管理和使用计算机提供方便的一类软件。系统软件的主要特征是：它与计算机硬件关系密切，能对硬件资源进行统一的控制、调度和管理；系统软件具有基础性和支撑作用，它是应用软件的运行平台。应用软件泛指那些专门用于为最终用户解决各种具体应用、完成特定任务的软件应用软件可再分成通用应用软件和定制应用软件商品软件是用户需要付费才能得到其使用权共享软件是一种为了节约市场营销费用的有效软件销售策略自由软件/开源软件的发展对于软件共享和技术创新起到了很好的促进作用操作系统的概念；操作系统是计算机最重要的一种软件系统，它由许多程序模块组成，它们能以有效、合理和安全的方式组织和管理计算机的软硬件资源，科学地安排计算机的工作流程，控制和支持应用程序的运行，并向用户提供用户界面（人机接口），使用户能容易、方便、有效、安全地使用计算机，确保整个计算机系统高效有序安全地运行。操作系统的作用；为计算机中应用程序地运行提供支持和服务为计算机中运行的应用程序管理和分配系统资源为用户用户操作使用计算机提供友善地人机接口为应用程序的开发提供一个高效率的平台操作系统的组成；操作系统的组成：操作系统通常由操作系统的内核和其他许多附加的配套软件所组成，包括图形用户界面程序、常用的应用程序和实用程序，以及为支持应用软件开发和运行的各种软件构件。文件管理；文件及其属性：文件是存储在辅助存储器中的一组相关信息的集合大部分操作系统使用的文件说明信息包括：文件主名、文件扩展名、文件在辅助存储器中的位置、文件大小、文件创建时间、修改时间、文件属性。文件目录：文件的位置由存放文件的驱动器号和文件路径来确定。驱动器号（盘符）：\文件路径\文件名文件管理：操作系统中文件管理的主要职责之一是如何在辅助存储器中为创建（或保存）文件而分配存储空间，为删除文件而回收空间，对空闲空间进行分配。这些任务都是由文件管理程序完成的。算法与算法分析；通俗的讲，算法就是解决问题的方法与步骤在计算机科学中，算法指的是用于完成某个信息处理任务的有序而明确的，可以由计算机执行的一组操作（或指令），它能在有限时间内执行结束并产生结果。算法都必须满足下列基本要求：确定性、有穷性、能行性、输出程序设计语言的分类；机器语言、汇编语言、高级语言几种程序设计语言介绍：FORTRAN语言、BASIC和VB语言、JAVA语言、C语言、C++语言和Objective-C语言移动通信与互联网：通信的基本概念；通信的基本任务是传递信息，因而至少需由三个要素组成，即信息的发送者（信源）和信息的接收者（信宿），携带了信息的光（电）信号，以及信息的传输通道（信道）。信源和信宿中使用的发信和收信设备，也称为通信终端。电（光）信号有两种形式：模拟信号和数字信号 按使用的传输介质的类型，通信分为有线通信和无线通信两大类有线通信；双绞线、同轴电缆、光缆光纤传输网已经成为几乎所有现代通信网和计算机互联网的基础平台无线通信；无线通信借助电磁波在空间的传播进行信息传输微波是一种频率为300MHz~300GHz的电磁波（光速=波长*频率）调制/解调技术；信息传输时，利用基带信号去调整载波的某个参数（幅度、频率和相位），这个过程称为“调制”，经过调制后的载波携带着基带信号通过天线发射或在导线中进行长距离输出，达到目的地后，接收端再把载波所携带的信号检测出来恢复成基带信号，这个过程称为“解调”。最基本的调制方法有三种：幅度调制、频率调制和相位调制调制解调器（MODEM，俗称“猫”）手机中的“基带处理器”就是用来完成调制解调等任务的专用处理器数字无线通信使用的基本调制方法称为幅移键控、频移键控、相移键控多路复用技术；为了提高传输线路的利用率，降低通信成本，一般总是让多路通信信号共用一条传输线同时进行传输，这就是多路复用技术。多路复用技术分为两种：时分多路复用（TDM），频分多路复用（FDM）为了使带宽有限的频段中能支持尽量多的用户同时进行通信，多路复用技术至关重要，这在无线通信中称为多址接入。第一代：频分多址技术；第二代：时分多址技术；第三代：码分多址技术交换技术；交换技术分为：电路交换和分组交换电路交换的特点是：在通话的全部时间内用户始终占用端到端的传输信道。分组交换也成为包交换，分组交换就是源计算机把需要传输的数据划分成若干适量大小的数据块，为每个数据块附加上收发双方的地址、数据块的编号、检验信息等有关信息，组成一个一个“包”，然后以包为单位通过网络向目的计算机逐个地发送。到达目的计算机后，由目的计算机接收和处理。分组交换机与存储转发：为了实现分组交换方式的数据传输，网络中必须使用一种关键设备—分组交换机。（交换机与交换机之间是高速数字通信线路，如光纤、微波、无限频道等）。分组交换机的基本工作模式是“存储转发”。端口每发送完一个包，就从缓冲区中提取下一个包进行发送，这就是存储转发技术。为了使每一个数据包均能正确地送达目的计算机，交换机每收到一个包，就要根据包中的目的计算机地址去查一张表（称为“转发表”），该表的功能是指出发送给哪台目的计算机的包应该从哪个端口转发出去。转发表是交换机中的软件根据计算机与交换机、交换机与交换机之间的连接情况自动计算得到的。计算机网络采用分组交换和存储转发技术的好处是：传输线路的利用率高、数据通信可靠、灵活性好分组交换技术的缺点：有延迟、成本高分组交换的应用：局域网采用的是分组交换技术移动通信系统的组成；移动通信系统由通信终端（手机）、基站、移动电话交换中心等组成移动通信的演进；移动通信从1G到5G，就是从模拟通信到数字通信，低速传输到高速传输，通信内容从语音、文字到多媒体，稳定性安全性逐步提高，成本不断降低的发展过程。第5代移动通信——5G；5G的主要特点：超高速度、超大容量和超低延时5G使用的频段比4G频率更高、频带更宽并可同时传输多个载波基站和终端部署多个天线，每个天线独立发射信号，同时，在接收端用多个天线接收并恢复信息，这成为MMO（多入多出）有性能更加优异的信道编码方案LDPC码采用网络切片和网络开放虚拟化技术构建5G移动网将基站的控制单元集中，除控制基站外，还为基站所服务的用户提供计算/存储功能（称为“边缘计算”），称为城镇级或者小区级的小型数据中心，用于提供如超低延迟的特殊云服务等应用计算机网络的概念；计算机网络是利用数据通信设备和通信设备，把功能独立的多台计算机以信息传输、共享资源和协同工作作为目的连接起来的一个信息系统计算机连网的目的；数据通信、资源共享、实现分布式信息处理、提高计算机系统的可靠性和可用性计算机网络的分类；局域网、城域网、广域网计算机网络的组成；计算机、数据通信网、网络通信协议、网络操作系统和网络应用软件局域网组成、MAC地址与数据帧；局域网的逻辑组成：网络工作站、网络服务器、网络打印机、网络接口卡、传输介质、网络互联设备等网络上的每一台设备，它们都有自己的物理地址（一个二进制代码，称为MAC地址）网卡的基本知识；网卡：网卡它是连接计算机和传输介质的控制电路，不仅实现与传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还负责数据帧的发送和接收、数据帧的封装与拆封等任务。网卡和局域网之间的通信是通过电缆、双绞线或无线电波以串行传输方式进行的，网卡中必须有一定容量的数据缓冲存储器。每块网卡都有一个全球唯一的地址码（称为MAC地址）MAC地址是一个48位的二进制整数常用局域网；共享式以太网、交换式以太网、千（万）兆位以太网、无线局域网互联网的概念及组成；互联网它指的是20世纪末期在美国ARPA网基础上，采用TCP/IP协议将遍布全球的计算机网络连接而成的一个庞大的计算机网络系统互联网早先的组成：主干网、地区网和校园网计算机如何接入互联网；固定电话接入、有线电视网接入、光纤接入、无线接入TCP/IP模型；计算机网络的协议采用“分层”的方法进行设计和开发 TPC/IP模型将计算机网络分成4层：应用层、传输层、网络连接层和网络接口与硬件层TCP（传输控制协议）和IP（网络互传协议）IP地址；全网所有主机通信时使用统一编号的地址—IP地址IP地址由软件设定，终端设备原有的MAC地址保持不变每个IP地址用4个字节（32个二进位）IP地址由网络号和主机号两个部分组成各协议的名称及含义；域名解析协议DNS、超文本传输协议HTTP（http是客户端与服务器的通信协议）、HTTPS协议（HTTP的安全版）、互联网的应用;互联网通信服务：电子邮件、微信、5G消息WWW信息共享：网站和URL：网站是互联网上网页、图像、音频、视频、脚本程序等一组特定信息资源的集合，用于在互联网上发布信息和提供信息服务网站的硬件载体称为WWW服务器或Web服务器。网页是网站的重要组成部分，它是一种超文本文档，由文字、图像、音频、视频、脚本程序等组成。Web浏览器：Web网页浏览器是一种用于下载并展示万维网信息资源的应用程序。Web信息检索：Web为人们提供了一个遍布全球的海量信息资源库。在Web中寻找信息有两种途径：在相关的门户网站上按信息类型分门别类地进行查找；也可以使用Web信息检索工具—搜索引擎来搜寻需要的信息。内容分发网CDN：CDN是互联网中增加的一层新的网络架构，它由遍布全球的高性能加速节点构成。WWW业务处理：静态资源与动态资源：静态资源通常指那些内容基本不变的资源；动态资源与静态资源不同，它的内容不是预先确定的，而是网站在客户端请求时根据访问者、访问时间和客户提供的参数等实时生成的信息资源。WWW业务信息处理系统：WWW业务处理流程：计算机病毒；计算机病毒是指蓄意在计算机程序或数据文件中插入的具有破坏性的一些指令和程序代码，它能通过自我复制进行传播，在一定条件下被激活。计算机的特点：破坏性、隐蔽性、传染性、潜伏性数字媒体处理及应用：西文字符编码ASCII码；汉字的编码；GB2312汉字编码：1981年我国颁布了第一个国家标准—《信息交换用汉字编码字符集·基本集》（GB2312）GB2312国标字符集由三部分组成：第一部分是字母、数字和各种符号；第二部分为一级常用汉字（按汉语拼音排列）；第三部分为二级常用汉字（按偏旁部首排列）GB2312的所有字符在计算机内部都采用2个字节（16位二进位）来表示，每个字节的最高位均规定为1。这种高位均为1的双字节汉字编码就称为GB2312汉字的“机内码”（又称“内码”）GBK是我国在1995年发布的，全称为《汉字内码扩展规范》；新增的符号和汉字则给予新的编码，它们的第1字节最高位必须为“1”，第2字节的最高位可以是1，也可以是0。图像的表示方法与主要参数；图像在计算机中的表示方法是：灰度图像用一个矩阵来表示；彩色图像用一组（一般是3个）矩阵来表示，每个矩阵称为一个位平面。矩阵的行数称为图像的垂直分辨率，列数称为图像的水平分辨率，矩阵中的元素是像素颜色分量的亮度值，通常它是一个8~12位的二进制整数。一幅图像是由M（列）*N（行）个取样点组成，每个取样点是组成取样图像的基本单位，称为像素（pel）。图像的主要参数：图像分辨率、位平面数目、像素深度、颜色模型图像数据量的计算；图像数据量=图像水平分辨率*图像垂直分辨率*像素深度/8常用图像文件格式；BMP、RAW（数码相机）、TIF（扫描仪和桌面出版）、GIF、JPEG、PNG、WebP几乎所有图像处理软件都能支持BMP文件矢量图形与位图图像的区别；矢量图形：矢量图形靠软件生成，占用空间小，矢量图与分辨率无关，色彩不丰富位图图像：位图图像由像素描述图像，占用空间大，色彩丰富音频信号的数字化；音频是模拟信号。为了使用计算机进行处理，必须将它转换成二进制编码表示的形式，这个过程称为音频信号的数字化。音频信号数字化的过程：取样、量化、编码声音是一种波，它由许多不同频率的带波组成其频率范围为20Hz~20kHz，称为全频带音频人说话的声音频带较窄，仅为300~3400Hz，成为语言，也称为话音或语音数字音频的主要参数；主要参数：取样频率、量化位数、声道数目、使用的压缩编码方法以及比特率数字音频是一种使用二进制表示的按时间顺序组织的串行比特流音频数据量的计算；数字音频的码率=取样频率