計算機(jī)基礎(chǔ)第4版知識課件日期：}演講人：目錄計算機(jī)概述與發(fā)展歷程計算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算基礎(chǔ)知識存儲器層次結(jié)構(gòu)與訪問方式輸入輸出設(shè)備接口技術(shù)探討目錄操作系統(tǒng)功能與應(yīng)用實例分析計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識普及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述與關(guān)系模型剖析信息安全防護(hù)策略及實踐案例分享程序設(shè)計基礎(chǔ)入門引導(dǎo)計算機(jī)概述與發(fā)展歷程01計算機(jī)定義及分類計算機(jī)定義計算機(jī)是一種按照指令進(jìn)行信息存儲、處理和傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備。計算機(jī)分類計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域按照處理數(shù)據(jù)的類型和規(guī)模，計算機(jī)可以分為超級計算機(jī)、大型計算機(jī)、個人計算機(jī)、嵌入式計算機(jī)等。計算機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、實時控制、人工智能等多個領(lǐng)域。123采用電子管作為邏輯元件，體積龐大、功耗高、運(yùn)算速度慢，主要用于軍事和科研領(lǐng)域。采用晶體管作為邏輯元件，體積減小、功耗降低、運(yùn)算速度提高，同時出現(xiàn)了高級編程語言和操作系統(tǒng)。采用集成電路作為邏輯元件，計算機(jī)的性能進(jìn)一步提高，成本降低，開始進(jìn)入商業(yè)和民用領(lǐng)域。采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，計算機(jī)的性能極大提高，同時出現(xiàn)了個人計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)。計算機(jī)發(fā)展歷程回顧第一代計算機(jī)第二代計算機(jī)第三代計算機(jī)第四代計算機(jī)未來趨勢展望未來計算機(jī)將更加智能化，具有自主學(xué)習(xí)、自我修復(fù)、自我優(yōu)化等能力，能夠更好地為人類服務(wù)。智能化隨著科技的不斷發(fā)展，超級計算機(jī)的規(guī)模和性能將不斷提高，能夠解決更加復(fù)雜的科學(xué)問題。未來計算機(jī)將更加依賴于網(wǎng)絡(luò)，云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)信息資源的共享和協(xié)同工作。巨型化嵌入式計算機(jī)和納米技術(shù)的應(yīng)用將使得計算機(jī)更加微型化，能夠嵌入到各種設(shè)備和環(huán)境中。微型化01020403網(wǎng)絡(luò)化計算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理02硬件系統(tǒng)基本構(gòu)成輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、手寫板等，用于將外部信息或數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)。輸出設(shè)備顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等，用于將計算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)或信息輸出給用戶。中央處理器包括運(yùn)算器和控制器，是計算機(jī)的“大腦”，負(fù)責(zé)執(zhí)行程序中的指令和處理數(shù)據(jù)。存儲設(shè)備硬盤、內(nèi)存、光盤、U盤等，用于存儲計算機(jī)程序和數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序等，是計算機(jī)的基本軟件，負(fù)責(zé)管理計算機(jī)硬件和應(yīng)用程序。應(yīng)用軟件如辦公軟件、圖像處理軟件、編程軟件等，是用戶為了解決特定問題而使用的軟件。支撐軟件包括中間件、開發(fā)工具等，用于支持系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的運(yùn)行和開發(fā)。計算機(jī)采用存儲程序的方式工作，程序和數(shù)據(jù)事先存儲在內(nèi)存中，計算機(jī)按程序自動執(zhí)行。計算機(jī)按照程序中的指令順序逐條執(zhí)行，每個指令完成后自動轉(zhuǎn)到下一條指令。計算機(jī)通過逐次運(yùn)算來完成復(fù)雜的任務(wù)，每次運(yùn)算的結(jié)果都存儲在內(nèi)存中，供后續(xù)運(yùn)算使用。計算機(jī)在執(zhí)行程序時，根據(jù)條件進(jìn)行邏輯判斷和選擇，以確定下一步的操作。計算機(jī)工作原理簡述存儲程序原理順序執(zhí)行原理逐次運(yùn)算原理邏輯判斷與選擇數(shù)據(jù)表示與運(yùn)算基礎(chǔ)知識03數(shù)制轉(zhuǎn)換方法及技巧用不同數(shù)制表示數(shù)時，需要明確每種數(shù)制的基數(shù)和數(shù)碼，如二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制等。進(jìn)制數(shù)的表示將任意進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，計算各項乘積之和即可得到十進(jìn)制數(shù)。任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)熟練掌握二進(jìn)制與八進(jìn)制、二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的快速轉(zhuǎn)換方法。進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換的技巧采用“除基取余法”，將十進(jìn)制數(shù)不斷除以目標(biāo)進(jìn)制數(shù)，取其余數(shù)為從低位到高位的數(shù)碼。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為任意進(jìn)制數(shù)02040103數(shù)據(jù)表示形式（原碼、反碼、補(bǔ)碼）原碼表示法01在數(shù)值前添加符號位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，數(shù)值部分用二進(jìn)制絕對值表示。反碼表示法02正數(shù)的反碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是將原碼中的0替換為1，1替換為0（僅指符號位之后的數(shù)值部分）。補(bǔ)碼表示法03正數(shù)的補(bǔ)碼與其原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在其反碼的基礎(chǔ)上加1。補(bǔ)碼是計算機(jī)中普遍采用的數(shù)值表示方法。原碼、反碼和補(bǔ)碼之間的關(guān)系04了解它們之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則和計算方法，有助于理解計算機(jī)中的數(shù)值運(yùn)算。基本運(yùn)算規(guī)則和方法邏輯運(yùn)算包括與、或、非、異或等基本運(yùn)算，主要用于二進(jìn)制位之間的運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算加法、減法、乘法、除法等基本算術(shù)運(yùn)算，需要掌握二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算方法。移位運(yùn)算包括邏輯移位和算術(shù)移位，用于調(diào)整數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的存儲位置或進(jìn)行特定的運(yùn)算。溢出檢測與處理在運(yùn)算過程中，要注意數(shù)據(jù)的溢出問題，及時進(jìn)行處理，確保運(yùn)算結(jié)果的正確性。存儲器層次結(jié)構(gòu)與訪問方式04RAM（隨機(jī)存取存儲器）可讀可寫，斷電后數(shù)據(jù)消失，訪問速度快，價格較高。ROM（只讀存儲器）只能讀取，不能寫入，斷電后數(shù)據(jù)依然存在，常用于存儲固件。SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲器）速度快，性能穩(wěn)定，價格較高，常用于高速緩沖存儲器。DRAM（動態(tài)隨機(jī)存儲器）容量大，價格相對較低，需要定期刷新，主要用于主存儲器。主存儲器類型及特點分析輔助存儲器介紹及應(yīng)用場景硬盤驅(qū)動器（HDD）容量大，價格低，讀寫速度較慢，常用于存儲大量數(shù)據(jù)。固態(tài)硬盤（SSD）讀寫速度快，抗震性好，價格相對較高，適用于需要快速啟動和運(yùn)行的場景。光盤驅(qū)動器容量較大，價格適中，可讀可寫，但速度較慢，常用于備份和存檔。閃存驅(qū)動器體積小，便于攜帶，讀寫速度較快，常用于移動設(shè)備或臨時存儲。緩存命中當(dāng)CPU需要讀取數(shù)據(jù)時，首先在緩存中查找，如果找到則稱為緩存命中，直接讀取緩存中的數(shù)據(jù)。緩存替換策略當(dāng)緩存已滿且需要加載新數(shù)據(jù)時，根據(jù)一定的策略選擇緩存中要被替換的數(shù)據(jù)行，常見的替換策略有LRU（最近最少使用）和LFU（最少頻繁使用）。寫策略包括寫回和寫直達(dá)兩種，寫回是指將修改后的數(shù)據(jù)寫回緩存而不是立即寫入主存，以提高效率；寫直達(dá)則是將數(shù)據(jù)同時寫入緩存和主存，保證數(shù)據(jù)一致性。緩存行緩存中存儲的數(shù)據(jù)塊稱為緩存行，通常包含多個字節(jié)或數(shù)據(jù)塊。高速緩沖存儲器原理剖析輸入輸出設(shè)備接口技術(shù)探討05常見輸入輸出設(shè)備簡介鍵盤最常用輸入設(shè)備，通過按鍵輸入字符、數(shù)字等信息。鼠標(biāo)用于定位光標(biāo)、選擇對象和執(zhí)行命令的輸入設(shè)備。顯示器將計算機(jī)中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成用戶可見的圖像或文字的輸出設(shè)備。打印機(jī)將計算機(jī)中的文檔、圖像等信息打印到紙張上的輸出設(shè)備。一種廣泛應(yīng)用的接口標(biāo)準(zhǔn)，支持即插即用，可連接多種設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、移動存儲設(shè)備等。一種高清視頻和音頻傳輸接口，用于連接計算機(jī)和顯示器、投影儀等顯示設(shè)備。一種無線通訊技術(shù)，用于連接計算機(jī)和其他藍(lán)牙設(shè)備，如藍(lán)牙耳機(jī)、音箱等。一種用于計算機(jī)和存儲設(shè)備之間高速傳輸數(shù)據(jù)的接口，常用于服務(wù)器和高性能存儲設(shè)備之間的連接。設(shè)備接口類型及功能說明USB接口HDMI接口藍(lán)牙接口SCSI接口通過計算機(jī)程序控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒毯头绞剑m用于簡單、低速的設(shè)備。程序控制方式在數(shù)據(jù)傳輸過程中，當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或需要處理時，設(shè)備會向計算機(jī)發(fā)出中斷信號，請求計算機(jī)處理數(shù)據(jù)。中斷控制方式直接存儲器訪問，設(shè)備可以直接讀寫內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，無需CPU干預(yù)，適用于高速、大批量數(shù)據(jù)傳輸。DMA控制方式在DMA基礎(chǔ)上，通過通道來管理設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，可以進(jìn)一步減輕CPU的負(fù)擔(dān)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。通道控制方式數(shù)據(jù)傳輸控制方式操作系統(tǒng)功能與應(yīng)用實例分析06操作系統(tǒng)概念及作用闡述操作系統(tǒng)定義與功能操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)硬件與軟件資源管理的系統(tǒng)軟件，主要功能包括處理器管理、存儲管理、文件系統(tǒng)管理、設(shè)備管理和用戶接口等。操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程操作系統(tǒng)作為用戶與計算機(jī)硬件之間的橋梁，提高了計算機(jī)系統(tǒng)的可用性、可擴(kuò)展性、安全性和穩(wěn)定性。介紹操作系統(tǒng)從無到有，從簡單到復(fù)雜的演變過程，以及各階段的主要特點和代表作品。123Unix是一種多用戶、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，具有高度的穩(wěn)定性和安全性。Linux是Unix的開源版本，廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)和桌面環(huán)境等領(lǐng)域。Unix/Linux操作系統(tǒng)注重命令行操作和文件系統(tǒng)的使用。Unix/Linux操作系統(tǒng)macOS是蘋果公司開發(fā)的操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用于蘋果電腦。它具有獨(dú)特的圖形用戶界面和豐富的應(yīng)用軟件資源，適用于圖形設(shè)計、視頻剪輯等專業(yè)領(lǐng)域。macOS操作系統(tǒng)01020304Windows是微軟公司開發(fā)的視窗操作系統(tǒng)，具有圖形用戶界面、多任務(wù)處理、即插即用等特點。Windows操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于個人計算機(jī)、服務(wù)器和移動設(shè)備等領(lǐng)域。Windows系列操作系統(tǒng)iOS和Android是當(dāng)前最流行的移動操作系統(tǒng)。iOS以其穩(wěn)定性和安全性著稱，主要應(yīng)用于蘋果手機(jī)和平板電腦；Android則以其開放性和可定制性受到眾多手機(jī)廠商和用戶的青睞。移動操作系統(tǒng)常見操作系統(tǒng)類型比較典型應(yīng)用實例展示W(wǎng)indows操作系統(tǒng)應(yīng)用實例01以Windows10為例，展示操作系統(tǒng)的文件管理、多任務(wù)處理、系統(tǒng)設(shè)置等功能，以及如何通過Windows應(yīng)用商店下載和安裝軟件。Unix/Linux操作系統(tǒng)應(yīng)用實例02以Ubuntu為例，展示Linux系統(tǒng)的命令行操作、文件系統(tǒng)管理、軟件安裝與卸載等基本功能，以及如何通過shell腳本實現(xiàn)自動化任務(wù)。macOS操作系統(tǒng)應(yīng)用實例03展示macOS系統(tǒng)的獨(dú)特功能和應(yīng)用場景，如使用FinalCutPro進(jìn)行視頻剪輯、使用Xcode進(jìn)行iOS應(yīng)用開發(fā)等。移動操作系統(tǒng)應(yīng)用實例04以iOS和Android為例，展示如何在手機(jī)上進(jìn)行拍照、導(dǎo)航、社交等日常操作，以及如何通過應(yīng)用商店下載和安裝各種應(yīng)用程序。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識普及07計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念引入計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置分散的多臺計算機(jī)通過通信設(shè)備和線路連接起來，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)資源共享和信息交流的系統(tǒng)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、通信協(xié)議、通信設(shè)備和線路等要素組成。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有資源共享、信息傳遞、分布式處理、提高系統(tǒng)可靠性等功能。總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所有設(shè)備通過一條公共總線連接，具有結(jié)構(gòu)簡單、布線容易、成本低等優(yōu)點，但容易出現(xiàn)故障擴(kuò)散和沖突。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各設(shè)備通過通信線路連接成一個閉合環(huán)路，數(shù)據(jù)在環(huán)路上單向或雙向傳輸，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳輸效率高等優(yōu)點，但任一節(jié)點故障都會影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所有設(shè)備通過獨(dú)立的通信線路連接到中央節(jié)點（如集線器或交換機(jī)），具有易于管理、故障隔離等優(yōu)點，但需要較多的通信線路和中央節(jié)點。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各設(shè)備之間通過多條通信線路連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有可靠性高、抗毀性強(qiáng)等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)講解互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族簡介TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議，由傳輸控制協(xié)議（TCP）和網(wǎng)際協(xié)議（IP）組成，用于實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。HTTP協(xié)議HTTP協(xié)議是超文本傳輸協(xié)議，用于在Web瀏覽器和服務(wù)器之間傳輸文本、圖像、視頻等超文本信息。FTP協(xié)議FTP協(xié)議是文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行文件上傳和下載，具有可靠的文件傳輸機(jī)制和錯誤處理功能。SMTP/POP3協(xié)議SMTP協(xié)議用于發(fā)送電子郵件，POP3協(xié)議用于接收電子郵件，兩者結(jié)合使用可以實現(xiàn)電子郵件的收發(fā)功能。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述與關(guān)系模型剖析08數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)的集合，具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性、安全性、完整性等特點。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）用于管理數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)定義、操作、控制等功能。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序基于數(shù)據(jù)庫開發(fā)的各類應(yīng)用程序，如管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃、設(shè)計、維護(hù)和管理等工作的專業(yè)人員。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成要素關(guān)系模型基本概念解釋關(guān)系關(guān)系模型中的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由行和列組成，每行代表一個元組，每列代表一個屬性。元組關(guān)系中的一行，代表一個實體或?qū)ο蟮娜啃畔ⅰ傩躁P(guān)系中的一列，代表實體的某個特征或性質(zhì)。鍵能夠唯一標(biāo)識元組的一個或多個屬性，分為主鍵和候選鍵等。SQL語言基礎(chǔ)操作指南數(shù)據(jù)定義語言（DDL）用于定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和對象，如CREATETABLE、ALTERTABLE等命令。02040301數(shù)據(jù)查詢語言（DQL）專門用于查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，如SELECT語句及其各種子句。數(shù)據(jù)操作語言（DML）用于對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查等操作，如INSERT、UPDATE、DELETE等命令。數(shù)據(jù)控制語言（DCL）用于控制數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限和安全性，如GRANT、REVOKE等命令。信息安全防護(hù)策略及實踐案例分享09通過電子郵件、文件共享等途徑傳播，對系統(tǒng)進(jìn)行破壞和數(shù)據(jù)竊取。利用漏洞進(jìn)行非法入侵，竊取、篡改數(shù)據(jù)或破壞系統(tǒng)。員工或合作伙伴的不良行為，如泄露機(jī)密信息、惡意破壞等。利用欺騙手段獲取敏感信息，如釣魚郵件、電話詐騙等。信息安全威脅類型分析病毒和蠕蟲黑客攻擊內(nèi)部人員威脅社交工程使用相同密鑰進(jìn)行加密和解密，算法簡單高效，適用于大量數(shù)據(jù)加密。對稱加密使用公鑰和私鑰進(jìn)行加密和解密，安全性更高，適用于密鑰管理和數(shù)字簽名。非對稱加密將輸入數(shù)據(jù)映射為固定長度的散列值，用于數(shù)據(jù)完整性和驗證。散列函數(shù)數(shù)據(jù)加密、數(shù)字簽名、證書頒發(fā)、安全通信等。應(yīng)用場景加密技術(shù)原理和應(yīng)用場景防火墻配置方法包過濾技術(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)包頭信息制定規(guī)則，決定允許或阻止數(shù)據(jù)包通過。狀態(tài)檢測防火墻基于連接狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)規(guī)