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信息技术总复习提纲
第一章
•从通常意义上来说,什么是信息?
•信息处理包含哪些行为和活动?
•什么是信息技术?
它包括哪些方面?
微电子技术与集成电路
•集成电路芯片是微电子技术的结晶,它们是计算机的核心。
先进的微电子技术→→高集成度芯片→→高性能的计算机→→利用计算机进行集成电路的设计、生产过程控制及自动测试,又能制造出性能高、成本更低的集成电路芯片
常见的封装形式有单列直插式(SIP)、两边带插脚的双列直插式(DIP)和四边带插脚的阵列式(PGA)、扁平贴片式(QFP)、交错网格式等。
如同在电脑里看到的那些黑色或褐色边上带有插脚或引线的矩形小块。
Moore定律:
•晶体管的物理极限(纳米现象)
•光子计算机
•生物计算机(分子计算机)量子计算机
1.3.1概述(P9)
•现代通信:
使用电波或光波双向传递信息的技术(电信)
通信的任务是传递信息,通信至少需由三个要素组成:
信源(信息的发送者)、信道(信息的载体与传播媒介)、信宿(信息的接收者),这就是最简单的通信系统。
信号有两种形式:
模拟信号和数字信号
•信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿。
•信道的传输技术有两种:
模拟传输技术和数字传输技术
2、调制解调器
•调制所用的设备称为“调制器”。
•被调制的信号经过信道传输到目的地时,需要恢复成原始信号,这个过程称为“解调”。
解调所使用的设备叫“解调器”。
•由于通信大多数情况下都是双向的,因此把实现调制和解调功能的设备放在一起,称之为“调制解调器”。
•多路复用技术
为了提高传输线路的利用率,一般总是让多路信号同时共用一条传输线路进行传输,这种技术叫做多路复用。
多路复用技术通常有频分多路复用和时分多路复用两种。
近年来又增加了码分多路复用和波分多路复用技术。
·频分多路复用(FDM)
模拟传输技术中采用的多路复用技术是频分多路复用。
·工作原理
将每一个发送设备的信号调制在不同频率的载波上,然后通过多路复用器进行复合,从而实现相互无干扰地在同一传输线上传输。
(如有线电视信号)
·时分多路复用
•数字传输采用的多路复用技术是时分多路复用(简称TDM)。
•时分多路复用的原理是采用时间片轮转的方式,即多路信号轮流使用同一传输线路的方法,达到线路复用的目的。
5、模拟通信的优缺点
优点:
历史悠久,技术成熟、结构简单、成本低廉。
缺点:
易受干扰、传输质量不稳定。
1.3.3数字通信
1、数字传输技术
基带传输—直接用数字信号来传输信息。
频带传输—用数字信号对载波进行调制来传输信息
•频带传输技术
数字信号的远距离传输需要使用频带传输技术,如家庭拨号上网的MODEM,就是把计算机输出的数字信号(只有“1”和”0“)调制成频带信号然后送到电话线上去。
·数字信号的调制方法
幅移键控法ASK(调幅)
频移键控法FSK(调频)
相移键控法PSK(调相)
•编码与解码
①模拟信号的数字化
有采样、量化和编码三个过程。
②编码—对模拟信号采样量化,把量化后的电平值转换为数字信号的过程。
③解码—由数字信号还原出模拟信号的过程。
•数字信号传输的优势
抗干扰能力强;灵活性好;便于存储、管理和处理;可以加密;
可以使用集成电路,减小设备体积。
·数字通信系统的性能指标:
信道带宽、数据传输率、误码率、端-端延迟。
1.3.4传输介质
1、金属导体—双绞线和同轴电缆
●双绞线—UTP和STP
●同轴电缆
基带同轴电缆的特征阻抗为50欧,用于总线型局域网,速度可达50Mb/S,距离可达200-500米。
宽带同轴电缆的特征阻抗为75欧,用于有线电视,带宽可达300-400MHZ,最大距离可达几十到几百公里。
2、光纤分类:
按纤芯多少可分单芯和多芯光纤
按激光在光纤中的传输模式分为单模和多模光纤。
单模光纤—适合远距离通信,100km内速度可达10Gbps
多模光纤—适合近距离通信,一般在局域网用。
1km内速度可达1Gbps。
光波的频率:
1014-1015HZ
光的调制采用:
幅移键控法(ASK)
一束光能携带:
2.5G-10G的二进位信号
光纤中采用的多路复用技术:
波分多路复用
光波在纤芯中的传输原理
当光线的入射角足够大时,就会出现全反射,重复此过程,光就沿着光纤传播下去。
⑶远程数字通信线路
•低、中速的准同步数字系列PDH
电话公司用于电话信号的数字线路,也用于计算机网络远程通信的专线租用。
有欧洲、日本和北美三种系列、互不兼容。
中国采用欧洲系列(E系列)。
E1线路的速率为:
2.048Mbps
E2线路的速率为:
8.448Mbps
E3线路的速率为:
34.368Mbps
E4线路的速率为:
139.264Mbps
日本和北美的数字传输速率等级(T系列,略)
•高速率的同步数字系列SDH/SONET(全球兼容)
OC-1的速率为:
51.840Mbps
OC-3的速率为:
155.520Mbps
OC-12的速率为:
622.080Mbps
OC-48的速率为:
2488.320Mbps
OC-192的速率为:
10.7Gbit/s
⑷全光网
为了克服远距离传输的信号衰减,光信息在传输及交换时始终以光的形式进行,不需要经过光/电、电/光转换,和光的中继,这样就可以大大节省成本。
微波通信
微波:
一种具有较高频率(300MHz~300GHz)的电磁波。
波长很短,通常为1米至1毫米。
微波通信是众多无线通信形式中的一种。
•微波通信方式:
地面微波接力通信、卫星通信、对流层散射通信
•微波通信优点:
容量大、可靠性高、建设费用低、抗灾能力强
卫星通信
利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号,实现两或多个地球站之间的通信。
卫星通信是微波接力通信技术与空间技术相结合的产物。
卫星通信特点
优点:
通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定。
缺点:
造价高、技术复杂、通信天线口径大、有较大延时、同步轨道卫星数目有限。
移动通信:
包括寻呼系统,蜂窝移动电话(手机),集群调度,无绳电话和卫星系统。
•蜂窝移动通信系统组成:
移动台、基站、移动电话交换中心
1.4数字技术基础
Ø数字技术:
用0和1两个数字来表示、处理、存储和传输一切信息的技术。
Ø信息的基本单位——比特。
比特只有两种状态:
“0”和“1”
Ø每个西文用8个比特表示,称为“字节”(Byte,Binaryterm的缩写)用大写字母“B”表示。
即1byte=8bit
八进制--八种状态,逢八进一(0,1,2,3,4,5,6,7)
十六进制--十六种状态,逢十六进一。
(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)
例:
11.01B=1×21+1×20+0×2-1+1×2-2D
36.71Q=3×81+6×80+7×8-1+1×8-2D
A4.95H=10×161+4×160+9×16-1+5×16-2D
十进制转换成二进制:
整数部分和小数部分分别进行转换
整数部分:
:
除2取余,反序。
第一个余数为整数的最低位;小数部分:
乘2取整,正序。
第一个整数为小数的最高位
⑴.八进制转换成二进制:
1位换3位;⑵.二进制转换成八进制:
3位换1位
⑶.二进制转换成十六进制:
4位换1位
逻辑运算、运算种类:
与(“and”,”∧”,”.”)、或(“or”,”∨”,”+”)、非(“not”,”-”)
1.4.3整数(定点数)的表示
•整数(定点数)的类型:
无符号整数与带符号整数;8位、16位、32位、64位整数
•整数(定点数)的编码方法:
:
原码、补码、反码
⑴对于正数X:
【X】补码=【X】原码=【X】反码=【X】机器数
用8位二进制数表示的整数,最高位为符号位,该位为“0”表示正数,为“1”表示负数
⑵对于负数X:
三种编码形式不同
【X】原码=【X】机器数
【X】反码=【X】原码(除符号外逐位取反)
【X】补码=【X】反码+1
在求补码时,最低位加1产生进位,则按二进制规则进位,如果进位一直进到最高位符号位,则把符号位也当作数位一样运算,如符号位还有进位,则最高的进位被“丢掉”。
举例:
已知二进制数X的真值为-100010,求X的原码、反码、补码。
【X】真值=-100010B
【X】机器数=10100010B
【X】原码=10100010B=【X】机器数
【X】反码=11011101B
【X】补码=11011110B
原码和补码比较
原码:
直观
有两种“0”的表达(00000000和10000000)
加法和减法规则不同
符号位不参加运算
补码:
由原码计算得来(不直观)
只有一种“0”的表达(00000000)
符号位参加运算,加减法规则一致。
相同位数时数值的范围比原码多“1”
机器数的表示范围:
(以1个字节为例)
原码:
11111111----01111111(-127到+127)
注意:
0的表示不唯一(00000000—10000000)
补码:
10000000—01111111(-128到+127)0的表示唯一
注:
用多出来的(-0)的原码形式来表示-128的补码。
BCD码(二--十进制)8-4-2-1码:
BCD码是对每位十进制整数编码的结果,而不是对应的等值的二进制数。
1.4.4实数(浮点数)的表示(小数点位置浮动)
浮点数=尾数+指数
尾数:
由纯小数组成(表数精度)
指数:
由整数组成(表数范围)
•Pentium浮点数的表示(IEEE754标准)
•偏移阶码=实际阶码+127
实际阶码的取值范围是:
-126~127
•IEEE754又规定:
浮点数的尾数用原码表示,并且绝对值在1~2之间,其中整数部分的“1”和小数点都是隐含的。
例如:
01000000100110000…0(100.11)
•01000000100110000…0中
应该是22x1.0011=100.11(4.75)
机内浮点数把“1.”隐含了。
例子:
389.625在P4电脑中使用32位浮点数是怎样表示的?
389.625=(110000101.101)2=1.10000101101x28
遍移阶码=127+8=135=(10000111)2,尾数=10000101101
32位浮点数表示为:
01000011110000101101000000000000
(注意:
在阶码后面隐含了“1.”)
Pentium4整数有4钟:
16位整数、短整数(32位)、长整数(64位)和BCD整数(80位,18个整数位)
Pentium4浮点数有4种:
单精度(32位)、双精度(64位)、扩充精度浮点数(80位)、增强精度浮点数(128位)
第二章
计算机的发展经历了4代
第一代—电子管、第二代—晶体管、第三代—集成电路、第四代—大规模集中、成电路。
冯诺依曼计算机基本原理:
•程序是一个指令序列。
•指令与数据都用二进制表示,预先存放在存储器内。
•计算机工作时,CPU从内存取出指令和数据,按指令的规定,对数据进行运算处理,直到程序完成为止。
2.1.2计算机的组成与分类
组成:
计算机系统由硬件与软件组成。
硬件:
物理装置的总称;软件:
程序+数据+文档
•硬件有五大部件—运算器、控制器、存储器、I/O设备、系统总线
1、输入设备(Input)
•功能:
将信息送入计算机的设备;
2、中央处理器CPU—运算器、控制器、寄存器
3、存储器(Memory)--内存—RAM和ROM;外存--硬盘、光盘、软盘;移动存储器(优盘);Cache;
•内、外存储器划分:
是否直接与CPU相连,不依存储介质;半导体的优盘也是外存
4、输出设备(Output)
•功能:
将计算机处理的结果以人们要求的形式输出;
5、BUS系统总线与I/O端口
(1)BUS功能:
硬件各部分的公共信息通道
(2)BUS组成:
控制器+公共传输线
(3)BUS的位置:
PC机的主板上
(4)I/O端口的作用:
海纳百川各种I/O设备;信息的缓冲处理等。
(5)I/O端口的位置:
BUS与外设之间
(6)I/O端口的类型:
并、串、视频、USB等(不同设备,不同规则)
2.1.3计算机分类:
1.按cpu分类:
单处理机;多处理机;16位,32位….
2.按计算机整体性能分类--巨型机(SuperComputer)、大型机(MainFrame)、小型计算机(Minicomputer)、PC机(主力军)
2.1.4、微处理器与PC机
主要参数:
字长(2n):
一次处理数据的宽度;工作频率
指令与指令系统
指令系统:
一个CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统或指令组。
指令执行过程讨论:
取指令、指令译码、执行指令、保存结果。
CPU如何提速?
—流水线技术
1.CPU处理速度指标
MIPS:
单字长定点指令百万条数/秒;MFLOPS:
单字长浮点指令百万条数/秒
2.与cpu速度相关的性能参数:
①工作频率:
nMHZnGHZ②cache容量③流水线级数;一条指令分几级完成.
3.BIOS(BasicI/OSystem)
①它是一个最基本I/O程序;是最底层的操作系统;它控制着系统全部硬件的运行,又为高层软件提供底层调用。
它被固化在主板的一个ROM中,一般称为BIOS芯片。
②它由四个部分组成:
•POST(PowerOnSelfTest,加电自检)程序
•系统Load(自举装入)程序
•CMOS设置程序
•基本外设驱动程序
认识CMOS
•CMOSRAM是主板上的一块可读写的存储芯片。
一般来说,在CMOSRAM中存储了如下信息:
BIOS与CMOS的区别
•BIOS中存放的是系统设置程序,CMOSRAM中存放的是这个程序所设置的数据;
•BIOS是主板上一块EPROM或EEPROM芯片,CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片,靠后备电池供电,即使系统掉电后信息也不会丢失。
•因此我们说:
“通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置。
”
说明:
1.基本外设驱动程序是从BIOS中加载;
2.其他外设在OS初步运行成功后再从硬盘加载;
3.有的外设驱动程序在适配卡的Rom中,BIOS可以扫描端口.
三、高速缓冲存储器cache
Cache是使用SRAM芯片组成的一种高速缓冲存储器,简称“缓存”或者“快存”。
①CPU需要cache配合.
②工作过程:
映射(与内存一小部分对应)、命中与不命中、L1cache与L2cache、cache的容量
关于CACHE
1、CACHE的速度介于CPU和内存之间。
所起的作用就是缓冲CPU与内存的速度差异。
2、CACHE只能被CPU访问,程序无法直接访问。
3、CACHE的命中率是一个重要指标,其含义是:
CPU需要的指令或数据能在CACHE中能直接取到的概率。
显然,CACHE的容量越大,命中率越高。
三、I/O设备接口
•从数据传输方式来分:
串行(一次只传输1位)、并行(8位或者16位、32位一起进行传输)
•从数据传输速率来分:
高速、低速
•从是否能连接多个设备来分:
总线式(可连接多个设备,被多个设备共享)、独占式(只能连接1个设备)
•从是否符合标准来分:
标准接口、专用接口(专用接口)
关于USB接口
•通用串行总线式接口(UniversalSerialBus)
•传输速率:
USB的1.1版:
1.5MB/s或12Mb/s、USB2.0版:
高达480Mb/s(60MB/s)
关于IEEE-1394接口
•又称为1394,FireWire、连接高速设备;400MB/S、此连接器6线(电源,地,2对传输线)
•接口以级联方式连接外设,一个接口可接63个设备
2.4常用输入设备
⏹键盘与主机的接口:
PS/2接口、USB接口、无线接口(用于无线键盘)
2.4.2鼠标器(Mouse)
鼠标器主要指标分辨率
用dpi表示,它指鼠标每移动一英寸距离光标在屏幕上所通过的像素的数目。
过去是300~400dpi,现在可达到600~800dpi;
鼠标器分类:
机械式鼠标、光机式鼠标、光学鼠标
鼠标器连接到主机的接口:
⏹RS-232串行口、PS/2接口、USB接口、无线鼠标
2.4.4扫描仪
扫描仪作用:
将原稿输入计算机的一种输入设备。
扫描仪的分类:
手持式扫描仪、平板式扫描仪、胶片专用和滚筒式
扫描仪性能指标:
分辨率(dpi)、色彩位数(色彩深度)、扫描幅面、与主机的接口
2.4.5数码相机(数字相机)
⏹作用
图像输入设备。
不需要胶卷和暗房,能直接将数字形式的照片输入电脑进行处理,或通过打印机打印出来,或与电视机连接进行观看。
数码相机的工作原理
⏹镜头和快门与传统相机基本相同,不同之处是它不使用光敏卤化银胶片成像,而是将影像聚焦在成像芯片(CCD或CMOS)上,并由成像芯片转换成电信号,再经模数转换(A/D转换)变成数字图像,经过必要的图象处理和数据压缩之后,存储在相机内部的存储器中。
数码相机主要性能指标:
CCD像素个数、存储器的容量
⏹与主机的接口:
USB(连接计算机)、模拟视频信号输出(连接电视机)
2.5常用输出设备
显示器
⏹作用:
将数字信号转化为光信号,最终将文字、图形、图像显示出来
⏹组成:
监视器(Monitor)、显示控制器
常见类型:
⏹阴极射线管显示器(简称:
CRT)
⏹液晶显示器(简称:
LCD)
显示器主要性能指标
⏹显示屏的尺寸:
对角线的长度。
例如,15吋,17吋,21吋
显示器的分辨率
整屏可显示的像素的个数,分辨率越高,图像越清晰,一般用“水平像素个数*垂直像素个数”表示.
例如,1024*1024,1024*768,800*600,640*480
显示控制器:
又称显示卡,显示适配卡
⏹显示卡、监视器、CPU及RAM的关系
⏹色彩数量
黑白显示每个像素用一个数表示灰度;彩色显示每个像素用三个数分别表示R、G、B三个色点的灰度。
224种不同颜色被认为是真彩色。
打印机
⏹作用
一种主要输出设备,能把程序、数据、字符、图形打印在纸上。
⏹分类:
针式打印机、激光打印机、喷墨打印机
打印机的主要性能指标
⏹打印精度(dpi每英寸像素点数):
例如,600*600dpi
⏹打印速度(ppm每分钟打印页数):
例如,12ppm
⏹色彩数目:
黑白、彩色
⏹与主机接口:
并行口,USB
2.6外存储器
主要内容:
软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器
2.6.1软盘存储器
⏹软盘存储器组成:
软盘片、软盘驱动器
⏹3.5英寸软盘片的信息存储模式与存储容量:
⏹两个记录面,即两个读写磁头(从0开始编号)
⏹每个记录面有80个磁道(从0开始编号,0号磁道位于最外圈)
⏹每个磁道有18个扇区(从1开始编号)
⏹每个扇区存储512字节二进制数据
⏹存储容量:
1.44MB
⏹读写数据的最小单位:
扇区
⏹操作系统在软盘上为文件分配存储区的单位:
簇(1个扇区512B)
⏹软盘格式化
定义磁道和扇区,标记坏扇区,在软盘上建立四个区域:
引导扇区,文件分配表(FAT),根目录区和数据区
⏹文件根目录区
位于0号磁道FAT之后,占据若干个连续扇区。
由若干表项组成,每个表项保存一个文件或下级文件夹的属性信息(文件名、文件长度、起始簇号等)。
⏹数据区
根目录区之后,存储文件中的数据或子目录(文件夹)表项的区域。
2.6.2硬盘存储器
⏹组成:
磁盘片(存储介质)、主轴与主轴电机、移动臂和磁头、控制电路
它们全部密封于一个盒状装置内,这就是通常所说的硬盘驱动器。
⏹硬盘信息记录模式(同软盘)与存储容量
信息记录模式同软盘:
⏹一个硬盘驱动器中包含多张盘片
⏹每个盘片有两个记录面(两个磁头)
⏹每个记录面有若干磁道
⏹每个磁道有若干扇区
⏹每个扇区存储512字节的二进制数据
⏹柱面cylinder:
所有记录面中半径相
同的所有磁道
⏹逻辑硬盘格式化
在逻辑盘上产生四个区域:
引导扇区,文件分配表(FAT),根目录区和数据区
⏹接口电路主要有
IDE接口(IntegratedDriveElectronics)(美国国家标准ATA-1,-2,-3,-4UltraATA)
SCSI接口(SmallComputerSystemInterface,小型计算机系统接口)
主要性能指标
⏹存储容量(单位:
GB)
⏹平均等待时间(AverageLatencyTime):
⏹平均寻道时间(AverageSeekTime)
⏹平均访问时间(AverageAccessTime)
⏹Cache容量(单位KB或MB)
⏹数据传输速率(单位MB/s)
移动存储器
⏹闪存盘,也称为“优盘”,采用Flash存储器(闪存)技术,体积小,重量轻,容量可以按需要而定(8MB~2GB),具有写保护功能,数据保存安全可靠,使用寿命可长达10年之久。
利用通用的USB接口,它的读写速度比软盘快15倍,且可以与几乎所有计算机连接。
有些产品还可以模拟软驱和硬盘启动操作系统。
⏹移动硬盘
存储容量:
10GB——60GB,采用USB或IEE1394接口、可以随时插拔、小巧而便于携带的硬盘存储器。
其容量大,兼容性好,即插即用,速度快,体积小,安全可靠。
2.6.3光盘存储器
⏹光盘存储器优点
成本低,存储密度高,容量大,可靠性高,不易受损,耐用,易于长期保存数据
⏹光盘存储器缺点:
读出速度和数据传输速度比硬盘慢得多
⏹光盘存储器分的两大类型:
⏹CD光盘存储器--CD-ROM、CD-R、CD-RW
⏹DVD光盘存储器—DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW
第三章计算机软件
什么是计算机软件
•一个完整的计算机系统有两个
基本组成部分:
硬件和软件
–计算机硬件:
组成计算机各种物理设备的总称
–计算机软件(ComputerSoftware):
能指挥计算机完成特定任务的、以电子格式存储的程序、数据和相关文档。
计算机软件技术:
指研制开发计算机软件所需的所有技术的总称。
软件分类—系统软件和应用软件
系统软件—操作系统、编译系统和语言处理系统
应用软件—通用和专用
操作系统概念
•操作系统(OperatingSystem),简称OS。
用于控制、管理、调配计算机的所有资源,是计算机运行配置的一种必不可少的系统软件。
1、操作系统的作用
(1)管理系统中的各种软硬件资源
(2)为用户提供友善的人机界面
(3)为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台。
2、操作系统的启动
•操作系统总是驻留在硬盘存储器上;
•计算机加电后,CPU首先执行BIOS中的
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