计算机基础--计算机网络

01

网络的定义

计算机网络，是利用通信线路和设备，把分布在不同地理位置上的多台计算机连接起来。

网络中的计算机与计算机之间的通信依靠协议进行。协议是计算机收、发数据的规则。TCP/IP：用于网络的一组通信协议。包括IP（Internet Protocol）和TCP（Transmission Control Protocol）

02

网络的发展

计算机网络的发展过程大致分为三个阶段：

1.远程终端联机阶段：主机-终端

2.计算机网络阶段：

1).计算机-计算机

2).Internet阶段：Internet

03

主要功能及适用范围

主要功能：(1)资源共享 （2）信息传输 （3）分布处理 (4)综合信息服务

按适用范围分类

• 公用网，也叫公众网，例如电信公司建造的大型网络

• 专用网，指某个部门为满足本单位特殊业务而建造的网络，这种网络不对外人提供服务，例如军队等专用网络

04

网络的分类——按分布范围分类

按分布范围分类

• 广域网（WAN），也称远程网、外网、公网
• 通常是几十公里到几千公里的距离，比如跨国通信
• 不同城市间的LAN或者MAN网络互连，因为距离远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般要租用专线，通过特殊协议进行连接，构成网状结构

• 城域网（MAN）
• 覆盖范围跨越几个街区甚至整个城市，范围约5~50公里
• 用于将一个城市、一个地区的企业、机关或学校的局域网连接起来，实现区域内的资源共享

• 局域网（LAN）
• 范围几十米到几公里的区域
• 常见的办公室、宿舍或网吧中的网络就是局域网

• 个人区域网（PAN）
• 范围大概十米左右，例如使用有线的USB总线或者无线的蓝牙耳机等

05

网络的分类——按拓扑结构分类

按网络的拓扑结构进行分类：星型、总线型、环型、树型、网状型。

• 总线形：用单根传输线把计算机连接起来，数据发送给网络上的所有的计算机，只有计算机地址与信号中的目的地址相匹配的计算机才能接收到
• 传输距离有限，通信范围受限制，同时故障诊断和隔离比较困难
• 星形：一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射状互联结构
• 存在单点故障问题
• 环形：所有网络节点通过通信链路连接成一个闭合环，每个节点能够接受从一段链路传来的数据，并把该数据沿环送到另一端链路上
• 任一结点或链路发生故障会导致全网故障，且故障检测和定位比较困难
• 树形：顶端是根结点，根节点下有分支，每个分支还可再带子分支。根节点接收各网络结点发送的数据，然后再广播发送到全网
• 资源共享能力差，同时可靠性低，根节点是系统瓶颈
• 网形：各网络节点之间根据需要将通信线路互连，形成网状
• 结构复杂、成本高，网络协议复杂
• 
  

计算机网络基础--IP地址

01

网络的定义

IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又叫网际协议地址。IP地址是IP协议（IP协议是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议）提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理MAC地址的差异。

作用：IP地址用来标识网络中的设备，具有IP地址的设备可以在同一网段内或跨网段通信。

02

网络地址

IP地址包括两部分，第一部分是网络号，表示IP地址所属的网段，第二部分是主机号，用来唯一标识本网段上的某台网络设备。

网络地址的主机号全为0，网络地址代表整个网络。

IP协议有两个版本, IPv4和IPv6. 现在提到的大部分都是指IPv4。对于IPv4来说, IP地址是一个4字节, 32位的整数；我们通常也使用 “点分十进制” 的字符串表示IP地址, 例如 192.168.0.1 ; 用点分割的每一个数字表示一个字节, 范围是 0 - 255。注：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D类地址和E类地址没有划分网络号和主机号。

03

广播地址

广播地址通常称为直接广播地址，是为了区分受限广播地址。

广播地址与网络地址的主机号正好相反，广播地址中，主机号为全1。当向某个网络的广播地址发送消息时，该网络内的所有主机都能收到该广播消息。

因特网概述--Internet 基本概念

01

因特网概述

因特网（Internet）是一个建立在网络互联基础上的最大的、开放的网球性网络。因特网拥有数千万台计算机和上亿个用户，是全球信息资源的超大型集合体。

这里有一个小知识，互联网≠因特网。因特网于1969年诞生于美国。它的前身“阿帕网”( ARPAnet)是一个军用研究系统，后来才逐渐发展成为连接大学及高等院校计算机的学术系统，现在则已发展成为一个覆盖五大洲150多个国家的开放型全球计算机网络系统，拥有许多服务商。因特网并不是唯一的互联网络，比如军事系统的网络也是互联网络，但是并不能之间从因特网对其进行访问。这样便十分明确了，因特网只是最大的互联网。
国际标准的互联网写法是internet，因特网是Internet。

我国Internet的发展情况：

20世纪80年代末、90年代初才起步。

1989年我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。

我国已经陆续建成与Internet互联的四个全国范围的公用网络：

中国公用计算机互联网(CHINANET)、

中国金桥信息网(CHINAGBN)、

中国教育和科研计算机网(CERNET)、

中国科学技术网(CSTNET)。

02

域名和网址

网址：某一网站在互联网上建立的可供网络用户访问的地址。网址在因特网中，如果要从一台计算机访问网上另一台计算机，就必须知道对方的网址。这里所说的网址实际上指向两个内涵，即IP地址、域名地址和URL。

IP地址(Internet Protocol Address)是一种在Internet上给主机编址的方式，也称为网络协议地址。常见的IP地址分为IPv4 与IPv6两大类。

域名：企业或机构在互联网上注册的名称，是互联网上企业或机构间相互联络的网络地址。因特网引进了字符形式IP地址，即域名。域名采用层次结构的基于“域”的命名方案，每一层有一个子域名组成。子域名间用“.”分割。

顶级域名有三类：

(1)国家顶级域名，如cn(中国)、us(美国)、uk(英国)

(2)国际顶级域名， 如int，国际性组织可在int下注册

(3)通用顶级域名，如，com、net、edu、gov

从域名与网址的含义中就能够看出，“网址”的主要作用是作为互联网用户访问网站的地址，也就是我们平常所说的“链接”；

而“域名”除了能够作为网络地址之外，也是企业或机构（品牌）在互联网上注册的名称，也就更像是企业或机构（品牌）在互联网上注册的身份标识。

举个简单的例子，以全国青少年信息学奥林匹克竞赛官网为例，NOI官网的域名为“noi.cn”，而“noi.cn”既可以作为信息学奥赛官网标识，也可以让用户通过该域名访问到NOI官网；

而信息学奥赛官网的网址则是https://www.noi.cn/，其中包括了域名“noi.cn”，是一个完整的网络地址。

03

网络服务

Internet的服务有电子邮件电子邮件、远程登录、文件传输、信息服务等。

1.万维网(www)

全球信息网，又称万维网(World Wide Web,WWW),是一个全球规模的信息服务系统，由遍布于全世界的数以万计的Web站点组成。

万维网是瑞士日内瓦欧洲粒子实验室最先开发的一个分布式超媒体信息查询系统。万维网采用了”超文本”的技术，使得用户以通用而简单就可获得因特网上的信息。

2.电子邮件(E-mail)

电子邮件地址格式为：收信人邮箱名@邮箱所在主机的域名。

例如：nihao@163.com

电子邮件可以在两个用户间交换，也可以向多个用户发送同一封邮件，或将收到的邮件转发给其他用户。电子邮件中除了文本外，还可包含声音、图像、应用程序等各类计算机文件。

3.文本传输协议(FTP)

文件传输协议：用于在计算机之间传输文件，如下载文件中。FTP是因特网上文件传输的基础，通常所说的所说的FTP是基于该协议的一种服务。FTP文本传输协议允许因特网上的用户将一台计算机上的文件传输到另一台计算机上，几乎所有类型的文件，包括文本文件、二进制文件、声音、图像、数据压缩等。

4.远程登录(Telnet)

远程登录(Telnet):指通过Internet与其他主机连接。

Telent是远程登录服务的一个协议，该协议定义了远程登录用户与服务器交互的方式。

计算机网络基础--网络体系结构

国际标准话组织（Internetional Standardization Organization,ISO）提出的开放式系统互联（Open System Interconnection,OSI）参考模型。它将数据从一个站点到达另一个站点的工作按层分割成七个不同任务。

开放性式指任何遵循OSI标准的系统，只要物理上连接起来，它们之间都可以相互通信。OSI参考模型并不是网络体系结构。OSI只是描述每一层的功能，并没有确定一个层的协议。而网络体系结构是网络层次结构和相关协议的集合。

TCP/IP模型与OSI体系结构对比

信奥入门级|计算机历史 约每2年考1次图灵奖

从“图灵机”到“图灵测试”，从破译德军的 Enigma 到自杀之谜，图灵一生都是传奇。为纪念艾伦·麦席森·图灵在计算机领域的卓越贡献，美国计算机协会于1966年设立图灵奖，图灵奖是计算机领域的国际最高奖项，此奖项被誉为计算机科学界的诺贝尔奖。图灵奖对获奖条件要求极高，评奖程序极严，一般每年仅授予一名计算机科学家。如：

1970年代

约翰·麦卡锡John McCarthy

贡献领域：人工智能

1980年代

尼古拉斯·沃斯Niklaus Wirth

贡献领域：程序设计语言设计、程序设计

凭借一句话获得图灵奖的 Pascal 之父，让他获得图灵奖的这句话就是他提出的著名公式：“算法+数据结构=程序”。

1990年代

蒂姆·伯纳斯·李Tim Berners-Lee

贡献领域：万维网

蒂姆·伯纳斯·李 在 1989 年发明了万维网，1991 年，他做出第一个图形界面网页浏览器，1994 年，他确定了超链接的标准，至此网页和信息之间的切换才像“随意门”一样快速直接，没有界限。

计算机基础--计算机界重要人物

计算机发展中的重要人物

（1）冯·诺依曼(John Von Neumann）

美籍匈牙利裔科学家、数学家，被誉为“电子计算机之父”。1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来人们把利用这种概念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。

（2）艾伦·麦席森·图灵(Alan Mathison Turing）

英国数学家、逻辑学家，他被视为计算机之父。计算机科学之父。提出著名的“图灵机”(Turing Machine)的设想，图灵机”与“冯·诺伊曼机”齐名，被永远载入计算机的发展史中。死于食用浸染过氰化物溶液的苹果。

（3）克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)

1916年4月30日诞生于美国密西根州，现代信息论的著名创始人，信息论之父。信息论及数字通信时代的奠基人通信数学模型中，清楚地提出信息的度量问题，改进著名的计算信息熵H的公式。今天在计算机和通信中广泛使用的字节(Byte)、KB、MB、GB等词都是从比特演化而来。

（4）林纳斯·托瓦茨(Linus Torvalds)

linux之父，发明Linux操作系统的人，起初不适合普通大众，在经过几番革新之后，和Windows系统一样简单易用。而且Linus还是Git（分布式版本控制系统）的缔造者，Git被业内人士看作是最厉害的分布式版本控制系统。

（5）吉多·范罗苏姆(Guido Van Rossum)

Python之父，自2005年加入谷歌之后就潜心编写Python编程系统。Python大家肯定都不陌生，是编程菜鸟的入门必学，是一款操作方便的良心程序。

（6）蒂姆·伯纳斯·李(Timothy John Berners-Lee)

互联网之父，1989年3月他正式提出万维网的设想，1990年12月25日，他在日内瓦的欧洲粒子物理实验室里开发出了世界上第一个网页浏览器。他是关注万维网发展的万维网联盟的创始人，并获得世界多国授予的各个荣誉。他最杰出的成就，是免费把万维网的构想推广到全世界，让万维网科技获得迅速的发展，深深改变了人类的生活面貌。

计算机基础--计算机发展史

PART.1

计算机发展的五个阶段

阶段年代硬件软件应用第一代1946—1958年真空电子管
机器语言、汇编语言
军事和科学计算
第二代1959—1964年晶体管批处理操作系统、高级语言及其编译程序科学计算和事务处理第三代1965—1970年集成电路分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法文字处理和图形图像处理第四代1971年—至今大规模集成电路数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言各个领域、逐步走向家庭第五代现代智能计算机系统理解人的语言，以及文字和图形人工智能

PART.2

第一台电子计算机

时间：1946年2月
地点：美国宾夕法尼亚大学
名字: ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)
描述：占地170平方米，重30吨，使用了1.8万多电子管，每秒可以进行5000多次加法运算，世界上第一台通用计算机。

PART.3

冯.诺依曼理论

1944年，美籍匈牙利数学家 冯·诺依曼 提出计算机基本结构和工作方式的设想，为计算机的诞生和发展提供了理论基础。时至今日，尽管计算机软硬件技术飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯·诺依曼架构。
冯·诺依曼理论要点：
1、计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备5部分组成。
2、存储程序思想——把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。

PART.4

冯.诺依曼结构

冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构，提出了计算机制造的三个基本原则，即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备），这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。

计算机基础--计算机分类及应用

01

计算机的分类

1.按照其规模和处理能力分可以分为：

巨型机，大型机，中型机，小型机，微型机。

2.按照用途分为：

通用计算机、专用计算机。

3.按照原理分为：

模拟计算机、数字计算机。

02

计算机的应用

科学计算

早期的计算机主要用于科学计算。科学计算仍然是计算机应用的一个重要领域。如高能物理、工程设计、地震预测、气象预报、航天技术等。

信息处理

信息处理是目前计算机应用最广泛的一个领域。利用计算机来加工、管理与操作任何形式的数据资料。

自动控制

利用计算机对工业生产过程中的某些信号自动进行检测，并把检测到的数据存入计算机，再根据需要对这些数据进行处理，这样的系统称为计算机检测系统。

人工智能

开发一些具有人类某些智能的应用系统，用计算机来模拟人的思维判断、推理等智能活动，使计算机具有自学习适应和逻辑推理的功能。

辅助系统

计算机辅助设计、制造、测试（CAD/CAM/CAT）。用计算机辅助进行工程设计、产品制造、性能测试。

计算机辅助设计(CAD)( Computer Aided Design)

计算机辅助制造(CAM)( computer Aided Manufacturing)

计算机辅助教学(CAI)( Computer Aided Instruction)

计算机辅助测试(CAT)( Computer Aided Testing)

计算机基础--计算机的基本构成

计算机系统的构成

计算机硬件

计算机硬件主要由五大部分构成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。其中运算器和控制器都在CPU中。中央处理器(CPU)：由运算器、控制器和一些寄存器组成。

计算机语言——程序设计语言

程序设计语言是用于编写程序的计算机语言，它按照特定的规则组织计算机指令，使计算机能够自动进行各种操作处理。

程序设计语言包含语法、语义。语法类似于人类的汉语或英语语法，表示构成语言的各个记号之间的组合规律。语义表示按照各种方法所表示的各个记号的特定含义。程序设计语言可以根据其特点分为机器语言，汇编语言和高级语言三类。

• 01机器语言

机器语言，顾名思义就是机器认识的语言。计算最早出现的语言就是机器语言，计算机能够直接识别的语言，而且速度快，但缺点是难以被人类所理解和记忆。

机器语言用二进制代码来编写计算机程序的。因此又称二进制语言。例如用机器语言来表示“8+4”，是一串二进制码“00001000 00000100 00000100”。机器语言书写困难，记忆复杂，一般很难记忆。

02

汇编语言

汇编语言是第二代计算机语言，用一些符号代替机器指令所产生的语言称为汇编语言。它加入了许多便于记忆，理解和使用的特殊符号和单词来代替机器指令，例如MOV，SUB，ADD等，更加便于人类的使用。但是，用汇编语言编写的程序不能被计算机所识别，必须使用某种特殊的软件用汇编语言写的源程序翻译和连接成能被计算机直接识别的二进制代码。此种语言难以移植和推广，因此被用在底层。

03

高级语言

高级语言其实是相对于汇编语言的，它解决了汇编语言难以移植和推广的问题，基本脱离了计算机的硬件系统，拥有更强的逻辑设计和表达能力，更易于人类理解和使用。其中比较知名的高级语言就包括了java，c++，python语言等等。

计算机并不能直接接受和执行高级语言编写的源程序，源程序在输入计算机时，通过“翻译程序”翻译成机器语言形式的目标程序，计算机才能识别和执行。这种“翻译”通常有两种方式，即编译方式和解释方式。

编译方式：编译方式的翻译工作由“编译程序”来完成，它是先将整个源程序都转换成二进制代码，生成目标程序，然后把目标程序连接成可执行的程序，以完成源程序要处理的运算并取得结果。编译性语言：C/C++等

解释方式： 源程序进入计算机时，解释程序边扫描边解释，对源程序的语句解释一条，执行一条，不产生目标程序。解释方式的翻译工作由“解释程序”来完成。解释性语言：Java、Python等。

Win开发环境——Dev C++

Dev C++ 是一个 Windows 环境下的一个适合于初学者使用的轻量级 C/C++ 集成开发环境（IDE）。它是一款自由软件，遵守 GPL 许可协议分发源代码。它集合了 MinGW 中的 GCC 编译器、GDB 调试器和 AStyle 格式整理器等众多自由软件。

Dev C++ 使用 MinGW/GCC 编译器，遵循 C/C++ 标准。开发环境包括多页面窗口、工程编辑器以及调试器等，在工程编辑器中集合了编辑器、编译器、连接程序和执行程序，提供高亮度语法显示的，以减少编辑错误，还有完善的调试功能，能够适合初学者与编程高手的不同需求，是学习 C 语言和 C++ 的首选开发工具。

下载地址：

https://pan.baidu.com/s/1L65axvqjyTy6GxmmkUilWQ?pwd=1wid

新建项目和源文件，直接快捷键：Ctrl + N

Linux开发环境—CodeBlocks

CodeBlocks是一个开放源码的全功能的跨平台C/C++集成开发环境。CodeBlocks由纯粹的C++语言开发完成，CodeBlocks是一个跨平台的开源IDE，可以用来编写多种程序，而且不需要购买许可证，上手难度不高，是一款轻量却又不失强大功能的好软件。http://www.codeblocks.org/

1) 创建文件的方式为点击左上角File->New->File。

2) 选择类别。

计算机编程环境gcc and g++

gcc and g++分别是GNU的c & c++编译器。gcc/g++在执行编译的时候一般有下面4步：

⒈预处理，生成.i的文件[预处理器cpp]。

⒉将预处理后的文件转换成汇编语言，生成文件.s[编译器egcs]。

⒊由汇编变为目标代码（机器代码）生成.o的文件[汇编器as]。

⒋连接目标代码，生成可执行程序[链接器ld]。

1. gcc编译器简介

gcc原名是GNU C Complier，支持C语言的编译链接，也支持C++、object-c等语言的编译链接。根据《深入理解计算机系统（第三版）》第1.2小节内容，gcc将一个源程序文件转换为最终的可执行程序需要经过预处理、编译、汇编、链接四个阶段。

2. 常见的编译选项

cc和gcc 命令是一样的，只是gcc命令的简化。另外，对于C++程序则使用g++命令来执行。

gcc -E ：进行预处理，默认将处理结果输出到标准输出设备上，如电脑屏幕。可以结合-o参数，将结果输出到.i文件中。

gcc -s ：进行-编译处理，生成.s为后缀的汇编语言文件；

gcc -c ：进行汇编处理，生成.o文件；

gcc ：生成可执行文件，默认生成的可执行文件名为a.out。可以结合-o生成指定的名称；

gcc -v : 可以查看gcc的版本号；

gcc -wall：尽可能给出更多地警告；

3. 示例

但在实际中，我们通常不会一步一步的执行gcc -E、gcc -s 、gcc-c ...，而是直接"gcc hello.c"生成可执行文件，默认生成的可执行文件名为a.out。下面示例是C++程序hello.cc，使用"g++ hello.cc"一步生成可执行文件。

4. C++11标准

C++11标准在2011年8月份获得一致通过，这是自1998年后C++语言（也就是C++98标准）第一次大修订，对C++语言进行了改进和扩充。随后各编译器厂商都各自实现或部分实现了C++中的特性。

进制的基本概念与进制转换、字节与字

进制：就是进位制，逢几进一

0-9 十进制

0-1 二进制

0-7 八进制

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 十六进制

计算机中只识别二进制，计算机底部依靠二进制的不同的组合排列进行工作（一个字节=8个二进制位）

1K = 1024B

1M = 1024K

1G = 1024M

1T = 1024g

识别几进制可通过数字后面字母识别，例：

11（D） = 10进制

11（B） = 2进制

11（O） = 八进制

11（F） = 十六进制

二进制与十进制的转换

例：将十进制的23转换为二进制

先打出2^0到2^10依次为：1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024

1 1 1 0 1 （1+2+4+16=23）

最后将上面的二进制数倒过来，所以23的二进制就是：10111

反之：将11001转换为10进制

先打出2^0到2^10依次为：1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024

将11001反过来对应上去：1 0 0 1 1

最后将对应上的数字加起来：1+8+16=25

二进制与八进制的转换：将8个2进制位划为3组3个3进制位，最前面补0， 其余方法与前面相同

二进制与十六进制的转换：将8个2进制位划为2组4个4进制位，其余方法与前面相同