计算机三级网络技术课件1
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三级网络技术
第一章 计算机基础
1.1计算机系统的组成
1.1.1 计算机的特点
信息处理的特性
计算机不是简单的计算器，它主要的功能是对信息的 处理。 适用于多种行业，不同行业使用不同的软硬件来适应。
广泛的适应性
计算机的价值观
购买计算机可以满足需要就可以，不必一味追求高性 能。 计算机不是万能的，不能完全代替人的工作。
8位机时代：
Intel 8080 Motorola的6800、Zilog的Z80等。 Intel 8088：准16位芯片，内部体系结构是16位的，与外部设备的 通信却采用8位总线 IBM-PC芯片，用于个人计算平台 促进了DOS和Lotusl-2-3等软件的成长 奔腾机，成为运行Windows 9x/2000/XP及大量PC应用软件的重要 平台 与奔腾竞争的芯片还有AMD公司的K6、Cyrix公司的MII以及IDT公 司的WinChip芯片等
计算机的利弊观
3
1.1.2 计算机的发展阶段
大型机阶段
分为电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路几个发展时期 代表性企业：IBM、富士通、DEC 是对大型机的第一次“缩小化” 代表企业：DEC 代表机型：VAX 是对大型机的第二次“缩小化” 代表企业：苹果、IBM 在20世纪70年代开始出现局域网（局部范围的网络）。 对等网：每台计算机从逻辑上都是平等的。 非对等网络：存在主从关系，也称C/S结构，其中C表示CLIENT—客户机；S表示 SERVER——服务器 从美国国防部的阿帕网（ARPANET）开始，Internet迅速发展起来
23
5．固化常用指令
6．增强的64位数据总线
1.2.3 奔腾芯片的技术特点(续)
7．采用PCI标准局部总线
PCI：外围部件接口标准 VESA：视频电子标准协会制定的 PCI标准要比VESA标准 内部错误检测功能：在内部多处设置偶校验，以保证数据传输的 正确 功能冗余校验技术：通过双工系统的运算结果比较，判断系统是 否出现异常操作，并提出报告 当系统不进行工作时，自动进入低耗电的睡眠模式
12
4．数据传输率
也常称为带宽，反映计算机的通信能力 单位：bps (bits per second)，即每秒传 输1位或1比特 常用单位有Kbps、Mbps、Gbps，换算关系 是： 1Gbps=103Mbps=106Kbps=109bps 与衡量内存或磁盘容量区别： 1TB=210GB=220MB=230KB=240B
0：0000；1：0001； 2：0010；3：0011；…… A：1010；B：1011； C：1100；D：1101； E：1110；F：1111
10
2．速度
每秒钟执行的指令条数来表示
单位：MIPS（Million Instructions Per Second） 含义：单字长定点指令的平均执行速度，即每秒执行 一百万条指令 例如：经典奔腾的处理速度可达到300MIPS。
1969年
1991年6月
我国第一条互联专线从中科院的高能物理所（简称高能所）连到 斯坦福大学的直线加速器上。标志着中国开始进入互联网领域。
我国实现了采用TCP/IP的国际互联网的全功能连接。
1994年
5
1.1.3 计算机的种类
1．传统的分类
巨型机 大型机 中型机 Байду номын сангаас型机 微型机
小型机阶段
微型机阶段
客户机/服务器阶段
互联网阶段
4
计算机发展的重要事件
1946年
世界上第一台计算机ENIAC诞生，它是一台电子管的计算机。
1971年
微型计算机诞生，以INTEL公司的4004和4040为标志。
互联网络的前身ARPANET（阿帕网）诞生。
13
5．版本
不同时期有不同的型号和版本，型号和版 本号往往能简单地放映出性能的优劣； 例如：Windows 2003要比Windows 2000作 了不少的改进，Office 2003在Office 2000的基础上进行的功能的扩充； 型号和版本号往往具体商业色彩，不能算 作技术指标。
14
6．可靠性
6
1.1.3 计算机的种类
2．现代的分类
服务器
一般具有强大的处理能力、大容量的存储设备和快速的输入输 出通道和联网能力的称为专业级服务器； 需要注意，任何计算机都要可以充当服务器 一般指图形工作站，主要表现在需要一个较大的显示器和较强 的图形处理能力 一般就指个人电脑。 又称便携机，功能与台式机不相上下，但价格较贵 又称掌上电脑，如PDA、商务通、第三代手机
9
十进制、二进制、十六进制
十进制：
日常生活中使用，逢十进一
二进制：
计算机内部采用的二进制，逢二进一 如：1010，相当于是十进制10，读作“幺零幺零”
二进制太长，容易写错，用一个十六进制数据表示四 位二进制。 对应关系：
十六进制：
例如：CD21——1100 1101 0010 0001
硬件具有原子的特性 而软件具有比特的特性
某个功能既可以用硬件实现，也可以用软件实现 硬件实现成本很高，但速度很快，软件实现成本较低，但速度 较慢 究竟是使用硬件实现还软件，要根据具体情况而定。 往住硬件升级了，软件也了随之升级，反之也然。
功能上具有等价性
发展上具有同步性
19
1.2.1 计算机硬件和软件(续)
8．错误监测及功能冗余校验技术
9．内建能源效率技术
10．支持多重处理
许多超级计算机都是用大量的CPU芯片组成的多重处理系统 奔腾提供的数据一致性以及存储器的定序存取功能，使它适合于 多级环境下数据的交换和任务的分配
24
1.2.4 安腾芯片的技术特点
64位
安腾是64位芯片，奔腾是32位 CISC：复杂指令计算，用于80386、80486 RISC：精简指令计算，用于奔腾 EPIC：简明并行指令计算，用于安腾。
位（bit）：计算机中最小的数据单位，指的是二进制数的一位， 也称为“比特”。一位只能存放一个二进制数，即“0”或“1”。 字节（Byte）：计算机存储容量的基本单位，计算机存储容量的 大小是用字节的多少来衡量的。一个字节等于8位，即：lB=8bit。 字（word）：由一个或若干个字节组成，通常为16位，因此32位 是一个双字长，64位是两个双字长。
每秒执行浮点指令的平均数目来表示
单位：MFLOPS（Million FLOating Instruction Per Second） 含义：每秒执行一百万条浮点指令。 常用的单位还有GFLOPS、TFLOPS等，转换关系是： 1TFLOPS=103GFLOPS=106MFLOPS
11
3．容量
使用EPIC技术
25
1.2.5 主机板与插卡的组成
1．主板组成
主板是包括CPU、存储器、总线、插槽以及电源等五大部分。 （1）按CPU芯片分类，如486主板、奔腾主板、奔腾4主板等。 （2）按CPU插座分类，如Socket7主板、Slot1主板等。 （3）按主板的规格分类，如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板等。 （4）按存储器容量分类，如16 M主板、32 M主板、64 M主板等。 （5）按芯片集分类，如TX主板、LX主板、BX主板等。 （6）按是否即插即用分类，如PnP主板、非PnP主板等。 （7）按系统总线的带宽分类，如66MHz主板、100MHz主板等。 （8）按数据端口分类，如SCSI主板、EDO主板、AGP主板等。 （9）按扩展槽分类，如EISA主板、PCI主板、USB主板等。 （10）按生产厂家分类，如联想主板、华硕主板、海洋主板等。
MTBF：
Mean Time Between Failures，平均无故障时间 多长时间系统发生一次故障，反映了计算机系统的可 靠性 Mean Time To Repair，平均故障修复时 修复一次故障所需的时间，反映了计算机系统的可维 修性
MTTR：
MTBF时间很长，MTTR时间很短，说明系统的可靠 性高
2．超流水线（Super pipeline）技术
3．分支预测
22
1.2.3 奔腾芯片的技术特点(续)
4．双Cache的哈佛结构：指令与数据分开
Cache：即高速缓冲存储器，为了解决CPU和主存之间 速度匹配问题而设置的，介于CPU和主存之间的小容量 存储器，存取速度比主存快 经典奔腾有两个8KB的超高速缓存，一个用于缓存指令， 一个用于缓存数据，这就大大提高了访问Cache的命中 率 把常用指令改用硬件实现 内部总线是32位，与存储器之间的外部总线增为64位 突发模式下，一个总线周期装入256位的数据
2．事务处理
3．过程控制
4．辅助工程
CAD：计算机辅助设计； CAM：计算机辅助制造；CAT计算机辅 助测试；CAE计算机辅助工程；CAI计算机辅助教学
16
1.1.6 计算机的应用领域
5．人工智能
利用计算机对人进行智能模拟。它包括用计算机模仿 人的感知能力、思维能力和行为能力等。 例如：识别语言、文字、图形以及学习、推理和适应 环境的能力等等。
不仅影响着存储程序和数据的多少，也影响着这些程序的 运行速度 单位是字节，英文为Byte，缩写为B。 常用的单位还有KB、MB、GB、TB等，它们之间的关系是： 1TB=210GB=220MB=230KB=240B 磁盘存储器除了存储容量外，还有一些特殊的指标：
平均寻道时间：磁头沿着盘径移动到达需要读写的那个磁道花费 的平均时间。 平均等待时间：需要读写的扇区旋转到读写磁头下面花费的平均 时间。 数据传输速率：磁头找到所需读写的扇区后，每秒钟可以读出或 写入磁盘的字节数。
7
工作站
台式机
笔记本
手持设备
1.1.5 计算机的技术指标
目的：
判断一台计算机的优劣 位数 速度 容量 带宽 版本 可靠性 ……
8
主要技术指标：
1．位数
也称字长，是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的 寄存器位数有关，字长越长，数的表示范围也越大，精度 也越高。 计算机有8位、16位、32位以及64位之分。 奔腾是32位的，这是指该处理器，特别是其中的寄存器能 够保存32位的数据。 计算机中数据的常用单位：
15
1.1.6 计算机的应用领域
1．科学计算
计算机用于数学问题的计算，是计算机应用最早的领域。 如：解方程组、解微分方程 又称为数值计算 又称为信息管理，用计算机对信息进行收集、加工、存储和传递 等工作 如：办公室自动化、企业管理、情报检索等 用计算机对工业生产过程或某种装置的运行过程进行状态检测并 实施自动控制
6．网络应用
如：电子邮件、WWW服务、资料检索、IP电话、电子 商务、电子政务、BBS、远程教育等，……
如：文化教育、技术培训、电子图书、观光旅游、商 用及家庭应用等方面。
17
7．多媒体应用
1.2 计算机硬件组成
1.2.1 计算机硬件和软件
1．硬件和软件
计算机系统由硬件和软件两部分组成，缺一不可 两者有本质区别
2．硬件的组成层次
第一层次：芯片
包括微处理器芯片、存储器芯片、I/O芯片等 计算机的主板和各种插卡 在设备的机箱内，固定着相关板卡、其他部件以及 相应的布线
第二层次：板卡
第三层次：设备
第四层次：网络
各种计算机设备通过联网设备及传输线缆，形成大 大小小的网络
20
1.2.2 微处理器芯片发展简史
21
16位机时代
32位机时代：
1.2.3 奔腾芯片的技术特点
1．超标量（Superscalar）技术
通过内置多条流水线来同时执行多个处理，实质是以空间换取时间。 在经典奔腾中，由两条整数指令流水线（U指令流水线和V指令流水线） 和一条浮点指令流水线组成。 通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操 作，其实质是以时间换取空间。 经典奔腾的每条整数流水线都分为4级流水，即指领预取、译码、执行、 写回结果。 浮点流水线可分为8级流水，前4级与整数流水线相同，后4级则包括两级 浮点操作、一级四舍五入及写回浮点运算结果、一级为出错报告 流水线断流，从而必须重新取指令，这就影响了处理速度。 在奔腾芯片上内置了一个分支目标缓存器，用来动态地预测程序分支的 转移情况，从而使流水线的吞吐率能保持较高的水平
第一章 计算机基础
1.1计算机系统的组成
1.1.1 计算机的特点
信息处理的特性
计算机不是简单的计算器，它主要的功能是对信息的 处理。 适用于多种行业，不同行业使用不同的软硬件来适应。
广泛的适应性
计算机的价值观
购买计算机可以满足需要就可以，不必一味追求高性 能。 计算机不是万能的，不能完全代替人的工作。
8位机时代：
Intel 8080 Motorola的6800、Zilog的Z80等。 Intel 8088：准16位芯片，内部体系结构是16位的，与外部设备的 通信却采用8位总线 IBM-PC芯片，用于个人计算平台 促进了DOS和Lotusl-2-3等软件的成长 奔腾机，成为运行Windows 9x/2000/XP及大量PC应用软件的重要 平台 与奔腾竞争的芯片还有AMD公司的K6、Cyrix公司的MII以及IDT公 司的WinChip芯片等
计算机的利弊观
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1.1.2 计算机的发展阶段
大型机阶段
分为电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路几个发展时期 代表性企业：IBM、富士通、DEC 是对大型机的第一次“缩小化” 代表企业：DEC 代表机型：VAX 是对大型机的第二次“缩小化” 代表企业：苹果、IBM 在20世纪70年代开始出现局域网（局部范围的网络）。 对等网：每台计算机从逻辑上都是平等的。 非对等网络：存在主从关系，也称C/S结构，其中C表示CLIENT—客户机；S表示 SERVER——服务器 从美国国防部的阿帕网（ARPANET）开始，Internet迅速发展起来
23
5．固化常用指令
6．增强的64位数据总线
1.2.3 奔腾芯片的技术特点(续)
7．采用PCI标准局部总线
PCI：外围部件接口标准 VESA：视频电子标准协会制定的 PCI标准要比VESA标准 内部错误检测功能：在内部多处设置偶校验，以保证数据传输的 正确 功能冗余校验技术：通过双工系统的运算结果比较，判断系统是 否出现异常操作，并提出报告 当系统不进行工作时，自动进入低耗电的睡眠模式
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4．数据传输率
也常称为带宽，反映计算机的通信能力 单位：bps (bits per second)，即每秒传 输1位或1比特 常用单位有Kbps、Mbps、Gbps，换算关系 是： 1Gbps=103Mbps=106Kbps=109bps 与衡量内存或磁盘容量区别： 1TB=210GB=220MB=230KB=240B
0：0000；1：0001； 2：0010；3：0011；…… A：1010；B：1011； C：1100；D：1101； E：1110；F：1111
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2．速度
每秒钟执行的指令条数来表示
单位：MIPS（Million Instructions Per Second） 含义：单字长定点指令的平均执行速度，即每秒执行 一百万条指令 例如：经典奔腾的处理速度可达到300MIPS。
1969年
1991年6月
我国第一条互联专线从中科院的高能物理所（简称高能所）连到 斯坦福大学的直线加速器上。标志着中国开始进入互联网领域。
我国实现了采用TCP/IP的国际互联网的全功能连接。
1994年
5
1.1.3 计算机的种类
1．传统的分类
巨型机 大型机 中型机 Байду номын сангаас型机 微型机
小型机阶段
微型机阶段
客户机/服务器阶段
互联网阶段
4
计算机发展的重要事件
1946年
世界上第一台计算机ENIAC诞生，它是一台电子管的计算机。
1971年
微型计算机诞生，以INTEL公司的4004和4040为标志。
互联网络的前身ARPANET（阿帕网）诞生。
13
5．版本
不同时期有不同的型号和版本，型号和版 本号往往能简单地放映出性能的优劣； 例如：Windows 2003要比Windows 2000作 了不少的改进，Office 2003在Office 2000的基础上进行的功能的扩充； 型号和版本号往往具体商业色彩，不能算 作技术指标。
14
6．可靠性
6
1.1.3 计算机的种类
2．现代的分类
服务器
一般具有强大的处理能力、大容量的存储设备和快速的输入输 出通道和联网能力的称为专业级服务器； 需要注意，任何计算机都要可以充当服务器 一般指图形工作站，主要表现在需要一个较大的显示器和较强 的图形处理能力 一般就指个人电脑。 又称便携机，功能与台式机不相上下，但价格较贵 又称掌上电脑，如PDA、商务通、第三代手机
9
十进制、二进制、十六进制
十进制：
日常生活中使用，逢十进一
二进制：
计算机内部采用的二进制，逢二进一 如：1010，相当于是十进制10，读作“幺零幺零”
二进制太长，容易写错，用一个十六进制数据表示四 位二进制。 对应关系：
十六进制：
例如：CD21——1100 1101 0010 0001
硬件具有原子的特性 而软件具有比特的特性
某个功能既可以用硬件实现，也可以用软件实现 硬件实现成本很高，但速度很快，软件实现成本较低，但速度 较慢 究竟是使用硬件实现还软件，要根据具体情况而定。 往住硬件升级了，软件也了随之升级，反之也然。
功能上具有等价性
发展上具有同步性
19
1.2.1 计算机硬件和软件(续)
8．错误监测及功能冗余校验技术
9．内建能源效率技术
10．支持多重处理
许多超级计算机都是用大量的CPU芯片组成的多重处理系统 奔腾提供的数据一致性以及存储器的定序存取功能，使它适合于 多级环境下数据的交换和任务的分配
24
1.2.4 安腾芯片的技术特点
64位
安腾是64位芯片，奔腾是32位 CISC：复杂指令计算，用于80386、80486 RISC：精简指令计算，用于奔腾 EPIC：简明并行指令计算，用于安腾。
位（bit）：计算机中最小的数据单位，指的是二进制数的一位， 也称为“比特”。一位只能存放一个二进制数，即“0”或“1”。 字节（Byte）：计算机存储容量的基本单位，计算机存储容量的 大小是用字节的多少来衡量的。一个字节等于8位，即：lB=8bit。 字（word）：由一个或若干个字节组成，通常为16位，因此32位 是一个双字长，64位是两个双字长。
每秒执行浮点指令的平均数目来表示
单位：MFLOPS（Million FLOating Instruction Per Second） 含义：每秒执行一百万条浮点指令。 常用的单位还有GFLOPS、TFLOPS等，转换关系是： 1TFLOPS=103GFLOPS=106MFLOPS
11
3．容量
使用EPIC技术
25
1.2.5 主机板与插卡的组成
1．主板组成
主板是包括CPU、存储器、总线、插槽以及电源等五大部分。 （1）按CPU芯片分类，如486主板、奔腾主板、奔腾4主板等。 （2）按CPU插座分类，如Socket7主板、Slot1主板等。 （3）按主板的规格分类，如AT主板、Baby-AT主板、ATX主板等。 （4）按存储器容量分类，如16 M主板、32 M主板、64 M主板等。 （5）按芯片集分类，如TX主板、LX主板、BX主板等。 （6）按是否即插即用分类，如PnP主板、非PnP主板等。 （7）按系统总线的带宽分类，如66MHz主板、100MHz主板等。 （8）按数据端口分类，如SCSI主板、EDO主板、AGP主板等。 （9）按扩展槽分类，如EISA主板、PCI主板、USB主板等。 （10）按生产厂家分类，如联想主板、华硕主板、海洋主板等。
MTBF：
Mean Time Between Failures，平均无故障时间 多长时间系统发生一次故障，反映了计算机系统的可 靠性 Mean Time To Repair，平均故障修复时 修复一次故障所需的时间，反映了计算机系统的可维 修性
MTTR：
MTBF时间很长，MTTR时间很短，说明系统的可靠 性高
2．超流水线（Super pipeline）技术
3．分支预测
22
1.2.3 奔腾芯片的技术特点(续)
4．双Cache的哈佛结构：指令与数据分开
Cache：即高速缓冲存储器，为了解决CPU和主存之间 速度匹配问题而设置的，介于CPU和主存之间的小容量 存储器，存取速度比主存快 经典奔腾有两个8KB的超高速缓存，一个用于缓存指令， 一个用于缓存数据，这就大大提高了访问Cache的命中 率 把常用指令改用硬件实现 内部总线是32位，与存储器之间的外部总线增为64位 突发模式下，一个总线周期装入256位的数据
2．事务处理
3．过程控制
4．辅助工程
CAD：计算机辅助设计； CAM：计算机辅助制造；CAT计算机辅 助测试；CAE计算机辅助工程；CAI计算机辅助教学
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1.1.6 计算机的应用领域
5．人工智能
利用计算机对人进行智能模拟。它包括用计算机模仿 人的感知能力、思维能力和行为能力等。 例如：识别语言、文字、图形以及学习、推理和适应 环境的能力等等。
不仅影响着存储程序和数据的多少，也影响着这些程序的 运行速度 单位是字节，英文为Byte，缩写为B。 常用的单位还有KB、MB、GB、TB等，它们之间的关系是： 1TB=210GB=220MB=230KB=240B 磁盘存储器除了存储容量外，还有一些特殊的指标：
平均寻道时间：磁头沿着盘径移动到达需要读写的那个磁道花费 的平均时间。 平均等待时间：需要读写的扇区旋转到读写磁头下面花费的平均 时间。 数据传输速率：磁头找到所需读写的扇区后，每秒钟可以读出或 写入磁盘的字节数。
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工作站
台式机
笔记本
手持设备
1.1.5 计算机的技术指标
目的：
判断一台计算机的优劣 位数 速度 容量 带宽 版本 可靠性 ……
8
主要技术指标：
1．位数
也称字长，是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的 寄存器位数有关，字长越长，数的表示范围也越大，精度 也越高。 计算机有8位、16位、32位以及64位之分。 奔腾是32位的，这是指该处理器，特别是其中的寄存器能 够保存32位的数据。 计算机中数据的常用单位：
15
1.1.6 计算机的应用领域
1．科学计算
计算机用于数学问题的计算，是计算机应用最早的领域。 如：解方程组、解微分方程 又称为数值计算 又称为信息管理，用计算机对信息进行收集、加工、存储和传递 等工作 如：办公室自动化、企业管理、情报检索等 用计算机对工业生产过程或某种装置的运行过程进行状态检测并 实施自动控制
6．网络应用
如：电子邮件、WWW服务、资料检索、IP电话、电子 商务、电子政务、BBS、远程教育等，……
如：文化教育、技术培训、电子图书、观光旅游、商 用及家庭应用等方面。
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7．多媒体应用
1.2 计算机硬件组成
1.2.1 计算机硬件和软件
1．硬件和软件
计算机系统由硬件和软件两部分组成，缺一不可 两者有本质区别
2．硬件的组成层次
第一层次：芯片
包括微处理器芯片、存储器芯片、I/O芯片等 计算机的主板和各种插卡 在设备的机箱内，固定着相关板卡、其他部件以及 相应的布线
第二层次：板卡
第三层次：设备
第四层次：网络
各种计算机设备通过联网设备及传输线缆，形成大 大小小的网络
20
1.2.2 微处理器芯片发展简史
21
16位机时代
32位机时代：
1.2.3 奔腾芯片的技术特点
1．超标量（Superscalar）技术
通过内置多条流水线来同时执行多个处理，实质是以空间换取时间。 在经典奔腾中，由两条整数指令流水线（U指令流水线和V指令流水线） 和一条浮点指令流水线组成。 通过细化流水、提高主频，使得在一个机器周期内完成一个甚至多个操 作，其实质是以时间换取空间。 经典奔腾的每条整数流水线都分为4级流水，即指领预取、译码、执行、 写回结果。 浮点流水线可分为8级流水，前4级与整数流水线相同，后4级则包括两级 浮点操作、一级四舍五入及写回浮点运算结果、一级为出错报告 流水线断流，从而必须重新取指令，这就影响了处理速度。 在奔腾芯片上内置了一个分支目标缓存器，用来动态地预测程序分支的 转移情况，从而使流水线的吞吐率能保持较高的水平