計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本課件將介紹計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的基本概念、核心知識(shí)和發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程早期計(jì)算機(jī)從1946年的ENIAC到1960年代的第二代計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了從電子管到晶體管的轉(zhuǎn)變，計(jì)算能力顯著提升，但體積龐大，價(jià)格昂貴?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)集成電路的出現(xiàn)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，小型化、低成本、高性能成為第三代計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。第四代計(jì)算機(jī)則以微處理器和個(gè)人計(jì)算機(jī)為代表，開啟了信息時(shí)代。未來展望隨著云計(jì)算、人工智能、量子計(jì)算等新技術(shù)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷革新，未來將更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)1指令集定義了CPU能夠執(zhí)行的指令，是CPU與軟件之間的接口。2存儲(chǔ)器用于保存程序和數(shù)據(jù)，包括主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。3輸入/輸出負(fù)責(zé)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外界。4中央處理器(CPU)負(fù)責(zé)控制和執(zhí)行指令，是計(jì)算機(jī)的核心。CPU的基本組成算術(shù)邏輯單元(ALU)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，是CPU的核心計(jì)算單元?？刂茊卧?CU)控制程序的執(zhí)行，負(fù)責(zé)獲取指令、解釋指令、執(zhí)行指令。寄存器用于保存數(shù)據(jù)和指令，是CPU內(nèi)部高速存儲(chǔ)單元。指令系統(tǒng)和尋址方式指令系統(tǒng)CPU能夠執(zhí)行的指令集，包括數(shù)據(jù)處理指令、控制指令、輸入輸出指令等。尋址方式CPU如何訪問內(nèi)存中數(shù)據(jù)的機(jī)制，包括立即尋址、直接尋址、寄存器間接尋址等。存儲(chǔ)系統(tǒng)1主存儲(chǔ)器CPU直接訪問的存儲(chǔ)器，速度快，容量小，用于存放正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。2輔助存儲(chǔ)器用于長期保存數(shù)據(jù)，速度慢，容量大，包括硬盤、光盤、U盤等。3高速緩存CPU訪問主存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)緩存，速度更快，容量更小，提高了程序執(zhí)行效率。存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)1一級(jí)緩存(L1)速度最快，容量最小，用于存儲(chǔ)最常訪問的數(shù)據(jù)。2二級(jí)緩存(L2)速度次之，容量更大，用于存儲(chǔ)二級(jí)訪問頻率的數(shù)據(jù)。3三級(jí)緩存(L3)速度更慢，容量最大，用于存儲(chǔ)第三級(jí)訪問頻率的數(shù)據(jù)。4主存儲(chǔ)器速度更慢，容量更大，用于存放正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。輸入輸出系統(tǒng)輸入設(shè)備將外界信息輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，例如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果輸出到外界，例如顯示器、打印機(jī)、音箱等。操作系統(tǒng)概述資源管理負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源，包括CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等。用戶接口提供用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交互的界面，例如命令行界面、圖形用戶界面等。程序管理負(fù)責(zé)程序的加載、執(zhí)行、調(diào)度和終止，保證程序的正常運(yùn)行。進(jìn)程管理1創(chuàng)建進(jìn)程2調(diào)度進(jìn)程3終止進(jìn)程4進(jìn)程通信內(nèi)存管理內(nèi)存分配將程序加載到內(nèi)存中，為程序分配內(nèi)存空間。內(nèi)存保護(hù)防止不同程序之間相互干擾，保證程序的正常運(yùn)行。內(nèi)存回收釋放不再使用的內(nèi)存空間，提高內(nèi)存利用率。文件管理1文件存儲(chǔ)負(fù)責(zé)文件在存儲(chǔ)器中的組織和管理。2文件訪問提供用戶訪問文件的接口，例如打開、創(chuàng)建、刪除、修改等操作。3文件保護(hù)防止文件被非法訪問和修改，保證文件的安全性和完整性。設(shè)備管理網(wǎng)絡(luò)概述定義由多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相互連接形成的通信系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享。優(yōu)勢(shì)提高效率、共享資源、方便溝通、降低成本。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1應(yīng)用層提供用戶使用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸?shù)取?傳輸層負(fù)責(zé)端到端的數(shù)據(jù)傳輸，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，例如TCP協(xié)議。3網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，選擇最優(yōu)的傳輸路徑，例如IP協(xié)議。4數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)幀的封裝和解封裝。5物理層負(fù)責(zé)物理介質(zhì)的傳輸，包括數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼、傳輸和解碼。數(shù)據(jù)鏈路層MAC地址用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理地址，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的單位，包含數(shù)據(jù)信息和控制信息。網(wǎng)絡(luò)層1IP地址2路由協(xié)議3數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)傳輸層TCP協(xié)議面向連接的可靠傳輸協(xié)議，保證數(shù)據(jù)的順序傳輸和完整性。UDP協(xié)議無連接的不可靠傳輸協(xié)議，速度快，但無法保證數(shù)據(jù)的順序傳輸和完整性。應(yīng)用層電子郵件使用SMTP協(xié)議發(fā)送和接收電子郵件。網(wǎng)頁瀏覽使用HTTP協(xié)議訪問網(wǎng)頁，獲取網(wǎng)頁內(nèi)容。文件傳輸使用FTP協(xié)議上傳和下載文件。網(wǎng)絡(luò)安全概述重要性保護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全，防止黑客攻擊、病毒感染、信息泄露等問題。目標(biāo)保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、可用性，以及可控性、可審計(jì)性。網(wǎng)絡(luò)安全威脅病毒破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的惡意程序，例如木馬病毒、蠕蟲病毒等。黑客攻擊利用漏洞入侵計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，竊取數(shù)據(jù)或破壞系統(tǒng)，例如拒絕服務(wù)攻擊、SQL注入攻擊等。信息泄露敏感信息被非法獲取和傳播，例如個(gè)人隱私、商業(yè)機(jī)密等。網(wǎng)絡(luò)安全防御措施1防火墻過濾進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)的流量，阻止惡意程序入侵。2入侵檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，識(shí)別并阻止入侵行為。3安全軟件提供防病毒、防惡意軟件、反間諜等功能，保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。4安全意識(shí)提高用戶的安全意識(shí)，避免用戶成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的受害者。密碼學(xué)基礎(chǔ)定義研究信息安全保護(hù)的技術(shù)，包括加密、解密、數(shù)字簽名等。目標(biāo)保證信息的機(jī)密性、完整性、身份驗(yàn)證、不可否認(rèn)性。對(duì)稱加密算法1定義加密和解密使用相同的密鑰。2優(yōu)點(diǎn)加密速度快，效率高。3缺點(diǎn)密鑰管理復(fù)雜，安全性依賴于密鑰的保密。非對(duì)稱加密算法公鑰公開的密鑰，用于加密數(shù)據(jù)或驗(yàn)證數(shù)字簽名。私鑰保密的密鑰，用于解密數(shù)據(jù)或生成數(shù)字簽名。數(shù)字簽名1發(fā)送方使用私鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名。2接收方使用公鑰驗(yàn)證簽名，確認(rèn)數(shù)據(jù)的來源和完整性。網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用實(shí)例HTTPS協(xié)議使用SSL/TLS協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。密碼管理使用密碼管理器來管理和存儲(chǔ)密碼，提高密碼的安全性和易用性。VPN建立安全的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，加密網(wǎng)絡(luò)流量，保護(hù)用戶隱私和數(shù)據(jù)安全。人工智能概述定義使計(jì)算機(jī)能夠像人類一樣思考和學(xué)習(xí)的技術(shù)。應(yīng)用語音識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理、機(jī)器翻譯等。機(jī)器學(xué)習(xí)算法監(jiān)督學(xué)習(xí)通過已標(biāo)注數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，例如分類、回歸。無監(jiān)督學(xué)習(xí)通過未標(biāo)注數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，例如聚類、降維。強(qiáng)化學(xué)習(xí)通過試錯(cuò)學(xué)習(xí)，例如游戲AI。深度學(xué)習(xí)1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的模型，用于處理復(fù)雜數(shù)據(jù)。2深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)隱藏層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)W習(xí)更復(fù)雜特征。3卷積