计算机基础(计算机概述)

计算机基础(计算机概述)汇报人：AA2024-01-21CONTENTS计算机基本概念与原理数据表示与存储技术中央处理器(CPU)详解操作系统原理与功能介绍编程语言与软件开发方法论述网络安全与防护措施探讨计算机基本概念与原理010102计算机定义及发展历程计算机的发展历程经历了机械计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和超大规模集成电路计算机等五个阶段。计算机是一种基于微处理器的智能电子计算机器，具有高速运算、存储和处理数据的能力。计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统包括中央处理器、存储器、输入输出设备等，是计算机的物理基础。软件系统包括系统软件和应用软件，是计算机的逻辑基础，用于管理和控制计算机的运行。计算机系统组成与结构工作原理与指令系统计算机的工作原理基于二进制数制，通过执行预先编写的程序来完成各种任务。指令系统是计算机执行程序的基础，由一组基本操作指令组成，用于控制计算机各部件的工作。计算机软硬件之间存在密切的关系，硬件是软件的基础，软件则充分发挥硬件的性能。软件可分为系统软件和应用软件两大类，系统软件是管理和控制计算机资源的软件，应用软件是为满足用户特定需求而开发的软件。软硬件关系及分类数据表示与存储技术02使用固定的小数点位置来表示数值，分为定点整数和定点小数两种。定点数表示法使用科学计数法来表示数值，即一个尾数和一个指数，可表示大范围的数值。浮点数表示法使用0~9的数字来表示数值，计算机内部通常使用二进制编码十进制（BCD）码来表示。十进制数表示法010203数值型数据表示方法ASCII码使用7位或8位二进制数表示一个字符，共可表示128或256个字符。Unicode编码使用16位或32位二进制数表示一个字符，可表示全球各种语言的字符集。UTF-8编码一种变长字节表示的Unicode字符集编码方式，可用于互联网上的国际化文本传输。字符型数据编码方式030201将模拟图像转换为数字图像的过程，包括采样、量化和编码三个步骤。将模拟声音转换为数字声音的过程，同样包括采样、量化和编码三个步骤。为了减少数字化图像和声音的数据量，常采用压缩技术，如JPEG、MP3等。图像数字化声音数字化压缩技术图像和声音数字化处理技术可读可写，断电后数据消失，存取速度快，价格较高。随机存取存储器（RAM）只读不写，断电后数据不消失，存取速度较慢，价格较低。只读存储器（ROM）位于CPU和主存之间的高速小容量存储器，用于提高CPU的存取速度。高速缓冲存储器（Cache）如硬盘、光盘、U盘等，容量大、价格低、速度慢，用于长期保存数据。辅助存储器（外存）存储器类型及其特点中央处理器(CPU)详解03CPU主要由运算器、控制器和寄存器组等部分组成，其中运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器负责指令的取指、译码和执行等操作，寄存器组用于暂存数据和指令。组成结构从功能上看，CPU可分为前端和后端两部分。前端负责取指、译码和分支预测等，后端负责执行指令、数据访问和结果写回等。功能划分CPU组成结构与功能划分指令集架构指令集架构是CPU中用于定义指令格式和功能的规范，常见的指令集架构有x86、ARM、MIPS等。不同的指令集架构有不同的优缺点，适用于不同的应用场景。微程序设计思想微程序设计是一种将复杂指令分解为一系列简单微操作的设计方法，通过微程序控制器实现对微操作的调度和执行。这种设计思想可以提高CPU的灵活性和可扩展性。指令集架构和微程序设计思想CPU的性能评价指标主要包括主频、核心数、线程数、缓存容量、功耗等。其中主频越高，处理速度越快；核心数和线程数越多，并行处理能力越强；缓存容量越大，数据访问速度越快；功耗越低，发热和能耗越小。性能评价指标在选购CPU时，需要根据实际需求和预算进行选择。对于一般家用和办公场景，选择主频适中、核心数和线程数适当、缓存容量较大的CPU即可；对于游戏和高性能计算等场景，需要选择主频更高、核心数和线程数更多、缓存容量更大的CPU，并注意散热和功耗问题。选购建议性能评价指标及选购建议发展趋势随着人工智能、大数据等技术的不断发展，CPU的并行处理能力、低功耗设计和安全性等方面将成为未来发展的重要趋势。同时，随着芯片制造工艺的不断进步，CPU的集成度和性能将不断提高。新技术应用近年来，一些新技术如量子计算、光计算和生物计算等逐渐应用于CPU设计中，为CPU的发展带来了新的机遇和挑战。这些新技术具有不同的特点和优势，可以应用于不同的场景和需求。发展趋势和新技术应用操作系统原理与功能介绍04定义01操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。分类02根据运行环境和功能特点，操作系统可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。发展历程03从早期的手工操作到批处理，再到分时和实时操作系统，以及现代的网络和分布式操作系统，操作系统不断发展和完善，为用户提供更加高效、安全和便捷的服务。操作系统定义、分类及发展历程VS操作系统通过进程管理实现多道程序并发执行，包括进程创建、撤销、阻塞、唤醒以及进程同步和通信等功能。资源调度策略操作系统采用多种资源调度策略，如先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、优先级调度(PriorityScheduling)和时间片轮转(RoundRobin)等，以优化资源利用率和系统性能。进程管理进程管理和资源调度策略文件系统类型和访问控制方法文件系统类型根据存储介质和组织方式的不同，文件系统可分为磁盘文件系统、网络文件系统和分布式文件系统等。访问控制方法操作系统提供多种访问控制方法，如自主访问控制(DAC)、强制访问控制(MAC)和基于角色的访问控制(RBAC)等，以确保文件和数据的安全性和完整性。网络通信和远程过程调用操作系统通过网络协议栈实现网络通信功能，包括数据链路层、网络层、传输层和应用层等各层协议的实现和交互。网络通信RPC是一种允许程序在分布式系统中执行远程服务器上程序的技术。操作系统提供RPC机制，使得不同主机上的程序可以像调用本地程序一样调用远程程序，实现分布式计算和服务。远程过程调用(RPC)编程语言与软件开发方法论述05编程语言分类根据编程范式和应用领域，编程语言可分为多种类型，如过程式、函数式、面向对象、脚本语言等。函数式语言以函数为核心，通过函数组合和递归实现复杂功能。脚本语言简单易学，适用于快速编写小型程序和脚本。编程语言定义编程语言是用于编写计算机程序的一系列指令和规则，它允许程序员与计算机进行交互，并告诉计算机执行特定任务。过程式语言以过程或步骤为核心，按照特定顺序执行指令。面向对象语言以对象为核心，通过封装、继承和多态等特性提高代码重用性和可维护性。010203040506编程语言概述及分类特点算法定义：算法是一组用于解决特定问题的明确指令，它是计算机科学的核心内容之一。算法设计思想和方法论将复杂问题分解为更小的子问题，以便更容易地解决它们。通过递归调用自身来解决问题，适用于具有相似子问题的情况。算法设计思想和方法论递归思想问题分解动态规划：通过存储子问题的解来避免重复计算，从而提高算法效率。算法设计思想和方法论明确问题的输入和输出，以及问题的约束条件。根据问题特点选择合适的算法设计思想，并设计出具体的算法步骤。分析问题设计算法算法设计思想和方法论实现算法使用编程语言实现算法，并进行测试和调试。算法评估对算法的时间复杂度、空间复杂度等性能进行评估和优化。算法设计思想和方法论数据结构类型及其应用场景数组连续存储元素的线性结构，适用于随机访问元素的情况。要点一要点二链表通过指针链接元素的线性结构，适用于插入和删除元素的情况。数据结构类型及其应用场景栈和队列特殊的线性结构，分别适用于后进先出（LIFO）和先进先出（FIFO）的场景。树和图非线性结构，适用于表示层次关系和网状关系的数据。数据结构类型及其应用场景使用队列管理进程和任务调度。使用栈实现协议栈和数据处理流程。选择合适的数据结构可以提高算法效率和性能。使用树或图结构表示和组织数据。操作系统数据库系统网络通信算法设计和分析数据结构类型及其应用场景软件开发流程定义：软件开发流程是指从需求分析到软件发布和维护的一系列活动，它规定了软件开发的标准和规范。软件开发流程模型比较按照顺序逐步完成各个阶段的任务，每个阶段都有明确的输入和输出。瀑布模型强调风险分析和迭代开发，通过不断循环来完善软件产品。螺旋模型软件开发流程模型比较软件开发流程模型比较敏捷开发模型：以用户需求和快速响应变化为核心，通过短周期迭代和团队协作来实现软件开发。软件开发流程模型比较01模型比较与选择02瀑布模型适用于需求明确、开发过程稳定的项目；但难以应对需求变更和风险控制。03螺旋模型适用于需求不明确、风险较大的项目；但开发周期较长且需要专业的风险管理团队。04敏捷开发模型适用于需求变化快、用户参与度高的项目；但要求团队成员具备较高的协作能力和自我管理能力。网络安全与防护措施探讨06包括病毒、蠕虫、特洛伊木马等，通过感染用户系统或窃取信息造成危害。利用伪造邮件、网站等手段诱导用户泄露个人信息或下载恶意软件。通过大量无效请求拥塞目标服务器，使其无法提供正常服务。攻击者伪装成合法用户获取访问权限，进而窃取数据或进行非法操作。恶意软件网络钓鱼拒绝服务攻击身份冒用网络安全威胁类型分析对称加密采用单钥密码体制，加密和解密使用相同密钥，典型算法如AES。非对称加密使用公钥和私钥两个密钥，公钥用于加密，私钥用于解密，典型算法如RSA。数字签名保证信息传输的完整性和真实性，采用非对称加密技术实现。应用实践SSL/TLS协议、VPN、加密聊天软件等广泛应用了加密技术。加密技术原理及应用实践包括包过滤防火墙、代理服务器防火墙和有状态检测防火墙等。防火墙类型配置策略入侵检测手段根据安全需求制定访问控制规则，如允许或拒绝特定IP地址、端口和协