北京大学计算概论01-计算机与互联网(部编)课件

计算概论B

第一讲计算机与互联网王昭北京大学信息科学技术学院

wangzhao@纲要“计算学科”的由来计算机的发展史互联网及应用2024/7/2北京大学3信息社会的几个历史里程碑1、发明文字历史得以记录，文明得以传承。信息可以跨越时间和空间2、发明算术回答问题和解决问题的工具。人类抽象思维的智慧结晶。3、发明活字印刷信息的批量复制成为可能，信息成为可大规模共享的资源4、计算机和互联网的出现全球性的信息传输、加工和互动成为可能信息与信息社会2024/7/2北京大学4信息社会的技术特点

数字化信息资源的大量生产

信息表现形式的多样化数据的存储形式，传播形式，和多媒体表现形式（文字、声音、图像、影像等）

信息的变换与加工信息查询、浏览、摘取、格式转换、统计等

信息共享信息与信息社会计算广义上讲，一个函数变换，如把x变成了f(x)就是一个计算！如果我们把一切都看作是信息，那么更精确的讲，计算就是对信息的变换！计算就是符号串的变换。从一个已知的符号串开始，按照一定的规则，一步一步地改变符号串，经过有限步骤，最后得到一个满足预先规定的符号串，这种变换过程就是计算。算法是求解某类问题的通用法则或方法，即符号串变换的规则。计算机界最具影响的两大国际性学术组织InstituteofElectrical&ElectronicEngineers，ComputerSociety电气和电子工程师协会计算机协会，于1946年成立ACMAssociationforComputerMachinery美国计算机协会，于1947年成立IEEEComputerSociety计算学科1985年，美国计算机协会（ACM）与美国电气和电子工程师学会计算机协会（IEEE/CS）联手组成任务组。1989年，该任务组提交了计算教育史上具有里程碑意义的“计算作为一门学科”（ComputingasaDiscipline）报告。2005年，IEEE/CS和ACM提交了计算机学科教程体系ComputingCurricula2005（CC2005）。Inageneralway,wecandefinecomputingtomeananygoal-orientedactivityrequiring,benefitingfrom,orcreatingcomputers.Computing

isusuallydefinedliketheactivityofusinganddevelopingcomputertechnology,computerhardwareandsoftware.ComputingasaDisciplinecomputerengineering,是电子工程的一个分支，主要研究计算机软硬件和二者间的彼此联系。computerscience是对计算机进行学术研究的传统称谓。informationsystems,研究计算机在一个广泛的有组织环境中的应用informationtechnology,计算机相关的管理和维护softwareengineering研究开发高质量软件系统的方法学和实践方式，并试图压缩并预测开发成本及开发周期ComputerScience计算机科学用于解决信息与计算的理论基础，以及实现和应用它们的实用技术。计算机科学研究的课题是：计算机程序能做什么和不能做什么（可计算性）；如何使程序更高效的执行特定任务（算法和复杂性理论）；程序如何存取不同类型的数据（数据结构和数据库）；程序如何显得更具有智能（人工智能）；人类如何与程序沟通（人机互动和人机界面）。2024/7/2北京大学10计算领域的主要研究范畴计算机体系结构操作系统计算机网络数据库技术程序设计语言软件工程图形图像处理编译原理算法设计与分析…数理逻辑计算复杂性理论人工智能…计算机计算机是一种现代化的信息处理工具。它对信息进行处理并提供所需结果。其结果(输出)取决于所接收的信息(输入)及相应的处理算法。计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计算机进行信息获取、表示、储存、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。它包括科学与技术两方面。科学侧重研究现象与揭示规律；技术则侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。纲要“计算学科”的由来计算机的发展史互联网及应用计算机的发展史现代计算机的“史前”时代（-1946）现代计算机从历史走向未来─计算机发展史现代计算机的“史前”时代（-1946）手工计算器，1200年~1600年机械计算器，1600年~1930年计算机原型，1937年~1946年现代计算机电子管计算机，1946年晶体管计算机，20世纪50年代后期集成电路计算机，1965年超大规模集成电路，20世纪70年代早期目前正处于第5代的酝酿期早期的手工计算辅助工具共同特点无法记录计算法则无法设定计算步骤作用标记计算过程记录计算结果进行数字计算的辅助工具普遍认为的第一台机械计算器1642-1643年，PASCAL发明了一个用齿轮运作的加法器。（最多可以把8位长的数字加起来）

工业革命前的机械计算器莱布尼茨（G.W.Leibnitz，1646-1716）德国伟大的数学家，提出了“二进制”的概念1673年他在帕斯卡加法器的基础上，建造了一台能够进行四则运算的机械计算机器，轰动整个欧洲。仍然用齿轮及刻度盘操作，计算结果可以达到16位据说是受到中国《易经》的启发《易经》中说：

易有太极，是生两仪，

两仪生四象，四象生八卦莱布尼兹与二进制

(1646-1716)

InventorofBinaryArithmeticsandCalculus莱布尼兹是德国著名的数学家和哲学家，也是计算机二进制的发明者。1666-1667年间，他在纽伦堡学习，接触了中国古典哲学中的易经图。1679年3月15日，他撰写了题为《二进算术》的论文，对二进制进行了充分的讨论，并建立了二进制的表示及运算。1701年，他将关于二进制的论文提交给法国科学院，但要求暂不发表。1703年，他将修改后的论文再次送给法国科学院，并要求公开发表。这是西方第一篇关于二进位制的文章，是莱布尼兹在《皇家科学院纪录》上发表的，标题为《二进制算术的解说》，副标题为“它只用0和1，并论述其用途以及伏羲氏所使用的古代中国数字的意义”。1716年，他又发表了《论中国的哲学》一文，专门讨论八卦与二进制，指出二进制与八卦有共同之处。工业革命时代的机械计算器1822年英国科学家巴贝奇(Babbage)制造出第一台差分机。它可以处理3个不同的5位数计算精度达到6位小数特点：机械、手动力、无软件1834年巴贝奇提出了分析机的概念

机器共分为三个部分：堆栈，运算器，控制器。企图用机械方式（蒸汽动力）实现一般意义下的计算过程计算用的程序和数据存储于穿孔卡片上AugustaAdaByron(1815-1852)从1842年起为Babbage编制程序特点：机械、蒸气动力、软件机械计算器的不断发展统计工作者H.Hollerith等人创造的高级分类统计机。它以机电相结合的结构,采用穿孔卡片作为数据载体，完成分类、统计、制表等一系列计算操作过程。1896年，Hollerith成立“计算制表记录公司”，1924年改名“国际商用机器公司”采用电气元件的“计算机原型”德国工程师K.Zuse,他于1941年完成全继电器式通用计算机Z3第一台可编程的电子计算机。可处理7位指数、14位小数。使用了大量的真空管。每秒种能作3到4次加法运算一次乘法需要3到5秒。TheHarvardMarkSeries-1这是一台自动数字计算机。在1930年代，由哈佛大学物理系的学生HowardH.Aiken构思，由IBM开发和建造。1946年制成速度较快的Mark-Ⅱ，全部使用继电器；1949年Mark-Ⅲ计算机，部分使用电子管，并使用磁鼓作为数与指令的存储器；1952年又制成Mark-Ⅳ；Mark-ⅡMark-Ⅲ特点：电磁（继电器的开关速度大约为百分之一秒，使计算机的运算速度受到很大限制）计算机、电动力、软件。GraceMurrayHopper为MarkⅠ，以及后续机器MarkⅡ、MarkⅢ编写出大量软件用FLOW-MATIC实现了COBOL的第一个编译器，被誉为COBOL之母；采用6位数表示日期；发现世界上第一个BUG!时任美国总统里根在白宫给赫柏颁奖计算机的发展史现代计算机的“史前”时代（-1946）现代计算机计算机的理论模型现代计算机产生于抽象的

图灵机(TuringMachine)

英国数学家A.MTuring(1912-1954)于1936年提出的一种理想的计算机器的数学模型大半个世纪以来，数学家、计算机科学家提出了各种各样的计算模型，但最终都被证明是同图灵机等价的图灵机是计算机科学的重要基础之一

“图灵奖”：计算机领域的“诺贝尔奖”普遍认为的第一台电子计算机：ENIAC1946年2月5日，“ENIAC”研制成功了。宾夕法尼亚大学摩尔学院莫契利（J.Mauchly）和埃克特（J.Eckert）ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)1946，美国宾夕法尼亚大学每秒5000次加法运算用于计算炮弹的弹道轨迹30米长、3米高、30吨重、占地面积为170平方米可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法。缺点：没有存储器用布线板进行控制，控制效率极低ENIAC操作人员采用插接线的方式进行编程JohnVincentAtanasoff

美国IOWA州立大学教授，数学家、物理学家。1937年设计出了第一台电子数字计算机，1939年与他的研究生CliffordE.Berry一起构造出了了ABC计算机的第一台样机。1942年约翰·阿塔诺索夫与克里福德·贝瑞(CliffordE.Berry)组装出了ABC计算机采用了二进制数将电子管器件作为承载数据的媒体设计了逻辑电路制造了磁鼓来存储数据，发明了可重复的数据存储方法。第一台计算机的制造者？1973年的ENIAC专利之争美国法院判决ENIAC不是JMMauchly&JPEckert发明的，而是由ABC的研究推导出来的。1973年，在经过近十年的专利诉讼以后，阿塔纳索夫终于在被美国明尼苏达州地方法院裁定拥有第一台电子计算机的发明权（与此同时，宣布原来授予莫克利与埃克特的专利无效）背后的故事1941年6月，Mauchly拜访了Atanasoff，并参观了已接近完成的ABC冯·诺伊曼型计算机的基本结构冯.诺伊曼确定了现代存储程序式电子数字计算机的基本结构和工作原理。冯.诺伊曼结构由五大部分组成：存储器运算器控制器输入设备输出设备冯·诺伊曼--电子计算机之父

（J.VonNeumann）

“电子计算机之父”的桂冠，被戴在数学家冯·诺伊曼头上，而不是ENIAC的两位实际研究者（莫克利JohnMauchly和埃克特J.PresPterEckert），这是因为冯·诺伊曼提出了现代计算机的体系结构。347/2/2024第一台现代意义上的计算机EDVACEDVAC是世界上第一台存储程序计算机EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)1945年提出设计方案，1951年完成占地面积和消耗电力只有ENIAC的1/3每秒2000次乘法运算，或10000次加法运算特点：采用二进制表示数据和程序使用“存储程序”的方式对计算机进行控制戈德斯坦&冯·诺伊曼1944年夏，戈德斯坦在阿贝丁车站等候去费城的火车，偶然邂逅闻名世界的大数学家冯·诺伊曼教授。戈德斯坦抓住机会向数学大师讨教，冯·诺伊曼和蔼可亲，耐心地回答戈德斯坦的提问。冯·诺伊曼敏锐地从这些数学问题里，察觉到不寻常的事情。他反过来向戈德斯坦发问，直问得年轻人“好像又经历了一次博士论文答辩”。戈德斯坦毫不隐瞒地告诉冯·诺伊曼莫尔学院的电子计算机项目ENIAC。

从此，冯·诺依曼教授成为了莫尔小组的实际顾问，与小组成员频繁地交换意见。戈德斯坦等年轻人机敏地提出各种设想，冯·诺伊曼则运用他渊博的学识，把讨论引向深入，并逐步形成电子计算机的系统设计思想。367/2/2024戈德斯坦&冯·诺伊曼在ENIAC尚未投入运行前，冯·诺伊曼就看出这台机器致命的缺陷，主要弊端是程序与计算分离。程序指令存放在机器的外部电路里，需要计算某个题目，必须首先用人工接通数百条线路，需要几十人干好几天之后，才可进行几分钟运算。冯·诺伊曼起草了一份新的设计报告，对电子计算机进行了脱胎换骨的改造。他把新机器的方案命名为“离散变量自动电子计算机”，英文缩写是“EDVAC”(ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)377/2/2024著名的“101页报告”1945年6月，冯·诺伊曼发表了一篇长达101页纸的报告，即计算机史上著名的“101页报告”，直到今天，仍然被认为是现代计算机科学发展里程碑式的文献。明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系．还有两个非常重大的改进，即：采用了二进制，不但数据采用二进制，指令也采用二进制；建立了存储程序，指令和数据可一起放在存储器里，并作同样处理．简化了计算机的结构，大大提高了计算机的速度．387/2/2024ISA电子计算机由于种种原因，莫尔小组发生令人痛惜的分裂，EDVAC机器无法被立即研制。1946年6月，冯·诺伊曼和戈德斯坦、勃克斯回到普林斯顿大学高级研究院，先期完成了另一台ISA电子计算机（ISA是高级研究院的英文缩写），普林斯顿大学也成为电子计算机的研究中心。397/2/2024插曲-EDSAC计算机但最早问世的内储程序式计算机既不是ISA，也不是EDVAC，而是英国剑桥大学威尔克斯(MauriceWilkes)教授，他抢在冯·诺伊曼之前捷足先登了。1946年，威尔克斯曾到宾夕法尼亚大学参加冯·诺依曼主持的培训班，完全接受了冯·诺依曼内储程序的设计思想。回国后，他立即主持新型计算机的研制1949年5月，威尔克斯制成了一台由3000只电子管为主要元件的计算机，命名为“EDSAC”（电子储存程序计算机，ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator）。1967年，威尔克斯为此摘取了“图灵奖”。407/2/2024冯.诺伊曼的贡献程序存储（解决人工干预，实现自动执行）程序输入到计算机中，存储在内存储器中（存储原理）在运行时，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令。计算机组成结构（两种说法）：五部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备三部分：CPU（运算器、控制器）、存储器（内部存储器和外部存储器）、I/O设备（输入设备、输出设备）2024/7/2北京大学42计算机的过去体积巨大的专用设备2024/7/2北京大学43计算机的现在体积越来越小性能越来越高多种多样用途广泛2024/7/2北京大学44第一代计算机(1946年-1957年)

电子管计算机

采用电子管作为逻辑线路主要元件。应用范围十分有限，主要应用于军事领域及科学计算。

第二代计算机(1957年-1964年)

晶体管计算机

采用晶体管作为逻辑线路主要元件。与第一代计算机相比，由于晶体管体积小、耗电少、寿命长、计算性能有了很大改进，成本随之下降。应用范围扩大到数据处理和事务管理等方面。第三代计算机(1964年-1970年)

集成电路计算机

采用中、小规模集成电路代替了传统的独立式晶体管。与第二代计算机相比，这一时期的计算机其软件、硬件系统都向标准化、模块化、系列化发展。应用范围扩大到工业控制等领域。计算机发展的时代划分2024/7/2北京大学45第四代计算机(1970年-今)

大规模集成电路计算机

采用大规模、超大规模集成电路为计算机主要功能元件。应用范围几乎无所不在！第五代计算机（?-?）

计算机发展的新方向

目前还没有一个确定的发展方向。目前的研究方向有：生物DNA计算机、量子计算机、光子计算机等等.计算机发展的时代划分

上述四代计算机的设计都采用“冯·诺伊曼”结构，

“以二进制、存储程序以及指令和数据统一存储”为基础2024/7/2北京大学46波音飞机

对准尺寸标准万分之一米

零件数量百万级但与自然界的生物基因系统相比，生物系统的复杂性还要高出几个数量级！计算机系统的特点奔腾芯片对准尺寸标准千万分之一米零件数量千万级/亿级数字芯片是人造的最复杂的系统之一采用电子管计算机的第一代计算机

（1946—1957）计算机的逻辑元件采用电子管，主存储器采用汞延迟线、磁鼓、磁芯；外存储器采用磁带；软件主要采用机器语言、汇编语言；应用以科学计算为主。其特点是体积大、耗电大、可靠性差、价格昂贵、维修复杂，但它奠定了以后计算机技术的基础。中国第一台计算机诞生1958年6月，我国第一台电子管计算机在中科院计算所研制成功，运行速度每秒1500次，字长32位，内存1024B。命名为DJS-103(仿苏联M-3计算机)1959年10月1日,104机是我国诞生的第一台大型通用数字电子计算机，平均每秒运算1万次，接近当时英国、日本水平。1960年,107计算机是我国第一台自行设计的通用数字电子计算机，平均每秒运算250次。机器安装在中国科学技术大学，主要用于教学，也承担一些计算任务。1964年初,119计算机通过国家级鉴定,是我国自行设计研制的第一台大型通用数字电子管计算机，平均浮点运算速度为每秒5万次。119机完成了大量原子能、天气预报等方面的计算任务。采用晶体管的第二代电子计算机

（1958—1964）晶体管的发明推动了计算机的发展，逻辑元件采用了晶体管以后，计算机的体积大大缩小，耗电减少，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高。主存储器采用磁芯，外存储器已开始使用更先进的磁盘；软件有了很大发展，出现了各种各样的高级语言及其编译程序，还出现了以批处理为主的操作系统，应用以科学计算和各种事务处理为主，并开始用于工业控制。产生高级编程语言:Fortran,Cobol晶体管之父威廉·肖克利1948年，贝尔实验室的威廉·肖克利(WilliamShockley)和两位同事发明了晶体管，它可以代替真空管放大电子信号，使电子设备向轻便化、高效化发展。肖克利因此被誉为“晶体管之父”，并因此获得了1956年度的“诺贝尔物理学奖”。这是电子技术的一次重大革新。采用集成电路的第三代计算机

（1965—1970）20世纪60年代，计算机的逻辑元件采用小、中规模集成电路(SSI、MSI)，计算机的体积更小型化、耗电量更少、可靠性更高，性能比第十代计算机又有了很大的提高，这时，小型机也蓬勃发展起来，应用领域日益扩大。主存储器仍采用磁芯。软件逐渐完善，分时操作系统、多种高级语言都有新的发展。

改变世界的集成电路之父杰克·基尔比1958年9月12日，美国，德克萨斯州达拉斯市，德州仪器公司的实验室里，工程师杰克·基尔比成功地实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。这一天，被视为集成电路的诞生日，而这枚小小的芯片，开创了电子技术历史的新纪元。2000年，集成电路问世42年以后，人们终于了解到杰克·基尔比和他的发明的价值，杰克·基尔比被授予了“诺贝尔物理学奖”。诺贝尔奖评审委员会曾经这样评价基尔比“为现代信息技术奠定了基础”。使用超大规模集成电路的第四代计算机（1970年至今）计算机的逻辑元件和主存储器都采用了大规模集成电路(LSI)。所谓大规模集成电路是指在单片硅片上集成1000~2000个以上晶体管的集成电路，其集成度比中、小规模的集成电路提高了1~2个以上数量级。这时计算机发展到了微型化、耗电极少、可靠性很高的阶段。大规模集成电路使军事工业、空间技术、原子能技术得到发展，这些领域的蓬勃发展对计算机提出了更高的要求，有力地促进了计算机工业的空前大发展。随着大规模集成电路技术的迅速发展，计算机除了向巨型机方向发展外，还朝着超小型机和微型机方向飞越前进。1971年末，世界上第一台微处理器和微型计算机在美国旧金山南部的硅谷应运而生，它开创了微型计算机的新时代。此后各种各样的微处理器和微型计算机如雨后春笋般地研制出来。摩尔定律摩尔定律是指集成电路IC上可容纳的晶体管数目约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(Intel)公司创始人之一戈登·摩尔（GordonMoore）经过长期观察发现得之。到底什么是“摩尔定律”？归纳起来，主要有以下三种“版本”：集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一倍。用一个美元所能买到的计算机的性能，每隔18个月翻两番。摩尔定律的演化摩尔第二定律：摩尔定律提出30年来，集成电路芯片的性能的确得到了大幅度的提高；但另一方面，Intel高层人士开始注意到芯片生产厂的成本也在相应提高。1995年，Intel董事会主席罗伯特·诺伊斯预见到摩尔定律将受到经济因素的制约。同年，摩尔在《经济学家》杂志上撰文写道：“现在令我感到最为担心的是成本的增加，…这是另一条指数曲线”。他的这一说法被人称为摩尔第二定律。新摩尔定律：近年来，国内IT专业媒体上又出现了"新摩尔定律"的提法，则指的是我国Internet联网主机数和上网用户人数的递增速度，大约每半年就翻一番！而且专家们预言，这一趋势在未来若干年内仍将保持下去。摩尔定律前景摩尔定律问世40年了。人们不无惊奇地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提高。目前，Intel的微处理器芯片Pentium4的主频已高达2G（即12000M），2011年则要推出含有10亿个晶体管、每秒可执行1千亿条指令的芯片。人们不禁要问：这种令人难以置信的发展速度会无止境地持续下去吗？一般认为，摩尔定律能再适用10年左右。其制约的因素：

“一是技术，二是经济”美国一家名叫CyberCash公司的总裁兼CEO丹·林启说，“摩尔定律是关于人类创造力的定律，而不是物理学定律”。持类似观点的人也认为，摩尔定律实际上是关于人类信念的定律，当人们相信某件事情一定能做到时，就会努力去实现它。现代计算机全称：“通用电子数字计算机”(General‐PurposeElectronicDigitalComputer)通用：计算机是一种通用信息处理设备，只要有合适的软件，它能适用于各种用途电子：是计算机硬件实现的物理基础，计算机的运行最终都通过电子电路中的电流、电位等实现数字化：是计算机的信息表示方式。一切信息，无论原本是数值、文字、图形、声音等，在计算机里都统一到二进制的数字化表示上。数字化是计算机的一种基本特征，是通用性的重要基础现代计算机计算机分类微型计算机:PC小型\中型计算机:服务器大型计算机:一般的大型公司使用巨型机:国家科技水平的代表世界上第一台个人计算机在20世纪80年代发生的特别重要的事件是个人计算机(PC，也称微型计算机)的问世与普及。

1981年，IBM推出了首台个人计算机IBMPC（如图），首创了个人计算机概念，并为PC制定了全球通用的工业标准。处理器来自Intel；磁盘操作系统（DOS）来自Microsoft。1984年1月24日:

发布Apple

Macintosh计算机。使用Macintosh图形用户界面，便于识别和理解的“垃圾桶”、“便笺”使得这一全新的、革命性的操作系统成为电脑工业发展史上的里程碑。Macintosh的速度超过了IBMPC，并创造了多项第一：第一个大众性的图形用户平台，第一台具备多媒体功能的计算机。1984的Apple

Macintosh2001的Flat-paneliMac我国巨型计算机的发展史1993年，中国第一台10亿次巨型银河计算机II型通过鉴定。1994年，银河计算机II型在国家气象局投入正式运行。1995年，曙光1000大型机通过鉴定，最高每秒25亿次。1997年，银河-III并行巨型计算机研制成功，每秒130亿次。1999年，银河四代巨型计算机研制成功。2000年，我国自行研制成功高性能计算机（神威I）3840亿次

曙光超级服务器*纲要“计算学科”的由来计算机的发展史互联网及应用互联网及应用互联网简介互联网的通信协议互联网的应用2024/7/2北京大学66互联网Internet（因特网）：信息的网络、信息的海洋相互连接

的

计算机网络是一种

将处于不同地理位置且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件的支持下，实现彼此之间的数据通信和资源共享

的

系统是计算机科学和

通信科学密切结合的产物2024/7/2北京大学67互联网互联网络的组成各种类型的计算机或嵌入式设备互联线路或无线通信介质网络通信设备与网络软件互联网络分类：广域网（WAN）：跨越国家和省市地域的网络局域网（LAN）：一个建筑物范围内、利用以太网技术形成的计算机网络内联网（Intranet）：企业/组织的内部网（可能是WAN、LAN）2024/7/2北京大学68互联网的发展简史1969年，为了能在爆发核战争时保障通信联络，美国国防部高级研究计划署ARPA资助建立了世界上第一个分组交换试验网ARPANET70年代末到80年代初，各种类型的计算机网络蓬勃发展；产生了网络之间相互连接的需求，并导致TCP/IP协议的出现（1980年）1986年，美国国家科学基金会NSF资助建成了基于TCP/IP技术的主干网NSFNET，世界上第一个互联网产生；1995年，NSFNET开始商业化运行1994年，中国建设了CERNET示范网工程；中国第一个全国性的TCP/IP互联网截止2012年，全球互联网的用户数量已达24亿2024/7/2北京大学69局域网——互联网的细胞局域网中的硬件成分计算机：网卡（NC）连接线路：有线：双绞线无线网络设备：集线器（HUB）交换机（Switcher）路由器（Router）2024/7/2北京大学70互联网的连接覆盖全球全球海底光缆示意图互联网及应用互联网简介互联网的通信协议互联网的应用2024/7/2北京大学72互联网的通信协议准备包裹检查包裹登记信息装箱,发货卸货,清点检查包裹登记信息打开包裹现实生活中包裹传递的过程2024/7/2北京大学73互联网的通信协议--TCP/IP协议HTTPHyperTextTransferProtocol超文本传输协议浏览网页时，客户端和服务器的通讯协议TCPTransmissionControlProtocol传输控制协议可靠的传输协议IPInternetProtocol互联网协议非可靠的传输协议（best-efforts,尽力投递）通信协议栈2024/7/2北京大学74ISO/OSI七层协议模型75TCP/IP协议栈

用户数据经过协议栈的封装过程

IPv4数据报78IPv6分组

79IPv6基本头

2024/7/2北京大学80IP协议和IP地址IP地址——计算机在IP网络上的标识，32位二进制数

A类地址：

B类地址：C类地址：位数01731位数011531位数01223310网络标识主机标识10网络标识主机标识110网络标识主机标识2024/7/2北京大学81IP协议和IP地址几个IP地址的例子

B类：

10100010.01101001.01010000.00101001 162.105.80.41C类：

11001010.01110000.1101100.00000001 202.112.216.12024/7/2北京大学82IPv4和IPv6IPv4采用32位二进制数表示IP地址拥有42.95亿个（2的32次方）的地址资源IPv4的地址资源面临枯竭IPv6采用128位二进制数表示IP地址拥有天文数字般（2的128次方）的地址资源，可以为全球的每一粒沙子分配一个IP地址从IPv4向IPv6的迁移需要10年或更长的时间2024/7/2北京大学83DNS—域名系统域名用文字的方式标识特定的IP地址，，...DNS（DomainNameSystem）一个将域名映射成相应的IP地址的服务系统

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222.028.152.141由全世界数量众多的DNS服务器组成北大校内的两个DNS服务器：7，62024/7/2北京大学84域名空间2024/7/2北京大学85互联网的基础设施互联网的基础设施通信线路（传输介质）双绞线、光纤、无线、同轴电缆、...网络设备集线器、交换机、路由器、...根据物理层和数据链路层协议的不同以太网技术ATM技术蓝牙技术......2024/7/2北京大学86网络设备在互联网中的作用中转站2024/7/2北京大学87网络设备在互联网中的作用工作于物理层工作于数据链路层工作于网络层互联网及应用互联网简介互联网的通信协议互联网的应用2024/7/2北京大学89互联网应用初期主要是文字类的信息服务电子邮件、文件传输、远程终端逐步涌现出丰富多样的多媒体类的信息服务WWW、即时通信、视频点播、P2P下载电子政务、电子商务、网络游戏、…2024/7/2北京大学90互联网应用的基本模式客户端/服务器(Client/Server)

模式服务器客户端A客户端B客户端C1.发出服务请求2.处理服务请求3.返回处理结果客户端主动地向服务器发出请求服务器被动地接受来自客户端的服务请求2024/7/2北京大学91互联网应用的基本模式客户端/服务器(Client/Server)

模式客户端和服务器仅仅是一种角色.一台计算机在不同的交互中可能分别承担这两种角色计算机A计算机B计算机C客户端服务器客户端服务器2024/7/2北京大学92互联网上的三种经典应用万维网电子邮件文件传输2024/7/2北京大学93万维网(WorldWideWeb)万维网的基本元素Web页面（网页）超链接2024/7/2北京大学94万维网(WorldWideWeb)2024/7/2北京大学95万维网(WorldWideWeb)Web页面Web页面源文件（HTML语言）<aherf=>空间<a/>Web浏览器2024/7/2北京大学96万维网(WorldWideWeb)超链接（超文本连接，HyperTextLink）<aherf=统一资源定位符

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<a/>统一资源定位符（UniformResourceLocator,URL）格式：访问资源的协议

:资源地址HTTPURL的格式：http://主机名称：端口/路径/img/baidu_logo.gif2024/7/2北京大学97万维网(WorldWideWeb)工作原理Web服务器AWeb服务器B客户端（web浏览器）Web服务器C

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