第一章计算机基础
本单元概览
一、计算机概述
二、计算机硬件系统。
三、计算机软件系统。
四、多媒体技术基础。
一、计算机概述
1.计算机的特点
高速自动进行信息处理的电子设备,它能按照人们预先编写的程序对输入的数据进行处理、存储、传送,从而输出有用的信息或知识。
2.计算机的发展阶段
计算机发展的5个阶段:
(1)大型主机阶段:主要电子管时代
(2)小型计算机阶段:晶体管时代
(3)微型计算机阶段:大规模集成电路时代
(4)客户机/服务器阶段:网络阶段
(5)Internet阶段:从APPANET开始到Internet阶段
3.计算机应用领域
(1)科学计算(2)事务处理(3)过程控制(4)辅助工程
(5)人工智能(6)多媒体应用
二、计算机硬件系统
1.计算机硬件分类
服务器:提供服务的计算机。特点:处理能力强、存储容量很大、并且有高速的输入/输出通道和联网能力。
按应用的范围划分:入门级、工作组级、部门级、企业级
按处理器体系结构分:复杂指令集(CISC),精简指令集(RISC),超长指令字(VLIW)。
按用途划分:文件服务器、数据库服务器、电子邮件服务器、应用服务器等。
按机箱结构划分:台式服务器、机架式服务器、机柜式服务器、刀片式服务器。
工作站:面向计算机辅助设计等应用领域的高性能计算机。
分类:(1)基于RISC(精简指令系统)和UNIX操作系统的专业工作站(2)基于Intel处理器和Windows操作系统的PC工作站。
台式机:微型计算机(或个人计算机)。
笔记本:便携机或移动PC机。
手持设备:掌上电脑或亚笔记本。
2.计算机配置
计算机的硬件主要包括运算单位、存储单位、控制单元、I/O接口单元,这些单元通过总线传递信息。
不同的计算机基本上分为:
处理器:双核处理器,服务器工作站可采用多个CPU。
内存:1M~几十G,内存编址基本单位是字节Byte
硬盘:几十到几百G以上
缓存:一级或二级缓存,容量1M左右
光驱:CD-ROMDVD等,具有不同倍速
显卡:具有显示内存容量,支持颜色分辨率等
网卡:以太网卡
操作系统:windows,unix,linux等
3.计算机技术指标
位数:计算机的寄存器的字长。8,16,32,64等。1字节=8bit,1word=16bit,计算机只识别0和1,称为二进制。(80286为16位芯片、80386为32位芯片、80486为32位芯片、奔腾为32位芯片、安腾为64位芯片)
速度:每秒钟处理指令的数目。运算速度与施工频率有关,有时用主频衡量CPU的速度。
容量:内存和外存之分。内存必需。单位有1K=1024,1M=1024K,1G=1024M
数据传输率:单位bps,每秒钟传送的bit的位数。
可靠性:平均无故障时间MTBF越长,平均修复时间MTTR越短,可靠性越高。
产品名称与版本:一般版本不能做技术指标,但因为计算机行业发展快,高版本一般性能优于低版本。
4.微处理器的技术特点
奔腾芯片的技术特点:
(1)超标量技术
通过内置多条流水线同时执行多个处理,其实质是以空间换时间。
(2)超流水线技术
通过细化流水,提高主频,在一个周期内完成一个或多个操作,实质是以时间换空间。
(3)分支预测,通过设置分支目标缓冲器,动态预测分支转移情况,使得流水线的吞吐率能保持较高水平。
(4)双高速缓存的哈佛结构:指令与数据分开。两个缓存,一个用于存指令,一个用于存数据,提高访问缓存的命中率。
(5)固化常用指令。常用指令用硬件实现
(6)增强的64位数据总线。内部32位,但与存储器之间外部总线增为64位。
(7)局部总线技术采用PCI标准,主要用于解决I/O瓶颈问题。
(8)错误检测以及功能冗余检验技术
内部错误检测采用偶检验,冗余判断系统是否出现异常。
(9)内置能源效率技术,系统不工作时进入睡眠模式,在几个毫秒时间内可进入全速运行状态。
(10)支持多重处理,多CPU,支持并行处理技术中最常用的体系结构。
安腾芯片的技术特点:
安腾是64位的处理器,主要用于服务器和工作站;而奔腾是32位的处理器,主要用于台式机和笔记本计算机
286,386采用的是复杂指令系统(CISC),奔腾采用精简指令系统(RISC),安腾使用简明并行指令计算技术(EPIC)
5.主板与插卡
(1)主板的组成:CPU,存储器,总线,插槽、电源。
(2)主板的分类
可按不同角度分类,如:
按CPU芯片分:386主板,PⅡ主板、PⅢ主板、P4主板。
按CPU插座分:Socket7、slot1主板等;
按主板规格分:AT主板Baby-AT主板ATX主板
按芯片集分:TX主板,LX主板,BX主板等
按数据端口分:SCSI主板,EDO主板,AGP主板
(3)网卡(网络接口卡)
网卡是组网的关键部件也叫网络适配器。
功能:实现与主机总线的通信连接,解释并执行主机控制指令;实现链路层功能(形成帧,差错校验,发送接收等);实现物理层功能(传输驱动,信号侦听与接收等)。
三、计算机软件系统
(1)软件的基本概念
软件是程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档的总和。
(2)软件的分类
按用途分类:系统软件和应用软件
按授权分类:商业软件、共享软件、自由软件。
(3)软件开发
生命周期分3段:计划阶段(分问题定义和可行性研究)、开发阶段(前期分需求分析、总体设计、详细设计。开发后期包括编码和测试阶段)、运行阶段(主要是软件维护)。
编程语言分:机器语言、汇编语言(通过汇编程序翻译成机器语言)、高级语言(通过解释和编译程序翻译成机器语言)。
四、多媒体技术基础
(1)多媒体概念
媒体是信息的载体,是信息传递与存储的基本手段和工具。分为传播信息的载体和存储信息的载体。
多媒体技术:对文本、声音、图像等多媒体信息通过计算机进行数字化采集、处理、传输、存储、播放的一体化集成技术。
(2)多媒体的组成
计算机至少应具有:CD-ROM,模数转换和数模转换(A/D和D/A),高清显示器,数据压缩和解压缩功能。
(3)数据压缩与解压缩技术
多媒体信息中有何多冗余数据,去掉冗余的数据即压缩。
压缩方法的种类:
按图像是否有差别分:无损压缩和有损压缩。
按压缩原理分类:熵编码(无损压缩),源编码(有损压缩)和混合编码。
编码方法:
a.信息熵编码:只压缩冗余而不损害信息熵。典型的方法有哈夫曼编码、游程编码、算术编码等。
b.预测编码法:去除相邻像素之间的相关性和冗余性,只对新的信息进行编码。典型方法有:微分脉码调制(DPCM)等
c.变换编码法:将给定的图像信号进行某种函数变换。如傅立叶变换,离散余弦变换等
d.矢量量化编码法:对数据分组,每组构成一个矢量,以矢量为单位进行量化。
预测编码,变换编码,矢量编码都是有损编码即属于源编码。
(4)国际压缩标准:
a.JPEG:静止图像压缩的国际标准。适合于连续色调,多级灰度,单色或彩色静止图像的数字压缩编码。
b.MPEG:运动图像压缩的国际标准。通常包括三部分MPEG视频,MPEG音频,MPEG系统。需要考虑音频视频同步。
c.国际电信联盟ITU-T关于视频编码的H.26x系列建议。包括H.261~H.264。H.261的目标是在ISDN上开展电视电话会议。H.262等同MPEG-2,H.263适合可视电话,H.264与MPEG-4类似
(5)超媒体与流媒体
超文本:非线性组织,每个文本一个结点,通过链接相关内容和其它结点实现浏览离散信息。
超媒体:当信息不限于文本形式时,称为超媒体。组成有两部分:结点和链接。结点:表达信息的基本单位;链接:建立结点之间的信息联系指针。
流媒体:流式媒体。对多媒体文件边下载,边播放的传输技术称为流媒体技术。
流媒体特点:连续性,实时性,时序性。
流媒体的服务模式:客户机/服务器模式(即C/S模式)和P2P模式。
(6)多媒体应用软件
分类:多媒体播放软件和多媒体制作软件。
播放软件:Windowsmediaplay,realplay等。
制作软件:
文字编辑软件:如word
图像处理软件:位图图像photoshop,矢量图形coreldraw等
动画制作软件:cool3D,3DStudioMAX等
音频处理软件:realjukebox等
视频处理软件:moviemaker等
多媒体创作软件:authorware等
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