计算机基础

一、计算机发展史

1. 关键计算机机型

机型	年份	贡献者	核心突破	技术参数
ENIAC	1946	莫克利、埃克特	首台通用电子计算机	30吨重，170㎡，150kW功耗
EDVAC	1949	冯·诺依曼	存储程序+二进制	5大部件结构，7850kg

冯·诺依曼体系核心：

graph LR A[输入设备] --> B[存储器] B --> C[运算器] C --> D[输出设备] B --> E[控制器] E --> C

2. 关键人物

   • 图灵：提出图灵机模型（计算理论）、图灵测试（AI标准）
   • Ada Lovelace：首位程序员（为分析机写算法）

3. 计算机代际演进

代际	元件	典型机型	突破性技术	局限性
第一代	电子管	ENIAC	取代机械计算	体积大、故障率高
第二代	晶体管	IBM 1401	批处理操作系统	仍需专业机房
第三代	集成电路	IBM System/360	多道程序设计	成本仍较高
第四代	超大规模集成电路	Apple II	个人计算机普及	散热与能耗挑战

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二、计算机系统的基本结构

flowchart TD A[计算机系统] --> B[硬件系统] A --> C[软件系统] A --> D[网络系统] %% 硬件系统结构 B --> B1[中央处理器\nCPU] B --> B2[存储器] B --> B3[输入/输出设备] B --> B4[总线] B1 --> B11[运算器\nALU] B1 --> B12[控制器\nCU] B1 --> B13[寄存器组] B2 --> B21[主存储器\nRAM/ROM] B2 --> B22[辅助存储\nHDD/SSD] B2 --> B23[高速缓存\nCache] %% 软件系统结构 C --> C1[系统软件] C --> C2[应用软件] C1 --> C11[操作系统\nWindows/Linux] C1 --> C12[驱动程序] C1 --> C13[编译器/解释器] C2 --> C21[办公软件\nOffice/WPS] C2 --> C22[多媒体软件\nPS/PR] C2 --> C23[开发工具\nVS Code] %% 网络系统结构 D --> D1[网络设备] D --> D2[通信协议] D --> D3[网络服务] D1 --> D11[路由器/交换机] D1 --> D12[网卡/调制解调器] D2 --> D21[TCP/IP协议簇] D2 --> D22[HTTP/FTP/DNS] D3 --> D31[云计算服务] D3 --> D32[远程访问]

三、硬件系统深度解析

1. CPU详细架构

flowchart TB subgraph CPU A[控制单元CU] --> B[算术逻辑单元ALU] A --> C[寄存器组] C -->|数据| B B -->|结果| C end

CPU主要性能指标：主频和字长。
CPU的品牌：Intel、AMD、IBM(服务器CPU)。

• 寄存器类型：
  • 通用寄存器（AX/BX/CX/DX）
  • 指令寄存器（IR）
  • 程序计数器（PC）

2. 存储器层次

   • 内存（直接与CPU交互）：
     • RAM：易失性，临时存储运行程序
     • ROM：非易失性，存储固件（如BIOS）
   • 外存：硬盘、SSD等，长期存储

3. 总线技术对比

总线类型	方向	带宽决定因素	典型带宽
地址总线	单向	CPU寻址能力（32/64位）	32位=4GB寻址空间
数据总线	双向	字长（64位=8字节/周期）	PCIe 4.0=64GB/s
控制总线	双向	信号线数量	与主板设计相关

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四、软件系统与编程语言

1. 系统软件

(1)家用PC操作系统
Windows系列有：Windows 9x、Windows 2000、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 10等
苹果操作系统有：Mac OS X等

(2)服务器操作系统
Windows系列：Windows NT Server、 Windows Server 200x等
Linux系列：Red Hat Linux、 CentOS、Ubuntu Server、Debian等
Unix系列：Sun Solaris、IBM AIX等

(3)手机操作系统
IOS(苹果)、Android(安卓)等

2. 应用软件
   常见的应用软件有：WPS、Microsoft Office(Word、PowerPoint、Excel)、3dmax、photoshop等。
   常见应用软件文件的后缀名：
   可执行文件：bat、com、exe、……
   文档文件：doc(docx)、xls(xlsx)、txt、ppt(pptx)、……
   图片文件：gif、jpg、png、……
   压缩文件：rar、zip、……
   视频文件：avi、wav、mpg、mov、swf(flash)、mp4、rmvb、……

3. 编程语言范式

graph LR A[编程语言] --> B[低级语言] A --> C[高级语言] B --> D[机器语言] B --> E[汇编语言] C --> F[面向过程] C --> G[面向对象] G --> H[Java/C++] F --> I[C/Pascal]

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五、网络体系深度剖析

1. OSI七层模型

层级

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

2.计算机网络的基本概念

(1)域名

域名的格式为：开头.主机名.主机类别.国家名(可以没有)。
比如： http://www.moe.gov.cn (教育部官网)。
顶级域名有三类：
国家顶级域名：如cn(中国)、us(美国)、uk(英国)。
国际顶级域名：int 国际性组织可以在int下注册。
通用顶级域名：com(商业组织)、net(网络组织)、edu(教育机构)、org(非盈利性
组织)、gov(政府部门)。

(2)常见的网络服务与协议小结

缩写	英文全称	中文名称	功能描述	所属OSI层
TCP	Transmission Control Protocol	传输控制协议	提供可靠的、面向连接的数据传输服务（三次握手/四次挥手）	传输层（4）
IP	Internet Protocol	网际互连协议	负责数据包的路由选择和寻址（IPv4/IPv6）	网络层（3）
DNS	Domain Name System	域名系统	将域名（如www.example.com）解析为IP地址（53端口）	应用层（7）
HTTP	Hypertext Transfer Protocol	超文本传输协议	用于网页数据传输（无状态协议，默认80端口）	应用层（7）
HTML	Hypertext Markup Language	超文本标记语言	用于创建和设计网页的标准标记语言	应用层（7）
FTP	File Transfer Protocol	文件传输协议	实现客户端与服务器间的文件上传/下载（20/21端口）	应用层（7）
SMTP	Simple Mail Transfer Protocol	简单邮件传输协议	发送电子邮件（默认25端口）	应用层（7）
POP3	Post Office Protocol 3	邮局协议第3版	从服务器下载邮件到本地（默认110端口）	应用层（7）
IMAP	Internet Mail Access Protocol	互联网邮件访问协议	在服务器上直接管理邮件（支持多设备同步，默认143端口）	应用层（7）
WWW	World Wide Web	万维网	基于HTTP和HTML的全球互联信息系统	应用层（7）
URL	Uniform Resource Locator	统一资源定位符	标识互联网资源地址（格式：协议://主机:端口/路径?参数）	应用层（7）
ARP	Address Resolution Protocol	地址解析协议	将IP地址解析为MAC地址（局域网通信基础）	网络层（3）

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六、安全与编码

1. 病毒类型与防御

病毒类型	感染目标	传播方式	防御措施
蠕虫病毒	网络漏洞	自动复制	定期更新系统补丁
木马程序	用户文件	伪装合法软件	勿下载不明附件
宏病毒	Office文档	文件共享	禁用文档宏执行

2. 字符编码标准对比

编码标准	位数	覆盖范围	兼容性
ASCII	7位	英文+控制字符	所有系统基础支持
GB2312	16位	简体中文	中国大陆标准
Unicode	32位	全球所有语言	UTF-8兼容ASCII

七、计算机中带符号数的表示法

正数的原码、反码、补码相同，负数反码符号位不变其余取反，负数的补码=反
码+1。（补码的作用主要方便计算机运算）