計算機和數字基礎第一章

計算機的基礎知識第一節計算機的分類和使用第二節計算機的數字數據表示第三節目錄content計算機的數字處理第四節計算思維第五節計算機的基礎知識第一節計算機的概念計算機的特征計算機程序與軟件軟件的分類計算機的概念廣義：可編程自動化計算設備（機械計算機、電子計算機與計算器等）狹義：電子計算機手搖機械計算機繼電器計算機計算機的概念·機械計算機——最早的機械計算機由帕斯卡發明，利用齒輪轉動原理制成。通過手搖方式操作運算。·繼電器計算機介于機械計算機和電子計算機之間，全自動繼電器計算機Z-3已經具備了浮點計數/二進制運算/數字存儲地址的指令形式等現代計算機的特征。計算機的基礎知識第一節計算機的概念計算機的特征計算機程序與軟件軟件的分類計算機的特征接收輸入（鍵盤、鼠標）處理數據（CPU）存儲數據（內存、存儲器）產生輸出（顯示屏、打印機）計算機的特征輸入、提交或傳輸到計算機系統的一切數據計算機的輸入設備有鍵盤、鼠標等，可以將輸入數據轉換成電子信號供計算機進行存儲與操作接收輸入處理數據計算機的數據處理是在CPU上進行的，CPU是計算機的運算核心和控制核心大部分現代計算機使用的CPU是微處理器計算機的特征數據存儲計算機根據數據使用方式的不同將數據存儲在不同的地方正在等待處理的數據被放在內存中，而長期存儲的數據則被放在存儲器中。輸出計算機的輸出指的是計算機處理信息后產生的結果計算機的輸出形式有文檔、圖表、圖片、視頻、音頻等計算機的輸出設備可以顯示、打印、傳送輸出的結果。計算機的基礎知識第一節計算機的概念計算機的特征計算機程序與軟件軟件的分類計算機程序與軟件程序的定義：控制計算機執行處理任務的指令集程序構成了軟件計算機的基礎知識第一節計算機的概念計算機的特征計算機程序與軟件軟件的分類軟件的分類

系統軟件系統軟件可分為操作系統和支撐軟件，為計算機提供最基本的功能。操作系統是最基本的軟件，支撐軟件包括CPU監視器、設備驅動器等。系統軟件負責管理計算機系統中各種獨立的硬件，使得它們可以協調工作。

應用軟件

應用軟件是為了某種特定的用途而開發的軟件。應用軟件可以是特定的程序，如視頻播放器等；可以是一組功能聯系緊密，可以互相協作的程序的集合，如微軟的office套件；也可以是由眾多獨立程序組成的龐大軟件系統，如數據庫管理系統等。

開發工具

開發工具是用來編制系統軟件和應用軟件的軟件、語言與工具。開發工具包括C++等編程語言、HTML等腳本語言與調試工具等。計算機的分類和使用第二節計算機的分類計算機的兼容性使用計算機的優缺點計算機的分類多種多樣的計算機分類方法按計算性能：巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機。按使用場景：個人計算機、服務器、大型計算機、超級計算機、手持設備、量子計算機。計算機的分類個人計算機個人計算機是在大小、性能以及價位等多個方面適合于個人使用，并由最終用戶直接操控的計算機的統稱。包括臺式機、筆記本電腦、上網本、平板電腦、超極本、工作站等。計算機的分類服務器服務器通常是指那些具有較高計算能力，能夠提供給多個用戶使用的計算機。服務器的高性能主要體現在高速度的運算能力、長時間的可靠運行、強大的外部數據吞吐能力等方面。服務器計算機的分類大型計算機大型計算機（簡稱“大型機”）體積龐大，價格昂貴，能夠同時為眾多用戶處理數據。大型機主要用于大量數據和關鍵項目的計算，例如銀行金融交易及數據處理、人口普查、企業資源規劃等等。大型計算機計算機的分類超級計算機超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，是一種超大型電子計算機。超級計算機具有很強的計算和處理數據的能力，主要特點表現為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設備及豐富的、高功能的軟件系統。“天河二號”超級計算機計算機的分類嵌入式計算機嵌入式計算機是嵌入到商品中的微型計算機，用來執行與商品相關的特定功能或任務。洗衣機、彩色電視機、DVD機，甚至電子鐘中都包含著嵌入式計算機。現代汽車中的微處理器都屬于嵌入式計算機，這些芯片被用來控制汽車完成多種任務，如ABS、點火、車載多媒體設備等。計算機的分類手持設備易于手持并使用的設備：智能手機、Kindle電子書等。手持設備可以分為允許用戶安裝應用和不允許用戶安裝應用兩大類。允許用戶安裝應用的手持設備可以歸類為手持計算機。計算機的分類量子計算機量子計算機和傳統計算機的區別在于它們利用電子、原子核等粒子的工作作為量子位。理論上量子計算機的速度相比于傳統計算機以指數方式增長——n個量子位能代表2的n次方，而n個常規位只能代表n。隨著量子位數的增加，量子計算機的性能將達到傳統計算機難以企及的程度。計算機的分類和使用第二節計算機的分類計算機的兼容性使用計算機的優缺點計算機的兼容性如果兩臺計算機使用的是同一操作系統，那么它們就是兼容的，即它們可以使用相同的軟件和配件，且數據可以在其間便捷地轉移。按照兼容性，計算機可以被分為三類：蘋果的macOS和IOS微軟的Windows和WindowsPhone谷歌的ChormeOS和Android計算機的分類和使用第二節計算機的分類計算機的兼容性使用計算機的優缺點使用計算機的優缺點優點計算速度更加快速準確用很少的空間存儲大量的信息從不疲憊開拓視野計算機網絡方便人們之間的溝通缺點網絡沉迷電磁輻射碎片化時間低頭族計算機的數字數據表示第三節數字數據與模擬數據常用的進制系統進制轉換編碼邏輯計算機的數字表示數字數據與模擬數據數字數據：離散狀態模擬數據：連續值常用的進制系統二進制：0-1十進制：0-9十六進制：0-9、A-F通用規則：逢基數進一計算機的數字數據表示第三節數字數據與模擬數據常用的進制系統進制轉換編碼邏輯常用的進制系統十進制系統與二進制系統十進制（基數10）二進制（基數2）00112103114100510161107111810009100110101011101110011111101001常用的進制系統十六進制系統十六進制（基數16）十進制（基數10）二進制（基數2）0001112210331144100551016611077111881000991001A101010B111011C121100D131101E141110F151111101610000計算機的數字處理第四節進制轉換編碼邏輯進制轉換十進制轉換為其他進制：余數法十進制的數被2（轉換成二進制）或者16（轉換成十六進制）除，得到商和余數。將余數記錄下來，商繼續重復上述過程，直到商為0。所有余數倒序排列即是轉換后的數字。對于十進制小數：將其小數位乘2（轉換為二進制），提取整數部分，再對小數位重復如上操作，直到小數部分為0。將過程中得到的整數部分順序排列即是轉換后的數字。進制轉換例：將十進制79轉換為二進制（1）用2除該數，得到商和余數（2）對商重復上述過程直到商為0（3）將所得余數倒序排列獲取對應的二進制值1001111被除數商余數79391391911991941420210101進制轉換例：將十進制小數0.8125轉換為二進制小數（1）用2乘該數，取整（2）將所得數的小數部分乘2，取整（3）重復上一步，直到小數部分為0（4）將所得整數順序排列，得到對應的二進制小數0.1101小數乘2所得數取整0.81251.62510.6251.2510.250.500.511進制轉換非十進制轉換為十進制：位權法把各非十進制數按權展開，然后求和例：將二進制1111101001.1轉換為十進制(1111101001.1)2=1×29+1×28+1×27+1×26+1×25+0×24+1×23+0×22+0×21+1×20+1×2-1=(1001.5)10進制轉換二進制與十六進制的相互轉換：十六進制一位對應二進制四位例：(F6A9)16=(1111011010101001)2計算機的數字處理第四節進制轉換編碼邏輯編碼字符編碼ASCII碼使用指定的7位或8位二進制數組合來表示128或256種可能的字符EBCDIC碼Unicode碼又可分為UTF-8、UT8-16、UTF-32等漢字編碼GB2312、GBK、GB18030-2005等編碼圖像編碼將圖像離散成像素點，每一個點的色彩都可以由一個或一組特定的二進制數來表示圖像的像素點編碼聲音編碼用離散化的點代替連續的波形聲波采樣點編碼位與字節位（bit，簡寫b）一位代表著一個二進制數字0或1字節（byte，簡寫B）一個字節由8個位組成常用簡寫及換算1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB，1PB=1024TB，1EB=1024PB1MB=8Mb網絡帶寬的單位通常是Mb/s，文件大小則通常以字節為單位編碼芯片芯片也稱微電路、集成電路、微芯片，是指由半導體材料組成的極薄的薄片。常見的芯片封裝類型DIP雙列直插式PGA插針網絡式BGA球珊陣列式CSP芯片尺寸式MCM多芯片模式計算機的數字處理第四節進制轉換編碼邏輯邏輯程序通常是由高級編程語言編寫的，如C、C++、C#、Java、COBOL等。高級編程語言使用關鍵字的有限集（如if、for、while、printf等）來形成程序語句，這些語句可用來指揮CPU進行相應的操作。未編譯的按照程序設計語言規范書寫的文本為源代碼。源代碼不能直接被計算機識別，必須經過解釋器或編譯器轉換才能被執行。邏輯解釋器解釋器的執行方式類似于日常生活中的“同聲翻譯”，應用程序源代碼一邊由相應語言的解釋器“翻譯”成目標代碼，一邊執行。解釋器在程序運行時，一次只會轉換并執行一條語句。在一條語句被執行后，解釋器才會轉換到下一條語句，如此循環直到程序結束。這種方式效率較低，應用程序不能離開其解釋器，但比較靈活，可以動態地調整、修改應用程序。邏輯編譯器編譯器在程序執行之前，就將程序源代碼“翻譯”成目標代碼。編譯器能一次性轉換一個程序中的所有語句，并將生成的目標代碼放在新文件中。使用編譯器生成的目標程序可以脫離其語言環境獨立運行，使用比較方便、效率較高。但如果需要修改應用程序，則需要先修改其源代碼，再重新編譯。邏輯處理器邏輯微處理器中包含許多個微型元件，這些元件可分為不同種類的單元。算術邏輯單元（ArithmeticLogicUnit,ALU）是微處理器的執行單元，是所有微處理器的核心組成部分。ALU可以進行算術運算和邏輯運算。ALU使用寄存器來存放需要處理的數據，使用累加器來存放處理結果。控制單元是整個微處理器的指揮控制中心，負責程序的流程管理。它根據用戶編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令加載到ALU的寄存器并命令ALU處理。邏輯處理器邏輯邏輯處理器邏輯程序啟動時，控制單元的指令指針會只想第一條指令的內存地址，控制單元會將該地址中的數據復制到它自己的指令寄存器中以獲得相應指令；獲取指令后，控制單元會解釋指令，獲取指定的數據或是讓ALU處理；ALU接到控制單元的“開始”信號時就處理寄存器中的數據，并將結果暫時存放于累加器中；然后，這些數據可由累加器發送到內存中或用于另一步處理；ALU執行完操作后，控制單元的指令指針會遞增指向下一條指令的內存地址，如此，便完成了一個指令周期。計算思維第五節概念主要思想概念計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計及人類行為理解等涵蓋計算機科學廣度的一系列思維活動。在解決實際問題時,要利用計算機高速的計算能力,需要考慮以下3個問題哪些問題能夠被計算如何利用計算機系統實現計算如何高效地實現計算計算思維第五節概念主要思想主要思想計算機之所以能解決復雜的問題，根本上是因為二進制數0和1能將各種運算轉換成邏輯運算實現；問題的表示方式是無窮無盡的，用統一的符號化語言進行表示是解決問題的基礎。不管一個問題多么復雜，只要它是可計算的,那么只要將問題的解決過程設計成一系列基礎的步驟,之后只需按順序一步步執行這些基礎步驟，就能使問題在整體上得到解決，這種解決問題的思想體現在計算機系統中就是程序化思想。對于計算機系統來說，只要能夠完成每個基礎步驟，以及實現一個控制基礎步驟組合和執行次序的功能，就能解決非常復雜的問題。主要思想遞歸思想是指一種計算模式調用這種計算模式本身，把一個大型復雜的問題層層轉化為一個與原問題相似的規模較小的問題來求解。遞歸思想最為重要的意義在于能夠用有限的步驟來定義無限的功能。計算機科學中的許多重要思想如分治思想、回潮思想、迭代思想、動態規劃思想等都與遞歸思想密切相關。計算機系統通過抽象和分解思想來解決龐雜的任務或者設計巨大復雜的系統，通過抽象和分解思想我們可以將一一個大型問題拆分成若干子問題，也可以從整體上對眾多煩瑣的子問題進行抽象和概括以便于理解,使我們能在不必理解每一個細節的情況下就能夠安全地使用、調整和影響一個大型復雜系統的信息。謝謝聆聽THANKSFORYOURATTENTION目錄58一、主板、微處理器和內存二、存儲設備三、輸入輸出設備四、其他設備一、主板、微處理器和內存1.主板2.微處理器3.內存1主板主板又叫主機板、系統板或母板，安裝在機箱內，一般為矩形電路板。主板主要由芯片組、擴展槽和對外接口三個部分組成。芯片組是主板的核心部分，可分為北橋芯片和南橋芯片。其中北橋芯片主要負責CPU、內存和顯卡間的通信，南橋芯片負責硬盤等存儲設備和PCI總線接口間的通信。擴展槽是主板上用于固定擴展卡并將其連接到系統總線上的插槽。對外接口主要包括硬板接口、鼠標鍵盤接口、USB接口、打印機接口、聲卡接口等。602微處理器微處理器是用來處理指令的集成電路。微處理器≠CPU（微處理器包括CPU、GPU、APU等）微處理器是主板上最大的芯片，是最重要的、通常也是最昂貴的計算機部件。612.1影響微處理器性能的因素時鐘速度總線速度字長緩存容量核心數量指令集處理技術622.1.1時鐘速度時鐘速度通常以GHz（千兆赫茲，即1秒鐘有10億個時鐘周期）為單位，它代表著處理器中指令的執行速度。微處理器執行的每一項指令都以時鐘周期來度量。對不同的指令，需要的時鐘周期數從一個到多個不等。例如Intelcorei74770k的主頻是3.5GHz，就是說能在1秒鐘內運行35億個時鐘周期，但不一定能執行35億條指令。總線速度是指前端總線的頻率。前端總線是用來與微處理器交換數據的電路，其頻率的高低直接影響著微處理器訪問內存的速度，進而影響著微處理器的性能。目前前端總線的頻率在1000MHz到2100MHz之間。頻率越高代表速度越快。632.1.2總線2.1.3字長字長是指微處理器能夠同時處理的二進制數的位數。字長取決于ALU中寄存器的大小以及與之相連接的線路的容量。例如32位處理器ALU中的寄存器是32位的，可以同時處理32位數據。字長越長，意味著處理器在相同的周期可以處理更多的數據。當前的計算機系統通常使用32位或64位處理器。2.1.4緩存容量微處理器的緩存是專用的高速內存，微處理器訪問緩存的速度要比訪問內存快大約十倍，大容量的緩存可以提高計算機的性能。CPU的緩存具有多個級別，三級緩存、二級緩存、一級緩存的訪問速度依次提高，但單位容量的成本也依次顯著增加。以IntelCorei74770k為例，其三級緩存為8MB，二級緩存為1MB，而一級緩存只有128KB。微處理器可以包含多個處理單元電路，即多核處理器。多核處理器可以帶來更快的處理速度。如雙核的i52.3GHz處理器等效性能為4.6GHz（2.3×2），四核的i71.8GHz處理器等效性能為7.2GHz（1.8×4）。所以在其他條件沒有限制時，i71.8GHz處理器要比i52.3GHz處理器的性能要更好。642.1.5核心數量2.1.6指令集

有些指令集中包含有需要幾個時鐘周期才能完成的復雜指令，擁有這種指令集的微處理器使用了復雜指令計算機（ComplexInstructionSetComputer，簡稱CISC）技術。而擁有數量有限且較簡單指令集的微處理器使用了精簡指令集計算機（ReducedInstructionSetComputer，簡稱RISC）技術。RISC微處理器執行大部分指令的速度相比CISC微處理器要快，但完成同樣的任務需要更多的簡單指令。目前大多數個人計算機都采用了CISC處理器，而手持設備大多數采用的是ARM（AdvancedRISCMachines，高級RISC機器）處理器。2.1.7處理技術微處理器的處理技術可分為串行、流水線與并行三種。串行處理技術使得只有完成一條指令的所有步驟后才開始執行下一條指令。流水線技術可以使得在某些復雜指令完成前就開始執行下一條指令，以提高資源的利用率。并行處理技術則可以同時執行多條指令。流水線技術和并行處理技術都提高了微處理器的性能。652.2微處理器性能當計算機中所有部件高速運轉時2，微處理器才可發揮最大功效。超頻(overclocking)是指提高計算機部件速度的技術，超頻成功后，慢速部件的處理能力可提升到與更快更貴的部件相當。但超頻是非常危險的，超頻過的部件可能會更熱，甚至可能引起火災。662.3摩爾定律晶體管的密度每隔兩年翻倍其他一些計算機元件的發展同樣遵循摩爾定律。硬盤存儲容量每隔20個月翻一番芯片速度每隔24個月翻一番摩爾定律已被用來描述一個元件的存儲容量或速度翻一倍大約所用的時間長短。673內存

內存用來存放指令和數據，并能由CPU直接隨機存取。目前使用的內存可分為：隨機訪問存儲器（RandomAccessMemory，簡稱RAM）只讀存儲器（Read-OnlyMemory，簡稱ROM）CMOSEEPROM683.1隨機訪問存儲器（RAM）RAM中存放了等待CPU處理的原始數據、程序指令，以及臨時存放CPU處理后的結果。除此之外，RAM中還存儲著操作系統的指令，以控制整個計算機系統的基本功能。RAM是易失存的，即需要電來存放、維持數據。一旦計算機失去電力供應，存放在RAM中的數據就會立刻永久性消失。又可分為DRAM、SRAM、SDRAM及DDR1、DDR2、DDR3等。虛擬內存：當RAM不夠用時，操作系統會在硬盤上分配一塊區域存儲部分程序和數據。693.2只讀存儲器（ROM）ROM主要存放系統引導程序、開機自檢程序等。這些一般是在計算機出廠前由制造商寫入的。ROM中的數據一旦寫入，只能讀，不能被改寫。與RAM的易失存性不同，ROM中的數據是永久的，即使斷電也不會消失。在打開計算機時，RAM是空的，沒有任何指令，因此需要ROM。微處理器可以調用ROM中的程序及指令集，以訪問硬盤、找到操作系統并加載到RAM中。加載完成后計算機便能借由RAM正常運行了。703.3CMOS及EEPROM對于計算機運行時需要知道的諸如內存、存儲器、顯示器的配置等信息，ROM和RAM都不適合存儲。CMOS中的內容可以隨著計算機系統的配置或用戶的設置而改變，CMOS芯片可通過主板上集成的小型電池供電，因此關機時其存儲的信息不會丟失。EEPROM是非易失存的，它不需要電力就能存放數據，并且在更改計算機系統的配置時，它上面的數據也會更新。由于EEPROM不需要電力供應，因此EEPROM正在取代CMOS技術713.4閃存閃存（FlashMemory）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息）的存儲器。數據刪除不是以單個的字節為單位而是以固定的區塊為單位，區塊大小一般為256KB~20MB。閃存是EEPROM的變種，閃存與EEPROM不同的是：EEPROM能在字節水平上進行刪除和重寫而不是整個芯片擦寫，而閃存的大部分芯片需要塊擦除。由于閃存斷電時仍能保存數據,因此閃存通常被用來保存設置信息，如在計算機的BIOS(基本程序)、智能手機、數碼相機中保存資料等。72二、存儲設備1.磁存儲2.光存儲3.固態存儲4.云存儲5.全息存儲1磁存儲磁存儲技術通過磁化磁盤或磁帶表面的微粒來存儲數據。可以通過指定微粒的朝向來表示“0”和“1”的序列。典型代表：機械硬盤機械硬盤驅動器由一個或多個盤片及與每個盤片相關的讀寫頭組成。硬盤驅動器運行時，盤片會以每分鐘數千轉的轉速繞固定軸旋轉。讀寫頭懸浮在每張盤片上方不到一微米處，可以通過磁化微粒寫入數據，也可以通過感應微粒的磁極讀取數據機械硬盤的磁頭和盤片741.1機械硬盤特點：存儲容量較大，單位容量成本較低；耐用性較差，收環境因素和人為因素影響較大。性能：機械硬盤的性能常以容量、訪問時間和轉速來衡量。盤片越多，磁微粒的密度越大，硬盤容量也越大。硬盤轉速越快，磁頭定位到指定數據的速度也越快。751.2磁帶與傳統磁帶錄音機相比，磁帶機可以直接讀寫磁帶數據。磁帶是一種能夠以低成本存儲大量數據和信息的磁性圖層塑料帶。762光存儲光存儲技術通過光盤盤片表面的平坦程度來表示數據，盤片表面的平坦區域表示二進制“1”，不平坦區域（又稱凹點）表示二進制“0”。典型代表：光盤光盤常見類型：CD、DVD、藍光常見光技術：只讀技術、可記錄技術和可重寫技術772.1光盤特點：光盤的優點是它們的超大容量及便攜性；缺點是訪問、保存、修改數據的速度比較慢。雙面光盤：為了提高數據存儲容量，被制成存儲兩層數據的圓盤的雙面光盤的存儲了幾乎翻了一番。為獲取更大的容量，光盤正朝著兩層以上發展，光盤也可以雙面錄制，但存儲在光盤兩面的數據不能同時訪問。783固態存儲技術固態存儲器有時也稱閃存，是通過存儲芯片內部晶體管的開關狀態來存儲數據的。固態存儲器不需要讀寫頭，也不需要轉動，所以耗電量小，且持久耐用——不會受到振動、磁場、高溫等的影響。常見固態存儲器存儲卡固態硬盤U盤793.1存儲卡存儲卡存儲卡可廣泛應用于數碼相機、媒體播放器等數碼產品中。hi算計使用讀卡器能夠讀取并向存儲卡中寫入數據。多數計算機內置讀卡器，這使得計算機和數碼產品直接能夠互相傳輸數據。存儲卡的類型包括多媒體（Multimedia,MMC）卡、安全數字（SecureDigital,SD）卡、記憶棒等。803.2固態硬盤固態硬盤固態硬盤（SolidStateDrive,SSD）是一種可替代硬盤驅動器的設備，它在接口的規范和定義、功能和使用方法上與普通硬盤完全相同。在外形與尺寸上也與普通硬盤一致。固態硬盤的讀寫速度非常快，功耗低，且工作時沒有噪聲，廣泛用作移動設備的主存儲設備，一些筆記本電腦和上網本也開始使用固態硬盤替代機械硬盤。813.3

U盤1TB的U盤U盤（USEFlashDrive）是一種便攜式存儲設備，它可以使用USB接口與計算機連接，無須驅動器，U盤的核心部分致于拇指大小，但容量很大，適合在計算機之間傳輸數據。目前，主流的U盤有8GB、16GB的容量，部分U盤的容量可以超過128G甚至達到1TB。U盤的傳輸速度取決于USB版本。824云存儲技術缺點：黑客可能截獲數據，使數據的安全和隱私受到損害；如果云存儲服務因為某些原因中斷，用戶就不能進行數據存取了。將網絡中大量不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能。云存儲可以作為單獨的數據存儲存在，也可以作為云計算的一部分存在。典型代表：亞馬遜彈性計算業務（AmazonEC2）835全息存儲全息存儲是一種三維存儲系統。全息驅動器將發出的藍色激光束分成兩束——參照光束和數據光束參照光束的角度用于識別存儲數據所在的物理位置；數據光束則負責存儲數據。84全息存儲特點：全息存儲十分快捷同樣大小的全息光盤或全息盒可以比CD、DVD或BD容納更多的數據數據的檢索和讀取操作的結果是唯一確定的存儲時間長（至少50年）耗能低應用：目前的全息數據存儲系統是只讀類型的，回味大量數據存儲的或快速數據檢索的/幾乎不修改數據的應用提供存儲服務，如：商業數據的存檔、醫療記錄、電視節目和傳感器數據等。85存儲器比較86存儲器類型主流容量單位容量花費數據傳輸速度可移動性耐用性技術機械硬盤80GB-2TB較低較高較低中等磁存儲CD700MB低低高較高光存儲DVD8.5GB低低高較高光存儲藍光50GB低低高較高光存儲固態硬盤32GB-1TB高高較低（內置）/較高（外置）高固態存儲U盤2GB-256GB較低中等高高固態存儲三、輸入輸出設備1.輸入設備2.輸出設備1輸入設備常見輸入設備：鍵盤手寫板鼠標、觸控板、觸摸屏、游戲控制器等定點設備熱門識別設備：條碼讀取器無線射頻識別（RFID）閱讀器生物識別閱讀器881.1條碼讀取器條形碼條形碼b是通過具有不同寬度或高度的條格來表示數據的光學代碼，最常用的是UPC（UniversalProductCode，通用產品代碼）和ISBN（InternationalStandardBookNumber，國際標準圖書編號）常規的條形碼是一維條形碼，新型的二維條形碼容納的數據要比一維高幾百倍，最常用的二維碼是QR（QuickResponse，快速反應）條碼讀取器條碼讀取器使用反射光技術或者是圖像處理技術將條形碼中的條格轉換成相應的數字或字母；然后讀取出與條形碼相關聯的典型識別碼。891.2無線射頻識別閱讀器無線射頻識別（RFID）技術可以存儲、讀取和傳送位于RFID標簽上的數據，RFID標簽上包含微型芯片和天線。

優點：RFID標簽只需要閱讀器在一定范圍內即可完成識別；附加到每個物體上的RFID標簽是獨一無二的；RFID芯片可以在整個產品生命周期內被更新。

應用：跟蹤物品運動；電子收費；跟蹤食品和來源；過境點加快識別旅客的過程。901.3生物識別閱讀器生物識別閱讀器用于讀取一個人的生物特征數據，使得個人的身份可以基于一個特定的、獨特的生理特征或個人特征來驗證。生物識別閱讀器可獨立或內置于計算機、移動設備中，也可以內置到其他硬件中。可用于授權用戶訪問計算機或存儲在存儲設備上的數據，也可用于電子支付、登錄到安全網站，或者導入和導出工作中的數據。912輸出設備常見輸出設備顯示器打印機繪圖儀音響新興輸出設備3D顯示可穿戴式顯示器干涉式調制器（IMOD）顯示器3D打印機92谷歌眼鏡顯示屏2.1常見的輸出設備顯示器93類型原理特點參數LCD（液晶）顯示器通過對顯示器內部液晶粒子的排布組成不同的顏色和圖像液晶顯示器機身薄、占地小、輻射小，但色彩不夠鮮艷、可視角度不夠大1.屏幕尺寸2.點距3.分辨率4.色深5.視角寬度6.響應速率LED（發光二極管）

顯示器通過控制半導體發光二極管來顯示信息LED顯示器色彩鮮艷、動態范圍廣、亮度高、壽命長、工作穩定可靠，正在替代LCD顯示器，應用于社會的很多領域2.1常見的輸出設備顯卡顯卡與顯示器息息相關。顯卡是連接顯示器和個人計算機的重要元件，承擔著輸出顯示圖形的任務。顯卡一般含有圖形處理單元（GPU）和專用的視頻內存（稱為顯存），對于圖形設計、三維建模、大型游戲等任務來說，一款好的顯卡十分重要。顯卡可分為核芯顯卡、集成顯卡和獨立顯卡三種。942.1常見的輸出設備打印機主要可分為噴墨打印機、激光打印機和針式打印機。主要參數：分辨率內存打印速度忙閑度打印成本可聯網性雙面功能952.2新興的輸出設備3D顯示器可穿戴式顯示器干涉式調制器顯示器3D打印機963D打印機四、其他設備其他設備擴展槽擴展槽是主板上用于固定擴展卡并將其連接到系統總線上的插槽，它是一種添加或增強計算機特性及功能的方法。98其他設備擴展卡擴展卡又稱適配卡、控制卡、接口卡、擴展板等，是一種小型的電路板。它可以使計算機具備控制存儲設備、輸入設備或輸出設備的能力。如網卡、聲卡等。99其他設備接口和連接線接口，是主板邊緣留置的用來與外接設備進行信息交流的插口。連接線負責連通各種設備使之進行信息或能量交流。如USB連接線。100其他設備總線總線是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，是CPU與外部硬件接口的核心。常用參數時鐘頻率位寬帶寬總線帶寬=總線時鐘頻率×總線位寬/8101其他設備GPU圖像處理器，善于加速圖像領域的運算TPU張量處理器，專用于機器學習的芯片NPU神經網絡處理器，在電路層模擬人類神經元和突觸，并且用深度學習指令集直接處理大規模的神經元和突觸102其他設備托盤電源風扇散熱管等103筆記本電腦中的風扇和散熱管其他設備托盤104臺式計算機的電源其他設備水冷散熱器105帶電風扇的扇熱底座第3章計算機軟件目錄content107軟件的定義與分類App和應用程序常用應用軟件辦公套件軟件版權和許可證123451軟件的定義軟件的定義軟件指計算機程序及與之相關的數據，還包含程序的開發文檔和管理文檔。109軟件的分類按功能：系統軟件與應用軟件按載體：左面軟件與移動軟件按運行地點：本地軟件與云軟件110軟件的分類按功能分類系統軟件

包括操作系統、設備驅動與實用程序，對計算機硬件進行統一的控制、調度和管理，并為應用軟件提供基本的功能支持。應用軟件

用來解決特定領域的具體問題。開發工具

用來編寫系統軟件和應用軟件111軟件的分類按載體分類桌面軟件桌面軟件運行在臺式計算機或筆記本電腦上，其功能一般較復雜，支持多種輸入輸出。移動軟件移動軟件也稱應用，運行在移動設備上，功能較簡單，且受限于移動性，一般以觸摸方式或某個動作作為輸入，以文字、圖像形式輸出。112軟件的分類按運行地點進行分類本地軟件

本地軟件安裝在本地的計算機中，運行時由本地的稽山及進行運算與處理。云軟件

云軟件也稱云應用，利用因特網上大量的計算資源進行管理和調度，可以理解為在云端運行，用戶只需要一個平臺即可進行輸入和查看輸出。

云軟件便于使用、無須下載安裝，且可在多種操作系統上使用，可以幫助用戶大大降低使用成本，并提高工作效率113App和應用程序114WebApp指能使用瀏覽器進行訪問的一系列軟件代碼隨著HTML頁面而下載下來，并且在瀏覽器中被執行。App和應用程序WebAppWebApp特別適合個人級別的任務，如一些基本的文字處理、表格創建、照片編輯、音頻記錄、視頻剪輯、報告設計和個人財務管理等，WebApp中精密復雜的功能在持續增加。由于項目文件存儲在網站且很容易被共享，許多WebApp支持幾個人呢同時編輯同一個項目。缺點：如果存放數據的網站關閉了，就不能訪問應用程序或數據；數據可能曝光或丟失，最好能夠做備份。115App和應用程序移動App即能夠在智能手機或者平板電腦上進行本地安裝的應用本地應用程序最傳統的應用程序即安裝在計算機硬盤中的應用程序便攜式軟件可以在U盤等可移除設備中運行的軟件,不在本地計算機上安裝,也不會在本地計算機中留下任何配置數據116常用應用軟件桌面出版軟件：MicrosoftPublisher、AdobeInDesign、QuarkXPress等117常用應用軟件音樂軟件：包括音樂播放軟件及音頻編輯軟件。常用的音頻編輯軟件如CoolEdit及其升級版AdobeAudition118常用應用軟件圖形軟件：繪圖軟件及圖像編輯軟件。繪圖軟件如用來繪制矢量圖形的CorelDraw、AdobeIllustrator，用于繪制三維圖形的AutoCAD等。圖像編輯軟件如AdobePhotoshop119常用應用軟件視頻軟件：視頻播放軟件和視頻編輯軟件。常用的視頻編輯軟件如CorelVideoStudio和AdobePremiere、AdobeAfterEffects等。120常用應用軟件地圖和定位軟件121常用應用軟件數學軟件：幫助進行公式處理、數值計算、數學建模等工作。常用的數學軟件有MATLAB、Mathematica等。122辦公套件辦公套件是一整套的方便辦公使用的程序，通常包含了文字處理、演示文稿和電子表格。部分辦公套件還包括了數據庫、畫圖、郵件管理等模塊。 比較熱門的辦公套件有MicrosoftOffice、AppleiWork等。隨著移動互聯網時代的到來，以及軟件產業服務化逐漸深入人心，辦公套件也逐漸向免費化或服務化發展123辦公套件文字處理軟件用于計算機中文字的編輯、格式化和排版。文字處理軟件可以自動完成很多事情，從而可以使用戶的精力集中于文字本身，而不用為繁雜重復的事情消耗過多時間。大部分文字處理軟件中包含語法檢查器、拼寫檢查器，它們在用戶進行文本編輯時會自動檢查文本中是否有語法或拼寫錯誤并提醒用戶。常用的文字處理軟件如MicrosoftWord、ApplePages等。124辦公套件演示文稿軟件可用于制作包含文字、圖像、視頻、聲音等的幻燈片。用戶可以在計算機屏幕或投影屏幕上展示這些幻燈片，并利用其進行工作匯報、企業宣傳、產品推介、婚禮慶典、項目競標、管理咨詢等工作。傳統的演示文稿軟件如MicrosoftPowerPoint、AppleKeynote等。新型的演示文稿軟件如Prezi。125辦公套件電子表格軟件可以幫助用戶制作復雜的表格、進行數據統計與公式計算，還可以將大量枯燥無味的數據轉換成可視性極佳、便于理解的圖表并打印出來。電子表格軟件可以極大地提高人們對數據的分析能力；對于需要大量重復計算的工作（如計算成績、估算成本），電子表格軟件也有很大用處。常用的電子表格軟件有MicrosoftExcel、AppleNumbers等。126電子表格利用AppleNumbers可以做出多種多樣絢麗的圖表數據庫Access2013界面截圖軟件版權和許可證在大多數國家中，計算機軟件是有版權保護的。版權限制了購買者對軟件的使用方式（例如不能傳播和修改軟件）。盜版軟件是威脅軟件產業的主要問題，它不僅打擊了軟件作者的積極性，破壞了市場秩序，還會對用戶造成不良影響。除了軟件版權，軟件還受許可證的保護。軟件許可證是一種合同，由軟件作者和用戶簽訂，用以規定和限制軟件用戶使用軟件（或其源代碼）的權利，以及作者應盡的義務。軟件版權和許可證購買軟件實際上是購買軟件的使用許可。軟件許可證按照允許的使用范圍來劃分，可分為允許單一用戶使用的單用戶許可證、允許指定多個數量的用戶使用的多用戶許可證、允許一定數量軟件副本同時使用的并行用戶許可證、允許特定區域內使用的定點許可證，等等。常用的軟件許可證包括通用公共許可證（GeneralPublicLicense，簡稱GPL）、BSD許可證（BerkeleySoftwareDistribution）和私權軟件許可證等。軟件版權和許可證按照許可證的不同，軟件又可分為公共軟件和專有軟件。公共軟件不受版權保護（作者放棄版權或版權已到期），可不受限制地使用（如復制、轉賣，但不可申請版權）。專有軟件受版權和許可證保護，又可細分為商業軟件、試用軟件、開源軟件、免費軟件等。軟件版權和許可證商業軟件是廠商出于商業目的所出售的軟件產品，部分商用軟件會先以試用軟件的形式分發。試用軟件可以免費運行，但主要功能或運行時間（如30天以內或最多運行60分鐘）等受到限制，用戶如果想不受限制地使用，便需要付費購買。開源軟件提供了軟件的源代碼，在發行和使用上沒有限制，可以進行銷售和修改，但依舊受版權保護。免費軟件則可以免費使用軟件的全部功能，受版權保護，可以使用、復制和傳播，但不能修改和出售。常見的免費軟件包括網絡游戲、實用程序、驅動程序等。謝謝聆聽！操作系統和文件管理目錄135第一節操作系統基礎知識第二節文件基礎知識第三節文件管理第一節操作系統基礎知識操作系統的功能、分類和加載實用程序和驅動程序操作系統基礎知識操作系統（OperatingSystem，簡稱OS）是計算機最基本的系統軟件，它直接運行在計算機的“裸機”上，是系統中所有活動的總控制器，任何其他的軟件都需要有操作系統的支持才能運行。138什么是操作系統？操作系統的功能操作系統的功能可以分為控制計算機資源和提供用戶界面兩大類。操作系統控制著計算機的：處理器資源內存資源存儲器資源外圍設備資源139操作系統提供用戶界面處理器資源內存資源存儲器資源外圍設備資源處理器資源微處理器的每個計算周期都是一種計算資源。計算機運行時會有很多進程競爭計算資源，操作系統負責協調控制。140現代操作系統可以使用多任務、多線程、多重處理等技術來保證處理器資源得到充分利用。內存為程序提供運行空間，微處理器需要處理的數據和指令都存放在內存中，操作系統為每個程序在內存中分配合適的空間。如果程序需要更大的內存空間，可向操作系統再次申請；如果內存資源不足，有些程序會運行很慢甚至無法運行；如果內存泄漏，會逐漸耗盡所有內存，此時需要終止相應程序或重啟計算機。141內存資源存儲器資源存儲器類似于一個檔案館，存儲用戶的所有文件，操作系統對文件進行管理，記錄文件的文件名、存放地點、文件大小等信息。操作系統還可對多而繁雜的文件進行“整理歸類”以獲取更多的存儲空間。當用戶要放入新的文件時，操作系統還會為其提供合適的存放地點。142外圍設備資源外圍設備資源介紹與計算機連接的設備都可視為輸入或輸出資源。操作系統通過與該設備配套的驅動程序進行與設備的通信，以保障設備的正常使用。計算機的操作系統會確保輸入輸出是以有序的形式處理的，并可在計算機忙于其他任務時使用“緩沖區”來收集和存放數據。查看連接到計算機的所有設備143操作系統功能提供用戶界面：早期的操作系統使用的是命令行界面，它通常不支持鼠標，用戶需要通過鍵盤輸入指令（這通常需要用戶提前熟記），操作系統接到指令后予以執行。現代的操作系統使用簡便易用的圖形用戶界面，通過對屏幕上顯示的圖像進行操作，用戶可以方便地使用計算機。144Windows系統提供的命令行界面操作系統功能盡管現代操作系統的種類多種多樣，但其圖形用戶界面的組成元素是大體相同的：桌面圖標窗口任務欄菜單欄工具欄按鈕對話框145桌面圖標任務欄操作系統分類操作系統按其應用領域來劃分，可分為桌面操作系統、移動操作系統、服務器操作系統等。桌面操作系統是為桌面計算機或筆記本電腦設計的個人用操作系統。它能夠實現個人對計算機的幾乎所有的需求。移動操作系統是為手持設備如智能手機、平板電腦設計的，移動操作系統更加關注于操作便捷性和應用擴展性。服務器操作系統一般安裝在Web服務器、數據庫服務器、應用服務器等大型計算機上，具有很高的穩定性和安全性146常見桌面操作系統MicrosoftWindowsMACOS147常見桌面操作系統DOSChromeOS148常見桌面操作系統UNIX和Linux149UNIX和LinuxUNIX是1969年由AT&T公司的貝爾實驗室開發的。UNIX一般用于大型計算機中。Linux是一款免費使用和自由傳播的類UNIX操作系統，是在1991年由芬蘭學生LinusTorvalds開發的。Linux是開源系統，其代碼允許被修改，因此目前有許多種類的Linux發行版本，它們都包括了一個Linux內核和其他的程序、工具及圖形界面。最流行的Linux發行版本有Ubuntu、Fedora、Debian、Mint、CentOS等。常見移動操作系統iOSAndroidOS150常見移動操作系統WindowsPhoneBlackBerryOS151常見桌面操作系統提供用戶界面：早期的操作系統使用的是命令行界面，它通常不支持鼠標，用戶需要通過鍵盤輸入指令（這通常需要用戶提前熟記），操作系統接到指令后予以執行。現代的操作系統使用簡便易用的圖形用戶界面，通過對屏幕上顯示的圖像進行操作，用戶可以方便地使用計算機。152Windows系統提供的命令行界面虛擬機虛擬機（VirtualMachine）可以通過軟件模擬出具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。它可以利用一臺計算機資源模擬出多臺計算機，虛擬出來的每臺計算機都可運行與之平臺相兼容的軟件。流行的虛擬機軟件有VMwareWorkstation和ParallelDesktop。153操作系統的加載對于大多數計算機而言，操作系統存儲在硬盤上。在計算機開機時，需要從硬盤上加載操作系統到內存中，并進行相應的處理，計算機才可以正常工作。這個從計算機開機到計算機準備完畢的過程，稱為引導過程，或引導計算機。在引導過程中，操作系統的內核（即提供核心服務的部分）會被加載到內存。在計算機運行時，內核會一直保留在內存中，而操作系統的其他部分只在需要的時候才被加載到內存。154操作系統的加載引導過程基本步驟：引導過程完成后，用戶可正常使用計算機。155啟動引導程序通電開機自檢識別外圍設備加載操作系統檢查配置文件，定制操作系統實用程序系統軟件除了操作系統外，還包括實用程序。實用程序專門處理以計算機為中心的任務，可以幫助用戶對計算機硬件、軟件、數據或操作系統進行分析、配置、優化或維護。操作系統一般自帶有一套實用程序。在Windows中，實用程序大多包含在“控制面板”中。常用的實用程序如：殺毒軟件備份軟件剪貼板管理器壓縮軟件磁盤檢查與磁盤清理磁盤分區文件管理網絡設置截屏軟件卸載音量設置、鍵盤設置、電源監控156實用程序系統軟件除了操作系統外，還包括實用程序。實用程序專門處理以計算機為中心的任務，可以幫助用戶對計算機硬件、軟件、數據或操作系統進行分析、配置、優化或維護。操作系統一般自帶有一套實用程序。在Windows中，實用程序大多包含在“控制面板”中。常用的實用程序如：殺毒軟件備份軟件剪貼板管理器壓縮軟件磁盤檢查與磁盤清理磁盤分區文件管理網絡設置截屏軟件卸載音量設置、鍵盤設置、電源監控157驅動程序可以通過Windows的“設備管理器”進行管理。驅動程序負責在操作系統和外部設備間建立通信，是操作系統和外部設備間的接口。驅動程序至關重要，如果沒有合適的驅動程序，操作系統便無法識別對應的外部設備；如果驅動程序沒有正常安裝或受到了損壞，對應的外部設備也無法正常工作。操作系統安裝時會安裝一些自帶的驅動程序，以保證硬盤、顯示器、光驅、鍵盤、鼠標等基本硬件的正常運行，但其他硬件，如顯卡、聲卡、掃描儀、攝像頭、網卡等，或是功能較多的鼠標、鍵盤等，就需要另外安裝對應的驅動程序。158第二節文件基礎知識文件名和擴展名文件目錄和文件夾文件格式159文件的名稱文件的名稱包括文件名和擴展名。文件名可以幫助用戶區分不同的文件，而擴展名代表著文件的格式。擴展名通常由一個“.”與文件名分開，放在文件名的后面。如“工作報告.txt”中，工作報告是文件名，txt是擴展名，代表這是一個文本文件。文件名需要符合文件命名規范。不同的操作系統有不同的文件命名規范。Lab4:文件名pptx:擴展名文件命名規范文件目錄和文件夾文件目錄是計算機對文件建立的索引，操作系統可以通過文件目錄找到磁盤上對應的文件。文件目錄是一個多級樹形結構，可以分為根目錄和子目錄，子目錄通常也稱文件夾。在Windows中，每一個磁盤驅動器都有一個根目錄，如C盤的根目錄是“C:\”。根目錄中可以包含若干文件和子目錄，而子目錄還可進一步包含若干下一級的文件和子目錄。文件定位操作系統通過路徑來定位一個文件。路徑包含了從驅動器到文件夾到文件的定位路線，其中文件夾和文件名間用特定的分隔符區分。如路徑“C:\Windows\System32\cmd.exe”中，“C:\”代表C盤的根目錄，第一級文件夾是“Windows”，第二級文件夾是“System32”，文件名是“cmd”，擴展名是“exe”。C:\Windows\System32\cmd.exeC:\Windows\System32\cmd.exe文件格式文件格式代表了存儲在文件中的數據的組織排列的方式。不同的數據類型（如音頻和視頻）采用了不同的文件格式，同一種數據類型也會有多種文件格式（如圖像可以存儲為BMP、PNG、JPEG等格式）。文件格式通常包括文件頭和數據，還可能包括文件終止標記。文件頭處于文件數據流的開頭，包含了文件的一些諸如文件類型、文件大小、創建時間、修改時間的信息；數據是文件的主題內容；文件終止標記則代表著文件的結束。文件格式文件格式≠擴展名擴展名可以人為修改，而文件格式是固定不變的。擴展名被修改并不能改變文件格式，但可能導致文件不能被正常識別與打開。操作系統通過文件的擴展名來選取合適的程序打開文件，因此一個正確的擴展名十分重要。文件格式擴展名常見文件擴展名166第三節文件管理167文件管理隱喻文件管理隱喻是對計算機存儲模型的形象化描述，也可稱為邏輯存儲模型。關于文件管理有兩種隱喻：文件柜式。計算機的存儲設備相當于文件柜的一個個抽屜。文件夾放在抽屜中，文件則放在文件夾中或放在文件夾的外面。樹狀結構。樹代表了存儲設備，樹干相當于根目錄，樹枝相當于子目錄。樹枝還能分出更小的樹枝代表多級子目錄，樹枝上的葉子代表文件。樹狀結構示例Windows資源管理器Windows資源管理器（WindowsExplorer）在windows資源管理器中可以方便地找到文件，并對其進行操作，如復制、粘貼、剪切、刪除、移動、重命名、設置屬性等，還可以同時處理幾個文件。在Windows7之后的版本中，提供了“庫”以使用戶更方便地組織和訪問同類的文件夾，庫可以通過導航窗格快捷進入。庫中存儲的并不是整個文件夾，而只是一個文件夾的鏈接。庫也可以直接存儲單一的文件按，不過此時文件就真正地物理存放在庫中。文件管理技巧使用合適的文件名顯示文件的擴展名將文件分類存儲到文件夾種使用文件夾的樹形結構不要在根目錄中存儲文件定期備份170物理文件存儲文件的物理存儲模型描述了文件在磁盤或光盤上的存儲方式。磁盤磁盤由很多盤片組成，操作系統在初次使用磁盤時會先將其格式化。格式化過程會把盤片分成很多軌道，再進一步把軌道分成扇區。磁盤存儲模型的軌道是同心圓式的分布；光盤存儲模型與磁盤類似，但軌道是從中心向外螺旋分布的。在磁盤上，操作系統是以“簇”為單位為文件分配磁盤空間的。操作系統使用文件系統來管理存儲介質中的文件。每隔一段時間，需要使用磁盤碎片整理程序重新排列磁盤上的文件，使它們存儲在相鄰的簇中。171THANKS172第5章局域網目錄175網絡構建基礎有線網絡無線網絡局域網應用網絡構建基礎網絡分類網絡體系結構局域網的優缺點網絡設備網絡拓撲結構網絡連接通信協議網絡分類計算機網絡通常可以按照其規模和地理范圍分為以下幾類：個人網（PersonalAreaNetwork，簡稱PAN）（覆蓋范圍約10米）局域網（LocalAreaNetwork，簡稱LAN）（覆蓋范圍一般小于10公里）城域網（MetropolitanAreaNetwork，簡稱MAN）（覆蓋范圍在10公里到100公里）廣域網（WideAreaNetwork，簡稱WAN）（可以跨越國界、洲界，甚至是全球范圍。因特網是世界上最大的廣域網）覆蓋范圍更大的網絡連通了較小型的網絡178網絡分類179不同覆蓋范圍網絡間的關系網絡構建基礎網絡分類網絡體系結構局域網的優缺點網絡設備網絡拓撲結構網絡連接通信協議網絡體系結構181客戶機/服務器一臺或多臺計算機作為服務器,網絡上的其他計算機從服務器請求服務P2P每臺計算機或移動設備都被稱為一個peer,它們具有相同的責任和功能,與P2P網絡上的其他計算機和移動設備共享硬件設備(如打印機)、數據或信息網絡構建基礎網絡分類網絡體系結構局域網的優缺點網絡設備網絡拓撲結構網絡連接通信協議局域網的優缺點優點：支持協同工作。支持共用硬件軟件。支持共享數據。更方便地使用外部設備和服務。缺點：過于依賴網絡互聯設備如路由器。不安全性。183網絡構建基礎網絡分類網絡體系結構局域網的優缺點網絡設備網絡拓撲結構網絡連接通信協議網絡設備在計算機網絡中，每一個連接點稱作節點，節點可以是計算機、網絡設備或網絡化外設。網絡設備是用于傳播網絡數據或放大網絡信號的電子設備。常用的網絡設備有集線器、網橋、路由器、網關、網卡、中繼器、交換機、調制解調器等。網絡化外設是可以直接連接到網絡的設備。最新帶有網絡功能的打印機、掃描儀等都可看成網絡化外設。185網絡設備-小型局域網模型186網絡構建基礎網絡分類網絡體系結構局域網的優缺點網絡設備網絡拓撲結構網絡連接通信協議網絡拓撲結構188網絡構建基礎網絡分類網絡體系結構局域網的優缺點網絡設備網絡拓撲結構網絡連接通信協議網絡連接190有線局域網通過電纜連接各個節點，數據在電纜中進行傳輸。網絡電纜也稱雙絞線，是用四對銅線纏繞而成的，線的末端接以RJ45接頭。常用的網絡電纜包括五類線（CAT5）、超五類線（CAT5e）和六類線（CAT6），它們最長支持100米的傳輸長度。網絡連接191在城域網和廣域網中，信號是在光纜中傳輸的。光纜由細如頭發的光導纖維制成，數據在其中可以以光速傳播。常用帶寬來衡量網絡的數據傳輸能力。帶寬是指單位時間內可傳輸的最大數據量，常用比特/秒（bps或b/s）度量。帶寬較高的通信系統稱為寬帶，帶寬較低的稱為窄帶。寬帶和窄帶的劃分標準并不是固定的，目前常以4Mbps為分界線進行劃分。網絡構建基礎網絡分類網絡體系結構局域網的優缺點網絡設備網絡拓撲結構網絡連接通信協議通信協議193數據在網絡節點間傳輸時，需要遵守一系列的通信協議。通信協議可以理解為計算機之間進行相互會話所使用的共同語言，它定義了數據的編碼解碼方式、傳輸順序、電壓高低、糾錯方式等內容，以確保數據能夠順利地傳輸。最常用也是最著名的通信協議是TCP/IP協議，它是管理因特網數據傳輸的協議，且也已成為局域網的標準。網卡194網絡接口控制器（NetworkInterfaceController，NIC），也稱網卡能使設備連接到局域網的電路網卡內嵌在大多數數字設備的電路板中，可作為附加組件電路板和USB設備使用MAC地址與IP地址195MAC地址：MAC（MediaAccessControl，介質存取控制）地址對每個網卡是唯一的，它可以用來實現一些低層的網絡功能，并在一定程度上確保網絡安全。IP地址一般由系統管理員或網絡服務提供商分配，分配的IP地址是半永久的，即每次啟動計算機時都保持一致；也可使用DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol，動態主機配置協議）協議來自動向DHCP服務器申請IP地址，通過此方式獲得IP地址僅限此次聯網使用，斷網后重新獲得的IP地址很有可能是不同的。MAC地址與IP地址196查詢本機的MAC地址IPv4與IPv6197IPv4采用了32位四字節二進制數字表示地址，字節間用“.”分割，如。理論上IPv4的范圍可以從到55，但實際上有一些范圍是不能被使用的。IPv6是下一代的IP協議，它采用128位地址，通常寫作8組，每組為四個十六進制數的形式，如FE80:0000:0000:0000:AAAA:0000:00C2:0002。第二節有線網絡有線網絡有線網絡通過實體的電纜連接網絡設備，信息在電纜中傳輸。固定電話和有線電視接入都是有線網絡廣泛應用的例子，部分局域網也采用有線網絡進行搭建。有線網絡的優點：易配置網絡速度快更安全有線網絡的缺點：限制了移動性不是所有設備都有有線網絡接口布設電纜需要考究199以太網以太網（Ethernet）是最普遍的有線局域網技術。按照帶寬和采用標準的不同，以太網可分為以下幾類：標準以太網，采用了IEEE802.3標準，帶寬為10Mbps。快速以太網，采用了IEEE802.3u標準，帶寬為100Mbps。千兆以太網，采用了IEEE802.3z標準，帶寬為1000Mbps。萬兆以太網，采用了IEEE802.3ae標準，帶寬為10Gbps。40G/100Gb以太網，采用了IEEE802.ba標準，帶寬為40Gbps或100Gbps。200以太網201查看計算機以太網控制器的速度第三節無線網絡無線網絡無線網絡可以采用射頻信號、微波或紅外線等多種數據傳輸技術。無線網絡的優點：可移動性工作空間更整潔無線網絡的缺點：速度較慢覆蓋范圍易受限制安全隱患只能使用特定的公用頻率（2.4GHz、5.8GHz），可能產生信號干擾203藍牙藍牙（Bluetooth）是一種短距離的無線網絡技術，可在兩個具有藍牙功能的設備間建立連接。藍牙通常不用來建立局域網，而是主要用來將鼠標、鍵盤、耳機等設備連接到計算機，從而省去它們之間的連接線。典型的藍牙3.0規范的數據傳輸速度只有24Mbps，覆蓋范圍只有10米。藍牙4.0規范將覆蓋范圍提升到了約100米，不過還未普遍商用。204Wi-FiWi-Fi（WirelessFidelity，無線保真）是在IEEE802.11標準中定義的無線網絡技術，通常使用2.4GHz或5GHz（5GHz是專為Wi-Fi預留的頻段）的頻率進行數據傳輸。Wi-Fi兼容以太網，因此可以在一個網絡中同時使用這兩種技術。205建立Wi-Fi的兩種方式2061.無線點對點協議2.無線集中控制協議Wi-Fi的分代Wi-Fi可分為五代：第一代：802.11標準，工作頻率2.4GHz，最高傳輸速率為2Mbps。第二代：802.11b標準，工作頻率為2.4GHz，最高傳輸速率為11Mbps。第三代：802.11g/a標準，其中802.11a工作頻率為2.4GHz，802.11g工作頻率為5GHz，最高傳輸速率為54Mbps。第四代：802.11n標準，可在2.4GHz和5GHz兩個頻段工作，目前業界主流傳輸速率為300Mbps，理論上最高傳輸速率為600Mbps。第五代：802.11ac標準，工作頻率為5GHz，理論最高傳輸速率可達3.6Gbps。207藍牙與WIFI208查看計算機是否支持Wi-Fi和藍牙局域網應用文件共享計算機可以訪問局域網內其他設備上的共享文件，并對其進行操作（查看、復制甚至修改）。為了保護文件和系統的安全性，需要限制文件的訪問權限。文件的訪問權限可以在Windows的“共享”選項卡下的“高級安全”中、對于文件夾屬性的權限設置中，或者macOS的共享設置中設定。針對文件共享，Windows還提出了“家庭組”的概念，家庭組中的計算機可以自動共享文件和文件夾。209局域網應用網絡服務器：如文件服務器等，能夠長時間地工作，存儲與分享大量的文件。文件服務器還可以提供備份功能。可以將多個設備的備份統一放在文件服務器中，不用再為每個設備單獨購買備份介質。210局域網應用網絡診斷和修復：網絡發生問題時，先分析故障來源檢查信號強度檢查密碼是否正確檢查開關是否打開查看是否有干擾查看網絡設備的有線連接是否穩固，路由器的工作指示燈是否在收發數據如果個別有線連接設備無法訪問局域網，查看電纜檢查網絡設置。確保網絡已啟用，驅動安裝正常211局域網應用用于網絡診斷和修復的一些實用工具Windows“網絡和共享中心”中的“疑難解答”macOS中的“網絡實用工具”Windows下，還可再命令提示符中使用ping、netstat、ipconfig等命令進行網絡故障排查第三方提供的網絡診斷和修復的實用程序一些網絡問題可通過重啟網絡解決，另一些比如硬件故障則不行212第6章

因特網目錄因特網服務第四節固定因特網接入第二節便攜式和移動因特網接入第三節因特網基礎知識第一節物聯網第五節第一節因特網基礎知識概述傳輸原理因特網基礎知識因特網是英語Internet的音譯，又稱互聯網，是世界上最大的廣域網。因特網背景因特網名稱與數字地址分配機構（TheInternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN）是一個非營利性的國際組織。ICANN成立于1998年10月，負責在全球范圍內對因特網唯一標識系統及其安全穩定的運行進行協調。ICANN負責包括因特網協議地址的空間分配、協議標識符的指派，通用頂級域名（gTLD）和地區頂級域名（ccTLD）系統的管理，以及根服務器系統的管理。因特網（數據來源：villevivante.ch）因特網基礎設施因特網的結構可以理解成是一個繁雜而龐大的公路網，其中有城市中的普通公路，有鄉間小路，還有連接城市之間的高速公路。因特網主干網類似于高速公路，它由高性能的路由器和光纖通信鏈路組成，為不同的子網絡進行高速的數據交換。218因特網主干網

NSP路由器

ISP路由器

用戶調制解調器

用戶局域網路由器

局域網內的用戶計算機因特網基礎設施主干網鏈路和路由器是由網絡服務提供商（NetworkServiceProvider，簡稱NSP）維護的。每個NSP都有自己的主干網，不同的主干網之間通過網絡接入點（NetworkAccessPoint，簡稱NAP）連接以進行數據交流。NSP為大的因特網服務提供商（InternetServiceProvider，簡稱ISP）提供因特網連接。ISP再向普通用戶、企業、或較小的因特網服務提供商提供因特網接入。ISP維護有自己的路由器、通信設備和其他網絡設備，用于在用戶和互聯網間傳輸數據。ISP還可能會提供多種服務，如電子郵件服務器、域名服務器、文件服務器等。219第一節因特網基礎知識概述傳輸原理數據包在因特網中,信息都是被分成許多小塊,以數據包(Packet)的形式來傳輸的。每個數據包都包含有發送者地址、接收者地址、包序號及所包含的信息。當數據包到達目的地時,它們會按照包序號的順序重新組合起來。221netnet3t1n2e傳輸因特網的連接速度常用延遲和網速來衡量因特網的連接速度。延遲是指數據從起點傳輸到終點，再傳輸回起點所用的時間。一般來說，200ms以內的延遲可以保證大多數因特網應用的正常運行。網速是指單位時間內在用戶計算機和ISP間所能傳輸的數據量，一般用Kbps、Mbps衡量。網速與因特網接入類型有很大關系。222因特網的連接速度一般來說，常用家庭因特網連接的上行速度遠比下行速度要慢，這可以阻止用戶架設網絡服務器。ISP廣告上說的網速是指下行速度。當上行速度與下行速度不同時，稱因特網連接為非對稱因特網連接，反之，稱為對稱因特網連接。223網速上行速度用戶計算機向ISP上傳數據的速度下行速度數據從ISP下載到用戶計算機的速度因特網的連接速度224記錄包的往返路徑和速度可以使用ping、tracert等命令查看網絡延遲情況與包丟失情況，對于網速，可以使用第三方提供的網速檢測實用程序進行自我檢查。第一節因特網基礎知識概述傳輸原理因特網協議生活中常見的因特網協議：TCPTransmissionControlProtocol傳輸控制協議負責創建連接并交換數據包IPInternetProtocol

因特網協議為每個連入因特網的設備提供唯一的地址HTTPHyperTextTransferProtocol超文本傳輸協議主要用于瀏覽器和服務器間的數據傳輸FTPFileTransferProtocol文件傳輸協議負責在用戶計算機和服務器間傳輸文件POPPostOfficeProtocol郵局協議將電子郵件從服務器傳送到客戶端SMTPSimpleMailTransferProtocol簡單郵件傳輸協議將電子郵件