《第三章 信息系统的技术应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 信息系统的技术应用（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 信息系统的技术应用引入语信息技术的飞速发展对于整个科技领域发展起着至关重要的作用，推动了科学与技术不断登上新的台阶。其中处理信息的计算机系统和传输信息的计算机网络是信息技术的重要组成部分，一个完整的计算机系统包括硬件和软件两大部分，硬件是系统的可见部分，是计算机系统工作的基础，而软件是帮助用户使用计算机硬件以完成数据的输入，处理，输出及存储等活动，而计算机网络是现代计算机技术与通信技术密切结合的产物，是随着社会对信息共享和信息传递的要求而发展起来的，它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，实现了不同企业或组织之间的信息互通和资源共享，是信息系统运行的基础。 学完
2、本章，应掌握以下主要内容：一个完整的计算机系统有哪几个组成部分，每一部分的主要功能。理解计算机系统平台的概念，掌握计算机硬件平台和软件平台的功能组成。五种网络拓扑结构的特点和优缺点。 TCP/IP协议的具体内容，TCP/IP协议的分层结构与OSI模型的分层结构的对应关系。C/S，B/S两种主要的网络体系结构的特点和各自具有的优缺点。第一节 计算机系统平台 一. 计算机系统组成计算机系统由计算机硬件和计算机软件两大部分组成。计算机硬件是指由电子线路、元器件和机械部件等构成的具体装置，是看得见、摸得着的实体，是机器系统；软件是在计算机中运行的程序、这些程序所使用的数据以及相应文档的集合。仅有计算机
3、硬件是什么事也做不成的，要发挥硬件的作用，必须配备各种各样的软件才有可能，因此，硬件一旦确定，计算机用得好不好的关键是软件。从这个角度来说，计算机软件比硬件具有更重要的地位，如果说计算机硬件是计算机的肌体，那么计算机软件则是计算机的灵魂。计算机系统组成如图4-1所示： 二. 计算机系统的发展从1949年，第一台可操作的电子计算机的诞生到现在，计算机系统经历了几个大的发展阶段，计算机系统的每一次技术变革和技术创新都引发了一次新的生产力飞跃，将人类社会推向一个新的阶段。20世纪50年代初到50年代末，是计算机系统的第一个发展阶段。这一阶段是真空电子管计算机的应用时期，计算机硬件的基本电子元件是电子
4、管，内存储器采用的是水银延迟线，外存储器主要包括磁鼓，磁带，纸带等，这时候的应用程序主要采用二进制码表示的机器语言进行编程，程序设计主要由计算机专业技术人员完成，编程工作十分复杂，由于技术条件的限制，这一阶段计算机系统的特点是计算速度慢，为每秒几千次至几万次，内存容量小，仅有几千个字节，而且耗电多，体积庞大，维护困难，价格昂贵，主要用于科学和工程计算。20世纪50年代末到60年代中期，是计算机系统的第二个发展阶段，这一阶段，计算机中的电子管被晶体管替代，晶体管计算机由此诞生，此时内存储器是磁性材料制成的磁心存储器，外存储器主要包括磁盘，磁带等，同时，计算机软件有了较大发展，出现了操作系统，应用
5、程序也逐渐采用高级程序语言进行设计，与电子管计算机相比，晶体管计算机在速度和可靠性上得到较大的提高，同时，体积缩小，成本下降，功耗降低，应用范围逐渐扩大，除用于科学研究和工程计算外，还应用于商业数据处理等更广泛的领域。20世纪60年代中期到70年代末，是计算机系统的第三个发展阶段，随着固体电子技术的发展和集成电路工艺技术的应用，这一时期的计算机主要采用小规模集成电路（small-scale integration，SSI）作为主要逻辑器件，内存开始采用半导体存储器，与此同时，在计算机软件方面，操作系统逐步完善，出现了多种高级程序设计语言，集成电路计算机的运算速度有了更大的提高，每秒可达几十万次
6、到几百万次，这个时期的计算机设计思想已逐步走向标准化，计算机硬件向品种多样化，类型系列化方向发展，计算机的性能和可靠性有了很大的提高，应用范围更加广泛。20世纪70年代末至今，是计算机系统的第四个发展阶段，这一时期的计算机的主要逻辑器件采用了大规模集成电路（large-scale integration，LSI）和超大规模集成电路(very large-scale integration，VLSD)，运算速度每秒可达几百万次到几亿次，内存采用的是集成度更高的半导体芯片，存储容量从几兆字节发展到了几千兆字节，在系统结构方面，多处理机系统，分布式系统，计算机网络的研究进展迅速，在计算机软件方面，系
7、统软件逐渐向智能化方向发展，而各种应用软件也不断的推出，应用范围延伸到了社会生活的各个角落，计算机特别是微型计算机的应用也开始普及。目前，日本和一些西方国家正在开展和推进第五代计算机的研制工作，第五代计算机将在逻辑器件，处理技术和体系结构等方面有新的突破。三计算机系统平台平台的语文含义是指高出地面或水面的一片平地，如火车站台，钻井平台及跳水平台等，借助其概念的抽象性，在计算机界，平台被借用来指代类似的能够提供方便的，提高水准的基础硬件，基础软件或者开发工具。计算机系统是一个非常复杂的硬件和软件结合而成的有机整体。在使用计算机时，可根据需要选择某一层次，去观察分析计算机系统的组成、性能和工作机理
8、，或进行层次的设计工作。有了系统平台的概念后，我们在构造一个大型的，复杂的系统时，可以遵循结构化设计策略的指导，按平台，分层次的逐步加以实现，使系统开发的组织效率和工作效率得到进一步提高，同时，开发完成的系统在运行过程中也更易于调试、维护和扩充。一般而言，计算机系统平台主要分为两大类：计算机硬件平台和软件平台，图4-2是计算机系统分层平台示意图。 最基本的计算机平台是硬件平台，主要是指中央处理器及其相应的总线结构，在其之上是软件平台，传统上，软件只有一层基本运行平台，也就是操作系统平台，一般的应用软件就直接地运行在操作系统之上。随着技术的发展和软件应用数量的增加，中间件开始出现。中间件的产生和
9、发展是软件演进的必然结果，中间件平台是适合于某一类应用或功能的一个运行平台，网络应用中有很多基础性的部分可以在绝大多数的网络应用之间共享，把它们归纳集中在一起成为一个平台，就可以很好地提升软件的开发效率。对于软件平台来说，运行平台的概念逐步地推广，由此产生了开发平台的概念。比如说JAVA提供了一套比较完整的编程接口，因此也称为JAVA平台。有的软件工具，比如微软的VISUAL STUDIO.NET本身可以进一步地扩展，增加功能，因而也称为一个开发工具平台。不管是运行平台也好，开发平台也好，分层平台反映了服务的思想，下层平台对上层平台提供一些服务，越往上服务的力度越大，越接近于应用领域，所用的平
10、台层次越高，应用的开发越容易。 “如果说我看得比别人远些，那是因为我站在巨人的肩膀上”，好的软件平台就是这样一个巨人的肩膀。计算机硬件平台计算机硬件平台的组成如图4-3所示： 由图4-3可以看出，计算机的硬件平台主要由输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器五个部分组成。 输入设备输入设备的功能是把原始数据和处理这些数据的程序通过输入到计算机的存储器中。键盘是最常用的输入设备，它是现代计算机系统，特别是微型计算机系统中不可缺少的人机对话工具，用来输入主要由字符和数字组成的数据和程序。键盘的按键包括数字键、字母键、符号键、功能键和控制键。每个按键都对应它惟一的代码，当把某个按下去时，键盘驱动电
11、路发出一串代码，键盘的控制电路接收并向CPU发出请求，CPU响应请求后就把此数据读入。所以，从本质上讲，键盘是通过按键把机械信号转换为电信号的机电转换设备。鼠标器（Mouse）用以确定显示器屏幕位置坐标，是近年来在一些菜单式软件和图形系统中常用的输入设备。鼠标器使用方便灵活、可靠，它的应用日趋广泛。其他输入设备还有；把图形的模拟量转换成数字量输入计算机的图形输入设备-图形数字化仪，在显示器屏幕上输入、修改图形或写字的光笔，广泛应用于商品流通管理、图书管理等领域的条形码阅读器、数码相机、扫描仪以及各种模-数（A/D）转换器等。 输出设备输出设备的功能是用来输出计算机的处理结果。输出的形式可以是数
12、字、字母、表格、图形等。最常用的输出设备是显示器和打印机，还有绘图仪、XY记录仪、各种数模（D/A）转换器等。 存储器存储器（Memory）是计算机用来存放程序和数据的记忆部件，是计算机各种信息存放和交流的中心。它的基本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取出信息。一个存储器有许多存储单元，一个存储单元由若干个存储元组成，一个存储元存放一个二进制信息0或1。所有的存储单元都按顺序编号，这些编号称为地址。存储器可分为内存储器与外存储器，简称为内存与外存。内存是由中央处理器直接访问的存储器，它用来存放当前运行的程序和数据，也可以存储计算的结果或中间结果。由于其直接和运算器、控制器交换信息，因
13、此要求存取速度快，但存储容量较小。目前许多微型机的内存储器都采用大规模集成电路制成的半导体存储器。半导体存储器具有存储密度大、体积小、重量轻、存取速度快等优点，并且使用灵活。微型计算机的不断升级换代，也要求其内存容量不断增加，大规模集成电路、超大规模集成电路制造工艺的进步，使这一要求成为可能。现代微型计算机内存容量一般都在64MB以上。内存通常由两种半导体存储芯片随机存取存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM（Read-Only Memory）组成，通常叫做主存储器。RAM主要存放计算机执行的程序及程序执行的结果，其特点是可以随机存取和读写信息，但当计算机断
14、电时，RAM中的数据也随之丢失。ROM中的信息只能读出而不能写入，断电后，ROM中的原有内容保持不变，在计算机重新接通电源后，ROM中的内容仍可被读出。因此，ROM常用来存放一些固定的程序如自检程序、字库等。外存储器简称“外存”，是主机的外部设备，用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序，因而允许速度较慢。一旦需要，可成批地与内存交换信息。它是主存储器的后备和补充，因此叫它为“辅助存储器”，如磁盘存储器等；外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，在脱机情况下可以永久保存信息；外存按存储介质分为磁表面存储器和光存储器。现在人们使用的磁表面存储器主要是磁盘和磁带。微机上使用的主要是硬盘存储
15、器和软磁盘存储器，近年来光存储器如CD-ROM、DVD等已得到越来越多的应用，现在的半导体存储器闪存（Flash Memory），即通常所说的U盘，也日益为人们所熟悉，并大有取代软磁盘存储器之势。 中央处理器（CPU）中央处理器（Central Processing Unit，CPU）是电脑中处理信息及控制系统操作的中枢。中央处理器主要由两个部分组成：运算器和控制器，如图4-3所示。运算器运算器的功能是在控制器的指挥下，对信息或数据进行处理和运算，包括算术运算和逻辑运算，所以在其内部有一个算术逻辑运算部件ALU（Arithmetic-Logic Unit）。因为所有的算术运算基本上都可以分解为
16、加法和移位两种基本操作，运算器中还有存放运算对象和运算结果的寄存器，包括移位寄存器和若干通用寄存器。运算器的功能可以归纳为：实现对数据的算术和逻辑运算；暂时存放参与运算的数据和某些中间运算结果；挑选参加运算的数据，并把运算结果输到所要求的部件中；控制器控制器是计算机的控制中心，用来实现计算机本身运算过程的自动化。它指挥计算机各部件按照指令功能的要求进行所需要的操作。它从存储器中取出指令，分析指令（指令译码），产生一系列的控制信号，去控制计算机各部件协调地工作，并控制程序的执行顺序。因此，控制器的主要工作是不断地取指令、分析指令和执行指令。 总线（Bus）为了节省计算机硬件连接的信号线，简化电路结构，计算机各部件之间采用公共通道进行信息传送和控制。计算机部件之间分时占用着这些公共通道进行数据的控制和
