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1、第一章 信息技术基础知识,信息的基本概念和基本特征、信息与数据的区别、信息在人类社会中的地位。 信息技术发展概况：三个阶段和五个重大变革。 现代信息技术概况：现代信息技术的基础和内容。 信息技术的应用和对社会的影响。 信息安全的隐患和相应的安全措施。,信息与数据,信息（Information）概念由于分析的角度不同而众说纷纭 数据： 反映客观事物属性的原始事实 信息： 一般认为，信息是客观世界物质及其运动的属性及特征反映。是按特定的方式组织起来的事实集合。 社会三大资源：物质、能源、信息,信息产业的形成,信息技术,信息技术 在信息的获取、整理、加工、传递、存储和利用中所采取的技术和方法。 信息
2、技术的三个发展阶段 古代信息技术发展阶段 近代信息技术发展阶段,近代信息技术发展阶段 信息的电传输技术为主要特征 电通信特点 : 传递信息快、远、多 电通信方式 : 有线通信、无线通信、卫星通讯 电通信种类 : 电报、有线电话、无线电话、传真、广播、电视 整个近代信息技术的发展过程就是电信革命过程,现代信息技术发展阶段,现代信息技术的内容, 信息获取技术 信息传输技术（通信技术） 信息处理技术（计算机技术） 信息控制技术 信息存储技术 核心是3C技术,现代信息技术与教育,多媒体技术应用：改变传统教育方式,信息技术的应用对社会生活的影响,因特网使用：丰富教育信息资源，促使教育向资源全球化、教学自
3、主化、个性化,网络教育、远程教育、计算机辅助教学： 教育超时空开放，教育社会化和终身化,促使学校管理信息化、数字化、网络化的定量综合科学管理,电子商务（electronic-basiness EB） 电子商贸（electronic-commerce EC） 电子商务对传统商业体系的影响,信息技术的应用对社会生活的影响,企业管理信息化,办公自动化 科研领域 工业领域（CAD、CAM、FMS） 推动农业现代化进程 家庭生活信息化,信息安全,信息安全已成为社会普遍关注的问题信息安全包括两种含义： 数据安全、计算机设备安全,信息安全的隐患 1. 计算机犯罪 非法盗用服务功能与黑客 线路窃听 盗窃财产：
4、金融犯罪 、软件盗版,2. 计算机病毒 3. 计算机设备“无意的”误操作和计算机设备物理 性破坏,编写“期货精灵”程序的25岁的“黑客”，因操纵期货交易而受审。,计算机病毒,计算机病毒的定义: 一种人为编制的具有寄生性的计算机程序，它能在计算机系统中生存，通过自我复制进行传播，达到一定条件时被激活，给计算机系统造成破坏。,“蠕虫”病毒使网络流量急剧增加。,病毒的产生、病毒与反病毒的斗争、信息战的实例,病毒的特点、检测和清除,计算机病毒的特点: 破坏性，隐蔽性，传染性，潜伏性 计算机病毒的分类: (1)按破坏程度: 良性病毒和恶性病毒 (2)按激活方式及破坏对象：引导型，文件型，复合型，网络型
5、病毒的检测和清除程序 病毒的监测程序 功能:可驻留内存，一旦发现病毒，发出警报。,微电子技术基本知识,概要,电子管、晶体管及集成电路的最基本的原理、变迁和发展 计算机工作基本原理、电子计算机的组成 流水线和平行处理的基本概念，存储管理，以及总线、外设和接口等 计算机的软件系统的有关概念 论述计算机的分类及发展趋势,2.1.1 从电子管到晶体管到集成电路,电子管 晶体管 集成电路,晶体管,集成电路,“集成电路”(Integrated Circuit，IC) 把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、实现某种特定功能的电子线路，集中制造在一块小小的半导体芯片上,超大规模集成电路,1978年集成度为
6、10万100万个单元，目前已突破千万单元（30mm2),集成电路的设计和制作 1传统的设计和制造方法,设计和绘制电子线路图,集成电路的线路图转绘成芯片布局图 分解成与制造工艺对应的各个层次的布局图,数字化成“掩膜（Mask）”图纸,在半导体材料（例如硅晶片）上进行镀膜、光刻、酸洗、烧结,芯片测试、切割、分档 、引脚焊接、封装,2使用硬件设计语言,硬件描述语言 Hardware Discription Language，HDL 可以描述硬件电路的功能，信号连接关系及定时关系，比传统电路图更有效的表示电路的特性 用HDL设计集成电路时，设计文件是用HDL语言编写的源程序。 便于保存、便于修改和阅读
7、方便 能全自动生产、避免大量的差错,使用硬件设计语言HDL的设计方法及特点,TOP DOWN设计方法(三层描述) HDL语言设计硬件的主要优点,集成电路用于电路设计,为了加快电路设计的速度，除直接用HDL等语言帮助制造专用的集成电路外，一般还可以利用集成电路作为模块和分立元件进行组合以完成电路设计。 主要有： 可编程逻辑控制器或可编程逻辑部件 Programmable Logic Controller，PLC 或 Programmable Logic Device，PLD 用于设计用户专用集成电路芯片,微电子工业的几个热点,半导体工艺已经达到0.18微米及更小 Hardware Descrip
8、tion Language(HDL) 印刷电路板的自动设计 ORCAD 数字信号处理机 DSP,一种具有特殊结构的微处理器，B不同的型号被设计成专门用来处理复杂的图形、图像、视频和音频数字化信息。 应用领域： 通信、语音、图像/图形、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等 。,微电子技术展望,电子元器件和线路越来越 小、细，集成度越来越高，芯片运行的速度越来越高快 摩尔定律 ：集成度每18个月翻一番，而价格保持不变甚至下降,计算机基本结构和原理,了解计算机 基本工作原理、基本结构及其发展的趋势，将有利于在计算机技术高速发展的形势下，跟上它前进的步伐。 计算机系统的基本组成：硬件和软件 硬件
9、构成：中央处理单元、输入接口和设备、输出接口和设备、以及存储器等 软件组成：程序、文件以及有关的文档资料,计算机基本工作原理 1基本组成,组成：存储器、运算器、控制器、输入设备与输出设备等五大部分 运算器、控制器制作在同一芯片内合称“中央处理器（CPU） 早期的以控制器、运算器为机器的中心 快速中央处理在等待慢速的外围设备 控制器的负担过重 现计算机改成以主存储器为中心 系统的输入输出与CPU的运算并行 多种输入和输出并行,计算机基本工作原理 2二进制编码,计算机内部采用二进制编码 原因：二值器件（如开/关）物理上容易实现 “是”和“否”二种状态的判断最为简单和稳定 常用数制 进位计数制表示的
10、数都是按权展开的多项式之和,计算机基本工作原理 3程序和数据的存储,程序存储 和 程序控制 存储器基本存储单元 地址、地址总线和寻址能力 计算机存储器极其作用 高速缓存 主存(内存） 辅存(外存),计算机基本工作原理 4指令系统,指令 用来指挥硬件动作的命令 指令组成 操作码：指示要进行什么操作 操作数：指定操作对象 ，0-3个 寻址方式 立即数 直接地址 间接地址 变址 指令集,计算机基本工作原理 5指令执行,由起始地址开始，从存储器中取一条，执行一条，顺序地执行，直到程序（指令）执行完毕 程序计数器（PC） 指令执行步骤： 取指令 指令译码 执行指令存 操作结果 指令周期 CPU的时钟频率
11、,流水线和平行处理,并行计算是为提高计算机的运行速度而始终不变的基本思想之一。 并行计算的基本途径： 流水线并行方式：时间上实现并行处理 多处理机并行方式 ：空间上实现并行处理,流水线和平行处理 1流水线,流水线特征 过程被分成时间相等或成倍比的若干工序，分别固定在顺序排列工位进行 流水线目的 提高效率 计算机流水线 执行四个步骤的四个执行部件同时执行不同指令的相应处理，理想情况下，速度可提高四倍。,流水线和平行处理 2流水线中的技术问题,计算机流水线比工业生产流水线复杂 计算机流水线的问题与处理 指令多样：多流水线 每条指令的步骤数不同：按最多步骤、延迟技术 各个步骤花费时间不同：化时长的分
12、解成小步骤 指令间的数据相关性：避免发生、相关性预测 指令会发生跳转 ：取消、重取指令,流水线和平行处理 3并行处理,并行处理的概念和实例 并行处理的关键 问题分解 各个部分能相互交换信息达到“协同”工作 较高的性能价格比 并行处理 实施方案 多处理机系统 多计算机系统 阵列计算机系统 脉动阵列计算机系统等 实例：曙光公司生产的天演系列和天潮系列计算机系统,存储器及其管理,存储器器件的基本要求 能表示两个状态（电路、磁性体、光器件 ） 能保持状态的稳定 （磁性体最佳） 在控制条件下可以实现状态转换 存储器器件变革 电子器件 40年代，速度快，容量小，不能停电 磁芯存储器 50年代 半导体存储器
13、 60年代 、速度快、体积小、耗电省,存储器及其管理 1存储器器件的变革,目前常用内存半导体存储器类型 DRAM：电容充放电、结构简单、容量大、功耗小 SRAM：集成度低、成本高、功耗较大 不同模式的DRAM 快速页模式（FPM，Fast Page Mode） 扩充数据输出（EDO ，Extended Data Out） 错误校验与纠正（ECC ，Error Checking and Correcting） BEDO（Burst EDO） 同步动态RAM （SDRAM ，Synchronous Dynamic RAM） RDRAM（Rambus DRAM）和DDR RAM（Double Dat
14、e Rate RAM）,存储器及其管理 2现代存储技术,移动存储设备 闪存卡： Compact Flash (CF)卡 Smart Media (SM)卡 Multi Media Card(MMC) 索尼公司的Memory Stick(MS) Scan Disk(SD),存储器及其管理 2现代存储技术,移动存储设备 磁光技术移动存储产品： 磁阻技术的ORB 结合光学与电磁学可重复擦写存储技术的MO 体积小巧的Click! IBM的Microdrive 使用了DVD技术的Dataplay,存储器及其管理 2现代存储技术,移动存储设备 闪盘 ： 深圳朗科公司开发的优盘(OnlyDisk) 华旗资讯
15、的爱国者迷你王(MiniKing)等,存储器及其管理 3存贮器的层次结构,计算机系统对存储器的要求：容量、速度 计算机内存储器的层次结构形式： Cache Memory disk,存储器及其管理 4多级高速缓存,目的：解决快速CPU和低速内存之间的矛盾 多级高速缓存 第一级Cache：在CPU的芯片内外部连线用内部连线替代提高对Cache的存取速度，容量小 第二级Cache：在片外，安装在主板上，容量为256K字节或512K字节 Cache的“命中率”的问题 各级缓存和内存间内容保持一致的问题 同步更新内存内容 滞后更新内容的方法,存储器及其管理 5虚拟存储技术,目的：扩大内存容量 方法： 暂
16、时不用的内存数据存入外存 虚拟内存 需要时从外存调入内存运行 得失：增加内存容量、降低运行速度,总线、外设和接口 1总线和多重总线,总线频繁的数据信息交换 的公共通道 类型：数据总线、地址总线、控制总线 总线的管理：申请、等待、判定、交用 独立双重总线（Dual Independent Bus） Pentium II芯片中实现 前端总线：微处理器和主存间的信息交换 后端总线：微处理器和高速缓存间信息交换,总线、外设和接口 2外部设备,外存储器：软盘、硬盘、光盘和磁带机 输入设备：键盘和鼠标 输出设备：显示器和打印机 其他设备： 绘图机、扫描仪、摄像头、照片输出机、 数码照相机、声卡、音响等等,
17、总线、外设和接口 2外部设备,接连接存储设备(Direct Access Storage ，DAS) 硬盘：目标高速、大容量，已达单碟 40GB 100GB 常用接口标准： EIDE（ Enhanced Integrated Drive Electric）接口 SCSI（Small Computer System Interface）接口 光盘： CD-ROM、CD-R（WORM）、CD-RW（E-R/W） DVD 常用接口标准：IDE,总线、外设和接口 2外部设备,显示器、显示卡、键盘和鼠标 显示器 参数：尺寸、分辨率、材料类型 显示卡 总线类型：ISA、EISA、VISA和PCI 显卡 二
18、维、三维加速显示卡 显示内存的型号（DRAM、EDO DRAM、VRAM、WRAM）和容量 键盘：101/102键 、Windows 、无线键盘 鼠标：机械的、光电的、无线遥控,总线、外设和接口 2外部设备,打印机和扫描仪 打印机： 点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机 性能指标：打印分辨率dps、打印速度ppm 扫描仪 性能指标：扫描仪的分辨率、色彩位数 、 扫描幅面 、扫描速度 手持式扫描仪,总线、外设和接口 2外部设备,其他设备 声卡：多媒体功能必不可少的，用于录音和放音 技术指标：采样位数、最高采样频率、采用数字信号处理器（DSP）、波表（Wave Table）合成、Internet连
19、接的功能 调制解调器：电话线上网 技术指标：速率、差错控制标准 、数据压缩标准 、传真（FAX）功能、兼容性 网卡,总线、外设和接口 3主机板上的ISA到PCI总线,PC(PC/XT)总线：8位扩展总线 PC/AT总线 ：16位扩展总线 ISA总线 ： 16位扩展总线 MCA总线：IBM、32位、强化仲裁 EISA总线 ： VL-Bus总线 :和微处理器直连、同速、显示 PCI总线 : 不直连（PC桥） VL-Bus 2.0 总线 ：64位、更高传输速率、ISA兼容 PCMCIA总线 ：小、薄、轻环境下的总线系统,总线、外设和接口 4硬盘接口类型及选择,最早的是ST-506和ESDI IDE(
20、Intelligent Device Electronics, 智能设备电子接口) 控制部分设置到硬件驱动器中 最多支持两个硬盘，每个硬盘的容量最大为528MB 它的传输速率达到15MB/s EIDE（Enhanced Intelligent Device Electronics） 支持四台存储设备，存储容量突破528MB限制 传输速率可达到12MB/s一18MB/s，传送带宽32位 SCSI（Small Computer System Interface）接口 是一种系统级接口，可以连接各种不同的设备 一个SCSI接口可支持多台设备,5从RS232C到USB,RS232C：通用的串行端口 U
21、SB：通用串行总线（Universal Serial Bus）由Intel提出的一种新型接口标准，目前已是主流规范 使所有的低速设备都可以连接到统一接口上 支持功能传递，可以相互连接成串 USB接口本身就提供动力来源 具有即插即用功能 以树状结构连接127个几乎目前所有种类的外设 最大数据传输速率为12Mbps USB 2.0的数据传输速率可达到480Mbps IEEE 1394： 另一个用于高速传输数据的串行接口标准 数据传输速率可达到400Mbps。,计算机系统结构的分类,按器件分：电子管；晶体管；集成电路；大规模、超大规模集成电路计算机等 按大小分：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机
22、 按用途分：科学计算、事务处理、实时控制、工作站、服务器、家用计算机等。 按数据类型分：定点机、浮点机、向量机、堆栈机 按处理机个数和种类分：单处理机、并行处理机、多处理机、分布处理机、关联处理机、超标量处理机、超流水线处理机。 按指令的复杂程度分：复杂指令集计算机和简单指令集计算机,计算机系统结构的分类,按并行度分类：比较流行和合理的分类 指令流和数据流 单指令流单数据流计算机（SISD） 单指令流多数据流计算机（SIMD） 多指令流单数据流计算机（MISD） 多指令流多数据流计算机（MIMD）,计算机系统结构的分类,按指令的复杂程度把计算机划分 复杂指令集计算机CISC （Complex
23、Instruction Set Computing） 简单指令集计算机RISC （Reduced Instruction set Computing）,计算机系统及应用,计算机系统组成：计算机硬件和计算机软件 计算机软件分两大类：系统软件和应用软件 系统软件： 为运行计算机而必须的最基本的软件 功能：管理各种资源，人机交互，高级语言的解释、编译、基本的系统维护调试等 应用软件 为完成某种具体的应用性任务而编制的软件,计算机系统及应用,操作系统,不同类型的计算机操作系统也往往不同 Apple的New iMac计算机：Mac OS X IBM RS/6000 44P Model 170 ：AIX
24、Version 4.3 60年代初出现的监控程序是操作系统的前身 1964年IBM公司推出 IBM OS/360 AT&T公司从60年代末到70年代初研制了UNIX操作系统 ，是操作系统发展史上的重大事件。 单用户、单任务向单用户、多任务多用户、多任务 在计算机内部操作系统的管理下，各个工作都被设置成一个个相对独立的程序，也称为“进程”（Process）,操作系统 1操作系统的基本功能,一、管理、调度计算机系统的资源 处理器管理 存储器管理 输入输出设备管理 信息管理 二、提供友好的界面和良好的服务 操作系统是用户与计算机的接口 提供软件开发的各个阶段所需的工具软件 提供庞大的可调用的程序库
25、提供重用技术以方便用户调用这些软件模块,操作系统 2多道程序设计技术的基本特性,在计算机的主存中存放多道用户和任务为目标的进程，他们同时处于运行状态并共享系统的资源。 原由： CPU同常用的输入输出设备（如打印机、磁盘等）之间速度的差距太大 目的：提高CPU的利用率，充分发挥并行性 途径：直接控制输入输出工作转交给“通道” 并行性：并行运行、协调关系、避免干扰 共享性：允许共享所有系统资源,操作系统 3操作系统的类型,按硬件大小：大型机操作系统、小型机操作系统和微型机操作系统 按用户数：单用户操作系统和多用户操作系统 按任务：单任务操作系统和多任务操作系统 按使用和技术相结合的角度： 批处理操
26、作系统 分时操作系统 实时操作系统 网络操作系统,计算机语言和工具类软件,和操作系统一起用于开发应用软件的 计算机语言的编译或解释程序 连接程序、查错程序等 和操作系统一起参与管理计算机系统的软件 计算机系统的管理软件，也称为“支撑软件 系统管理工具 网络管理工具 各种驱动程序和软件开发工具等,计算机语言和工具类软件 1计算机语言,计算机语言：机器语言、汇编语言、高级语言 高级语言解释方式：编译和解释 程序设计的方法 “面向过程”（Process-Oriented） ：流程 “面向结构”（Structure-Oriented）：模块/实体 FORTRAM、Pascal、COBOL、C “面向对
27、象”（Object-Oriented）：对象、实体/事件 Visual Basic、Java、C+ 选用高级语言,计算机语言和工具类软件 2工具软件,实用工具是系统软件的一个组成部分，用来帮助用户更好地控制、管理和使用计算机的各种资源。 开发工具：用于开发程序 系统工具软件：帮助管理系统 网络工具软件 帮助管理网络 网络工具软件 帮助管理网络 驱动程序 帮助连接外部设备,应用软件,应用软件进行大致的分类 信息管理类 字、表处理软件 教育软件 游戏软件 翻译软件 杀毒软件 多媒体类 图形图像处理类 其他,嵌入式系统,嵌入式系统（Embedded System）是一种小型的计算机系统，它被嵌入在某
28、种具体的电子设备之中。 嵌入式系统一般包括硬件和软件两部分： 硬件：包括处理器微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等 软件：包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序，往往会把这两种软件组合在一起 嵌入式系统已经被广泛应用嵌入式设备中,嵌入式系统 1嵌入式计算机系统的特点,（1）面向特定应用 （2）量体裁衣、高效率设计 （3）软件被固化 （4）开发工具和环境 （5）较长的生命周期,嵌入式系统 2嵌入式操作系统概述,QNX Windows CE VxWorks pSOS Palm OS OS-9 DeltaSystem Hopen,嵌入式系统 2嵌入式系统的发展趋势,（1）嵌入式处理器向64位过渡 （2）嵌入式Linux操作系统 （3）联网成为必然趋势 （4）实现微小尺寸、微功耗和低成本 （5）提供精巧的多媒体人机界面,计算机发展趋势,结构的改革 流水线、平行处理 智能仿真 神经网络、模糊逻辑、多值逻辑 新材料、新技术 生物计算机、光计算机、量子计算机,