大學計算機基礎期末考試知識點總結

第1章計算機與信息化社會的發(fā)展

①計算機的發(fā)展階段

第一代第二代電子管晶體管主機電子器件第三代第四代中小規(guī)模集成電大規(guī)模/超大規(guī)模集路成電路

②計算機的發(fā)展方向A巨型化B微型化C網絡化D智能化

③計算機的分類

A根據(jù)用途及其使用范圍分為：通用計算機；專用計算機B從計算機的運行速度和性能等指標來看可分為：高性能計算機；微型計算機；工作站；服務器；嵌入式計算機④計算機的特點A運算速度快B計算精度高C存儲功能強

D具有邏輯判斷能力E具有自動運行的能力⑤計算機的應用A科學計算B數(shù)據(jù)處理C電子商務D過程控制

ECAD計算機輔助設計CAM計算機輔助制造

CIMS計算機（現(xiàn)代）集成制造系統(tǒng)F多媒體技術G虛擬世界H人工智能

第2章計算機基礎知識

⑥計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五個基本部件組成。⑦CPU：在現(xiàn)代計算機中，往往將運算器和控制器集中在一個集成電路芯片內，稱為中央處理器，即CPU⑧計算機工作原理概括為三點：

A計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5個基本部件組成；

B計算機采用二進制來表示指令和數(shù)據(jù)

C計算機采用“存儲程序”方式，自動逐條取出指令并執(zhí)行程序

馮諾依曼機工作原理是，計算機一啟動，就能按照程序制定的邏輯順序把指令從存儲器中讀取并逐條執(zhí)行，自動完成指令規(guī)定的操作：

A把程序指令逐條取入控制器

B在控制器輸入命令的作用下，把需要的原始數(shù)據(jù)通過輸入設備送入計算機

C向存儲器和運算器發(fā)出存數(shù)、取數(shù)和運算的命令，并把結果存放在存儲器內

D在控制器發(fā)出的取數(shù)和輸出命令的作用下，通過輸出設備輸出結果

第3章微型計算機系統(tǒng)的組成

⑨地址總線傳送地址信號；數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)；控制總線傳送各種信號。

⑩在PC中，作為內存的ROM芯片一般只有一片，用于存放BIOS；其他絕大部分程序和數(shù)據(jù)都是放在RAM中的，所以通常我們說的“內存”指的是RAM固態(tài)硬盤SSD

一般地，軟件可分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類

系統(tǒng)軟件包括：BIOS、操作軟件、程序設計語言及其處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等操作系統(tǒng)的分類：

A按照使用環(huán)境和作業(yè)處理方式來分類：a批出操作系統(tǒng)，如DOS/VSEb分時處理操作系統(tǒng)，如Unixc實時操作系統(tǒng)，如VRTXB按硬件結構來分類

a網絡操作系統(tǒng)，如Netwareb分布式操作系統(tǒng)，如Amoebac多媒體操作系統(tǒng)，如Amiga⒂操作系統(tǒng)的功能A處理機管理B存儲器管理C設備管理D文件系統(tǒng)管理E作業(yè)管理

⒃微型計算機常用操作系統(tǒng)ADOSBUNIXCLinuxDWindowsEMacOSX

⒄程序設計語言及其處理程序A機器語言B匯編語言C高級語言

⒅微型計算機系統(tǒng)的組成

微型計算機操作系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件硬件系統(tǒng)主機外部設備微處理器內存輸入設備運算器隨機存取存儲器輸出設備控制器只讀存儲器外存寄存器⒆計算機網絡的定義：使分布在不同地點的多個自主的計算機物理上互連，按照網絡通信協(xié)議相互通信，以共享硬件，軟件和數(shù)據(jù)資源為目標的系統(tǒng)。

⒇計算機主要完成網絡通信和資源共享兩種功能。顧計算機網絡可以看成一個兩級網絡，即內層的通信子網和外層的資源子網。（21）按傳輸技術分類：有線網絡和無線網絡

（22）按網絡的地理位置進行分類：廣域網和局域網和城域網（23）計算機網絡的拓撲結構：A總線型拓撲結構B環(huán)形拓撲結構C星型拓撲結構D網狀拓撲結構

(24)網絡協(xié)議的三要素：語法，語義，同步（25）

OSI/RMTCP/IP應用層表示層

應用層會話層

運輸層運輸層網絡層網際層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網絡接口層

TCP/IP協(xié)議模型及于OSI參考模型對照關系

（26）以太網使用的傳輸介質主要有雙絞線，同軸電纜和光纜

（27）域名采用分層次方法命名，每一層都有一個子域名，子域名之間用點號隔開。“主機名.網絡名.機構名.最高層域名”如“public.tpt.tj.cn”含義是“主機名，數(shù)據(jù)局，天津，中國”（28）Internet應用層A超文本傳輸協(xié)議B電子郵件協(xié)議C文本傳輸協(xié)議DTelnet協(xié)議

（29）計算機病毒的定義：指編制或者在計算機程序中插入的破壞計算機功能或者破壞數(shù)據(jù)，影響計算機并且能夠自我復制的一組計算機指令或者程序代碼

（30）計算機病毒的特征：A傳染性B隱蔽性C潛伏性D可激發(fā)性E破壞性F變種性

擴展閱讀：大學計算機基礎知識點總結

大學計算機基礎知識點總結第一章計算機及信息技術概述（了解）

1、計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想

1、法國物理學家帕斯卡(1623-1662)：在1642年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅動，用專用的鐵筆來撥動轉輪以輸入數(shù)字。

2、德國數(shù)學家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機械式乘除法器�；�本原理繼承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。

3、英國數(shù)學家巴貝奇：1822年，在歷經10年努力終于發(fā)明了“差分機”。它有3個齒輪式寄存器，可以保存3個5位數(shù)字，計算精度可以達到6位小數(shù)。巴貝奇是現(xiàn)代計算機設計思想的奠基人。

英國科學家阿蘭圖靈(理論計算機的奠基人)

圖靈機：這個在當時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計算機中“存儲程序”的基本思想。半個世紀以來，數(shù)學家們提出的各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。

美籍匈牙利數(shù)學家馮諾依曼(計算機鼻祖)計算機應由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件組成；應采用二進制簡化機器的電路設計；

采用“存儲程序”技術,以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結構仍然是“馮諾依曼計算機”。2、電子計算機的發(fā)展歷程1、1946年2月由賓夕法尼亞大學研制成功的ENIAC是世界上第一臺電子數(shù)字計算機。“誕生了一個電子的大腦”致命缺陷：沒有存儲程序。2、電子技術的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代：電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路3、計算機的類型

按計算機用途分類：通用計算機和專用計算機

按計算機規(guī)模分類：巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站、服務器、嵌入式計算機

按計算機處理的數(shù)據(jù)分類：數(shù)字計算機、模擬計算機、數(shù)字模擬混合計算機1.1.4計算機的特點及應用領域

計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設備。（含義）1、運算速度快2、計算精度高3、存儲容量大

4、具有邏輯判斷能力5、按照程序自動運行

應用領域：科學計算、數(shù)據(jù)處理、過程與實時控制、人工智能、計算機輔助設計與制造、遠程通訊與網絡應用、多媒體與虛擬現(xiàn)實

1.1.5計算機發(fā)展趨勢：巨型化、微型化、網絡化、智能化

1、光計算機2、生物計算機3、量子計算機1.2計算機系統(tǒng)構成

一個完整的計算機系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成

硬件系統(tǒng)是指能夠收集、加工、處理數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)所需的設備實體，是看得見、摸得著的部件總和。

軟件系統(tǒng)是指為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬件系統(tǒng)，以及解決各類應用問題而設計的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它們在計算機中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進制狀態(tài)，存儲在內存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設備上。1.3.1信息技術概念

信息是一種知識，是接受者事先不知道不了解的知識。

數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等都是不同形式的數(shù)據(jù)。4次信息革命：文字、造紙和印刷術、電報電話廣播電視、計算機與網絡現(xiàn)代信息技術：計算機技術＋微電子技術＋通信技術1.3.1信息技術產業(yè)與人才

信息產業(yè)是信息社會的支柱，主要包括：計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務業(yè)以及國民經濟中傳統(tǒng)行業(yè)的信息化

信息產業(yè)屬資本密集型、知識密集型、人才密集型的產業(yè)。信息技術教育包括：

對信息科學的理解對信息應用的實踐能力對信息社會的認識和態(tài)度

第二章計算機信息基礎

2.1.1數(shù)制的概念

數(shù)制也稱計數(shù)制，是指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。常用數(shù)制數(shù)字符號基數(shù)十進制0～910二進制0，12八進制0～78十六進制0～9,A,B,C,D,E,F16基數(shù)：R進制的基數(shù)=R位權：在數(shù)制中，各位數(shù)字所表示值的大小不僅與該數(shù)字本身的大小有關，還與該數(shù)字所在的位置有關，我們稱這關系為數(shù)的位權。位權：一個與數(shù)字位置有關的常數(shù)，位權=Rn2.1.3二進制和其它進制的轉換

十進制轉二進制：整數(shù)部分除以2取余，直至商為0；小數(shù)部分乘以2取整，直至小數(shù)部分為0或達到所需精度為止。

十進制轉八進制：方法同上。整數(shù)部分除以8，小數(shù)部分乘以8。

十進制轉十六進制：方法同上。整數(shù)部分除以16，小數(shù)部分乘以16。2.2計算機中的數(shù)據(jù)單位

位(bit)：計算機存儲數(shù)據(jù)的最小單元(0、1)字節(jié)(Byte)：處理數(shù)據(jù)的基本單位(8bit/Byte)常用的字節(jié)計數(shù)單位：

1KB＝1024Byte(210B)1MB＝1024KB(220B)1GB＝1024MB(230B)1TB＝1024GB(240B)字長：CPU一次處理數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)。2.3信息表示與編碼

所謂編碼，就是利用數(shù)字串來標識所處理對象的不同個體。2.3.1整數(shù)的表示

在數(shù)學中，數(shù)值是用“＋”和“－”表示正數(shù)和負數(shù)的，而在計算機中只有0和1，所以正負號也用0和1表示，即數(shù)值符號數(shù)字化。補碼的概念是怎么來的？

“模”是指一個系統(tǒng)所能表示的數(shù)據(jù)個數(shù)。按模運算是指運算結果超過模時，模（或模的整數(shù)倍）將溢出而只剩下余數(shù)。

假設M為模，若數(shù)a，b滿足a＋b＝M，則稱a，b互為補數(shù)。在有模運算中，減去一個數(shù)等于加上這個數(shù)對模的補數(shù)。2.3.2實數(shù)的表示

定點數(shù)：小數(shù)點位置固定的數(shù)稱為定點數(shù)。浮點數(shù)：小數(shù)點位置不固定的數(shù)稱為浮點數(shù)與漢字有關的編碼：（1）、輸入碼

(2)國標碼和區(qū)位碼：每個漢字占兩個字節(jié)的編碼，且每個字節(jié)最高位均為0。所有漢字分94個區(qū)，每個區(qū)94個漢字。由此構成區(qū)位碼。而區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼各加32就得到國標碼。（3）機內碼

（4）字型碼：漢字存儲在計算機內采用機內碼，但輸出時必須轉換成字形碼，再根據(jù)字形碼輸出漢字。字形碼又稱漢字字模，用于在顯示器或打印機上輸出各種文字和符號。點陣漢字：每一個漢字以點陣形式存儲，有點的地方為“1”，空白的地方為“0”。有16×16、24×24、48×48點陣等。點陣越大，字形分辨率越好，字形也越美觀，但漢字存儲的字節(jié)數(shù)就多，字庫也就越龐大。2.3.6多媒體信息的數(shù)字化

數(shù)字化就是對模擬世界的一種量化，表示信息的最小單位是位(bit)“0”或“1”。多媒體信息在計算機中也要轉換為0和1，因此也需要進行編碼。

第三章計算機硬件體系結構

3.1計算機系統(tǒng)的構成

一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。

硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五部分組成。其中：中央處理器(簡稱CPU)=運算器+控制器主機=中央處理器+主存儲器軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，計算機軟件包括計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務所需要的應用軟件。3.1.2馮諾依曼型計算機的結構馮諾依曼型計算機是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲器中，在執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內存中，然后使計算機在工作時自動地從內存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲程序概念的基本原理。馮諾依曼計算機體系結構的主要特點是：(1)采用二進制形式表示程序和數(shù)據(jù)。

(2)計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。

(3)程序和數(shù)據(jù)以二進制形式存放在存儲器中。

(4)控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令(程序)工作。3.1.3微型計算機的誕生與發(fā)展

微型機屬于第四代電子計算機產品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計算機。微機的核心部件是CPU

3.2微型計算機主機結構

微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機構成。在主機箱內有CPU、主板、內存、硬盤、光驅、電源等。3.2.1中央處理器CPU

CPU：運算器部件、寄存器部件和控制器部件。

CPU從存儲器取出指令，放入CPU內部的指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。

CPU的主要性能指標：

(1)主頻/外頻（主頻=外頻×倍頻，即CPU工作頻率）(2)數(shù)據(jù)總線寬度（即字長，指CPU傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)）(3)地址總線寬度（決定了CPU可訪問的地址空間）(4)工作電壓（低電壓可減少CPU過熱，降低功耗）(5)高速緩存Cache（加速CPU與其它設備間數(shù)據(jù)交換）(6)運算速度（CPU每秒能處理的指令數(shù)）1.運算器

運算器是完成算術和邏輯運算的部件，又稱算術和邏輯運算單元。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的。運算器的核心部件是:(1)運算邏輯部件(2)寄存器部件2.控制器

控制器負責從存儲器中取出指令，并對指令進行譯碼，并根據(jù)指令譯碼的結果，按指令先后順序，負責向其它各部件發(fā)出控制信號，保證各部件協(xié)調一致地完成各種操作。

控制器主要由以下部件組成：

①程序計數(shù)器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內存中的地址；②指令寄存器。保存現(xiàn)在正在執(zhí)行的指令；

③指令譯碼器。用來識別指令的功能，分析指令的操作要求；

④時序部件。產生計算機工作中所需的各種定時控制信號，對各種微操作控制信號進行定時控制。以協(xié)調各部件的工作順序；

⑤微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解為一系列不可再分的微操作命令信號，即微命令，以指揮整個計算機有條不紊地工作。3.2.2高級CPU技術1、超線程技術

2、雙核心CPU技術：由于組建雙CPU系統(tǒng)的高成本和復雜性，桌面電腦上并未得到普及。用“雙核”技術，就是在單個CPU中真正集成兩個物理運行核心，因此在實際使用中，這種“雙核心處理器”和使用兩個獨立CPU組建的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒有區(qū)別。目前，CPU已從雙核向4核、8核和多核方向發(fā)展。

3.2.3主板

主板是電腦中各種設備的連接載體。它提供CPU、各種接口卡、內存條和硬盤、軟驅、光驅的插槽，其它的外部設備也會通過主板上的I/O接口連接到計算機上。早期的PC機主板是將快速的CPU、中速的內存、慢速的外設都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性能得不到優(yōu)化。3.2.4內存儲器

內存儲器(簡稱內存)，由半導體材料構成。內存分為只讀存儲器和隨機讀寫存儲器。

1.只讀存儲器ROM特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或存入，斷電后信息不會丟失，可靠性高。ROM分類

(1)掩膜式ROM(MaskROM)

(2)可編程PROM(ProgrammableROM)(3)可擦除EPROM(ErasablePROM)

(4)電可擦EEPROM(ElectricallyEPROM)(5)快擦寫ROM(FlashROM)2.隨機存儲器RAM

特點：用于存放原始數(shù)據(jù)、中間結果、最終結果。開機前是空的，斷電后數(shù)據(jù)消失。

RAM分類:

(1)SRAM：靜態(tài)RAM。不需要充電來保持數(shù)據(jù)完整性，成本高且集成低，一般做高速緩沖存儲器。

(2)DRAM：動態(tài)RAM。需要定時充電來保持數(shù)據(jù)的完整性，通常所說的“內存”主要由它構成。一般指以下兩種類型：①SDRAM---同步動態(tài)存儲器②DDR---雙倍速率內存

(DDR2---四倍速率內存\\DDR3)3.Cache(高速緩存)

Cache是一種高速緩沖存儲器，是為了解決CPU與主存之間速度不匹配而采用的一種重要技術。其中片內Cache是集成在CPU芯片中，片外Cache是安插在主板上。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要快一個數(shù)量級，大體與CPU的處理速度相當。4.多級緩存

最早的CPU緩存容量很低。當集成在CPU內核中的緩存已不能滿足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量時，出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊主板上的緩存，此時把CPU內核集成的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。

現(xiàn)在多數(shù)CPU內部也有二級緩存，于是二級緩存又可分為內部二級緩存和外部二級緩存。較高端的CPU中還會帶有三級緩存。6.存儲器的層次結構

既要速度快，又要求容量大，同時價格又要求合理，在目前技術條件下這三項指標很難用單一種類的存儲器來實現(xiàn)。折衷的方法是采用層次結構。3.2.5總線

總線：是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算機內部傳輸指令、數(shù)據(jù)和各種控制信息的高速通道，是計算機硬件的一個重要組成部分。

①地址總線。傳輸?shù)氖堑刂沸盘�，一般是單向傳輸。當CPU需要訪問某個外設時，它向地址總線發(fā)出相應外設的地址信號，以選擇某個外設。

②數(shù)據(jù)總線。傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般是雙向傳輸。CPU進行“讀”時，數(shù)據(jù)由外設流向CPU，當CPU進行“寫”時，數(shù)據(jù)由CPU流向外設。

③控制總線。有的是CPU向內存或外部設備發(fā)出的信號；有的是內存或外部設備向CPU發(fā)出的信號。對每條控制線而言信號是單向傳送，但作為整體是雙向的。

總線按處于計算機硬件系統(tǒng)中的位置來分：

①片內總線(又稱內部總線)。是指CPU芯片內部的總線。

②片間總線(又稱局部總線)。是主板上各外圍芯片與CPU之間的總線，用于芯片一級互連。

③系統(tǒng)總線(又稱輸入/輸出總線)。是微機中各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線，用于插件板一級的互連。

④外部總線(又稱通信總線)。是微機和外部中低速外部設備之間或外設與主機連接的總線。系統(tǒng)總線標準

系統(tǒng)總線標準大致可分為ISA總線、PCI總線、PCIExpress三個階段。①ISA總線。是最早的8位系統(tǒng)總線。后來擴展到16位。ISA是現(xiàn)代個人計算機的基礎。

②PCI總線。主要特點是傳輸速度高，廣泛應用于現(xiàn)代微機中。③AGP總線。專為系統(tǒng)中一塊圖形顯示卡設計的總線。④PCIExpress總線。是新一代的總線接口。外部總線標準常見的I/O總線：①USB總線

屬高速串行接口總線。該總線最多可連接127個設備，支持熱拔插，支持即插即用，所以USB接口已經成為許多外設的標準接口。USB有兩個規(guī)范，即USB1.1和USB2.0。②IEEE1394總線

屬高速串行接口總線，主要用于連接DV產品。3.2.6接口

I/O接口是連接主機和外部設備之間的邏輯部件，由I/O接口電路、連接器(一般為連接電纜)和接口軟件(即設備驅動程序)組成。根據(jù)I/O接口是否內嵌在主板中，可將I/O接口分為內置I/O接口和外置I/O接口兩類。(1)內置I/O接口

將I/O接口電路內嵌在主板中，由主板提供外設接口電路插座，如鍵盤接口、鼠標接口、USB接口、串口、并口及軟硬盤接口等。(2)外置I/O接口

將I/O接口集成到一塊獨立的電路板(接口卡)上，接口卡必須插在總線擴展插槽上(如PCI、PCIExpress插槽等)。3.3外部存儲器

外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數(shù)據(jù)。當需要執(zhí)行或處理這些程序和數(shù)據(jù)時，必須將其先調入到內存中然后再被CPU處理，所以外存實際上屬于輸入／輸出設備。

目前微機常用的外存儲器主要有軟盤、硬盤、光盤、U盤等。3.3.2硬盤

硬盤是微機最重要的外部存儲器，常用于安裝微機運行所需的系統(tǒng)軟件和應用軟件，以及存儲大量數(shù)據(jù)。(1)硬盤存儲格式

硬盤是由多個涂有磁性物質的金屬圓盤盤片組成，盤片的每一面都有一個讀寫磁頭，在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道和扇區(qū)，對于大容量的硬盤還將多個扇區(qū)組織起來成為一個塊“簇”，簇成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個扇區(qū)，有的有好幾個扇區(qū)，可以在格式化的參數(shù)中給定。(2)硬盤性能指標

①硬盤的容量�，F(xiàn)在微機上所配置的硬盤一般在200GB以上。②硬盤的轉速。硬盤的轉速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快�，F(xiàn)在的主流硬盤轉速一般為7200rpm以上。

③緩存。硬盤自帶的緩存，緩存越多，越能提高硬盤的訪問速度。(3)硬盤接口

硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE接口硬盤多用于家用產品中，SATA是種新生的硬盤接口類型。(4)硬盤格式化

①硬盤低級格式化。主要是對一個新硬盤劃分磁道和扇區(qū)。②硬盤分區(qū)。把硬盤劃分為成若干個相對獨立的邏輯分區(qū)。③硬盤高級格式化。高級格式化主要是對指定的硬盤分區(qū)進行初始化，建立文件分配表以便系統(tǒng)按指定格式存儲文件。。3.3.3光盤存儲器

光盤簡稱CD(CompactDisc)是利用塑料盤片表面凹凸不平的特征，通過光的反射來記錄和識別二進制的0、1信息。光盤的分類:

1．只讀型光盤

只讀光盤中的數(shù)據(jù)是在制作時寫入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，而不能寫入或修改光盤中的數(shù)據(jù)。音頻光盤CD-DA、數(shù)據(jù)光盤CD-ROM、VCD、DVD等都屬于只讀光盤。2．一次寫入光盤

這種光盤允許一次寫入數(shù)據(jù)，但不能修改和擦除數(shù)據(jù)，如CD-R。3．可擦寫光盤

這種光盤可多次寫入或修改數(shù)據(jù)，如CD-RW。

從光盤中讀取數(shù)據(jù)的設備我們稱之為光驅。光驅把經過聚焦后的激光投射到光盤上，利用光盤的凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強度不同而將其表示為不同的電信號。

光驅倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率（150KB/s為單倍，以此類推）。CD-ROM光盤驅動器能讀除DVD以外的所有光盤。而DVD光盤要用DVD驅動器才能讀，DVD驅動器兼容CD-ROM所能讀的光盤。DVD光盤

DVD盤片的物理規(guī)格與CD盤片是一樣的，CD盤只使用一個面記錄一層的信息，而DVD盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層4種結構。

DVD按用途可分為以下幾類：

應用最廣的是DVD-Video格式，用于存儲影音信息。此外還有DVD-ROM(只讀DVD)、DVD-Audio(音頻DVD)、DVD±R(可寫DVD)、DVD-RAM或DVD±RW(可擦寫DVD)。

另外，還有藍光高清DVD光盤。光盤刻錄機

是指可讀寫的光盤驅動器。包括CD和DVD兩種刻錄機。

①CD刻錄機既有CD-ROM光驅的功能，也能夠向刻錄CD光盤。其傳輸速率一般標注為A/B/C的形式（如20/10/40），其中A表示寫CD-R盤的倍速，B表示寫CD-RW盤的倍速，C表示讀盤的倍速。

②DVD刻錄機既具有DVD-ROM光驅的功能，也能夠刻錄DVD光盤和CD光盤。3.3.4USB盤

通過USB接口與電腦連接，實現(xiàn)即插即用，具有小巧、可靠、易于操作等特點。閃存盤中無任何機械式裝置，抗震性能強。U盤中的存儲模塊其實就是Flash-ROM。

移動硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。3.4.1輸入設備(1)鍵盤(2)鼠標(3)掃描儀

3.4.2輸出設備(1)顯示器(2)打印機(1)顯示器

CRT顯示器在工作時，電子槍發(fā)出電子束轟擊熒光粉層上的某一點，使該點發(fā)光，每個像素有紅、綠、藍三基色組成，通過對三基色的強度的控制就能合成各種不同顏色。

液晶顯示器LCD的優(yōu)點在于：①圖像穩(wěn)定。由于只有在畫面內容發(fā)生變化時才需要刷新，因此沒有閃爍感；

②液晶底板整體發(fā)光，真正的完全平面；③LCD顯示器基本上沒有輻射；

④能耗低。約為CRT顯示器的三分之一。(2)打印機

常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機等。

①針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶上的墨打印在紙上形成文本或圖形。缺點是打印質量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點是可以打多聯(lián)紙，耗材相對較便宜。

②噴墨打印機特點。打印頭上有若干個噴頭，打印時，墨水以每秒近萬次的頻率噴射到紙上。與其它兩類打印機相比，在打印質量、速度、噪聲及成本方面處于中等層次。

③激光打印機特點。利用激光可以形成很細的光點，將碳粉固著在紙上，加熱后碳粉固定在紙上，最后印出文字和圖片。優(yōu)點是打印速度快、噪音低、質量好，缺點是價格及打印成本較高。

對三種打印機的打印效果對比來說，激光最好，噴墨其次，而針式相對較差。

3.4.3其他外部設備

(1)多媒體設備（第七章）(2)調制解調器3.5.1計算機指令系統(tǒng)

指令：是指計算機執(zhí)行特定操作的命令。是程序設計的最小語言單位。指令構成：操作碼+地址碼

指令系統(tǒng)：是指一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。不同型號的計算機有不同的指令系統(tǒng)。它反映了計算機的處理能力。可分為以下四個步驟：開始執(zhí)行程序時，先給程序計數(shù)器PC賦以第一條指令的首地址0100H。①取指令按照計數(shù)器中的地址從內存中取出指令(070270H)，并送往指令寄存器。然后計數(shù)器PC自動加1指向下一指令地址。

②分析指令對指令寄存器中存放的指令(070270H)進行分析，由譯碼器對操作碼(07H)進行譯碼，由地址碼(0270H)確定操作數(shù)地址。

③執(zhí)行指令取出操作數(shù)，去完成該指令所要求的操作。例如做加法指令，取內存單元(0270H)的值和累加器的值相加，結果還是放在累加器。④一條指令執(zhí)行完成，再回到①取指令階段開始下一指令的執(zhí)行。3.5.3計算機硬件系統(tǒng)的性能指標

(1)CPU的主頻。主頻越高，單位時間內完成的指令數(shù)也越多，CPU工作的速度也就越快。

(2)字長。字長越長，計算機一次所能處理信息的位數(shù)就越多，表現(xiàn)為計算機的運算速度越快。

(3)運算速度。它是一項綜合性的性能指標。是指計算機每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)，單位是MIPS，即每秒百萬條指令。

(4)內存容量。內存容量越大，一次讀入的程序、數(shù)據(jù)就越多，計算機的運行速度也就越快。(5)內存存取速度。內存連續(xù)啟動兩次獨立的“讀”或“寫”操作所需的最短時間，稱為存取周期。

(6)I/O速度。I/O的速度是指CPU與外部設備進行數(shù)據(jù)交換的速度。目前系統(tǒng)性能的瓶頸越來越多地體現(xiàn)在I/O速度上。

第四章計算機操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是控制計算機所有操作的軟件。4.1.1操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)：是管理計算機軟硬件資源的程序，同時它又是用戶與計算機硬件的接口。

4.1.2操作系統(tǒng)的構成進程管理、內存管理、文件管理、輸入/輸出系統(tǒng)管理、二級存儲管理、聯(lián)網、保護系統(tǒng)、命令解釋程序4.2.1操作系統(tǒng)的類別經過多年的發(fā)展，操作系統(tǒng)多種多樣。為提高大型計算機系統(tǒng)的資源利用率，操作系統(tǒng)從批處理，多道程序發(fā)展為分時操作系統(tǒng)。為了滿足計算機處理實時事件的需要，就有實時操作系統(tǒng)。為適應個人計算機系統(tǒng)的需要又出現(xiàn)了桌面操作系統(tǒng)。為適應并行系統(tǒng)的需要，就有了多處理器操作系統(tǒng)。為滿足網絡和分布計算的需要，就有了網絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。此外，還有為支持嵌入式計算機的嵌入式操作系統(tǒng)。4.2.2計算環(huán)境

從計算機誕生至今，操作系統(tǒng)總是與具體的計算環(huán)境相聯(lián)系，它總是在某種計算環(huán)境中設置和使用，就目前來看計算環(huán)境可分為以下幾類：1.傳統(tǒng)計算環(huán)境

指普通意義下的獨立或聯(lián)網工作的通用計算機所形成的計算環(huán)境。2.基于Web的計算環(huán)境

互聯(lián)網的普及使得計算被延伸到Web環(huán)境。3.嵌入式計算環(huán)境

嵌入式計算機就是安裝在某些設備上的計算部件，其計算相對比較簡單。4.3.1進程的概念

什么是進程？它與程序有什么區(qū)別？

程序：用戶為完成某一個特定問題而編寫的操作步驟。進程：可以簡單地被看作是正在執(zhí)行的程序。但是進程需要一定的資源來完成它的任務(例如CPU時間、內存、文件和I/O設備)。

進程與程序的區(qū)別在于進程是動態(tài)的、有生命力的，而程序是靜態(tài)的。一個程序加載到內存，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個進程，程序執(zhí)行結束后，該進程也就消亡了。在計算機中，由于多個程序共享系統(tǒng)資源，就必然引發(fā)對CPU的爭奪。如何有效地利用CPU資源，如何在多個請求CPU的進程中選擇取舍，這就是進程管理要解決的問題。4.3.3進程控制塊PCB(略)

為了控制進程，操作系統(tǒng)就必須知道進程存儲在哪里，以及進程的一些屬性。進程控制塊是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中記錄進程的專用數(shù)據(jù)結構。一個新的進程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)就會為該進程建立一個進程控制塊。操作系統(tǒng)根據(jù)進程控制塊對并發(fā)進程進行控制。4.3.4進程調度及隊列圖

計算機采用多道程序的目的是使得計算機系統(tǒng)無論何時都有進程運行，單處理器的計算機在某一時刻CPU只能運行一個進程，如果存在多個進程，其它進程就需要等待CPU空閑時才能被調度執(zhí)行。

當一個進程處于等待或CPU時間片用完時，操作系統(tǒng)就會從該進程中拿走CPU控制權，然后再交給其它進程使用，這就是進程的調度。4.3.5CPU調度及其準則

在設計CPU調度程序時主要應該考慮的準則包括：(1)CPU使用率。讓CPU盡可能地忙。

(2)吞吐量。讓CPU在一定時間內完成的進程數(shù)盡可能多。(3)周轉時間。讓進程從提交到運行完成的時間盡可能短。(4)等待時間。讓進程在就緒隊列中等待所花時間之和盡可能短。

(5)響應時間。讓進程從提交請求到產生第一響應之間的時間盡可能短。主要的CPU調度算法1、先到先服務2、最短作業(yè)優(yōu)先3、優(yōu)先權4、輪轉5、多級隊列

6、多級反饋隊列

4.3.7進程的同步與互斥

進程的同步就是指相互協(xié)作的進程不斷調整它們之間的相對速度，以實現(xiàn)共同有序地推進。

換句話說,在操作系統(tǒng)中，允許多個進程并發(fā)運行。然而，有些進程之間本身存在某種聯(lián)系，它們在系統(tǒng)中需要一種協(xié)作，以保證進程能正確有序地執(zhí)行并維護數(shù)據(jù)的一致性。在操作系統(tǒng)中，可能存在著多個進程。而系統(tǒng)中一些資源一次只允許一個進程使用，這類資源被稱為臨界資源。在進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。當一個進程進入臨界區(qū)執(zhí)行時，其它進程就不允許進入臨界區(qū)執(zhí)行，否則就會導致錯誤結果。由此得出:

多個進程并發(fā)執(zhí)行時，只允許一個進程進入臨界區(qū)運行，這就是進程的互斥。例如：多個進程在競爭使用打印機時表現(xiàn)為互斥。

一個文件可供多個進程共享，其中有一個進程在寫操作時，其它進程則不允許同時寫或讀，表現(xiàn)為互斥。4.3.8進程的死鎖及處理方法

在多道程序設計中，多個進程可能競爭一定數(shù)量的資源。一個進程在申請資源時，如果所申請資源不足，該進程就必須處于等待狀態(tài)。如果所申請的資源被其它進程占有，那么進程的等待狀態(tài)就可能無法改變，從而形成進程之間相互一直等待的局面，這就是死鎖。競爭資源引起死鎖

引起死鎖的四個必要條件：

互斥：任一時刻只能有一個進程獨占某一資源，若另一進程申請該資源則需延遲到該資源釋放為止。

占有并等待：即該進程占有部分資源后還在等待其它資源，而該資源被其它進程占有。

非搶占：某進程已占用資源且不主動放棄它所占有的資源時，其它進程不能強占該資源，只有等其完成任務并釋放資源。

循環(huán)等待：在出現(xiàn)死鎖的系統(tǒng)中，一定存在這樣一個進程鏈，其中每個進程至少占有其它進程所必需的資源，從而形成一個等待鏈。處理死鎖問題的三種方式：

可使用協(xié)議預防和避免死鎖，確保系統(tǒng)從不會進入死鎖狀態(tài)�？稍试S系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，然后檢測出死鎖狀態(tài)，并加以恢復。

可忽略進程死鎖問題，并假裝系統(tǒng)中死鎖從來不會發(fā)生。即沒有必要把精力花在小概率事件上。

處理死鎖優(yōu)先考慮的順序：先預防和避免再檢測和恢復4.4內存管理

內存是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的核心。內存用于容納操作系統(tǒng)和各種用戶進程，是可以被CPU和I/O設備所共同訪問的數(shù)據(jù)倉庫。計算機的所有程序運行時都要調入內存。

內存管理的主要工作是：為每個用戶進程合理地分配內存，以保證各個進程之間在存儲區(qū)不發(fā)生沖突；當內存不足時，如何把內存和外存結合起來，給用戶提供一個比實際內存大得多的虛擬內存，使得程序能順利執(zhí)行。內存管理包括內存分配、地址映射、內存保護和擴充。4.4.1用戶程序執(zhí)行與地址映射用戶編寫程序在執(zhí)行前，需要多個處理步驟，這些步驟可將源程序轉變?yōu)槎�進制機器代碼，然后在內存中等待執(zhí)行。當然有時并非每個步驟都是必需的。

通常，將指令和數(shù)據(jù)的地址映射成內存地址可以發(fā)生在以下三個執(zhí)行階段。(了解)

1.編譯階段:如果在編譯時就知道進程將在內存中的什么位置駐留，那么編譯器就可以直接以生成絕對地址代碼。

2.加載階段:不知道進程將駐留在什么位置，那么編譯器就必須生成程序的邏輯地址，在加載階段再轉變成內存的絕對地址。

3.執(zhí)行階段:如果進程在執(zhí)行時可以從一個內存段移動到另一個內存段，那么進程的絕對地址映射工作只能延遲到執(zhí)行時進行。4.4.2物理地址空間與邏輯地址空間

物理地址:是計算機內存單元的真實地址。

物理地址空間:由物理地址所構成的地址范圍。邏輯地址:用戶程序地址，從0開始編址。

邏輯地址空間:由邏輯地址所構成的地址范圍。

地址映射:用戶程序在運行時要裝入內存，這就需要將邏輯地址變換成物理地址，這個過程稱為地址映射，也稱重定位。

用戶編寫的源程序是不考慮地址的，源程序經CPU編譯后產生邏輯地址。從CPU產生的邏輯地址轉換為內存中的物理地址的映射是由計算機中被稱為內存管理單元的硬件設備來實現(xiàn)的，將邏輯地址與內存管理單元中存放的內存基址相加就得到了物理地址。4.4.3進程使用內存的交換技術為了更加有效地使用內存，進程在不運行時，可以暫時從內存移至外存上，直到需要再運行時再重新調回到內存中。也就是說內存管理程序可將剛剛運行過的進程從內存中換出以釋放出占用的內存空間，然后將另一個要運行的進程占據(jù)前者釋放的內存空間。計算機工作時，為了將多個進程放入到內存就必須考慮在內存中如何放置這些進程。

4.4.4內存分配方案-連續(xù)

對于連續(xù)內存分配方案，開始時所有內存是一個大的孔，隨著內存分配的進行就會形成位置上不連續(xù)的大小不一的孔。在連續(xù)內存分配方案中，當新進程需要內存時，為其尋找合適的孔，實現(xiàn)內存分配。該方案為每個進程所分配的內存物理地址空間在位置上是連續(xù)的。4.4.5內存分配方案-分頁式分頁管理基本思想：o內存物理地址空間劃分為若干個大小相等的塊(頁框)o進程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊(頁面)o內存分配時每個頁面對應地分配一個頁框，而一個進程所分得頁框在位置上不必是連續(xù)的。頁表：操作系統(tǒng)為每個用戶程序建立一張頁表，該表記錄用戶程序的每個邏輯頁面存放在哪一個內存物理頁框。4.5虛擬內存方案

虛擬內存是一個容量很大的存儲器的邏輯模型，它不是任何實際的物理存儲器，它一般是借助硬盤來擴大主存的容量。虛擬內存：對于一個進程來講，如果僅將當前要運行的幾個頁面裝入內存便可以開始運行，而其余頁面可暫時留在磁盤上，待需要時再調入內存，并且調入時也不占用新的內存空間，而是對原來運行過的頁面進行置換。這樣，就可以在計算機有限的內存中同時駐留多個進程并運行。而對用戶來講感覺到系統(tǒng)提供了足夠大的物理內存，而實際上并非真實的，這就是虛擬內存。4.5.2頁面請求與頁面置換算法

頁面請求:在虛擬內存技術中，進程運行時并沒有將所有頁面裝入到內存，在運行過程中進程會不斷地請求頁面，如果訪問的頁面已在內存，就繼續(xù)執(zhí)行下去；但如果要訪問的頁面尚未調入到內存，便請求操作系統(tǒng)將所缺頁面調入內存，以便進程能繼續(xù)運行下去。

頁面置換:如果請求頁面調入內存時，分配給該進程的頁框已用完，就無法立即裝入所請求頁面。此時，必須將進程中的某個頁面從內存的頁框調出到磁盤上，再從磁盤上將所請求的頁面調入到內存的該頁框中。這個過程叫做頁面置換。4.6文件管理

文件管理是操作系統(tǒng)最常見的組成部分。文件管理主要提供目錄及其文件的管理。

4.6.1文件的概念

文件：保存在外部存儲設備上的相關信息的集合。文件命名：文件主名+擴展名文件存取屬性：

只讀：只允許授權用戶進行讀操作。

讀寫：只允許授權用戶進行讀和寫的操作。文檔：允許任何用戶進行讀寫操作。隱藏：不允許用戶直接看到文件名。

文件系統(tǒng)：是對文件進行操作和管理的軟件，是用戶與外存之間的接口。這個系統(tǒng)將所有文件組織成目錄結構保存在外存，一個文件對應其中的一個目錄條。目錄條記錄有文件名、文件位置等信息。操作系統(tǒng)對文件的基本操作包括：

創(chuàng)建文件、文件寫、文件讀、文件重定位、文件刪除、文件截短。對文件的其它操作包括：文件復制、重命名、更改屬性等。4.6.2文件的物理結構和邏輯結構

文件結構分物理和邏輯結構。其中物理結構是文件在外存上的存儲組織形式，它與具體的存儲設備有關。文件邏輯結構是指用戶能直接感受到的文件組織結構，它與具體的存儲設備無關。無結構文件

文件的邏輯結構有結構文件

流式文件順序文件索引文件索引順序文件

無結構的流式文件：是一維的、連續(xù)的、無結構的字符序列，可以看成是由一條無結構的記錄組成的文件。

有結構的記錄式文件：是帶有結構的、性質相同的記錄的集合。順序文件：文件所包含的一系列記錄按照某種順序依次連續(xù)存儲。索引文件：由主文件和索引表構成�？梢詫崿F(xiàn)快速訪問。(1)按輸入記錄的先后次序建立數(shù)據(jù)區(qū)和索引表。

(2)待全部記錄輸入完畢后對索引表進行排序，排序后的索引表和主文件一起就形成了索引文件。

索引順序文件：順序文件和索引文件特點的結合。順序文件是按主關鍵字有序排列的，將順序文件的所有記錄分組，索引表中為每組的首記錄建立一索引項，組與組之間按關鍵字大小有序排列，組內記錄順序查找。4.6.3文件的訪問方式1.順序訪問方式

順序訪問方式主要適合于對順序文件的訪問。其訪問的位置是由指針定位的。讀操作是讀取指針所指示位置的內容，并自動將指針向后移動，以指示下一次讀的位置。而對寫操作，所寫的內容總是添加到文件的尾部。

順序訪問方式是基于磁帶的模型，不僅適合順序存儲設備(如磁盤)，對直接存儲設備(如磁盤)也適合。2.直接訪問方式

直接訪問也稱隨機訪問，它指的是允許跳躍式地隨意存取文件中的任何記錄，而不需要任何順序限制。直接訪問是最為常見和高效的文件訪問方式。直接訪問方式是基于磁盤的模型。3.索引訪問方式

在進行文件訪問時，首先對索引文件按關鍵字進行檢索，查找到指向數(shù)據(jù)記錄的指針，根據(jù)該指針實現(xiàn)對具體數(shù)據(jù)記錄的訪問。4.6.4文件的目錄結構

通常，一個磁盤至少應包含一個分區(qū)，每個分區(qū)用來保存文件和目錄結構。文件目錄的組成：每個文件有一個文件控制塊FCB，它是文件存在的標志，存放了為管理文件所需的所有有關信息。把所有的文件控制塊組織在一起，就構成了文件目錄，每個文件控制塊就是其中的一個目錄項。

文件的目錄系統(tǒng)可以組織成單層目錄結構、雙層目錄結構、樹型目錄結構、無環(huán)路目錄結構和通用圖目錄結構。

樹型目錄結構是目前使用最為廣泛的一種目錄結構。這種目錄結構在邏輯上的構成是一棵樹，子目錄是樹枝，而文件是樹葉。一個用戶所擁有的子目錄位置不需要統(tǒng)一，在一個子目錄下可以再創(chuàng)建子目錄。4.7輸入／輸出系統(tǒng)管理

每臺計算機都配備了許多外部設備，它們的性能和操作方式都不一樣。操作系統(tǒng)對設備(即輸入/輸出系統(tǒng))管理的主要目標是：方便用戶使用外部設備，提高CPU和設備的利用率。4.7.1基本概念1.端口（port）：I/O設備與計算機通信的連接點被稱為端口。

2.控制器(controller)：用于操作端口、總線和設備的一組電子器件，是設備與總線的連接裝置。

4.7.2輸入/輸出控制方式

CPU通過端口對外設進行控制的方式有以下幾種：(1)程序控制方式

早期計算機采用的方式。CPU向設備控制器發(fā)出一條I/O指令啟動設備進行一個字節(jié)的輸入或輸出，然后CPU就等待I/O設備進行數(shù)據(jù)傳送，直到一個字節(jié)傳送完畢。接下來，CPU按以上方式處理下一個字節(jié)的輸入或輸出。CPU絕大部分時間都用于循環(huán)等待及測試I/O是否完成，造成CPU資源的極大浪費。CPU和外圍設備只能串行工作。(2)中斷驅動方式

當某進程要啟動某個I/O設備工作時，首先由CPU向相應設備的控制器發(fā)出一條I/O命令，然后CPU立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來的任務，設備控制器則按照命令的要求去控制I/O設備工作。這時，CPU與I/O設備并行工作。這種方式CPU的利用率較高。但這種方式的缺點是在一次數(shù)據(jù)傳送過程中，發(fā)生中斷次數(shù)較多(每次只傳送一個字節(jié))，這將耗去大量CPU處理時間。(3)直接存儲器訪問方式

引入設備DMA控制器，在其控制下，以數(shù)據(jù)塊為單位，將數(shù)據(jù)從設備直接送入內存或相反，當一個或多個數(shù)據(jù)塊傳送完畢時才需要CPU干預。該方式CPU的利用率高。(4)通道控制方式

通道控制方式是DMA的發(fā)展，它把對每一塊數(shù)據(jù)的讀寫變成對一組數(shù)據(jù)塊的讀寫，可以進一步減少CPU的干預。更大程度地提高了系統(tǒng)資源的利用率。4.7.3I/O緩沖管理

現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，I/O設備與CPU(實際指內存)交換數(shù)據(jù)時，需要使用緩沖技術。也就是為I/O設備設置緩沖區(qū)暫存數(shù)據(jù)，等到數(shù)據(jù)積累到一定程度時，再做批量處理。

引入緩沖：

(1)緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾；(2)減少對CPU中斷頻率；

(3)提高CPU與I/O設備間的并行性。4.7.4設備驅動程序

設備驅動程序與具體設備有關，用戶安裝好硬件后還要再安裝驅動程序，計算機才能識別和使用該設備。每個外部設備都有相應的設備驅動程序，它也是硬件的身份識別標志，負責完成設備具體的各種動作(輸入/輸出操作)。

一旦為I/O設備安裝了驅動程序，那么應用程序在使用I/O設備時，就

不必關心設備的特性、I/O控制方式，這樣就實現(xiàn)了應用程序與設備的無關性。4.8典型操作系統(tǒng)4.8.1Unix

Unix是一個通用、交互式、分時多用戶并支持網絡的操作系統(tǒng)，是可以運行在各種機型(從微機到巨型機在內)上的通用操作系統(tǒng)。主要適用于網絡、大中小型機。

缺點：軟件少，價格貴，難掌握。4.8.2DOS

DOS是單用戶、單任務和字符界面的操作系統(tǒng)，主要為16位微型計算機而設計，DOS目前仍在一些微型計算機上運行，但屬于淘汰產品。4.8.3Windows

界面圖形化，操作便捷采用多任務機制支持網絡功能出色的多媒體功能硬件更容易使用

具有眾多應用程序的支持4.8.4Linux

Linux是一個免費、源代碼開放、自由傳播、類似于Unix的操作系統(tǒng)。它既可以做各種服務器操作系統(tǒng)，也可以安裝在微機上，并提供上網軟件、文字處理軟件、繪圖軟件、動畫軟件等，它除了命令操作外還提供了類似Windows風格的圖形界面，我國自行開發(fā)的有紅旗、藍點Linux、麒麟Linux等。缺點是兼容性差，應用軟件安裝困難，操作性差，使用不習慣。4.8.5MacOS

MacOS是一運行于蘋果系列微型計算機上的操作系統(tǒng)。蘋果機多用于圖形領域，它往往代表了潮流和時尚，代表精美的工業(yè)設計，但它不兼容Windows軟件，所以叫好不叫座。

第七章多媒體技術

7.1多媒體計算機技術概述7.1.1多媒體計算機的概念從一般意義上講，在計算機或通訊領域，媒體是指信息的載體或者信息的存儲實體，信息載體包括數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像、視頻，信息的存儲實體包括磁盤、磁帶、光盤、U盤等。而就多媒體計算機而言，媒體則是指信息載體。

根據(jù)國際電信聯(lián)盟的定義，媒體可分為5種：感覺媒體、表示媒體、顯示媒體存儲媒體、傳輸媒體

多媒體：通常所指的多媒體就是文字、聲音、圖像、圖形、動畫、視頻等各種媒體在計算機統(tǒng)一管理下的有機結合。

多媒體計算機技術：計算機綜合處理多種媒體信息(文本、圖形、圖像、音頻、視頻和動畫)，使多種信息建立邏輯連接，集成為一個系統(tǒng)且具有交互性。7.1.2多媒體技術的發(fā)展歷史

1984年，Apple公司推出Machintosh圖形操作系統(tǒng)。1985年，世界上第一臺多媒體計算機問世。1986年，推出光盤系統(tǒng)。

1990年，多媒體個人計算機協(xié)會制定MPC1標準。1995年，Windows95操作系統(tǒng)問世。7.1.3多媒體技術的特點和關鍵技術多媒體特點是：

(1)多樣性：多媒體不只處理一種媒體，而是綜合處理多種媒體，包括圖文聲像信息。

(2)集成性：多媒體不是多種媒體簡單的收集，而是被有機地集成為系統(tǒng)。(3)交互性：多種媒體系統(tǒng)可以實現(xiàn)人機互動，用戶可以根據(jù)需要來使用系統(tǒng)。關鍵技術，包括：

①音頻視頻信號的獲取技術

②多媒體數(shù)據(jù)的壓縮編碼和解碼技術③音頻視頻數(shù)據(jù)的實時處理和特技④音頻視頻數(shù)據(jù)的輸出技術多媒體信息的主要元素

1．文本：包含字母、數(shù)字、漢字等基本元素。2．圖形：又稱矢量圖。

3．圖像：又稱位圖或像素圖。

4.動畫：采用編程或動畫軟件創(chuàng)作的連續(xù)畫面。5.音頻：指人耳能聽到的連續(xù)變化的音波。6.視頻：動態(tài)的影視圖像。7.1.5未來多媒體技術的發(fā)展(1)多媒體技術智能化

把人工智能領域某些研究課題與多媒體計算機技術結合。(2)多媒體信息實時處理和壓縮編碼算法芯片化

把多媒體信息實時處理和壓縮編碼算法直接放置到CPU芯片中，從而大大改善多媒體計算機的性能指標。(3)虛擬現(xiàn)實技術

是指運用多種技術綜合形成一種模擬現(xiàn)實環(huán)境的人造環(huán)境，用戶在該環(huán)境中通過五官和大腦的親自體驗并參與到該虛擬環(huán)境中，可以與之交互。讓用戶感覺到如同置身于真實世界一樣，它是多媒體技術的最高境界。7.2.1多媒體計算機硬件系統(tǒng)(1)基本硬件設備:①光盤存儲器

光盤存儲器由光盤和光盤驅動器構成。②音頻卡

又名“聲卡”，主要用于處理聲音，是多媒體計算機的基本配置。目前許多計算機的主板上都集成了聲卡的功能，聲卡不再以單獨形式存在。聲卡的作用主要有：

①A/D(模/數(shù))轉換將作為模擬量的自然聲音轉化成數(shù)字化的聲音，然后以文件形式保存在計算機中。

②D/A(數(shù)/模)轉換把數(shù)字化的聲音轉換成模擬量的自然聲音并輸出到聲音還原設備(例如耳機、有源音箱、音箱放大器等)中。

③輸入、輸出功能利用聲卡的輸入/輸出端口可以將模擬信號引入聲卡并轉換成數(shù)字信號；也可以將數(shù)字信號轉換成模擬信號送到輸出端口驅動音響設備發(fā)出聲音。

聲卡的主要接口：①總線(Bus)

②線路輸入(Linein)③話筒輸入(Micin)④線路輸出(Lineout)

⑤揚聲器輸出(SpeakerOut)⑥游戲棒/MIDI(Joystick/MIDI)聲卡中的關鍵部件

(1)數(shù)字信號處理器DSP：聲卡的核心部件，用于管理聲音的輸入輸出以及音頻信號的模/數(shù)轉換和數(shù)/模轉換。

(2)混音器：可以將幾個不同聲源進行混合錄音。(3)音樂合成器：主要用于MIDI音樂文件的播放。(2)擴展設備:

具有代表性的擴展設備有：觸摸屏、視頻卡、掃描儀、數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機、各種彩色打印機、彩色投影儀等。

①觸摸屏：屬于輸入設備，可通過手指直接觸及屏幕上的菜單、光標、接鈕等。

系統(tǒng)主要由傳感器、控制部件、驅動程序組成。當用手指或其它設備觸摸顯示器前面的觸摸屏時，所摸到的位置以坐標形式被觸摸屏控制器檢測到，并通過接口送到CPU，從而確定用戶所輸入的信息。②視頻卡：插在主機板的擴展槽內，可以對視頻信號進行數(shù)字化轉換、編輯和處理，以及保存數(shù)字化文件。

通常使用的視頻采集卡可接收模擬視頻源的信號(如錄像機、電視機、LD影碟機等)，并對該類信號進行數(shù)字化處理，然后再壓縮編碼成數(shù)字視頻信號。

此外，還有一種比較流行的視頻采集卡，我們稱之為IEEE1394數(shù)字視頻采集卡。它主要的作用是將數(shù)碼攝像機中存放在數(shù)碼攝像帶上的視頻數(shù)據(jù)傳送到電腦硬盤中，和模擬采集不同的是它在傳送數(shù)據(jù)的過程中沒有任何質量損失③掃描儀：是一種圖形輸入設備。配合適當?shù)膽�用軟件后，掃描儀還可以進行中、英文智能識別。掃描儀工作原理：把原件面朝下放在掃描儀的玻璃臺上，掃描儀內發(fā)出光照射原件，反射光線經光學鏡面導向后，照射到CCD的光敏器件上。CCD將不同顏色光的強度轉換成等價的電信號，再送到模數(shù)轉換器中轉換成代表每個像素色調或顏色的數(shù)字值。步進電機驅動掃描頭沿平臺作微增量運動,每移動一步，即獲得一行像素值。④數(shù)碼照相機

數(shù)碼相機采用CCD作為記錄圖像的介質，CCD實際上是一塊布滿光敏元件的感光板，它通過光照的不同引起的電荷分布的不同來記錄被攝入的物體。幾個技術指標(簡介)

1、CCD和像素：CCD上感光元件越多則像素就越多，像素越多則圖像越清晰。2、存儲卡：數(shù)碼相機攝入的像片直接存儲在相機存儲卡中。3、對焦和變焦：對焦，是指將透過鏡頭折射后的影像準確投射到CCD感光板上，形成清晰的影像。

7.2.2多媒體計算機軟件系統(tǒng)

1.多媒體設備驅動程序，用于在啟動操作系統(tǒng)時把設備的狀態(tài)、型號、工作模式等信息提供給操作系統(tǒng)，并駐留在內存中供系統(tǒng)調用。2.多媒體產品制作軟件，主要包括圖像、視頻、音頻的編輯制作。3.多媒體平臺軟件，用于多媒體素材的組合。

4.工具軟件，用于加工和處理數(shù)據(jù)，如壓縮、加密等。

5.應用軟件包括，Windows系統(tǒng)提供的多媒體軟件、動畫播放軟件、聲音播放軟件、光盤刻錄軟件等。7.3音頻信息的獲取和處理7.3.1數(shù)字音頻基本概念

聲音是一種機械振動。模擬音頻技術把這種機械振動轉換成電信號，并以模擬電壓的幅度表示聲音強弱。

模擬音頻信號:聲音波形在時間和幅度上都是連續(xù)的，一般用不同的電壓表示。由于模擬音頻信號是連續(xù)的，所以不能由計算機直接處理。數(shù)字音頻信號:是把表示聲音強弱的模擬電壓用數(shù)字表示。7.3.2音頻信息的數(shù)字化

數(shù)字音頻信號是由模擬聲音經采樣、量化和編碼得來的。其信號在時間和幅度上都用離散的數(shù)字序列表示。(1)采樣時間上的離散

其過程是每隔一個時間間隔在模擬聲音的波形上取一個幅度值，把時間上的連續(xù)信號變成時間上的離散信號。采樣頻率是指計算機每秒鐘采集多少個聲音樣本。

奈奎斯特(Nyquist)采樣定理：采樣頻率≥聲音信號最高頻率×2采樣頻率越高，單位時間所得到的振幅值就會越多，因而對于原聲音曲線的模擬也就越精確。

主流聲卡的采樣頻率一般可分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個等級，22.05只能達到FM廣播的聲質，44.1KHz則是理論上的CD音質界限，48KHz則更加精確一些。

(2)量化幅度上的離散

量化的過程是將采樣后的信號按整個聲波的幅度劃分成有限個區(qū)段(量化間距)，然后把落入某個間距內的值歸為一類，并賦予相同的量化值。

失真在采樣過程中是不可避免的，從下面兩幅圖我們可以直觀地看出，當采用更高的采樣頻率、量化精度，就可以減少失真。但由此得到的數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)量也就越大。(3)編碼

由于經采樣和量化后的音頻信號數(shù)據(jù)量很大，所以一般要先對數(shù)字化的音頻信息進行壓縮和編碼后再在計算機內傳輸和存儲。在播放這些聲音時，還需要經解碼器將二進制編碼恢復成原來的模擬聲音信號播放。7.3.3數(shù)字音頻文件格式

(1)WAV文件格式：來源于對聲音模擬波形采樣，量化、編碼。這種文件最大的缺點是占用存儲空間大。適用領域：音頻原始素材保存。該格式是通用音頻格式。

未壓縮的波形音頻文件WAV和CD音頻光盤的存儲容量計算如下：存儲量=采樣頻率×采樣量化位數(shù)×聲道數(shù)×時間/8

舉例：采樣頻率為44.1KHz，采樣數(shù)據(jù)量化位數(shù)(或稱采樣精度)為16位、雙聲道，一張60分鐘的CD唱片所占存儲容量為：(44.1×1000×16×2×3600)/8=635040000(B)≈606(M)(2)MP3文件格式：采用1:10～1:20壓縮率制作的數(shù)字音頻文件。必須經過解壓縮才能播放，數(shù)據(jù)量小。

(3)RA文件格式：最早的因特網流媒體音頻，音質相對較差。特點是可在低的帶寬下在網上實時播放。

(4)WMA文件格式：因特網流媒體音頻，用于在互聯(lián)網上播放的壓縮音頻文件。質量優(yōu)于RA。

(5)MID文件格式：是一種通過電子樂器彈奏，數(shù)字化合成的音頻文件，占用空間很小。

(6)APE文件格式：是一種音頻無損壓縮格式，可壓縮到傳統(tǒng)無損格式WAV文件的一半；而在音質上超越一般的MP3，達到和CD相同的音質。(7)AIF文件格式：Apple計算機的音頻文件格式。7.4圖像信息的獲取和處理7.4.1圖像與圖形的區(qū)別圖像由像素構成，像素是組成圖像最基本的元素，每個圖像點用若干個二進制位進行描述。圖像通常用于表現(xiàn)自然景觀、人物、動物、植物等復雜的場景。圖形是由具有方向和長度的矢量線段構成。圖形使用坐標、運算關系以及顏色數(shù)據(jù)進行描述，因此把圖形叫做“矢量圖”。圖形的數(shù)據(jù)量小，常用于表現(xiàn)直線、曲線以及由各種線段圍成的圖形，不適于描述色彩豐富、復雜的自然影像。7.4.2顏色的基本概念(1)顏色的基本描述

彩色可用亮度、色調和飽和度來描述，人眼看到任意彩色光都是這三個特性的綜合效果。亮度是光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺。色調是反映的是顏色的種類。飽和度是指顏色的純度，飽和度越深顏色越鮮明。自然界常見的各種彩色光都可以由紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色光按不同比例相配而成，這就是色彩學中最基本的原理三基色原理。把三種基色光按不同比例結合時便產生一個完整的光譜，包含所有的色彩。通常稱之為相加混色。(2)顏色空間表示

顏色通常用三個獨立的屬性來描述，三個獨立的變量綜合就構成了一個空間坐標，這就是顏色空間。顏色空間可分為兩大類：基色顏色空間(RGB、CMY等)和色、亮分離顏色空間(YUV、HSL等)。

①RGB色彩空間：由紅、綠、藍3種顏色光按不同比例相配而成，主要用于計算機顯示。

②CMY色彩空間：三基色是青、品紅和黃，簡稱為CMY，適用于彩色印刷或彩色打印。

③YUV和YIQ色彩空間：適用于彩色電視系統(tǒng)，其中Y表示亮度信號，UV表示色差信號。美國、日本采用YIQ彩色系統(tǒng)，Y仍為亮度信號，IQ表示色差信號。

④HSL色彩空間:H表示色調，S表示顏色的飽和度，L表示光的亮度。7.4.3圖像信息的數(shù)字化

一幅圖像在用計算機進行處理之前必須先轉化為數(shù)字形式。圖像數(shù)字化過程可分為采樣、量化和編碼。

(1)采樣：圖像采樣就是對圖像在水平方向和垂直方向上等間隔地分割成矩形網狀結構，每個矩形網格稱為像素點。像素總數(shù)就是圖像的分辨率。(2)量化：是將采樣值劃分成各種等級，用一定位數(shù)的二進制數(shù)來表示采樣的值。量化位數(shù)越大，則越能真實地反映原有圖像的顏色，但得到的數(shù)字圖像容量也越大。

在量化時表示量化的色彩值(或灰度值)所需的二進制位數(shù)稱為量化字長。一般可用8位、16位、24位或更高的量化字長來表示圖像的顏色。

(3)編碼：圖像編碼是按一定的規(guī)則，將量化后的數(shù)據(jù)以二進制形式存儲在文件中。

7.4.4圖像的屬性(1)圖像分辨率

是指打印圖像時，在每英寸上打印的像素數(shù)。(圖像的像素大小是指位圖在高、寬兩個方向的像素數(shù)相乘的結果。)(2)顏色數(shù)量和深度

顏色深度是指在某一顏色系統(tǒng)中圖像的每個顏色所用的二進制位數(shù)，而顏色數(shù)量是指該顏色系統(tǒng)中共有多少種顏色。

顏色深度小于24bit的圖像稱為索引彩色圖像，其像素顏色取自一個顏色查找表中最接近的顏色，這種方法顯示的顏色不是圖像本身真正的顏色，稱為偽彩色。當某個圖像的顏色深度達到或高于24bit時，其顏色數(shù)量已經足夠多，且圖像的色彩和表現(xiàn)力非常強，基本上還原了自然影像，習慣上把這種圖像叫做“真彩色圖像”。

真彩色的每個像素的顏色由RGB基色分量的數(shù)值直接決定。每個基色分量占一個字節(jié)，共有3個字節(jié)即24bit，可生成的顏色數(shù)為224=16777216，即1600萬種顏色。

而32位真彩色是用其中的24位描述顏色部分，另外8位記錄256級灰度，用以加強真彩色的質量。7.4.6圖像信息的獲取方法(1)使用數(shù)碼相機拍照

利用數(shù)碼相機或者數(shù)碼攝像機直接拍攝自然影像，是最簡單的獲取圖像的手段。(2)使用掃描儀掃描

在掃描圖像時，應根據(jù)圖像的使用場合，選擇合適的掃描分辨率。分辨率越大，圖像的細節(jié)部分越清晰，但是圖像的數(shù)據(jù)量也會越大。(3)使用現(xiàn)成圖像

可從正式出版的圖片庫光盤或互聯(lián)網上獲得。7.5.1動畫的概念和發(fā)展歷史

動畫由多幅畫面組成，當畫面快速連續(xù)地播放時，由于人類眼睛存在“視覺滯留效應”而產生動感。所謂“視覺滯留效應”是指當被觀察的物體消失后，物體仍在大腦視覺神經中停留的時間約為1/24s。換句話說，如果每秒快速更換24個畫面或更多的畫面，那么，前一個畫面在腦海中消失之前，下一個畫面已經映入眼簾，大腦感受的影像是連續(xù)的。7.5.2電腦動畫

電腦動畫有兩大類，一類是幀動畫，另一類是矢量動畫。

幀動畫以幀作為動畫構成的基本單位，很多幀組成一部動畫片。幀動畫借鑒傳統(tǒng)動畫的概念，一幀對應一個畫面，每幀的內容不同。當連續(xù)演播時，形成動畫視覺效果。

矢量動畫是經過電腦計算而生成的動畫，其畫面只有一幀，主要表現(xiàn)變化的圖形、線條、文字和圖案。矢量動畫通常采用編程或矢量動畫制作軟件來完成。7.5.3制作動畫的設備和軟件

制作動畫應盡可能采用高速CPU，足夠大的內存容量，以及大的硬盤空間，制作三維動畫時最好配置較高檔的顯示卡。常用的動畫制作軟件：

Flash網頁動畫軟件。

3DStudioMax三維造型和動畫軟件。7.5.4視頻處理

視頻與動畫沒有本質的區(qū)別。視頻來自于數(shù)碼攝像機拍攝和經數(shù)字化的模擬攝像資料等，常用于表現(xiàn)真實場景。動畫則是借助于編程或動畫制作軟件生成一系列景物畫面。

常用的視頻編輯軟件：

Premiere視頻編輯軟件。繪聲繪影視頻編輯軟件。7.5.4動畫和視頻常見的文件格式

(1)GIF格式：有兩種類型，一種是固定畫面的圖像文件；另一種是多畫面動畫文件，均采用256色。

(2)SWF格式：用Flash軟件制作的動畫文件格式。該格式的動畫主要在網絡上演播，特點是數(shù)據(jù)量小，動畫流暢，但不能進行修改和加工。

(3)AVI格式(標準)：通用的視頻文件格式。兼容好、調用方便、圖像質量好，但缺點是文件體積過于龐大。

(4)DVAVI格式：數(shù)碼AVI格式。它不同于傳統(tǒng)AVI格式，數(shù)碼攝像機就是使用這種格式記錄視頻數(shù)據(jù)的。

(5)DivX格式：采用DivX編碼的AVI格式。它可把DVD視頻壓縮為原來的10%，質量接近DVD視頻光盤的效果。經壓縮后的視頻文件擴展名也是.avi。(6)MPEG格式：用MPEG算法壓縮得到的視頻文件。VCD是用MPEG-1格式壓縮的，DVD則是用MPEG-2格式壓縮的。

(7)RM格式：視頻流媒體技術始創(chuàng)者。圖像質量較差。特別適合帶寬較小的網絡用戶在網上實時觀看。

(8)RMVB格式：它是RM格式的升級。它的文件大小比DivX影片減少了近45%，而視聽覺效果與其相當。

(9)ASF格式：微軟開發(fā)的適合在網頁中插播的流格式視頻文件。(10)WMV：也是微軟開發(fā)的一種可在網上實時播放流格式視頻文件。效果好于ASF和RM格式的視頻文件。7.6.1多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述

嚴格意義上的數(shù)據(jù)壓縮起源于人們對概率的認識。當我們對文字信息進行壓縮編碼時，如果為出現(xiàn)概率較高的字母賦予較短的編碼，為出現(xiàn)概率較低的字母賦予較長的編碼，總的編碼長度就能縮短不少。壓縮就是去掉信息中的冗余，即保留不確定的信息，去除確定的信息(可推知的)。(1)多媒體數(shù)據(jù)壓縮的必要性圖像（30萬像素，真彩色）

(640×480×24)÷8÷1024=900KB視頻（PAL制式,每秒25幀）(900×25)÷1024≈22MB/s聲音（采樣頻率44.1KHz，16位量化，雙聲道）(44.1×1000×16×2)÷8÷1024=172KB/s(2)多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性

多媒體數(shù)據(jù)可以被壓縮，是因為其中存在著冗余信息。

1.空間冗余：圖像中的某個區(qū)域相鄰像素的顏色信息相同，則該相鄰像素在數(shù)字化圖像中就表現(xiàn)為空間冗余。

2.時間冗余：在一個圖像序列的兩幅相鄰圖像中，后一幅圖像與前一幅圖像之間有著較大的相關。

3.結構冗余：有些圖像的紋理區(qū)，圖像的像素值存在著明顯的分布模式。于是，已知分布模式，可以通過某一過程生成圖像。

4.知識冗余：有些圖像的理解與某些基礎知識有相當大的相關性。例如，人臉的圖像有固定的結構。

5.視覺冗余：是指人的視覺分辯率要低于實際圖像而產生的冗余。

例如，人的視覺對灰度的分辯率為26，而一般圖像量化采用的灰度等級為28。7.6.2多媒體數(shù)據(jù)壓縮的主要方法

多媒體數(shù)據(jù)壓縮的主要方法可分為統(tǒng)計編碼、預測編碼、變換編碼等。7.6.3多媒體的主要壓縮標準

(1)JPEG標準：適合靜態(tài)彩色和灰度圖像。一般對單色和彩色圖像的壓縮比通常分別為10:1和15:1。以JPEG方式壓縮的文件擴展名為.JPG。JPEG201*：JPEG的升級版，其壓縮率比JPEG高約30％左右。(2)MPEG標準：針對運動圖像設計的壓縮標準。MPEG-1是一個通用標準。VCD采用MPEG-1壓縮標準。

MPEG-2標準適合HDTV高清電視的視頻及伴音信號壓縮，DVD采也用MPEG-2標準。

MPEG-4可利用很窄的帶寬壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求用最少數(shù)據(jù)獲得最佳圖像質量。它的目的是用來做互聯(lián)網視像傳送、交互式視頻游戲，實時可視通信等。

MPEG-7主要用于多媒體信息檢索服務，本質上說就是我們常常在網上使用的搜索引擎，只不過它提供的是多媒體的信息查詢服務。(3)H.261視聽通信編碼

H.261是國際電聯(lián)為可視電話和電視會議制定的壓縮標準。其主要缺點是圖像質量較差。

第八章計算機網絡技術

網絡主要有三種：電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡，其中發(fā)展最快并起核心作用的是計算機網絡(ComputerNetwork)。7.1.2計算機網絡的產生與發(fā)展第1階段：網絡誕生階段(一臺主機聯(lián)接多個終端)第2階段：網絡形成階段

(用通信線路將若干臺主機互連,實現(xiàn)資源共享)第3階段：互聯(lián)互通階段

(計算機網絡得到普及化的階段,網絡體系結構標準化)第4階段：大型高速網絡階段

(全球以美國為核心的高速計算機互聯(lián)網絡即Internet已經形成，并迅速普及。)8.1.2計算機網絡的定義與分類

定義:計算機網絡是利用通信設備和線路將分布在不同地理位置的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)網絡中資源共享和通信的系統(tǒng)。從系統(tǒng)功能的角度來看，一個網絡包括三個組成部分：

(1)通信子網：負責數(shù)據(jù)通信，是實現(xiàn)網絡通信功能的設備及其軟件的集合。(如傳輸線路、通信設備)

(2)資源子網：實現(xiàn)網絡資源共享的設備和軟件集合。(如計算機、軟件、網絡數(shù)據(jù)等)

(3)通信協(xié)議：通信雙方共同遵守的規(guī)則和約定。

分類----從規(guī)模上可以分為以下幾種：局域網→城域網→廣域網→互聯(lián)網接入網在一般意義上是指骨干網到用戶終端之間的所有設備，其長度一般為幾百米到幾公里，因而被形象地稱為“最后一公里”。由于骨干網一般采用光纖結構，傳輸速度快，因此接入網便成了整個網絡系統(tǒng)的瓶頸。

局域網:通常指覆蓋距離小于10km以內的網絡，其應用場合有：同一房間內的所有主機、同一樓內的所有主機、同一校園內或企業(yè)園區(qū)內的所有主機(如大學校園網、企業(yè)網、智能小區(qū)網等等)。

城域網:指所有主機分布在同一城市內，覆蓋范圍大約在10～100km�？梢詾橐粋�或幾個單位所擁有，用來將多個局域網進行互連。城域網往往由許多大型局域網組成，是局域網或個人用戶與Internet連接的一個中間層次，是一個電信運營級網絡，如中國電信下屬的各個城市電信網絡。廣域網：指網絡中所有主機與工作站點分布的地理范圍覆蓋幾十到幾千公里的范圍，比如同一個大城市，同一個國家或同一個洲甚至跨越幾個洲等。一般將城域網以上的骨干網稱為廣域網。如中國電信骨干網就是由多個城域網互聯(lián)，它通過北京、上海、廣州3個國際出口接入到全球Internet中。

互聯(lián)網:Internet是遍布全球的聯(lián)絡各個計算機網絡平臺的總網絡。8.1.3計算機網絡的功能

數(shù)據(jù)通信(這是計算機網絡最基本的功能。)

資源共享(網絡的軟硬件資源可為多個用戶所共享。)

并行和分布式處理(將任務分散到不同的計算機上進行并行和分布處理，均衡各計算機的負載。)

提高系統(tǒng)可靠性(一旦某臺計算機出現(xiàn)故障，網絡上其它的計算機馬上上可以承擔原先由該故障機所承擔的任務。)8.1.4計算機網絡拓撲結構

在計算機網絡中，人把計算機、服務器、交換機、路由器等網絡設備抽象為“點”，把網絡中的電纜等通信介質抽象為“線”，這樣就可以將一個復雜的計算機網絡系統(tǒng)抽象為由點和線組成的幾何圖形。人們稱這種圖形為網絡的拓撲結構。網絡拓撲結構的類型：(1)總線型網絡

將所有的節(jié)點都連接到一條電纜上布線方式。設備：網卡、同軸電纜、連接頭。

特點:安裝簡便，成本低，但故障診斷較困難。說明：該拓撲結構基本被淘汰。(2)星型網絡

由中央節(jié)點與各個計算機連接組成的網絡。設備：網卡、雙絞線、交換機。

特點：控制簡單、故障診斷容易、容易在網絡中增加新的站點。缺點是中心節(jié)點負擔較重。

說明：該拓撲結構在局域網中應用最廣。(3)環(huán)型網絡

環(huán)型網絡各個結點在網絡中形成一個閉合的環(huán)，信息在環(huán)中作單向流動，可以實現(xiàn)任意兩個結點之間的通信。

說明：該拓撲結構基本被淘汰。(4)樹型網絡

樹型網絡是星型網絡的一種變體，它是一個樹形層次結構的網絡拓撲。(5)網狀型網絡

網狀型網絡的每一個節(jié)點都與其他節(jié)點有一條專業(yè)線路相連。

在上述5種拓撲結構中，前3種主要用于局域網。另外，在實際網絡中，特別是大型的網絡結構中，網絡的拓撲結構一般是上述幾種網絡相互連接而成，整個網絡并沒有一個統(tǒng)一的拓撲結構。8.1.5計算機網絡性能指標

帶寬：網絡上能夠同時傳輸信息的最大容量。

時延：指一個數(shù)據(jù)分組從網絡的一端傳輸?shù)侥繕硕怂�需要的時間。網絡容量：指一個網絡中所能容納的最大的網絡終端數(shù)目。

支持的協(xié)議與服務：網絡所支持的協(xié)議越多，則能提供的服務也越多。8.2.1網絡體系結構概述

在計算機網絡中為進行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定稱為網絡協(xié)議。一個協(xié)議定義了通信內容是什么，通信如何進行以及何時進行。

相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調地工作，而這種“協(xié)調”是相當復雜的。采用“分層”的方式可將復雜的問題轉化為若干比較易于研究和處理的局部問題。計算機網絡的體系結構就是指網絡所劃分的各層及在這些層上所使用的協(xié)議的集合。

分層是一種很有用的思想，它簡化了協(xié)議的設計，每一層完成一定的功能。網絡功能分層的好處是這些層次可以各司其職，由不同廠家開發(fā)的各層軟硬件設備可以配合使用。一個層次的設備更新或軟件重寫不會影響到其它層次。8.2.2ISOOSI/RM模型

OSI是一個七層網絡模型，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。每一層均有自己的一套功能集，并與緊鄰的上層和下層交互作用。

需要指出的是OSI參考模型僅僅是一個為制定標準而提供的概念性框架。在所有計算機網絡參考模型中OSI參考模型和TCP/IP參考模型最重要的兩個。物理層：該層負責原始的比特流數(shù)據(jù)信號的傳送以及定義計算機和通訊設備之間的接口標準。

數(shù)據(jù)鏈路層：負責網絡內部的幀傳輸，用于建立、維護和釋放數(shù)據(jù)鏈路，以及傳輸差錯的檢出與恢復。

網絡層：解決的是網絡與網絡之間的通信問題。即無論兩臺計算機相距多遠，中間相隔多少個網絡，這一層保障它們可以互相通信。傳輸層：作用是把數(shù)據(jù)可靠地從一方送到另一方，解決的是數(shù)據(jù)在網絡之間傳輸?shù)馁|量問題。該層傳送的信息單位是報文。會話層：功能包括：負責建立和終止網絡的數(shù)據(jù)傳輸。

表示層：負責數(shù)據(jù)的表示，比如發(fā)送數(shù)據(jù)之前的加密，接收數(shù)據(jù)時的解密，中英文的翻譯等等。

應用層：該層提供網絡與用戶應用軟件之間的接口服務。常用的電子郵件服務，文件傳輸服務等都是這一層提供的。

例如，主機A向主機B傳送數(shù)據(jù)時，應用進程要把數(shù)據(jù)逐層向下傳，經過傳輸層后進入到網絡層，該層將報文拆成若干IP數(shù)據(jù)報(分組)，再往下傳到數(shù)據(jù)鏈路層組成幀，然后經物理層形成比特流進入通訊網絡。每層向下傳時加入該層相關控制信息，傳入主機B后再一層層地剝去控制信息，最后完成數(shù)據(jù)的傳送。在OSI的7層模型中，網絡層以下3層表現(xiàn)為通訊子網，之上的各層表現(xiàn)為資源子網。

8.2.3TCP/IP模型

TCP/IP意為傳輸控制協(xié)議/互連網協(xié)議。TCP/IP實際上已經成為互連網通信的標準。

OSI參考模型應用層表示層會話層傳輸層網絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層TCP/IP參考模型應用層傳輸層互聯(lián)層網絡層主機-網絡層網絡接口網絡接口層：該層由數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合并而成，利用原有數(shù)據(jù)鏈路層和物理

層標準。

網絡層：主要協(xié)議是網際協(xié)議IP，由它處理分組在網絡中的傳輸。

傳輸層：主要為兩臺主機上的應用程序提供有連接（TCP協(xié)議）或無連接（UDP協(xié)議）通信。

應用層：綜合了OSI應用層、表示層、會話層的功能。8.3計算機網絡的通信介質8.3.1雙絞線

類型:屏蔽雙絞線（STP）；非屏蔽雙絞線（UTP）

5類和超5類雙絞線是目前網絡布線的主流。6類雙絞線主要用于的千兆網上，現(xiàn)在也普遍用于局域網中。8.3.2同軸電纜

同軸電纜用于總線型網絡拓撲中。而目前同軸電纜大多已被光纖取代。但有線電視和某些局域網還有使用。8.3.3光纖

光纖采用非常細的石英玻璃纖維作為纖芯，外涂一層低折射率的包層和保護層。8.3.4微波

微波是一種重要的無線傳輸介質。數(shù)字微波設備所接收與傳送的是數(shù)字信號，有較好的通信品質。8.4.1計算機網絡硬件

計算機網絡硬件主要包括網絡中的計算機設備和網絡通信設備兩大類。常見的網絡計算機設備有服務器、客戶機。

(1)服務器：是提供網絡服務的主機，一般網絡服務器要安裝相關的服務軟件并能被網絡中的其它計算機訪問。網絡服務器有文件服務器、WWW服務器、郵件服務器、通信服務器、數(shù)據(jù)庫服務器等。

(2)客戶機：有時也稱為工作站，通過它可以訪問服務器上的資源。常見的網絡通信設備有網卡、中繼器、網橋、集線器、交換機、路由器等。(1)網絡接口卡：簡稱網卡，它能夠使工作站、服務器、打印機或其他節(jié)點通過網絡介質接收并發(fā)送數(shù)據(jù)。全球每個網卡都有一個唯一的網卡地址(MAC)，網卡屬于OSI模型的物理層的設備。

(2)中繼器：由于信號在傳輸過程中有衰減，中繼器作用是放大信號以使其傳輸?shù)酶�遠一些。中繼器屬于OSI模型的物理層的設備。

(3)集線器：也稱為HUB，它只是一個信號放大和中轉的設備，有多個端口連接一組工作站。集線器的基本功能是信號分發(fā)，把一個端口接收的信號向所有端口分發(fā)出去。因而容易形成數(shù)據(jù)堵塞。集線器屬于OSI模型的物理層的設備。(4)網橋：具有單個的輸入端口和輸出端口的設備，它像一個聰明的集線器，將兩個相似的網絡連接起來，并對網絡數(shù)據(jù)的流通進行管理。網橋屬于OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層設備。

(5)交換機：交換機又叫智能集線器或多端口網橋，它的每一個端口都扮演一個網橋的角色，即數(shù)據(jù)在轉發(fā)過程中具有過濾作用，在交換機內部有一個端口與網卡地址對照表，它負責將每一信息包獨立地從源端口送至指定網卡地址的目的端口，一個端口工作時不會影響到其它端口的傳輸(例如，一個8端口的交換機理論上在同一時刻允許4對網絡接口設備交換數(shù)據(jù))，功能和效率均優(yōu)于集線器。它屬于OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層設備，主要用于局域網內部各端口間的數(shù)據(jù)交換。交換機的最基本功能就是集中連接網絡設備（如服務器、工作站、路由器、網絡打印機等），共同構成星形網絡。

(6)路由器：主要用于互連局域網和廣域網，實現(xiàn)不同網絡互相通信。在互聯(lián)網絡環(huán)境下，信息從一個網絡傳到另一個網絡時，有一個選擇最佳路徑進行通信的問題，這個最佳路徑由路由器提供。路由器屬于OSI模型的網絡層設備。(7)網關：是最復雜的網絡連接設備，主要用于連接差別非常大的異種網絡，與路由器相比，網關主要工作在OSI的傳輸層以上。網關按功能可分為以下三類：①協(xié)議網關。能夠將兩個網絡中的使用不同傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)進行相互翻譯轉換。

②應用網關。是為特定應用而設置的網關，如各種常見的代理服務器。③安全網關。是使用防火墻技術設置的網關，對本地網具有安全保護作用。網關是硬件和軟件的結合產品，既可以是帶網關功能的路由器，也可以是運行在服務器、微機或大型機上的網關軟件，也可以是專業(yè)網關設備。8.4.2計算機網絡軟件

網絡軟件系統(tǒng)主要包括有：網絡操作系統(tǒng)；網絡通信協(xié)議；網絡工具軟件；網絡應用軟件

8.5Internet技術8.5.1Internet概述(1)Internet產生

在90年代以前，Internet的使用一直僅限于研究與學術領域。1991年，美國的三家公司分別開始經營自己的網絡，于是出現(xiàn)了Internet商業(yè)化服務提供商，從此世界各地無數(shù)企業(yè)及個人紛紛涌入Internet，由此帶來Internet發(fā)展史上一個飛躍。

1997年10月10日，美國政府在此基礎上提出下一代Internet計劃。(2)Internet在中國到目前為止，我國已建成了包括中國長城互聯(lián)網、中國聯(lián)通網、中國移動通訊網、中國網絡通信網、中國對外經濟貿易網等10個全國范圍的公用計算機網絡。8.5.2網絡IP地址

為了使計算機相互識別并進行通信，每臺連入互聯(lián)網中的計算機都有一個“號碼”，這個“號碼”稱為該計算機的因特網地址，由于這個地址是在IP協(xié)議中定義并由該協(xié)議處理的，因此通常稱為IP地址。

IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，它是網絡層的協(xié)議。在TCP/IP中，IP地址是一個很基本的概念，是理解網絡通信的一個重要基礎。8.5.3Internet接入方式

從用戶的角度看，將計算機接入Internet的最基本的方式有三種：通過局域網接入、電話線接入、有線電視電纜接入。另外，還可以通過無線方式接入。用戶一般是通過ISP接入Internet的。(1)電話撥號上網PSTN（公用電話交換網）：即“撥號接入”，就是指通過普通電話線上網。有根電話線，再加個MODEM就行了。由于MODEM的帶寬只有最快56Kbps，限制了其使用范圍，一般適合于有直拔電話的家庭臨時上網使用。(2)ISDN撥號上網

ISDN即綜合業(yè)務數(shù)字網(一線通)，可同時打電話與上網，僅能提供128Kbps的傳輸速率。(3)ADSL撥號上網

不對稱數(shù)字用戶網絡。可提供上行640Kbps到1Mbps，下行1Mbps到8Mbps的網速，用戶需要安裝的ADSL設備包括：ASDLModem、濾波器，主機需要安裝網卡。ADSL上網方式：

a、虛擬撥號上網

用戶在電腦上運行一個專用客戶端軟件，當通過身份驗證時，獲得一個動態(tài)的IP，即可連通網絡。b、專線方式

如果你申請ADSL是為了能自己做主頁，讓別人來瀏覽，你可以申請固定IP地址的上網方式，但上網費用會高一些。虛擬拔號對于上網時不懂如何保護自己電腦的人更適合，因為上網時的IP是不固定的，那么也防止有些人通過查找你的固定IP而攻擊你。(4)LAN專線上網

這是一種基于高速光纖局域網技術的接入方式，用戶的計算機連接到某個局域網(如校園網)上，成為該局域網中的一個節(jié)點。然后再將局域網通過主干網專線連接到Internet上。(5)有線寬帶上網

Cabel－Modem是廣電系統(tǒng)普遍采用的接入方式，有線電視網光纜天然就是一個高速寬帶網，可以提供上行8M、下行30M的理論接入速率。(6)無線上網

無線接入技術可以分為固定接入(無線局域網)和移動接人(無線廣域網GSM、CDMA)兩大類。

無線局域網上網需要電腦有無線網卡，周圍有無線路由器AP開放。無線廣域網上網分移動GPRS和聯(lián)通CDMA兩種。只要在有手機信號的地方就可以上網。8.6.1域名系統(tǒng)

域名:為方便記憶而為計算機進行命名。與IP地址作用同，但便于記憶。(通常95%的個人用戶入網后由ISP提供一個動態(tài)IP地址，沒有域名)域名系統(tǒng)DNS:完成域名向IP地址的轉換。是由若干個域名服務器程序完成的。域名解析就是將域名翻譯成IP地址的過程。8.6.2WWW服務

WWW服務是在Internet上最熱門的服務之一，它已成為很多人在網上查找、瀏覽信息的主要手段，具有強大的信息連接功能。(1)Web(萬維網)

所謂WWW(WorldWideWeb)，也稱或Web，是建立在客戶機/服務器模型之上，以HTML語言和HTTP協(xié)議為基礎，能夠提供面向各種Internet服務的信息瀏覽系統(tǒng)。萬維網的工作方式:

WWW是基于客戶機/服務器方式工作的�？蛻魴C與服務器各自完成不同的功能，其中：

①瀏覽器。是一種安裝在客戶端專門用于定位和訪問Web信息，獲取相關資源的導航工具。通過瀏覽器，除了可以訪問WWW資源空間的信息外，還可以訪問包括Telnet、FTP、電子郵件等全部的Internet資源。②WWW服務器(又稱Web服務器)。存放有網頁，即瀏覽器中所看到的畫面�？蛻舫绦蛳蚍�務器程序發(fā)出請求，服務器程序向客戶程序送回客戶所要的網頁文檔。

(2)URL(統(tǒng)一資源定位符)

也稱為Web地址或網址。

一個完整的URL包含三個部分：第一部分使用的是通訊協(xié)議；第二個部分是服務器的名稱或IP地址；第三是部分是網頁或文件的文件名。三者組合起來，就是完整的URL。例如:

http://主機全名[：端口號]/文件路徑/文件名ftp://用戶名@服務器域名/目錄文件telnet://服務器域名

例：ftp://ftp.microsoft.com/Softlib/(3)主頁

我們把只使用域名，如()就可以瀏覽到的第一個網頁稱為該網站的主頁，主頁實際上也是一個Web站點的首頁。通過主頁中的超鏈接就可以瀏覽該網站的其它頁面。

網頁(Web頁):瀏覽器中所看到的畫面。(4)搜索引擎

是專業(yè)搜索網站為用戶提供的檢索信息的搜索工具，常見有百度搜索()、Google搜索()、雅虎搜索()、搜狐()等。8.6.3文件傳輸(FTP)

FTP就是將遠程計算機中的文件拷貝到自己計算機中，或將本地計算機中的文件拷貝到遠程計算機中。

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