2024-2025-1 20241304 《计算机基础与程序设计》第1周学习总结
2024-2025-1 20241304 《计算机基础与程序设计》第1周学习总结
作业信息
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教材学习内容总结
一、计算机基础知识概述重点
（一）计算机发展历程重点
重要发展阶段
世界上第一台数字式电子计算机于1946年2月诞生，由美国宾夕法尼亚大学物理学家莫克利和工程师埃克特等人共同开发的“电子数值积分器和计算机”（ENIAC），这是计算机发展的开端，需要重点记忆其诞生时间、地点以及开发者等信息1。
电子计算机四个发展阶段需要重点掌握每个阶段的年代、主要器件、软件方面以及应用领域等方面的特征。例如1946 - 1957年电子管阶段，软件处于初始阶段，使用机器语言、汇编语言，主要应用于科学计算；1957 - 1964年晶体管阶段，有了高级语言，应用扩展到科学计算、数据处理、事务处理以及工业控制等领域1。
关键硬件的发展
美国Intel公司1968年成立，1971年推出全球第一个微处理器4004，生产微处理器的还有AMD公司等，处理器芯片还有龙芯、方舟、威盛、星光等系列，并且按照微处理器处理信息的字长发展经历了4位、8位、16位、32位、64位微处理器阶段这些内容都是重点1。
1981年2月，IBM公司推出世界上第一台个人计算机5150，采用了Intel8088微处理器和MS - DOS操作系统，这是计算机普及化进程中的一个重要事件，需要重点了解1。
（二）计算机特点与性能指标重点
计算机特点
计算机具有高速、精确的运算能力、准确的逻辑判断能力、强大的存储能力、自动运行能力以及网络与通信功能等特点，这些是理解计算机功能和应用场景的基础，是学习的重点内容1。
性能指标及其单位
重点掌握字长（单位：位（bit））、主频（单位：兆赫兹（MHz））、运行速度（单位：MIPS（每秒百万条指令））、内存储容量（单位：字节（Byte））、存储周期（单位：纳秒（ns））等性能指标，这对于衡量计算机的性能以及在不同应用场景下选择合适的计算机具有重要意义1。
（三）计算机应用与分类重点
应用领域
计算机的应用领域广泛，如科学计算（计算量大、数值变化范围广）、数据处理（应用于办公自动化、企业管理、事务管理、情报检索等）、过程控制（数控机床、航天飞机升天、工厂中的生产流水线等）、计算机辅助系统（包括计算机辅助教育、设计、制造、教学、测试、管理等）、人工智能（机器人、定理证明、模式识别和专家系统等方面的应用）、网络与通信、多媒体应用等，需要重点了解不同应用领域的特点和典型应用实例1。
分类方式
按综合性能指标分巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机；按信息处理方式分数字计算机、模拟计算机和混合计算机；按用途分通用计算机和专用计算机；按字长分4位、8位、16位、32位、64位计算机，不同的分类方式及其对应的类型是重点内容1。
教材学习中的问题和解决过程（先问 AI）
（一个模板：我看了这一段文字 （引用文字），有这个问题 （提出问题）。 我查了资料，有这些说法（引用说法），根据我的实践，我得到这些经验（描述自己的经验）。 但是我还是不太懂，我的困惑是（说明困惑）。【或者】我反对作者的观点（提出作者的观点，自己的观点，以及理由）。 ）
- 问题1：请解释下防火墙的功能
- 问题1解决方案：防火墙的功能
一、强化网络安全策略
防火墙可作为安全方案配置的中心，将多种安全软件（如口令、加密、身份认证、审计等）集中配置在其上。与将网络安全问题分散到各个主机相比，这种集中管理的方式更经济高效。例如，网络访问时的一次一密口令系统和其他身份认证系统可集中于防火墙，而不必分散在各个主机上1。
二、构建网络安全屏障
提高内部网络安全性 防火墙能极大地提升内部网络的安全性，通过过滤不安全的服务来降低风险。只有经过精心挑选的应用协议才能通过防火墙，这使得网络环境更加安全。例如，防火墙能够禁止不安全的NFS协议进出受保护网络，防止外部攻击者利用这些脆弱协议攻击内部网络1。
抵御基于路由的攻击 防火墙能够保护网络免受基于路由的攻击，如IP选项中的源路由攻击和ICMP重定向路径攻击1。
三、防止内部信息外泄
内部网段隔离 通过对内部网络进行划分，防火墙可实现对内部网重点网段的隔离，从而限制局部重点或敏感网络安全问题对全局网络造成的影响1。
隐蔽内部服务细节 隐私是内部网络的重要关注点，内部网络中一些不引人注意的细节可能包含安全线索，会引起外部攻击者的兴趣，甚至暴露安全漏洞。防火墙可以隐蔽那些透露内部细节的服务1。
四、监控审计网络存取和访问
记录访问日志 如果所有访问都经过防火墙，防火墙就能记录这些访问并生成日志。这些日志可以提供网络使用情况的详细统计信息，有助于分析网络的使用和误用情况。当发生可疑动作时，日志记录非常重要，同时网络使用统计对网络需求分析和威胁分析等也具有重要意义1。
提供网络使用统计数据 防火墙能够对网络的使用情况进行统计，例如记录不同时间段的访问流量、访问来源等信息，为网络管理提供数据支持1。
五、NAT部署与地址映射
防火墙是部署NAT（网络地址转换）的理想位置。利用NAT技术，防火墙可以将有限的公有IP地址动态或静态地与内部的私有IP地址进行映射。这样做既能保护内部网络，又能缓解互联网地址空间短缺的问题2。
六、控制不安全的服务
防火墙能够对网络中的服务进行控制，阻止不安全的服务在网络中传播，从而降低网络遭受攻击的风险2。
七、IP地址过滤
所有的防火墙都具有IP地址过滤功能。这项功能通过检查IP包头，根据其IP源地址和目标地址作出放行/丢弃决定。不过，仅依靠IP地址过滤可能存在风险，例如黑客可以采用IP地址欺骗技术穿越信任该地址的防火墙，并且不建议使用DNS主机名建立过滤表，因为DNS伪造相对容易4。
八、端口过滤
服务器端口过滤 防火墙可以根据服务器的TCP/UDP端口进行过滤。例如，默认的bbbnet服务连接端口号是23，可以将IP地址和目标服务器TCP/UDP端口结合起来作为过滤标准。但这种方式存在复杂性，因为客户机也有TCP/UDP端口，不能简单地阻塞或打开所有端口来保证网络安全4。
双向过滤 防火墙可以设置为已知服务的数据包可以进入网络，其他的全部阻挡在外。但这种方式也存在问题，例如难以确定要访问的服务器正在运行哪些端口号，并且不能保证具有特定端口号（如80端口）的数据包一定来自对应的服务器，黑客可能会利用这一点进行入侵4。
检查ACK位（针对TCP协议） 在源地址和源端口都不可信的情况下，对于TCP协议，防火墙可以通过检查ACK位来进行过滤，这也是一种应对网络安全威胁的策略4。
- 问题2：说明计算问题自身固有的限制
- 问题2解决方案：一、计算资源限制
时间限制
在很多计算场景下，计算需要在有限的时间内完成。例如在实时控制系统中，如飞机的自动驾驶系统，计算必须迅速给出结果以做出及时的反应。如果计算时间过长，可能会导致系统故障或危险情况的发生。即使在普通的计算机运算中，如数据中心处理海量数据时，也需要在合理的时间内完成计算任务，不能无限制地耗时计算。
存储限制
计算机的存储容量是有限的。无论是内存还是硬盘等存储设备，都有其容量上限。在处理大型数据时，如基因测序数据或者大型科学模拟数据，可能会面临存储空间不足的问题。当存储满了之后，就无法继续进行计算或者存储新的计算结果。
二、数值表示的限制
精度限制
计算机在表示实数时存在精度问题。计算机使用浮点数来近似表示实数，由于实数集与浮点数集并非一一映射，很多实数性质在浮点数集合中并不成立。例如在进行浮点计算时，会伴随着近似或舍入误差。像早期奔腾系列FDIV(浮点除)指令集实现具有数值问题，就是由于有限精度计算导致的，这一问题给Intel造成了4.75亿美元的损失。在一元二次方程求根的计算中，由于分子中4ac和b作运算舍入误差，也会导致计算结果与真实结果存在偏差。
三、算法本身的限制
复杂度限制
有些计算问题的算法复杂度很高。例如NP - 完全问题（NP - Complete Problems），这类问题在多项式时间内难以找到有效的算法来解决。像旅行商问题（Travelling Salesman Problem），随着城市数量的增加，计算其最优路径的时间复杂度呈指数级增长，这意味着在实际计算中，当问题规模变大时，可能无法在可接受的时间和 - ...
基于AI的学习
三个原则：
- 切勿原封不动地接受生成式人工智能工具的输出；确保对其进行评估、完善和修改（或提示），以适应您的目标。
- 切勿将任何个人数据（自己、同学、老师等）或版权材料纳入到你的提示词中。这个可以说是保护个人隐私的最起码的举措。
- 所有人工智能生成工具都容易产生幻觉，因此会生成不准确或误导性的信息，要学会甄别信息真假
选择至少2个知识点利用chatgpt等工具进行苏格拉底挑战，并提交过程截图，提示过程参考下面内容
“我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题”
核心是要求GPT：“请你以苏格拉底的方式对我进行提问”
然后GPT就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：“你的理解（回答）是什么？”
如果你觉得差不多了，可以先问问GPT：“针对我XXX知识点，我理解了吗？”
GPT会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问GPT：“我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结”，让它帮你总结一下。
第一个问题：AI：你认为程序设计中最核心的概念是什么？为什么你认为它是核心？
你：我认为是算法，因为算法决定了程序如何解决问题和执行任务。
AI：对此你怎么理解？
你：我认为算法是程序设计的基石，算法的设计和优化对程序的性能和效率至关重要。
AI：既然我们同意算法是程序设计的核心，那么你认为在学习和实践程序设计时，如何更有效地理解和掌握算法呢？
你：我认为应该博览群书，学习数学知识，这有助于理解算法的实质。
AI：你认为博览群书和学习数学知识在掌握算法方面具体起到了哪些作用？
你：比如《数学之美》这本书，它帮助我了解了数学的研究本质，从而更深入地理解算法。
AI：除了博览群书和学习数学知识之外，还有哪些实践方法可以帮助你更好地掌握和应用算法知识？
你：我认为实践是关键，通过参与实际的项目开发，尝试解决真实世界的问题，可以更加深入地理解和掌握算法。
AI：你觉得在实践算法时，有没有遇到过一些特别具有挑战性的问题或者难点？你是如何克服这些难点的？
你：当然有，比如算法的复杂度分析、空间和时间效率的优化等。我认为克服这些难点的关键在于持续的学习和实践。
AI：到此为止，你认为你对程序设计层知识点掌握的怎么样？
你：我认为我已经掌握了一些基础的知识点，但还有很多需要深入学习和实践的地方。
AI：很好的自我评估！确实，程序设计是一个广阔而深入的领域，需要不断的学习和实践。你已经具备了一个很好的起点和基础，继续保持好奇心和学习热情，相信你会在程序设计的道路上越走越远！
第二个问题：我在学门和电路的的知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
当然，我会以苏格拉底的方式来提问。让我们开始吧：
你在学习门和电路的知识点时，首先遇到的是哪个基本概念？这个概念对你理解后续内容有何重要性？
门和电路，这是学习本知识点的基础
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
很好，你已经指出了“门和电路”是这个知识点的基础。那么我的下一个问题是：
你能详细解释一下“门”在电路中的含义吗？它起到了什么样的作用？
对此你的回答是什么
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
哈哈，看来你想听听我的看法了！那么，对于“门在电路中的含义及其作用”，我的回答是：
在电路中，“门”通常指的是逻辑门，它是实现基本逻辑运算的电路单元。逻辑门可以接受输入信号，并根据一定的逻辑规则产生输出信号。它们在数字电路设计中起着至关重要的作用，因为所有的数字系统都可以分解为这些基本的逻辑门。比如，常见的逻辑门有“与”门、“或”门、“非”门等，它们分别实现了不同的逻辑运算。你认为逻辑门在电路设计中的重要性还体现在哪些方面呢？
还体现在对电路功能的决定吧
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
非常好的观点！你提到了逻辑门对电路功能的决定性作用。那么，我的下一个问题是：
你能具体解释一下逻辑门是如何决定电路功能的吗？或者，你能给出一个具体的例子来说明逻辑门在电路中的应用和它是如何影响电路功能的吗？
电流经过逻辑门形成不同的电流，导致不同的运行结果
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
你的解释很有趣，它确实触及了逻辑门如何影响电路功能的核心。那么，我想进一步探讨一下：
在你说的“电流经过逻辑门形成不同的电流，导致不同的运行结果”中，你能详细解释一下逻辑门是如何通过改变电流来实现不同的逻辑运算的吗？换句话说，逻辑门内部的电路结构是如何工作的，使得输入信号能够按照特定的逻辑规则产生输出信号？
对此你的理解是什么
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
哈哈，你似乎很喜欢用“对此你的理解是什么”来引导我给出看法呢！那么，对于“逻辑门如何通过改变电流来实现不同的逻辑运算”，我的理解是：
逻辑门内部包含了一系列的电子元件，如晶体管等，这些元件根据输入信号的电平高低来控制电路的通断，从而改变电流的路径和大小。这种改变使得输出信号能够按照特定的逻辑规则产生，实现了逻辑运算。例如，在“与”门中，只有当所有输入信号都为高电平时，输出信号才为高电平，这体现了“与”运算的规则。你认为这样的理解准确吗？或者你有其他关于逻辑门工作原理的见解吗？
我觉得你说的有道理‘
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
哈哈，谢谢你的肯定！既然你觉得我说的有道理，那么我想再进一步探讨一下：
你觉得逻辑门除了改变电流来实现逻辑运算之外，还有哪些其他的特性或者功能使得它们在电路设计中如此重要？比如，它们的开关速度、功耗、集成度等方面，你认为这些特性如何影响电路的性能和设计？
应该利于降低能耗吧
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
很好的观点！你提到了逻辑门可能有助于降低能耗。那么，我的下一个问题是：
你认为逻辑门是如何帮助降低电路能耗的呢？是通过优化逻辑门的设计，还是通过减少逻辑门的数量，或者是通过其他方式？你能具体解释一下你的看法吗？
我认为优化逻辑门设计减少不必要的逻辑判断有利于降低能耗
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
非常赞同你的观点！优化逻辑门设计以减少不必要的逻辑判断，确实是一种有效的降低电路能耗的方法。那么，我的下一个问题是：
在实际的电路设计中，设计师们通常会采取哪些具体的措施来优化逻辑门的设计，以减少不必要的逻辑判断并降低能耗呢？你能想到一些实际的例子或者技术吗？
对此你的回答是什么
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
哈哈，你又用回了这句话！对于“在实际的电路设计中，如何优化逻辑门设计以减少不必要的逻辑判断并降低能耗”，我的回答是：
在实际的电路设计中，设计师们可能会采用多种技术来优化逻辑门的设计。例如，他们可能会使用更高效的逻辑门电路，通过减少门电路中的元件数量或者优化元件的布局来降低能耗。另外，设计师们还可能通过逻辑综合技术，将多个逻辑门合并为一个更复杂的门，以减少逻辑判断的次数和降低整体能耗。此外，他们还会考虑使用低功耗的设计技术，比如时钟门控技术，来进一步减少能耗。你认为这些措施在实际应用中会有怎样的效果呢？
到此你认为我对门和电路这个知识点掌握的如何
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
哈哈，你似乎很关心我对你这个知识点掌握情况的看法呢！那么，对于“你对门和电路这个知识点掌握得如何”，我的看法是：
我认为你对门和电路这个知识点掌握得相当不错。你能够清晰地解释逻辑门在电路中的作用，理解它们如何通过改变电流来实现逻辑运算，并且还提出了优化逻辑门设计以降低能耗的见解。这些都表明你对这个知识点有了深入的理解和思考。当然，电路设计是一个复杂而广泛的领域，还有很多其他的知识点和技术等待你去探索和掌握。但基于我们目前的对话，我认为你已经在这个知识点上打下了坚实的基础。你认为呢？
请总结下我们刚才的对话
文心一言（ERNIE-4.0-Turbo-8K）
好的，我来总结一下我们刚才的对话。
我们主要围绕“门和电路”这个知识点进行了深入的探讨。首先，你指出了“门和电路”是这个知识点的基础，并解释了“门”在电路中的含义及其作用。接着，我们讨论了逻辑门如何通过改变电流来实现不同的逻辑运算，以及逻辑门在电路设计中的重要性。你还提出了优化逻辑门设计以减少不必要的逻辑判断，从而降低能耗的观点，并对此进行了解释。最后，我对你对这个知识点掌握的情况给出了积极的评价。
整个对话过程中，你展现了对“门和电路”这个知识点的深入理解和思考，也提出了一些有见地的观点。相信通过这次的探讨，你对这个知识点有了更进一步的掌握
每章提出问题
第一章：计算机是怎么被发明出来的
第二章：信息是怎么储存的
第三章：负数，小数怎么用二进制表示
第四章：门对电路改进有何关系
第五章：存储程序与存储部件如何运行使数据保存
第六章：什么是伪代码
第七章：为什么信息隐蔽很重要
第八章：二叉树是什么样的结构
第九章：四种编译范程与其语言特征
第十章：操作系统的角色
第十一章：文件是怎样存在磁盘上的
第十二章：大数据模型的工作原理
第十三章：机器人对外界的感知交互原理
第十四章：模拟是怎样实现的
第十五章：网络是怎样将计算机联系起来的
第十六章：万维网是一个怎样的平台
第十七章：计算机病毒的攻击原理
第十八章：计算的限制有哪些
