《大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用》課件-第一章

01模塊一初識廬山真面目——信息與計算機技術(shù)揭開它的神秘面紗

——信息技術(shù)任務(wù)一了解信息時代的“寵兒” ——計算機任務(wù)二了解信息的“翅膀” ——數(shù)據(jù)通信技術(shù)任務(wù)三天涯如何變咫尺 ——計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)任務(wù)四隨著信息化時代的到來，信息技術(shù)極大地改變了我們的工作、學(xué)習和生活方式，網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)上購物、移動支付、遠程會議、遠程教學(xué)、辦公自動化、共享單車等已司空見慣，如下圖。那么，你知道信息技術(shù)具體指什么嗎？它經(jīng)歷了哪些開展階段，未來又有怎樣的開展趨勢呢？指存儲在某種媒介上且可以被鑒別的符號集合，其內(nèi)容反映或描述事物的特性。數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)字、文字、字母和其他特殊字符，還包括圖形、圖像、動畫、視頻和音頻等。數(shù)據(jù)〔data〕一、信息是對客觀世界中各種事物的運動狀態(tài)和變化的反映，是客觀事物之間相互聯(lián)系和相互作用的表征，也是人們對客觀事物的感覺、認識和描述。信息〔information〕1.數(shù)據(jù)與信息“信息〞和“數(shù)據(jù)〞這兩個術(shù)語是有區(qū)別的。數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式和載體，信息那么是數(shù)據(jù)的表達和內(nèi)涵。數(shù)據(jù)經(jīng)過加工處理成為信息，而信息需要經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)才能存儲和傳輸。2.信息的特點信息是直接聯(lián)系于社會應(yīng)用的，只有經(jīng)過人們加工、取舍、組合，并通過一定的形式表現(xiàn)出來，才真正具有使用價值。（1）社會性（2）傳遞性信息無論在空間上還是時間上都具有可傳遞性，在空間上的傳遞稱為通信，在時間上的傳遞稱為信息存儲。信息需要傳遞，如果不傳遞，其存在就失去了意義。語言、表情、動作、報刊、書籍、廣播、電視、電話、網(wǎng)絡(luò)等都是人們常用的信息傳遞方式。（3）共享性和依附性信息必須通過共享才能體現(xiàn)其價值，且信息是事物運動狀態(tài)和變化的反映，而不是事物本身，因此它不能獨立存在，必須借助某種載體才能表現(xiàn)出來。同一信息的載體是可以變換的。例如，某手機品牌發(fā)布新產(chǎn)品，傳遞這個信息的載體可以是電視新聞，也可以是廣播或網(wǎng)絡(luò)等。（4）普遍性信息無處不在，無時不有，如交通的紅綠燈、上課的鈴聲、收發(fā)的文件等。人們通過信息認識世界，借助信息的交流來實現(xiàn)人與人之間的聯(lián)系、協(xié)作，并推動社會進步。（5）時效性信息的時效性是指信息僅在一定時間段內(nèi)有價值。例如，本月18日，小王才知道前一天北京舉辦了一場大型招聘會，因此錯過了一次獲得工作的機會。信息經(jīng)過處理后，可以其他形式再生。例如，由人造衛(wèi)星發(fā)回的地球照片，經(jīng)計算機處理后，可將各種顏色或氣團所代表的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具體信息，人們由此可獲得天氣狀況、水土生態(tài)現(xiàn)狀、環(huán)境質(zhì)量情況等信息。（6）可再生性（7）可壓縮性信息可以被壓縮，因此可以用不同的信息量來描述同一事物。人們常常用盡可能少的信息量來描述某個事物的主要特征。3.信息處理信息處理就是由計算機進行數(shù)據(jù)處理的過程，即通過數(shù)據(jù)的采集和輸入，將數(shù)據(jù)有效地組織到計算機中，再由計算機系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行存儲、加工和輸出等一系列操作。接收由輸入設(shè)備提供的數(shù)據(jù)輸入對數(shù)據(jù)進行操作，按一定方式對其進行轉(zhuǎn)換和加工處理在輸出設(shè)備輸出數(shù)據(jù)或顯示處理結(jié)果輸出存儲處理結(jié)果供以后使用存儲在信息處理過程中：二、信息技術(shù)1.什么是信息技術(shù)信息技術(shù)〔informationtechnology，IT〕是指在信息的獲取、傳遞、處理、存儲、控制、分析和應(yīng)用過程中所采用的技術(shù)。信息技術(shù)的核心包括傳感器技術(shù)〔獲取信息〕、通信技術(shù)〔傳遞信息〕、計算機技術(shù)〔處理、存儲和分析信息〕及微電子技術(shù)〔控制信息〕等。2.信息技術(shù)的開展迄今為止，信息技術(shù)共經(jīng)歷了五次革命。(1)第一次信息技術(shù)革命是語言的使用文字可以長期存儲信息，也可以跨時間、跨地域地傳遞信息，從而促進了信息存儲技術(shù)的產(chǎn)生與開展。(2)第二次信息技術(shù)革命是文字的創(chuàng)造使用語言是人類從猿進化到人的重要標志。語言的產(chǎn)生和使用是信息表達和交流手段的一次關(guān)鍵性革命，產(chǎn)生了信息獲取和信息傳遞技術(shù)〔但受時空的限制〕。(3)第三次信息技術(shù)革命是造紙術(shù)和印刷術(shù)的發(fā)明(4)第四次信息技術(shù)革命是電報、電話、廣播、電視的發(fā)明和普及應(yīng)用造紙術(shù)和印刷術(shù)的創(chuàng)造，把信息的記錄、存儲、傳遞和使用擴大到更廣闊的空間，使知識的積累和傳播有了可靠的保證，是人類信息存儲與傳播手段的一次重要革命。1837年，美國人莫爾斯研制出了世界上第一臺有線電報機，使信息可以實時傳送。1876年，貝爾創(chuàng)造了，實現(xiàn)了人類的遠距離通話，使得信息傳遞技術(shù)有了更大的開展。播送、電視的出現(xiàn)和開展那么打破了信息交流的時空界限，提高了信息傳播效率，是信息存儲和傳播手段的又一次重要革命。(5)第五次信息技術(shù)革命是計算機、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)的綜合使用第五次信息技術(shù)革命始于20世紀60年代，是一次信息傳播和信息處理手段的革命，對人類社會產(chǎn)生了空前的影響，使信息數(shù)字化成為可能，信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)運而生。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的開展，信息產(chǎn)業(yè)分支也形成多元化開展趨勢?？偟膩碚f，信息技術(shù)在未來將有以下幾個開展方向。(1)半導(dǎo)體、微電子等信息材料技術(shù)信息材料技術(shù)是指信息材料的研發(fā)與制造技術(shù)，如半導(dǎo)體集成電路、高溫超導(dǎo)材料、光電元件、納米材料、超導(dǎo)電子存儲器件、海量信息存儲器、智能芯片、生物芯片、生物傳感器等材料和產(chǎn)品的研發(fā)與制造技術(shù)。(2)計算機硬件和軟件技術(shù)計算機硬件和軟件技術(shù)包括并行處理計算機、光學(xué)計算機、生物計算機、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機、平板電腦、自動翻譯系統(tǒng)、人工仿真系統(tǒng)、計算機集成化制造系統(tǒng)等。(3)通信技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)將向著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、寬帶化方向開展。(4)信息應(yīng)用技術(shù)信息應(yīng)用技術(shù)主要有電視會議、遠程教學(xué)、電子出版、電子銀行、電子貨幣和電子商務(wù)等。申請賬號并登錄百度網(wǎng)盤一上傳和分享文件二下載他人分享的文件并轉(zhuǎn)存到自己的百度網(wǎng)盤三步入信息化時代，人們越來越離不開計算機，它已成為人們工作、學(xué)習及生活中不可缺少的工具。小明作為一名剛剛考入大學(xué)的學(xué)生，因為學(xué)習需要〔處理文檔、觀看視頻、上網(wǎng)查資料等〕想選擇一臺適合自己的計算機。但面對網(wǎng)上各類計算機產(chǎn)品〔見以下圖〕、琳瑯滿目的配置單、眼花繚亂的特色說明、褒貶不一的評價，小明陷入了難以抉擇的境地。到底各種計算機配置指的是什么？如何根據(jù)個人需要攢一臺適合自己的計算機？學(xué)完本任務(wù)就會知道答案。一、計算機概述1.計算機的產(chǎn)生與開展1946年2月，世界上公認的第一臺通用電子計算機ENIAC〔electronicnumericalintegratorandcomputer，電子數(shù)字積分計算機〕誕生于美國賓夕法尼亞大學(xué)，其外觀如下圖。采用電子管作為根本元器件，全機大約用了電子管18000個、繼電器1500個、電容器10000個、電阻器70000個，占地170平方米，重30噸，每小時耗電150千瓦，每秒能進行5000次加法運算。ENIAC的誕生奠定了電子計算機的開展根底，開辟了信息時代。自ENIAC誕生以來，計算機技術(shù)獲得了迅猛開展。根據(jù)所用元器件的不同，計算機已歷經(jīng)如下4個開展階段。發(fā)展階段起止年份主要元器件主存儲器特

點主要應(yīng)用第一代1946—1957年電子管汞延遲線或磁鼓體積龐大、功耗大、運算速度慢、可靠性差、價格昂貴科學(xué)計算第二代1958—1964年晶體管磁芯體積、功耗減小，運算速度及可靠性提高，價格下降，出現(xiàn)了高級語言科學(xué)計算、工業(yè)控制等發(fā)展階段起止年份主要元器件主存儲器特

點主要應(yīng)用第三代1965—1970年中小規(guī)模集成電路半導(dǎo)體體積、功耗進一步減小，運算速度及可靠性進一步提高，操作系統(tǒng)逐漸成熟，出現(xiàn)了多種應(yīng)用軟件科學(xué)計算、文字處理、圖形圖像處理等第四代1971年至今大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路集成度更高的半導(dǎo)體性能大幅度提高，價格大幅度下降，編程語言和軟件豐富多彩，外圍設(shè)備多樣化、系列化滲透到社會的各個領(lǐng)域在第四代計算機開展過程中，最重要的成就之一表現(xiàn)在中央處理器的體積不斷減小、集成度不斷提高、運算速度越來越快，計算機向微型機方向開展，并逐漸走進辦公室、學(xué)校及普通家庭。2.計算機的特點目前計算機的最高運算速度已超過每秒十億億次，這使得在過去需要幾年甚至幾十年才能完成的任務(wù)，現(xiàn)在只需要幾分鐘即可完成，從而極大地提高了工作效率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機的運算速度還在不斷提高。（1）運算速度快計算機的計算精度取決于機器的字長，字長越長，精度越高。不同型號的計算機字長不同，有8位、16位、32位、64位等，目前較流行的計算機大多為64位字長。（2）計算精度高計算機能存儲大量的數(shù)字、文字、圖像、視頻和音頻等信息。此外，計算機強大的存儲能力還表現(xiàn)在“持久”方面，即無論數(shù)據(jù)是哪種形式，計算機都能長期保存。（3）存儲功能強除計算能力外，計算機具有邏輯運算能力，能對信息進行識別、比較、判斷等。高級計算機還具有推理、診斷和聯(lián)想等模擬人類思維的能力。（4）具有邏輯判斷能力計算機內(nèi)部的運算都是在程序的控制之下自動完成的，人們只需按照用戶的要求編寫正確的程序，計算機就可以按照程序的指令要求，自動完成指定的任務(wù)。在此過程中，不需要人們的干預(yù)。（5）自動化程度高3.計算機的分類(1)巨型計算機巨型計算機〔簡稱巨型機〕也稱為超級計算機，具有極高的性能和極大的規(guī)模，價格昂貴，主要用于航天、氣象、地質(zhì)勘探等尖端科技領(lǐng)域。巨型計算機的研發(fā)和生產(chǎn)是一個國家科技實力的表達，我國是世界上少數(shù)幾個能生產(chǎn)巨型計算機的國家之一，成功研制了“銀河〞“曙光〞“天河〞“神威〞等巨型計算機。在2021年公布的全球超級計算機運算速度排名列表中，中國的“神威·太湖之光〞〔如下圖〕排名第三。(2)大型計算機大型計算機〔簡稱大型機〕雖然在量級上不及巨型計算機，但也有很高的運算速度和很大的存儲量，適用于政府部門或大型企業(yè)〔如銀行〕，主要用于復(fù)雜事務(wù)處理、海量信息管理、大型數(shù)據(jù)庫管理和數(shù)據(jù)通信等。目前，生產(chǎn)大型機的廠商主要有美國的IBM公司和DEC公司，以及日本的富士通公司等。(3)小型計算機小型計算機〔簡稱小型機〕的規(guī)模比大型機小，但仍能支持十幾個用戶同時使用。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和維護費用低。目前，小型機已逐漸被微型機取代。(4)微型計算機微型計算機〔簡稱微機〕是當今使用最普遍的一類計算機，其特點是體積小、功耗低、功能多、性價比高。按結(jié)構(gòu)和性能的不同，微機又可分為單片機、單板機、個人計算機〔PC〕、工作站和效勞器等幾種類型。其中，個人計算機包括臺式計算機、筆記本電腦、一體機和平板電腦等類型，如下圖。4.計算機的應(yīng)用領(lǐng)域計算機問世之初，主要用于數(shù)值計算，“計算機〞也因此得名。但隨著計算機技術(shù)的迅猛開展，它的應(yīng)用已滲透到社會的各個領(lǐng)域，正在改變著人們的工作、學(xué)習和生活方式，推動著社會的開展。(1)科學(xué)運算是計算機最早的應(yīng)用領(lǐng)域。計算機不僅具有非常高的運算速度和精度，而且具有強大的信息存儲能力，因此使得人們能夠既快速又準確地完成各類復(fù)雜的運算，從而大大提高了工作效率。例如，氣象預(yù)報需要求解描述大氣運動規(guī)律的微分方程，發(fā)射導(dǎo)彈需要求解導(dǎo)彈彈道曲線方程，這些都要通過計算機高速而精確的計算才能完成。(2)數(shù)據(jù)處理是指對各種數(shù)據(jù)進行收集、存儲、整理、分類、統(tǒng)計、加工、利用、傳播等一系列活動的統(tǒng)稱，如企業(yè)的生產(chǎn)管理、學(xué)校的學(xué)籍管理、奧運會上的成績統(tǒng)計、新聞采集與發(fā)布等。如圖為某企業(yè)的信息管理系統(tǒng)。(3)過程控制是指利用計算機檢測生產(chǎn)過程或其他過程，并自動控制設(shè)備的運行狀態(tài)。利用計算機進行過程控制，無須人工干預(yù)，可以有效提高生產(chǎn)的自動化水平，從而改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率等。例如，在汽車工業(yè)方面，利用計算機控制機床，進而控制整個裝配流水線，可以實現(xiàn)高精度、復(fù)雜形狀零件的自動化加工。(4)計算機輔助主要包括計算機輔助設(shè)計〔CAD〕、計算機輔助制造〔CAM〕和計算機輔助教學(xué)〔CAI〕，分別用于幫助人們進行工程設(shè)計、管理生產(chǎn)過程和完成教學(xué)方案等。例如，京滬高速鐵路的效果圖設(shè)計、模具設(shè)計、服裝設(shè)計、三維動畫設(shè)計等，都能利用計算機提高設(shè)計速度、縮短設(shè)計周期、保證設(shè)計質(zhì)量，從而更好地節(jié)省人力、物力、財力，進一步解放生產(chǎn)力。如圖為利用計算機設(shè)計的建筑效果圖。(5)多媒體應(yīng)用多媒體是文本、圖形、圖片、音頻、動畫和視頻等各種媒體的組合物。近年來，多媒體技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、教育、商業(yè)、軍事和出版等領(lǐng)域。如圖為某剃須刀產(chǎn)品的多媒體廣告截圖。(6)人工智能人工智能〔artificialintelligence，AI〕是指讓計算機模擬人類的某些智力能力，使其具有人的感知能力和思維能力。人工智能是計算機應(yīng)用的新領(lǐng)域，這方面的研究和應(yīng)用正處于開展階段，在醫(yī)療診斷、定理證明、語言翻譯、機器人等方面已有了顯著成效。如圖為利用人工智能技術(shù)研制的機器人。(7)計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代計算機技術(shù)與通信技術(shù)高度開展和密切結(jié)合的產(chǎn)物。它利用通信設(shè)備和線路將地理位置不同、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的資源共享和信息傳遞。例如，世界最大的計算機網(wǎng)絡(luò)Internet〔因特網(wǎng)〕把整個地球變成一個小小的村落，人們可以方便地在網(wǎng)上查詢信息、下載資源、通信、學(xué)習、娛樂和買賣東西等。二、計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中看得見、摸得著的物理裝置，其組成如下圖。計算機硬件系統(tǒng)主機外部設(shè)備CPU內(nèi)存儲器運算器控制器輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標、掃描儀等）輸出設(shè)備（顯示器、打印機、音箱等）外存儲器（硬盤、光盤、U盤等）只讀存儲器（ROM）隨機存儲器（RAM）1.主機主機是計算機硬件的核心。在主機機箱的前后面板上通常會配置一些設(shè)備接口、按鈕和指示燈等，如下圖。雖然主機機箱的外觀樣式千變?nèi)f化，但這些設(shè)備接口、按鈕和指示燈的功能大同小異。電源按鈕光驅(qū)多合一讀卡器前置USB接口×2音頻輸入/輸出接口光驅(qū)彈出按鈕電源指示燈電源開關(guān)PS/2鍵盤接口PS/2鼠標接口主板DVI數(shù)字視頻接口主板VGA顯示器接口USB接口×4網(wǎng)絡(luò)接口

（RJ-45）顯卡DVI數(shù)字視頻接口顯卡VGA

顯示器接口音頻接口電源接口1)主板又稱母板，是一塊印刷電路板。是計算機中其他組件的載體，在各組件中起著協(xié)調(diào)工作的作用，如下圖。主板主要由CPU插槽、總線及總線擴展槽〔如內(nèi)存插槽、顯卡插槽〕、輸入/輸出〔I/O〕接口、電池及各種集成電路等組成。音源輸入插孔（藍色，接MP3等）、輸出插孔（綠色，接耳機或音箱）及麥克風插孔（粉紅色）用來連接顯卡等設(shè)備的PCI擴展槽ATX電源接口連接SATA硬盤的SATA接口連接鍵盤和鼠標的PS/2接口USB接口CPU插槽內(nèi)存插槽RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口顯示器信號接口總線和總線擴展槽總線用于在計算機的各個部件之間傳輸信息；總線擴展槽用來連接計算機的內(nèi)存、顯卡等部件。總線按傳輸信息的不同分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信息。輸入/輸出（I/O）接口主要用來連接計算機的各種外部設(shè)備，包括PS/2接口和USB接口等。其中，USB接口是計算機中最常用的接口，可以用來連接鍵盤、鼠標、打印機、掃描儀、攝像機、數(shù)碼相機、U盤等設(shè)備，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、可熱插拔（即在開機狀態(tài)下插拔設(shè)備）等優(yōu)點。2)CPUCPU即中央處理器，其外觀如下圖。它由控制器和運算器組成，是計算機最核心的組成局部，負責整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、控制及運算。其中，運算器執(zhí)行指令進行算術(shù)運算和邏輯運算；控制器控制計算機各部件協(xié)調(diào)地工作。CPU的速度主要取決于主頻、核心數(shù)和高速緩存容量。主頻一般以GHz為單位，表示每秒運算的次數(shù)。主頻越高，計算機的運算速度越快。例如，采用酷睿3.0GHz處理器的計算機要快于采用酷睿2.0GHz處理器的計算機。3)內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器〔簡稱內(nèi)存〕用于暫時存放需要CPU處理的數(shù)據(jù)，其外觀如下圖。計算機在處理數(shù)據(jù)時，首先需要將數(shù)據(jù)從外存儲器〔如硬盤〕中調(diào)入內(nèi)存，然后才能由CPU處理。顯然，內(nèi)存容量越大，頻率越高，CPU在同一時間內(nèi)處理的信息量就越大，計算機的性能就越好。內(nèi)存儲器根據(jù)其作用的不同又分為隨機存儲器〔RAM〕和只讀存儲器〔ROM〕。隨機存儲器（RAM）通常說的內(nèi)存就是隨機存儲器（RAM），其特點是可讀可寫，主要用于臨時存儲程序和數(shù)據(jù)，關(guān)機后在其中存儲的信息會自動消失。只讀存儲器（ROM）特點是只能讀出信息，不能寫入信息。只讀存儲器（ROM）通常是廠家固化在主板上的一塊芯片，其中存儲的是計算機的自檢程序和輸入/輸出程序等系統(tǒng)服務(wù)程序，這些信息可以永久保存而不受斷電影響。在計算機中，除CPU、主板外，內(nèi)存的優(yōu)劣與容量是決定計算機性能的另一個重要因素。目前，主流內(nèi)存的容量有4GB、8GB和16GB等。2.外部設(shè)備1)外存儲器硬盤：固定在主機機箱內(nèi)，并通過SATA接口與主板連接，是計算機中最主要的外存儲器，可以分為傳統(tǒng)的機械硬盤〔見上圖〕和新型的固態(tài)硬盤〔見以下圖〕。與機械硬盤相比，固態(tài)硬盤具有體積小、重量輕、速度快、發(fā)熱低、抗震性強、適應(yīng)溫度范圍廣、長期使用性能衰減低等優(yōu)點，但容量偏小，單位容量價格高。光盤：是利用激光原理進行讀寫的輔助存儲設(shè)備，如下圖。光盤需要光驅(qū)來讀取/寫入內(nèi)容。目前市面上的光驅(qū)產(chǎn)品主要有DVD光驅(qū)、DVD刻錄機、藍光COMBO和藍光刻錄機等。U盤：是目前應(yīng)用較廣泛的移動存儲設(shè)備，如下圖。它比硬盤更便于攜帶，比光盤存取速度快。U盤通過USB接口與計算機相連，可即插即用。一般的U盤容量有8G、16G、32G、64G、128G、256G和512G等。2)輸入設(shè)備輸入設(shè)備是用于向計算機輸入命令、程序、數(shù)據(jù)、文本、圖形、圖像、音頻和視頻等信息的設(shè)備。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標和掃描儀等，如下圖。3)輸出設(shè)備輸出設(shè)備可以將計算機的處理過程或處理結(jié)果以人們熟悉的文字、圖形、圖像、聲音等形式展現(xiàn)出來。常見的輸出設(shè)備有顯卡、顯示器和打印機等，如下圖。三、計算機軟件系統(tǒng)軟件是指為計算機運行效勞的各種程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)資料的集合，是計算機具體功能的表達，主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。一臺沒有安裝軟件的裸機無法完成任何有實際意義的工作。1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是管理和控制計算機軟硬件資源的軟件，它的功能是使計算機能夠正常工作或具備解決某些問題的能力。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和語言處理程序。(1)操作系統(tǒng)是控制和管理計算機軟硬件資源的平臺。它在計算機系統(tǒng)中占有特殊的地位，計算機需要安裝操作系統(tǒng)才能正常工作。一方面，用戶需要通過操作系統(tǒng)去操作計算機，合理、有效地利用各種資源，而不必去直接操作計算機硬件；另一方面，計算機中所有其他軟件都建立在操作系統(tǒng)的根底上，并得到它的支持與效勞。操作系統(tǒng)與其他軟硬件的關(guān)系如下圖。裸機操作系統(tǒng)各類系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件用戶(2)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是用戶建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫的軟件，簡稱DBMS。目前，常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有VisualFoxPro、Sybase、Oracle、SQLServer、MySQL等。(3)語言處理程序人們利用計算機解決具體的問題時，是通過一連串的指令來實現(xiàn)的，這些指令的有序集合就是程序。程序設(shè)計語言是用來編制各種程序的計算機語言，包括機器語言、匯編語言和高級語言〔如C++、C#、Java〕等。機器語言可以直接在計算機上執(zhí)行，而使用匯編語言和高級語言編制的程序需要翻譯成機器語言后才能在計算機上執(zhí)行。語言處理程序的作用就是將匯編語言和高級語言編制的程序翻譯成計算機能識別并執(zhí)行的目標程序。2.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件運行在操作系統(tǒng)之上，是為用戶的某種實際應(yīng)用或解決某種特殊問題而編制的程序及相關(guān)資源的集合，具有較強的實用性和針對性。從其效勞對象的角度來看，可將應(yīng)用軟件分為通用軟件和專用軟件兩類。(1)通用軟件這類軟件通常是為了解決某一類常見問題而設(shè)計的，如辦公軟件Office，圖像處理軟件Photoshop，動畫制作軟件Flash，計算機輔助設(shè)計軟件AutoCAD，殺毒軟件360，壓縮/解壓縮軟件WinRAR等。(2)專用軟件通用軟件一般在應(yīng)用市場上就可以購置，但有些具有特殊功能和需求的軟件是無法買到的。例如，某個用戶希望程序既能自動控制廠里的車床，同時也能將各種事務(wù)性工作集成起來統(tǒng)一管理，這種需要組織人力單獨開發(fā)的軟件稱為專用軟件。分析用機需要一組裝計算機二2021年10月31日至11月3日，為期4天的中國國際信息通信展覽會〔簡稱PT展，如下圖〕在北京國家會議中心舉行。本次展會以“5G融合，共建萬物互聯(lián)的智能世界〞為主題，全面展示了當前信息通信業(yè)最前沿、最領(lǐng)先的新技術(shù)、新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用，尤其是5G產(chǎn)業(yè)開展和應(yīng)用的最新成果。有幸去看展的小明發(fā)現(xiàn)，在展會上不僅能看到芯片、等5G設(shè)備，還能現(xiàn)場體驗眾多5G融合應(yīng)用場景，如5G遠程問診及醫(yī)療系統(tǒng)、借助VR及裸眼3D技術(shù)的5G+云教育等。本身就對數(shù)據(jù)通信技術(shù)感興趣的小明，決定趁著這次時機好好學(xué)習一下數(shù)據(jù)通信技術(shù)的相關(guān)知識。一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)通信是指在兩臺計算機或終端之間以二進制的形式進行信息交換和數(shù)據(jù)傳輸，它是通信技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。一個完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由信源、信號變換器、信道、信宿等構(gòu)成，如下圖。1)信號是攜帶信息的介質(zhì)，是數(shù)據(jù)的一種電磁編碼。信號一般以時間為自變量，以表示信息〔或數(shù)據(jù)〕的某個參量〔振幅、頻率或相位〕為因變量。信號按其因變量的取值是否連續(xù)可分為模擬信號和數(shù)字信號。（1）模擬信號指信號的因變量完全隨連續(xù)消息的變化而變化的信號，其因變量一定是連續(xù)的，如電視圖像信號、語音信號、溫度傳感器的輸出信號。（2）數(shù)字信號指表示消息的自變量和因變量都是離散取值的信號。數(shù)字信號的因變量的狀態(tài)是有限的。例如，計算機中用二進制數(shù)（0，1）表示數(shù)字信號的兩種物理狀態(tài)。雖然模擬信號與數(shù)字信號有著明顯的差異，但它們在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。模擬信號可以通過采樣、量化、編碼等步驟變換為數(shù)字信號，而數(shù)字信號也可以通過解碼、平滑等步驟變換為模擬信號。2)信源和信宿信源就是信息的產(chǎn)生和發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的人或設(shè)備。信宿就是信息的接收端，是接收所傳送信息的人或設(shè)備。大局部信源和信宿設(shè)備都是計算機或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備〔dataterminalequipment，DTE〕。3)信道是傳輸信號的一條通路，由傳輸線路和傳輸設(shè)備組成。同一個傳輸介質(zhì)上可以同時存在多條信號通路，即一條傳輸線路上可以有多個信道。信道類型是由所傳輸?shù)男盘枦Q定的，用來傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道，用來傳輸數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道。4)信號變換器作用是將信源發(fā)出的數(shù)據(jù)變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘枺驅(qū)⑿诺郎蟼鱽淼男盘栕儞Q成可供信宿接收的數(shù)據(jù)。發(fā)送端的信號變換器可以是編碼器或調(diào)制器，接收端的信號變換器相對應(yīng)的就是譯碼器或解調(diào)器。5)噪聲信號在傳輸過程中受到的干擾稱為噪聲。噪聲可能來自外部，也可能是由信號傳輸過程本身產(chǎn)生的。噪聲雖然不算嚴格意義上的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成局部，但噪聲過大將影響傳輸信號的真實性或正確性。2.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標描述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的大小和傳輸質(zhì)量的好壞，往往需要使用信道帶寬、波特率、比特率、誤碼率、信道的傳播延遲和信噪比等技術(shù)指標。1)信道帶寬指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的頻率范圍，即傳輸信號的最高頻率與最低頻率之差。例如，假設(shè)某條通信線路可以不失真地傳送2MHz～10MHz的信號，那么該通信線路的信道帶寬為8MHz。2)波特率又稱為波形速率或調(diào)制速率，是指數(shù)據(jù)傳輸過程中線路上每秒鐘傳送的波形個數(shù)，其單位是波特〔記作baud〕。3)比特率又稱為數(shù)據(jù)傳輸速率，是指數(shù)字信號的傳輸速率，用每秒鐘所傳輸?shù)亩M制代碼的有效位數(shù)表示，單位為比特/秒〔記作b/s或bps〕。4)誤碼率指二進制代碼在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中被傳錯的比率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸可靠性的重要指標。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般要求數(shù)字信號的誤碼率低于10-6。5)信道的傳播延遲信號在信道中傳輸時，從信源到信宿需要一定的時間，這個時間叫作傳播延遲〔又稱時延〕。傳播延遲與信源和信宿間的距離有關(guān)，也與具體的通信信道中的信號傳播速度有關(guān)。6)信噪比在信道中，信號功率與噪聲功率的比值稱為信噪比。如果用S表示信號功率，用N表示噪聲功率，那么信噪比應(yīng)表示為S/N。在實際傳輸中，更多地使用10log10(S/N)來表示信噪比，單位是分貝〔記作dB〕。例如，S/N等于100的信道，稱其信噪比為20dB。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，因此數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信噪比越高越好。二、數(shù)據(jù)通信方式1.并行通信與串行通信目前，數(shù)據(jù)的通信方式有并行通信和串行通信兩種。采用串行通信時，只需要在收發(fā)雙方之間建立一條信道，傳輸可以節(jié)省線路和設(shè)備，廣泛用于遠距離通信。采用并行通信時，收發(fā)雙方之間必須建立多條并行的信道。通信的速率高，但傳輸線路和設(shè)備都需要增加假設(shè)干倍，一般用于本地通信。(1)并行通信在計算機中，通常使用8個字節(jié)來表示一個字符。在進行近距離通信時，為了獲得較高的效率，常采用并行通信方式，即數(shù)據(jù)的每一個二進制數(shù)據(jù)位各占一條信號線，通過幾條并行的信道同時傳輸。例如，計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)總線就是采用并行通信方式的，根據(jù)信道數(shù)量不同可分為8位、16位、32位和64位等。(2)串行通信串行通信指的是數(shù)據(jù)的假設(shè)干位按順序一位一位依次進行傳輸，從發(fā)送端到接收端只需一條傳輸信道即可。因此，采取串行通信時的通信效率與并行通信相比要低得多。2.單工、半雙工和全雙工通信(1)單工通信在單工通信中，信號固定地從發(fā)送端傳送到接收端，即信息流僅沿一個方向流動。例如，無線電播送采用的就是單工通信。(2)半雙工通信在半雙工通信中，信號可雙向傳送，但不能同時在兩個方向上進行傳送。例如，無線電對講機采用的就是半雙工通信，當甲方講話時，乙方無法講話；等甲方講完后，乙方才能開始講話。(3)全雙工通信在全雙工通信中，同一時刻通信雙方可以在兩個方向上傳輸數(shù)據(jù)信號，它相當于把兩個相反方向的單工通信方式組合起來。例如，打時，通信雙方可以同時講話。全雙工通信效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本錢也偏高。三、數(shù)據(jù)交換技術(shù)在實際網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點通常采用局部連接的方式，不相鄰節(jié)點之間的通信只能通過中轉(zhuǎn)節(jié)點的轉(zhuǎn)接來實現(xiàn)。這些中轉(zhuǎn)節(jié)點稱為交換節(jié)點。數(shù)據(jù)交換技術(shù)就是用來解決如何通過交換節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換問題的。1.電路交換在系統(tǒng)中，當用戶進行撥號時，系統(tǒng)中的交換機在呼叫者的與接收者的之間建立了一條實際的物理線路，通話便建立起來；此后兩端的一直使用該專用線路，直到通話結(jié)束才能撤除該線路。系統(tǒng)中用到的這種交換方式稱為電路交換〔circuitswitching〕。電路交換技術(shù)的通信過程包括線路建立、數(shù)據(jù)傳輸和線路釋放3個過程，電路建立時間太長。另外，在電路交換系統(tǒng)中，物理線路的帶寬是預(yù)先分配好的。對于已經(jīng)預(yù)先分配好的線路，即使通信雙方都沒有數(shù)據(jù)要交換，線路帶寬也不能為其他用戶所使用，從而造成帶寬的浪費。但它有兩個明顯的優(yōu)點：第一是傳輸延遲小，一旦建立物理連接，便不再需要交換開銷；第二是一旦線路建立，通信雙方便獨享該物理線路，不會與其他通信發(fā)生沖突。2.報文交換報文交換〔messageswitching〕屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)式交換，事先并不建立物理電路。當發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它將要發(fā)送的數(shù)據(jù)當作一個整體交給中間交換設(shè)備，中間交換設(shè)備先將報文存儲起來，然后選擇一條適宜的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個交換設(shè)備，如此循環(huán)往復(fù)直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點。報文交換不適合交互式數(shù)據(jù)通信。3.分組交換分組交換〔packetswitching〕又稱為包交換，是報文交換技術(shù)的改進，與報文交換同屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)式交換。在分組交換中，用戶的數(shù)據(jù)被劃分成假設(shè)干個大小相同的分組〔packet〕，這些分組被緩存在交換設(shè)備的內(nèi)存中，通過不同的線路到達同一目的節(jié)點。由于分組交換能夠保證任何用戶都不能長時間獨占傳輸線路，適合于交互式通信。在分組交換中，根據(jù)傳輸控制協(xié)議和傳輸路徑不同，還可將其分為兩種方式：數(shù)據(jù)報分組交換和虛電路分組交換。四、過失控制技術(shù)數(shù)據(jù)在信道上傳輸時，由于線路熱噪聲的影響、信號的衰減、相鄰線路間的串擾等各種原因，容易出現(xiàn)傳輸過失〔簡稱過失〕，造成接收的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致。要提高傳輸質(zhì)量，一是要改善傳輸信道的傳輸特性，二是采取過失控制技術(shù)，檢測和糾正數(shù)據(jù)通信中可能出現(xiàn)的過失，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。最常用的過失控制技術(shù)是過失控制編碼。常用的校驗碼有奇偶校驗碼和循環(huán)冗余碼。1.奇偶校驗碼奇偶校驗碼是最簡單的校驗碼，其編碼規(guī)那么是：在接收端按照同樣的規(guī)那么進行檢查，只有“1〞的個數(shù)仍符合原定的規(guī)那么才認為傳輸正確，否那么認為傳輸出錯。先將要傳送的數(shù)據(jù)碼元分組，并在每組數(shù)據(jù)后面附加一位冗余位（即校驗位），使分組中包括冗余位在內(nèi)的數(shù)據(jù)碼元中“1”的個數(shù)保持為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。例如，傳輸數(shù)據(jù)為“1010010〞，采用奇校驗時附加位為“0〞，因此傳輸數(shù)據(jù)變?yōu)椤?0100100〞。如果接收端收到的數(shù)據(jù)中有一位出錯〔如10110100〕，此時奇校驗就可以檢查出錯誤。但是假設(shè)收到的數(shù)據(jù)中有兩位出錯〔如01100100〕，此時奇校驗就無法檢查出錯誤。因此，奇偶校驗一般只能用于通信要求較低的環(huán)境，且只能檢測錯誤，無法確認錯誤位置及糾正錯誤。2.循環(huán)冗余碼循環(huán)冗余碼〔cyclicredundancycode，CRC〕，又稱為多項式碼，是使用最廣泛且檢錯能力很強的一種檢錯碼。CRC的工作方法是在發(fā)送端產(chǎn)生一個冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送給接收端，接收端收到信息后按照與發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進行校驗，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，那么通知發(fā)送端重發(fā)。CRC將整個數(shù)據(jù)塊當作一串連續(xù)的二進制數(shù)據(jù)，把各位看成是一個多項式的系數(shù)，因此該數(shù)據(jù)塊可和一個n次多項式M(X)相對應(yīng)。例如，信息碼1101可表示為多項式M(X)=X3+X2+X0。CRC在發(fā)送端編碼和接收端校驗時，可以利用事先約定的生成多項式G(X)來計算冗余碼。CRC中使用的生成多項式由協(xié)議規(guī)定，目前國際標準中常用的G(X)包括以下幾種：G(X)=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-12G(X)=X16+X15+X2+1CRC-16G(X)=X16+X12+X5+1CRC-CCITTG(X)=X32+X26+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1CRC-32CRC編碼步驟如下：〔設(shè)r為生成多項式G(X)的階〕（1）將數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的多項式M(X)，并在后面附加r個“0”，得到一個新的多項式M’(X)。（2）用模2除法求M’(X)/G(X)的余數(shù)，此余數(shù)就是冗余碼。（3）將冗余碼附加在原信息位后面即為最終要發(fā)送的信息碼。例如，假設(shè)準備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼為1101，生成多項式采用G(X)=X4+X+1，計算使用CRC后最終發(fā)送的信息碼。解：（1）將原信息碼轉(zhuǎn)化為多項式M(X)=1101，r=4，因此M’(X)=11010000。（2）G(X)=10011，用模2除法求M’(X)/G(X)的余數(shù)（即冗余碼）為：（3）將冗余碼0100直接附加在M(X)后面，可得到最終要發(fā)送的信息碼為11010100。查閱資料，了解5G的網(wǎng)絡(luò)特點和發(fā)展歷程。1在手機上使用5G下載一部高清電影，體驗5G的網(wǎng)絡(luò)速度。2依據(jù)5G的網(wǎng)絡(luò)特點，分組討論5G未來可能有哪些應(yīng)用場景。3局域網(wǎng)可以實現(xiàn)文件管理、應(yīng)用軟件共享、打印機共享等功能，同時又具備組建容易、本錢節(jié)約、擴展方便等特點，因此在辦公室、校園、家庭等場景應(yīng)用廣泛。小吳所在的部門有十幾臺計算機，領(lǐng)導(dǎo)讓他組建一個小型的有線/無線混合局域網(wǎng)，以便共享彼此的資源，實現(xiàn)協(xié)同辦公。小吳知道，要組建局域網(wǎng)，首先要了解相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)根底知識，然后才能動手操作。一、計算機網(wǎng)絡(luò)概述1.計算機網(wǎng)絡(luò)的概念計算機網(wǎng)絡(luò)是把分布在不同地點且具有獨立功能的多臺計算機，通過通信設(shè)備和通信線路連接起來，并通過功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。2.計算機網(wǎng)絡(luò)的組成1)網(wǎng)絡(luò)硬件網(wǎng)絡(luò)硬件是計算機網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)根底，包括可獨立工作的計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳輸介質(zhì)。效勞器：一般由功能強大的計算機擔任，如小型計算機、專用PC效勞器或高檔微機。它向網(wǎng)絡(luò)用戶提供效勞，并負責對網(wǎng)絡(luò)資源進行管理。一個計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中可以有一臺效勞器，也可以有多臺效勞器。根據(jù)所擔任的功能不同，又可將效勞器分為文件效勞器、通信效勞器和打印效勞器等。(1)可獨立工作的計算機是計算機網(wǎng)絡(luò)的核心，也是主要的網(wǎng)絡(luò)資源。根據(jù)用途不同，可將其分為效勞器和網(wǎng)絡(luò)工作站兩種。網(wǎng)絡(luò)工作站：是一臺供用戶使用網(wǎng)絡(luò)的本地計算機。工作站作為獨立的計算機為用戶效勞，同時又可以按照被授予的權(quán)限訪問效勞器。各工作站之間可以相互通信，也可以共享網(wǎng)絡(luò)資源。(2)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是構(gòu)成計算機網(wǎng)絡(luò)的部件，如網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、中繼器、網(wǎng)橋、交換機、路由器和網(wǎng)關(guān)等。獨立工作的計算機可通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備訪問計算機網(wǎng)絡(luò)中的其他計算機。網(wǎng)卡：是計算機與傳輸介質(zhì)的接口。一方面，接收網(wǎng)絡(luò)傳過來的數(shù)據(jù)包，解包后將數(shù)據(jù)通過主板上的總線傳輸給

本地計算機；另一方面，將本地計算機的數(shù)據(jù)打包后送入網(wǎng)絡(luò)。調(diào)制解調(diào)器：是利用調(diào)制解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號在通信過程中相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。確切地說，調(diào)制解調(diào)器的主要工作是將數(shù)據(jù)設(shè)備送來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能在模擬信道〔如交換網(wǎng)〕中傳輸?shù)哪M信號。反之，它也能將來自模擬信道的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。中繼器：是最簡單的局域網(wǎng)延伸設(shè)備，其主要作用是放大傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘枺员阍诰W(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)酶h。不同類型的局域網(wǎng)采用不同的中繼器。網(wǎng)橋：用于連接使用相同通信協(xié)議、傳輸介質(zhì)和尋址方式的網(wǎng)絡(luò)。交換機：有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可連接一個局域網(wǎng)或一臺計算機。交換機的所有端口由專用處理器控制，并由控制總線轉(zhuǎn)發(fā)信息。路由器：用于連接局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇路徑的功能。路由器的主要工作是為經(jīng)過路由器的報文尋找一條最正確路徑，并將數(shù)據(jù)傳送到目的站點。網(wǎng)關(guān)：不僅具有路由功能，還能實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)重新分組后傳送。(3)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)通信使用的信號線路，為數(shù)據(jù)信號傳輸提供了物理通道。傳輸介質(zhì)按其特征可分為：有線傳輸介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜和光纜等；無線傳輸介質(zhì)包括無線電波、微波和紅外線等。它們具有不同的傳輸速率和傳輸距離，分別支持不同的網(wǎng)絡(luò)類型。2)網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)軟件一般是指網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和提供網(wǎng)絡(luò)效勞功能的應(yīng)用軟件。(1)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用于管理網(wǎng)絡(luò)軟硬件資源，提供簡單網(wǎng)絡(luò)管理功能的系統(tǒng)軟件。常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有UNIX、Windows、Linux等。(2)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)中計算機交換信息時的約定，它規(guī)定了計算機在網(wǎng)絡(luò)中互通信息的規(guī)那么。(3)提供網(wǎng)絡(luò)效勞功能的應(yīng)用軟件指在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中能夠為用戶提供各種效勞的軟件，如瀏覽器軟件InternetExplorer、文件傳輸軟件CuteFTP、遠程登錄軟件Telnet、電子郵件管理軟件Foxmail、即時通信軟件QQ和微信、下載工具軟件迅雷等。3.計算機網(wǎng)絡(luò)的功能(1)數(shù)據(jù)通信是計算機網(wǎng)絡(luò)最根本的功能。使用計算機網(wǎng)絡(luò)可以快速傳送計算機與終端、計算機與計算機之間的各種信息，包括文字、圖片、視頻、動畫等。(2)資源共享“資源〞指的是計算機網(wǎng)絡(luò)中所有的軟硬件資源和數(shù)據(jù)資源，“共享〞指的是計算機網(wǎng)絡(luò)中的用戶能夠局部或全部地使用這些資源。(3)分布處理指當某臺計算機負擔過重或該計算機正在處理某項工作時，計算機網(wǎng)絡(luò)自動將新任務(wù)交給空閑的計算機來完成，從而均衡各計算機的負載。對于大型的綜合性問題，可將問題拆分成多個局部并交給不同的計算機分別處理，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高處理問題的效率。4.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類廣域網(wǎng)城域網(wǎng)局域網(wǎng)1)按覆蓋范圍分類按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍大小，可將計算機網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)3種類型，它們的關(guān)系如下圖。(1)局域網(wǎng)〔localareanetwork，LAN〕：指覆蓋范圍比較小的計算機網(wǎng)絡(luò)，如公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)等。它將較小地理區(qū)域內(nèi)的計算機或數(shù)據(jù)通信設(shè)備連接在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享。(2)城域網(wǎng)〔metropolitanareanetwork，MAN〕：指介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的高速網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋的地理范圍一般為幾千米到幾十千米，范圍通常在一個城市內(nèi)。最初的城域網(wǎng)是將城市的終端連接起來，因此城域網(wǎng)也可以說是一種大型的局域網(wǎng)。目前在各城市范圍內(nèi)使用的寬帶網(wǎng)絡(luò)就屬于城域網(wǎng)。(3)廣域網(wǎng)〔wideareanetwork，WAN〕：指覆蓋廣闊地理區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋的地理范圍可以是一個國家、幾個國家甚至于全球。它的通信線路大多借用公用通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低。廣域網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離計算機之間的數(shù)據(jù)通信和資源共享，人們常說的Internet就是世界上最大的廣域網(wǎng)。2)按拓撲結(jié)構(gòu)分類在計算機網(wǎng)絡(luò)中，把主機、終端和交換機等網(wǎng)絡(luò)單元抽象為“點〞，把網(wǎng)絡(luò)中的電纜、光纜等傳輸介質(zhì)抽象為“線〞，這樣從拓撲學(xué)的觀點看計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就形成點和線組成的幾何圖形，從而抽象出計算機的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種采用拓撲學(xué)方法抽象出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。(1)總線型網(wǎng)絡(luò)：采用單條傳輸線路作為公共傳輸線路，支持雙向傳輸，如下圖。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、布線容易、可靠性高、易于擴充，單個節(jié)點的故障不會殃及系統(tǒng)，適用于對實時性要求不高的局域網(wǎng)。缺點是出現(xiàn)故障后診斷困難，且節(jié)點不宜過多。(2)星型網(wǎng)絡(luò)：是以中央節(jié)點為中心，把假設(shè)干外圍節(jié)點連接起來的輻射式互聯(lián)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，如下圖。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、便于管理，適用于局域網(wǎng)；缺點是中心節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)的可靠性瓶頸，一旦中心節(jié)點出現(xiàn)故障會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。(3)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)：各個節(jié)點通過通信線路組成環(huán)狀閉合線路〔如下圖〕，環(huán)中只允許沿一個方向傳輸數(shù)據(jù)。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、結(jié)構(gòu)對稱性好、傳輸速率高；缺點是任意節(jié)點出現(xiàn)故障都會造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。對于這種網(wǎng)絡(luò)，信息在每臺設(shè)備上的延遲時間是固定的，特別適合實時控制的局域網(wǎng)系統(tǒng)。(4)樹型網(wǎng)絡(luò)：它把星型網(wǎng)絡(luò)和總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，形狀像一棵倒置的樹，頂端有一個帶分支的根，每個分支還可以延伸出子分支，如下圖。其優(yōu)點是分級結(jié)構(gòu)易于擴展、故障隔離容易、可靠性高；缺點是根節(jié)點的依賴性大，一旦根節(jié)點出現(xiàn)故障會導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。(5)網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)：將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與通信線路互連成不規(guī)那么的形狀，每個節(jié)點至少與其他兩個節(jié)點相連，或者說每個節(jié)點至少有兩條鏈路與其他節(jié)點相連，如下圖。其優(yōu)點是幾乎每個節(jié)點都有冗余鏈路，可靠性高，可以選擇最正確路徑，減少時延，改善流量分配，提高網(wǎng)絡(luò)性能；缺點是線路本錢高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易管理和維護。大型網(wǎng)絡(luò)一般都采用這種結(jié)構(gòu)，如Internet的主干網(wǎng)就屬于網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)。二、計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指為了實現(xiàn)計算機間的通信合作，把計算機互聯(lián)的功能劃分成有明確定義的層次，并規(guī)定同層次實體通信的協(xié)議及相鄰層次之間的接口效勞。簡單地說，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)各層及其協(xié)議的集合。1.

OSI/RM參考模型OSI/RM參考模型是國際標準化組織〔internationalorganizationforstandardization，ISO〕為網(wǎng)絡(luò)通信制定的模型。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信的功能要求，它把通信過程分為7層，從低到高分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，每層都規(guī)定了相應(yīng)的功能和所用協(xié)議，如下圖。物理層：是最重要的一層，提供機械、電氣、功能和過程特性，如規(guī)定電纜和接頭的類型，確定傳送信號的電壓等。在這一層，數(shù)據(jù)僅作為原始的位流或電氣電壓處理。數(shù)據(jù)鏈路層：接收來自物理層的比特流數(shù)據(jù)，并提取出幀后傳輸?shù)缴弦粚?。同時，也將來自上層的數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到物理層，并且負責處理接收端發(fā)回確實認幀信息，以提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層：允許分組通過路由器從一個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一個網(wǎng)絡(luò)，而用戶不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和所使用的通信介質(zhì)。也就是說，網(wǎng)絡(luò)層可以用于為兩個不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的計算機建立通信。傳輸層：提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負責可靠地傳輸數(shù)據(jù)。會話層：向會話的應(yīng)用進程之間提供會話組織和同步效勞，對數(shù)據(jù)的傳送提供控制和管理，以協(xié)調(diào)會話過程，為表示層實體提供更好的效勞。例如，效勞器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。表示層：提供格式化的表示和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效勞。例如，數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮、加密和解密等工作都由表示層負責。應(yīng)用層：是最接近用戶的一層，也是用戶的應(yīng)用程序訪問網(wǎng)絡(luò)效勞的接口，主要為網(wǎng)絡(luò)用戶和應(yīng)用程序提供各種效勞。2.

TCP/IP參考模型目前流行的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是TCP/IP參考模型，Internet就是基于它建立的。TCP/IP參考模型已成為計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)事實上的標準，它將計算機網(wǎng)絡(luò)劃分為4個層次，從低到高分別為網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際互聯(lián)層、傳輸層和應(yīng)用層，如下圖。網(wǎng)絡(luò)接口層：TCP/IP參考模型的最低層，主要面向網(wǎng)絡(luò)硬件。網(wǎng)際互聯(lián)層：處理來自傳輸層的分組，將分組裝入數(shù)據(jù)包〔IP數(shù)據(jù)包〕，并為該數(shù)據(jù)包進行路徑選擇，最終將數(shù)據(jù)包從源主機發(fā)送到目的主機。在網(wǎng)際互聯(lián)層中，最常用的協(xié)議是網(wǎng)際協(xié)議〔IP〕，因此也稱為IP層。傳輸層：也稱為主機至主機層，主要負責主機到主機之間的通信，與OSI/RM參考模型中的傳輸層類似。該層定義了兩個主要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議〔TCP〕和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議〔UDP〕。應(yīng)用層：TCP/IP參考模型的最高層。它與OSI/RM參考模型中的高3層〔應(yīng)用層、表示層、會話層〕的任務(wù)相同，都是用于提供網(wǎng)絡(luò)效勞，如Web效勞、遠程登錄、文件傳輸和域名效勞等。三、Internet根底知識Internet，中文譯名為“因特網(wǎng)〞，又稱國際互聯(lián)網(wǎng)。它是目前世界上規(guī)模最大的計算機網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)覆蓋全球200多個國家和地區(qū)，有著豐富的信息資源。1.IP地址當網(wǎng)絡(luò)中的兩臺主機進行通信時，必須知道通信雙方各自的地址，也就是Internet地址，即IP地址。IP地址實際上是一種標識符，是Internet上主機的唯一標識。根據(jù)TCP/IP協(xié)議規(guī)定，IP地址由32位二進制數(shù)表示，如11000001001000001101100000001001。為了方便記憶，可以將IP地址的32位二進制數(shù)進行分段，每段8位，然后將每段8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的十進制數(shù)，中間用“﹒〞號間隔，這種表示方式稱為“點分十進制〞。也就是說，上述IP地址可以表示為。IP地址由網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址構(gòu)成，用于表示該地址所屬的網(wǎng)絡(luò)及主機在本網(wǎng)絡(luò)中所處的位置。因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有所不同，為了方便網(wǎng)絡(luò)的管理，IP地址被分為A、B、C、D、E五類，如下圖。2.子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼又稱網(wǎng)絡(luò)掩碼、地址掩碼，用來指明一個IP地址的哪些位標識的是主機所在的子網(wǎng)地址，哪些位標識的是主機地址。子網(wǎng)掩碼不能單獨存在，它必須結(jié)合IP地址一起使用。子網(wǎng)掩碼與IP地址相同，也是一個32位的二進制數(shù)。對于子網(wǎng)掩碼的取值