同方专转本计算机基础讲义(超强完善版)

计算机与信息处理信息定义信息是指事物运动的状态及状态变化的方式，是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用

——认识主体立场信息处理过程信息施效（效应器官）信息获取（感觉器官）信息传递（神经系统）信息加工（大脑）信息传递（神经系统）事物客体与信息处理相关的五种信息处理活动信息收集——感知、测量、识别、获取、输入等信息加工——分类、计算、分析、综合、转换、检索、管理等信息存储信息传递信息施用——控制、显示等计算机是一种基于二进制运算的信息处理机器，任何需要由计算机进行处理的信息，都必须进行一定程度的形式化，并表示成二进制编码的形式。这就引进了数据的概念。信息技术（InformationTechnology）信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。人的信息器官及功能：感觉器官（眼耳鼻舌身）——获取信息神经网络——传递信息

思维器官（大脑）——处理信息并再生信息效应器官（手脚）——施用信息基本信息技术感知与识别技术——扩展感觉器官功能,提高人们的感知范围、感知精度和灵敏度通信技术与存储技术——扩展神经网络功能,消除人们交流信息的空间和时间障碍计算处理技术——扩展思维器官功能,增强人们的信息加工处理能力控制与显示技术——扩展效应器官功能，增强人们的信息控制能力现代信息技术中的三大领域：微电子技术通信技术数字技术（计算机技术）当代电子信息技术的基础有两项：微电子与光纤技术和数字技术现代信息技术的主要特征：以数字技术为基础，以计算机为核心。信息处理系统用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。信息加工通信/存储控制与显示通信/存储感知与识别9

数字技术基本概念比特（bit，binarydigit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和1，一般无大小之分如同DNA是人体组织的最小单位、原子是物质的最小组成单位一样，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数字技术基础信息的基本单位-比特什么是比特位（bit）：表示信息的最小单位字节（Byte）：最常用的基本单位b7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149数字技术基础比特的存储经常使用的存储单位千字节(KiloByte)1KB=1024Byte=210Byte兆字节(MegaByte) 1MB=1024KB=220Byte千兆字节(GigaByte) 1GB=1024MB=230Byte兆兆字节(TeraByte) 1TB=1024GB=240Byte经常使用的传输速度单位千比特/秒(Kbps) 1Kbps=1000bps=103bps兆比特/秒(Mbps) 1Mbps=1000Kbps=106bps千兆比特/秒(Gbps) 1Gbps=1000Mbps=109bps兆兆比特/秒(Tbps) 1Tbps=1000Gbps=1012bps比特的传输在数字通信技术中，信息的传输是通过比特的传输来实现的近距离传输时：直接将用于表示“0/1”的电信号或光信号进行传输（称为基带传输），例如：计算机读出或者写入移动硬盘中的文件使用打印机打印某个文档的内容远距离传输或者无线传输时：需要使用调制技术微电子技术简介微电子技术：以集成电路为核心的电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础。电子线路使用的基础元件的演变真空电子管在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机晶体管1948年发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机电子线路使用的基础元件的演变集成电路(IntegratedCircuit，简称IC) 20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。 现代集成电路使用的半导体材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等超大规模集成电路小规模集成电路集成电路的分类按晶体管数目分为：小规模(SSI)：小于100个电子元件中规模(MSI)：100～3000大规模(LSI)：3000～10万超大规模(VLSI)：10万～100万极大规模(ULSI)：大于100万按结构、工艺分为：双极型(bipolar)金属-氧化物-半导体(MOS)型双极-MOS型(bi-MOS)集成电路的分类按功能分为：数字集成电路模拟集成电路按用途分为：通用集成电路专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)微处理器和存储器芯片都属于通用集成电路。集成电路的制造集成电路是在硅衬底上制作而成的。芯片制造过程：单晶硅、硅抛光片、硅平面工艺过程、晶圆、芯片等。晶圆处理：

在晶圆上制作电路及电子元件，晶圆上就形成了一个个的小格，即芯片。处理后的晶圆(排满成百上千个集成电路)集成电路的发展趋势集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高集成电路的工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快。芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。集成电路的发展趋势提高集成度，关键在缩小门电路面积Moore定律单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番

——Intel公司创始人GordonE.Moore,1965年集成度是有极限的，因此，Moore定律不可能永远成立。集成电路的发展趋势当晶体管的基本线条小到纳米（nm）级，线路的电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动时，晶体管已逼近其物理极限，它将无法正常工作。当前技术前沿是探索量子世界的“纳米芯片技术”，同时发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。IC卡1.基本概念IC卡是“集成电路卡”的简称，把集成电路芯片密封在塑料卡基片内部，使其成为能存储、处理和传输数据的载体。与磁卡相比，IC卡不受磁场干扰，而且还能可靠地存储数据。2.IC卡按集成电路芯片分类存储器卡—主要用于数据的存储，应用领域广泛，如电话卡、公交卡、医疗卡、饭卡等。CPU卡—也叫智能卡，具有存储、处理数据的功能，安全性能和智能化程度高。如SIM卡。IC卡3.IC卡按使用方式分类接触式IC卡—如电话卡，卡上通常含有一个金属触点，用于相应的读写系统进行操作。非接触式IC卡—采用电磁感应方式无线传输数据，方便、快捷。概述从广义角度来说，各种信息的传递均可称之为通信。现代通信则专指使用电波或光波传递信息的技术。如广播、电视、电报、电话、传真等。电信专指双向通信。如网络、电话等。通信技术通信技术入门概述通信三要素：

信源（信息的发送者）

信宿（信息的接收者）

信道（信息的载体与传播媒介）产生和发送信息的一端信源信宿通信线路信道噪声外界的干扰接收信息的一端通信系统的基本原理1.调制与解调调制（Modulation）将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（将数字信号转换成模拟信号）解调（Demodulation）将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（将模拟信号转换成数字信号）基本调制方法：

调幅，调频，调相通信系统的基本原理幅移键控法ASK——调幅频移键控法FSK——调频相移键控法PSK——调相

数据 1 0 1 1 0 1（1）调幅（2）调频（3）调相F1 F2 F1 F2 F10相起始π相起始 0相起始 π相起始0相起始多路复用的基本概念多路复用 为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，话路信息）或数字信号，这就是多路复用。多路复用技术通常有： 频分复用，时分复用，波分复用信道多路复用器多路复用器终端终端终端终端终端终端终端终端多路复用的基本概念频分多路复用将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的主要手段。多路复用的基本概念时分多路复用

把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。多路复用的基本概念波分多路复用在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增。交换技术交换：在任意两个需要进行通信的计算机之间建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路，称为交换技术。由中转节点参与的通信，中转的节点称为交换节点。电路交换（线路交换）为发送端和接收端建立一条临时的实际物理通道，供通信双方使用，通信完毕后，交换机内的连线被拆除。 例如：电话交换机 优点：交换方式简单，适合远距离成批数据传输，建立一次连接可传送大量数据。 缺点：线路利用率低，通信成本高

交换技术分组交换（包交换） 把需要传输的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据包（也称为“分组”）。数据包的长度通常为几十到几百个字节。这些数据包按照类似于流水线的方式在网络中经过缓冲、转发而到达目的地。通信网络中每个结点为其相连的每条链路准备了一个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，当某一条链路空闲时，就从相应的缓冲区中取出一个数据包发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至数据包到达接收端。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来形式的数据块。

交换技术分组交换（包交换） 优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给数据包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能优先传递。 缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。 有线通信系统有线载波通信：主要传输电话，电报、传真、数据，也可传输广播、可视电话、电视节目采用的传输介质：双绞线，同轴电缆，光纤传输的信号：电信号（模拟信号，数字信号）双绞线—两根导线一组绞合成均匀螺纹状的导线，如局域网中常用的双绞线是8根导线，绞合成4股导线。双绞线可以用于传输模拟信号，如电话用户线，也可以用于传输短距离的数字信号，如以太网。有线通信系统有线载波通信：双绞线有屏蔽型和非屏蔽型两种，根据传输速率还有3类、4类、5类线品种，通常在局域网中双绞线的最大传输距离是100米左右。对称电缆系统缺点：容易受到外部高频电磁波干扰，且线路本身会产生一定噪声，误码率较高，用作数据通信网络的传输介质，每隔一定距离需要使用中继器或放大器。常用于电话系统（模拟信号）和局域网（数字信号）有线通信系统有线载波通信：同轴电缆载波系统特点：屏蔽好、容量大（上万个话路）。光纤通信利用光纤传导光信号进行通信的一种技术。发端：实现信号的电-光转换；每隔一定距离接入光中继器；收端：实现信号的光-电转换。光纤通信可靠性好，保密性强。波分复用技术提高传输速度和容量。全光网（AON）不进行光-电、电-光转换，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基础。有线通信系统光纤通信：纤芯包层光线光纤的构成光波在光纤中的传播有线通信系统光纤通信系统：调制器发信电路激励电路信息解调器收信电路放大电路信息光缆中继器发信设备收信设备有线通信系统光纤通信优点传输频带非常宽，通信容量大抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强无串音干扰，保密性强，不易被窃听或截取数据传输损耗小，通讯距离长 数据速率为420Mbps、距离为119km、无中继器时，误码率为10-8重量轻，便于运输和铺设缺点精确连接两根光纤比较困难无线通信系统不同波段电磁波的传播特性各异：

中波沿地面传播，绕射能力强，用于广播和海上通信

短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。

超短波和微波的绕射能力较差，用作视距或超视距中继通信。无线通信系统微波通信微波是一种具有极高频率的电磁波（介于无线电波与光波之间,频率300MHz~300GHz,波长1m~1mm）。微波不能沿地面绕射传播，也不能经电离层反射传播。远距离微波通信方式：地面微波接力通信卫星通信对流层散射通信微波通信容量大、建设费用省、抗灾能力强。无线通信系统微波通信ACDEFB通信卫星对流层不均匀体YXGH微波远距离通信示意图无线通信系统卫星通信由地面站1发出无线电（微波）信号，卫星接收后，在转发器中实现放大、变频、功率放大，再将信号转发，由地面站2接