Transcript 2 技术基础

第二章 技 术 基 础
第一节 计算机硬件及软件
 第二节 数据库技术
 第三节 数据通信与计算机网络

1
2.1 计算机硬件及软件
一、计算机系统
1、计算机的发展史
第一代
20世纪50年代
真空电子管计算机
第二代
20世纪50年代末到60年代中
期
晶体管计算机
第三代
20世纪60年代中期至70年代
末
集成电路电子计算机
第四代
20世纪70年代末至今
大规模和超大规模集成电路电子计
算机
第五代
20世纪上世纪80年代
开始智能计算机（处于研究阶段）
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2.1 计算机硬件及软件
2、计算机系统(强调计算机是一个系统) 类型：
 大型机：
特点：
具有强有力的传输数据和处理数据能力，具有大容量的内外 存，
大型机采用专用的操作系统等。
适用范围：
大型计算机可以做联机中央计算机，批处理计算机。
在大型商场、银行、航空公司订票订票处理机构、
国民经济管理部门中，一般都需要采用大型机做
后台服用处理。我国的银河计算机。
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2.1 计算机硬件及软件
 小型机
特点：
专用操作系统，常采用多CPU结构，具有较大容量的内在和多台
大容量硬盘，数据处理功能较强，实时处理性能比较好等。
适用范围：
作为联机事务处理系统有服务器，或作为有较大数据流量的局域
网服务器。
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2.1 计算机硬件及软件
 微型计算机
按微机所适用的业务范围分为：商用机、家用机。
按外形大小分为：
台式机、便携机。
便携式分为笔记本型、掌上型
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2.1 计算机硬件及软件
3、计算机系统功能 ( 计算机是一个系统 )
如下图所示：计算机并非进行电子数据处理的“黑匣子”，也不是一
系列组成部分的简单集合。强调计算机是一个系统。具有系统的特征。
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2.1 计算机硬件及软件
二、计算机硬件设备
硬件设备是计算机物理设备的总称，通常指电子的、机械的、磁性
的或光的元器件或装置。
1、中央处理器（Central Processing Unit, CPU）
CPU是系统最主要的部件，它由运算器和控制器两个主要部分组成。
 运算器：计算机的运算单元。主要用于完成算术运算和逻辑运算。
 控制器：计算机的神经中枢，它按照主频的节拍发出各种控制信
息，以指挥整个计算机工作。
CPU运算速度是决定计算机系统性能的重要指标
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2.1 计算机硬件及软件
2、存储器（memory）
存储器是计算机必备的主要部件，分为主存储器和辅助存储两类：
 主存储器（Read Only Memory, ROM）：计算机运行过程中用来
存储数据和程序指令的。计算机的主存储器主要是由半导体存储
器组成。
 辅助存储器：辅助存储器又称外部存储器，简称外存，用于数据
和程序的长久保存。常用的辅助存储器有：磁盘（带）、光盘、
移动硬盘、闪存存储器：USB FLASH盘（又称优盘和闪盘）
3、输入设备




计算机键盘（Keyboard）、鼠标器(Mouse)；
图文扫描 仪、条形码阅读器；
触摸屏、手写体输入 设备、语音输入设备；
磁盘（带）、A/D，D/A模块。
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2.1 计算机硬件及软件
4、输出设备





显示器
打印机（针式/激光/喷墨）
绘图仪语音合成与输出设备
磁盘（带）、
A/D，D/A模块
5、其他设备
例如：机箱、主板、系统功能扩展卡（声卡、显卡、网卡等）、光
驱等。
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2.1 计算机硬件及软件
三、计算机软件
计算机软件
软件分类图：
系统软件
操作系统
语言与编译系统
应用软件
数据库管理软件
通用应用软件
专用应用软件
 系统软件（System Software）用于管理计算机中的CPU、存储器、
通信联接以及各种外部设备等所有系统资源的程序，其主要作用是管
理的控制计算机系统的各个部分，使之协调运行，并为各种数据处理
提供基础功能；
 应用软件（Application Software）是用来完成用户所要求的数据处
理任务或实现用户特定功能的程序。系统软件和应用软件还可以进一
步分为若干个类别。
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2.1 计算机硬件及软件
1、操作系统软件（Operation System，OS）
 操作系统软件用于管理计算机中的CPU、存储器、通信联接以及
各种外部设备等所有系统资源的程序，其主要作用是管理的控制
计算机系统的各个部分，使之协调运行，并为各种数据处理提供
基础功能。
 操作系统具备两大功能：
 系统资源的管理者、用户与计算机之间的接口
 操作系统软件的版本：
单机版：Windows9x、Windows2000、Linux、Unix……
网络版：Novell、Windows NT…...
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2.1 计算机硬件及软件
2、数据库管理软件（Database Management System，
DBMS）
 数据库管理软件是专门对数据记录进行综合管理的软件，以数据
文件结构的定义、数据记录的更新、数据记录的查询以及对数据
记录的各种运算提供全面的支持。
3、程序设计语言与编译系统






机器语言
汇编语言
高级语言
第四代语言（4GL）
面向对象的程序语言
标记语言
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2.1 计算机硬件及软件
4、应用软件
 应用软件是直接面向最终用户的具体应用软件。以操作系统为基
础，用程序设计语言编写，或用数据库管理系统构造，用于满足
用户的各种具体要求。
 通用应用软件：
 专用应用软件：
通用应用软件：Microsoft Office 、用友财务软件
专用应用软件：为某公司定制的人力资源管理信息系统
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2.2 数据库技术
一、数据库概述
1、数据处理的发展
 简单应用 (20世纪50年代以前)。
基本特征：
无数据管理及完全分散的手工方式。
应用背景：
硬件无外存或只有磁带外存，输入输出设备简单。
软件无操作系统，无文件管理系统，无管理数据的软件。
主要特点：
数据是程序的组成部分，数据不独立。修改数据必须修改程序。
处理时，数据随程序一道送入内存，用完后全部撤出计算机，不
能保留。数据大量重复，不能共享。
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2.2 数据库技术
 文件系统 (50年代后期到60年代中期)。
基本特征：
具有面向应用的数据管理功能，工作方式是仍然是分散、非手工
的。
应用背景：
硬件外存有了很大的发展，除了磁带机，还出现了大容量的硬盘
和灵活的软磁盘软件出现了操作系统、文件管理系统和多用户的
分时系统，专用于商业事务管理的高级语言COBOL
主要特点:
数据管理方面，实现了数据对程序的一定的独立性，数据不再是
程序的组成部分，修改数据不必修改程序，数据有结构，被组织
到文件内，存储在磁带、磁盘上，可以反复使用和保存。文件逻
辑结构向存储结构的转换由软件系统自动完成，系统开发和维护
工作得到减轻。
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2.2 数据库技术
 数据库系统 (60年代后期开始)。
应用背景：
硬件大容量磁盘已经出现、硬件价格大幅下降软件联机实时处理
业务增多、面向全组织的复杂数据结构、数据冗余度小，易于扩
充、数据与程序独立、统一的数据控制功能。
特点：
面向全组织的复杂数据结构。
数据冗余度小，易于扩充。
数据与程序独立。
统一的数据控制功能。
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2.2 数据库技术
2、数据库DB
3、数据库管理系统（DBMS）
数据库管理系统DBMS（database management system）是指用户
与操作系统之的一层数据管理软件，它为用户应程序提供访问数据
库 的方法，包括数据库的建立、查询、更新及各种数据控制。
数据库管理系统功能包括：
 定义数据库的功能。
 管理数据库的功能。
 维护数据库的功能。
 数据通信的功能。
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2.2 数据库技术
4、数据库系统（DBS）
数据库系统 DBS (database system) 是实现有组织、动态在存储尤
其是关联数据、方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组
成 的系统，即它是采用了数据库技术的计算机系统。
数据库系统构成：
 硬件
 软件（主要包括：操作系统、数据库管理系统（DBMS）、应用
软件包和应用程序 ）
 人员（主要包括：系统分析员、系统程序员应用程序员、数据库
管理员（DBA） ）
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2.2 数据库技术
二、数据描述
数据描述是数据处理中的一个重要环节，从事物的特性到计算机中
的具体表示，实际上经历了三个领域：现实世界、信息世界和机器
世界。
1、基本术语
信息世界的
数据描述的
主要工具E-R图
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2.2 数据库技术
 实体(entity):
是指明客观存在并相互区别的事物。实体可以是具体对象，例如
一本书、一个工厂、一种材料等。也可以是抽象的概念和联系，
例如学生的一次选课、一次借书等。
 实体集(entity set):
具有相同性质的同类实体的集合。例如所有教师、所有选课等。
 属性(attribute)：
实体具有许多特性，每一个特性称为属性。每个属性有一个联欢
会范围，即值域。例如学生的实体可由学号、姓名、性别、年龄、
系别等属性组成。性别的取值范围是“男”或“女”。
 主键(key)：
惟一标识实体的属性集称为主键。例如学生实体的学号可作为学
生实体的主键。
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2.2 数据库技术
 实体间的联系：
现实世界中，事物是相互联系的。这种联系必然在信息世界中体
现出来，即实体是相互关联的。两个不同实体集的实体间的联系，
它有以下三种情形：
 一对一联系，记为1:1。例如工厂与厂长之间，科研任务与课题
组长之间都是1:1联系。
 一对多联系，记为1:N。例如一个学校有若干学生，而每个学生
都在一个学校学习，学校与学生之间是一对多的联系。
 多对多联系，记为M:N。例如课程与学生之间，一个学生可选多
门课程，而每一门课程可有多个学生选修，课程与学生之间是多
对多的联系。
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2.2 数据库技术
2、数据模型
数据模型是从计算机系统的观点对数据建模，主要用于数据库管理系
统的实现，它主要包括层次模型、关系模型、网状模型和面向对象模
型等。DB的分类是依据数据模型进行的。
 层次模型：用树型结构表示。
A
A1
A11
A12
A2
A13
A21
A22
22
2.2 数据库技术
 网状模型：用有向图结构表示。
S2
T1
S2
T2
T3
W1
T4
W2
T5
W3
 关系模型：用二维表结构表示。
结算编码
合同号
数量
金额
J0012
HT1008
2 000
50 000
J0043
HT1109
600
13 000
J0033
GT1123
2 300
6 000
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2.2 数据库技术
 面向对象模型：用对象和类来表示实体类型和实体间联系的数据
模型 。
姓名
性别
年龄
姓名
性别
年龄
班级
特长
类 中学生
类 学生
姓名
性别
年龄
系别
专业
类 大学生
数据模型的要素：
数据模型一般由下列三要素组成：一组对象及其结构、一组操作和
一组（关于对象与操作的）约束。
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2.2 数据库技术
三、关系数据库
关系数据库是以二维表作为数据模型的数据库系统。
1、关系模型组成
关系模型由三部分组成：数据结构（即关系）、关系操作、关系的
完整性。
 单一的数据结构——关系：在关系模型中，无论是实体还是实体
之间的联系均由单一的类型结构——关系来表示。
 关系操作：基本操作有并、交、差、笛卡尔乘积、限制、投影、
连接、除。关系操作可以用两种方式表示：代数方式即关系代数，
逻辑方式即关系演算。信息在机器世界中是以数据形式存储的，
其数据描述需要用到以下术语：
字段(field)、记录(record)、文件（file）、主键(key)：
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2.2 数据库技术
数据描述需要用到的术语：
 字段(field):
标记实体属性的命名单位称为字段（数据项）。它是可以命名的
最小信息单位。例如学生、姓名、性别、年龄、系别等字段。
 记录(record):
字段的有序集合称为记录（相当于前面提到的数据元素）。一般
用一个记录描述一个实体。例如一个学生记录，由有序的字段集
组成：（2003、秦阳、男、25、管理系）。
 文件（file）：
同一类记录的汇集称为文件。文件是描述实体集的。例如所有学
生记录组成了一个学生文件。
 主键(key)：
能惟一标识文件中每个记录的字段集，称为文件的主键。例如学
号可以作为学生记录的主键。
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2.2 数据库技术
 关系模型的三类完整性：
 实体完整性：
若属性A是基本关系R的主关键字中的属性（即主属性），则属
性A不能取空值。
 参照完整性：
若基本关系R中含有另一个基本关系S的主关键字Ks所对应的属
性组F（F称为R的外部关键字），则在关系R中的每个 元组中的F
上的值必须满足：a.或取空值；b.或等于S中某 个元组的主关键字
的值。
 用户定义的完整性：
用户自己对数据完整性的要求。
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2.2 数据库技术
2、SQL
SQL (Structured Query Language，结构查询语言) 是一个功能强大
的数据库语言。SQL是关系数据库管理系统的标准语言。SQL语句通
常用于完成一些数据库的操作任务，比如在数据库中更新数据，或者
从数据库中检索数据。
SQL功能可以分成以下几组：
 DML（Data Manipulation Language，数据操作语言）：用于检
索或者修改数据。
 SELECT：用于检索数据；
 INSERT：用于增加数据到数据库；
 UPDATE：用于从数据库中修改现存的数据
 DELETE：用于从数据库中删除数据。
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2.2 数据库技术
 DDL（Data Definition Language，数据定义语言）： 用于定义
数据的结构，比如 创建、修改或者删除数据库；
 CREATE TABLE
 DROP TABLE
 CREATE INDEX
 DROP INDEX
 DCL（Data Control Language，数据控制语言）：用于定义数据
库用户的权限。
 ALTER PASSWORD
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2.2 数据库技术
3、规范化设计理论
E.F.Codd 于1971年提出规范化理论。他定义了五种规范化模式
（Normal From,简称范式）。
范式表示的是关系模式的规范化程序，也即满足某种约束条件的关
系模式，根据满足的约束条件的不同来确定范式。
在五种范式中，通常只用到前三种：
范式
条件
第一范式（1NF）
元组中每一个分量都必须是不可分割的数据项
第二范式（2NF）
不仅满足第一范式，而且所有非主属性完全依赖于其主码
第三范式（3NF）
不仅满足第二范式，而且它的任可一个非主属性都不传递于任
何主关键字
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2.2 数据库技术
 1NF
下表不符合第一范式的关系
教师代码
姓名
职称
系
电话
1101
王一丽
教授
管理系
1102
刘
副教授
1254
李爱军
讲师
明
研究课题
研究课题号
研究课题名
3324
500
管理信息
管理系
3324
800
金融工程
投资系
3341
630
电子商务
由非1NF规范化为1NF
教师代码
姓名
职称
系
电话
研究课题号
研究课题名
1101
王一丽
教授
管理系
3324
500
管理信息
1102
刘
副教授
管理系
3324
800
金融工程
1254
李爱军
讲师
投资系
3341
630
电子商务
明
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2.2 数据库技术
 1NF转化为2NF
上表中关系满足1NF，但不满足2NF。
这种关系会引发下列问题：
数据冗余、插入异常、删除异常。
解决的方法是将一个非2NF的关系模式分解为多个2NF的关
系模式。
在本例中，可将关分解为如下三个关系：
 教师关系：教师代码、姓名、职称、教师所在系、电话；
 课题关系：研究课题号、研究课题名；
 教师与课题关系：教师代码、研究课题号。
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2.2 数据库技术
 由2NF规范化为3NF:
教师代码
姓名
职称
系
电 话
上表符合第二范式，但是不符合第三范式
这样的关系同样存在着高度冗余和更新异常问题。消除传递
依赖关系的办法是将关系分解为如下几个3NF关系：
 教师关系：教师代码、姓名、职称、系别；
 系别：所在系、电话;
 课题关系：研究课题号、研究课题名；
 教师与课题关系：教师代码、研究课题号。
3NF消除了插入异常、删除异常、数据冗余及修改复杂等问
题，已经是比较规范的关系。
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2.3 数据通信与计算机网络
一、计算机通信与网络概述
1、计算机网络发展
通信技术是信息技术的一个重要组成部分。数据通信是20世纪50
年代后期随着电子计算机的广泛应用而发展起来的。计算机网络是计算
机技术与通信技术紧密结合的产物。计算机网络的形成与发展经历了三
个阶段：
 面向终端的计算机网络。例如50年代初美国的SAGE系统。
 以资源共享为目标的计算机—计算机网络阶段。例如60年代美国
的ARPA网，IBM的SNA网，DEC的DNA网等。
 开放式标准化网络阶段。例如Internet。
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2.3 数据通信与计算机网络
2、计算机网络的典型分类
计算机网络的分类方法很多。通常按计算机网络覆盖的范围将其分
类：局域网、城域网和广域网。



局域网LAN（local area network）
城域网 MAN（metropolitan area network）
广域网WAN（wide area network）
其它分类有：交换方式、拓扑结构等。局域网、Internet是应用重点。
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2.3 数据通信与计算机网络
3、计算机网络的组成与结构
计算机网络完成数据处理与数据传输两个任务，从结构上可分为资
源子网和通信子网两个部分。
主
机
主
机
通 信
子网
主
机
主
机
主
机
资 源
子网
主
机
图6.1 计算机网络结
构图
主
机
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2.3 数据通信与计算机网络
4、计算机网络的拓扑结构
计算机网络的拓扑结构表示网络中的结点与通信线路之间的几何关
系，反映网络中各实体间的结构关系。
拓扑结构主要有：星形拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树形拓扑及网
形拓扑。
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2.3 数据通信与计算机网络
5、传输媒体
传输媒体是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，计算机网
络中采用的传输媒体分有线和无线两大类。
同
 有线传输媒体： 双绞线(TP) 同轴电缆
轴
电
缆
光纤( 按使用的波长区的不同分为单模和多模光纤通信方式 )
 无线传输媒体 （微波通信、卫星通信、红外通信和激光通信。）他
们又统称为视线媒体
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2.3 数据通信与计算机网络
6、常见的网络互联设备
 调制解调器：在通信过程中将数据信号转换成模拟信号或者将模
拟信号转换成数据信号的设备。
 网络接口卡：网络接口卡简称网卡，用来负责计算机和网络之间
的集中数据转换。
 中继器：中继器是一种连接设备，用来连接两个以至于同类网络
的网段。中继器的作用是对信号进行整形，防止因线路的阻抗造
成信号的衰减和畸变，增加信息传输的距离。
 集线器：集线器（HUB）是一个具有多个连接端口的设备，每个
端口可连接一个节点。
 交换机：交换机（Switch）是用来连接多网段的中规模以上的局
域网的一种网络连接设备。
39
2.3 数据通信与计算机网络
二、局域网
局域网的特性主要涉及拓扑结构、传输媒体和媒体访问控制
(Medium Access Control, MAC)等三项技术问题，其中最重要的是媒体
访问控制方法。
1、以太网技术
传统局域网使用的就是采用上述标准的以太网技术，包括采用总线
拓扑结构、具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD的总线争用技
术。
2、快速以太网
IEEE于1995年通过了100Mbps快速以太网的100 BASE-T标准，并
正式命名为IEEE802.3u标准，作为对IEEE802.3标准的补充。
100BASE-T标准不但在最大程度上保持了IEEE802.3标准的完整
性，而且保留了核心以太网的细节规范。
40
2.3 数据通信与计算机网络
三、因特网（Internet）
因特网是一个建立在网络互联基础上的、开放的全球性网络。所有
采用TCP/IP协议的计算机都可加入Internet,实现信息共享和相互通信。
1、Internet的结构特点
Internet采用了目前最流行的客户机／服务器工作模式，凡是使用
TCP/IP协议，并能与Internet的任意主机进行通信的计算机，无论是何
种类型、采用何种操作系统，均可看成是Internet的一部分。
2、ISP接入方式
帧中继方式。
专线(DDN)方式。
ISDN方式。
41
2.3 数据通信与计算机网络
3、用户接入方式
仿真终端方式。
拨号IP方式。
局域网连接方式。
4、Internet的关键技术
 TCP/IP技术
 主机IP地址
IP地址由32位（即4字节）二进制数组成，为书写方便起见，常将
每的个字节作为一段并以十进制数来表示，每段间用“.”分隔。
例如，202.96.209.5就是一个合法的IP地址。
42
2.3 数据通信与计算机网络
IP地址由网络标识和主机标识两部分组成。常用的IP地址有A、B、
C三类，每类均规定了网络标识和主机标识在32位中所占的位数。
 A类地址：0.0.0.0～127.255.255.255，A类地址一般分配具有大
量主机的网络使用。
 B类地址：128.0.0.0～191.255.255.255，B类地址通常分配给规
模中等的网络使用。
 C类地址：192.0.0.0～233.255.255.255，C类地址通常分配给小
型局域网使用。
为了确保惟一性，IP地址由世界各大地区的权威机构 Inter NIC
( Internet Network Information Center )管理和分配。
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2.3 数据通信与计算机网络
 域名系统和统一资源定位器
32位二进制数的IP地址对计算机来说十分有效，但用户使用和记
忆都很不方便。为此，Internet引进了字符形式的IP地址，即域名。
域名采用层次结构的基于“域”的命名方案，每一层由一个子域名
间
用“.”分隔，其格式为：
机器名.网络名.机构名.最高域名
Internet上的域名由域名系统 DNS ( Domain Name System )统
一管理。 DNS是一个分布式数据库系统，由域名空间、域名服务器
和地址转换请求程序三部分组成。
WWW上的每一个网页(Home Page)都有一个独立的地址，这些
地址称为统一资源定位器(URL)，只要知道某网页的URL，便可直
接打开该网页。
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2.3 数据通信与计算机网络
5、Internet的应用





万维网(World Wide Web，简称WWW)
电子邮件E-mail。
讨论组Usenet。
文件传输FTP（File Transfer Protocol）
远程登陆Telnet。
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