【菜鸟零基础学习笔记】Day1-计算机基础与网络基础

最新推荐文章于 2024-07-19 15:15:01 发布

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本文深入讲解计算机硬件与软件基础知识，包括计算机发展历程、硬件系统组成、内存与硬盘的区别、CPU工作原理、进制转换、原码反码补码概念、网络通信原理等核心内容，为初学者提供全面的计算机科学入门指南。

一、硬件、软件

1946年2月14日，由美国军方定制的世界上第一台电子计算机-电子数字积分计算机在美国宾夕法尼亚大学问世。

硬件系统：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备

内存和硬盘的区别

内存：基于电流方式工作；不通电就什么都没有了

硬盘：基于磁的方式工作；可以永久存放数据；机械手臂一圈圈读数据（类似黑胶唱片）；参数：容量、转速（不过转速再快也快不过内存）

计算机硬件->操作系统软件->应用软件

用户可以操作应用软件，也可以控制操作系统（编程）

硬盘数据写到内存里，然后cpu从内存里读取数据。所以一开机之后，内存就被操作系统占了一部分空间

Cpu：包括运算器、控制器、寄存器（用来缓解cpu和内存的速度差）（搬水泥盖房子例子）

二、进制转换、原码、反码、补码

数据的表现形式

十进制
二进制
八进制
十六进制

进制转换

二进制/八进制/十六进制转十进制：底数变化，指数规律相同

十进制转二进制：除2取余法（你序卦列）

十六进制转二进制：一个十六进制位变成4个二进制位

二进制转八进制：三个一组分组，每三个二进制位转成一个八进制数位

二进制转十六进制：四个一组

机器数：一个数在计算机中的二进制表示形式，叫做这个数的机器数，机器数是带符号的，计算机用一个数的最高位存放符号，正数为0，负数为1

真值：将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值

原码：符号位加上真值的绝对值，用第一位表示符号，其余位表示值。所以8位二进制数的取值范围是[-127,127]

反码：

正数的反码：其本身

负数的反码：在原码的基础上，符号位不变，其余各个位取反

补码：

正数的补码：其本身

负数的补码：在原码的基础上，符号位不变，其余各位取反，最后+1（即在反码的基础上+1）

[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]补

[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]补

在计算机系统中数值一律用补码来表示。这使得将减法运算转变成加法运算。

三、网络通信原理

互联网的本质就是一系列的协议

Osi七层协议：

应用层

表示层：解压

会话层

传输层：

功能：建立端口到端口的通信

端口是和网卡绑定的

传输层端口号为了标识一台电脑上的不同程序

端口范围：0-65535 （套接字编程）

Tcp协议（传输控制协议）：可靠传输。Tcp数据包没有长度限制，但是通常长度不会超过ip数据包的长度

Udp协议（用户数据报协议）：不可靠传输。报头部分一共有8个字节，总长度不超过65535字节，正好进一个ip数据包。

参考资料：

Linux的SOCKET编程详解——非常叼

网络层：

如果全世界通信都用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都能够收到，效率低

ip协议：规定网络地址的协议为ip协议

IPv4默认网关：跨网络通信

Ip数据包：head和body。Head里包含s_ip和d_ip。Ip数据包封装到以太网包的body内

网络层工作在数据链路层身上。

数据链路层：

定义了电信号的分组方式。统一标准：以太网协议。

一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”

每一组数据帧分成：报头head（18个字节）和数据data两部分。Head里包含source_mac和destination_mac

Mac地址（物理地址）：网卡的地址

局域网内的计算机用：广播

ARP协议：所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在读及以太网协议时候，我们了解到，通信是基于mac的广播方式发送的，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议

找网关之前，主机需要通过arp协议用广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址。获取目标主机的mac地址之后就可以正常发包了。

	源mac	目标mac	源ip	目标ip	数据部分
发送端主机	发送端mac	FF:FF:FF:FF:FF:FF	172.16.10.10/24	172.16.10.11/24	数据

目标mac内的FF:FF:FF:FF:FF:FF表示想要获取目标ip那台机器的mac地址

先获得本机和目标的ip地址，并判断两者是否在同一个局域网内

同一网络：广播

不同网络：目标地址栏写网关的ip地址，所有人都收到但是只有网关返回mac值给本机，通过arp获取的是网关的mac

物理层：

光线、电缆、双绞线、无线电波。主要是基于电器特性发送高低电压，高电压对应数字1，低电压对应数字0