大学计算机实验笔记

笔记： 实验一 图灵机模型与硬件 1图灵机组成： 一条无限唱的纸条、一个读写头、一个状态寄存器、一套控制规则 2冯诺依曼计算机硬件组成： 运算器(Logic Arithmetic unit)、控制器(Control unit)、存储器(memory)、输入设备(Input device)、输出设备(output device) 3 冯诺依曼计算机体系基本思想： ·采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储在同一存储器中。 ·存储器是按地址访问的线性编址的一维结构，每个单元位数是固定的。 ·指令由操作码和地址码组成。 ·通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。 ·以运算器为中心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器。 ·数据以二进制表示。 4 CPU（Intel和AMD） 参数：核心数量、主频、三级缓存、工作功率、64位处理器 主频：CPU的主要技术指标是主频（单位GHz），也叫时钟频率（clock）。主频直接反映了CPU的运算、处理数据的速度。 缓存：缓存提供了CPU处理数据和内存读写之间的缓冲，其容量大小对CPU速度影响很大。（分L1、L2、L3共三级缓存） 5 内存（DDR、DDR2、DDR3） 组成：芯片、电路板、金手指（内存条与内存插槽之间的连接部件） 参数：容量（1GB、2GB、4GB）、存取速率、引脚数目、奇偶校验（对保证数据正确读写起重要作用） 6 主板 ·提供外部总线，CPU内存硬盘显卡等都连接在总线上。 ·开机功能，让计算机从断电状态进入运行状态。 （BIOS，一个固化到主板上一个ROM芯片上的程序，保存着计算机最重要的基本输入输出程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。计算机启动首先执行BIOS中的程序，然后才加载运行存储在硬盘或其他地方的程序） 实验二 计算机中数据表示与计算 1浮点数存储 阶码位数：8 精度：24 有效位：7 表示范围：127~-23 存储时将小数点前的1省略，因此表示的颈部由23bit位数变成24bit。 实验三 字符编码与信息交换 1 ASCII码 七位二进制数表示128个符号. 在ASCII码中，其最高位（b7）用做奇偶校验位。（1的个数非奇/偶，则在b7为添1） 2汉字编码 汉字输入：键盘输入法（字音编码、字形编码）非键盘编码（手写、语音、扫描） 区位码：所有国标汉字和符号组成94x94矩阵（94个区94个位） 例：区位码5448在54区48位，十六进制为3630H 国际码：汉字区号位号各加32（20H） 机内码：国际码两字节各加128（80H） 字形码：点阵和矢量函数 字模点阵：信息量大，占用存储空间大，只能用来构成字库不能用于机内存储。 矢量表示：存储描述汉字字形的轮廓特征。字形描述与最终文字显示分辨率无关，可以产生高质量汉字输出。 实验四 指令的执行过程 1 计算机各部件名称及功能 内存：访问内存时，来自AB的存储器地址经地址译码器译码后，选中指定存储单元，读写控制电路根据读写命令实施对存储器的读写操作，DB传送进出内存的信息。 寄存器：指令指针寄存器（IP）（PC程序计数器）地址寄存器（AR）数据寄存器（DR）指令寄存器（IR）通用寄存器（GR）有限容量，高速存储 2指令的执行 指令通常由操作码和操作数组成。操作码表示该指令功能，存入指令寄存器；操作数表示指令要处理的数据，或数据所在地址。 指令：一种命令计算机完成基本算术逻辑运算、数据存储数据传送；另一种控制程序本身执行顺序（实现分支、转移等） 指令的执行分为3个阶段：取指令、分析指令（译码、产生微命令）、执行指令 取指令： a、指令指针寄存器IP中给出指令（PC取地址） b、根据指令地址，从内存中读出一条指令，送入指令寄存器 c、根据当前指令执行结果，决定IP应＋1或跳转到其他地址 译码： a、指令寄存器中的操作码送往指令译码器处理 b、指令译码器处理后送往控制器,控制器根据指令的功能产生相应控制信号序列 执行： 机器按控制信号完成各种操作。当指令执行过程结束时，IP指向下一指令或跳转到由该指令指定的地址。 实验六 文件管理 1文件的存取方式 a顺序存取：按照文件逻辑地址顺序存取 b随机存取：以任意次序直接读写某个记录，不受逻辑地址顺序限制。通常用于磁盘文件 c索引存取：将文件中的记录按记录键来编址，用户提供给操作系统记录键后就可直接查找所需记录。（如字母先后顺序）。加速记录查找过程 索引顺序文件：ISAM、VSAM 实验七 广域网通信与邮件传输 1域名解析 域名解析就是国际域名等域名申请后，从域名到IP地址的转换过程。IP地址是网路上标识站点的数字地址。为简单记忆，用域名来代替IP地址标识站点地址。域名的解析工作由DNS服务器完成。（两种查询方式：迭代查询、递归查询） 2 IP地址 IP地址是连接在网络中的主机的标识，网络中的互联和通信功能都离不开IP地址帮助。IP地址是用来唯一标识互联网上计算机的逻辑地址，通过IP地址确定要通信的主机或设备。 IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配一个32-bit（4个字节）的地址。IP地址通常用a.b.c.d的形式，abcd都是0~255的十进制整数。 IP地址分为ABCDE五类，DE类为特殊地址。 3 路由器 路由器是为信息流或数据分组选择路由的设备，工作在网络层。路由器是连接在Internet中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。 功能：判断网络地址、选择IP路径、选择信息传送的线路。 路由器是一种具有多个输入输出端口的专用计算机，任务是分组转发。路由器分为两大部分：路由选择部分、路由转发部分（输入端口的查找和转发功能） 4 路由表 包含：目的网络地址、子网掩码、下一跳地址。 实验九 图像表示与图像处理 1 RGB颜色模式 每个像素分配一个0~255范围内的强度值。（灰色RGB值相等且非0 255，白色RGB值为255，黑色RGB值为0） 2 图像分辨率 一方面指该图像包含的横向纵向的像素数。（图像大小、图像尺寸） 另一方面指单位长度内像素的个数pixels per inch（PPI为单位） 3 位深度 深度为1，则0表示黑，1表示白，表现两种颜色 深度为8，则可以表示256种颜色（RGB） 4图像处理技术 图像编码转换、变形、压缩等一系列操作 5 计算机图像与计算机图形 图像：当点阵间距较大时，会明显感到图像模糊，存在放大失真 图形：只存储图形尺寸、线段两端点像素位置坐标、线段颜色、背景颜色。通过它们之间几何关系，根据需要随时将其他像素重新绘制出来。 实验十四 数据管理与数据库操作 1 数据库 数据库是按照数据结构来组织、存储、管理数据的仓库。它是依照某种数据模型组织起来并存放在二级存储器中的数据集合。 2 结构化查询语言（Structured Query Language, SQL） 一种数据库查询和程序设计语言，是高级非过程化编程语言。 六个部分：数据查询语言、数据操作语言、事务处理语言、数据控制语言、数据定义语言、指针控制语言 3 数据库范式 设计关系数据库时遵从不同的要求。越高的范式数据库冗余越小。 六种范式：第一范式(1NF)、第二范式(2NF)、第三范式(3NF)、巴德思科范式(BCNF)、第四范式(4NF)、第五范式(5NF 完美范式)。 一般来说数据库只需满足第三范式即可。 实验十八 计算机病毒与防火墙 1 计算机病毒 利用计算机软件和硬件所固有的脆弱性编制的一组指令集火程序代码。它能通过某种途径潜伏在计算机的存储介质或程序里，当达到某条件时被激活。通过修改其他程序的方法将自己精确拷贝或可能演化的形式放入其他程序中，从而感染其他程序，对计算机资源进行破坏。 2 以太网（Ethernet） 当今现有局域网采用的通用的通信协议标准。以太网使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，以10M/bps速率运行在多种类型电缆上。 以太网中主机传输数据是的步骤： （一）监听信道上是否有信号在传输。监听直到信道空闲。 （二）若没有监听到信号，就传输数据。 （三）传输时继续监听，如发现冲突执行退避算法，随即等待一段时间后重新执行步骤（一） （四）若未发现冲突则发送成功。再发数据前需等待9.6μs。 3 蠕虫病毒 传播自身功能的拷贝或它的某些部分到其他计算机系统中。蠕虫不需要将自身附着到宿主程序。两类：主机蠕虫、网络蠕虫。 4 木马 通过一段特定程序（木马程序）来控制另一台计算机。（偷窃性远程控制）通常有两个可执行程序：客户端（控制端）、服务端（被控制端）。木马一旦运行并被控制端连接，其控制端将享有服务端的大部分操作权限，如给计算机增加口令、浏览移动复制删除文件、修改注册表。更改计算机配置等。 5 其他病毒 CIH病毒：电脑开机就黑屏，无法让用户进行任何抢救和杀毒操作。变种能在网络上捆绑其他程序或是邮件附件传播，常常删除硬盘上文件及破坏硬盘分区表。篡改BIOS数据。 硬盘杀手（Worm OpaSoft）：被感染，硬盘分区将被覆盖，导致硬盘锁死，无法使用，数据封存。病毒运行超过两天，释放病毒文件到C盘根目录，用这文件改写硬盘分区表，系统重启时显示病毒字符信息，破坏掉硬盘数据。 操作系统病毒：病毒运行是，用自己逻辑部分取代操作系统的合法程序模块，根据病毒自身特点和被替代的操作系统中合法程序模块在操作系统中运行的地位及作用以及病毒取代方式等，对操作系统进行破坏。 ARP病毒：两种攻击手段:路由欺骗和网关欺骗。中了ARP木马的电脑会把自己伪装成路由器，可以随意篡改网络数据。通常会使网速变慢，经常掉线，发生IP冲突。 梅丽莎（Mellissa）：第一个通过电子邮件传播的病毒。用户打开邮件后，病毒会让感染的电脑发出50封携毒邮件。不会伤处电脑系统文件，但引发的大量电子邮件会阻塞电子邮件服务器，使之瘫痪 6 防火墙 由软件和硬件设备组合而成、在内部网和外部网之间、专用网和公共网之间的边界上构造的保护屏障。4个部分：服务访问规则、验证工具、包过滤、应用网关。