CSP-J 初赛复习第二课《电脑为什么听得懂我们的C——操作系统、编译器与计算机网络》一、这节课我们要解决5个问题上一节课我们认识了CPU、内存、硬盘、输入设备、输出设备。今天继续问问题1计算机只有硬件没有软件能不能正常工作问题2Windows、Linux到底是什么问题3我们写的C代码计算机为什么能够执行问题4两台计算机是怎么互相找到对方的问题5为什么www.xxx.com能够找到一台具体的计算机这5个问题就是今天的主线。二、第一关只有硬件的计算机能干什么先给同学们一个问题如果我们有一台电脑里面有CPU、内存、硬盘、显示器、键盘但是硬盘里面什么软件都没有它能不能像现在这样正常使用同学通常会说不能。为什么因为硬件需要软件来告诉它应该做什么。所以计算机系统可以简单分成计算机系统 │ ├── 硬件系统 │ └── 软件系统讲义也是从这里开始区分计算机系统的硬件和软件并进一步把软件分为系统软件和应用软件。三、什么叫硬件上一课我们已经学过。硬件就是我们能够实际看到、摸到的计算机设备。例如CPU 内存 硬盘 键盘 鼠标 显示器 显卡 网卡可以把它想象成计算机的身体。四、什么叫软件软件就没有那么容易摸到了。例如Windows Linux C Chrome Word 游戏它们不是一个“硬件零件”。我们可以简单理解软件就是告诉计算机应该怎样工作的程序和相关数据。所以可以把硬件 身体 软件 思想、规则和指令五、系统软件和应用软件这是 CSP-J 初赛需要掌握的分类。软件可以简单分成软件 │ ├── 系统软件 │ └── 应用软件讲义中系统软件包括操作系统编译程序和解释程序数据库管理系统应用软件则包括各种字处理系统和软件包等。六、什么是操作系统这是今天第一个非常重要的概念。例如WindowsLinuxmacOS这些是什么它们属于操作系统Operating SystemOS七、操作系统到底在干什么我们可以把操作系统想象成计算机公司的“大管家”计算机里面有CPU 内存 硬盘 键盘 鼠标 显示器 网卡 ……如果没有人管理会非常混乱。所以操作系统负责管理和协调计算机的各种资源并为其他程序提供运行环境。可以画成应用程序 ┌─────┼─────┐ ↓ ↓ ↓ 游戏 C 浏览器 \ | / \ | / ↓ ↓ ↓ ┌──────────┐ │ 操作系统 │ └────┬─────┘ ↓ ┌────────────────┐ │ CPU 内存 硬盘 │ │ 键盘 鼠标 显示器│ └────────────────┘所以操作系统是连接应用程序和计算机硬件的重要桥梁。八、最容易混淆的地方问Windows 是 CPU 吗不是。Windows 是硬盘吗不是。Windows 是应用软件吗在 CSP-J 的基本分类里Windows属于操作系统是系统软件。同样Linux也是操作系统。九、操作系统有什么作用初赛不用讲得过深我们重点理解几个方面① 管理CPU哪个程序什么时候使用CPU需要操作系统进行管理。② 管理内存不同程序运行的时候都需要内存。操作系统需要管理内存的使用。③ 管理文件比如我的文档 照片 C程序 游戏存档操作系统帮助我们管理这些文件。④ 管理设备键盘、鼠标、显示器、打印机等都需要软件协调。所以一句话操作系统负责管理计算机资源并为程序运行提供环境。十、Windows、Linux、macOS有什么共同点它们虽然长得不一样但本质上都是操作系统。例如Windows Linux macOS都属于操作系统。所以考试看到“下列属于操作系统的是”首先想到Windows Linux macOS十一、那 C 是什么现在问题来了。上一节课我们一直在写cout Hello;那么C是操作系统吗不是。C是硬件吗当然也不是。C是一种程序设计语言。十二、计算机为什么不能直接看懂C这是今天非常重要的一关。我们写int a 10; int b 20; cout a b;对于我们来说很容易理解。可是 CPU 直接看到int cout a b它能直接理解吗不能。CPU最终执行的是机器能够识别的指令。那么C → 计算机指令谁来完成十三、编译器登场这个角色就是编译器 Compiler可以把编译器理解成“翻译官”它把我们写的人类比较容易理解的 C 程序翻译成计算机能够执行的形式。讲义明确指出高级语言源码需要经过翻译才能成为计算机能够执行的机器代码并区分了编译型和解释型语言。十四、C程序大致经历什么过程可以画C源程序 ↓ 编译器 ↓ 目标程序 ↓ 链接 ↓ 可执行程序 ↓ 运行讲义给出的编译型语言流程正是高级语言源码 → 编译 → 目标程序 → 连接 → 可执行程序。十五、源程序是什么比如我们写#include iostream using namespace std; int main() { cout Hello; return 0; }这就是源程序源代码因为它是程序员写出来的、我们人类可以阅读的程序。十六、编译程序和解释程序这里是 CSP-J 初赛非常喜欢考的知识。程序设计语言执行方式常见有两种编译型 解释型十七、编译型先翻译再运行比如 C。可以想象你写了一篇中文文章。老师先把整篇文章翻译成英文中文文章 ↓ 完整翻译 ↓ 英文文章 ↓ 阅读编译型程序也有类似思想C源代码 ↓ 编译 ↓ 目标代码 ↓ 链接 ↓ 可执行程序 ↓ 运行讲义将 C/C、Pascal 列为编译型语言。十八、解释型边看边翻译解释型可以想象成你和一个外国人聊天。你说一句中文翻译官马上翻译一句英文然后对方执行。再说下一句中文再翻译。也就是源程序 ↓ 解释 ↓ 执行 ↓ 下一句 ↓ 继续解释讲义将 Python 等列为解释型语言。十九、初赛一定要会的区别编译型解释型先整体翻译执行时逐步解释通常先生成可执行/目标代码通常不采用传统的先生成完整目标程序方式C/CPython等对于 CSP-J孩子首先记C → 编译型Python → 解释型就够用了。二十、一个很容易出的题题目编译器的主要作用是什么A. 把自然语言翻译成中文B. 把高级语言翻译成低级语言C. 把机器语言翻译成自然语言D. 管理硬盘答案B讲义中的对应题目也是将编译器的功能概括为把一种语言通常是高级语言翻译成另一种通常较低级的语言。二十一、现在进入今天的第二个大主题网络我们每天都在做微信聊天 看视频 搜索网页 玩网络游戏 发送文件 发送邮件这些事情都有一个共同点计算机之间需要互相通信。二十二、什么是计算机网络最简单地说让多台计算机以及其他设备按照一定规则连接起来并进行通信。例如电脑A ───── 电脑B \ / \ / 服务器计算机之间可以传输数据共享资源发送信息二十三、为什么要给网络分类如果只有两台电脑电脑A ←→ 电脑B这很简单。但是如果有几百台 几千台 几百万台甚至全世界的计算机就需要进行分类。讲义指出计算机网络可以按照地理范围、拓扑结构、传输速率、传输介质等不同方式分类。今天我们先掌握最重要的一种按照覆盖范围分类。二十四、LAN局域网LANLocal Area Network中文局域网例如一间教室 一栋学校 一个家庭 一家公司的一栋楼里面的电脑连接起来。这就是局域网。二十五、MAN城域网MANMetropolitan Area Network中文城域网可以简单理解为覆盖一个城市范围的网络。所以LAN ↓ 一个局部区域 MAN ↓ 一个城市 WAN ↓ 更大的范围二十六、WAN广域网WANWide Area Network中文广域网覆盖范围很大。比如多个城市 多个地区 甚至多个国家讲义明确将 LAN、MAN、WAN 按地理范围分类并把 WAN 作为大范围网络。二十七、三个缩写一定要记住LAN Local 局域网 MAN Metropolitan 城域网 WAN Wide 广域网口诀LAN小MAN中WAN大。二十八、一个很容易出的题下列哪一种不是按照覆盖地域划分的A. 局域网 LANB. 城域网 MANC. 广域网 WAND. 星型网答案D为什么因为LAN / MAN / WAN是按照地理范围分类。而星型网是按照网络拓扑结构分类。讲义中的练习也专门设置了这一类题。二十九、什么叫“拓扑结构”这个词听起来很难。其实非常简单。拓扑结构就是网络中的设备是怎样连接起来的。比如总线型A ─ B ─ C ─ D环形A ─ B | | D ─ C星型A | B ─── 中心 ─── C | D树形A / \ B C / \ / \ D E F G网状A ───── B |\ /| | \ / | | \ / | C ───── D第一单元这里我们只需要认识不需要深入研究。三十、计算机为什么能够互相找到想象一下你要给小明寄一封信。你不能只写给小明邮递员会问“小明住哪里”所以需要地址。网络中的计算机也需要地址。这个地址就是IP地址三十一、IP地址是什么讲义把 IP 地址比喻成网络上的“地址”网络数据包需要包含目的设备的 IP 地址才能正确送达。例如一个 IPv4 地址可能写成192.168.1.100它由4段组成。三十二、IPv4有多少位这是初赛非常重要的一个数字IPv4 32位分成8位 . 8位 . 8位 . 8位所以32 8 × 4每一段的范围0 255讲义明确给出了 IPv4 的32位地址长度、四段表示方式以及每段0255的范围。三十三、为什么每一段最大是255因为每一段有8 bit而8位二进制最大值11111111就是2^8 - 1 255所以IPv4 4 × 8 bit 32 bit这就把我们今天学的网络 二进制联系起来了。后面第三课我们讲进制的时候还会再次回来理解这个问题。三十四、IPv6又是什么IPv4只有32位随着联网设备越来越多地址不够用了。于是有了IPv6IPv6使用128位地址讲义也明确给出了 IPv4 为32位、IPv6为128位。所以初赛看到IPv4 → 32位 IPv6 → 128位直接拿分。三十五、可是IP地址太难记了假设让你记142.250.72.14你可能觉得“这谁记得住啊”如果让你记www.google.com是不是容易很多这就需要DNS三十六、DNS互联网的“电话簿”DNSDomain Name System可以把它理解成把容易记忆的域名转换成IP地址。例如www.xxx.com ↓ DNS ↓ 某个 IP 地址所以域名方便人记IP地址方便网络进行寻址。讲义的网络协议缩写表中也列出了 DNS并将其与域名服务联系起来。三十七、给孩子一个特别好记的比喻我们可以把DNS想成互联网的电话簿。你知道张老师但不知道电话号码查电话簿张老师 ↓ 电话号码网络里域名 ↓ DNS ↓ IP地址三十八、HTTP又是什么你打开网页浏览器 ↓ 网页服务器两边怎么交流需要协议。协议是什么可以把它理解成双方都同意遵守的通信规则。HTTP就是其中一种重要的网络协议。HTTPHyperText Transfer Protocol中文超文本传输协议三十九、FTP又是什么FTPFile Transfer Protocol中文文件传输协议它主要用于计算机之间传输文件。例如电脑A ↓ FTP ↓ 电脑B讲义明确给出了 FTP 用于计算机之间传输文件的定义。四十、SMTP又是什么这个也经常考。SMTPSimple Mail Transfer Protocol中文简单邮件传输协议主要用于发送电子邮件。所以看到SMTP马上想到发送邮件。讲义明确列出了 SMTP、POP3、IMAP 等电子邮件相关协议。四十一、WWW和HTTP不要混淆这是初赛很容易设置陷阱的地方。WWWWorld Wide Web中文万维网HTTPHyperText Transfer Protocol中文超文本传输协议所以WWW ≠ HTTP可以简单理解WWW是万维网服务体系HTTP是其中重要的通信协议。讲义也把 WWW、HTTP、HTML、URL 分开进行了定义。四十二、URL是什么我们经常看到https://www.example.com/abc这样的东西。这就是URL全称Uniform Resource Locator中文统一资源定位符简单理解URL就是网络资源的地址。讲义将 URL 解释为 WWW 上信息资源的统一地址并列出了协议、主机、端口、路径等组成部分。四十三、把刚才所有网络知识串起来假设你打开浏览器访问一个网站。大致可以理解成你输入网址 ↓ URL ↓ DNS查询 ↓ 得到IP地址 ↓ 通过网络进行通信 ↓ 使用相应协议交换数据 ↓ 服务器返回数据 ↓ 浏览器显示网页这就是今天最重要的一张网络图。四十四、OSI七层模型要不要讲要。但是不用深入了解因为 CSP-J 初赛确实会考。讲义明确指出 OSI 是国际标准化组织提出的开放系统互联参考模型共七层是一种逻辑参考模型。同学们首先只需要记住OSI 七层从下到上7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层四十五、怎么记OSI七层小学生不建议硬背英文。可以先用物、链、网、传、会、表、应即物理 数据链路 网络 传输 会话 表示 应用口诀“物链网传会表应”这一课只要求知道七层、会排序。具体每一层干什么暂时不要展开。四十六、今天最后一个小知识计算机安全网络连接起来以后是不是就完全安全了当然不是。讲义列出的计算机安全威胁包括计算机病毒非法访问计算机电磁辐射硬件损坏等。初赛最常见的是计算机病毒。四十七、什么是计算机病毒这里一定要告诉孩子计算机病毒不是生物病毒。它本质上是一类能够侵入计算机系统并造成影响或破坏的程序或指令集合。讲义的相关选择题也是这样描述的。常见特点可以记传播性 潜伏性 破坏性 隐蔽性口诀“传、潜、破、隐”四十八、现在进行第一关基础选择题题1下列属于操作系统的是A. CB. WindowsC. IntelD. CPU答案B题2下列属于输入设备的是A. 显示器B. 打印机C. 键盘D. 音箱答案C题3C程序通常属于A. 编译型语言B. 解释型语言C. 机器语言D. 汇编语言答案A讲义把 C/C 列为编译型语言。四十九、第二关网络选择题题4下列属于按照覆盖范围分类的是A. 星型网B. 环形网C. 局域网D. 总线型网答案C题5IPv4地址长度是多少位A. 16B. 32C. 64D. 128答案B题6IPv6地址长度是多少位A. 32B. 64C. 96D. 128答案D五十、第三关协议“连连看”请把下面这些词连起来DNS HTTP FTP SMTP WWW URL对应A. 万维网 B. 文件传输 C. 域名解析/域名服务 D. 网页相关通信协议 E. 统一资源定位符 F. 发送电子邮件答案DNS → C HTTP → D FTP → B SMTP → F WWW → A URL → E这组题建议让孩子反复练习因为缩写题是初赛中非常容易拿分的题型。讲义本身也专门提供了网络协议与缩写总结表。五十一、第四关综合推理题小明打开浏览器在地址栏输入https://www.example.com请问下面这些知识分别是什么① 这是一个什么URL。② 如果需要根据域名寻找对应的IP地址需要什么DNS。③ 浏览网页涉及的重要协议是什么HTTP/HTTPS。④ 如果我要传输一个文件可以想到什么协议FTP。⑤ 如果我要发送电子邮件可以想到什么协议SMTP。这一题实际上把今天最重要的网络知识全部串起来了。五十二、今天最重要的“两张地图”第一张软件地图软件 │ ┌───────┴───────┐ ↓ ↓ 系统软件 应用软件 │ ┌─────┼─────┐ ↓ ↓ ↓ OS 编译器 数据库 │ Windows / Linux / macOS第二张网络地图计算机网络 │ ┌──────────┴──────────┐ ↓ ↓ 网络范围 网络通信 │ │ LAN/MAN/WAN IP / DNS / HTTP │ FTP / SMTP │ WWW / URL五十三、第一课和第二课终于连起来了第一课我们学习CPU 内存 硬盘 输入 输出第二课操作系统 编译器 网络 IP DNS HTTP FTP SMTP现在我们已经可以完整描述一台电脑了用户 ↓ 输入设备 ↓ 操作系统 ↓ 应用程序 ↓ 编译/运行 ↓ ┌──────────┴──────────┐ ↓ ↓ CPU 内存 │ │ └──────────┬──────────┘ ↓ 硬盘 ↕ 计算机网络 ↕ 其他计算机这张图其实就是第一单元前两课的总地图。五十四、第二课 CSP-J 必背清单最后建议让学生只背下面这些不要一口气背几十个定义。软件计算机系统 硬件 软件操作系统OS Operating SystemWindows、Linux、macOS 都属于操作系统。编译器把高级语言程序翻译成计算机能够执行的低级代码。C编译型语言。网络范围LAN → 局域网 MAN → 城域网 WAN → 广域网口诀小LAN中MAN大WAN。IPIPv4 32位IPv6 128位DNS域名 → IP地址HTTP超文本传输协议FTP文件传输协议SMTP发送电子邮件WWW万维网URL统一资源定位符网络资源的地址OSI7层口诀物链网传会表应病毒传播性、潜伏性、破坏性、隐蔽性五十五、课后作业允许学生自己查大模型第一组基础概念 5题Windows属于什么C属于什么编译器干什么LAN/MAN/WAN分别是什么IPv4是多少位第二组缩写匹配 6题DNS HTTP FTP SMTP WWW URL要求孩子写出中文含义。第三组综合题 4题例如小明打开浏览器输入网址为什么需要DNS为什么IPv4每一段最大是255为什么FTP和HTTP不能混为一谈为什么C程序需要经过编译器处理五十六、给同学们留一道“思考题”最后我们不要急着结束。问大家“如果全世界的计算机都没有IP地址会发生什么”让大家自己想。然后下一节课我们就会进入《计算机为什么只认识0和1——二进制、十六进制、位运算与编码》到时候就可以自然衔接IP地址 ↓ 32 bit ↓ bit是什么 ↓ 为什么计算机只用0和1 ↓ 二进制 ↓ 八进制 ↓ 十六进制 ↓ ASCII ↓ 补码