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1、三级网络技术第一章 计算机基础1.1计算机系统的组成1.1.1 计算机的特点n信息处理的特性n计算机不是简单的计算器，它主要的功能是对信息的 处理。n广泛的适应性n适用于多种行业，不同行业使用不同的软硬件来适应 。n计算机的价值观n购买计算机可以满足需要就可以，不必一味追求高性 能。n计算机的利弊观n计算机不是万能的，不能完全代替人的工作。31.1.2 计算机的发展阶段n大型机阶段n分为电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路几个发展时期n代表性企业：IBM、富士通、DECn小型机阶段n是对大型机的第一次“缩小化”n代表企业：DEC n代表机型：VAXn微型机阶段n是对大型机的第二次
2、“缩小化”n代表企业：苹果、IBMn客户机/服务器阶段n在20世纪70年代开始出现局域网（局部范围的网络）。n对等网：每台计算机从逻辑上都是平等的。n非对等网络：存在主从关系，也称C/S结构，其中C表示CLIENT客户机；S 表示SERVER服务器n互联网阶段n从美国国防部的阿帕网（ARPANET）开始，Internet迅速发展起来4计算机发展的重要事件 n1946年n世界上第一台计算机ENIAC诞生，它是一台电子管的计算机。n1971年n微型计算机诞生，以INTEL公司的4004和4040为标志。n1969年n互联网络的前身ARPANET（阿帕网）诞生。n1991年6月n我国第一条互联专线从
3、中科院的高能物理所（简称高能所）连 到斯坦福大学的直线加速器上。标志着中国开始进入互联网领 域。n1994年n我国实现了采用TCP/IP的国际互联网的全功能连接。51.1.3 计算机的种类n1传统的分类n巨型机n大型机n中型机n小型机n微型机61.1.3 计算机的种类n2现代的分类n服务器n一般具有强大的处理能力、大容量的存储设备和快速的输入 输出通道和联网能力的称为专业级服务器；n需要注意，任何计算机都要可以充当服务器n工作站n一般指图形工作站，主要表现在需要一个较大的显示器和较 强的图形处理能力n台式机n一般就指个人电脑。n笔记本n又称便携机，功能与台式机不相上下，但价格较贵n手持设备n又
4、称掌上电脑，如PDA、商务通、第三代手机71.1.5 计算机的技术指标n目的：n判断一台计算机的优劣n主要技术指标：n位数n速度n容量n带宽n版本n可靠性n81位数n也称字长，是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU 的寄存器位数有关，字长越长，数的表示范围也越大， 精度也越高。n计算机有8位、16位、32位以及64位之分。n奔腾是32位的，这是指该处理器，特别是其中的寄存器 能够保存32位的数据。n计算机中数据的常用单位：n位（bit）：计算机中最小的数据单位，指的是二进制数的一位 ，也称为“比特”。一位只能存放一个二进制数，即“0”或“1”。n字节（Byte）：计算机存储容量的基本单位
5、，计算机存储容量 的大小是用字节的多少来衡量的。一个字节等于8位，即： lB=8bit。n字（word）：由一个或若干个字节组成，通常为16位，因此 32位是一个双字长，64位是两个双字长。9十进制、二进制、十六进制n十进制：n日常生活中使用，逢十进一n二进制：n计算机内部采用的二进制，逢二进一n如：1010，相当于是十进制10，读作“幺零幺零”n十六进制：n二进制太长，容易写错，用一个十六进制数据表示四 位二进制。n对应关系：n0：0000；1：0001； 2：0010；3：0011；nA：1010；B：1011； C：1100；D：1101；nE：1110；F：1111n例如：CD2111
6、00 1101 0010 0001102速度n每秒钟执行的指令条数来表示n单位：MIPS（Million Instructions Per Second ）n含义：单字长定点指令的平均执行速度，即每秒执行 一百万条指令n例如：经典奔腾的处理速度可达到300MIPS。n每秒执行浮点指令的平均数目来表示n单位：MFLOPS（Million FLOating Instruction Per Second）n含义：每秒执行一百万条浮点指令。n常用的单位还有GFLOPS、TFLOPS等，转换关系是 ：n1TFLOPS=103GFLOPS=106MFLOPS 113容量n不仅影响着存储程序和数据的多少，也
7、影响着这些程序 的运行速度n单位是字节，英文为Byte，缩写为B。n常用的单位还有KB、MB、GB、TB等，它们之间的关系是 ：n1TB=210GB=220MB=230KB=240Bn磁盘存储器除了存储容量外，还有一些特殊的指标：n平均寻道时间：磁头沿着盘径移动到达需要读写的那个磁道花 费的平均时间。n平均等待时间：需要读写的扇区旋转到读写磁头下面花费的平 均时间。n数据传输速率：磁头找到所需读写的扇区后，每秒钟可以读出 或写入磁盘的字节数。124数据传输率n也常称为带宽，反映计算机的通信能力n单位：bps (bits per second)，即每秒 传输1位或1比特n常用单位有Kbps、Mb
8、ps、Gbps，换算关系 是： 1Gbps=103Mbps=106Kbps=109bpsn与衡量内存或磁盘容量区别： 1TB=210GB=220MB=230KB=240B135版本n不同时期有不同的型号和版本，型号和版 本号往往能简单地放映出性能的优劣；n例如：Windows 2003要比Windows 2000作 了不少的改进，Office 2003在Office 2000的基础上进行的功能的扩充；n型号和版本号往往具体商业色彩，不能算 作技术指标。146可靠性nMTBF：nMean Time Between Failures，平均无故障时间n多长时间系统发生一次故障，反映了计算机系统的可
9、靠性nMTTR：nMean Time To Repair，平均故障修复时n修复一次故障所需的时间，反映了计算机系统的可维 修性nMTBF时间很长，MTTR时间很短，说明系统的可 靠性高151.1.6 计算机的应用领域n1科学计算n计算机用于数学问题的计算，是计算机应用最早的领域。n如：解方程组、解微分方程n又称为数值计算n2事务处理n又称为信息管理，用计算机对信息进行收集、加工、存储和传 递等工作n如：办公室自动化、企业管理、情报检索等n3过程控制n用计算机对工业生产过程或某种装置的运行过程进行状态检测 并实施自动控制n4辅助工程nCAD：计算机辅助设计； CAM：计算机辅助制造；CAT计算机
10、 辅助测试；CAE计算机辅助工程；CAI计算机辅助教学161.1.6 计算机的应用领域n5人工智能n利用计算机对人进行智能模拟。它包括用计算机模仿 人的感知能力、思维能力和行为能力等。n例如：识别语言、文字、图形以及学习、推理和适应 环境的能力等等。n6网络应用n如：电子邮件、WWW服务、资料检索、IP电话、 电子商务、电子政务、BBS、远程教育等，n7多媒体应用n如：文化教育、技术培训、电子图书、观光旅游、商 用及家庭应用等方面。171.2 计算机硬件组成1.2.1 计算机硬件和软件n1硬件和软件n计算机系统由硬件和软件两部分组成，缺一不可n两者有本质区别n硬件具有原子的特性n而软件具有比特
11、的特性n功能上具有等价性n某个功能既可以用硬件实现，也可以用软件实现n硬件实现成本很高，但速度很快，软件实现成本较低，但速 度较慢n究竟是使用硬件实现还软件，要根据具体情况而定。n发展上具有同步性n往住硬件升级了，软件也了随之升级，反之也然。191.2.1 计算机硬件和软件(续)n2硬件的组成层次n第一层次：芯片n包括微处理器芯片、存储器芯片、I/O芯片等n第二层次：板卡n计算机的主板和各种插卡n第三层次：设备n在设备的机箱内，固定着相关板卡、其他部件以 及相应的布线n第四层次：网络n各种计算机设备通过联网设备及传输线缆，形成 大大小小的网络201.2.2 微处理器芯片发展简史n8位机时代：n
12、Intel 8080nMotorola的6800、Zilog的Z80等。n16位机时代nIntel 8088：准16位芯片，内部体系结构是16位的，与外部 设备的通信却采用8位总线nIBM-PC芯片，用于个人计算平台n促进了DOS和Lotusl-2-3等软件的成长n32位机时代：n奔腾机，成为运行Windows 9x/2000/XP及大量PC应用软件 的重要平台n与奔腾竞争的芯片还有AMD公司的K6、Cyrix公司的MII以及 IDT公司的WinChip芯片等211.2.3 奔腾芯片的技术特点n1超标量（Superscalar）技术n通过内置多条流水线来同时执行多个处理，实质是以空间换取时间。
13、n在经典奔腾中，由两条整数指令流水线（U指令流水线和V指令流水线 ）和一条浮点指令流水线组成。n2超流水线（Super pipeline）技术n通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个 操作，其实质是以时间换取空间。n经典奔腾的每条整数流水线都分为4级流水，即指领预取、译码、执行 、写回结果。n浮点流水线可分为8级流水，前4级与整数流水线相同，后4级则包括 两级浮点操作、一级四舍五入及写回浮点运算结果、一级为出错报告n3分支预测n流水线断流，从而必须重新取指令，这就影响了处理速度。n在奔腾芯片上内置了一个分支目标缓存器，用来动态地预测程序分支 的转移情况，从而使流水线的吞吐
14、率能保持较高的水平221.2.3 奔腾芯片的技术特点(续)n4双Cache的哈佛结构：指令与数据分开nCache：即高速缓冲存储器，为了解决CPU和主存之 间速度匹配问题而设置的，介于CPU和主存之间的小 容量存储器，存取速度比主存快n经典奔腾有两个8KB的超高速缓存，一个用于缓存指 令，一个用于缓存数据，这就大大提高了访问Cache 的命中率n5固化常用指令n把常用指令改用硬件实现n6增强的64位数据总线n内部总线是32位，与存储器之间的外部总线增为64 位n突发模式下，一个总线周期装入256位的数据231.2.3 奔腾芯片的技术特点(续)n7采用PCI标准局部总线nPCI：外围部件接口标准
15、nVESA：视频电子标准协会制定的nPCI标准要比VESA标准n8错误监测及功能冗余校验技术n内部错误检测功能：在内部多处设置偶校验，以保证数据传输 的正确n功能冗余校验技术：通过双工系统的运算结果比较，判断系统 是否出现异常操作，并提出报告n9内建能源效率技术n当系统不进行工作时，自动进入低耗电的睡眠模式n10支持多重处理n许多超级计算机都是用大量的CPU芯片组成的多重处理系统n奔腾提供的数据一致性以及存储器的定序存取功能，使它适合 于多级环境下数据的交换和任务的分配241.2.4 安腾芯片的技术特点n64位n安腾是64位芯片，奔腾是32位n使用EPIC技术nCISC：复杂指令计算，用于80
16、386、 80486nRISC：精简指令计算，用于奔腾nEPIC：简明并行指令计算，用于安腾。251.2.5 主机板与插卡的组成n1主板组成n主板是包括CPU、存储器、总线、插槽以及电源等五大部分。n2主板分类：n（1）按CPU芯片分类，如486主板、奔腾主板、奔腾4主板等。n（2）按CPU插座分类，如Socket7主板、Slot1主板等。n（3）按主板的规格分类，如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板等。n（4）按存储器容量分类，如16 M主板、32 M主板、64 M主板等。n（5）按芯片集分类，如TX主板、LX主板、BX主板等。n（6）按是否即插即用分类，如PnP主板、非PnP主板等。n（7）按系统总线的带宽分类，如66MHz主板、100MHz主板等。n（8）按数据端口分类，如SCSI主板、EDO主板、AGP主板等。n（9）按扩展槽分类，如EISA主板、PCI主板、USB主板等。n（10）按生产厂家分类，如联想主板、华硕主板、海洋主板等。261.3 计算机软件组成1.3.1 软件的基本概念n程序
