第一章信息技术基础知识-(精)1

信息与数据信息（Information）概念由于分析的角度不同而众说纷纭数据：

反映客观事物属性的原始事实信息：

一般认为，信息是客观世界物质及其运动的属性及特征反映。是按特定的方式组织起来的事实集合。社会三大资源：物质、能源、信息信息产业的形成第一页，共72页。第一页，共72页。信息技术信息技术在信息的获取、整理、加工、传递、存储和利用中所采取的技术和方法。信息技术的三个发展阶段古代信息技术发展阶段近代信息技术发展阶段近代信息技术发展阶段信息的电传输技术为主要特征电通信特点:传递信息快、远、多电通信方式:有线通信、无线通信、卫星通讯电通信种类:电报、有线电话、无线电话、传真、广播、电视整个近代信息技术的发展过程就是电信革命过程现代信息技术发展阶段现代信息技术发展阶段计算机网络、光纤、卫星通信为主要特征一门渗透性、综合性极强的高技术现代信息技术处于现代高技术群体中最核心、最先导的地位现代信息技术是以电子技术，尤其是微电子技术为基础、计算机技术为核心、通信技术为支柱，以信息应用技术为目标的科学技术群。图1.2.4现代信息技术的特征：网络、光纤、卫星通信第二页，共72页。第二页，共72页。现代信息技术的内容

⑴信息获取技术⑵信息传输技术（通信技术）⑶信息处理技术（计算机技术）⑷信息控制技术

⑸信息存储技术核心是3C技术第三页，共72页。第三页，共72页。现代信息技术与教育多媒体技术应用：改变传统教育方式信息技术的应用对社会生活的影响因特网使用：丰富教育信息资源，促使教育向资源全球化、教学自主化、个性化网络教育、远程教育、计算机辅助教学：

教育超时空开放，教育社会化和终身化促使学校管理信息化、数字化、网络化的定量综合科学管理第四页，共72页。第四页，共72页。电子商务（electronic-basinessEB）电子商贸（electronic-commerceEC）电子商务对传统商业体系的影响信息技术的应用对社会生活的影响企业管理信息化办公自动化科研领域工业领域（CAD、CAM、FMS）推动农业现代化进程家庭生活信息化第五页，共72页。第五页，共72页。信息安全信息安全已成为社会普遍关注的问题信息安全包括两种含义：数据安全、计算机设备安全

信息安全的隐患1.计算机犯罪非法盗用服务功能与黑客线路窃听盗窃财产：金融犯罪、软件盗版2.计算机病毒3.计算机设备“无意的”误操作和计算机设备物理

性破坏

编写“期货精灵”程序的25岁的“黑客”，因操纵期货交易而受审。第六页，共72页。第六页，共72页。计算机病毒计算机病毒的定义:

一种人为编制的具有寄生性的计算机程序，它能在计算机系统中生存，通过自我复制进行传播，达到一定条件时被激活，给计算机系统造成破坏。

“蠕虫”病毒使网络流量急剧增加。病毒的产生、病毒与反病毒的斗争、信息战的实例第七页，共72页。第七页，共72页。病毒的特点、检测和清除计算机病毒的特点:

破坏性，隐蔽性，传染性，潜伏性计算机病毒的分类:

(1)按破坏程度:良性病毒和恶性病毒

(2)按激活方式及破坏对象：引导型，文件型，复合型，网络型病毒的检测和清除程序病毒的监测程序功能:可驻留内存，一旦发现病毒，发出警报。第八页，共72页。第八页，共72页。微电子技术基本知识第九页，共72页。第九页，共72页。概要电子管、晶体管及集成电路的最基本的原理、变迁和发展计算机工作基本原理、电子计算机的组成流水线和平行处理的基本概念，存储管理，以及总线、外设和接口等计算机的软件系统的有关概念论述计算机的分类及发展趋势第十页，共72页。第十页，共72页。2.1.1从电子管到晶体管到集成电路电子管晶体管集成电路第十一页，共72页。第十一页，共72页。晶体管第十二页，共72页。第十二页，共72页。集成电路“集成电路”(IntegratedCircuit，IC)

把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、实现某种特定功能的电子线路，集中制造在一块小小的半导体芯片上第十三页，共72页。第十三页，共72页。超大规模集成电路大规模集成电路1967~1973年集成度为1000~10000个单元1978年集成度为10万~100万个单元，目前已突破千万单元（30mm2)第十四页，共72页。第十四页，共72页。集成电路的设计和制作

1．传统的设计和制造方法设计和绘制电子线路图集成电路的线路图转绘成芯片布局图分解成与制造工艺对应的各个层次的布局图数字化成“掩膜（Mask）”图纸在半导体材料（例如硅晶片）上进行镀膜、光刻、酸洗、烧结芯片测试、切割、分档、引脚焊接、封装第十五页，共72页。第十五页，共72页。2．使用硬件设计语言硬件描述语言

HardwareDiscriptionLanguage，HDL可以描述硬件电路的功能，信号连接关系及定时关系，比传统电路图更有效的表示电路的特性用HDL设计集成电路时，设计文件是用HDL语言编写的源程序。便于保存、便于修改和阅读方便能全自动生产、避免大量的差错使用硬件设计语言HDL的设计方法及特点TOPDOWN设计方法(三层描述)HDL语言设计硬件的主要优点第十六页，共72页。第十六页，共72页。集成电路用于电路设计

为了加快电路设计的速度，除直接用HDL等语言帮助制造专用的集成电路外，一般还可以利用集成电路作为模块和分立元件进行组合以完成电路设计。主要有：可编程逻辑控制器或可编程逻辑部件ProgrammableLogicController，PLC或

ProgrammableLogicDevice，PLD用于设计用户专用集成电路芯片第十七页，共72页。第十七页，共72页。微电子工业的几个热点半导体工艺已经达到0.18微米及更小HardwareDescriptionLanguage(HDL)印刷电路板的自动设计——ORCAD数字信号处理机——DSP一种具有特殊结构的微处理器，B不同的型号被设计成专门用来处理复杂的图形、图像、视频和音频数字化信息。应用领域：

通信、语音、图像/图形、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。第十八页，共72页。第十八页，共72页。微电子技术展望电子元器件和线路越来越小、细，集成度越来越高，芯片运行的速度越来越高快摩尔定律：集成度每18个月翻一番，而价格保持不变甚至下降人的头发100微米

Intel803861.20微米工艺33MHzIntel804860.80微米工艺100MHzIntelPentium0.60微米工艺200MHzIntelPII0.35微米工艺500MHzIntelPIII0.25微米工艺800MHz最近已经达到0.13微米2GMHz目前集成电路制造商进军≤0.1微米工艺

第十九页，共72页。第十九页，共72页。计算机基本结构和原理

了解计算机基本工作原理、基本结构及其发展的趋势，将有利于在计算机技术高速发展的形势下，跟上它前进的步伐。计算机系统的基本组成：硬件和软件硬件构成：中央处理单元、输入接口和设备、输出接口和设备、以及存储器等软件组成：程序、文件以及有关的文档资料第二十页，共72页。第二十页，共72页。计算机基本工作原理

1．基本组成组成：存储器、运算器、控制器、输入设备与输出设备等五大部分运算器、控制器制作在同一芯片内合称“中央处理器（CPU）早期的以控制器、运算器为机器的中心快速中央处理在等待慢速的外围设备控制器的负担过重现计算机改成以主存储器为中心系统的输入／输出与CPU的运算并行多种输入和输出并行第二十一页，共72页。第二十一页，共72页。第二十二页，共72页。第二十二页，共72页。计算机基本工作原理

2．二进制编码计算机内部采用二进制编码原因：二值器件（如开/关）物理上容易实现

“是”和“否”二种状态的判断最为简单和稳定

常用数制进位计数制表示的数都是按权展开的多项式之和

进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数r=2r=8r=10r=16数符0,l0,1,…,70,1,…,90,1,…,9,A,B,C,D,E,F权2i8i10i16i形式表示BODH第二十三页，共72页。第二十三页，共72页。计算机基本工作原理

3．程序和数据的存储程序存储和程序控制存储器基本存储单元地址、地址总线和寻址能力计算机存储器极其作用高速缓存主存(内存）辅存(外存)第二十四页，共72页。第二十四页，共72页。计算机基本工作原理

4．指令系统指令用来指挥硬件动作的命令指令组成操作码：指示要进行什么操作操作数：指定操作对象，0-3个寻址方式立即数直接地址间接地址变址指令集第二十五页，共72页。第二十五页，共72页。计算机基本工作原理

5．指令执行由起始地址开始，从存储器中取一条，执行一条，顺序地执行，直到程序（指令）执行完毕程序计数器（PC）指令执行步骤：取指令指令译码执行指令存操作结果指令周期CPU的时钟频率指令译码取指令执行指令存操作结果一般情况下，每完成一条指令，指令计数器加一图指令的执行第二十六页，共72页。第二十六页，共72页。流水线和平行处理

并行计算是为提高计算机的运行速度而始终不变的基本思想之一。并行计算的基本途径：流水线并行方式：时间上实现并行处理多处理机并行方式：空间上实现并行处理第二十七页，共72页。第二十七页，共72页。流水线和平行处理

1．流水线流水线特征

过程被分成时间相等或成倍比的若干工序，分别固定在顺序排列工位进行流水线目的

提高效率计算机流水线

执行四个步骤的四个执行部件同时执行不同指令的相应处理，理想情况下，速度可提高四倍。第二十八页，共72页。第二十八页，共72页。第二十九页，共72页。第二十九页，共72页。流水线和平行处理

2．流水线中的技术问题计算机流水线比工业生产流水线复杂计算机流水线的问题与处理指令多样：多流水线每条指令的步骤数不同：按最多步骤、延迟技术各个步骤花费时间不同：化时长的分解成小步骤指令间的数据相关性：避免发生、相关性预测指令会发生跳转：取消、重取指令 第三十页，共72页。第三十页，共72页。流水线和平行处理

3．并行处理并行处理的概念和实例并行处理的关键问题分解各个部分能相互交换信息达到“协同”工作较高的性能价格比并行处理 实施方案多处理机系统 –多计算机系统阵列计算机系统 –脉动阵列计算机系统等实例：曙光公司生产的天演系列和天潮系列计算机系统第三十一页，共72页。第三十一页，共72页。48474949第三十二页，共72页。第三十二页，共72页。第三十三页，共72页。第三十三页，共72页。存储器及其管理

存储器器件的基本要求能表示两个状态（电路、磁性体、光器件）能保持状态的稳定（磁性体最佳）在控制条件下可以实现状态转换存储器器件变革电子器件40年代，速度快，容量小，不能停电磁芯存储器50年代半导体存储器60年代、速度快、体积小、耗电省第三十四页，共72页。第三十四页，共72页。第三十五页，共72页。第三十五页，共72页。存储器及其管理

1．存储器器件的变革目前常用内存半导体存储器类型DRAM：电容充放电、结构简单、容量大、功耗小SRAM：集成度低、成本高、功耗较大不同模式的DRAM快速页模式（FPM，FastPageMode）扩充数据输出（EDO，ExtendedDataOut）错误校验与纠正（ECC，ErrorCheckingandCorrecting）BEDO（BurstEDO）同步动态RAM（SDRAM，SynchronousDynamicRAM）RDRAM（RambusDRAM）和DDRRAM（DoubleDateRateRAM）第三十六页，共72页。第三十六页，共72页。第三十七页，共72页。第三十七页，共72页。存储器及其管理

2．现代存储技术移动存储设备闪存卡：CompactFlash(CF)卡SmartMedia(SM)卡MultiMediaCard(MMC)索尼公司的MemoryStick(MS)ScanDisk(SD)第三十八页，共72页。第三十八页，共72页。存储器及其管理

2．现代存储技术移动存储设备磁光技术移动存储产品：磁阻技术的ORB结合光学与电磁学可重复擦写存储技术的MO体积小巧的Click!IBM的Microdrive使用了DVD技术的Dataplay第三十九页，共72页。第三十九页，共72页。存储器及其管理

2．现代存储技术移动存储设备闪盘：深圳朗科公司开发的优盘(OnlyDisk)华旗资讯的爱国者迷你王(MiniKing)等

第四十页，共72页。第四十页，共72页。存储器及其管理

3．存贮器的层次结构计算机系统对存储器的要求：容量、速度计算机内存储器的层次结构形式：CacheMemorydisk第四十一页，共72页。第四十一页，共72页。存储器及其管理

4．多级高速缓存目的：解决快速CPU和低速内存之间的矛盾多级高速缓存第一级Cache：在CPU的芯片内外部连线用内部连线替代提高对Cache的存取速度，容量小第二级Cache：在片外，安装在主板上，容量为256K字节或512K字节Cache的“命中率”的问题各级缓存和内存间内容保持一致的问题同步更新内存内容滞后更新内容的方法

第四十二页，共72页。第四十二页，共72页。存储器及其管理

5．虚拟存储技术目的：扩大内存容量方法：暂时不用的内存数据存入外存

—虚拟内存需要时从外存调入内存运行得失：增加内存容量、降低运行速度第四十三页，共72页。第四十三页，共72页。总线、外设和接口

1．总线和多重总线总线频繁的数据信息交换的公共通道类型：数据总线、地址总线、控制总线总线的管理：申请、等待、判定、交用独立双重总线（DualIndependentBus）

PentiumII芯片中实现前端总线：微处理器和主存间的信息交换后端总线：微处理器和高速缓存间信息交换第四十四页，共72页。第四十四页，共72页。总线、外设和接口

2．外部设备外存储器：软盘、硬盘、光盘和磁带机输入设备：键盘和鼠标输出设备：显示器和打印机其他设备：

绘图机、扫描仪、摄像头、照片输出机、

数码照相机、声卡、音响等等第四十五页，共72页。第四十五页，共72页。总线、外设和接口

2．外部设备接连接存储设备(DirectAccessStorage，DAS)

硬盘：目标高速、大容量，已达单碟40GB100GB常用接口标准：

EIDE（EnhancedIntegratedDriveElectric）接口

SCSI（SmallComputerSystemInterface）接口光盘：CD-ROM、CD-R（WORM）、CD-RW（E-R/W）DVD常用接口标准：IDE第四十六页，共72页。第四十六页，共72页。总线、外设和接口

2．外部设备显示器、显示卡、键盘和鼠标显示器参数：尺寸、分辨率、材料类型显示卡总线类型：ISA、EISA、VISA和PCI显卡二维、三维加速显示卡显示内存的型号（DRAM、EDODRAM、VRAM、WRAM）和容量键盘：101/102键、Windows、无线键盘鼠标：机械的、光电的、无线遥控第四十七页，共72页。第四十七页，共72页。总线、外设和接口

2．外部设备打印机和扫描仪打印机：点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机性能指标：打印分辨率dps、打印速度ppm扫描仪性能指标：扫描仪的分辨率、色彩位数、

扫描幅面、扫描速度手持式扫描仪第四十八页，共72页。第四十八页，共72页。总线、外设和接口

2．外部设备其他设备声卡：多媒体功能必不可少的，用于录音和放音技术指标：采样位数、最高采样频率、采用数字信号处理器（DSP）、波表（WaveTable）合成、Internet连接的功能调制解调器：电话线上网技术指标：速率、差错控制标准、数据压缩标准、传真（FAX）功能、兼容性网卡第四十九页，共72页。第四十九页，共72页。总线、外设和接口

3．主机板上的ISA到PCI总线PC(PC/XT)总线：8位扩展总线PC/AT总线：16位扩展总线ISA总线：16位扩展总线MCA总线：IBM、32位、强化仲裁EISA总线：VL-Bus总线:和微处理器直连、同速、显示PCI总线:不直连（PC桥）VL-Bus2.0总线：64位、更高传输速率、ISA兼容PCMCIA总线：小、薄、轻环境下的总线系统第五十页，共72页。第五十页，共72页。总线、外设和接口

4．硬盘接口类型及选择最早的是ST-506和ESDIIDE(IntelligentDeviceElectronics,智能设备电子接口)控制部分设置到硬件驱动器中最多支持两个硬盘，每个硬盘的容量最大为528MB它的传输速率达到15MB/sEIDE（EnhancedIntelligentDeviceElectronics）支持四台存储设备，存储容量突破528MB限制传输速率可达到12MB/s一18MB/s，传送带宽32位

SCSI（SmallComputerSystemInterface）接口是一种系统级接口，可以连接各种不同的设备一个SCSI接口可支持多台设备第五十一页，共72页。第五十一页，共72页。5．从RS232C到USBRS232C：通用的串行端口USB：通用串行总线（UniversalSerialBus）由Intel提出的一种新型接口标准，目前已是主流规范使所有的低速设备都可以连接到统一接口上支持功能传递，可以相互连接成串USB接口本身就提供动力来源具有即插即用功能以树状结构连接127个几乎目前所有种类的外设最大数据传输速率为12MbpsUSB2.0的数据传输速率可达到480MbpsIEEE1394：另一个用于高速传输数据的串行接口标准数据传输速率可达到400Mbps。第五十二页，共72页。第五十二页，共72页。计算机系统结构的分类

按器件分：电子管；晶体管；集成电路；大规模、超大规模集成电路计算机等按大小分：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机按用途分：科学计算、事务处理、实时控制、工作站、服务器、家用计算机等。按数据类型分：定点机、浮点机、向量机、堆栈机按处理机个数和种类分：单处理机、并行处理机、多处理机、分布处理机、关联处理机、超标量处理机、超流水线处理机。按指令的复杂程度分：复杂指令集计算机和简单指令集计算机第五十三页，共72页。第五十三页，共72页。计算机系统结构的分类

按并行度分类：比较流行和合理的分类指令流和数据流单指令流单数据流计算机（SISD）单指令流多数据流计算机（SIMD）多指令流单数据流计算机（MISD）多指令流多数据流计算机（MIMD）第五十四页，共72页。第五十四页，共72页。第五十五页，共72页。第五十五页，共72页。计算机系统结构的分类

按指令的复杂程度把计算机划分复杂指令集计算机CISC（ComplexInstructionSetComputing）简单指令集计算机RISC（ReducedInstructionsetComputing）第五十六页，共72页。第五十六页，共72页。计算机系统及应用计算机系统组成：计算机硬件和计算机软件计算机软件分两大类：系统软件和应用软件系统软件：为运行计算机而必须的最基本的软件功能：管理各种资源，人机交互，高级语言的解释、编译、基本的系统维护调试等应用软件为完成某种具体的应用性任务而编制的软件第五十七页，共72页。第五十七页，共72页。计算机系统及应用裸机操作系统编译、汇编、支撑应用程序图计算机系统的层次结构第五十八页，共72页。第五十八页，共72页。操作系统不同类型的计算机操作系统也往往不同Apple的NewiMac计算机：MacOSXIBMRS/600044PModel170

：AIXVersion4.360年代初出现的监控程序是操作系统的前身1964年IBM公司推出IBMOS/360AT&T公司从60年代末到70年代初研制了UNIX操作系统，是操作系统发展史上的重大事件。单用户、单任务→向单用户、多任务→多用户、多任务在计算机内部操作系统的管理下，各个工作都被设置成一个个相对独立的程序，也称为“进程”（Process）第五十九页，共72页。第五十九页，共72页。操作系统

1．操作系统的基本功能

一、管理、调度计算机系统的资源处理器管理–存储器管理输入输出设备管理–信息管理二、提供友好的界面和良好的服务操作系统是用户与计算机的接口提供软件开发的各个阶段所需的工具软件提供庞大的可调用的程序库提供重用技术以方便用户调用这些软件模块

第六十页，共72页。第六十页，共72页。操作系统

2．多道程序设计技术的基本特性

在计算机的主存中存放多道用户和任务为目标的进程，他们同时处于运行状态并共享系统的资源。原由：CPU同常用的输入输出设备（如打印机、磁盘等）之间速度的差距太大

目的：提高CPU的利用率，充分发挥并行性途径：直接控制输入输出工作转交给“通道”并行性：并行运行、协调关系、避免干扰共享性：允许共享所有系统资源第六十一页，共72页。第六十一页，共72页。操作系统

3．操作系统的类型按硬件大小：大型机操作系统、小型机操作系统和微型机操作系统按用户数：单用户操作系统和多用户操作系统按任务：单任务操作系统和多任务操作系统按使用和技术相结合的角度：批处理操作系统分时操作系统实时操作系统网络操作系统第六十二页，共72页。第六十二页，共72页。计算机语言和工具类软件和操作系统一起用于开发应用软件的计算机语言的编译或解释程序连接程序、查错程序等和操作系统一起参与管理计算机系统的软件

计算机系统的管理软件，也称为“支撑软件系统管理工具网络管理工具各种驱动程序和软件开发工具等

第六十三页，共72页。第六十三页，共72页。计算机语言和工具类软件

1．计算机语言

计算机语言：机器语言、汇编语言、高级语言高级语言解释方式：编译和解释程序设计的方法“面向过程”