1、3.1 计算机概述3.1.1 3.1.1 计算机的发展趋势计算机的发展趋势n世界上第一台电子计算机诞生于世界上第一台电子计算机诞生于19461946年年真空电子管计算机（真空电子管计算机（5050年代）年代）晶体管计算机（晶体管计算机（5050年代年代6060年代中期）年代中期）集成电路计算机（集成电路计算机（6060年代中期年代中期7070年代）年代）大规模集成电路和超大规模集成电路计算机大规模集成电路和超大规模集成电路计算机 计算机的发展趋势：计算机的发展趋势：超级计算机。发展高速度、大容量、超级计算机。发展高速度、大容量、功能强大的超级计算机，用于处理庞大而复功能强大的超级计算机，用于处
2、理庞大而复杂的问题。杂的问题。微型计算机。微型计算机。智能计算机。智能计算机。普适计算机。普适计算机。网络与网格。网络与网格。有关专家作了初步论证：互联网实现了有关专家作了初步论证：互联网实现了计算机硬件的连通，万维网实现了网页的连计算机硬件的连通，万维网实现了网页的连通，而网格试图实现互联网上所有资源（包通，而网格试图实现互联网上所有资源（包括计算资源、软件资源、信息资源、知识资括计算资源、软件资源、信息资源、知识资源等）的连通。源等）的连通。n正在进入第五代正在进入第五代(生物计算机、量子计算生物计算机、量子计算机、光计算机等等机、光计算机等等)日本电气公司研制出量子计算机基本电路 攻击现
3、有密码体系，用传统计算机要花费攻击现有密码体系，用传统计算机要花费上千年，而用量子计算机只需数分钟。因而，上千年，而用量子计算机只需数分钟。因而，量子计算机被视为替代目前硅芯片计算机的量子计算机被视为替代目前硅芯片计算机的“未来之星未来之星”。日本电气公司等最近制成了量。日本电气公司等最近制成了量子计算机的基本电路，在极低温状态下运算成子计算机的基本电路，在极低温状态下运算成功，这是研制量子计算机过程中的一大突破。功，这是研制量子计算机过程中的一大突破。据据读卖新闻读卖新闻3030日报道，日本电气公司基础日报道，日本电气公司基础研究所首席研究员蔡兆申领导的研究小组用氧研究所首席研究员蔡兆申领导
4、的研究小组用氧化铝制成了五百分之一毫米大小的电路，在近化铝制成了五百分之一毫米大小的电路，在近于绝对零度于绝对零度(零下零下273273摄氏度摄氏度)的极低温条件下，的极低温条件下，控制处于超导状态的电子量子，成功完成了预控制处于超导状态的电子量子，成功完成了预定运算程序。定运算程序。量子计算机根据原子或原子核所具有的量量子计算机根据原子或原子核所具有的量子学特性来工作。量子理论认为，非相互作用子学特性来工作。量子理论认为，非相互作用下，原子在任一时刻都处于两种状态，比如，下，原子在任一时刻都处于两种状态，比如，量子粒子可以同时向不同方向旋转。量子粒子可以同时向不同方向旋转。当粒子旋转方向是向
5、上的，其状态可以读作当粒子旋转方向是向上的，其状态可以读作“1”1”；如果是向下，则可读作；如果是向下，则可读作“0”0”，于是它，于是它们便与组成传统计算机二进制语言的们便与组成传统计算机二进制语言的“1”1”和和“0”0”相对应。传统计算机用的是晶体管，利用相对应。传统计算机用的是晶体管，利用晶体管的开和关表示晶体管的开和关表示“1”1”和和“0”0”，处理数据，处理数据只能分步完成，而量子计算机由于原子在任一只能分步完成，而量子计算机由于原子在任一时刻都处于两种状态，任务同时完成，这样就时刻都处于两种状态，任务同时完成，这样就使运算速度发生质的飞跃，这在蛋白质解析和使运算速度发生质的飞跃
6、，这在蛋白质解析和通信加密技术等领域大有用武之地。通信加密技术等领域大有用武之地。计算机的组成计算机的组成 输入设备 输出设备 通信设备 辅助存储器 处理器 主存储器 控制部件 算术/逻辑部件单元 寄存器区域 图图3-1-计算机内部构造图计算机内部构造图 主机 1 1、中央处理器、中央处理器（Central Processing Central Processing Unit,CPUUnit,CPU）CPUCPU是系统最主要的部件，它由运算器和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。控制器两个主要部分组成。q运算器运算器：计算机的运算单元。主要用于完成算：计算机的运算单元。主要
7、用于完成算术运算和逻辑运算。术运算和逻辑运算。q控制器控制器：计算机的神经中枢，它按照主频的节：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。拍发出各种控制信息，以指挥整个计算机工作。CPUCPU运算速度是决定计算机系统性能的重运算速度是决定计算机系统性能的重要指标要指标 2 2、存储器、存储器（memorymemory）存储器是计算机必备的主要部件，分为主存储器和辅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：助存储两类：q主存储器（主存储器（Read Only Memory,ROMRead Only Memory,ROM）：计算机运行过程中：计算机运
8、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。导体存储器组成。q辅助存储器辅助存储器：辅助存储器又称外部存储器，简称外存，用于：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）、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：光盘、移动硬盘、闪存存储器：USB FLASHUSB FLASH盘（又称优盘和盘（又称优盘和闪盘）闪盘）3 3、输入设备、输入设备q计算机键盘（计算机键盘（KeyboardKeyboard）、鼠标器）、鼠标器(Mo
9、use)(Mouse)；q图文扫描仪、条形码阅读器；图文扫描仪、条形码阅读器；q触摸屏、手写体输入设备、语音输入设备；触摸屏、手写体输入设备、语音输入设备；q磁盘（带）、磁盘（带）、A/DA/D，D/AD/A模块。模块。4 4、输出设备、输出设备q显示器显示器q打印机（针式打印机（针式/激光激光/喷墨）喷墨）q绘图仪语音合成与输出设备绘图仪语音合成与输出设备q磁盘（带）、磁盘（带）、qA/DA/D，D/AD/A模块模块 5 5、其他设备、其他设备 例如：机箱、主板、系统功能扩展卡（声卡、例如：机箱、主板、系统功能扩展卡（声卡、显卡、网卡等）、光驱等。显卡、网卡等）、光驱等。软件技术就是研究计算
10、机软件技术就是研究计算机、及其所依赖的及其所依赖的 (如数据如数据结构、数据库原理等结构、数据库原理等)和和 (如系如系统开发方法等统开发方法等)。3.1.2 3.1.2 计算机软件技术计算机软件技术 指为管理、控制和维护计算机及外设，以及提供计算机与用户界面等的软件。指面向用户的、为用户服务的软件。如操作系统如操作系统 (OS)(OS)、数据库管理系、数据库管理系统统 (DBMS)(DBMS)、各种语言编译系统等。、各种语言编译系统等。如科学计算类软件、数据处理类软如科学计算类软件、数据处理类软件、辅助设计类软件等。件、辅助设计类软件等。操作系统具备两大功能操作系统具备两大功能:1 1、系统
11、资源的管理。、系统资源的管理。2 2、用户与计算机之间的接口。、用户与计算机之间的接口。WindowsWindowsUnixUnix操作系统操作系统LinuxLinux操作系统操作系统OS/2OS/2操作系统操作系统Mac OSMac OS操作系统操作系统操作系统操作系统3.2 3.2 数据处理数据处理对象对象数据数据信息信息知识知识识别、检测、表达转变、处理获取、创造一、概念一、概念 按照应用的要求，采用一定的方法和手段对数据进行收集、存储、加工、传输和输出这样一个过程的总称。P47P47应用的要求应用的要求一定的方法和手段一定的方法和手段输出输出数据处理的依据决定了数据处理的效率和效果数据
12、处理的归宿数据处理的目的n1.1.把数据转换成便于观察分析、传送或进一步把数据转换成便于观察分析、传送或进一步处理的形式。处理的形式。n2.2.从大量的原始数据中抽取，推导出对人们有从大量的原始数据中抽取，推导出对人们有价值的信息以作为行动和决策的依据。价值的信息以作为行动和决策的依据。n3.3.利用计算机科学地保存和管理已经过处理利用计算机科学地保存和管理已经过处理(如校验、整理等如校验、整理等)的大量数据的大量数据,以便人们能方以便人们能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。便而充分地利用这些宝贵的信息资源。1 1、数据收集、数据收集2 2、数据转换、数据转换3 3、数据的筛选、分组和排序、
13、数据的筛选、分组和排序4 4、数据的组织、数据的组织5 5、数据的运算、数据的运算6 6、数据存储、数据存储7 7、数据检索、数据检索8 8、数据输出、数据输出内容内容P47-481 1、简单应用、简单应用 (20(20世纪世纪5050年代以前年代以前)无数据管理及完全分散的手工方式无数据管理及完全分散的手工方式 无外存或只有磁带外存，输入输出设备简单。无外存或只有磁带外存，输入输出设备简单。无操作系统，无文件管理系统，无管理数据无操作系统，无文件管理系统，无管理数据的软件。的软件。二、数据处理的发展阶段二、数据处理的发展阶段应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序n数据组数据组1
14、数据组数据组2数据组数据组n .数据是程序的组成部分，数据不独立。数据是程序的组成部分，数据不独立。外存外存有了很大的发展，输入、输出能力大大加强。有了很大的发展，输入、输出能力大大加强。系统软件方面出现了系统软件方面出现了操作系统、文件管理系统和多操作系统、文件管理系统和多用户的分时系统用户的分时系统2 2、文件系统、文件系统 (50(50年代后期到年代后期到6060年代中期年代中期)数据冗余度数据冗余度大。大。数据与程序数据与程序独立性仍不独立性仍不高。高。数据管理方面，实现了数据管理方面，实现了数据对程序的一定的独立性数据对程序的一定的独立性数据存取以记录为单位。数据存取以记录为单位。3
15、 3、数据库系统、数据库系统 (60(60年代后期开始年代后期开始)6060年代后期，计算机在管理中的应用更加广泛，数据量年代后期，计算机在管理中的应用更加广泛，数据量急剧增大，对数据共享的要求越来越迫切；急剧增大，对数据共享的要求越来越迫切；同时，大容量磁盘已经出现，联机实时处理业务增多；同时，大容量磁盘已经出现，联机实时处理业务增多；软件价格在系统中的比重日益上升，硬件价格大幅下降，软件价格在系统中的比重日益上升，硬件价格大幅下降，编制和维护应用软件所需成本相对增加。编制和维护应用软件所需成本相对增加。面向全组织的复杂数据结构。面向全组织的复杂数据结构。数据冗余度小，易于扩充。数据冗余度小
16、，易于扩充。数据与程序独立。数据与程序独立。3.3 3.3 计算机网络计算机网络3.3.1 3.3.1 数据通信系统数据通信系统 数据通信系统是以数据通信系统是以计算机为中心计算机为中心，结合，结合分散在远程的终端装置或其他计算机，通过分散在远程的终端装置或其他计算机，通过通信线路通信线路彼此连接起来，进行彼此连接起来，进行数据的传输、数据的传输、交换、存储和处理交换、存储和处理的设备总称。的设备总称。计算机（远程通信软件）.远程通信处理器远程通信信道和介质发信者发信者编码编码调制调制信道信道解调解调译码译码收信者收信者数据通信系统模型数据通信系统模型1 1、中央处理装置、中央处理装置2 2、
17、终端设备、终端设备3 3、通信线路、通信线路4 4、调制解调器、调制解调器5 5、集线器、集线器 数据通信系统主要由数据通信系统主要由中央处理装置、终端中央处理装置、终端设备、通信线路及相关设备设备、通信线路及相关设备 (如调制解调器、如调制解调器、集线器集线器)等三大部分组成。等三大部分组成。包括主处理机、前端机及通信处理机，包括主处理机、前端机及通信处理机，其主要功能有其主要功能有:完成两个部件之目的通信完成两个部件之目的通信;在通信系统与计算机主机之间形成一个在通信系统与计算机主机之间形成一个计算机级的接口，用以实现速度缓冲或计算机级的接口，用以实现速度缓冲或串串/并行转换。并行转换。向
18、系统发送数据或程序并从系向系统发送数据或程序并从系统接收信息。统接收信息。u调制解调器调制解调器：在通信过程中将数据信号转换成模拟信号或：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。者将模拟信号转换成数据信号的设备。u网络接口卡网络接口卡：网络接口卡简称网卡，用来负责计算机和网：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。络之间的集中数据转换。u中继器中继器：中继器是一种连接设备，用来连接两个以至于同：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
19、抗造成信号的衰减和畸变，增加信息传输的距离。线路的阻抗造成信号的衰减和畸变，增加信息传输的距离。u集线器集线器：集线器（：集线器（HUBHUB）是一个具有多个连接端口的设备，）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。每个端口可连接一个节点。u交换机交换机：交换机（：交换机（SwitchSwitch）是用来连接多网段的中规模以）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。上的局域网的一种网络连接设备。常见的网络互联设备 计算机网络是用通信计算机网络是用通信介质把分布在不同地理位介质把分布在不同地理位置的计算机和其他网络设置的计算机和其他网络设备连接起来，实现信息互备连接
20、起来，实现信息互通和资源共享的系统。通和资源共享的系统。P57P573.3.2 计算机网络计算机网络一、计算机网络的概念一、计算机网络的概念网络介质网络介质:数据传输的物理通道，有同轴电缆、双绞数据传输的物理通道，有同轴电缆、双绞线、光纤、微波、卫星信道等。线、光纤、微波、卫星信道等。协议协议:网络设备间进行通信的一组约定。如网络设备间进行通信的一组约定。如IEEE802.3，802.4，FDDI，ATM等。网络协议具体等。网络协议具体规定了设备间通信的电气性能、数据组织方式等。规定了设备间通信的电气性能、数据组织方式等。节点节点:网络中某分支的端点或网络中若千条分支网络中某分支的端点或网络中
21、若千条分支的公共汇交点。的公共汇交点。链路链路:是指两个相邻节点之间的通信线路。是指两个相邻节点之间的通信线路。计算机网络的重要概念计算机网络的重要概念P574双绞线双绞线 q分为屏蔽双绞线分为屏蔽双绞线（STP）与介质为非屏蔽双绞线与介质为非屏蔽双绞线（UTP）两种）两种，其中屏蔽双绞线具有较高的带宽，其中屏蔽双绞线具有较高的带宽，因成本高而较少出现，非屏蔽双绞线因成本低而流因成本高而较少出现，非屏蔽双绞线因成本低而流行，两对线型的接插头称为行，两对线型的接插头称为RJ11，四对线型的接插四对线型的接插头称为头称为RJ45。传输介质传输介质双绞线双绞线(Twisted pair cable)
22、4粗缆（粗缆（RG-11）：直径为直径为1.271.27厘米，最大传输距厘米，最大传输距离达到离达到500500米米 4细缆（细缆（RG-58）：直径为直径为0.260.26厘米，最大传输距厘米，最大传输距离离185185米米 传输介质同轴电缆(Coaxial cable)传输介质光纤地表卫星微波站（B）卫星通信地表地面波微波站（A）地面微波通信传输介质微波通信第一代第一代主计算机主计算机前端处理机前端处理机TCTC.TC多路器多路器终端控制器终端控制器二、计算机网络的演变和发展二、计算机网络的演变和发展第二代第二代IMPIMPIMPIMPIMPIMPHHHHHHHH主机 IMP接口报文处理机
23、第三代第三代 国际标准化的网络，具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化的协议。其互联的国际标准为ISO7498。该模型也称OSI七层模型。P59-60计算机网络的分类计算机网络的分类P58P58 局域网局域网(LAN)(LAN)传输距离传输距离0.10.110km10km，传送速率在，传送速率在1Mbps1Mbps10Mbps10Mbps。广域网广域网(WAN)(WAN)相距较远的局域网经由相距较远的局域网经由公共电信公共电信网络互连网络互连而成，数据传输速率一般在而成，数据传输速率一般在1.2kbps1.554Mbps1.2kbps1.554Mbps，传输距离，传输距离可遍及全球。可遍及全球
24、。InternetInternet（因特网）（因特网）是国际最大的互连网。是国际最大的互连网。InternetInternet已形成覆盖全球的网络，成为远程网的代名词。我国的已形成覆盖全球的网络，成为远程网的代名词。我国的CHINANETCHINANET、CERNETCERNET等都是该网的一部分。等都是该网的一部分。综合业务数字网综合业务数字网(ISDN)(ISDN)综合业务数字网是一种能在一综合业务数字网是一种能在一个网络内传送多种业务信息的网络，包括数据、图象、语音、个网络内传送多种业务信息的网络，包括数据、图象、语音、文字等，能够满足一个文字等，能够满足一个单位日常业务单位日常业务中网
25、络应用的需要。中网络应用的需要。所谓网络拓扑结构是指网络的链路和节点在地所谓网络拓扑结构是指网络的链路和节点在地理上所形成的几何结构。理上所形成的几何结构。用户通过终端用户通过终端可以访问分布可以访问分布在各处的主机在各处的主机上的数据信息，上的数据信息，从而实现整个从而实现整个系统的软硬件、系统的软硬件、信息等资源的信息等资源的共享。共享。三、网络拓扑结构网络拓朴结构.通信控制器通信控制器PC1PC2PC3点阵打印机点阵打印机硬盘驱动器硬盘驱动器激光打印机激光打印机a.星形网络星形网络.PC1PC2PC3点阵打印机点阵打印机激光打印机激光打印机b.总线形网络总线形网络.PC1PC2PC3硬盘
26、驱动器硬盘驱动器激光打印机激光打印机c.环形网络环形网络.集线器集线器PC1PC2PC3.PC4.PC5星形总线星形总线集线器集线器.PC4.PC5混合局域网拓朴结构.服务器服务器集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器集线器菊花链形菊花链形案例1：武科大中南分校的校园网建设目前，校园网和校园信息资源的建设已经被全国高校列为重点项目前，校园网和校园信息资源的建设已经被全国高校列为重点项目，并投入了大量的人力和物力。沿用传统的教学和管理手段已不能目，并投入了大量的人力和物力。沿用传统的教学和管理手段已不能满足学校对教学、科研和管理要求，更无法适应越来越激烈的竞争需满足学校对教学、科研和管理要求
27、，更无法适应越来越激烈的竞争需要，而这一切都需建立在网络基础之上。要，而这一切都需建立在网络基础之上。学校希望扩建后的网络能把学校学校希望扩建后的网络能把学校，以消除大楼局域网的通信瓶颈，同时将光纤通信线，以消除大楼局域网的通信瓶颈，同时将光纤通信线路延伸到所有基层大楼，使所有光纤接入点到网络汇聚层的网络通信路延伸到所有基层大楼，使所有光纤接入点到网络汇聚层的网络通信带宽均达到千兆，满足多媒体教学所需要的带宽质量，从而建成涵盖带宽均达到千兆，满足多媒体教学所需要的带宽质量，从而建成涵盖整个中南校区系统的整个中南校区系统的 信息高速公路信息高速公路。实用性和先进性实用性和先进性标准性与开放性标准
28、性与开放性稳定性和安全性稳定性和安全性经济性和可扩展性经济性和可扩展性可维护性与可管理性可维护性与可管理性（1）资源共享：）资源共享：不仅实现了校内的资源共享，如校园行政管理系统、教不仅实现了校内的资源共享，如校园行政管理系统、教学管理系统、图书馆的资料阅读系统等，还能同国内外的信学管理系统、图书馆的资料阅读系统等，还能同国内外的信息进行交流，随时掌握最新的教育资讯和技术，从而跟上时息进行交流，随时掌握最新的教育资讯和技术，从而跟上时代的发展；代的发展；（2）基于）基于 Intranet的学校信息管理系统应用：的学校信息管理系统应用：实现了网络化的学生管理、教师管理，教学安排、人事实现了网络化
29、的学生管理、教师管理，教学安排、人事考勤管理、财务管理等功能。考勤管理、财务管理等功能。（3）高速多媒体校园网教学系统应用：）高速多媒体校园网教学系统应用：采用国际先进的数字监控技术和视频流技术，使每个教采用国际先进的数字监控技术和视频流技术，使每个教室都成为多媒体网络教室，具有视频广播、视频会议、网上室都成为多媒体网络教室，具有视频广播、视频会议、网上课件、课件、BBS等。等。（4）完善的网络安全机制：）完善的网络安全机制：利用利用3Com的设备可以方便的实现交换机的管理安全技术、的设备可以方便的实现交换机的管理安全技术、交换机端口安全技术、交换机端口安全技术、Vlan技术、包过滤技术以及静态技术、包过滤技术以及静态APR技术等技术等。
