楼主: 云在青霄
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[其他] 计算机基础知识 [推广有奖]

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云在青霄 发表于 2025-11-19 11:25:46 |AI写论文

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Linux是一套开源的操作系统,内核级别,基于该内核的操作系统的集合。

计算机的类型包括超级计算机,工业控制计算机,网络计算机,个人计算机,以及嵌入式计算机。

冯·诺依曼体系:

  1. 计算机硬件;
  2. 使用二进制形式;
  3. 将程序预先存放在主存储器中。

一. 计算机硬件

1. CPU

  1. 定义:
    CPU 是利用超大规模集成电路制造的核心组件,主要职责是执行计算机程序中的命令并处理数据,它协调计算机的各个部分,完成计算任务。
  2. 特点:
    高速计算能力
    多样化的指令执行
    多任务处理能力
    能耗与散热特征(发热较大)
  3. 选择要点:主频高,缓存大,核心数量,接口类型

2. 硬盘的定义,功能

  1. 定义:
    硬盘是计算机中用于持久存储数据的主要设备。它是一种非挥发性存储设备,即使在计算机关机后,数据依然保存。
  2. 功能:
    硬盘的主要职责是存储和检索数据。
  3. 换算单位:
    8位=1字节
    1024字节=1千字节
    1024千字节=1兆字节
    1024兆字节=1吉字节
    1024吉字节=1太字节
    1024太字节=1拍字节
  4. 分类:
    机械硬盘的优点和缺点:
    优点:
    长写入寿命
    大容量
    成本较低
    缺点:
    读取速度较慢
    抗振性能差
    功耗较高
    运行时噪音较大
    固态硬盘的优点和缺点:
    优点:
    更轻薄
    静音无噪音
    低能耗
    高耐久性
    高性能
    缺点:
    成本较高
    写入次数有限
    容量较小
  5. 选择要点:容量,缓存大小,旋转速度,读写速度

3. 内存

  1. 定义:
    内存(通常指内部存储器)是计算机硬件系统中用于暂时存储数据和程序指令的关键部件,它直接与中央处理器(CPU)进行数据交流,作为连接 CPU 和硬盘等外部存储设备的“桥梁”,其核心作用是解决 CPU 高速计算与外部存储设备低速读写之间的速度差异,确保计算机高效运行。
  2. 功能:
    内存具备快速缓存数据、支持程序运行、进行数据交换与缓存等功能。
  3. 选择要点:容量,频率,兼容性问题。

4. 主板

  1. 定义:
    主板也称为主板、系统板或母板,是一块大的印刷电路板(PCB),是计算机系统的物理和逻辑基础。它提供了多种插槽、接口和连接器,使得 CPU、内存、显卡等部件能够物理连接,并通过芯片组和电路协调各部件间的数据流动和电力分配。
  2. 功能:
    连接部件
    数据传输
    电力分配
    基本输入输出
  3. 分类:
    大板,小板

5. 显卡

  1. 定义:
    显卡全称显示接口卡,又称为显示适配器,是计算机中负责将 CPU 输出的图像数据转换成显示器可以识别的信号并输出的硬件设备。
  2. 功能:
    图形渲染
    视频输出
    数据传输
  3. 接口分类:ISA,PCI,AGP,PCI-E
  4. 选择要点:位宽,频率

6. 其他

机箱电源功能:
计算机中为各硬件部件提供电力的关键设备,其主要职责包括电力转换、稳定供电、安全保障等。

电源功能:
为电子设备提供能量的装置,其主要职责包括能量转换、电压调整、设备保护等。

网卡声卡功能:
网卡主要负责计算机与网络的连接和数据传输,而声卡主要用于处理音频信号。

二. 操作系统及软件

1. 操作系统

操作系统是管理和调度计算机硬件与软件资源的系统程序,也是用户与计算机硬件间的桥梁。它类似于“计算机的大脑指挥中心”,负责管理硬件资源,并为用户和其他软件提供服务和支持。

主流类型:桌面系统,移动系统,服务器系统,嵌入式系统

2. 软件

软件是指一系列用于操作计算机并执行特定任务的指令、数据或程序。它是计算机系统的重要组成部分,与硬件一起构成完整的计算机系统。软件基于计算机的处理能力和指令执行机制运作。系统软件位于计算机硬件和应用软件之间,在后台运行,用于协调系统的硬件和软件。

通常分为系统软件和应用软件。系统软件包括操作系统、数据库管理系统、系统实用工具和编程语言与编译系统等,用于运行计算机硬件并为应用软件提供平台。

三. 网络相关知识

1. 网络

  1. 定义:
    广义上,计算机网络是将分布在不同地理区域、具有独立功能的多台计算机或其他终端设备,通过通信线路和通信设备连接起来,在网络操作系统、网络管理软件及网络协议的管理和协调下,实现数据传输、资源共享和信息交换的系统。
  2. 功能:
    数据通信:
    这是计算机网络最基本的功能,可以实现网络上节点之间的数据和信息传递,如电子邮件、即时通讯、文件传输等都基于此功能。
    资源共享:
    用户可以通过网络访问远程计算机上的硬件、软件和数据资源,提高资源利用效率,避免重复配置。例如,多台计算机可以共享一台打印机,或通过网络访问共享的数据库和应用程序。
    分布式处理:
    可以将一个大型任务分解为多个子任务,分配到网络中的多台计算机上并行处理,还可以通过负载均衡确保每台计算机处理大致相同的工作量,从而提高整体处理速度和效率,云计算就是分布式处理的典型应用。
    集中管理与控制:
    网络可以使管理和监控更加集中和高效,有助于提升工作效率和经济利益,如企业可以通过网络对服务器、网络设备等进行集中管理,统一实施安全策略等。
  3. 分类:
    按覆盖范围分类

可分为局域网(LAN),覆盖范围通常不超过10公里,例如家庭WiFi、校园网;城域网(MAN),覆盖城市范围,10至100公里,如城市政务网;广域网(WAN),覆盖范围大于等于100公里,如互联网;个人区域网(PAN),覆盖个人周围不超过10米范围,例如蓝牙连接手机与耳机。

按拓扑结构分类:包括总线型,所有装置连接到一条主干线路;星型,所有装置通过交换机/路由器集中连接;环型,装置首尾相连形成封闭环;网状型,每台装置与多台装置直接连接。

按传输介质分类:可分为有线网络,通过双绞线、光纤等有线介质传输,速率稳定、抗干扰能力强;无线网络,通过无线电波、红外线等传输,灵活便捷、无需布线。

按使用对象分类:可分为公共网,如移动、联通、电信等运营商构建的网络,供大众使用;专用网,如企业内部网、军事专用网络等,仅供特定群体使用。

2. 传输介质
传输介质也称为传输媒体,是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通路。可分为导向传输介质和非导向传输介质,前者如铜线、光纤,电磁波沿固体介质传播;后者如自由空间,电磁波在其中进行无线传输。具体介绍如下:

导向传输介质:
双绞线:由两根相互绝缘的铜导线按一定规则并排绞合而成,绞合可以降低相邻导线间的电磁干扰。可分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP),UTP 因成本较低等原因常用于家庭和办公网络。它价格经济,可用于模拟和数字传输,通信距离一般为几千米到数十千米,带宽取决于铜线粗细和传输距离。

同轴电缆:由内导体、绝缘层、外导体屏蔽层和绝缘保护套层构成。50Ω 同轴电缆常用于传送基带数字信号,75Ω 同轴电缆常用于传送宽带信号,如有线电视系统。由于外导体屏蔽层的作用,其抗干扰特性优良,曾广泛用于局域网,后逐渐被双绞线取代,但在专业视频监控等特定场景仍有应用。

光纤:由纤芯和包层组成,利用光的全反射原理传输光脉冲来通信,有光脉冲代表 1,无光脉冲代表 0。可分为多模光纤和单模光纤,前者适合短距离传输,后者纤芯细,衰减小,适合长距离传输。光纤具有通信容量大、传输损耗小、抗雷电和电磁干扰性能佳、保密性好、体积小重量轻等优点。

非导向传输介质:
无线电波:是电磁波的一种,具有较强的穿透力,可传输很长的距离,广泛用于无线手机通信、无线局域网等。其信号向四周扩散,接收装置无需对准发射方向,通信连接简单。

微波:是频率较高的无线电波,载波频率通常为 2-40GHz,通信信道容量大,信号沿直线传播,地面传播距离有限,超过一定距离需用中继站接力。卫星通信利用地球同步卫星作为中继站转发微波信号,可实现全球通信,但存在保密性较差、端到端传播时延较长的问题。

红外线:通常用于短距离、点对点的通信,如电视遥控器、红外无线耳机等。其方向性强、保密性好,但传输距离较短,且容易受到遮挡物的影响。

激光:与红外线相似,需要在发送方和接收方之间有一条视线通路,具有很强的指向性,可将信号转换为激光信号在空间中传播,常用于一些对保密性和传输速率要求较高的特殊场合。

3. 设备
常见的网络设备主要包括路由器、交换机、防火墙等,这些设备在计算机网络中承担着数据传输、交换、路由和安全防护等核心功能。具体如下:

(1) 路由器(Router):在不同网络间转发数据包,基于IP地址和路由表选择路径,支持OSPF、BGP等路由协议。可用于家庭宽带连接、企业级网络互联等场景。

(2) 交换机(Switch):在数据链路层通过MAC地址表智能转发数据,能减少广播域。分为二层交换机和三层交换机,后者支持IP路由。主要用于局域网中连接计算机、打印机等设备,也可用于数据中心连接服务器和存储设备。

(3) 防火墙(Firewall):用于控制进出网络的流量,通过规则过滤恶意数据,保障网络安全。可分为包过滤防火墙和下一代防火墙(NGFW),常用于企业网络保护内部网络免受外部攻击,也可用于家庭网络防止恶意流量进入。

(4) 网关(Gateway):在传输层实现网络互连,是一种较为复杂的网络互连设备,用于两个高层协议不同的网络互连,可实现不同网络协议之间的转换。

(5) 调制解调器(Modem):主要功能是转换数字与模拟信号,用于ADSL或光纤宽带接入等,常见的有DSL调制解调器、光纤调制解调器等。

(6) 网络接口卡(NIC):也称作网卡,为计算机提供物理网络连接,包括有线和无线连接,负责处理数据帧的收发。

(7) 无线接入点(WAP):将有线网络转换为无线信号,支持Wi-Fi设备接入,可用于家庭网络提供Wi-Fi覆盖,也可在企业网络中部署多个以覆盖大型办公区域。

(8) 集线器(Hub):是物理层设备,会将数据广播至所有端口,所有端口共享一条带宽,传输效率低,已逐渐被交换机取代,常用于连接少量设备的小型网络。

(9) 网桥(Bridge):基于MAC地址连接局域网段,可隔离冲突域。

(10) 服务器(Server)

:用于提供网络服务,如存储、应用等,可分为普通型与特定型,需支持高并发和高可靠性需求。

(11)网络附加存储(NAS)
:通过网络提供文件存储和访问服务,还能为网络中的设备提供集中备份方案,适合家庭用户存储照片、视频等文件,也可用于企业用户共享文档和备份数据。

(12)负载均衡器(Load Balancer)
:可将网络流量分散到多台服务器,防止单点过载,提高服务的可用性,常用于网站处理大量用户请求或云计算中分配计算资源。

4.ISO与OSI
ISO 是国际标准化组织的简称,是全球最大的国际标准化组织。OSI 是开放系统互联,OSI 模型是 ISO 在网络通信方面定义的开放系统互连参考模型。

5.IP协议
(1)互联网协议(Internet Protocol)
这是互联网的关键协议,用于规定网络中数据的传输规则和寻址方式,使不同类型的网络设备能够互相连接。其核心相关内容包括:一是 IP 地址,赋予互联网设备的唯一逻辑地址,如同设备的 “网络身份标识”,常见版本有 IPv4(32 位,如 192.168.1.1)和 IPv6(128 位,如 fe80::200:f8ff:fe21:67cf);二是数据传输,采用无连接方式,将数据分割成数据包独立传送,路由器根据 IP 地址选择传输路径,数据包到达目的地后重新组合;三是分片与重组,当数据包大小超出途经网络的最大传输单元时,路由器会将其分片,到达目标设备后再恢复。

(2)国际纸业(International Paper)
一家美国的纸浆和造纸公司,也是美股上市公司,股票代码为 IP。截至 2025 年 11 月 17 日,其股价为 36.69 美元,总市值达 193.74 亿美元。

(3)知识产权(Intellectual Property)
指人类智力活动产生的智力成果的所有权,例如专利、商标、版权、商业秘密等,在科技、文化和商业领域具有重要价值,是企业和个人的核心无形资产。

(4)医学相关释义
医学中多个术语的缩写均为 IP,如腹腔注射(Intraperitoneal Injection),是一种将药物注入腹腔的给药方法;色素失禁症(Incontinentia Pigmenti),一种遗传疾病;指间关节(Interphalangeal Joint),即手指或脚趾间的关节等。

(5)其他科技领域
如图像处理(Image Processing),是对图像进行分析、增强、修复等操作的技术,广泛应用于摄影、安全、人工智能等领域;IP 核(Intellectual Property Core),是集成电路设计中可复用的设计单元,能提升芯片设计效率。

6.TCP与UDP
TCP(传输控制协议)和 UDP(用户数据报协议)是 TCP/IP 协议栈中传输层的主要协议。

1.连接特性
(1)TCP
:面向连接。通信前必须通过 “三次握手” 建立连接,数据传输结束还需通过 “四次挥手” 断开连接,类似于打电话需等待对方接通才能交谈,结束后需挂断电话,流程规范而严谨。
(2)UDP
:无连接。无需预先建立连接,发送端直接封装数据为数据报后发送,接收端收到后也不需确认,类似于发短信,输入号码即可发送,不必考虑对方是否准备好接收。

2.区别
传输可靠性
UDP
:无可靠性保障。它没有重传、排序、流量控制等机制,数据报在传输过程中可能丢失、重复或乱序,且发送端无法知道接收端是否成功接收,这些问题需依赖应用层自行解决。
TCP
:可靠性极高。它会给数据包编号,接收端按编号重组数据以确保顺序;若发送端超时未收到接收端的确认信号,会触发重传机制;同时通过滑动窗口实现流量控制,还具备拥塞控制机制,能避免网络拥堵和接收方处理过载,确保数据完整、有序送达。

传输效率与开销
TCP
:传输速度较慢,开销较大。连接建立、确认、重传等一系列机制,不仅增加了数据传输的延迟,其头部长度可变(20 - 60 字节),包含序号、确认号等多个控制字段,也占用了较多网络带宽资源。
UDP
:传输速度极快,开销极低。省去了许多复杂流程,数据可以快速发送;且头部固定为 8 字节,仅包含源端口、目的端口、长度和校验和,对带宽占用少,能以高效方式传输数据。

数据传输形式
TCP
:面向字节流。它将应用层数据视为无结构的字节流,没有明确的数据边界,应用层需要自行处理数据的分割与拼接。
UDP
:面向数据报。数据以独立的 “包” 为传输单位,每个数据报都有明确边界,发送端发送的数据报大小通常不超过 65535 字节,接收端会按数据报原样接收。

7.UDP协议
UDP 全称
用户数据报协议(User Datagram Protocol)
,是 TCP/IP 协议栈中传输层的关键协议,由 IETF 的 RFC 768 定义,以无连接、轻量、高效为主要特点,虽然不保障传输可靠性,但适应多种对实时性要求高的场景。

优点

传输延迟非常低,无需连接建立和状态维护的时间消耗;协议开销小,8字节头部对带宽占用较少,数据传输效率高;实现简便,对发送端和接收端的硬件、软件资源消耗低,适合各种轻量化设备。

缺点

:可靠性较低,数据容易出现丢失、重复、错序等问题,需要应用层自行实现重传、排序等机制;没有拥塞控制,如果持续大量发送数据,可能会加重网络拥堵,从而影响其他网络通信。

二维码

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