計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)(計(jì)算機(jī)概述)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)(計(jì)算機(jī)概述)匯報(bào)人：AA2024-01-21CONTENTS計(jì)算機(jī)基本概念與原理數(shù)據(jù)表示與存儲技術(shù)中央處理器(CPU)詳解操作系統(tǒng)原理與功能介紹編程語言與軟件開發(fā)方法論述網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)措施探討計(jì)算機(jī)基本概念與原理010102計(jì)算機(jī)定義及發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程經(jīng)歷了機(jī)械計(jì)算機(jī)、電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)等五個(gè)階段。計(jì)算機(jī)是一種基于微處理器的智能電子計(jì)算機(jī)器，具有高速運(yùn)算、存儲和處理數(shù)據(jù)的能力。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)包括中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備等，是計(jì)算機(jī)的物理基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，是計(jì)算機(jī)的邏輯基礎(chǔ)，用于管理和控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)工作原理與指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的工作原理基于二進(jìn)制數(shù)制，通過執(zhí)行預(yù)先編寫的程序來完成各種任務(wù)。指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的基礎(chǔ)，由一組基本操作指令組成，用于控制計(jì)算機(jī)各部件的工作。計(jì)算機(jī)軟硬件之間存在密切的關(guān)系，硬件是軟件的基礎(chǔ)，軟件則充分發(fā)揮硬件的性能。軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類，系統(tǒng)軟件是管理和控制計(jì)算機(jī)資源的軟件，應(yīng)用軟件是為滿足用戶特定需求而開發(fā)的軟件。軟硬件關(guān)系及分類數(shù)據(jù)表示與存儲技術(shù)02使用固定的小數(shù)點(diǎn)位置來表示數(shù)值，分為定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)兩種。定點(diǎn)數(shù)表示法使用科學(xué)計(jì)數(shù)法來表示數(shù)值，即一個(gè)尾數(shù)和一個(gè)指數(shù)，可表示大范圍的數(shù)值。浮點(diǎn)數(shù)表示法使用0~9的數(shù)字來表示數(shù)值，計(jì)算機(jī)內(nèi)部通常使用二進(jìn)制編碼十進(jìn)制（BCD）碼來表示。十進(jìn)制數(shù)表示法010203數(shù)值型數(shù)據(jù)表示方法ASCII碼使用7位或8位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，共可表示128或256個(gè)字符。Unicode編碼使用16位或32位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，可表示全球各種語言的字符集。UTF-8編碼一種變長字節(jié)表示的Unicode字符集編碼方式，可用于互聯(lián)網(wǎng)上的國際化文本傳輸。字符型數(shù)據(jù)編碼方式030201將模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的過程，包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。將模擬聲音轉(zhuǎn)換為數(shù)字聲音的過程，同樣包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。為了減少數(shù)字化圖像和聲音的數(shù)據(jù)量，常采用壓縮技術(shù)，如JPEG、MP3等。圖像數(shù)字化聲音數(shù)字化壓縮技術(shù)圖像和聲音數(shù)字化處理技術(shù)可讀可寫，斷電后數(shù)據(jù)消失，存取速度快，價(jià)格較高。隨機(jī)存取存儲器（RAM）只讀不寫，斷電后數(shù)據(jù)不消失，存取速度較慢，價(jià)格較低。只讀存儲器（ROM）位于CPU和主存之間的高速小容量存儲器，用于提高CPU的存取速度。高速緩沖存儲器（Cache）如硬盤、光盤、U盤等，容量大、價(jià)格低、速度慢，用于長期保存數(shù)據(jù)。輔助存儲器（外存）存儲器類型及其特點(diǎn)中央處理器(CPU)詳解03CPU主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器組等部分組成，其中運(yùn)算器負(fù)責(zé)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，控制器負(fù)責(zé)指令的取指、譯碼和執(zhí)行等操作，寄存器組用于暫存數(shù)據(jù)和指令。組成結(jié)構(gòu)從功能上看，CPU可分為前端和后端兩部分。前端負(fù)責(zé)取指、譯碼和分支預(yù)測等，后端負(fù)責(zé)執(zhí)行指令、數(shù)據(jù)訪問和結(jié)果寫回等。功能劃分CPU組成結(jié)構(gòu)與功能劃分指令集架構(gòu)指令集架構(gòu)是CPU中用于定義指令格式和功能的規(guī)范，常見的指令集架構(gòu)有x86、ARM、MIPS等。不同的指令集架構(gòu)有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場景。微程序設(shè)計(jì)思想微程序設(shè)計(jì)是一種將復(fù)雜指令分解為一系列簡單微操作的設(shè)計(jì)方法，通過微程序控制器實(shí)現(xiàn)對微操作的調(diào)度和執(zhí)行。這種設(shè)計(jì)思想可以提高CPU的靈活性和可擴(kuò)展性。指令集架構(gòu)和微程序設(shè)計(jì)思想CPU的性能評價(jià)指標(biāo)主要包括主頻、核心數(shù)、線程數(shù)、緩存容量、功耗等。其中主頻越高，處理速度越快；核心數(shù)和線程數(shù)越多，并行處理能力越強(qiáng)；緩存容量越大，數(shù)據(jù)訪問速度越快；功耗越低，發(fā)熱和能耗越小。性能評價(jià)指標(biāo)在選購CPU時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求和預(yù)算進(jìn)行選擇。對于一般家用和辦公場景，選擇主頻適中、核心數(shù)和線程數(shù)適當(dāng)、緩存容量較大的CPU即可；對于游戲和高性能計(jì)算等場景，需要選擇主頻更高、核心數(shù)和線程數(shù)更多、緩存容量更大的CPU，并注意散熱和功耗問題。選購建議性能評價(jià)指標(biāo)及選購建議發(fā)展趨勢隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU的并行處理能力、低功耗設(shè)計(jì)和安全性等方面將成為未來發(fā)展的重要趨勢。同時(shí)，隨著芯片制造工藝的不斷進(jìn)步，CPU的集成度和性能將不斷提高。新技術(shù)應(yīng)用近年來，一些新技術(shù)如量子計(jì)算、光計(jì)算和生物計(jì)算等逐漸應(yīng)用于CPU設(shè)計(jì)中，為CPU的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。這些新技術(shù)具有不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢，可以應(yīng)用于不同的場景和需求。發(fā)展趨勢和新技術(shù)應(yīng)用操作系統(tǒng)原理與功能介紹04定義01操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源、合理組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶使用的程序的集合。分類02根據(jù)運(yùn)行環(huán)境和功能特點(diǎn)，操作系統(tǒng)可分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)等。發(fā)展歷程03從早期的手工操作到批處理，再到分時(shí)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以及現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)和分布式操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，為用戶提供更加高效、安全和便捷的服務(wù)。操作系統(tǒng)定義、分類及發(fā)展歷程VS操作系統(tǒng)通過進(jìn)程管理實(shí)現(xiàn)多道程序并發(fā)執(zhí)行，包括進(jìn)程創(chuàng)建、撤銷、阻塞、喚醒以及進(jìn)程同步和通信等功能。資源調(diào)度策略操作系統(tǒng)采用多種資源調(diào)度策略，如先來先服務(wù)(FCFS)、短作業(yè)優(yōu)先(SJF)、優(yōu)先級調(diào)度(PriorityScheduling)和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)(RoundRobin)等，以優(yōu)化資源利用率和系統(tǒng)性能。進(jìn)程管理進(jìn)程管理和資源調(diào)度策略文件系統(tǒng)類型和訪問控制方法文件系統(tǒng)類型根據(jù)存儲介質(zhì)和組織方式的不同，文件系統(tǒng)可分為磁盤文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)和分布式文件系統(tǒng)等。訪問控制方法操作系統(tǒng)提供多種訪問控制方法，如自主訪問控制(DAC)、強(qiáng)制訪問控制(MAC)和基于角色的訪問控制(RBAC)等，以確保文件和數(shù)據(jù)的安全性和完整性。網(wǎng)絡(luò)通信和遠(yuǎn)程過程調(diào)用操作系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，包括數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層等各層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)和交互。網(wǎng)絡(luò)通信RPC是一種允許程序在分布式系統(tǒng)中執(zhí)行遠(yuǎn)程服務(wù)器上程序的技術(shù)。操作系統(tǒng)提供RPC機(jī)制，使得不同主機(jī)上的程序可以像調(diào)用本地程序一樣調(diào)用遠(yuǎn)程程序，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算和服務(wù)。遠(yuǎn)程過程調(diào)用(RPC)編程語言與軟件開發(fā)方法論述05編程語言分類根據(jù)編程范式和應(yīng)用領(lǐng)域，編程語言可分為多種類型，如過程式、函數(shù)式、面向?qū)ο蟆⒛_本語言等。函數(shù)式語言以函數(shù)為核心，通過函數(shù)組合和遞歸實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能。腳本語言簡單易學(xué)，適用于快速編寫小型程序和腳本。編程語言定義編程語言是用于編寫計(jì)算機(jī)程序的一系列指令和規(guī)則，它允許程序員與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，并告訴計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定任務(wù)。過程式語言以過程或步驟為核心，按照特定順序執(zhí)行指令。面向?qū)ο笳Z言以對象為核心，通過封裝、繼承和多態(tài)等特性提高代碼重用性和可維護(hù)性。010203040506編程語言概述及分類特點(diǎn)算法定義：算法是一組用于解決特定問題的明確指令，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心內(nèi)容之一。算法設(shè)計(jì)思想和方法論將復(fù)雜問題分解為更小的子問題，以便更容易地解決它們。通過遞歸調(diào)用自身來解決問題，適用于具有相似子問題的情況。算法設(shè)計(jì)思想和方法論遞歸思想問題分解動態(tài)規(guī)劃：通過存儲子問題的解來避免重復(fù)計(jì)算，從而提高算法效率。算法設(shè)計(jì)思想和方法論明確問題的輸入和輸出，以及問題的約束條件。根據(jù)問題特點(diǎn)選擇合適的算法設(shè)計(jì)思想，并設(shè)計(jì)出具體的算法步驟。分析問題設(shè)計(jì)算法算法設(shè)計(jì)思想和方法論實(shí)現(xiàn)算法使用編程語言實(shí)現(xiàn)算法，并進(jìn)行測試和調(diào)試。算法評估對算法的時(shí)間復(fù)雜度、空間復(fù)雜度等性能進(jìn)行評估和優(yōu)化。算法設(shè)計(jì)思想和方法論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型及其應(yīng)用場景數(shù)組連續(xù)存儲元素的線性結(jié)構(gòu)，適用于隨機(jī)訪問元素的情況。要點(diǎn)一要點(diǎn)二鏈表通過指針鏈接元素的線性結(jié)構(gòu)，適用于插入和刪除元素的情況。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型及其應(yīng)用場景棧和隊(duì)列特殊的線性結(jié)構(gòu)，分別適用于后進(jìn)先出（LIFO）和先進(jìn)先出（FIFO）的場景。樹和圖非線性結(jié)構(gòu)，適用于表示層次關(guān)系和網(wǎng)狀關(guān)系的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型及其應(yīng)用場景使用隊(duì)列管理進(jìn)程和任務(wù)調(diào)度。使用棧實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧和數(shù)據(jù)處理流程。選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以提高算法效率和性能。使用樹或圖結(jié)構(gòu)表示和組織數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信算法設(shè)計(jì)和分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型及其應(yīng)用場景軟件開發(fā)流程定義：軟件開發(fā)流程是指從需求分析到軟件發(fā)布和維護(hù)的一系列活動，它規(guī)定了軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。軟件開發(fā)流程模型比較按照順序逐步完成各個(gè)階段的任務(wù)，每個(gè)階段都有明確的輸入和輸出。瀑布模型強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)分析和迭代開發(fā)，通過不斷循環(huán)來完善軟件產(chǎn)品。螺旋模型軟件開發(fā)流程模型比較軟件開發(fā)流程模型比較敏捷開發(fā)模型：以用戶需求和快速響應(yīng)變化為核心，通過短周期迭代和團(tuán)隊(duì)協(xié)作來實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)。軟件開發(fā)流程模型比較01模型比較與選擇02瀑布模型適用于需求明確、開發(fā)過程穩(wěn)定的項(xiàng)目；但難以應(yīng)對需求變更和風(fēng)險(xiǎn)控制。03螺旋模型適用于需求不明確、風(fēng)險(xiǎn)較大的項(xiàng)目；但開發(fā)周期較長且需要專業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理團(tuán)隊(duì)。04敏捷開發(fā)模型適用于需求變化快、用戶參與度高的項(xiàng)目；但要求團(tuán)隊(duì)成員具備較高的協(xié)作能力和自我管理能力。網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)措施探討06包括病毒、蠕蟲、特洛伊木馬等，通過感染用戶系統(tǒng)或竊取信息造成危害。利用偽造郵件、網(wǎng)站等手段誘導(dǎo)用戶泄露個(gè)人信息或下載惡意軟件。通過大量無效請求擁塞目標(biāo)服務(wù)器，使其無法提供正常服務(wù)。攻擊者偽裝成合法用戶獲取訪問權(quán)限，進(jìn)而竊取數(shù)據(jù)或進(jìn)行非法操作。惡意軟件網(wǎng)絡(luò)釣魚拒絕服務(wù)攻擊身份冒用網(wǎng)絡(luò)安全威脅類型分析對稱加密采用單鑰密碼體制，加密和解密使用相同密鑰，典型算法如AES。非對稱加密使用公鑰和私鑰兩個(gè)密鑰，公鑰用于加密，私鑰用于解密，典型算法如RSA。數(shù)字簽名保證信息傳輸?shù)耐暾院驼鎸?shí)性，采用非對稱加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用實(shí)踐SSL/TLS協(xié)議、VPN、加密聊天軟件等廣泛應(yīng)用了加密技術(shù)。加密技術(shù)原理及應(yīng)用實(shí)踐包括包過濾防火墻、代理服務(wù)器防火墻和有狀態(tài)檢測防火墻等。防火墻類型配置策略入侵檢測手段根據(jù)安全需求制定訪問控制規(guī)則，如允許或拒絕特定IP地址、端口和協(xié)