第2章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)教材

第二章計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

(二)學(xué)習(xí)目標(biāo)1

了解計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示方式。(復(fù)習(xí))2

了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理。3了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理與應(yīng)用。2.1數(shù)制與運(yùn)算目錄2.2數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與表示2.5多媒體計(jì)算機(jī)2.3計(jì)算機(jī)硬件組成2.4指令系統(tǒng)及執(zhí)行2.6互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)臺(tái)式計(jì)算機(jī)顯示器鍵盤(pán)主機(jī)箱鼠標(biāo)音箱2.3計(jì)算機(jī)硬件組成

硬件(HardWare)系統(tǒng)：各種物理設(shè)備的總稱(chēng)。 軟件(SoftWare)系統(tǒng)：程序以及各種文檔的總和。通常，人們把不裝備任何軟件的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為硬件計(jì)算機(jī)或裸機(jī)。硬件與軟件的發(fā)展密切交織著，缺一不可。就好比人的軀體和思維。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成硬件和軟件的關(guān)系計(jì)算機(jī)硬軟件層次示意圖JohnvonNeumann馮

諾依曼1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生馮·諾依曼原理：存儲(chǔ)程序和程序控制存儲(chǔ)程序工作原理電子計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)

器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個(gè)部分組成。采用存儲(chǔ)程序的方式，程序和數(shù)據(jù)都放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，按地址訪問(wèn)。程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示。2.3.1計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)馮·諾依曼計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框架圖：馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的硬件部分都由5大功能部件組成運(yùn)算器：又稱(chēng)算術(shù)邏輯單元ALU,主要負(fù)責(zé)對(duì)輸入計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制編碼進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算(2)控制器：就是從內(nèi)存依次取出指令、產(chǎn)生控制信號(hào)、向其他部件發(fā)出命令、指揮整個(gè)計(jì)算過(guò)程,同時(shí)把數(shù)據(jù)地址發(fā)向有關(guān)部件(輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器),并根據(jù)各部件的反饋信號(hào)進(jìn)行控制調(diào)整?，F(xiàn)在的運(yùn)算器和控制器已經(jīng)被合在一起集成在一塊芯片上,稱(chēng)為中央處理單元,即CPU。人們常說(shuō)的奔騰Ⅲ、奔騰Ⅳ處理器就是指的CPU,它是計(jì)算機(jī)的核心部件。(3)存儲(chǔ)器：是具有記憶功能的部件,其主要作用是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù),可分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器直接受CPU控制,位于系統(tǒng)主板上,因此又稱(chēng)為內(nèi)存儲(chǔ)器或內(nèi)存。輔助存儲(chǔ)器又稱(chēng)為外存儲(chǔ)器或外存,是為彌補(bǔ)內(nèi)存儲(chǔ)器容量不足而設(shè)置的(4)輸入設(shè)備：常見(jiàn)的輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、光筆、圖形掃描儀、數(shù)字化儀等。(5)輸出設(shè)備：常見(jiàn)的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、外存儲(chǔ)器、繪圖儀等。中央處理器控制器運(yùn)算器控制整個(gè)計(jì)算機(jī)所有部件的工作執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算2.3.2CPU（中央處理器）①運(yùn)算器運(yùn)算器也稱(chēng)為算術(shù)邏輯單元ALU。運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的核心部件，主要負(fù)責(zé)對(duì)輸入計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制編碼進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算就是指加、減、乘、除。邏輯運(yùn)算就是指“與”、“或”、“非”、“比較”、“移位”等操作。

（1）CPU（中央處理器）②控制器,也稱(chēng)為CU

（實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)各部分聯(lián)系及自動(dòng)執(zhí)行程序的部件）?？刂破魇怯?jì)算機(jī)的神經(jīng)中樞和指揮中心，它控制計(jì)算機(jī)的全部動(dòng)作?？刂破饕话阌芍噶罴拇嫫?、指令譯碼器、時(shí)序電路和有關(guān)控制電路組成?？刂破鞯幕竟δ芫褪菑膬?nèi)存依次取出指令，產(chǎn)生控制信號(hào)，向其他部件發(fā)出命令，指揮整個(gè)計(jì)算過(guò)程。同時(shí)把數(shù)據(jù)地址發(fā)向有關(guān)部件（輸入、輸出、運(yùn)算器），并根據(jù)各部件的反饋信號(hào)進(jìn)行控制調(diào)整。

（1）CPU（中央處理器）內(nèi)存儲(chǔ)器（內(nèi)存或主存）外存儲(chǔ)器（外存或輔助存儲(chǔ)器）

存儲(chǔ)器RAMROM高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，每個(gè)記憶單元由8位二進(jìn)制位組成，可讀寫(xiě)其中的數(shù)據(jù)。2.3.3存儲(chǔ)系統(tǒng)11110100000001110000010000000101011000000H01H 02H03H04H每個(gè)記憶單元由8位二進(jìn)制位組成。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字節(jié)BYTE76543210位bit①RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）

RAM是既可從里面讀取數(shù)據(jù)，也可以存入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。隨機(jī)存儲(chǔ)器的速度快，但也有一個(gè)缺點(diǎn)：它具有易失性——RAM中存放的所有數(shù)據(jù)當(dāng)計(jì)算機(jī)斷電后都會(huì)丟失。通常RAM叫主存、內(nèi)存條。1.主存儲(chǔ)器

②ROM（只讀存儲(chǔ)器）

ROM是不能用普通計(jì)算機(jī)寫(xiě)入的，只能用專(zhuān)用設(shè)備才能寫(xiě)入，并且寫(xiě)入的內(nèi)容在斷電后依然保存。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的指令存儲(chǔ)在不易失的只讀存儲(chǔ)器中，只讀存儲(chǔ)器在制造時(shí)即包含了永久存儲(chǔ)的指令。

PROM（可編程序只讀存儲(chǔ)器）芯片。

EPROM（可擦可編程序只讀存儲(chǔ)器）芯片，

EEPROM（電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器）③高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)任務(wù)時(shí)，計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)CPU可能需要哪些數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)預(yù)先送到高速緩沖存儲(chǔ)器區(qū)域。當(dāng)指令需要數(shù)據(jù)時(shí)，CPU首先檢查高速緩沖存儲(chǔ)器中是否有所需要的數(shù)據(jù)。如果有，CPU就從高速緩沖器中直接取數(shù)據(jù)而不用到RAM中取了。

2.外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器又稱(chēng)為輔助存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)外存（輔存）。外存作為主存儲(chǔ)器的后備和補(bǔ)充而廣泛使用。外存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是：存儲(chǔ)容量大、成本低、存取速度慢，可以永久地脫機(jī)保存信息。

①磁盤(pán)：軟盤(pán)和硬盤(pán)

只讀光盤(pán)

（CD-ROM）

移動(dòng)硬盤(pán)

閃存

②盤(pán)符

每個(gè)盤(pán)都有一個(gè)名字標(biāo)識(shí)，人們習(xí)慣稱(chēng)之為盤(pán)符。用A：、B：代表軟盤(pán)。C：、D：等代表硬盤(pán)，硬盤(pán)盤(pán)符最后一個(gè)字母的下一個(gè)字母為光盤(pán)盤(pán)符，如一臺(tái)計(jì)算機(jī)分區(qū)為C：D：E：三個(gè)邏輯硬盤(pán)，那么光盤(pán)盤(pán)符就為F：寫(xiě)保護(hù)開(kāi)關(guān)小滑塊向上推寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)：只能讀、不能寫(xiě)入未寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)：可以讀寫(xiě)（1）軟磁盤(pán)磁道是以盤(pán)片中心為圓心的同心圓，每一個(gè)圓周為一個(gè)磁道，最外面的磁道為0磁道。3.5吋高密度軟盤(pán)有80個(gè)磁道，每個(gè)磁道有18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可存儲(chǔ)512B，每個(gè)磁盤(pán)有兩個(gè)面。80×18×512B×2=1474560B=1.44MB磁道和扇區(qū)磁盤(pán)格式化：對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行磁道和扇區(qū)的劃分，寫(xiě)上各扇區(qū)的地址標(biāo)記并標(biāo)明存儲(chǔ)容量的大小。（2）硬盤(pán)衡量硬盤(pán)性能好壞，硬盤(pán)的平均尋道時(shí)間和內(nèi)部傳輸速率是兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。

（3）光盤(pán)存儲(chǔ)器（4）閃存盤(pán)（U盤(pán)）可移動(dòng)的外存儲(chǔ)器（5）USB硬盤(pán)（移動(dòng)硬盤(pán)）2.3.4輸入設(shè)備輸入設(shè)備用于將輸入的信息轉(zhuǎn)換為代表二進(jìn)制代碼的電信號(hào),送入計(jì)算機(jī)中處理。常見(jiàn)的輸入設(shè)備：（1）鍵盤(pán)（2）鼠標(biāo)（3）掃描儀鍵盤(pán)掃描儀鼠標(biāo)手寫(xiě)筆數(shù)碼相機(jī)攝像頭(1)大鍵盤(pán)輸入設(shè)備小鍵盤(pán)（2）鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器是取代傳統(tǒng)鍵盤(pán)的光標(biāo)移動(dòng)鍵，使光標(biāo)移動(dòng)定位更加方便、準(zhǔn)確的輸人裝置，它是一般窗口軟件和繪圖軟件的首選輸人設(shè)備。鼠標(biāo)操作（1）指向：（2）單擊：（3）雙擊：（4）右擊：（5）拖動(dòng)：鼠標(biāo)分機(jī)械型和光電型無(wú)線(xiàn)軌跡球顯示器音箱打印機(jī)投影儀2.3.5輸出設(shè)備輸出設(shè)備是用來(lái)保存計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。（1）顯示器

顯示器又稱(chēng)為監(jiān)視器（Monitor）,是計(jì)算機(jī)最基本的，也是必配的輸出設(shè)備。使用的陰極射線(xiàn)管顯示器簡(jiǎn)稱(chēng)CRT。另一類(lèi)是LCD液晶顯示器。陰極射線(xiàn)管(CathodeRayTube，CRT)液晶顯示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)CRT顯示器有紅、綠、藍(lán)（RGB)三支電子槍顯示器常用術(shù)語(yǔ)點(diǎn)距：顯示器上兩個(gè)顏色相同的磷光點(diǎn)之間的距離。如.28mm,.26mm等點(diǎn)距數(shù)值越小，顯示器的聚焦性能越好。尺寸：顯示屏對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度分辨率一般有640×480、800×600、1024×768等分辨率：顯示屏水平方向和垂直方向上像素的數(shù)目顯示器必須配置正確的適配器（顯示卡）才能構(gòu)成完整的顯示系統(tǒng)。顯示器的標(biāo)準(zhǔn)有：CGA：320×200，彩色EGA：640×350，彩色VGA：640×480以上，256色SVGA：800×600以上，16.7兆真彩色TVGA：1024×768以上，16.7兆真彩色（2）打印機(jī)打印機(jī)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最常用的輸出設(shè)備。在顯示器上輸出的內(nèi)容可當(dāng)場(chǎng)察看，但不能保存，打印機(jī)正好彌補(bǔ)了這個(gè)不足。目前常用的打印機(jī)有：點(diǎn)陣打印機(jī)、噴墨打印機(jī)與激光打印機(jī)。各種打印機(jī)圖針式打印機(jī)原理計(jì)算機(jī)的工作原理就是存儲(chǔ)程序和程序控制。即首先把計(jì)算機(jī)如何進(jìn)行操作的指令序列（稱(chēng)為程序）和原始數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中——存儲(chǔ)程序；然后每一條指令中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)從哪個(gè)地址取數(shù)、怎樣操作、最后送到哪里等步驟，就這樣在控制器的指揮下完成規(guī)定的所有操作步驟，直到遇到停止指令——程序控制。

2.4指令系統(tǒng)及執(zhí)行1.指令及其格式:指令是計(jì)算機(jī)能識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，是計(jì)算機(jī)為完成某個(gè)基本操作而發(fā)出的指示或命令。

操作碼

操作數(shù)

數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入輸出指令

其它指令

IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)存I/O設(shè)備主機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行管理等指令

結(jié)構(gòu)分類(lèi)操作碼要完成的操作類(lèi)型或性質(zhì)操作數(shù)

操作的內(nèi)容或所在的地址

2.4.1指令和程序一條指令的執(zhí)行過(guò)程分為以下3步驟：①取指令②分析指令③執(zhí)行指令按照指令計(jì)數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指令，并送往指令寄存器。對(duì)指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號(hào)；由地址碼確定操作數(shù)地址。由操作控制線(xiàn)路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。一條指令執(zhí)行完成，指令計(jì)數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計(jì)數(shù)器，然后回到①。2、指令的執(zhí)行過(guò)程指令的串行執(zhí)行

指令的并行執(zhí)行

則：有三條指令的并行執(zhí)行理論上約是串行執(zhí)行速度的3倍3、程序的執(zhí)行過(guò)程有序的指令集合構(gòu)成了程序，程序的執(zhí)行過(guò)程就是一條一條指令的執(zhí)行過(guò)程。2.5多媒體計(jì)算機(jī)2.5.1媒體和媒體分類(lèi)媒體（Medium）媒體又稱(chēng)媒質(zhì)或媒介，它是信息表示、信息傳遞和信息存儲(chǔ)的載體。1.媒體及媒體元素

媒體的含義

媒體（medium）在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有兩種含義：即媒質(zhì)和媒介。媒質(zhì)：存儲(chǔ)信息的實(shí)體，如磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等。媒介：傳遞信息的載體，如數(shù)字、文字、聲音、圖形和圖像等。CCITT（現(xiàn)為ITU-T（國(guó)際通信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)））曾給媒體做了如下的分類(lèi)：感覺(jué)媒體（PerceptionMedium）表示媒體（RepresentationMedium）顯示媒體（PresentationMedium）存儲(chǔ)媒體（StorageMedium）傳輸媒體（TransmissionMedium）2.媒體的分類(lèi)

感覺(jué)媒體：指的是用戶(hù)接觸信息的感覺(jué)形式.如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等，能使人產(chǎn)生直接感覺(jué)的媒體。

表示媒體：表示媒體是為了更有效地加工、處理和傳輸感覺(jué)媒體而人為研究和構(gòu)造出來(lái)的一種媒體，如對(duì)聲音、文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像等信息數(shù)字化的編碼表示。

五類(lèi)媒體的含義

顯示媒體：表現(xiàn)和獲取信息的物理設(shè)備.如顯示器、打印機(jī)、揚(yáng)聲器、鍵盤(pán)和攝像機(jī)等。

存儲(chǔ)媒體：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的物理設(shè)備.如紙張、磁盤(pán)、光盤(pán)、硬盤(pán)等。

傳輸媒體：傳輸數(shù)據(jù)的物理設(shè)備.如電話(huà)線(xiàn)、電纜、光纜、電磁波等。最常見(jiàn)的感覺(jué)媒體：聲：語(yǔ)音、聲響、音樂(lè)等

圖：圖像、圖形等

像：動(dòng)畫(huà)、視頻等文：文字、符號(hào)、數(shù)值等其他：動(dòng)作媒體、觸覺(jué)媒體等2.5.2多媒體技術(shù)及其基本特征

多媒體不僅是信息的集成,也是設(shè)備的集成和軟件的集成,通過(guò)邏輯連接形成有機(jī)整體又可實(shí)現(xiàn)交互控制,可以說(shuō)集成和交互是多媒體的精髓。多媒體是指信息表示媒體的多樣化，常見(jiàn)的多媒體有文字、圖形、圖像、聲音、音樂(lè)、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種形式。1.多媒體與多媒體技術(shù)（1）傳統(tǒng)傳媒基本是模擬信號(hào),而多媒體信息都是數(shù)字化的。（2）傳統(tǒng)傳媒只能讓人們被動(dòng)地接受信息，而多媒體可以讓人們主動(dòng)與信息媒體交互。（3）傳統(tǒng)傳媒一般是單一形式，而多媒體是兩種以上不同媒體信息的有機(jī)集成。多媒體是由多種媒體融合而成的信息綜合表現(xiàn)形式，是多種媒體的綜合、處理和利用的結(jié)果。表現(xiàn)在：多媒體與傳統(tǒng)媒體

多種媒體表現(xiàn)多種感官作用多種設(shè)備支持多學(xué)科交叉多領(lǐng)域應(yīng)用

多媒體技術(shù)概括起來(lái)說(shuō)，就是一種能夠?qū)Χ喾N媒體信息進(jìn)行綜合處理的技術(shù)。略為全面一點(diǎn)，多媒體技術(shù)可以定義為：以數(shù)字化為基礎(chǔ)，能夠?qū)Χ喾N媒體信息進(jìn)行采集、編碼、存儲(chǔ)、傳輸、處理和表現(xiàn)，綜合處理多種媒體信息并使之建立起有機(jī)的邏輯聯(lián)系，集成為一個(gè)系統(tǒng)并能具有良好交互性的技術(shù)。多媒體技術(shù)定義：

多樣性（信息媒體的多樣化/處理的多樣化）集成性（多種媒體的有機(jī)集成）(3)交互性（參與的各方(不論是發(fā)送方還是接收方)都可以進(jìn)行編輯、控制和傳遞）(4)協(xié)同性（多種媒體之間的時(shí)間、空間的協(xié)調(diào)）(5)實(shí)時(shí)性（實(shí)時(shí)采集、處理、傳遞）2、多媒體技術(shù)的主要特征多媒體技術(shù)具有以下特征：

就目前而言，多媒體技術(shù)已在商業(yè)教育培訓(xùn)、電視會(huì)議、聲像演示等方面得到了充分應(yīng)用。1、在教育與培訓(xùn)方面的應(yīng)用4、多媒體通信5、多媒體聲光藝術(shù)品2.5.3多媒體技術(shù)的應(yīng)用2、桌面出版(DesktopPublishing)與辦公自動(dòng)化3、多媒體電子出版物2.5.4多媒體計(jì)算機(jī)多媒體計(jì)算機(jī)(MultimediaPersonalComputer,MPC)簡(jiǎn)單地說(shuō),MPC是具有多媒體功能的個(gè)人計(jì)算機(jī)。早期在PC上增加聲卡和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器稱(chēng)之為MPC,隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,MPC被不斷賦予新的內(nèi)容多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是把多種技術(shù)綜合應(yīng)用到一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)信息輸入、信息處理、信息輸出等多種功能。一個(gè)完整的多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多媒體計(jì)算機(jī)硬件和多媒體計(jì)算機(jī)軟件兩部分組成。

多媒體計(jì)算機(jī)的硬件及其接口種類(lèi)繁多，并日新月異地涌現(xiàn)新的產(chǎn)品。如圖2.5-1為多媒體硬件設(shè)備。多媒體硬件系統(tǒng)除了常規(guī)的硬件如主機(jī)、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、顯示器、網(wǎng)卡之外，還要有音頻信息處理硬件、視頻信息處理硬件及光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等部分以及I/O設(shè)備。2.5.5多媒體計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)圖2.5-1多媒體計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備及接口(SoundCard)處理音頻信號(hào)的PC插卡是音頻卡(AudioCard),又稱(chēng)聲音卡(見(jiàn)圖2.5-2,聲音卡處理的音頻媒體有數(shù)字化聲音(Wave)、合成音樂(lè)(MIDI)、CD音頻。圖2.5-2音頻卡及外接設(shè)備1．音頻卡視頻卡（VideoCard）用來(lái)支持視頻信號(hào)（如電視）的輸入與輸出。在多媒體應(yīng)用系統(tǒng)中，視頻以其直觀生動(dòng)等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。視頻采集、顯示播放是通過(guò)視頻卡、播放軟件和顯示設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的（圖2.5-3）。圖2.5-3視頻卡及外接設(shè)備2．視頻(接口)卡3.光存儲(chǔ)設(shè)備只讀型光存儲(chǔ)系統(tǒng)只讀型光驅(qū)只讀型光盤(pán)光存儲(chǔ)類(lèi)型及發(fā)展階段多媒體I/O設(shè)備平面式掃描儀頭盔顯示器立體眼鏡手?jǐn)?shù)字化設(shè)備觸摸屏2.5.6多媒體計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

多媒體軟件可以劃分成不同的層次或類(lèi)別，這種劃分是在發(fā)展過(guò)程中形成的，并沒(méi)有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)。我們按其功能劃分為5個(gè)層次：驅(qū)動(dòng)軟件、多媒體操作系統(tǒng)、多媒體數(shù)據(jù)準(zhǔn)備軟件、多媒體編輯創(chuàng)作軟件和多媒體應(yīng)用軟件。如圖所示。多媒體軟件層次圖1．多媒體軟件系統(tǒng)層次2．多媒體素材制作軟件1、文本編輯與錄入軟件直接輸入手寫(xiě)輸入鼠標(biāo)手寫(xiě)板文本編輯與錄入軟件光學(xué)字符識(shí)別OCR（OpticalCharacterRecognition）SYMBRIOSISMEANS“l(fā)ivingtogether”.Itdescribesacloseassociationbetweenmembersoftwodifferentspecies,fromwhitchbothwaybenefit.清華紫光OCR尚書(shū)OCR漢王OCR語(yǔ)音識(shí)別多媒體素材制作軟件。文本的編輯與排版文本編輯軟件，如WordPerfect與Word等圖像與圖形文字處理藝術(shù)字請(qǐng)?jiān)诖随I入您自己的內(nèi)容2、圖形與圖像編輯與處理軟件抓屏軟件----HyperSnap圖像處理色彩、亮度處理效果處理畫(huà)面處理紋理處理格式轉(zhuǎn)換圖像處理軟件：Adobephotoshop例如：圖像裝配例如：三維繪制（3DMAX）圖像處理軟件Photoshop概述在眾多的圖像處理軟件中，Photoshop以其完備的圖像處理功能和多種美術(shù)處理技巧為許多的專(zhuān)業(yè)人士所青睞。它既是一種先進(jìn)的繪圖程序，同時(shí)也可以用來(lái)修改和處理圖像。它集圖像編輯、圖像合成、圖像掃描等多種圖像處理功能于一體，同時(shí)支持多種圖像文件格式，并提供有多種圖像處理效果。圖像處理軟件Photoshop彩色繪圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)CorelDRAWCorelDRAW是一個(gè)集作圖、圖像處理、動(dòng)畫(huà)編輯制作及桌面出版等功能于一體的功能強(qiáng)大的套裝軟件包。3、音頻編輯與處理軟件聲音處理軟件WaveditCreativeWaveStudioGoldWaveMIDI編輯軟件MIDIOrchestratorvoyetra公司MIDIOrchestrator的MIDI編輯軟件鋼琴鍵盤(pán)顯示樂(lè)譜顯示調(diào)音臺(tái)顯示4、視頻編輯與處理軟件視頻編輯軟件AdobePremierePremiere是Adobe公司推出的一種專(zhuān)業(yè)化數(shù)字視頻處理軟件它可以配合多種硬件進(jìn)行視頻捕獲和輸出，提供各種精確的視頻編輯工具，并能產(chǎn)生廣播級(jí)質(zhì)量的視頻文件。是利用數(shù)字方式對(duì)數(shù)字化的視頻信息進(jìn)行編輯處理，制作出具有多種視覺(jué)效果的視頻文件。造型動(dòng)畫(huà)軟件3DMax5、動(dòng)畫(huà)制作軟件3、多媒體著作工具概述什么是多媒體著作工具多媒體著作工具提供了組織和編輯多媒體應(yīng)用系統(tǒng)各媒體元素所需的重要框架，這些元素包括文本、圖形、圖象、動(dòng)畫(huà)、視頻和音頻等。用多媒體著作工具制作多媒體應(yīng)用系統(tǒng)有時(shí)也稱(chēng)為編制多媒體節(jié)目，即用多媒體著作工具設(shè)計(jì)交互性用戶(hù)界面，將各種多媒體信息組合成一個(gè)連貫的節(jié)目，并在屏幕上展現(xiàn)節(jié)目。多媒體創(chuàng)作工具的類(lèi)型多媒體創(chuàng)作工具分為四類(lèi)：以圖標(biāo)為基礎(chǔ)的多媒體著作工具，如MicromediaAuthorware；以時(shí)間為基礎(chǔ)的多媒體著作工具，如MicromediaAction；以頁(yè)為基礎(chǔ)的多媒體著作工具，如ToolBook；以傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為基礎(chǔ)的多媒體著作工具；多媒體著作工具概述按多媒體創(chuàng)作工具的創(chuàng)作界面分類(lèi)有：幻燈式：線(xiàn)性表現(xiàn)結(jié)構(gòu)，如MicrosoftPowerPoint；書(shū)本式：建立像書(shū)一樣的多維的結(jié)構(gòu)，如ToolBook；窗口式：一個(gè)窗口就是屏幕上的一個(gè)與用戶(hù)交互的對(duì)象，在窗口中的所有控件和對(duì)象都通過(guò)窗口接受控制，如ToolBook；按多媒體創(chuàng)作工具的創(chuàng)作界面分類(lèi)有：時(shí)基式：采用按時(shí)間軸順序的創(chuàng)作方式，如MicromediaAction；網(wǎng)絡(luò)式：最具交互式的應(yīng)用程序，允許用戶(hù)從應(yīng)用程序空間的任意一個(gè)對(duì)象不受限制地跳轉(zhuǎn)至任何其他對(duì)象。流程圖式：它提供直觀的突變編程界面，利用各種功能圖標(biāo)邏輯結(jié)構(gòu)的布局，體現(xiàn)程序運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，如MicromediaAuthorware；總譜式：以角色和幀為對(duì)象的多媒體創(chuàng)作工具軟件，可以視為時(shí)基式與腳本的結(jié)合，如MicromediaDirector；2.5.7多媒體信息數(shù)字化

文本是以文字、數(shù)字和各種符號(hào)表達(dá)的信息形式，是現(xiàn)實(shí)生活中使用最多的信息媒體，主要用于對(duì)知識(shí)的描述。文本是計(jì)算機(jī)文字處理程序的基礎(chǔ)，文本數(shù)據(jù)可以在文本編輯軟件里制作。文本分為非格式化文本文件和格式化文本文件。文本的采集文本數(shù)據(jù)可以在文本編輯軟件里制作。文本可以通過(guò)手寫(xiě)輸入，也可以通過(guò)掃描再用OCR（OpticalCharacterRecognition光學(xué)字符識(shí)別）軟件獲取，還可以通過(guò)語(yǔ)音錄入。1.數(shù)字化文本信息2.文本的采集動(dòng)畫(huà)的概念運(yùn)動(dòng)的圖畫(huà)，實(shí)質(zhì)是一幅幅靜態(tài)圖像的連續(xù)播放。動(dòng)畫(huà)的連續(xù)播放既指時(shí)間上的連續(xù)，也指圖像內(nèi)容上的連續(xù)，即播放的相鄰兩幅圖像之間內(nèi)容相差不大。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)方法造型動(dòng)畫(huà)幀動(dòng)畫(huà)1、動(dòng)畫(huà)2.5.8數(shù)字動(dòng)畫(huà)與視頻技術(shù)動(dòng)畫(huà)幀動(dòng)畫(huà)

幀動(dòng)畫(huà)是由一幅幅位圖組成的連續(xù)的畫(huà)面，就如電影膠片或視頻畫(huà)面一樣要分別設(shè)計(jì)每屏幕顯示的畫(huà)面。

造型動(dòng)畫(huà)是對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，賦予每個(gè)動(dòng)元一些特征，然后用這些動(dòng)元構(gòu)成完整的幀畫(huà)面。動(dòng)元的表演和行為是由制作表組成的腳本來(lái)控制。存儲(chǔ)動(dòng)畫(huà)的文件格式有FLC、MMM等。

2、視頻（Video）

視頻是由一幅幅單獨(dú)的畫(huà)面序列（幀frame）組成，這些畫(huà)面以一定的速率(fps)連續(xù)地投射在屏幕上，利用視覺(jué)暫留現(xiàn)象在人的眼前呈現(xiàn)出連續(xù)運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面。使觀察者具有圖像連續(xù)運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)。常見(jiàn)的AVI、MPG、MOV等文件即是視頻文件。PAL制(625/50):每秒25幀，水平掃描線(xiàn)為625條，水平分辨率240-400個(gè)像素，隔行掃描。62年誕生于德國(guó)，應(yīng)用于中國(guó)、新加坡、歐洲地區(qū)等。NTSC制(525/60):每秒30幀，水平掃描線(xiàn)為525條，水平分辨率240-400個(gè)像素，隔行掃描。53年誕生于美國(guó)，應(yīng)用于美國(guó)、日本、臺(tái)灣等。SECAM制(625/50)：每秒25幀，水平掃描線(xiàn)為525條、水平分辨率625。由法國(guó)人提出，應(yīng)用于俄羅斯、法國(guó)、非洲地區(qū)等。常用模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)：幾個(gè)重要的技術(shù)參數(shù)

（1）幀速。視頻是利用快速變換幀的內(nèi)容而達(dá)到運(yùn)動(dòng)的效果。視頻根據(jù)制式的不同有30幀/秒（NTSC）、25幀/秒（PAL）等。有時(shí)為了減少數(shù)據(jù)量而減慢了幀速,也可以達(dá)到滿(mǎn)意程度，但效果略差。

（2）圖像質(zhì)量。圖像質(zhì)量除了原始數(shù)據(jù)質(zhì)量外，還與視頻數(shù)據(jù)壓縮的倍數(shù)有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，壓縮比較小時(shí)對(duì)圖像質(zhì)量不會(huì)有太大影響，而超過(guò)一定倍數(shù)后，將會(huì)明顯看出圖像質(zhì)量下降。所以數(shù)據(jù)量與圖像質(zhì)量是一對(duì)矛盾，需要合適的折中。視頻的數(shù)字化

指在一段時(shí)間內(nèi)以一定的速度對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行捕獲并加以采樣后形成數(shù)字化數(shù)據(jù)的處理過(guò)程。例：像素是240*120的3分鐘的PAL制式24位真彩色數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量為：

240×120×24/8×25×3×60=370M字節(jié)分辨率幀/秒采樣深度

時(shí)間(秒)

（3）數(shù)據(jù)量計(jì)算：

數(shù)據(jù)量=每幅圖像的數(shù)據(jù)量×幀速×?xí)r間常用視頻文件格式AVI（Audio-VideoInterleaved）文件將視頻與音頻信息交錯(cuò)地保存在一個(gè)文件中，較好地解決了音頻與視頻的同步問(wèn)題，已成為Windows視頻標(biāo)準(zhǔn)格式文件。MOV文件利用它可以合成視頻、音頻、動(dòng)畫(huà)、靜止圖像等多種素材。MPG(.mpg)文件是按照MPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮的全屏視頻的標(biāo)準(zhǔn)文件。DAT文件是VCD專(zhuān)用的格式文件,文件結(jié)構(gòu)與MPG文件格式基本相同（常見(jiàn)的視頻播放的軟件見(jiàn)教材。）①UleadMediaStudioPro。臺(tái)灣Ulead(友立)公司開(kāi)發(fā)的一套專(zhuān)業(yè)音視頻處理軟件。②UleadVideoStudio。臺(tái)灣Ulead公司的軟件產(chǎn)品,簡(jiǎn)單、易用,容易上手。③UleadDVDMovieFactory。Ulead公司推出的一個(gè)完整的從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝的DV到DVD/VCD的解決方案。④UleadDVDPictureShow。是友立公司新推出的DVD/VCD相冊(cè)制作軟件。⑤Premiere。典型的視頻處理軟AdobePremiere是Adobe公司推出的專(zhuān)業(yè)級(jí)視音頻非線(xiàn)性編輯軟件,廣泛應(yīng)用于電視節(jié)目編輯、廣告制作、電影剪輯等領(lǐng)域。常用視頻處理軟件6.流媒體技術(shù)流媒體:一種可以使音頻、視頻等多媒體文件經(jīng)過(guò)特殊編碼，能在Internet上以實(shí)時(shí)的、無(wú)需全部下載等待的流式傳輸方式進(jìn)行播放的連續(xù)媒體。實(shí)現(xiàn)流媒體的關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸，具體方法有實(shí)時(shí)流式傳輸和順序流式傳輸兩種。應(yīng)用：互聯(lián)網(wǎng)直播視頻點(diǎn)播遠(yuǎn)程教育視頻會(huì)議系統(tǒng)常用流媒體文件RealMedia(RealNetworks)RA（RealAudio）用來(lái)傳輸接近CD音質(zhì)的音頻數(shù)據(jù)RM（RealVideo）在低速率的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳輸活動(dòng)視頻影像RF（RealFlash）一種高壓縮比的動(dòng)畫(huà)格式QuickTime(Apple)是數(shù)字媒體領(lǐng)域事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是創(chuàng)建3D動(dòng)畫(huà)、實(shí)時(shí)效果、虛擬現(xiàn)實(shí)、A/V和其他數(shù)字流媒體的重要基礎(chǔ)。ASF與WMA(Microsoft)ASF是一種數(shù)據(jù)格式，音頻、視頻、圖像以及控制命令腳本等多媒體信息通過(guò)這種格式，以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的形式傳輸，實(shí)現(xiàn)流式多媒體內(nèi)容發(fā)布。WMV是微軟公司推出的與MP3格式齊名的一種音頻格式，是用于高清晰度映像的編解碼器。2.5.9多媒體數(shù)據(jù)壓縮①．?dāng)?shù)據(jù)量巨大傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采用了編碼表示，數(shù)據(jù)量并不大。如一部五十萬(wàn)字的小說(shuō)，保存為文本文件不到1M字節(jié)。而多媒體數(shù)據(jù)量巨大，其數(shù)據(jù)壓縮顯得相當(dāng)必要：一幅大小為1024×768（像素）的真彩色圖像，每像素用24bit表示，其大小為：

1024×768×8×3=18874368bit=18Mb上述彩色圖像按NTSC制，每秒鐘傳送30幀，其每秒的數(shù)據(jù)量為：

18Mb×30幀/s=540Mb/s=67.5MB/s1.多媒體數(shù)據(jù)的特點(diǎn)如果存放一部90分鐘的影片，其數(shù)據(jù)量為：

90分鐘×60秒×67.5MB/s=364500MB≈356GB

所以，多媒體信息包括文本、聲音、動(dòng)畫(huà)、圖形、圖像以及視頻等多種媒體信息。經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后其數(shù)據(jù)量是非常大的，如果不進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就無(wú)法對(duì)它進(jìn)行存儲(chǔ)和交換。②．?dāng)?shù)據(jù)類(lèi)型多多媒體數(shù)據(jù)包括圖形、圖像、聲音、文本和動(dòng)畫(huà)等多種形式，即使同屬于圖像一類(lèi)，也還有黑白、彩色、高分辨率、低分辨率之分。③．?dāng)?shù)據(jù)類(lèi)型間差距大數(shù)據(jù)類(lèi)型間差距大主要表現(xiàn)在：不同媒體的存儲(chǔ)量差別大，不同類(lèi)型的媒體由于內(nèi)容和格式不同，相應(yīng)的內(nèi)容管理、處理方法和解釋方法也不同，聲音和動(dòng)態(tài)影像視頻的時(shí)基媒體與建立在空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的信息組織方法有很大的不同。④．多媒體數(shù)據(jù)的輸入和輸出復(fù)雜。2多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)空間冗余（規(guī)則物體和規(guī)則背景的表面物理特性具有相關(guān)性）時(shí)間冗余（相鄰幀圖像之間有較大的相關(guān)性）

視覺(jué)冗余（人眼并不能察覺(jué)圖像場(chǎng)的所有變化）聽(tīng)覺(jué)冗余（并不能察覺(jué)所有頻率的變化）統(tǒng)計(jì)冗余(某些值經(jīng)常出現(xiàn)，而另外一些值很少出現(xiàn))結(jié)構(gòu)冗余(存在著非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)，例如草席圖像)知識(shí)冗余(有許多圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)有相當(dāng)大的相關(guān)性。例如鼻子位于正面圖像的中線(xiàn)上等等)信息熵冗余（實(shí)際單位數(shù)據(jù)量d>H（S））----這些構(gòu)成數(shù)據(jù)壓縮的基本方法①.原始信源的數(shù)據(jù)存在著很多冗余度：②.數(shù)據(jù)壓縮的分類(lèi)1)按照壓縮內(nèi)容

分為音頻數(shù)據(jù)壓縮、靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮、視頻數(shù)據(jù)壓縮和其他數(shù)據(jù)文件壓縮等四種類(lèi)型。2)按照壓縮方式分為對(duì)稱(chēng)壓縮和非對(duì)稱(chēng)壓縮兩種類(lèi)型。3)按照壓縮效果

分為有損壓縮與無(wú)損壓縮兩種類(lèi)型。普通數(shù)據(jù)文件，一般采用無(wú)損壓縮，對(duì)于冗余度較小的圖像，需要采用有損壓縮。③.數(shù)據(jù)的無(wú)損壓縮方法（1）RLE（行程長(zhǎng)度）編碼。RLE編碼是將數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)的字符用單一記號(hào)表示。例如有一數(shù)字序列：742300000000000000000055，其中有18個(gè)0，若用Z代表0，則編碼為：7423Z1855。又如：一數(shù)據(jù)串AAAAAABBBBCCDDDDDDDD可表示為6A4B2C8D。RLE編碼的壓縮效果不太好，但由于簡(jiǎn)單直觀，編碼/解碼速度快，因此仍然得到廣泛應(yīng)用。

如BMP、TIF及AVI等格式文件都采用這個(gè)壓縮方法。（2）Huffman（哈夫曼）編碼。Huffman編碼較為復(fù)雜，它的編碼原理是，先統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中各字符出現(xiàn)的概率，再按字符出現(xiàn)概率的高低，分別賦予由短到長(zhǎng)的代碼，從而保證了數(shù)據(jù)文件中大部分字符是由較短的編碼構(gòu)成。JPEG格式的圖像文件用到了此種編碼。（3）LZW（算術(shù)〉編碼。LZW編碼使用字典庫(kù)查找方法。它讀入待壓縮的數(shù)據(jù)，并與一個(gè)字典庫(kù)（庫(kù)開(kāi)始為空）中的字符串對(duì)比，如有匹配的字符串，則輸出該字符串?dāng)?shù)據(jù)在字典庫(kù)中的位置索引，否則將該字符串插入到字典中。許多DOS下的壓縮軟件（如ARJ，PKZIR、LHA）采用這種壓縮方法。另外，GIF和TIF格式的圖像文件也是按這種方法存儲(chǔ)的。④.數(shù)據(jù)的有損壓縮方法圖像或聲音的頻帶寬、信息豐富,人類(lèi)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)器官對(duì)頻帶中的某些成分不大敏感,有損壓縮以犧牲這部分信息為代價(jià)，換取了較高的壓縮比。有損壓縮在還原圖像時(shí)，與原始圖像存在一定的誤差，但視覺(jué)效果一般可以接受，壓縮比可以從幾倍到上百倍。

常用的有損壓縮方法有PCM（脈沖編碼調(diào)制）、預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、插值、外推、分形壓縮、小波變換等。⑤.數(shù)據(jù)的混合壓縮方法混合壓縮利用了各種單一壓縮方法的長(zhǎng)處，在壓縮比、壓縮效率及保真度之間取得最佳

的折中。例如，JPEG和MPEG標(biāo)準(zhǔn)就采用了混合編碼的壓縮方法，⑥數(shù)據(jù)壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

JPEG標(biāo)準(zhǔn)適用于連續(xù)色調(diào)和多級(jí)灰度的靜態(tài)圖像

MPEG標(biāo)準(zhǔn)適用于運(yùn)動(dòng)圖像、音頻信息。包括MPEG視頻、MPEG音頻、MPEG系統(tǒng)（視頻和音頻的同步）。MPEG已制定了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和MPEG-7四種.

衡量不同壓縮方法優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)是相同的，主要包括以下幾個(gè)方面。1）壓縮比：指壓縮前后的數(shù)據(jù)量之比，它反映了施加某壓縮算法之后，數(shù)據(jù)量減少的比例；

2）壓縮質(zhì)量：指經(jīng)解壓縮算法對(duì)壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后所得到的數(shù)據(jù)與其表示的原信息的相似程度；

3）壓縮和解壓速度：主要指實(shí)現(xiàn)算法的復(fù)雜度。(4)軟硬件系統(tǒng)3.數(shù)據(jù)壓縮的性能指標(biāo)2.6互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)1、網(wǎng)絡(luò)的概念What

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是通過(guò)電纜、電話(huà)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信將兩臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)互連起來(lái)構(gòu)成的集合。或者也可以說(shuō)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是把地理位置上分散在各地的具有獨(dú)立運(yùn)算功能的計(jì)算機(jī)，通過(guò)通信線(xiàn)路連接起來(lái)，并按照一定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)互相通信、資源共享的系統(tǒng)。2.6.1網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程：第一代第二代第三代第四代面向終端的通信網(wǎng)絡(luò)分組交換網(wǎng)絡(luò)PSDN

體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)信息高速公路NII3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之所以得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能。具體分為以下幾個(gè)方面：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能數(shù)據(jù)通信資源共享分布式處理此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)還有集中管理、提高計(jì)算機(jī)可靠性等功能。4.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)

03

02城域網(wǎng)(MAN)特點(diǎn)：覆蓋一個(gè)國(guó)家甚至全世界，利用（Gateway）連接不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)，并完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換功能。目前，Internet可以看作世界上最大的廣域網(wǎng)。

01局域網(wǎng)(LAN)特點(diǎn)：范圍小，一般距離在0.5－10km之間；帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸率高，一般在10－1000Mb/s；數(shù)據(jù)傳輸延遲小，誤碼率低；易于安裝，便于維護(hù)；特點(diǎn)：具有LAN的特性，但規(guī)模比LAN大，地理分布范圍在10－50km，傳輸媒體主要使用光纖。通常由政府或大型集團(tuán)公司建設(shè)，例如城市信息港、企業(yè)Intarnet網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)(WAN)5.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)何謂網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？

網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和通信鏈路連接后得到的幾何圖形。指連接到網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、交換機(jī)等）。1.總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)充容易。另外，使用共享總線(xiàn)，線(xiàn)路成本低，信道利用率高。

缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)有限制，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)太多會(huì)導(dǎo)致每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠使用的有效帶寬減少，通信效率下降；對(duì)總線(xiàn)性能要求較高，一旦總線(xiàn)出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法正常工作。

2.星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配置方便，便于集中控制；易于維護(hù)、安全可靠，單個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，不會(huì)影響全網(wǎng)，故障診斷和隔離比較容易。缺點(diǎn)：成本較高，因每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要和中央節(jié)點(diǎn)直接連接，需要耗費(fèi)大量的電纜，也增加了網(wǎng)絡(luò)安裝的工作量；中央節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷較重,中央節(jié)點(diǎn)一旦損壞，整個(gè)系統(tǒng)便不能正常工作。中心節(jié)點(diǎn)，通常為網(wǎng)絡(luò)集線(xiàn)器3.環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；信息沿環(huán)路傳送，控制簡(jiǎn)單；所有節(jié)點(diǎn)共享環(huán)路，電纜長(zhǎng)度短，成本較低。缺點(diǎn)：當(dāng)環(huán)中節(jié)點(diǎn)過(guò)多時(shí)，會(huì)影響信息的傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)；環(huán)路是封閉的，不便于擴(kuò)充；此外，網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的損壞都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作，可靠性低。

4.樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低；網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展方便。缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)對(duì)根節(jié)點(diǎn)的依賴(lài)性較強(qiáng)，如果根節(jié)點(diǎn)失效，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

5.不規(guī)則型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連接是任意的，無(wú)任何規(guī)律?？偨Y(jié)：

以上介紹的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膸追N基本類(lèi)型，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也可能是幾種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的結(jié)合。選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮諸多因素：既要便于安裝，又要易于擴(kuò)展，還要有較高的可靠性、易于維護(hù)等。6.有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)同軸電纜：包括由絕緣體包圍的一根中央銅線(xiàn)、一個(gè)網(wǎng)狀金屬屏蔽層以及一個(gè)塑料封套(2)雙絞線(xiàn)雙絞線(xiàn)電纜類(lèi)似于電話(huà)線(xiàn),由4對(duì)相互絕緣的彩色銅線(xiàn)組成。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜,能適應(yīng)更快的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率,可以應(yīng)用于多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中缺點(diǎn)是傳輸距離小于100m,此外,其靈活性使得它比同軸電纜更易遭受物理?yè)p害(3)光纜：主要由光導(dǎo)(玻璃)纖維組成,其中心部分包括一根或多根光導(dǎo)纖維。光纜的不同層面示意圖7.無(wú)線(xiàn)傳輸介質(zhì)無(wú)線(xiàn)傳輸是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間不使用任何直接的物理連接線(xiàn)路,無(wú)線(xiàn)傳輸介質(zhì)通過(guò)空間進(jìn)行信號(hào)傳輸。常用的無(wú)線(xiàn)介質(zhì)有無(wú)線(xiàn)電波(30MHz~1GHz)、微波(300MHz~300GHz)、紅外線(xiàn)、激光和藍(lán)牙等。紅外線(xiàn)是較新采用的無(wú)線(xiàn)傳輸介質(zhì)。紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線(xiàn)而形成。這種系統(tǒng)常常用于室內(nèi)家用電器的遙控,特別是在電視、音響的遙控上得到普遍應(yīng)用。紅外通信設(shè)備相對(duì)便宜,但紅外線(xiàn)不能穿透墻壁或是大型物體,因此傳輸距離非常有限,且容易受到雨、雪或霧的干擾藍(lán)牙(BlueTooth)技術(shù)是一種基于紅外線(xiàn)的通信技術(shù)已被廣泛用來(lái)實(shí)現(xiàn)近距離(一般10m內(nèi))的無(wú)線(xiàn)通信,能在包括移動(dòng)電話(huà)、PDA、無(wú)線(xiàn)耳機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信息交換,且無(wú)需像紅外傳輸那樣要求設(shè)備之間相互對(duì)準(zhǔn)。利用藍(lán)牙技術(shù)能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間的通信,從而使數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無(wú)線(xiàn)通信拓寬道路。8.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備為了將兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)連接在一起,需要采用特殊的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。(1)中繼器：主要作用是對(duì)電纜上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行放大和再生,工作于OSI參考模型的物理層上。使用中繼器可以將兩段或兩段以上結(jié)構(gòu)相同的局域網(wǎng)連接起來(lái),擴(kuò)大局域網(wǎng)的范圍。(2)集線(xiàn)器：主要功能是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行再生整形放大,以增加網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離,同時(shí)把所有節(jié)點(diǎn)集中在以它為中心的節(jié)點(diǎn)上(3)網(wǎng)橋（Bridge)：是一種工作于OSI參考模型數(shù)據(jù)鏈路層的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,用于連接兩個(gè)同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò),并對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流通進(jìn)行管理。網(wǎng)橋不但能擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的距離或范圍,而且可以提高網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性和安全性。網(wǎng)橋還可以用來(lái)互聯(lián)不同物理介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)(4)路由器：發(fā)生在OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。具有網(wǎng)橋的所有功能，還具有路徑的選擇功能,可以為不同網(wǎng)絡(luò)之間的用戶(hù)提供最佳的通信路徑?？梢栽诰W(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián),它主要用于實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)。(5)交換機(jī)是一種用于電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號(hào)通路。目前交換機(jī)已經(jīng)逐步取代了集線(xiàn)器和網(wǎng)橋,并增強(qiáng)了路由選擇功能。交換和路由的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層,而路由發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層交換機(jī)和集線(xiàn)器的本質(zhì)區(qū)別則在于:交換機(jī)為兩點(diǎn)間提供“獨(dú)享通路”,而集線(xiàn)器上連接的所有點(diǎn)“共享通路”(6)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)(Gateway)是網(wǎng)絡(luò)層以上互聯(lián)設(shè)備的總稱(chēng),是最高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),用于連接不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)不僅需要具有路由器的全部功能,而且要進(jìn)行因網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)差異而引起的不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)通常是一臺(tái)運(yùn)行專(zhuān)門(mén)網(wǎng)關(guān)軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.6.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

相關(guān)概念

1、

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：

網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備（包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)及交換機(jī)、路由器、防火墻等）之間的通信規(guī)則的集合，它規(guī)定了通信時(shí)，信息必須采用的格式和這些格式的意義。什么是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？

為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信而制訂的規(guī)則、約定或標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Protocol）。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有：TCP/IP協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議、NetBEUI協(xié)議等。在局域網(wǎng)中用得的比較多的是IPX/SPX。如果要訪問(wèn)Internet，則必須在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中添加TCP/IP協(xié)議。2、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包含的內(nèi)容相當(dāng)多，為了減少設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用了分層結(jié)構(gòu)。什么是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)？

計(jì)算機(jī)之間相互通信的層次，以及各層中的協(xié)議和層次間接口的集合稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。1）OSI參考模型

OSI參考模型分為７層，分別是物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，會(huì)話(huà)層，表示層和應(yīng)用層。每一層負(fù)責(zé)相應(yīng)具體的工作，然后把數(shù)據(jù)傳送到下一層。當(dāng)其中一層提供的某解決方案更新時(shí)，不會(huì)影響到其他層。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分類(lèi)2）TCP/IP的分層模型

如同OSI參考模型，TCP/IP也是一種分層模型，它由基于硬件的四個(gè)概念性層次構(gòu)成，即網(wǎng)絡(luò)接口層、IP層、傳輸層、應(yīng)用層。（1）網(wǎng)絡(luò)接口層：也稱(chēng)數(shù)據(jù)鏈路層，這是TCP/IP最底層。功能：負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)報(bào)并發(fā)送至選定的網(wǎng)絡(luò)。（2）IP層：IP層處理機(jī)器之間的通信。即接收來(lái)自傳輸層的請(qǐng)求，將帶有目的地址的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分類(lèi)（3）傳輸層：是提供應(yīng)用層之間的通信，即端到端的通信。功能：管理信息流，提供可靠的傳輸服務(wù)，以確保數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)的地按序到達(dá)。（4）應(yīng)用層：應(yīng)用程序間溝通的層，如簡(jiǎn)單電子郵件傳輸（SMTP）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、

網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)協(xié)議（Telnet）等。

Internet的中文名稱(chēng)是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)或因特網(wǎng)，它由本地區(qū)和國(guó)際區(qū)域內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成，它們連接在一起用來(lái)交換數(shù)據(jù)和分布處理相應(yīng)的任務(wù)。

從硬件角度來(lái)說(shuō)，Internet是建立在一組公共協(xié)議上的路由器和線(xiàn)路的物理集合，從軟件上來(lái)說(shuō)，它是一組可共享的資源集。2.6.3因特網(wǎng)及應(yīng)用1.Internet技術(shù)及其組成2.Internet的工作方式

Internet采用分組交換技術(shù)作為通信方式，這種通信方式是把數(shù)據(jù)分割成一定大小的數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸?shù)?。為了便于不同的局域網(wǎng)之間進(jìn)行通信，Internet在網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)路由器將不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。路由器的作用就像郵政系統(tǒng)的郵件分揀局，把來(lái)自不同地點(diǎn)的信件分別按其目的地的地址發(fā)向下一個(gè)分揀局。每個(gè)郵件分揀局只需知道哪一條郵政線(xiàn)路可以用來(lái)完成信件傳輸任務(wù)且距離目的地路徑最短就可以了。3.IP地址

(1)IP地址的概念：Internet網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都有各自的功能，可能是工作站、服務(wù)器。不管計(jì)算機(jī)的作用如何，每一臺(tái)連接到Internet網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都有唯一的標(biāo)識(shí)性數(shù)字，稱(chēng)為IP地址。TCP/IP協(xié)議規(guī)定Internet上的IP地址長(zhǎng)32位，即為4字節(jié)長(zhǎng)，每個(gè)字節(jié)可對(duì)應(yīng)一個(gè)0~255的十進(jìn)制整數(shù)，數(shù)間用點(diǎn)號(hào)分隔，形如：XXX.XXX.XXX.XXX。例如，6，這種格式的地址被稱(chēng)為點(diǎn)分十進(jìn)制地址。采用這種編址方法可使Internet容納40億臺(tái)計(jì)算機(jī)。注意：一個(gè)IP地址不能同時(shí)分配給兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)IP地址（多塊網(wǎng)卡）。

在Internet上，IP地址也采用分層結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址組成，用以標(biāo)識(shí)特定主機(jī)的位置信息。

IP地址分成網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分，其中網(wǎng)絡(luò)號(hào)用來(lái)區(qū)分位于不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)，而主機(jī)號(hào)則用來(lái)區(qū)分位于同一網(wǎng)絡(luò)中的不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如圖所示。IP地址的格式（2）IP地址的分類(lèi)

根據(jù)IP地址的前面幾位二進(jìn)制數(shù)的不同可以將IP地址分成5大類(lèi)：即A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)和E類(lèi)，其中A、B、C三類(lèi)是最為常用的IP地址，詳細(xì)情況見(jiàn)表分類(lèi)地址范圍最高位數(shù)字網(wǎng)絡(luò)地址主機(jī)地址能容納的最多主機(jī)數(shù)目A.0～5508位24位224－2=16777214B～551016位16位214－2=16382C～5511024位8位28－2=254IP地址范圍及網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度A類(lèi)地址適合大型網(wǎng)絡(luò)；B類(lèi)地址適合中型網(wǎng)絡(luò)；C類(lèi)地址適合小型網(wǎng)絡(luò)。（3）子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼也是一個(gè)32位的模式，它的作用是識(shí)別子網(wǎng)和判別主機(jī)屬于哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置子網(wǎng)掩碼的規(guī)則是：凡IP地址中表示網(wǎng)絡(luò)地址部分的那些位，在子網(wǎng)掩碼對(duì)應(yīng)位上置1，表示主機(jī)地址部分的那些位設(shè)置為0。

例如，中國(guó)教育科研網(wǎng)的地址43，屬于C類(lèi)，其網(wǎng)絡(luò)地址共3字節(jié)，故它默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼是。顯然，A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址共有l(wèi)個(gè)字節(jié)，故默認(rèn)的