《大学信息技术基础与应用》课件-第一章

01模块一初识庐山真面目——信息与计算机技术揭开它的神秘面纱

——信息技术任务一了解信息时代的“宠儿” ——计算机任务二了解信息的“翅膀” ——数据通信技术任务三天涯如何变咫尺 ——计算机网络技术任务四随着信息化时代的到来，信息技术极大地改变了我们的工作、学习和生活方式，网络通信、网上购物、移动支付、远程会议、远程教学、办公自动化、共享单车等已司空见惯，如下图。那么，你知道信息技术具体指什么吗？它经历了哪些开展阶段，未来又有怎样的开展趋势呢？指存储在某种媒介上且可以被鉴别的符号集合，其内容反映或描述事物的特性。数据不仅包括数字、文字、字母和其他特殊字符，还包括图形、图像、动画、视频和音频等。数据〔data〕一、信息是对客观世界中各种事物的运动状态和变化的反映，是客观事物之间相互联系和相互作用的表征，也是人们对客观事物的感觉、认识和描述。信息〔information〕1.数据与信息“信息〞和“数据〞这两个术语是有区别的。数据是信息的表现形式和载体，信息那么是数据的表达和内涵。数据经过加工处理成为信息，而信息需要经过数字化转变成数据才能存储和传输。2.信息的特点信息是直接联系于社会应用的，只有经过人们加工、取舍、组合，并通过一定的形式表现出来，才真正具有使用价值。（1）社会性（2）传递性信息无论在空间上还是时间上都具有可传递性，在空间上的传递称为通信，在时间上的传递称为信息存储。信息需要传递，如果不传递，其存在就失去了意义。语言、表情、动作、报刊、书籍、广播、电视、电话、网络等都是人们常用的信息传递方式。（3）共享性和依附性信息必须通过共享才能体现其价值，且信息是事物运动状态和变化的反映，而不是事物本身，因此它不能独立存在，必须借助某种载体才能表现出来。同一信息的载体是可以变换的。例如，某手机品牌发布新产品，传递这个信息的载体可以是电视新闻，也可以是广播或网络等。（4）普遍性信息无处不在，无时不有，如交通的红绿灯、上课的铃声、收发的文件等。人们通过信息认识世界，借助信息的交流来实现人与人之间的联系、协作，并推动社会进步。（5）时效性信息的时效性是指信息仅在一定时间段内有价值。例如，本月18日，小王才知道前一天北京举办了一场大型招聘会，因此错过了一次获得工作的机会。信息经过处理后，可以其他形式再生。例如，由人造卫星发回的地球照片，经计算机处理后，可将各种颜色或气团所代表的内容转化为具体信息，人们由此可获得天气状况、水土生态现状、环境质量情况等信息。（6）可再生性（7）可压缩性信息可以被压缩，因此可以用不同的信息量来描述同一事物。人们常常用尽可能少的信息量来描述某个事物的主要特征。3.信息处理信息处理就是由计算机进行数据处理的过程，即通过数据的采集和输入，将数据有效地组织到计算机中，再由计算机系统对数据进行存储、加工和输出等一系列操作。接收由输入设备提供的数据输入对数据进行操作，按一定方式对其进行转换和加工处理在输出设备输出数据或显示处理结果输出存储处理结果供以后使用存储在信息处理过程中：二、信息技术1.什么是信息技术信息技术〔informationtechnology，IT〕是指在信息的获取、传递、处理、存储、控制、分析和应用过程中所采用的技术。信息技术的核心包括传感器技术〔获取信息〕、通信技术〔传递信息〕、计算机技术〔处理、存储和分析信息〕及微电子技术〔控制信息〕等。2.信息技术的开展迄今为止，信息技术共经历了五次革命。(1)第一次信息技术革命是语言的使用文字可以长期存储信息，也可以跨时间、跨地域地传递信息，从而促进了信息存储技术的产生与开展。(2)第二次信息技术革命是文字的创造使用语言是人类从猿进化到人的重要标志。语言的产生和使用是信息表达和交流手段的一次关键性革命，产生了信息获取和信息传递技术〔但受时空的限制〕。(3)第三次信息技术革命是造纸术和印刷术的发明(4)第四次信息技术革命是电报、电话、广播、电视的发明和普及应用造纸术和印刷术的创造，把信息的记录、存储、传递和使用扩大到更广阔的空间，使知识的积累和传播有了可靠的保证，是人类信息存储与传播手段的一次重要革命。1837年，美国人莫尔斯研制出了世界上第一台有线电报机，使信息可以实时传送。1876年，贝尔创造了，实现了人类的远距离通话，使得信息传递技术有了更大的开展。播送、电视的出现和开展那么打破了信息交流的时空界限，提高了信息传播效率，是信息存储和传播手段的又一次重要革命。(5)第五次信息技术革命是计算机、网络等现代信息技术的综合使用第五次信息技术革命始于20世纪60年代，是一次信息传播和信息处理手段的革命，对人类社会产生了空前的影响，使信息数字化成为可能，信息产业应运而生。随着现代信息技术的开展，信息产业分支也形成多元化开展趋势。总的来说，信息技术在未来将有以下几个开展方向。(1)半导体、微电子等信息材料技术信息材料技术是指信息材料的研发与制造技术，如半导体集成电路、高温超导材料、光电元件、纳米材料、超导电子存储器件、海量信息存储器、智能芯片、生物芯片、生物传感器等材料和产品的研发与制造技术。(2)计算机硬件和软件技术计算机硬件和软件技术包括并行处理计算机、光学计算机、生物计算机、神经网络计算机、平板电脑、自动翻译系统、人工仿真系统、计算机集成化制造系统等。(3)通信技术现代通信技术将向着网络化、数字化、宽带化方向开展。(4)信息应用技术信息应用技术主要有电视会议、远程教学、电子出版、电子银行、电子货币和电子商务等。申请账号并登录百度网盘一上传和分享文件二下载他人分享的文件并转存到自己的百度网盘三步入信息化时代，人们越来越离不开计算机，它已成为人们工作、学习及生活中不可缺少的工具。小明作为一名刚刚考入大学的学生，因为学习需要〔处理文档、观看视频、上网查资料等〕想选择一台适合自己的计算机。但面对网上各类计算机产品〔见以下图〕、琳琅满目的配置单、眼花缭乱的特色说明、褒贬不一的评价，小明陷入了难以抉择的境地。到底各种计算机配置指的是什么？如何根据个人需要攒一台适合自己的计算机？学完本任务就会知道答案。一、计算机概述1.计算机的产生与开展1946年2月，世界上公认的第一台通用电子计算机ENIAC〔electronicnumericalintegratorandcomputer，电子数字积分计算机〕诞生于美国宾夕法尼亚大学，其外观如下图。采用电子管作为根本元器件，全机大约用了电子管18000个、继电器1500个、电容器10000个、电阻器70000个，占地170平方米，重30吨，每小时耗电150千瓦，每秒能进行5000次加法运算。ENIAC的诞生奠定了电子计算机的开展根底，开辟了信息时代。自ENIAC诞生以来，计算机技术获得了迅猛开展。根据所用元器件的不同，计算机已历经如下4个开展阶段。发展阶段起止年份主要元器件主存储器特

点主要应用第一代1946—1957年电子管汞延迟线或磁鼓体积庞大、功耗大、运算速度慢、可靠性差、价格昂贵科学计算第二代1958—1964年晶体管磁芯体积、功耗减小，运算速度及可靠性提高，价格下降，出现了高级语言科学计算、工业控制等发展阶段起止年份主要元器件主存储器特

点主要应用第三代1965—1970年中小规模集成电路半导体体积、功耗进一步减小，运算速度及可靠性进一步提高，操作系统逐渐成熟，出现了多种应用软件科学计算、文字处理、图形图像处理等第四代1971年至今大规模及超大规模集成电路集成度更高的半导体性能大幅度提高，价格大幅度下降，编程语言和软件丰富多彩，外围设备多样化、系列化渗透到社会的各个领域在第四代计算机开展过程中，最重要的成就之一表现在中央处理器的体积不断减小、集成度不断提高、运算速度越来越快，计算机向微型机方向开展，并逐渐走进办公室、学校及普通家庭。2.计算机的特点目前计算机的最高运算速度已超过每秒十亿亿次，这使得在过去需要几年甚至几十年才能完成的任务，现在只需要几分钟即可完成，从而极大地提高了工作效率。随着科学技术的发展，计算机的运算速度还在不断提高。（1）运算速度快计算机的计算精度取决于机器的字长，字长越长，精度越高。不同型号的计算机字长不同，有8位、16位、32位、64位等，目前较流行的计算机大多为64位字长。（2）计算精度高计算机能存储大量的数字、文字、图像、视频和音频等信息。此外，计算机强大的存储能力还表现在“持久”方面，即无论数据是哪种形式，计算机都能长期保存。（3）存储功能强除计算能力外，计算机具有逻辑运算能力，能对信息进行识别、比较、判断等。高级计算机还具有推理、诊断和联想等模拟人类思维的能力。（4）具有逻辑判断能力计算机内部的运算都是在程序的控制之下自动完成的，人们只需按照用户的要求编写正确的程序，计算机就可以按照程序的指令要求，自动完成指定的任务。在此过程中，不需要人们的干预。（5）自动化程度高3.计算机的分类(1)巨型计算机巨型计算机〔简称巨型机〕也称为超级计算机，具有极高的性能和极大的规模，价格昂贵，主要用于航天、气象、地质勘探等尖端科技领域。巨型计算机的研发和生产是一个国家科技实力的表达，我国是世界上少数几个能生产巨型计算机的国家之一，成功研制了“银河〞“曙光〞“天河〞“神威〞等巨型计算机。在2021年公布的全球超级计算机运算速度排名列表中，中国的“神威·太湖之光〞〔如下图〕排名第三。(2)大型计算机大型计算机〔简称大型机〕虽然在量级上不及巨型计算机，但也有很高的运算速度和很大的存储量，适用于政府部门或大型企业〔如银行〕，主要用于复杂事务处理、海量信息管理、大型数据库管理和数据通信等。目前，生产大型机的厂商主要有美国的IBM公司和DEC公司，以及日本的富士通公司等。(3)小型计算机小型计算机〔简称小型机〕的规模比大型机小，但仍能支持十几个用户同时使用。其特点是结构简单、可靠性高和维护费用低。目前，小型机已逐渐被微型机取代。(4)微型计算机微型计算机〔简称微机〕是当今使用最普遍的一类计算机，其特点是体积小、功耗低、功能多、性价比高。按结构和性能的不同，微机又可分为单片机、单板机、个人计算机〔PC〕、工作站和效劳器等几种类型。其中，个人计算机包括台式计算机、笔记本电脑、一体机和平板电脑等类型，如下图。4.计算机的应用领域计算机问世之初，主要用于数值计算，“计算机〞也因此得名。但随着计算机技术的迅猛开展，它的应用已渗透到社会的各个领域，正在改变着人们的工作、学习和生活方式，推动着社会的开展。(1)科学运算是计算机最早的应用领域。计算机不仅具有非常高的运算速度和精度，而且具有强大的信息存储能力，因此使得人们能够既快速又准确地完成各类复杂的运算，从而大大提高了工作效率。例如，气象预报需要求解描述大气运动规律的微分方程，发射导弹需要求解导弹弹道曲线方程，这些都要通过计算机高速而精确的计算才能完成。(2)数据处理是指对各种数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、利用、传播等一系列活动的统称，如企业的生产管理、学校的学籍管理、奥运会上的成绩统计、新闻采集与发布等。如图为某企业的信息管理系统。(3)过程控制是指利用计算机检测生产过程或其他过程，并自动控制设备的运行状态。利用计算机进行过程控制，无须人工干预，可以有效提高生产的自动化水平，从而改善劳动条件、提高产品质量及合格率等。例如，在汽车工业方面，利用计算机控制机床，进而控制整个装配流水线，可以实现高精度、复杂形状零件的自动化加工。(4)计算机辅助主要包括计算机辅助设计〔CAD〕、计算机辅助制造〔CAM〕和计算机辅助教学〔CAI〕，分别用于帮助人们进行工程设计、管理生产过程和完成教学方案等。例如，京沪高速铁路的效果图设计、模具设计、服装设计、三维动画设计等，都能利用计算机提高设计速度、缩短设计周期、保证设计质量，从而更好地节省人力、物力、财力，进一步解放生产力。如图为利用计算机设计的建筑效果图。(5)多媒体应用多媒体是文本、图形、图片、音频、动画和视频等各种媒体的组合物。近年来，多媒体技术被广泛应用于医疗、教育、商业、军事和出版等领域。如图为某剃须刀产品的多媒体广告截图。(6)人工智能人工智能〔artificialintelligence，AI〕是指让计算机模拟人类的某些智力能力，使其具有人的感知能力和思维能力。人工智能是计算机应用的新领域，这方面的研究和应用正处于开展阶段，在医疗诊断、定理证明、语言翻译、机器人等方面已有了显著成效。如图为利用人工智能技术研制的机器人。(7)计算机网络是现代计算机技术与通信技术高度开展和密切结合的产物。它利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互连起来，实现网络中的资源共享和信息传递。例如，世界最大的计算机网络Internet〔因特网〕把整个地球变成一个小小的村落，人们可以方便地在网上查询信息、下载资源、通信、学习、娱乐和买卖东西等。二、计算机硬件系统计算机硬件系统是指在计算机系统中看得见、摸得着的物理装置，其组成如下图。计算机硬件系统主机外部设备CPU内存储器运算器控制器输入设备（键盘、鼠标、扫描仪等）输出设备（显示器、打印机、音箱等）外存储器（硬盘、光盘、U盘等）只读存储器（ROM）随机存储器（RAM）1.主机主机是计算机硬件的核心。在主机机箱的前后面板上通常会配置一些设备接口、按钮和指示灯等，如下图。虽然主机机箱的外观样式千变万化，但这些设备接口、按钮和指示灯的功能大同小异。电源按钮光驱多合一读卡器前置USB接口×2音频输入/输出接口光驱弹出按钮电源指示灯电源开关PS/2键盘接口PS/2鼠标接口主板DVI数字视频接口主板VGA显示器接口USB接口×4网络接口

（RJ-45）显卡DVI数字视频接口显卡VGA

显示器接口音频接口电源接口1)主板又称母板，是一块印刷电路板。是计算机中其他组件的载体，在各组件中起着协调工作的作用，如下图。主板主要由CPU插槽、总线及总线扩展槽〔如内存插槽、显卡插槽〕、输入/输出〔I/O〕接口、电池及各种集成电路等组成。音源输入插孔（蓝色，接MP3等）、输出插孔（绿色，接耳机或音箱）及麦克风插孔（粉红色）用来连接显卡等设备的PCI扩展槽ATX电源接口连接SATA硬盘的SATA接口连接键盘和鼠标的PS/2接口USB接口CPU插槽内存插槽RJ-45网络接口显示器信号接口总线和总线扩展槽总线用于在计算机的各个部件之间传输信息；总线扩展槽用来连接计算机的内存、显卡等部件。总线按传输信息的不同分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来在设备之间传输数据、地址和控制信息。输入/输出（I/O）接口主要用来连接计算机的各种外部设备，包括PS/2接口和USB接口等。其中，USB接口是计算机中最常用的接口，可以用来连接键盘、鼠标、打印机、扫描仪、摄像机、数码相机、U盘等设备，具有数据传输速度快、可热插拔（即在开机状态下插拔设备）等优点。2)CPUCPU即中央处理器，其外观如下图。它由控制器和运算器组成，是计算机最核心的组成局部，负责整个系统的协调、控制及运算。其中，运算器执行指令进行算术运算和逻辑运算；控制器控制计算机各部件协调地工作。CPU的速度主要取决于主频、核心数和高速缓存容量。主频一般以GHz为单位，表示每秒运算的次数。主频越高，计算机的运算速度越快。例如，采用酷睿3.0GHz处理器的计算机要快于采用酷睿2.0GHz处理器的计算机。3)内存储器内存储器〔简称内存〕用于暂时存放需要CPU处理的数据，其外观如下图。计算机在处理数据时，首先需要将数据从外存储器〔如硬盘〕中调入内存，然后才能由CPU处理。显然，内存容量越大，频率越高，CPU在同一时间内处理的信息量就越大，计算机的性能就越好。内存储器根据其作用的不同又分为随机存储器〔RAM〕和只读存储器〔ROM〕。随机存储器（RAM）通常说的内存就是随机存储器（RAM），其特点是可读可写，主要用于临时存储程序和数据，关机后在其中存储的信息会自动消失。只读存储器（ROM）特点是只能读出信息，不能写入信息。只读存储器（ROM）通常是厂家固化在主板上的一块芯片，其中存储的是计算机的自检程序和输入/输出程序等系统服务程序，这些信息可以永久保存而不受断电影响。在计算机中，除CPU、主板外，内存的优劣与容量是决定计算机性能的另一个重要因素。目前，主流内存的容量有4GB、8GB和16GB等。2.外部设备1)外存储器硬盘：固定在主机机箱内，并通过SATA接口与主板连接，是计算机中最主要的外存储器，可以分为传统的机械硬盘〔见上图〕和新型的固态硬盘〔见以下图〕。与机械硬盘相比，固态硬盘具有体积小、重量轻、速度快、发热低、抗震性强、适应温度范围广、长期使用性能衰减低等优点，但容量偏小，单位容量价格高。光盘：是利用激光原理进行读写的辅助存储设备，如下图。光盘需要光驱来读取/写入内容。目前市面上的光驱产品主要有DVD光驱、DVD刻录机、蓝光COMBO和蓝光刻录机等。U盘：是目前应用较广泛的移动存储设备，如下图。它比硬盘更便于携带，比光盘存取速度快。U盘通过USB接口与计算机相连，可即插即用。一般的U盘容量有8G、16G、32G、64G、128G、256G和512G等。2)输入设备输入设备是用于向计算机输入命令、程序、数据、文本、图形、图像、音频和视频等信息的设备。常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，如下图。3)输出设备输出设备可以将计算机的处理过程或处理结果以人们熟悉的文字、图形、图像、声音等形式展现出来。常见的输出设备有显卡、显示器和打印机等，如下图。三、计算机软件系统软件是指为计算机运行效劳的各种程序、数据及相关资料的集合，是计算机具体功能的表达，主要分为系统软件和应用软件两大类。一台没有安装软件的裸机无法完成任何有实际意义的工作。1.系统软件系统软件是管理和控制计算机软硬件资源的软件，它的功能是使计算机能够正常工作或具备解决某些问题的能力。系统软件包括操作系统、数据库管理系统和语言处理程序。(1)操作系统是控制和管理计算机软硬件资源的平台。它在计算机系统中占有特殊的地位，计算机需要安装操作系统才能正常工作。一方面，用户需要通过操作系统去操作计算机，合理、有效地利用各种资源，而不必去直接操作计算机硬件；另一方面，计算机中所有其他软件都建立在操作系统的根底上，并得到它的支持与效劳。操作系统与其他软硬件的关系如下图。裸机操作系统各类系统软件应用软件用户(2)数据库管理系统是用户建立、使用和维护数据库的软件，简称DBMS。目前，常用的数据库管理系统有VisualFoxPro、Sybase、Oracle、SQLServer、MySQL等。(3)语言处理程序人们利用计算机解决具体的问题时，是通过一连串的指令来实现的，这些指令的有序集合就是程序。程序设计语言是用来编制各种程序的计算机语言，包括机器语言、汇编语言和高级语言〔如C++、C#、Java〕等。机器语言可以直接在计算机上执行，而使用汇编语言和高级语言编制的程序需要翻译成机器语言后才能在计算机上执行。语言处理程序的作用就是将汇编语言和高级语言编制的程序翻译成计算机能识别并执行的目标程序。2.应用软件应用软件运行在操作系统之上，是为用户的某种实际应用或解决某种特殊问题而编制的程序及相关资源的集合，具有较强的实用性和针对性。从其效劳对象的角度来看，可将应用软件分为通用软件和专用软件两类。(1)通用软件这类软件通常是为了解决某一类常见问题而设计的，如办公软件Office，图像处理软件Photoshop，动画制作软件Flash，计算机辅助设计软件AutoCAD，杀毒软件360，压缩/解压缩软件WinRAR等。(2)专用软件通用软件一般在应用市场上就可以购置，但有些具有特殊功能和需求的软件是无法买到的。例如，某个用户希望程序既能自动控制厂里的车床，同时也能将各种事务性工作集成起来统一管理，这种需要组织人力单独开发的软件称为专用软件。分析用机需要一组装计算机二2021年10月31日至11月3日，为期4天的中国国际信息通信展览会〔简称PT展，如下图〕在北京国家会议中心举行。本次展会以“5G融合，共建万物互联的智能世界〞为主题，全面展示了当前信息通信业最前沿、最领先的新技术、新业务和新应用，尤其是5G产业开展和应用的最新成果。有幸去看展的小明发现，在展会上不仅能看到芯片、等5G设备，还能现场体验众多5G融合应用场景，如5G远程问诊及医疗系统、借助VR及裸眼3D技术的5G+云教育等。本身就对数据通信技术感兴趣的小明，决定趁着这次时机好好学习一下数据通信技术的相关知识。一、数据通信系统1.数据通信系统的组成数据通信是指在两台计算机或终端之间以二进制的形式进行信息交换和数据传输，它是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。一个完整的数据通信系统一般由信源、信号变换器、信道、信宿等构成，如下图。1)信号是携带信息的介质，是数据的一种电磁编码。信号一般以时间为自变量，以表示信息〔或数据〕的某个参量〔振幅、频率或相位〕为因变量。信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字信号。（1）模拟信号指信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的信号，其因变量一定是连续的，如电视图像信号、语音信号、温度传感器的输出信号。（2）数字信号指表示消息的自变量和因变量都是离散取值的信号。数字信号的因变量的状态是有限的。例如，计算机中用二进制数（0，1）表示数字信号的两种物理状态。虽然模拟信号与数字信号有着明显的差异，但它们在一定条件下是可以相互转化的。模拟信号可以通过采样、量化、编码等步骤变换为数字信号，而数字信号也可以通过解码、平滑等步骤变换为模拟信号。2)信源和信宿信源就是信息的产生和发送端，是发出待传送信息的人或设备。信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。大局部信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备〔dataterminalequipment，DTE〕。3)信道是传输信号的一条通路，由传输线路和传输设备组成。同一个传输介质上可以同时存在多条信号通路，即一条传输线路上可以有多个信道。信道类型是由所传输的信号决定的，用来传输模拟信号的信道称为模拟信道，用来传输数字信号的信道称为数字信道。4)信号变换器作用是将信源发出的数据变换成适合在信道上传输的信号，或将信道上传来的信号变换成可供信宿接收的数据。发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。5)噪声信号在传输过程中受到的干扰称为噪声。噪声可能来自外部，也可能是由信号传输过程本身产生的。噪声虽然不算严格意义上的数据通信系统组成局部，但噪声过大将影响传输信号的真实性或正确性。2.数据通信系统的主要技术指标描述数据通信系统数据传输速率的大小和传输质量的好坏，往往需要使用信道带宽、波特率、比特率、误码率、信道的传播延迟和信噪比等技术指标。1)信道带宽指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，即传输信号的最高频率与最低频率之差。例如，假设某条通信线路可以不失真地传送2MHz～10MHz的信号，那么该通信线路的信道带宽为8MHz。2)波特率又称为波形速率或调制速率，是指数据传输过程中线路上每秒钟传送的波形个数，其单位是波特〔记作baud〕。3)比特率又称为数据传输速率，是指数字信号的传输速率，用每秒钟所传输的二进制代码的有效位数表示，单位为比特/秒〔记作b/s或bps〕。4)误码率指二进制代码在数据通信系统中被传错的比率，是衡量数据通信系统传输可靠性的重要指标。在计算机网络中，一般要求数字信号的误码率低于10-6。5)信道的传播延迟信号在信道中传输时，从信源到信宿需要一定的时间，这个时间叫作传播延迟〔又称时延〕。传播延迟与信源和信宿间的距离有关，也与具体的通信信道中的信号传播速度有关。6)信噪比在信道中，信号功率与噪声功率的比值称为信噪比。如果用S表示信号功率，用N表示噪声功率，那么信噪比应表示为S/N。在实际传输中，更多地使用10log10(S/N)来表示信噪比，单位是分贝〔记作dB〕。例如，S/N等于100的信道，称其信噪比为20dB。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，因此数据通信系统的信噪比越高越好。二、数据通信方式1.并行通信与串行通信目前，数据的通信方式有并行通信和串行通信两种。采用串行通信时，只需要在收发双方之间建立一条信道，传输可以节省线路和设备，广泛用于远距离通信。采用并行通信时，收发双方之间必须建立多条并行的信道。通信的速率高，但传输线路和设备都需要增加假设干倍，一般用于本地通信。(1)并行通信在计算机中，通常使用8个字节来表示一个字符。在进行近距离通信时，为了获得较高的效率，常采用并行通信方式，即数据的每一个二进制数据位各占一条信号线，通过几条并行的信道同时传输。例如，计算机内的数据总线就是采用并行通信方式的，根据信道数量不同可分为8位、16位、32位和64位等。(2)串行通信串行通信指的是数据的假设干位按顺序一位一位依次进行传输，从发送端到接收端只需一条传输信道即可。因此，采取串行通信时的通信效率与并行通信相比要低得多。2.单工、半双工和全双工通信(1)单工通信在单工通信中，信号固定地从发送端传送到接收端，即信息流仅沿一个方向流动。例如，无线电播送采用的就是单工通信。(2)半双工通信在半双工通信中，信号可双向传送，但不能同时在两个方向上进行传送。例如，无线电对讲机采用的就是半双工通信，当甲方讲话时，乙方无法讲话；等甲方讲完后，乙方才能开始讲话。(3)全双工通信在全双工通信中，同一时刻通信双方可以在两个方向上传输数据信号，它相当于把两个相反方向的单工通信方式组合起来。例如，打时，通信双方可以同时讲话。全双工通信效率高，但结构复杂，本钱也偏高。三、数据交换技术在实际网络中，节点通常采用局部连接的方式，不相邻节点之间的通信只能通过中转节点的转接来实现。这些中转节点称为交换节点。数据交换技术就是用来解决如何通过交换节点实现数据交换问题的。1.电路交换在系统中，当用户进行拨号时，系统中的交换机在呼叫者的与接收者的之间建立了一条实际的物理线路，通话便建立起来；此后两端的一直使用该专用线路，直到通话结束才能撤除该线路。系统中用到的这种交换方式称为电路交换〔circuitswitching〕。电路交换技术的通信过程包括线路建立、数据传输和线路释放3个过程，电路建立时间太长。另外，在电路交换系统中，物理线路的带宽是预先分配好的。对于已经预先分配好的线路，即使通信双方都没有数据要交换，线路带宽也不能为其他用户所使用，从而造成带宽的浪费。但它有两个明显的优点：第一是传输延迟小，一旦建立物理连接，便不再需要交换开销；第二是一旦线路建立，通信双方便独享该物理线路，不会与其他通信发生冲突。2.报文交换报文交换〔messageswitching〕属于存储转发式交换，事先并不建立物理电路。当发送方有数据要发送时，它将要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条适宜的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备，如此循环往复直至将数据发送到目的节点。报文交换不适合交互式数据通信。3.分组交换分组交换〔packetswitching〕又称为包交换，是报文交换技术的改进，与报文交换同属于存储转发式交换。在分组交换中，用户的数据被划分成假设干个大小相同的分组〔packet〕，这些分组被缓存在交换设备的内存中，通过不同的线路到达同一目的节点。由于分组交换能够保证任何用户都不能长时间独占传输线路，适合于交互式通信。在分组交换中，根据传输控制协议和传输路径不同，还可将其分为两种方式：数据报分组交换和虚电路分组交换。四、过失控制技术数据在信道上传输时，由于线路热噪声的影响、信号的衰减、相邻线路间的串扰等各种原因，容易出现传输过失〔简称过失〕，造成接收的数据和发送的数据不一致。要提高传输质量，一是要改善传输信道的传输特性，二是采取过失控制技术，检测和纠正数据通信中可能出现的过失，以保证数据传输的正确性。最常用的过失控制技术是过失控制编码。常用的校验码有奇偶校验码和循环冗余码。1.奇偶校验码奇偶校验码是最简单的校验码，其编码规那么是：在接收端按照同样的规那么进行检查，只有“1〞的个数仍符合原定的规那么才认为传输正确，否那么认为传输出错。先将要传送的数据码元分组，并在每组数据后面附加一位冗余位（即校验位），使分组中包括冗余位在内的数据码元中“1”的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。例如，传输数据为“1010010〞，采用奇校验时附加位为“0〞，因此传输数据变为“10100100〞。如果接收端收到的数据中有一位出错〔如10110100〕，此时奇校验就可以检查出错误。但是假设收到的数据中有两位出错〔如01100100〕，此时奇校验就无法检查出错误。因此，奇偶校验一般只能用于通信要求较低的环境，且只能检测错误，无法确认错误位置及纠正错误。2.循环冗余码循环冗余码〔cyclicredundancycode，CRC〕，又称为多项式码，是使用最广泛且检错能力很强的一种检错码。CRC的工作方法是在发送端产生一个冗余码，附加在信息位后面一起发送给接收端，接收端收到信息后按照与发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验，如果发现错误，那么通知发送端重发。CRC将整个数据块当作一串连续的二进制数据，把各位看成是一个多项式的系数，因此该数据块可和一个n次多项式M(X)相对应。例如，信息码1101可表示为多项式M(X)=X3+X2+X0。CRC在发送端编码和接收端校验时，可以利用事先约定的生成多项式G(X)来计算冗余码。CRC中使用的生成多项式由协议规定，目前国际标准中常用的G(X)包括以下几种：G(X)=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-12G(X)=X16+X15+X2+1CRC-16G(X)=X16+X12+X5+1CRC-CCITTG(X)=X32+X26+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1CRC-32CRC编码步骤如下：〔设r为生成多项式G(X)的阶〕（1）将数据块转换为相应的多项式M(X)，并在后面附加r个“0”，得到一个新的多项式M’(X)。（2）用模2除法求M’(X)/G(X)的余数，此余数就是冗余码。（3）将冗余码附加在原信息位后面即为最终要发送的信息码。例如，假设准备发送的数据信息码为1101，生成多项式采用G(X)=X4+X+1，计算使用CRC后最终发送的信息码。解：（1）将原信息码转化为多项式M(X)=1101，r=4，因此M’(X)=11010000。（2）G(X)=10011，用模2除法求M’(X)/G(X)的余数（即冗余码）为：（3）将冗余码0100直接附加在M(X)后面，可得到最终要发送的信息码为11010100。查阅资料，了解5G的网络特点和发展历程。1在手机上使用5G下载一部高清电影，体验5G的网络速度。2依据5G的网络特点，分组讨论5G未来可能有哪些应用场景。3局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享等功能，同时又具备组建容易、本钱节约、扩展方便等特点，因此在办公室、校园、家庭等场景应用广泛。小吴所在的部门有十几台计算机，领导让他组建一个小型的有线/无线混合局域网，以便共享彼此的资源，实现协同办公。小吴知道，要组建局域网，首先要了解相关的网络根底知识，然后才能动手操作。一、计算机网络概述1.计算机网络的概念计算机网络是把分布在不同地点且具有独立功能的多台计算机，通过通信设备和通信线路连接起来，并通过功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统。2.计算机网络的组成1)网络硬件网络硬件是计算机网络的物质根底，包括可独立工作的计算机、网络设备和传输介质。效劳器：一般由功能强大的计算机担任，如小型计算机、专用PC效劳器或高档微机。它向网络用户提供效劳，并负责对网络资源进行管理。一个计算机网络系统中可以有一台效劳器，也可以有多台效劳器。根据所担任的功能不同，又可将效劳器分为文件效劳器、通信效劳器和打印效劳器等。(1)可独立工作的计算机是计算机网络的核心，也是主要的网络资源。根据用途不同，可将其分为效劳器和网络工作站两种。网络工作站：是一台供用户使用网络的本地计算机。工作站作为独立的计算机为用户效劳，同时又可以按照被授予的权限访问效劳器。各工作站之间可以相互通信，也可以共享网络资源。(2)网络设备是构成计算机网络的部件，如网卡、调制解调器、中继器、网桥、交换机、路由器和网关等。独立工作的计算机可通过网络设备访问计算机网络中的其他计算机。网卡：是计算机与传输介质的接口。一方面，接收网络传过来的数据包，解包后将数据通过主板上的总线传输给

本地计算机；另一方面，将本地计算机的数据打包后送入网络。调制解调器：是利用调制解调技术实现数字信号与模拟信号在通信过程中相互转换的设备。确切地说，调制解调器的主要工作是将数据设备送来的数字信号转换成能在模拟信道〔如交换网〕中传输的模拟信号。反之，它也能将来自模拟信道的模拟信号转换为数字信号。中继器：是最简单的局域网延伸设备，其主要作用是放大传输介质上传输的信号，以便在网络上传输得更远。不同类型的局域网采用不同的中继器。网桥：用于连接使用相同通信协议、传输介质和寻址方式的网络。交换机：有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可连接一个局域网或一台计算机。交换机的所有端口由专用处理器控制，并由控制总线转发信息。路由器：用于连接局域网和广域网，有判断网络地址和选择路径的功能。路由器的主要工作是为经过路由器的报文寻找一条最正确路径，并将数据传送到目的站点。网关：不仅具有路由功能，还能实现不同网络协议之间的转换，并将数据重新分组后传送。(3)传输介质传输介质是网络通信使用的信号线路，为数据信号传输提供了物理通道。传输介质按其特征可分为：有线传输介质包括双绞线、同轴电缆和光缆等；无线传输介质包括无线电波、微波和红外线等。它们具有不同的传输速率和传输距离，分别支持不同的网络类型。2)网络软件网络软件一般是指网络操作系统、网络通信协议和提供网络效劳功能的应用软件。(1)网络操作系统用于管理网络软硬件资源，提供简单网络管理功能的系统软件。常见的网络操作系统有UNIX、Windows、Linux等。(2)网络通信协议是网络中计算机交换信息时的约定，它规定了计算机在网络中互通信息的规那么。(3)提供网络效劳功能的应用软件指在网络环境中能够为用户提供各种效劳的软件，如浏览器软件InternetExplorer、文件传输软件CuteFTP、远程登录软件Telnet、电子邮件管理软件Foxmail、即时通信软件QQ和微信、下载工具软件迅雷等。3.计算机网络的功能(1)数据通信是计算机网络最根本的功能。使用计算机网络可以快速传送计算机与终端、计算机与计算机之间的各种信息，包括文字、图片、视频、动画等。(2)资源共享“资源〞指的是计算机网络中所有的软硬件资源和数据资源，“共享〞指的是计算机网络中的用户能够局部或全部地使用这些资源。(3)分布处理指当某台计算机负担过重或该计算机正在处理某项工作时，计算机网络自动将新任务交给空闲的计算机来完成，从而均衡各计算机的负载。对于大型的综合性问题，可将问题拆分成多个局部并交给不同的计算机分别处理，从而充分利用网络资源，提高处理问题的效率。4.计算机网络的分类广域网城域网局域网1)按覆盖范围分类按照网络覆盖的地理范围大小，可将计算机网络分为局域网、城域网和广域网3种类型，它们的关系如下图。(1)局域网〔localareanetwork，LAN〕：指覆盖范围比较小的计算机网络，如公司内部网络、校园网等。它将较小地理区域内的计算机或数据通信设备连接在一起，实现数据通信和资源共享。(2)城域网〔metropolitanareanetwork，MAN〕：指介于局域网和广域网之间的高速网络，其覆盖的地理范围一般为几千米到几十千米，范围通常在一个城市内。最初的城域网是将城市的终端连接起来，因此城域网也可以说是一种大型的局域网。目前在各城市范围内使用的宽带网络就属于城域网。(3)广域网〔wideareanetwork，WAN〕：指覆盖广阔地理区域的网络，其覆盖的地理范围可以是一个国家、几个国家甚至于全球。它的通信线路大多借用公用通信网络，数据传输速率相对较低。广域网能够实现远距离计算机之间的数据通信和资源共享，人们常说的Internet就是世界上最大的广域网。2)按拓扑结构分类在计算机网络中，把主机、终端和交换机等网络单元抽象为“点〞，把网络中的电缆、光缆等传输介质抽象为“线〞，这样从拓扑学的观点看计算机网络系统，就形成点和线组成的几何图形，从而抽象出计算机的网络结构。这种采用拓扑学方法抽象出的网络结构称为计算机网络的拓扑结构。(1)总线型网络：采用单条传输线路作为公共传输线路，支持双向传输，如下图。其优点是结构简单、布线容易、可靠性高、易于扩充，单个节点的故障不会殃及系统，适用于对实时性要求不高的局域网。缺点是出现故障后诊断困难，且节点不宜过多。(2)星型网络：是以中央节点为中心，把假设干外围节点连接起来的辐射式互联结构网络，如下图。其优点是结构简单、易于实现、便于管理，适用于局域网；缺点是中心节点是网络的可靠性瓶颈，一旦中心节点出现故障会导致网络瘫痪。(3)环型网络：各个节点通过通信线路组成环状闭合线路〔如下图〕，环中只允许沿一个方向传输数据。其优点是结构简单、控制简便、结构对称性好、传输速率高；缺点是任意节点出现故障都会造成网络瘫痪。对于这种网络，信息在每台设备上的延迟时间是固定的，特别适合实时控制的局域网系统。(4)树型网络：它把星型网络和总线型网络结合起来，形状像一棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支，如下图。其优点是分级结构易于扩展、故障隔离容易、可靠性高；缺点是根节点的依赖性大，一旦根节点出现故障会导致全网瘫痪。(5)网状型网络：将各网络节点与通信线路互连成不规那么的形状，每个节点至少与其他两个节点相连，或者说每个节点至少有两条链路与其他节点相连，如下图。其优点是几乎每个节点都有冗余链路，可靠性高，可以选择最正确路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能；缺点是线路本钱高、结构复杂，不易管理和维护。大型网络一般都采用这种结构，如Internet的主干网就属于网状型网络。二、计算机网络体系结构网络体系结构是指为了实现计算机间的通信合作，把计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次实体通信的协议及相邻层次之间的接口效劳。简单地说，网络体系结构就是网络各层及其协议的集合。1.

OSI/RM参考模型OSI/RM参考模型是国际标准化组织〔internationalorganizationforstandardization，ISO〕为网络通信制定的模型。根据网络通信的功能要求，它把通信过程分为7层，从低到高分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每层都规定了相应的功能和所用协议，如下图。物理层：是最重要的一层，提供机械、电气、功能和过程特性，如规定电缆和接头的类型，确定传送信号的电压等。在这一层，数据仅作为原始的位流或电气电压处理。数据链路层：接收来自物理层的比特流数据，并提取出帧后传输到上一层。同时，也将来自上层的数据包封装成数据帧转发到物理层，并且负责处理接收端发回确实认帧信息，以提供可靠的数据传输。网络层：允许分组通过路由器从一个网络发送到另一个网络，而用户不必关心网络的拓扑结构和所使用的通信介质。也就是说，网络层可以用于为两个不同网络或网段之间的计算机建立通信。传输层：提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责可靠地传输数据。会话层：向会话的应用进程之间提供会话组织和同步效劳，对数据的传送提供控制和管理，以协调会话过程，为表示层实体提供更好的效劳。例如，效劳器验证用户登录便是由会话层完成的。表示层：提供格式化的表示和数据转换效劳。例如，数据的压缩和解压缩、加密和解密等工作都由表示层负责。应用层：是最接近用户的一层，也是用户的应用程序访问网络效劳的接口，主要为网络用户和应用程序提供各种效劳。2.

TCP/IP参考模型目前流行的网络体系结构是TCP/IP参考模型，Internet就是基于它建立的。TCP/IP参考模型已成为计算机网络体系结构事实上的标准，它将计算机网络划分为4个层次，从低到高分别为网络接口层、网际互联层、传输层和应用层，如下图。网络接口层：TCP/IP参考模型的最低层，主要面向网络硬件。网际互联层：处理来自传输层的分组，将分组装入数据包〔IP数据包〕，并为该数据包进行路径选择，最终将数据包从源主机发送到目的主机。在网际互联层中，最常用的协议是网际协议〔IP〕，因此也称为IP层。传输层：也称为主机至主机层，主要负责主机到主机之间的通信，与OSI/RM参考模型中的传输层类似。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议〔TCP〕和用户数据报协议〔UDP〕。应用层：TCP/IP参考模型的最高层。它与OSI/RM参考模型中的高3层〔应用层、表示层、会话层〕的任务相同，都是用于提供网络效劳，如Web效劳、远程登录、文件传输和域名效劳等。三、Internet根底知识Internet，中文译名为“因特网〞，又称国际互联网。它是目前世界上规模最大的计算机网络，已经覆盖全球200多个国家和地区，有着丰富的信息资源。1.IP地址当网络中的两台主机进行通信时，必须知道通信双方各自的地址，也就是Internet地址，即IP地址。IP地址实际上是一种标识符，是Internet上主机的唯一标识。根据TCP/IP协议规定，IP地址由32位二进制数表示，如11000001001000001101100000001001。为了方便记忆，可以将IP地址的32位二进制数进行分段，每段8位，然后将每段8位二进制数转换为相应的十进制数，中间用“﹒〞号间隔，这种表示方式称为“点分十进制〞。也就是说，上述IP地址可以表示为。IP地址由网络地址和主机地址构成，用于表示该地址所属的网络及主机在本网络中所处的位置。因网络规模有所不同，为了方便网络的管理，IP地址被分为A、B、C、D、E五类，如下图。2.子网掩码子网掩码又称网络掩码、地址掩码，用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网地址，哪些位标识的是主机地址。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码与IP地址相同，也是一个32位的二进制数。对于子网掩码的取值