大学计算机信息技术基础

2011年冬学季 此讲义可做期末复习和二级备考之用

第一章 信息技术概述

1．1信息与信息技术

什么是信息技术：信息技术（Information Technology，简称IT）指的是用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行

1．2数字技术基础

1.2.1 比特

（1）什么是比特：

比特（bit，binary digit的缩写）中文翻译为―二进位数字‖、―二进位‖ 或简称为 ―位‖

 比特只有 2 种取值：0，1  比特是组成数字信息的最小单位

 数值、文字、符号、图像、声音、命令······都可以使用比特来表示，其具体的表示方

法就称为―编码‖或―代码‖（在计算机中表示二进位的方法：电路的高电平状态或

低电平状态(CPU)CPU内部通常使用高电平表示1，低电平表示0。电容的充电状

态或放电状态(RAM)两种不同的磁化状态(磁盘)磁盘表面微小区域中，磁性材料粒子的两种不同的磁化状态分别表示0和1。光盘面上的凹凸状态(光盘）

（2）比特的存储

寄存器和半导体存储器在电源切断以后所存储的信息会丢失（磁介质磁化），为易失

性存储器

磁盘和光盘即使在断电后也能保持所存储的信息不变（刻录），为非易失性存储器

（3）比特的传输

 8个比特＝1个字节（byte，用大写B表示）  计算机内存储器容量的计量单位：

 KB（千字节）: 1 KB=210字节=1024 B  MB（兆字节）: 1 MB=220字节=1024 KB

 GB （吉字节、千兆字节） : 1 GB=230字节=1024 MB  TB （太字节、兆兆字节） : 1 TB=240字节=1024 GB

 外存储器容量经常使用10的幂次来计算：

 1MB＝103 KB ＝1 000 KB  1GB＝106 KB ＝1 000 000 KB  1TB＝109 KB ＝1 000 000 000 KB

 数据传输速率

 实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目

 数据传输速率的计量单位

 b/s（比特/秒）：也称bps  kb/s（千比特/秒）：1kb/s=103比特/秒=1000 b/s  Mb/s（兆比特/秒）：1Mb/s=106比特/秒=1000 kb/s  Gb/s（吉比特/秒）：1Gb/s=109比特/秒=1000 Mb/s  Tb/s（太比特/秒）：1Tb/s=1012比特/秒=1000 Gb/s

1.2.2 比特与二进制

（1）不同进位制数的表示和含义

一，十进制

 每一位可使用十个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）  低位与高位的关系是：逢10进1

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 各位的权值是10的整数次幂（基数是10 ）  标志： 尾部加“D”或缺省 例：

204.96=2×102＋0×101＋4×100＋9×10－1＋6×10－2 二，二进制

 每一位使用两个不同数字表示（0、1），即每一位使用 1 个―比特‖表示  低位与高位的关系是：逢2进1

 各位的权值是 2 的整数次幂（基数是2 ）  标志： 尾部加B 例：

101.01 B =1×22＋0×21＋1×20 ＋0×2－1＋1×2－2 ＝5.25 三，八进制

每一位使用八个不同数字表示（0、1、2、3、4、5、6、7）  低位与高位的关系是：逢8进1

 各位的权值是8的整数次幂（基数是8 ）  标志：尾部加Q 例：

365.2Q = 3×82+ 6×81+ 5×80 + 2×8－1 = 245.25 四，十六进制

 每一位使用十六个数字和符号表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、

D、E、F ）  逢16进1, 基数为16

 各位的权值是16的整数次幂（基数是16 ）  标志：尾部加H 例：

F5.4H=15×161 + 5×160 + 4×16－1 = 245.25

（2）二进制数的算术运算

1位二进制数的加、减法运算规则：二进制数的算术运算被减数减数差借位0 0 0 00 1 1 11 0 1 01 1 0 0（b）减法规则被加数加数和进位0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1（a）加法规则2个多位二进制数的加、减法运算举例：0101 1001+ 0100 －01001001 0101由低位到高位逐位进行！50第1章信息技术概述 2

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（3）不同进位制数的相互转换 一，十进制数  二进制数

十进制数二进制数转换方法：22922221473100.6875×2整数和小数放开转换整数部分：除以2逆序取余小数部分：乘以2顺序取整例如：29.6875整数部分1低位0111高位余数11101.1011 B注意：十进制小数（如小数部分高位1. 3750×20. 7500×21. 5000×20.63）在转换时会出现二进制无穷小数，这时只能取近似值低位1. 0000第1章信息技术概述 53二，二进制数  十进制数

 转换方法：

二进制数的每一位乘以其相应的权值，然后累加即可得到它的十进制数值 例： 11101.1011B

= 1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋1×20 ＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3＋1×2－4 = 29.6875

三，八进制数与二进制数的互换

八进制数 二进制数 八进制数 二进制数 0 000 4 100 1 001 5 101 2 010 6 110

3 011 7 111

 八进制→二进制：把每个八进制数字改写成等值的3位二进制数，且保持高低位的次序不变

例： 2467.32Q → 010 100 110 111 . 011 010 B

 二进制→八进制：整数部分从低位向高位每3位用一个等值的八进制数来替换，不

足3位时在高位补0凑满3位；小数部分从高位向低位每3位用一个等值八进制数

来替换，不足3位时在低位补0凑满三位

例： 1 101 001 110.110 01 B → 001 101 001 110.110 010 B

→ 1516.62 Q 四， 十六进制数与二进制数的互换

十六进制数 二进制数 十六进制数 二进制数 0 0000 8 1000 1 0001 9 1001 2 0010 A 1010

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3 0011 B 1011 4 0100 C 1100 5 0101 D 1101 6 0110 E 1110 7

0111 F 1111

 转换方法：与八、二进制互换的方法类似 例1：35A2.CFH → 11 0101 1010 0010.1100 1111B 例2：11 0100 1110.1100 11B → 34E.CCH 1.2.3 信息在计算机中的表示 （1）数值信息的表示 PC机中数的主要类型小数点固定隐含8位(0～28-1)在个位数右面无符号整数16位(0～216-1)整数计32位(0～232-1)(定点数)算8位(-27～27-1)带符号整数16位(-215～215机-1) 16位整数中32位(-231～231-1) 短整数的位(-263～263-1) 长整数数实数32位（单精度浮点数）小数点(浮点数)位（双精度浮点数）不固定128位（扩充精度浮点数）都采用二进制表示，有不同类型和不同长度不同类型和不同长度的数各有不同的用途58第1章信息技术概述无符号整数的表示采用“自然码”表示：十进制数取值范围由位数决定：0 00000000 8位无符号整数8位：1 00000001 可表示0～255 (22 00000010 8-1)范围3 00000011 内的所有正整数4 0000010016位：5 00000101可表示0～65535(216-1)范围内的所有正整数······n位：252 11111100253 11111101可表示0～2n-1范围内的254 11111110所有正整数。255 1111111159第1章信息技术概述2011年冬学季 4

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带符号整数的表示（1）表示方法：用1位表示符号，其余用来表示数值部分最高位最低位符号位数值部分···符号如何表示？举例：用最高位表示，“0”表示正，“1”表示负[+43]的8位原码数值部分如何表示？为：00101011(1) 原码表示：[-43]的8位原码整数的绝对值以二进制自然码表示为：10101011(2) 正整数的补码表示与原码一致[+43]的8位补码为：0010101160第1章信息技术概述 带符号整数的编码表示（2）负整数的补码表示方法1.2.3.先表示为原码符号位不变，其它位取反，得到反码在末位加“1”，得到补码(1)(2)(3)(1)(2)(3)(-43)原= 10101011取反：11010100加1：11010101(-)原= 11000000取反：10111111加1：11000000例1：-43用8位补码表示所以：（-43）补=11010101例2：-用8位补码表示所以：（-）补=1100000061第1章信息技术概述  优缺点分析：

 原码表示法

 优点：与日常使用的十进制表示方法一致，简单直观

 缺点：加法与减法运算规则不统一，增加了成本；整数0 有

―00000000‖和―10000000‖两种表示形式，不方便

 补码表示法

 优点：加法与减法运算规则统一， 没有―-0‖,可表示的数比原码多一个

 缺点：不直观，人使用不方便

 结论：带符号整数在计算机内不采用―原码‖而采用―补码‖的形式表示！

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带符号整数的编码表示（4）原码可表示的整数范围8位原码：-27+1～27-1（-127～127）16位原码：-215+1～215-1（-32767～32767）n 位原码：-2n-1+1～2n-1-1补码可表示的整数范围8位补码：-27～27-1（-128～127 )-128表示为10000000+127 表示为01111111n位补码：-2n-1～2n-1-163第1章信息技术概述 小结：3种整数的比较•计算机中整数有多种，同一个二进制代码表示不同类型的整数时，其含义（数值）可能不同•一个代码它到底代表哪种整数（或其它东西），是由指令决定的8位二进制码0000 00000000 0001……0111 11111000 00001000 0001……1111 1111表示无符号整数时的数值01……127128129……255表示带符号整数(原码)时的值01……127-0-1……-127表示带符号整数(补码)时的值01……127-128-127……-1第1章信息技术概述 （2）文字符号的表示

 文字的基本元素是字母和符号，统称为―字符‖ (character)，它包括：字母、数字、符

号等

 字符集：一组特定字符的集合

 不同的字符集包含的字符数目与内容不同，如：

 中文字符集、西文字符集、日文字符集等

 字符的编码：

 字符集中每个字符都使用二进位(code) 表示，称为该字符的编码  不同的字符其编码各不相同

 字符集中所有字符的编码的一览表，称为该字符集的码表

 西文是表音文字（拼音文字），它由拉丁字母、数字、标点符号以及一些特殊符号所

组成

 美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange, 简称

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ASCII码）

 目前计算机中使用得最广泛的西文字符集及其编码是ASCII字符集和ASCII

码，它已被国际标准化组织（ISO）定为国际标准，在全世界通用  ASCII字符集包含96个可打印字符和32个控制字符  采用7个二进位进行编码

 计算机中使用1个字节存储1个ASCII 字符

（3）图像等其他信息的表示

 图像：取样后分解为若干像素，像素最终也是由比特表示。

 黑白图像：像素只有―黑‖与―白‖两种，每个像素只需要1个二进位即可表示

 灰度图像和彩色图像（第5章介绍）

 声音、动画等：使用比特表示（第5章介绍）

 计算机中存储、处理和传输的所有信息，都必须用比特表示，都是二进位信息。 1.2.4 比特的运算

 比特的取值―0‖和―l‖ 可表示两种不同的状态（例如电位的高或低、命题的真或假）

 比特的运算使用逻辑代数，它有3种基本逻辑运算：

 逻辑加（也称―或‖运算，用符号―OR‖、―∨‖或―＋‖表示）

 逻辑乘（也称―与‖运算，用符号―AND‖、 ―∧‖或― · ‖表示，也可省略）  取反（也称―非‖运算，用符号―NOT‖或上横杠―¯‖表示）

逻辑运算的规则逻辑加：F = A ∨BA: 0 0 1 1B: ∨0∨1∨0∨1F: 0 1 1 1•两个多位的二进制信息进行逻辑运算时，按位进行，即每一位都不受其它位的影响：逻辑乘：F = A ∧BA: 0 0 1 1B: ∧0∧1∧0∧1F: 0 0 0 1取反：F = NOTA例1A: 0110 B: ∨1010 F: 1110例2A: 0110 B: ∧1010 F: 0010第1章信息技术概述A: NOT F: 740NOT 1 10 1.2.5 小结

1. 比特只有0和1两个符号，具有2个状态的器件和装置就能表示和存储比特，而制

造两个稳定状态的电路又很容易

2. 比特的运算规则很简单，使用门电路就能高速度地实现二进制数的算术和逻辑运算 3. 比特不仅能表示―数‖，而且能表示文字、符号、图像、声音，可以毫不费力地相互

组合，开发―多媒体‖应用

4. 信息使用比特表示以后，可以通过多种方法进行―数据压缩‖，从而大大降低信息传

输和存储的成本。 5. 使用比特表示信息后，只要再附加一些额外的比特，就能发现甚至纠正信息传输和

存储过程中的错误，大大提高了信息系统的可靠性

1．3 微电子技术简介

（1）微电子技术与集成电路

微电子技术的核心是集成电路技术

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 集成电路 (Integrated Circuit，简称IC)：

以半导体单晶片（不全部都是硅）作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统

 集成电路的优点：

 体积小、重量轻

 功耗小、成本低  速度快、可靠性高

集成电路的分类按用途分：通用集成电路专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺集成电路规模小规模集成电路（SSI）中规模集成电路（MSI）大规模集成电路（LSI）超大规模集成电路（VLSI）极大规模集成电路（ULSI）元器件数目＜100100~30003000~10万10万~100万＞100万分：双极型（Bipolar）电路金属氧化物半导体(MOS)电路······按集成度(芯片中包含的元器件数目)分：82第1章信息技术概述 （2）集成电路的制造

（3）集成电路的发展趋势

• 减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 • 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片

• Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番 (Gordon

E.Moore,1965年) （4）IC卡

 IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料

卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体

 特点：

 存储信息量大

 保密性能强

 可以防止伪造和窃用  抗干扰能力强

 可靠性高

 应用举例：

 作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、考勤卡、医

疗卡、住房卡等）

 作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）

分类一：芯片类型

 存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结

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构简单，使用方便。用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、

医疗卡等

（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路）

 CPU卡：封装的集成电路为处理器（CPU）和存储器，还配有操作系统(Chip

Operating System)，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使

用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡

分类二：使用方式

 接触式IC卡(如电话IC卡)

 表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时必须将IC卡插入读

卡机，通过金属触点传输数据

 用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、怕脏、寿命短

 非接触式IC卡(射频卡、感应卡)

 采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中无电源）和免接触问题  操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长  用于读写信息较简单的场合，如身份验证

第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”和“数字管理”两大功

第2章 计算机组成原理 2.1 计算机的组成与分类

2.1.1 计算机的发展与作用 代 别 第1代 第2代 年 代 使用的元器件 使用的软件类型 主要应用领域 20世纪40年代中CPU：电子管 期～50年代末期 内存：磁鼓 20世纪50年代中、CPU：晶体管 后期～60年代中期 内存：磁芯 20世纪60年代中期～70年代初期 CPU：SSI，MSI 使用机器语言和汇编语言科学和工程计算 编写程序 使用FORTRAN等高级开始广泛应用于数据程序设计语言 处理领域 操作系统、数据库管理系在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用 第3代 内存：SSI，MSI的半导统等开始使用 体存储器 第4代

2.1.2

软件开发工具和平台、分深入到各行各业，家CPU：LSI、VLSI 20世纪70年代中期内存：LSI、VLSI的半布式计算、网络软件等开庭和个人开始使用计以来 导体存储器 始广泛使用 算机 计算机的逻辑组成

冯.诺依曼（John Von Neumman） 是美籍匈牙利数学家，冯.诺依曼计算机的主

要特点是：

1）由五大逻辑部件组成（运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备） 2）存储程序控制——计算机的所有操作均由存储在存储器中的程序进行控制 3）程序和数据都使用二进制表示

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冯·诺依曼计算机的结构与原理存储器处理器输入设备运算器和控制器输出设备(1) 计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；(2) 程序(指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；(3) 存储器中存放的指令和数据按地址进行存取；(4) 指令是由CPU一条一条顺序执行的。27第2章计算机组成原理 计算机硬件的逻辑结构2现代计算机的逻辑结构memoryCPU处理器内存储器(运算器及其控制)总线(bus)控制器I/O设备通过I/O接口与各自的控制器控制器控制器控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连I/O接口I/O接口外存储器接口输入设备输出设备外存储器与经典计算机结构相比的3个变化：storage集中控制→分散控制存储器→内存储器＋外存储器通过CPU通信→通过总线进行通信13第2章计算机组成原理

(1) 输入设备

 输入(input)的双重含义：

1.把信息送入计算机的过程; 2.向计算机输入的内容

 输入设备(input devices)

 功能：用来向计算机输入信息

 输入设备有多种，例如:

 键 盘 —— 输入文字、符号和命令

 鼠标器——输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令  扫描仪——输入图片 

麦克风——输入声音

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 输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示

(2) 处理器(运算控制器)

 什么是处理器(processor)？

 能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操

作的部件，特点是：

 由数字电路组成，结构非常复杂

 所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几个平方厘米)，称为“微处理器” (microprocessor)

 计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务

 用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件

 多数个人计算机只有1个CPU，但有一些计算机包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU (3) 存储器

 功能：

 储存以二进位形式表示的程序和数据

 分类：内存储器/外存储器 存取速度 存储容量 性质 用途 与CPU关系 内存储器 (简称内存或主存) 很快 较小(因单位成本较高) 断电后信息消失 存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据 程序及相关数据必须先送入内存后才能被CPU所处理的指令及数据直接从内存中取出 CPU使用 外存储器 (简称外存或辅存) 较慢 很大(因单位成本较低) 断电后信息保持 长期存放计算机系统中几乎所有的信息 (4) 输出设备

 输出(output)的双重含义：

1.把信息送出计算机的过程; 2.从计算机输出的内容

输出设备(output devices)

功能：从计算机输出信息 输出设备有多种，例如:

显示器——输出文字、符号和图形 打印机——打印文字、符号和图形

扬声器——输出声音

(多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式(文字、

符号、图形、声音等)

(5) 总线(bus)与I/O接口输入输出设备 总线功能：

用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路

总线分类：

CPU总线（或前端总线） ：用于连接CPU和内存的总线

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I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线

I/O接口：

计算机系统中的I/O设备一般通过I/O接口与各自的控制器相连，然后由控制器与I/O总线相连 2.1.3 计算机的分类

 按内部逻辑结构分类

 8位/16位/32位/位

 单CPU/多CPU  ···

 按性能、用途和价格分类

 巨型计算机 (supercomputer)  大型计算机

 小型计算机

 个人计算机 (personal computer)

 台式机

 便携机（笔记本电脑）

 超级便携式计算机（上网本）

 嵌入式计算机

把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为“单片计算机”或“嵌入式计算机” 用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如

数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等 特点：

功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变 大多应满足实时信息处理的要求 以最低成本满足应用要求 能适应恶劣工作环境

（个人计算机和嵌入式计算机使用或作为客户机其余为服务器）

微处理器（μP ）是使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的电子部件，用于执行系统软件和应用软件的微处理器被成为CPU.目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器。除了用作CPU的通用微处理器之外， 还有许多专用的微处理器产品：绘图处理器、通信处理器等

2.2 CPU的结构与原理

2.2.1 CPU的结构

 指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。指令是构成程序的基本单位，程

序是由一连串指令组成的

 指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两个部分组成： 操作码：指出应执行的命令词类似加减乘除 操作数地址：执行指令所需要的数据的地址

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“存储程序控制”原理将问题的解算步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数据都用二进位表示并预先存放在存储器中程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止①任务启动时，执行该任务的程序和数据从外存成批传送到内存指令1指令2指令k指令n程序外存储器⑤任务完成后，将处理得到的全部结果成批传送到外存以长久保存数据1数据2数据m内存储数器据②CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据CPU③CPU逐条执行指令,按指令要求完成对数据的运算和处理④将指令的运算处理结果送回内存保存28

第2章计算机组成原理CPU的任务CPU的具体任务是执行指令，按照指令的要求完成对数据的运算和处理操作存储数据和指令执行指令处理数据存储器指令，数据处理器处理结果29第2章计算机组成原理 2011年冬学季 13

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CPU的组成及其与内存的关系CPU主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成CPU的任务：取指令并完成指令所规定的操作已经启动运行的程序和数据存放待执行指令的地址指令1指令2指令k指令n存放待执行的指令并进行译码程序指令地址指令指令计数器指令寄存器操作命令控制器处理器 内数存据储器30数据1数据2数据m操作数地址数据寄存器组运算器暂存等待处理的数据完成规定的运算第2章计算机组成原理

2.2.2 指令与指令系统

CPU的兼容性

 不同公司生产不同的CPU产品：

 Intel公司：Pentium系列、赛扬系列 、至强等  AMD公司：独龙、闪龙、炫龙等

 IBM公司：Power5、Power6等（苹果的Macintosh使用）  SUN公司：Ultra SPARC处理器

 HP公司： PA-RISC、Itanium 处理器

 同一公司同一系列的CPU具有向下（前）兼容性

 A计算机（使用新型号CPU）的程序不能在B计算机（使用老型号CPU）上运行， B计算机的程序却能在A计算机上运行

 不同公司生产的CPU各有自己的指令系统，它们未必互相兼容

 不兼容：A计算机的程序不能在B计算机上直接运行， B计算机的程序也

不能在A计算机上直接运行

2.2.3 CPU的性能指标

如何衡量CPU的性能？

 计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，它由许多因素决定，例如CPU、内

存、硬盘、显卡等，但通常CPU是主要因素

 CPU性能高低的主要指标是CPU的速度，有2种衡量方法：

1. 计算每秒钟可执行的指令数目（单位：MIPS、MFLOPS）

2. 使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的执行速度来

衡量CPU的性能

 CPU的字长（位数）

2011年冬学季

14

大学计算机信息技术基础

多年来PC使用的CPU大多是32位处理器，近些年使用的Core 2和Core i5/i7

已经扩充了位处理功能

 主频（CPU时钟频率）

主频提高，CPU的处理速度通常也会加快

 CPU总线（前端总线）的速度

CPU总线速度决定了CPU与内存间数据传输速度的快慢

 高速缓存（cache）的容量与结构

cache容量越大、级数越多，其效用就越显著

 CPU的指令系统

指令的格式和功能会影响程序的执行速度

 CPU的逻辑结构

1. CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目 2. 是否流水线结构，流水线的条数和级数 3. 有无指令预测和数据预测功能 4. 是否具有数字信号处理功能 5. 是否多核，有几个内核 6. ······

双核处理器：1个芯片中有两个功能相同的处理器(内核)，在操作系统看来，系统中有2个CPU而不是系统中有两个的CPU

2.3 PC主机的组成

2.3.1 主板、芯片组与BIOS

台式机台式PC的物理组成台式PC主机机箱、电源外部设备输入设备键盘鼠标器麦克风摄像头输出设备主板芯片组BIOS ROMCMOSPCI插槽(I/O总线)CPU内存条显示卡网卡外存储器硬盘、软驱显示器打印机音箱/耳机声卡插头和插座(I/O接口)U盘、移动硬盘光盘驱动器462011年冬学季

第2章计算机组成原理15

大学计算机信息技术基础

(1) 主板

(1) 主板外部设备插口(I/O接口)PCI总线槽显示卡插槽ROM BIOSCMOS 存储器光驱及硬盘的IDE连接器北桥芯片存储器插座电源连接器处理器插槽CPU插座南桥芯片主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板安装内容：见上图ROM BIOS：存放最基础的软件——基本输入/输出系统(BIOS) CMOS存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）50第2章计算机组成原理 (2) 芯片组的作用

(2) 芯片组的作用寄存器组R6y指令计数器指令寄存器控制器处理器ALU显卡寄存器组运算器0A主存储器CPU总线接口CPU(前端)总线北桥芯片存储器总线yI/O 总线南桥芯片I/O 总线主板扩展槽PCI接口USB接口鼠标器52键盘以太网卡网线磁盘控制器光驱disk声卡视频卡芯片组的作用：是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽 1. 芯片组与CPU芯片同步发展，有什么样功能和速度的CPU，就有什么样的芯片组

与之配套

16

第2章计算机组成原理2011年冬学季

大学计算机信息技术基础

2. 芯片组还决定了主板上所能安装的内存最大容量、速度及可使用的内存条的类型 3. 由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片组中集成了越来越多的功能，

包括网卡、显卡、声卡等功能 (3) BIOS

 什么是BIOS （Basic Input/Output System） ？

中文名为―基本输入/输出系统‖，它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序

 功能：

1. 诊断计算机故障

2. 启动计算机工作

3. 控制基本的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等)

 BIOS 芯片

保存BIOS的只读存储器(ROM)芯片

BIOS 芯片中包含的程序

1. 加电自检程序（POST）

2. (Power On Self Test)用于检测计算机硬件故障 3. 系统自举装入程序（Boot）

4. 启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态 5. CMOS设置程序

6. 设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等 7. 常用外部设备的驱动程序（Driver）

实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制

（4）关于CMOS 芯片

这是一个容量很小的RAM存储器，由电池供电，即使计算机关机后也不会丢失所存储的信息，但并不是不会丢失所有信息比如，也不是非易失性的

 作用：

 存放计算机硬件的参数（称为―配置信息‖），包括日期和时间、口令、软盘/硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、显卡类型、cache使用状况、启动机

器时访问外存的顺序等，供BIOS程序使用

 设置和修改CMOS参数的方法：

 在开机启动BIOS工作时，按下Del键(或F2或F8健)，即可进入BIOS中

的CMOS设置程序

2.3.2

内存储器

1. cache是一种小容量高速缓冲存储器，它由SRAM组成 2. cache直接制作在CPU芯片内，速度几乎与CPU一样快

3. 程序运行时，CPU使用的一部分数据/指令会预先成批拷贝在cache

中，cache的内容是主存储器中部分内容的映象

当CPU需要从内存读(写)数据或指令时，先检查cache中有没有，若有，就直接从cache中读取，而不用访问主存储器

关于cache存储器

2011年冬学季 17

大学计算机信息技术基础

复习：内存与外存的关系及比较①任务启动时，执行该任务的程序和数据将从外存成批传送到内存外存储器⑤任务完成后，将处理得到的全部结果成批传送到外存以长久保存指令1指令2指令k指令n数据1数据2数据m程序内存储器④将指令的运算处理数结果送回内存保存据②CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据CPU③逐条执行指令，按指令要求完成对数据的运算和处理外存储器(简称外存或辅存)存取速度慢成本低、容量很大不与CPU直接连接，计算机运行程序内存储器(简称内存或主存)存取速度快成本高、容量相对较小直接与CPU连接，CPU(指令)可以对内存中的指令及数据进行读、写操作属于挥发性存储器(volatile)，用于临时存放正在运行的程序和数据第2章计算机组成原理时，外存中的程序及相关数据必须先传送到内存，然后才能被CPU使用。属于不挥发性存储器(Nonvolatile)，用于长久存放系统中几乎所有的信息60计算机中存储器的层次结构典型存取时间1 ns2 ns10 ns10 ms10 s寄存器cache存储器主存储器(RAM和ROM)外存储器（U盘、硬盘、光盘）后备存储器（磁带库、光盘库）典型容量<1KB几个MB几个GB内存储器外存储器100GB-1TB10TB-100TB•分析：速度越快，成本较高。为了获得好的性能/价格比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作•工作过程：1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器2）如需要从(向)存储器中取(存) 数据时，先访问cache，如在，取自cache3）如操作数不在cache，则访问RAM，如在RAM中，则取自RAM4）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出→RAM →cache61第2章计算机组成原理2011年冬学季 18

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半导体存储器的类型及应用内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：静态随机存取存储器SRAM随机存取存储器(RAM)（用作Cache存储器）•每个存储单元(cell)由6个晶体管组成•只要加上电源，信息就能一直保持•对电器干扰相对不很敏感•比DRAM更快，也更贵动态随机存取存储器DRAM（用作主存储器）半导体存储器•每个存储单元由1个电容和1个晶体管组成.•每10-100 ms必须刷新一次•对电器干扰比较敏感•比SRAM慢，但便宜只读存储器(ROM)不可在线改写内容的ROM快擦除存储器（Flash ROM）（用作BIOS存储器）(图形卡、硬盘控制器)63关于主存

是CPU可直接访问的存储器，用于存放供CPU处理的指令和数据

第2章计算机组成原理特点：

a) 以字节为单位进行连续编址，每个存储单元为1个字节（8个二进位）

b) 存储容量：主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：MB或GB）

c) 存取时间：从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到CPU（或

者是把CPU数据写入主存）所需要的时间（单位：ns，1 ns = 10-9 s）

PC机主存储器的物理结构主存储器由若干内存条组成内存条的组成：把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用目前流行的是DDR和DDR2内存条：65均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面DDR条有184个引脚，DDR2有240个引脚PC机主板中一般都配备有2个或4个DIMM插槽第2章计算机组成原理 19

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2.3.3 I/O总线和I/O接口 I/O操作的任务

1. 输入的任务：

a) 将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域

2. 输出的任务：

a) 将内存储器指定区域的内容送出到输出设备

3. I/O操作也包括将外存储器的内容传输到内存，或将内存中的内

容传输到外存储器

I/O 操作的特点

1. I/O操作与CPU的运算可并行进行 2. 多个I/O设备可同时进行工作

3. 配置的I/O设备数量和品种可经常增减或变换

4. 每类I/O设备都有各自的控制器，它们按照CPU的I/O操作命令，

地控制I/O操作的全过程

关于I/O总线

1. I/O总线是各类I/O控制器与CPU、内存之间传输数据的一组公用

信号线，这些信号线在物理上与主板扩展槽中插入的扩展卡（I/O控制器）直接连接。 2. 目前PC机使用的I/O总线

a) PCI总线

b) PCI-Express(高速PCI总线) 3. I/O总线的带宽

a) 总线的数据传输速率(MB/s) = 数据线位数/8×总线工作频率

（MHz） ×每个总线周期的传输次数

PCI-E目标是全面取代现行的PCI和AGP，实现总线接口的统一,采用高速串行传输，以点对点的方式与主机进行通信

关于I/O设备接口

1. I/O接口：I/O设备与I/O控制器之间的连接器 2. 包括：插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等 3. 分类：

a) 从数据传输方式来分：

i. 串行（一次只传输1位） ii. 并行（多位一起进行传输） b) 从是否能连接多个设备来分：

i.

总线式（可连接多个设备）

ii. 独占式（只能连接1个设备） c) 从是否符合标准来分： i. ii.

标准接口 （通用接口） 专用接口 （专用接口）

常用的I/O接口及其性能参数 见课本表格！ USB:

a) 通用串行总线式接口（Universal Serial Bus ）

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2. 高速、可连接多个设备、串行传输 3. 传输速率：

a) USB1.0版：1.5 Mb/s

b) USB1.1版：12 Mb/s（1.5 MB/s） c) USB2.0版：高达480Mb/s（60MB/s）

d) USB3.0版：最新发布的，高达3.2Gbps（400MB/s）

4. 使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug & Play，即PnP） 5. 使用―USB集线器‖ 扩展机器的USB接口，最多连接127个设备 6. 可通过USB接口由主机向外设提供电源（＋5V，100～500mA） 关于IEEE-1394接口

1. 简称1394，又称i.Link或FireWire

2. 主要用于连接需要高速传输大量数据的音频和视频设备 3. 数据传输速率可达50 MB/s~100MB/s 4. 支持即插即用和热插拔

I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系(1)I/O控制器芯片组CPU内存PCI插槽主板主板插槽IDE接口硬盘光驱I/O总线机箱机箱插座机箱插座I/O设备I/O设备I/O设备I/O接口键盘鼠标器打印机扫描仪显示器麦克风网线I/O控制器板卡（扩充卡）插座I/O设备通常都是物理上相互的设备，它们一般通过I/O接口与I/O控制器连接I/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接I/O总线经过北桥芯片与内存、CPU连接82第2章计算机组成原理

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I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系(2)寄存器组R6yALU显卡主存储器0ACPU总线接口CPU(前端)总线北桥芯片存储器总线yI/O 总线南桥芯片I/O 总线主板扩展槽PCI接口USB控制器和接口鼠标器83键盘以太网卡网线磁盘控制器光驱disk声卡视频卡第2章计算机组成原理2.4 常用输入设备

2.4.1 键盘

1. 机械式键盘：早期曾使用 2. 电容式键盘：

a) 无磨损和接触不良问题，耐久性、灵敏度和稳定性都比较好，击键声音小，手感较

好，寿命较长 3. 与主机的接口

a) PS/2接口 b) USB接口

c) 无线接口（红外线或无线电波） 2.4.2 鼠标

光电式鼠标（现用）机电式鼠标（曾用）

 接口类型

 RS－232 串行口（ D形9针）  PS/2（圆形6针）  USB

 无线鼠标

2.4.3 笔输入设备(选学)

 与主机的接口类型

 串行口

 USB

2.4.4 扫描仪

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扫描仪的3种类型平板式扫描仪主要扫描反射式稿件，适用范围较广。其扫描速度、精度、质量比较好滚筒式和胶片专用扫描仪高分辨率的专业扫描仪，技术性能很高，多用于专业印刷排版领域手持式扫描仪扫描头较窄，只适用于扫描较小的图件99第2章计算机组成原理2.4.5 数码相机

数码相机的主要性能指标 1. CCD 像素数目 2. 存储器容量

2.5 常用输出设备

2.5.1 显示器与显示卡

计算机显示器的作用与组成作用：是计算机必不可少的图文输出设备，它能将数字信号转化为光信号，使文字和图像在屏幕上显示出来组成与分类：阴极射线管显示器显示器(简称CRT)(Monitor)液晶显示器计算机显示器(简称LCD)(Display device)显示控制器集成显卡(显卡、图形卡)显卡109第2章计算机组成原理 显示器的性能指标

1. 显示屏的尺寸：

a) 以对角线长度度量，如，15 吋，17吋， 19吋，21吋 2. 显示器的分辨率

a) 整屏可显示像素的最大数目，分辨率越高, 图像越清晰 b) 表示： 水平像素个数×垂直像素个数

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c) 例：1280×1024 ,1024×768, 800×600, 0×480

d) 在显卡的控制下，屏幕分辨率是可变的，有多种不同的显示分辨率（显示模式） 3. 刷新速率

a) 画面每秒钟更新的次数,通常速率越高图像稳定性越好 4. 可显示颜色数目 5. 辐射和环保

2.5.2 打印机 1. 类型

a) 针式打印机

2. 类型：属于击打式打印机

3. 优点：耗材成本低，能多层套打，适合于票据打印

4. 缺点：打印质量不高，工作噪声很大，速度慢

5. 应用：银行、证券、邮电、商业等领域 用于打印存折和票据 等

a) 激光打印机

6. 类型：属于非击打式打印机

7. 原理：激光技术与复印技术的结合 8. 优点：

a) 分辨率较高，打印质量好 b) 速度高，噪声低

c) 价格适中

9. 缺点：彩色输出价格还比较高

10. 接口：过去是并行口，目前流行使用USB接口 11. 应用：办公室和家庭应用

a) 喷墨打印机

12. 类型：非击打式打印机，大多为彩色打印

13. 优点：可以打印近似全彩色图像，经济，效果好，低噪音，使用低电压，环保 14. 缺点：墨水成本高，消耗快 15. 应用：家庭及办公 主要性能指标(激光/喷墨)

 打印精度(分辨率)：

 用每英寸多少点（像素）表示，单位：dpi

 一般产品为400 dpi、600 dpi、800 dpi，高的甚至达到1000dpi 以上 打印速度：通常每分钟3～10页  色彩表现能力（彩色数目）  幅面大小：A3，A4等

 与主机的接口：并行口、SCSI口、USB接口  其他：如打印成本、噪音、功耗等 2.6 外存储器 2.6.1 硬盘存储器

 作用：

长期保存各类信息

 特点：

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可读可写 容量很大 成本极低 技术持续很快，容量将更大，成本会更低

性能指标：

（1）容量：以GB为单位，目前硬盘单碟容量约为40～100GB

（2）平均存取时间：在几ms～几十ms之间，由硬盘的旋转速度、磁头寻道时间和数据传输速率所决定

（3）缓存容量：原则上越大越好，通常为2MB～8MB （4）数据传输速率

 外部传输速率指主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度，与采用的

接口类型有关  内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度，转速越高内部传输速率越快

（5）与主机的接口：

 前些年使用：并行ATA（IDE）接口（100MB/s、133MB/s）

 当前流行： 串行ATA（SATA）接口（150MB/s~300MB/s）

存储容量=盘片数*磁头数(记录面)*柱面数(磁道)*扇区数(区)*512字节

例：教材79页自测题填空题3

 磁盘上的信息以扇区为单位进行读写，平均存取时间为：

T = 寻道时间+旋转等待时间+数据传输时间

 寻道时间——磁头寻找到指定磁道所需时间(大约5ms)

 旋转等待时间——指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间(大约4～6ms) (转速： 4200/5400/7200/10000rpm)  数据传输时间——(大约0.01ms/扇区)

使用注意：

正在对硬盘读写时不能关掉电源 2 保持使用环境的清洁卫生，注意防尘；控制环境温度，防止高温、潮湿和磁场的影响 3 防止硬盘受震动，工作时不要移动机器 4 5

及时对硬盘内容进行整理，包括目录的整理、文件的清理、磁盘碎片整理等 防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬盘定期进行病毒检测

移动硬盘

存储容量大（几百GB）

兼容性好，采用USB或IEEE1394接口，即插即用，支持热插拔(必须先停止工作)

小巧而便于携带 速度快，安全可靠

2.6.2 U盘、存储卡和固态硬盘 U盘：

 采用Flash存储器（闪存）芯片，体积小，重量轻  容量可以按需要而定（几百MB～十几个GB），具有写保护功能

 数据保存安全可靠，使用寿命长

 使用USB接口，即插即用，支持热插拔(必须先停止工作)  信息存取速度比磁盘快，无噪音 存储卡：

 可以模拟光驱和硬盘启动操作系统

 采用Flash存储器（闪存）芯片，形状为扁平的长方形或正方形  种类较多，如SD卡（Mini SD卡和Micro SD卡）、CF卡、MS卡和MMC卡等  只有配置了读卡器的PC机才能读写存储卡

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2.6.3 光盘存储器

1. 组成：

a) 光盘片：用于存储数据，基片为一种耐热有机玻璃 b) 光盘驱动器（简称光驱）：用于带动盘片旋转并读出数据 2. 光盘存储数据原理：通过在盘面上压制凹坑记录信息 a) 凹坑边缘处表示1

b) 凹坑内外平坦部分表示0 c) 使用激光进行分辨和识别信息的读出 3. 光驱与主机的接口：

a) 大多为IDE接口（PATA或SATA）

b) 也可为USB接口

光盘驱动器的类型按信息读写能力分只读光驱可写光驱（光盘刻录机）按可处理盘片类型进一步分成：CD只读光驱0.7GBCD刻录机（使用780 nm红外激光）DVD只读光驱4.7/8.5/9.4 /17 GBDVD刻录机（使用650 nm红色激光）DVD只读/CD刻录机组合而成的“康宝”BD（Blue-ray Disc）只读光驱25GB/50GBBD刻录机（使用405 nm蓝色激光）139第2章计算机组成原理光盘片的类型按存储容量与读写特性分：只读盘片（CD-ROM）CD盘片一次性可写盘片（CD-R）可擦写盘片（CD-RW）蓝光盘只读盘片（DVD）DVD盘片一次性可写盘片（DVD-R, DVD+R）可擦写盘片（DVD-RW, DVD+RWDVD-RAM）只读盘片（BD）蓝光盘片一次性可写盘片（BD-R）可擦写盘片（BD-RE）140第2章计算机组成原理

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第3章 计算机软件

3.1 概述

3.1.3 什么是计算机软件

计算机系统=硬件+软件计算机系统计算机硬件运算器控制器存储器输入设备输出设备输入硬件& 软件输出计算机软件系统软件操作系统应用软件文字处理通信软件···学习、娱乐软件数据库管理系统程序语言处理系统计算机系统是由硬件和软件组成的，两者缺一不可！6第3章计算机软件 什么是程序？

1. 程序是告诉计算机做什么和如何做的一组指令(语句)，这些指令(语句)都是计算机能够理解并能够执行的一些命令 2. 程序的特性：

3. ① 用于完成某一确定的信息处理任务

4. ② 使用某种计算机语言描述如何完成该任务 5. ③ 预先存储在计算机中，启动运行后才能完成任务 程序和软件的关系？

1. 软件往往指的是设计比较成熟、功能比较完善、具有某种使用价值、且有一定规模的程

序

2. 软件既包含程序、也包含与程序相关的数据和文档：

a) 程序是软件的主体

b) 数据指的是程序运行过程中处理的对象和必须使用的一些参数（如三角函数表、英汉词典等）

c) 文档指的是与程序开发、维护及操作有关的一些资料（如设计报告、维护手册和使用指南等）

3. ―软件‖ 强调的是产品、工程、产业或学科等宏观方面的含义，―程序‖更侧重技术层面

的含义

4. 软件和程序本质上相同，在不会发生混淆的场合，软件和程序两个名称经常混用，并不

严格加以区分 3.1.2计算机软件的特性 计算机软件的特性：

1. 不可见性(是无形的，不能被人们直接观察、欣赏和评价) 2. 适用性(可以适应一类应用问题的需要 )

3. 依附性(依附于特定的硬件、网络和其他软件 )

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4. 复杂性(规模越来越大，开发人员越来越多，开发成本也越来越高) ，例如： 5. 6. 7. 8.

无磨损性(功能和性能一般不会发生变化 )

易复制性(可以非常容易且毫无失真地进行复制 ) 不断演变性(软件的生命周期 ) 有限责任(有限保证)

9. 脆弱性(黑客攻击、病毒入侵、信息盗用···) 计算机软件与知识产权保护：

1. 软件是智力活动的成果，受到知识产权(版权)法的保护 2. 版权授予软件作者(版权所有者)享有下列权利：

拷贝、发布、修改、署名、出售、···

3. 保护知识产权的目的：确保脑力劳动受到奖励并鼓励发明创造，保护知识产权就是保护

脑力劳动人员，使他们发挥创造能力，社会也会从他们的成果中受益 4. 购买一个软件，用户仅仅得到了该软件的使用权，并没有获得它的版权

5. 随意进行软件拷贝和分发是一种违法行为 3.1.3计算机软件的分类 一，按照产权性质分：

自由软件：开放源代码 商业软件

共享软件：试用期内免费可拷贝，过了试用期要注册 二，按用途分：

系统软件：

1．不是为了解决某种具体应用，而是为了：

a) 给用户使用计算机提供方便

b) 给应用软件的开发与运行提供支持 c) 使计算机有效、安全、可靠地运行 2. 举例：

a) 基本输入/输出系统（BIOS）

b) 操作系统（如Windows、Unix、Linux等） c) 程序开发工具与环境（如C语言编译器等） d) 数据库管理系统（DBMS）

e) 实用程序（如磁盘清理程序、备份程序、杀毒软件、防火墙等）

应用软件：

1. 专门用于帮助最终用户解决各种具体应用问题的软件 2. 分类(按开发方式)： 定制应用软件 通用应用软件

3. 几乎所有领域、所有人都需要使用 4. 设计精巧，易学易用 5. 商品化，价格较低

3.2 操作系统

3.2.1 概述

1. 操作系统OS的三项主要作用：

（1） 为计算机中运行的程序管理和分配系统中的各种软硬件资源 （2） 为用户提供友善的人机界面（图形用户界面）

2011年冬学季

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大学计算机信息技术基础

（3） 为开发和运行应用程序提供高效率的平台 2. 其它辅助功能：

a) 辅导用户操作（帮助功能） b) 显示系统状态 c) 处理软硬件错误

d) 保护系统安全

3.2.2 多任务处理与处理器管理 什么是前台任务和后台任务？

1. 前台任务：能接受用户输入(击键或按击鼠标)的窗口只能有一个，称为活动窗口，它所

对应的任务称为前台任务

2. 后台任务：除前台任务外，所有其它任务均为后台任务 3. 前台任务与后台任务的区别：

a) 前台任务对应的窗口(活动窗口)位于其它窗口的前面 b) 活动窗口的标题栏比非活动窗口颜色更深(深蓝色) 4. 前台任务与后台任务的共同点：都在计算机中运行 5. 前台任务与后台任务的切换：

a) 为了输入信息到某个后台任务中去，必须切换窗口(单击要激活的后台任务窗口的

任何部位, 或单击任务栏中对应的任务按钮） 3.2.3 存储管理

1. 为每个任务分配存储空间，任务结束之后收回存储空间 2. 对存储空间进行保护

 保护操作系统所在区域不被应用程序修改

 保护每个应用程序的私有区域不被其他程序修改

3. 对存储空间进行扩充，使应用程序的存储空间不受实际存储容量大小的 解决方案——虚拟存储器(Virtual Memory)

3.2.4 文件管理

外存储器只适合批量存储和提取而不适合于单个的存取，因而，文件管理的主要职责之一就是如何在外存储器中为创建（或保存）文件而分配外存空间，为删除文件而回收空间，对闲置空间进行管理

文件都有两个部分组成： 文件名说明信息

文件名和文件扩展名 文件大小(长度)

在磁盘上存放的起始位置

文件时间(创建时间、最近修改时间、最近访问时间等) 文件创建者 文件属性

文件内容

 计算机中的每个文件都有一个确定的位置

 文件的位置由存放文件的逻辑驱动器号、文件路径以及文件名组成： 驱动器号(盘符) + 文件路径 + 文件名 3.2.5 设备管理

 OS中的―设备管理‖程序负责：

 对系统中的各种输入输出设备进行管理

2011年冬学季

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大学计算机信息技术基础

 处理用户（或应用程序）的输入/输出请求，方便、有效、安全地完成输入/

输出操作

3.2.6 常用操作系统介绍 UNIX和Linux操作系统

3.3 算法与程序设计语言

3.3.1 算法

 目的：完成某个特定的信息处理任务

 必须满足的性质：

① 确定性：算法中每一步操作的含义必须清楚明确，无二义性 ② 有穷性：算法在执行了有限步操作后必须结束

③ 能行性：算法中有待实现的操作都是计算机可执行的，即必须在计算机的能力范围之内，且在有限时间内能够完成

④ 输出：算法结束后至少产生一个输出（包括参量状态的变化） 3.3.2 程序设计语言 算法步骤

(1) 确定并理解问题；

(2) 寻找解决问题的方法与步骤，并将其表示成算法(Algorithm) ； (3) 使用某种程序设计语言描述该算法(编程)； (4) 运行程序，获得问题的解答； (5) 进行评估，改进算法和程序 算法分析

1. 正确性：给定有效输入后，经过有限时间的计算，产生正确的输出结果

2. 复杂性：执行算法所要占用计算机资源的多少，包括时间资源和空间资源两个方面 3. 简单性

a) 算法是否容易理解，是否容易验证其正确性，程序是否容易调试

b) 简单的算法效率不一定高，要在保证一定效率的前提下力求算法简单 3.3.3 程序设计语言处理系统 程序设计语言分类 机器语言

机器语言就是计算机的指令系统

指令是使用二进制编码表示的

用机器语言编程序, 也就是直接使用二进制代码编写程序 优点：

可以直接被计算机执行

缺点：

记不住、难理解、效率低、不易维护

不同的机器语言程序，相互不兼容 现在已不直接用机器语言编制程序！ 汇编语言

1. 用助记符号来表示机器指令中的操作符与操作数（ADD表示加SUB表示减MOV） 2. 优点：

操作数直接使用十进制 程序相对容易理解

3. 缺点：

大型程序难以开发 依赖于具体计算机

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大学计算机信息技术基础

高级程序设计语言

目的：克服汇编语言的缺陷，提高编程和维护的效率 特点：

接近人们日常使用的自然语言（主要是英语）容易理解、记忆和使用 可在不同计算机上通用 对使用的符号、词汇、语法和语义等各种语言成分都有严格的规定 意义：使程序设计的难度降低，导致了计算机的发展进入新的阶段

常见程序设计语言介绍 FORTRAN语言 ：

FORTRAN是FORmula TRANslation （公式翻译）的缩写词，它是一种主要用于数值计

算的面向过程的程序设计语言。FORTRAN语言的特点是接近数学公式，简单易用 目前最新的国际标准是FORTRAN2003 BASIC和Visual Basic语言 BASIC语言的特点是简单易学

Visual BASIC(VB)语言是微软公司基于BASIC发展而来的一种程序设计语言，特点是：

是一种可视化的、面向对象的、采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言

具有高效率、简单易学及功能强大的特点

可以高效、快速地开发Windows 环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件 Java语言

1. 由SUN Microsystem公司于1995年发布的一种面向对象的、用于网络环境的程序设

计语言 2. 基本特征是：

适用于网络分布环境 具有一定的平立性 安全性和稳定性好

3. Java语言受到各种应用领域的重视，取得快速的发展，在Internet上已推出了用Java

语言编写的很多应用程序 C语言和C++语言

C语言是1972～1973年间由AT＆T公司Bell实验室开发而成

C语言兼有高级语言的优点和汇编语言的效率，有效地处理了简洁性和实用性、可移植性和

高效性之间的矛盾

C++语言以C语言为基础发展而成，既有数据抽象和面向对象能力，运行性能高，又能与C

语言兼容，因而C++语言迅速流行，成为当前面向对象程序设计的主流语言 3.3.3 程序设计语言处理系统

解释：解释器直接解释并且执行源语言程序，不产生目标程序（相当于―口译‖） BASIC、Visual Basic、VBScript、Java、JavaScript等都是解释执行的语言 编译：把源程序编译为机器语言目标程序后，再由计算机运行（相当于―笔译‖） C、C++等都是需要编译的语言

第4章 计算机网络与因特网

4.1 数字通信入门

4.1.1 通信的基本原理

什么是通信(communication)？

 广而言之，通信就是信息的(远距离)传递与交流

 现代通信——使用电波或光波传递信息的技术，也称为电信（telecommunication），

如电报、电话、传真、电子邮件、BBS、QQ等

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大学计算机信息技术基础

4.1.1 通信的基本原理1.通信系统的模型通信的三要素：信源(宿)发送信息的设备信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿信号信道信号信宿(源)被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输接收信息的设备举例:有线电话信源/信宿信号形式电话座机话音经电话机转换成为变化的电流信号电话线和中继器等传输设备手机移动电话计算机通信计算机话音经电话机转换成编码并打包后的数字为压缩编码后的数字信号信号无线电波、基站等双绞线、集线器、路由器、光纤等第4章计算机网络与因特道构成7通信系统中被传输的信息必须转换成某种电信号(或光信号) 才能进行传输 电信号(或光信号) 有两种形式：

a) 模拟信号形式: 通过连续变化的物理量（如信号的幅度）来表示信息，例如人们打

电话或者播音员播音时声音经话筒(麦克风)转换得到的电信号；

b) 数字信号形式: 使用有限个状态(一般是2个状态)来表示（编码）信息，例如电报

机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号 有线通讯：同轴电缆 双绞线 光缆 无线通讯：自由空间 (1)双绞线和同轴电缆 1. 双绞线分类

a) 3类线(10 Mb/s) 5类线(100Mb/s) 6类线(200Mb/s) b) 无屏蔽双绞线 (UTP)； c) 屏蔽双绞线 (STP) 2. 同轴电缆分类

a) 基带同轴电缆（50Ω）传输数字信号

b) 宽带同轴电缆（75Ω）传输模拟信号 (2)光纤通信

光导纤维（光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去）利用全反射的原理

光纤通信系统的优点

光具有极大的通信容量 抗辐射能力强 保密性强 传输损耗小 重量轻

(3)微波通信

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大学计算机信息技术基础

1. 微波：300MHz～300GHz范围内的电磁波，波长为1 m～1mm

2. 特点：

a) 直线传播，不能沿地球表面传播（无绕射性），需要每隔几十公里设

立一个中继站

b) 容量大、可靠性高

c) 建设费用低 d) 抗灾能力强

3. 应用：长途电话、蜂窝移动电话、全数字高清晰度电视（HDTV）等 4. 卫星通信

卫星通信: 中继站在人造地球卫星上的一种微波通信

优点：通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定

缺点：造价高、技术复杂、有较大延时、同步轨道卫星数目仅180颗

(4)移动通信

处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等

优点：克服通信终端位置对用户的，快速和及时地传递信息 第一代： 所有基站都通过微波或电缆、光缆与移动交换中心通信 第二代：传输的是数字化的语音/文字信号

使用频段：900MHz/1800MHz

我国使用的2种标准：GSM CDMA

第三代：3G WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA(时分-同步码分多址接入 调制与解调技术

研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波，把模拟信号放在(调制在)载波上传输，则可比直接传输远得多

利用信源信号去调整（改变）载波的某个参数（幅度、频率或相位），这个过程为―调制‖。

经过调制后的载波信号，到达目的地时，接收方将载波所携带的信号检测出来，恢复为原始信号的形式，这个过程为―解调‖ 多路复用技术

怎样降低传输成本？

分析：

通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份

额

一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超过传输1路用

户信号所需的能力

降低成本采用的技术——多路复用技术(Multiplexing)

多路信号使用同一条传输线同时进行传输

方法：

 频分多路复用（FDM）思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，

通过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行

传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备

 时分多路复用（TDM）思想：各通信终端（计算机、电话）以规定的顺序和时间轮

流使用同一传输线路进行数据传输

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大学计算机信息技术基础

应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、GSM手机、总线式以太网等 4.1.2 交换技术 电路交换：由于电路交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成）。 电话！！！ 分组交换：分组交换的要点：

被传输的数据必须划分为若干―分组‖(packet, 简称―包‖)进行传输 每个分组中必须包含收发双方的地址

每个分组由分组交换机进行处理、存储和转发才能送达目的地

实现分组交换的条件——―分组交换机‖

分组交换机的任务是：负责包的转发

实现分组交换的原理是：存储转发 + 路由选择

分组交换机有许多端口，用来连接计算机和远程数字通信线路 分组交换机可以互连，以扩大网络的规模和任意延伸网络的连接距离

4.2 计算机网络基础

4.2.1 计算机网络的组成与分类

什么是计算机网络

定义：利用通信设备和网络软件，把地理位置分散而功能的多台计算机（或其他智能设备）以相互共享资源和信息传递为目的连接起来的一个

系统 目的：

（1）数据通信

使计算机之间可以相互传送数据，方便地交换信息 （2）资源共享

用户可以共享网络中其他计算机的软件、硬件和数据资源 （3）实现分布式信息处理

大型问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成分散在各地各部门的用户通过网络合作完成一项共同的任务 (4) 提高计算机系统的可靠性和可用性

计算机出现故障时，网络中的计算机可以互为后备 计算机负荷过重时，可将部分任务分配给空闲的计算机 分类：

按使用的传输介质可分为：

有线网 无线网 按网络的使用性质可分为：

公用网 专用网 按网络的使用对象可以分为：

企业网 网 金融网 校园网 ···

按网络所覆盖的地域范围可以分为：

局域网(LAN)：使用专用通信线路把较小地域范围（一幢楼房、一个楼群、一个单位或一个小区）中的计算机连接而成的网络

广域网(WAN) ：把相距遥远的许多局域网和计算机用户互相连接在一起的网络。广域网有时也称为远程网

城域网或市域网(MAN) ：作用范围在广域网和局域网之间，其作用距离约为

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大学计算机信息技术基础

5km～50 km，例如一个城市范围的计算机网络

组成：

1. 计算机等―智能‖ 设备

2. 数据传输介质：如双绞线、同轴电缆、光缆等，用于传输数据

3. 通信控制设备：如网卡、集线器、交换器、调制解调器、路由器等，确保通信正确、可靠、有效地进行

4. 网络协议——共同遵循的一组的规则和约定

 通信如何开始、如何结束？数据如何表示？命令如何表示？通信对象如何区

分？其身份如何鉴别？发生错误如何处理？等等。例如： TCP/IP, HTTP,

FTP，POP3等

5. 网络操作系统：实现通信协议、管理网络资源等

6. 网络应用软件：实现各种网络应用，如浏览器、电子邮件程序、QQ等

数据传输：

数据传输速率的计量单位

b/s（比特/秒）：也称bps kb/s（千比特/秒）：1kb/s=103比特/秒=1000 b/s Mb/s（兆比特/秒）：1Mb/s=106比特/秒=1000 kb/s Gb/s（吉比特/秒）：1Gb/s=109比特/秒=1000 Mb/s Tb/s（太比特/秒）：1Tb/s=1012比特/秒=1000 Gb/s

带宽

衡量计算机网络中数据链路性能的重要指标之一

数据链路能够达到的最高数据传输速率

工作模式：

资源：硬件、软件、数据都是计算机的资源 网络中的计算机可以扮演2种不同的角色：

客户机：需要使用其它计算机资源的计算机

服务器：提供资源（如数据文件、磁盘空间、打印机、处理器等）给其它计算

机使用的计算机

计算机网络有两种基本的工作模式：

对等（peer-to-peer，简称P2P）模式

网络中每台计算机既可以作为客户机也可以作为服务器（例如：WINDOWS的网上邻居）

特点：

不需要专门的硬件服务器，也不需要网络管理员 效率不高，可靠性、安全性较差

以前P2P模式以局域网使用居多，近些年它已在因特网上广泛使用，例如： 文件共享：BitTorrent(BT下载)，eMule(电驴)，迅雷

即时通信：QQ、MSN Messenger

流媒体服务： Skype（网络IP电话） 对等协同计算

P2P业务已占互联网业务流量的60%以上 客户/服务器（Client/Server，简称C/S）模式

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Pee可共享资源主要是文件和打印机，由资源所在计算机自己管理，使用比较简单 PeeP2P是通过网络中计算机与计算机之间直接交换来共享计算机资源的一种应用模式 Pee （P2P模式）

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特点：网络中的计算机有专门分工，有的是客户机，有的是服务器

服务器大多是一些专门设计的性能较高的计算机，并发处理能力强，存储容量大，网络数据传输速率高

服务器按用途分为：Web服务器、打印服务器、邮件服务器、文件服务器、数据库服务器等

4.2.2 局域网的基本原理

计算机局域网(LAN)的特点

（1） 为一个单位所拥有，地理范围有限 （2） 使用专门铺设的传输介质进行连网

（3） 数据传输速率高(10Mbps～10Gbps)、延迟时间短 （4） 可靠性高、误码率低

(10-8～10-11)

局域网的组成网络上的每台设备(如工作站、服务器、打印机等) 都称为是网络中的一个“节点”工作站工作站网络接口卡传输介质网络上的每个节点都装有网络接口卡(NIC,简称网卡)，网卡通过传输介质把节点相互连接起来工作站双绞线、同轴电缆、光纤或者无线电波网络打印机网络服务器45第4章计算机网络与因特网 传输方法：

网络上的每个节点（如工作站、服务器、打印机等），都是数据传输的―源‖或者―目的地‖

介质访问地址(MAC地址)：为了相互区别，局域网中的每个节点都有一个惟一的地址，称为MAC地址

数据传输方法：

采用时分多路复用技术，多个节点共享传输介质

不允许任何节点连续传输任意长的数据，必须把要传输的数据分成小块（称为―帧‖，frame），每个节点每次只传输一个帧，确保任何节点都有传输数据的机会

不同类型的局域网，数据帧（发送节点的MAC地址+接收节点的MAC地址+有效载荷传输数据+校验地址）的格式各不相同： MAC地址的长度不同

有效载荷的最大长度不同 使用的校验方法不同

其它组成部分

网卡：计算机网络通讯的控制器，实现节点间的数据通讯，每个节点都需要，现在已出现集成网卡每块网卡均由生产厂家分配一个全球惟一的MAC地址，该地址就是使用这

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块网卡的节点MAC地址 4.2.3 常用局域网

4.2.3 常用的局域网按传输介质可分为：有线网、无线网按网络中设备互连的拓扑结构可分为：总线网、环形网、星型网总线结构环型结构星型结构•按传输介质使用的访问控制方法可分为：–以太网、FDDI网、令牌网50第4章计算机网络与因特网 常用局域网之1：总线式以太网以总线式集线器(hub)为中心，每个节点通过以太网卡和双绞线连接到集线器的一个端口，通过集线器与其他节点相互通信把一个端口接收到的帧向所有端口分发出去，并对信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用D集线器ABC(以太网数据帧)发送节点接收节点MAC地址MAC地址有效载荷(传输的数据)校验信息AD51第4章计算机网络与因特网 无力结构：以以太网交换机为中心，网络中的每个节点通过网卡和网线连接在交换机上，并通过交换器进行相互通信。交换机从发送节点接收数据后，直接传送给指定的接收节点，不向任何其他节点传送数据

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常见局域网之2：交换式以太网以以太网交换机为中心构成交换机是一种高速电子开关，连接在交换机上的所有节点均可同时相互通信16以太网交换机234交换式以太网5总线式以太网集线器向所有节点发送数据帧，由节点选择接收1次只允许1对节点进行数据帧的传输总线式拓扑结构所有节点共享一定的带宽52交换机按MAC地址将数据帧直接发送给指定的节点允许多对节点同时进行数据帧的传输星形拓扑结构每个节点各自独享一定的带宽第4章计算机网络与因特网 常见局域网之3：千(万)兆位以太网不同速率的以太网交换机可按层次方式互相连接起来，构成“公司(单位)—部门—工作组”的多层次的局域网传输介质(光纤)的长度可达几公里网络信息中心Web服务器邮件服务器防火墙光缆数据库服务器网管工作站光缆双绞线万兆交换机路由器光缆光缆光缆光缆双绞线双绞线千兆交换机百兆交换机教学楼图书馆化学楼物理楼实验室53第4章计算机网络与因特网 功能：

按照以太网的传输协议(IEEE 802.3 标准)，实现计算机之间的数据通信

按传输速率分为：

10 Mbps 网卡(10Base-T)100 Mbps 网卡(100Base-T )10/100 Mbps 自适应网卡

1000 Mbps 网卡

按产品形态分为：

网卡

集成网卡(由芯片组实现网卡功能)

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常见局域网之4: 无线局域网组成：通过无线网卡、无线接入点等设备进行组网无线接入点（Wireless Access Point，简称WAP或AP）提供从无线节点对有线局域网和从有线局域网对无线节点的访问，实际上就是一个无线交换机。无线局域网还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补充无线接入点交换机无线接入点使用扩频方式通信，具有抗干扰、抗噪声能力。室外覆盖距离通常可达100～300米，室内一般为30米左右55每个无线节点都需要有1块无线网卡无线网卡第4章计算机网络与因特网无限局域网通讯的协议： 802.11（WIFI）

蓝牙（bluetooth）

近距离无线数字通信的标准，是802.11的补充

最高数据传输速率可达1Mbps(有效传输速率为721kbps) 传输距离为10cm～10m

适合于办公室或家庭环境的无线网络

4.3 因特网的组成

4.3.1 网络分层结构与TCP/IP 协议

TCP/IP是网络互连的工业标准，它包含了100多个协议，其中：TCP（传输控制协议)和IP(网际协议)是两个最基本、最重要的协议 4.3.2 IP协议与路由器

网络号：该计算机所属网络的号码

主机号：该计算机在网络中所属的号码

特殊的IP地址：从不分配给任何主机使用的特殊IP地址：

网络地址：主机地址每一位都为“0”的IP地址。用来表示整个一个物理网络，它指的是物理网络本身而不是连到该网络上的计算机。如 129．45．0．0就是B类网络地址 直接广播地址：主机地址每一位都为“1”的IP地址。当一个包被发送到某个物理网络的直接广播地址时，这个包将送达该网络上的每一台主机。如 129．45．255．255就是B类的广播地址。

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5类IP地址的具体格式A类0 1 8 16 0网络号主机号0 1 2 16 10网络号0 1 2 3 110网络号0 1 2 3 4 1110组播地址0 1 2 3 4 1111备用31（超大型网络, 拥有大量主机(≤16 777 214)，只有不超过126个网络可获得A类地址）31主机号24 31主机号3131B类（规模适中的网络(≤65 534台主机)使用B类地址，首字节大于等于128但小于192）C类（用于主机不超过254台的小型网络，其IP地址的首字节大于等于192但小于224）D类E类65第4章计算机网络与因特网IP地址的“点分十进制”表示IP地址是一个32位的地址码，书写和记忆很不方便“点分十进制”表示：用4个十进制数来表示一个IP地址，每个十进制数对应IP地址中的8位(1个字节)，相互间用小数点“．”隔开。例如：点分十进制表示26.10.35.48130.24.35.68202.119.23.12二进制表示00011010 00001010 00100011 0011000010000010 00011000 00100011 0100010011000110 01110111 00010111 00001100IP地址类型A类地址B类地址C类地址A、B、C三类IP地址的十进制表示：IP地址A类B类C类66首字节取值网络号取值举例1 126 1 126 128 191 128.0 191.255 192 223 192.0.0 223.255.255 61.155.13.142128.11.3.31202.119.36.12第4章计算机网络与因特网 1. 相互连接的异构网络，它们使用的数据包（或帧）格式互不兼容，因此不能直接将一个网络送来的包传送给另一个网络

2. 解决方法：IP协议定义了一种于各种物理网的统一的数据包格式，

称为IP数据报（IP datagram）

采用TCP/IP协议连接网络采用的设备：路由器！

a) 路由器是一种能够连接异构网络的分组交换机，其作用是：

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大学计算机信息技术基础

1. 按照转发表在网络之间转发数据包

2. 根据需要对数据包的格式进行转换

b) 路由器的IP地址设置：

1. 当路由器某端口连接一个物理网络时，该端口应分配IP地址

2. 该端口的IP地址，其网络号必须与所连接物理网络的网络号相同 4.3.3 因特网的发展及结构 域名系统及其发展参见课本

4.3.4 因特网的接入 1. 电话拨号接入

 通过本地公用电话网接入计算机网络

 

设备：电话MODEM（调制解调器） 最高传输速率： 56Kbps

缺点：

传输速率低 每次都要拨号 上网时不能通电话 费用不便宜 2. ADSL接入

不对称数字用户线(ADSL):也通过本地公用电话网接入计算机网络 配置：

ADSL Modem 以太网网卡

原理：频分多路复用 + 数字调制 传输速率：

上传: kbps～1Mbps

(1)上网和通话互不影响(2) 不需要缴付额外的电话费(3) 传输速率可根据线路情况调整

3. 有线电视网接入

电缆调制解调器（Cable MODEM）技术

有线电视已经广泛采用光纤同轴电缆混合网（Hybrid Fiber Coaxial，简称HFC） 优点：

集调制/解调功能、加密/解密功能、网卡及集线器等功能于一身 无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接 理论上没有距离，它覆盖的地域很广

缺点：

CABLE MODEM带宽充足（最高速率可以达到36Mbps ），但它属于共享式的总线型网络，同一个接入点如果上网的用户增多，每一个用户能分配的带宽很有限，使数据传输速率不够稳定。 我国有线电视网用户已达8000多万，发展Cable MODEM有多方面的有利条件。但现有的有线电视网都是单向广播式，有线电视网要实现INTERNET接入，必

须进行双向改造，这项工程的投资是巨大的

4. 光纤接入网

使用光纤作为计算机接入网络的主要传输介质,分为：

 光纤到小区（FTTZ）光纤到大楼（FTTB）光纤到家庭（FTTH） “光纤到楼、以太网入户”（FTTx+ETTH） 5. 无线接入

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4.4 因特网提供的服务

电子邮件的地址：邮箱名+邮箱所在服务器的名称

电子邮件系统按C/S模式工作。发送邮件一般采用SMTP协议，若收信人邮件地址不存在，则退回信件并通知发信人；接收邮件采用POP3协议，需验证用户身份之后才能读出邮件或下载邮件

同步通讯：即时通讯（C/S工作模式）IP电话 异步通讯：博客 新闻组 电子邮件

文件传输(FTP):把网络上一台计算机中的文件移动或拷贝到另外一台计算机上，称为远程文件传输，简称FTP(解决文件传输不兼容的问题)

WWW:WWW是遍布全球的网站互相链接而成的一个信息网络(空间)，用户可以方便地浏览、查找和下载其中的网页(信息资源)

4.5 网络信息安全

4.5.1 概述

4.5.2 数据加密

4.5.5 防火墙与入侵检测

用于将因特网的子网（最小子网是1台计算机）与因特网的其余部分相隔离, 以维护网络信息安全的一种软件或硬件设备

4.5.6 计算机病毒防范 病毒程序的特点:

破坏性 隐蔽性 传染性 和传播性潜伏性

第5章 数字媒体及应用 5.1 文本与文本处理

5.1.1 字符的编码

美国标准信息交换码（American Standard Code for Information Interchange, 简称ASCII码） 西文是表音文字（拼音文字），它由拉丁字母、数字、标点符号以及一些特殊符号所组成 GB2312汉字的编码

每一个GB2312汉字使用16位(2个字节)表示

每个字节的最高位均为―1‖ 机内码（又称内码）：这种高位均为1的双字节汉字编码 与ASCII不兼容且编码效率低 5.1.2 文本准备

数字编码 字型编码 字音编码 音形编码

5.1.3 文本的分类

简单文本（纯文本）丰富格式文本 （超文本《有超链接》 线性文本） 5.1.4 文本编辑、排版与处理 5.1.5 文本的展现

5.2 图像与图形

5.2.1 数字图像的获取

数字取样图像由M(列) × N(行)个取样点组成

取样点是组成数字取样图像的基本单位，称为―像素‖ 彩色图像的像素通常由3个彩色分量组成

 灰度图像和黑白图像的像素只包含1个亮度分量 （黑白图像的每个像素只有一个分

量，且只用1个二进位表示，其取值仅―0‖(黑)和―1‖(白)两种）（灰度图像的每个像素也只有一个分量，一般用8～12个二进位表示，其取值范围是：0～2n-1，可表示2n

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大学计算机信息技术基础

个不同的亮度）（彩色图像的每个像素有三个分量，分别表示三个基色的亮度，假设3个分量分别用n,m,k个二进位表示，则可表示2n+m+k种不同的颜色） 图像分辨率：水平分辨率x垂直分辨率 图像类型 像素的组成 单色图像 彩色图像 黑白图像 灰度图像 彩色图像 仅1个分量 仅1个分量 3个分量以上 像素深度(位数) 1位 2～12位 8～36位 颜色空间 不使用 不使用 RGB，CMY，YUV等 图像数据量：数据量=水平分辨率×垂直分辨率×像素深度／8

数字图像传输时间的计算：假设数据传输速率为56 kb/s（电话上网），则传输一幅分辨率为0×480的6.5万种颜色的未压缩图像的时间为： (0x480x16)/56000 = 87.8秒 图像大小 0×480 1024×768 1280×1024 8位(256色) 300 KB 768 KB 1.25 MB 16位(65536色) 600 KB 1.5 MB 2.5 MB 24位(真彩色) 900 KB 2.25 MB 3.75 MB

图像数据压缩的两种类型：

无损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像没有任何误差

有损压缩：用压缩后的数据还原出来的图像有一定的误差

计算机中的图像按其生成方法可以分为两大类：

通过数字化设备获取的图像，它们称为取样图像、点阵图像，或位图图像等，

通常简称图像（image）

通过计算机建模并绘制而成的图像，称为矢量图形，通常简称图形（graphics）

5.2.2 图像的表示与压缩编码 5.2.3 数字图像处理与应用 5.2.4 计算机图形

5.3 数字声音及应用

5.3.1 波形声音的获取与播放

计算机处理的声音类型：

话音或语音(speech)，专指人的说话声音，带宽仅为300～3400Hz

全频带声音(如音乐声、风雨声、汽车声等)，其带宽可达到20Hz～20kHz

人耳可听到的声音统称―可听声‖(audio) ，20Hz～20kHz 获取方法：取样 量化 编码

5.3.2 波形声音的表示与应用

 未压缩时数字波形声音的码率计算公式

码率 = 取样频率 × 量化位数 × 声道数 （没有特殊表明默认为一）

 压缩编码之后数字波形声音的码率为： 压缩后的码率 = 未压缩时的码率/压缩倍数

数字波形声音压缩编码的方法：

全频带声音：国际标准MPEG；工业标准Dolby AC-3 数字语音：固定电话使用ADPCM编码

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大学计算机信息技术基础

移动电话使用高效率的混合编码技术

5.3.3 波形声音的编辑与播放 有损压缩：FLAC APE M4A

无损压缩：MP3(MPEG-3层声带压缩标准编码) WMA AC3 AAC

无压缩：WAV

流媒体技术就是允许在网络上让用户一边下载一边收看(听)音视频媒体的一种技术 5.3.4 计算机合成声音

乐谱在计算机中使用一种叫做MIDI的音乐描述语言来表示。使用MIDI描述的音乐称为MIDI音乐，由声卡合成而出。一首乐曲对应一个MIDI文件，其文件扩展名为 .MID或 .MIDI

MIDI的优点：

数据量极小（比CD立体声少3个数量级，比MP3少3个数量级） 易于制作和编辑修改

可以与波形声音同时播放

MIDI的不足：

只能合成音乐，不能合成歌曲和语言 音质与硬件设备相关

关于数字声音

数字声音的特点：

是一种连续媒体，传输与播放有实时性要求

数据量大，对存储和传输的要求比较高，必须进行压缩

数字声音的类型：

取样（波形）声音

数字语音：应用于电话、手机、多媒体配音等 全频带声音：CD和DVD音乐，数字电视伴音等

计算机合成声音

合成语音

合成音乐（MIDI）

5.4 数字视频及应用

5.4.1 数字视频基础

5.4.2 数字视频的压缩编码 5.4.3 数字视频的编辑 5.4.4 计算机动画 5.4.5 数字视频的应用

2011年冬学季

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