1.4 计算机网络基础知识

　　计算机网络就是计算机之间通过连接介质互联起来，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的一种组织形式。什么是连接介质呢?连接介质和通信网中的传输线路一样，起到信息的输送和设备的连接作用计算机网络的连接介质种类很多，可以是电缆、光缆、双绞线等“有线”的介质，也可以是卫星微波等“无线”介质，这和通信网中所采用的传输介质基本上是一样的。

　　在连接介质基础上，计算机网络必须实现计算机间的通信和计算机资源的共享，因此它的结构，按照其功能可以划分成通信子网和资源子网两部分。当然，根据硬件的不同，将它分成主机和通信子网两部分也是正确的。

　　主机的概念很重要，所为主机就是组成网络的各个独立的计算机。在网络中，主机运行应用程序。这里请注意区别主机与终端两个要领终端指人与网络打交道时所必需的设备，一个键盘加一个显示器即可构成一个终端，显然，主机由于要运行应用程序，只有一个键盘和显示器是不够的，还要有相应的软件和硬件才行。因此，不能把终端看成主机，但有时把主机看成一台终端是可以的。

　　协议是什么?拿电报来做比较，在拍电报时，必须首先规定好报文的传输格式，多少位的码长，什么样的码字表示启动，什么样的码字又表示结束，出了错误怎么办，怎地方发报人的名字和地址等，这种预先定好的格式及约定就是协议。这样就也网络协议的定义：为了使网络中的不同设备能进行下沉的数据通信而预先制定一整套通信双方相互了解和共同遵守的格式和约定。

　　协议对于计算机网络而言是非常重要的，可以说没有协议，就不可能有计算机网。每一种计算机网络，都有一套协议支持着。

　　由于现在在计算机网种类很多，所以现有的网络通信协议的种类也很多。典型的网络通信协议有开放系统互连(OSI)协议1、X.25协议等。TCP/IP则是为Internet互联的各种网络之间能互相通信而专门设计的通信协议。

　　可见，由于连接介质的不同，通信协议的不同，计算机网络的种类名目繁多。但一般来讲，计算机网络可以按照它覆盖的地理范围，划分成局域网和广域网。局域网一般指分布于几公里范围内的网络，常见的局域中校园网、大楼网等;广域网则在分范围很区域内提供数据通信服务，前面提到的NSFnet，国内的如中国公用分组交换网(CHINAPAC)、中国公用数字数据网(CHINADDA)，以及建议中的国家教育和科研网(CERnet)等都属于广域网，建设好的CHINANET也将是一个广域网。

　　1. 网络定义：计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件(包括网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现网络中资源共享和信息交换的系统。

　　2. 网络组成：若干主机、一个通信子网 、一系列通信协议。

　　3. 网络功能：

　　1)信息交换 如：传送电子邮件、发布新闻、电子购物、远程教育等。

　　2)资源共享 如：计算处理能力、磁盘、打印机、绘图仪、数据库、文件等。

　　3)分布式处理：由网络内多台计算机分别完成一项复杂任务的各部分。

　　4)提高计算机系统的可靠性和可用性：网络中的计算机可互为备用。

　　4. 网络分类：按规模和距离分为：广域网WAN(Wide Area Network)、局域网LAN(Local Area Network)。

　　5. 网络设备：

　　网络传输介质：有双绞线电缆、同轴电缆、光导纤维、激光、红外线、微波和卫星通信等。

　　网内连接设备： 网络适配器(网卡)、中继器、集线器。

　　网络互联设备： 传输线。

　　网间连接设备：网桥、路由器。

　　6. 网络的拓扑结构：网络的拓扑结构指各节点(网络上的计算机、大容量磁盘、高速打印机等)在网络上的连接方式。它影响网络传输介质的选择和控制方法的确定，会影响网上节点的运行速度和网络软、硬件接口的复杂度。

　　常见的拓扑结构有：总线结构、星型结构、环型结构、树型结构、混合型结构。

　　7. 网络的体系结构：网络的体系结构是对构成计算机网络的各个组成部分以及计算机网络本身所必须实现的功能的一组定义、规定和说明。

　　ISO制定的“开放式系统互连”网络模型将网络的通信功能分为七个层次：物理层\数据链路层\网络层\传输层\会话层\表示层\应用层　(由下至上)。

　　附：

　　● 计算机中数据的表示方法-- 数值数据的编码

　　数值数据在计算机内用二进制编码表示，常用的原码、反码和补码。

　　1.机器数与真值通常，称表示一个数值数的机内编码为机器数，而它所代表的实际值称为机器数的真值。对于带符号数，在机器中通常用最高位代表符号位，0表示正，1表示负 补码，并设机器字长为8位。

　　2.原码 正数的符号位为0，负数的符号为1，其它位按一般的方法表示数的绝对值，用这样的表示方法得到的就是数的原码。

　　3.反码正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位外的各位按位取反(即是0的改为1，是1的改为0)。

　　4.补码正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。

　　● 计算机指令系统

　　1.寻址方式：指CPU指令中规定的寻找操作数所在的地址的方式。操作数： MOV AL , 05H 操作码 目的操作数 ， 源操作数 操作数引用时的字节顺序：若存放的信息是字节，则按顺序存放若存放的信息是字，则将字的低位字节存放在低地址，高位字节存放在高地址注：如果 没有特别说明，寻址方式是指源操作数的寻址方式。

　　2.寻址方式之一：立即寻址操作数作为立即数直接存在指令中，可为字节或字。

　　3.寻址方式之二：寄存器(直接)寻址操作数包含在指令规定的8位、16位寄存器中。寄存器寻址由于无需从存储器中取操作数，故执行速度快。

　　4.寻址方式之三：直接寻址在指令的操作码后面直接给出操作数的16位偏移地址。这个偏移地址也称为有效地址EA。操作数默认在DS段中。如果操作数在DS以外的其他段(CS,SS,ES)中，指令中必须指明段寄存器(段超越)。

　　5.寻址方式之四：寄存器间接寻址操作数地址的偏移量(有效地址EA)存放在寄存器中。以SI,DI, BX间接寻址，默认操作数在DS段中;以BP间接寻址，默认操作数在SS段中。

　　6.寻址方式之五：基址寻址基址寻址将规定的基址寄存器的内容加上指令中给出的偏移量，即可得到操作数的有效地址。基址寄存器包括基址寄存器BX和基址指针寄存器BP。

　　7.寻址方式之六：变址寻址变址寻址将规定的变址寄存器的内容加上指令中给出的偏移量，即可得到操作数的有效地址。变址寄存器包括源变址寄存器SI和目的变址寄存器DI。

　　8.寻址方式之七：基址-变址寻址指令中规定一个基址寄存器和一个变址寄存器，同时还给出一个8位或16位偏移量，将三者的内容相加得到操作数的有效地址。

　　● 存储器的基本组成及其读写操作

　　(1)存储器的基本组成主存储器由存储体、地址译码电路、驱动电路、读写电路和控制电路等组成。

　　主存储器主要功能是：

　　①存储体：是信息存储的集合体，由某种存储介质按一定结构组成的存储单元的集合。通常是二维阵列组织，是可供CPU和计算机其他部件访问的地址空间。

　　②地址寄存器、译码电路与驱动器：即寻址系统，将CPU确定的地址先送至地址寄存器中，然后根据译码电路找到应访问的存储单元。在存储体与译码器之间的驱动器的功能是减轻译码线驱动负载能力。由于一条译码线需要与它控制的所有存储单元相联，其负载很大。需要增加驱动器，以译码线连接驱动器的输入端，由驱动器的输出端控制连接在译码线上的所有存储单元。

　　③读写电路与数据寄存器：根据CPU的命令，将数据从数据寄存器中写入存储体中特定的存储单元或将存储体中指定单元的内容读到数据寄存器中。

　　④控制电路：接收CPU传来的控制命令，经过控制电路一系列的处理，产生一组时序信号控制存储器的操作。在存储器的组成中，存储体是核心，其余部分是存储体的外围线路。不同的存储器都是由这几部分组成，只是在选用不同的存储介质和不同的存取方式时，各部分的结构与工作方式略有变化。

　　(2)存储体阵列计算机存储器中存储的是“0”和“1”的信息，每一个能存储一位二进制并能保持两种状态的元件称为记忆元件。若干记忆元件组成存储单元，一个存储单元能够存储一个或几个字节的二进制信息。每个存储单元都有一个地址编号，用以唯一标识存储单元的位置。信息按地址存入指定的存储单元中，按地址从指定的存储单元中取出。存储单元的集合称为存储体。由于存储体中存储单元的每个二进制位必须并行工作，因此将存储单元按其地址的顺序组成存储阵列。

　　(3)存储器的地址译码系统 CPU要访问存储单元的地址由地址总线输入到地址寄存器中。地址译码器将地址转换为对应地址线(字线)上的控制信号，以表示选中某一单元，并驱动相应的读写电路，完成对存储单元的读写操作。地址译码为两种方式：一种是单译码方式，仅有一个译码器。译码器输出的每条译码线对应一个存储单元。如地址位数N=10，即译码器可以有2 10 =1024种状态，对应有1024条译码线(字线)即1024个存储单元。另外一种是双译码方式，将译码器分成X向和Y向两个译码器，通过双译码器的相互作用确定存储单元的地址。设地址长度n仍为10，将其中的前5位输入到X地址译码器中，译出X 0 到X 31 译码线，分别选择0～31行。将后5位输入到Y地址译码器中译出Y 0 到Y 31 译码线，分别选择0～31列。X向译码器和Y向译码器引出的地址线都是2 5 =32条。若采用X向和Y向交叉选择，可以选择从存储单元(0，0)至(31，31)共2 5 ×2 5 =1024个存储单元地址。即同样可以提供1024种状态，而地址线只需要64条，比单译码器节省93.75%的地址线。

　　(4)存储器的读写操作在CPU向存储体发生读操作命令时，首先由CPU将相应存储单元的地址码送至地址寄存器中;地址译码器将地址寄存器中的地址编码译成相应地址线(字线)的高电位，标志指定的存储单元;然后在CPU的统一控制下，由控制电路将读命令转换成读写电路的操作，执行将指定存储单元的内容传送到数据寄存器的操作，完成了整个存储器读的操作。存储器写的操作与读的操作相类似。