《计算机与网络》PPT课件.ppt

计算机是电子数字计算机的简称，是一种自动地、高速地进行数值运算和信息处理的电子设备。它主要由一些机械的、电子的器件组成，再配以适当的程序和数据。程序及数据输入后可以自动执行，用以解决某些实际问题。计算机中的各个物理实体称为计算机硬件；程序和数据则称为计算机软件。,返回本节,什么是计算机？,1运算速度快 2计算精度高 3自动化程度高 4具有超强的“记忆”能力5具有逻辑判断能力6通用性强,返回本节,计算机的特点,现代计算机的诞生,第一台电子计算机-ENIAC的诞生(Electronic Numerical Integrator And Computer)来自军方的需求：编制弹道表总负责人莫克利36岁，宾夕法尼亚大学摩尔电气工程学院的讲师总设计师艾克特24岁,在职硕士研究生相关人安塔诺索夫教授，最初思想的贡献者ENIAC的启示需求、激情、创造力和决策者的前瞻性,现代计算机的诞生,第一台电子计算机-ENIAC的诞生,现代计算机的诞生,ENIAC的性能世界上第1台电子数字计算机，1946年在美国研制成功占地170平方米、重30吨、耗电140千瓦18000个电子管、70000个电阻、10000个电容10位数的乘法时间3毫秒（10-3毫秒，10-6微秒，10-9纳秒），加法5000次/秒用途：计算弹道曲线。把计算一条弹道的时间从大型微分分析机需要15分钟缩短到30秒里程碑：二十世纪重大的科技事件，表示人类计算工具的历史变革标志电子计算机时代到来,现代计算机的诞生,ENIAC的改进：EDVAC（埃德瓦克）电子离散变量计算机(Electronic Discrete Variable Computer)的缩写研制人：冯诺依曼（美籍匈牙利人）改进之处：充分发挥电子元件的高速性能把ENIAC中采用的十进制改为二进制将ENIAC中外插型程序改为数据和指令一起存储，使机器能自动地执行程序EDVAC是第1台使用二进制、存储程序的计算机,计算机的发展趋势,世界上第一台电子计算机诞生于1946年真空电子管计算机（50年代）晶体管计算机（50年代60年代中期）集成电路计算机（60年代中期70年代）大规模集成电路和超大规模集成电路计算机正在进入第五代(生物计算机、量子计算机等等),计算机硬件,计算机的分类,微型计算机（PC）,价格便宜；应用于各个领域,小型机：,价格：万$适用范围：工业自动控制、大型分析仪器中的数 据采集、企业管理以及大学和研究所的 科学计算等,计算机的分类,终端作为输入与输出设备。但不能处理用户的数据。,集中处理、存储所有用户的数据。,价格：几十万$性能：高可靠性、高数据安全性、中心控制适用范围：企业或政府的服务器、可以处理更多 用户的任务,大型机：,计算机的分类,一般有多个处理单元。集中处理、存储所有用户的数据。,巨型机：,价格：几千万$特点：处理大型计算任务，万亿次秒适用范围：天气预报、分子模型、密码破 译、军事科学计算等,计算机的分类,微型计算机系统的基本组成,计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。所谓硬件系统就是泛指实际的物理设备，主要包括运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五部分所谓软件系统是指实现算法的程序、数据及其文档，包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成任务所需的应用软件。计算机系统的组成如下图所示。,微型计算机系统的组成,微型计算机硬件基本结构,从基本原理和基本结构看，每一个计算机系统在硬件结构上基本上都是由中央处理器、主存储器、辅助存储器、输入设备、输出设备和连接设备等组成的。,计算机的组成,中央处理器即是通常所说的CPU(Central Processing Unit)，它是计算机的核心。CPU在很大程度上决定了计算机系统的性能。CPU是负责解释并执行指令，协调系统中其他硬件共同工作的硬件。当今CPU的主要制造商包括Intel（用于个人电脑的Celeron和Pentium系列）和AMD（Duron、Sempron、Athlon系列）。CPU包括二个主要部分：控制器和运算器。其主要性能指标有：时钟频率和字长。时钟频率是指时钟脉冲发生器输出周期性脉冲的频率。字长表示CPU一次能处理的二进制数据的位数。字长越长，一个字所能表示的数据精度就越高；在完成同样精度的运算时，数据处理速度越高。,一、中央处理器,（一）主板 主板（Main board）是计算机系统中最大的一块电路板。主板上布满了各种电子元件、插槽、接口等。它为CPU、内存和各种功能（声、图、通信、网络、TV、SCSI等）卡提供安装插座（槽）；为各种磁、光存储设备、打印和扫描等I/O设备以及数码相机、摄像头、网卡等多媒体和通讯设备提供接口，实际上计算机通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。,二、主板与总线,（二）总线 总线（Bus）是连接计算机中CPU、内存、外存、输入输出设备的一组信号线以及相关的控制电路，它是计算机中用于在各个部件之间传输信息的公共通道。即各个有联系的部件不是单独地使用导线连接，而是一律连接到总线上，因此各部件间的通信关系变成面向总线的单一关系，所以总线是各部件共用的。采用总线结构的原因：一是简化了连线，工艺简单，线路可靠；二是系统扩充容易，维修简单，便于实现硬件系统积木化，增加了系统灵活性。根据传送的信号不同，总线又分为数据总线（Data bus，用于数据信号的传送）、地址总线（Address bus，用于地址信号的传送）和控制总线（Control bus，传送控制信号）。在微型计算机中常用的总线标准有ISA总线、EISA总线、PCI总线、USB通用总线等。,主存储器通常由半导体电路组成，通过总线与CPU相连。它是计算机内用于临时保存信息、操作系统以及应用软件的内存区。（一）内存单元的地址和内容:内存是由一个个内存单元组成的，每一个内存单元中一般存放一个字节（8位）的二进制信息。每个单元的8个二进制位用来表示一个用ASCII码表示的字母、数字或其它符号。计算机通过给各个内存单元规定不同地址来管理内存。（二）内存操作:CPU 对内存的操作有读、写两种。（三）内存分类:按工作方式不同，内存可分为两大类：随机存取存储器 RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）。（四）内存容量 内存单元的总数目叫内存容量。内存容量由字节表示。,三、主存储器,辅助存储器又称外存储器（Secondary storage），是挂接在计算机上的外部存储设备。它通过总线与主板相连，在关机时不会丢失信息。其特点是：数据存储容量大，可以长期保存。但数据的读写速度要比内存储器慢得多。常见的辅助存储设备包括：1.硬盘 2.优盘 3.软盘 4.CD-ROM 5.DVD-ROM,四、辅助存储器,输入设备是用来获取信息和命令的工具，它的功能是将数据信息以计算机可以接受的形式输入计算机。常见的输入设备包括：1.键盘 2.鼠标 3.扫描仪 4.销售点（POS）也称为收银机、收款机配有条码或OCR码（Optical character recognition 光字符码）终端阅读器，有现金 或易货额度出纳功能。5.触摸屏 6.条形码阅读器 条码系统是由条码符号设计、制作及扫描阅读组成的自动识别系统。7.光标阅读机 光学标记阅读机是利用光电转换的原理，首先将信息卡上信息点的光信号转换为电信号，再经模/数(A/D)转换，把电信号(模拟信号)变为数字信号，再利用数字滤波、格式预制、对比筛选等一系列技术，完成由涂点到符号的转化过程，同时也完成了计算机对数据录入的需求。,五、输入设备,管理信息系统中常用的输出设备有：（一）显示器:显示器分为两种：CRT（阴极射线管）显示器和LCD（液晶）显示器。关于显示器的几个性能指标：1、屏幕尺寸与可视面积 2、点距 3、扫描方式 4、分辨率 5、场频（二）打印机,六、输出设备,I/O接口主要用于解决：主机与外设装置之间的速度匹配问题；反映设备的工作状态，以备CPU需要时查询；实现数据格式的转换；提供适当的定时信号以满足数据传送的需要。主要的适配器有：1、显示适配器：简称显卡 2、声卡：又称音频设备接口卡 3、网络接口卡：简称网卡,七、输入/输出（I/O）设备接口,计算机软件,硬件,用户,用户,用户,用户,计算机系统的层次结构,计算机软件分为系统软件和应用软件系统软件操作系统（OS）：是加在裸机上的第一层软件，通过操作系统来使用各种系统资源；从结构上看，操作系统是提供用户与物理计算机的接口监控和诊断程序：指出计算机出错时错误的性质计算机语言和语言处理程序：汇编语言、高级语言如C语言等程序库(Library)：系统中设置的各种标准子程序集合其它服务程序：如编辑程序、工具软件等应用软件利用计算机系统软件编写的用于解决某一专门问题的程序,计算机系统软件结构,操作系统（在计算机系统中）的核心地位,计算机系统软件结构,计算机系统软件结构,系统软件是用来管理计算机中CPU、内存、通信连接以及各种外部设备等所有系统资源的程序，其主要作用是管理和控制计算机系统的各个部分，使之协调运行，并为各种数据处理提供基础功能。系统软件包括三种基本类型：操作系统、工具软件和语言处理程序。,一、系统软件,操作系统(Operating System,OS)是一种控制用户应用软件并管理硬件设备如何协作的系统软件。它对计算机的硬件资源和软件资源进行统一管理、统一调度和统一分配，主要有五大功能：处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口。,（一）操作系统,数据处理,把来自科学研究、生产实践和社会经济活动等领域的原始数据，利用一定的设备和手段，按照一定的使用要求，加工成另外一种形式的数据。,1、概念,目的,1、转换形式2、抽取信息3、保存管理,1、数据收集2、数据转换3、数据的筛选、分组和排序4、数据的组织5、数据的运算6、数据存储7、数据检索8、数据输出,内容,（二）数据处理和数据库管理系统,2、数据处理的发展阶段,应用程序1,应用程序2,应用程序n,数据组1,数据组2,数据组n,.,.,数据冗余度大。,数据与程序独立性仍不高。,60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；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，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。,数据冗余度小，易于扩充。,数据与程序独立。,数据库管理系统（DataBase Management System）,数据库管理系统（Database Management System,DBMS）是以数据库的方式组织和管理数据，实现数据的整理加工、存储、检索和更新等日常管理工作。数据库管理系统的主要功能：1、数据库定义功能 DBMS为数据库的建立提供了数据定义语言(Data Definition Language，DDL)。用户使用DDL定义数据库的三级结构、两级映射，定义数据的完整性约束、保密限制等内容。2、数据库操纵功能 DBMS提供数据操纵语言(Data Manipulation Language，DML)实现对数据库查询、插入、修改、删除等基本操作。3、数据库控制和管理功能 DBMS一般也提供数据控制语言(Data Control Language，DCL)，以便让用户根据需要控制和管理数据库系统。DBMS提供了数据库运行过程中的控制管理程序，包括系统初始化程序、文件读写与维护程序、存取路径管理程序、缓冲区管理程序、安全性控制程序、并发控制程序、事务管理程序及运行日志管理程序等。它们在数据库运行过程中监视数据库的操作，管理数据库资源，处理多用户的并发操作。,（三）工具软件,工具软件是为客户操作系统提供附加功能的软件。屏幕保护软件(它可能也是操作系统的一部分)就是一个最简单的例子。工具软件包括各类对系统进行设置和维护的软件。更重要的，工具软件中包含防病毒软件。防病毒软件是在内存和存储设备中扫描并消灭病毒的一种工具软件。,（四）语言处理程序,程序设计语言是人与计算机进行交流的工具。计算机指令是用程序设计语言编写的，但我们知道，计算机只能处理二进制数0和1，并不能直接执行程序设计语言形式的指令，必须将它们编译成用二进制数表达、可直接由计算机硬件执行的机器语言指令(机器码)。,微机上的应用软件可谓是丰富多彩，其应用范围几乎遍布各个领域。办公应用：办公应用是计算机应用领域中最为广泛的一种。它包括文字处理、制表、幻灯片制作等方面。人们通过办公应用软件来处理各种办公信息工作，实现办公自动化。在Windows环境下，微软公司的集成软件包Office几乎包含办公应用的各种软件。图形图像处理：用计算机设计制作图像是一项计算机技术与美术结合的艺术。尤其在多媒体时代，图像、符号和色彩对于人类的视觉所传达的信息，比文字更直接。其他专用软件：用于输入、存储、修改、检索、报表制作等各种信息管理的软件，如财务管理系统、仓库管理系统、人事档案管理系统、设备管理系统、计划管理系统等。,二、应用软件,计算机通信及网络系统,信息源,发送设备,传输媒体,接收设备,接收者,通信系统的概念模型,一、计算机网络的发展,随着计算机科学与技术的迅猛发展和信息社会的到来，面对浩如烟海的信息和知识，单个计算机是难以发挥重大作用的。计算机网络是充分发挥计算机资源利用率和实现大范围资源共享的有效途径。1969年，第一个计算机远程分组交换网络-ARPANET网(Advanced Research Project Agency Network，美国国防部高级研究项目部门网)的问世，标志着计算机网络的诞生。此后，从局域网到广域网，从大型机网到微机网，从数据通信网到综合业务数字网，各种各样的网络技术与产品不断涌现。,第一代,主计算机,前端处理机,TC,TC,.,.,.,.,TC,多路器,终端控制器,计算机网络的演变和发展,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。,1、资源共享 计算机网络突破地理位置限制，实现资源共享,2、信息传输 计算机网络可以实现各计算机之间的信息传输，并使分散在不同地点的信息得到统一、集中的管理,3、分布式处理 通过计算机网络，可以把一项大型的任务划分成若干部分，并分散到不同的计算机上处理，同时运作，共同完成，从而使整个系统的效能大为提高,4、综合信息服务 1)通过计算机网络可以向全社会提供各种经济信息、科技情报和社会服务信息，可以提供咨询服务 2)交易服务与电子商务,计算机网络的功能,计算机网络的概念,计算机网络是用通信介质把分布在不同地理位置的计算机和其他网络设备连接起来，实现信息互通和资源共享的系统。,计算机网络的重要概念有:,网络介质: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。,协议:网络设备间进行通信的一组约定。,节点:网络中某分支的端点或网络中若千条分支的公共汇交点。,链路:是指两个相邻节点之间的通信线路。,二、网络基本概念 计算机网络是指在地理上分散布置的多台独立计算机，利用各种通信手段通过通信线路互相连接成一个系统，实现一定范围的硬件资源和软件资源共享。,1、网络的分类,按计算机网络分布的地理位置和范围大小，网络分为局域网、城域网和广域网。局域网(Local Area Network)，简称LAN，是处于同一建筑、同一大学或方圆几公里范围内的专用网络。局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算机和工作站，用来共享资源和交换信息。它的覆盖范围比较小。城域网(Metropolitan Area Network)，或者称MAN，基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。它可能覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市，既可能是私有的也可能是公用的。广域网（Wide Area Network），或者WAN，是一种跨越大的地域的网络，通常包含一个国家或州。,局域网通常由服务器、客户机、网卡、集线器、传输线等基本部件组成。扩展到城域网和广域网后，还可能用到中继器、路由器、网关等硬件设备。,2、网络的硬件组成,传输介质双绞线(Twisted pair cable),双绞线 分屏蔽双绞线（STP）与介质为非屏蔽双绞线（UTP），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行，两对线型的接插头称为RJ11，四对线型的 接插头称为RJ45。,传输介质同轴电缆(Coaxial cable),粗缆（RG-11）：细缆（RG-58）：CATV（RG-59）：,传输介质光纤,网络协议是指网络通信双方认同的信息交换规则。为减少协议设计的复杂性，大多数网络都按层（layer）或级（level）的方式来组织，每一层都建立在它的下层之上。层和协议的集合被称为网络体系结构。在网络体系方面，有两个重要的参考模型，即OSI参考模型和TCP/IP参考模型。,三、网络协议和网络体系,OSI参考模型即开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model）。它共分为七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。,OSI参考模型,应用层,表示层,对话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,信息（和用户交互）,信息（处理格式差异）,信息（进程管理）,信息（保证传输）,信息分组（报文）,帧（分割打包）,位(原始位流）,主机B,主机A,应用层,表示层,对话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,路由选择,交换单元名称,物理介质,OSI参考模型分层过程图,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,网络接入层,Internet层,传输层,应用层,OSI模型与TCP/IP模型对应图,消息,消息,消息,消息,分组,桢,比特,TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型包括主机至网络层、互联网层、传输层、应用层。,开放系统互联参考模型各层的主要功能：,物理层：主要处理与电、机械、功能和过程有关的各种特性，以便建立、维持和拆除物理连接。数据链路层：将不可靠的物理传输信道变为可靠的信道，并将数据组织成适于正确传输的帧形式的数据块。帧中包含应答、流控制、差错控制等信息，以确保数据正确传输。,运输层：提供两端点间可靠、透明的数据传输，管理多路复用。网络层：控制通信子网的工作，解决路径选择、流控制问题以使不相邻节点之间的数据能够正确传送。会话层：在两实体间建立通信伙伴关系，进行数据交换，完成一次对话连接。,表示层：处理数据表示、进行转换、消除网内各实体间的语义差异，执行通用数据交换的功能，提供标准应用接口、公共通信服务。对传送的信息加密（和解密）、正文压缩（和还原）也是表示层的任务。应用层：负责应用管理、执行应用程序，为用户提供OSI环境的各种服务，管理和分配网络资源，建立应用程序包等。如文件传送、电子邮件和网络管理等。,