第二章计算机系统技术基础PPT讲稿.ppt

第二章计算机系统技术基础第1页，共115页，编辑于2022年，星期二计算机系统的发展与分类计算机发展概况微处理器及其主要性能指标计算机系统的分类计算机系统的发展趋势第2页，共115页，编辑于2022年，星期二计算机发展概况常识：1946年，美国宾夕法尼亚大学的科学家和工年，美国宾夕法尼亚大学的科学家和工程师设计制造了世界上第一台电子计算机。程师设计制造了世界上第一台电子计算机。第3页，共115页，编辑于2022年，星期二计算机发展历经的阶段第一代电子管计算机（19461956）以真空电子管为基础电子管体积大、能耗高、受命短、产生热量大，存储和处理能力极为有限以磁鼓作为内存储器，以穿孔卡片作为辅助存储器应用领域为部分科学和工程计算第4页，共115页，编辑于2022年，星期二第二代晶体管计算机（19571963）以晶体管为基础稳定性和可靠性有所提高，产生热量少晶体管制作过程复杂，且费用昂贵每秒钟可执行20万到30万条指令在科学领域广泛应用，并扩展到业务管理领域第5页，共115页，编辑于2022年，星期二第三代集成电路计算机（19641979）以集成电路为基础速度达到每秒钟5百万条指令，高性能促进了操纵系统软件的应用和开发计算机的使用更加趋于平民化应用领域和范围更具广泛的扩展第6页，共115页，编辑于2022年，星期二第四代大规模集成电路计算机（1980现在）大规模集成电路和超大规模集成电路为基础成本降低、体积减小、速度提高、存储器容量更大、出现了一定的智能特征基于计算机处理器的科技领域不多的扩大，新技术和新兴行业日益出新第7页，共115页，编辑于2022年，星期二2.2.计算机系统的种类和结构计算机系统的种类和结构按计算机的规模、速度和性能，可以分为超级计算机、大型机、小型机、微型计算机和工作站六大类。（1）超级计算机超级计算机是一种用于军事、科学运算、人口普查等要求处理速度快、存储容量大、功能强大的计算机，但价格也非常昂贵。其运算速度一般都在每秒千万条指令以上，甚至于可达上亿条指令。(2)大型机与小型机大型机的运行速度和处理功能相对超级计算机而言较弱，运行速度一般为每秒三千多万条指令，是一种大型的多用户系统。小型机与大型机很相似，只是规模小些。第8页，共115页，编辑于2022年，星期二（3）工作站工作站一般采用RISC芯片，体积较小，可以放在桌面上，但它的处理能力、运行速度、存储容量和成本介于微型机与小型机之间。（4）微型计算机微型计算机又称个人计算机（PC）。其体积小，价格便宜，通常只可一个人使用。微型计算机又分为台式机、便携式机两种。网络计算机是一种用在计算机网络和Internet环境中的个人计算机，一般用作网络环境中的客户机，它没有存储功能，也不具备典型台式PC机的功能，所以价格便宜。台式机、一体机、笔记本、掌上电脑、平板电脑第9页，共115页，编辑于2022年，星期二（5）多媒体计算机系统媒体是信息的载体，如数字、声音、图像等是不同的媒体。媒体的作用是存储、表达和传播信息。多媒体是多种媒体的综合。例如，将声音、动画和数字视频等媒体综合在一起便为多媒体。多媒体计算机系统是指将文字、图形、声音、动画和视频等各种媒体的系统与计算机系统集成而组成的系统，由计算机系统对多媒体信息进行输入、存储、加工和输出处理。多媒体系统中的关键技术是计算机系统综合处理多种媒体信息的能力。多媒体技术是指能综合处理多种媒体信息、实现人机交互的技术。在计算机上运用和发展这种技术，称为多媒体计算机技术。第10页，共115页，编辑于2022年，星期二3.计算机系统的性能指标计算机系统的性能指标评价计算机性能的指标主要有：运算速度：用每秒钟能执行多少条指令来表示，单位一般用MIPS(百万条指令/秒)。为了统一标准，现在用各种指令的平均执行时间及相对应的指令运行比例来综合计算。第11页，共115页，编辑于2022年，星期二内存容量：内存储器中能存储信息的总字节数。计算机内存容量越大，程序运行速度越快，可运行的程序也越多。第12页，共115页，编辑于2022年，星期二（5）存取周期：存储器完成一次读(取)或写(存)信息操作所需的时间称存储器的存取(或访问)时间，而连续两次读或写所需的最短时间，称存储器的存取周期(或存储周期)。存储器的存取周期越短，计算机的运算速度就越快。第13页，共115页，编辑于2022年，星期二微处理器及其主要性能指标微处理器定义：运用超大规模集成电路技术将计算机的运算器、控制器和存储器等功能部件集成在一块集成电路芯片上，就形成了微处理器。广泛使用的通用微处理器芯片：Intel公司的Pentium系列、Motorola公司的PowerPC系列、AMD公司的AMD系列。第14页，共115页，编辑于2022年，星期二微处理器的主要性能指标字长CUP中运算器的二进制位数，微处理器一次能够运送的二进制数的位数。子长越大，计算机的运算速度越快、运算精度越高。按微处理器子长将计算机称为8位机、16位机、32位机或64位机。第15页，共115页，编辑于2022年，星期二时钟频率也称为主频，是衡量内容时钟推进速度的指标，含义是时钟在一秒钟内发生的周期数，单位是MHz。是确定计算机运行速度的重要因素。第16页，共115页，编辑于2022年，星期二数据总线宽度数据总线是CPU、主存储器和其他部件之间通信的通道，总线宽度是指在该数据通道上一次能够传递的数据位数。可通过对上述指标的优化来提高计算机的性能。第17页，共115页，编辑于2022年，星期二精简指令集（RISC）计算机进行数据处理的基本指令是固化在处理器芯片上的。RISC是通过对原始的CISC（复杂指令集）进行精简得到的，以保证绝大多数的处理指令都能够在一个时钟周期内执行完，提高计算机的运行速度。RISC的出现是对计算机性能提高的一次重大突破。第18页，共115页，编辑于2022年，星期二计算机系统的分类大型计算机（Mainframe）处理方式以批处理为主小型计算机（Minicomputer）交互式的批处理方式工作站（Workstation）微型机（Microcomputer）PC超级计算机（Supercomputer）第19页，共115页，编辑于2022年，星期二2.12.1计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图2.1所示。第20页，共115页，编辑于2022年，星期二1.1.计算机的基本组成计算机的基本组成计算机硬件是指组成一台计算机的各种物理装置，是计算机进行工作的物质基础。根据冯诺依曼体系结构，计算机硬件系统一般由五大部分组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。（1）运算器运算器由逻辑运算单元ALU（Arithmetic LogicUnit）、寄存器和一些控制门电路等组成。算术逻辑运算单元通过算术运算或逻辑运算来进行算术逻辑运算。寄存器用来提供参与运算的操作数，并存放运算的结果。哪些数参与运算，由输入控制门的条件决定。2.1.12.1.1计算机硬件系统计算机硬件系统第21页，共115页，编辑于2022年，星期二（2）控制器控制器是计算机的核心部件，它的功能是指示程序的执行过程，即决定在什么时间根据什么条件做什么事情。微型计算机系统中，把运算器和控制器做在一起，叫做中央处理器(CPU)，各部分之间采用总线方式连接。（3）存储器存储器分为两大类：内存储器和外存储器。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器。内存是CPU可直接访问的存储器，是计算机中的工作存储器，可以分为两大类：随机存取器RAM和只读存储器ROM第22页，共115页，编辑于2022年，星期二（4）输入设备常用的输入设备有：鼠标、键盘、扫描仪、数字化仪、摄像机、条形码阅读器、笔输入设备、数码相机、传真机、A/D转换器等，从信息的输入输出角度来说，磁盘驱动器和磁带机既可以看作输入设备，又可以看作输出设备。（5）输出设备最常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、X-Y记录仪、各种数模转换器（D/A）等第23页，共115页，编辑于2022年，星期二2.1.22.1.2计算机软件系统计算机软件系统1 1计算机软件的概念和分类计算机软件的概念和分类一般从应用的角度出发，将软件划分为系统软件和应用软件两大类，如图2.2所示第24页，共115页，编辑于2022年，星期二 分类：分类：系统软件和应用软件。系统软件：用来管理计算机中CPU、存储器、通信联结及各种外部设备等所有系统资源的程序，主要作用是管理和控制计算机系统的各个部分，使之协调运行，并为各种数据处理提供基础功能。应用软件：用来完成用户所要求的数据处理任务或实现用户特定功能的程序。第25页，共115页，编辑于2022年，星期二操作系统（OperationSystem）操作系统是计算机最基本的软件。操作系统的基本功能：是分配和调度计算机内部的各种资源，安排和执行数据处理的基本操作，监控系统的执行。第26页，共115页，编辑于2022年，星期二操作系统中的几个基本概念多道程序运行多个程序同时共享计算机的资源。允许程序在不占用系统相同资源的情况之下多个程序同时运行。提高了计算机设备的利用率。第27页，共115页，编辑于2022年，星期二多任务操作在单用户操作系统上实现多道程序运行方式。多个任务同时执行，处理结果可同时显示。第28页，共115页，编辑于2022年，星期二虚拟存储利用对应用程序进行分片的方式实现程序的存储，使程序能够及时的调入到CPU中进行处理。提高了存储器的利用效率，执行程序的大小也可以不受主存储器容量的限制，使得中小型的计算机的适应能力更强。第29页，共115页，编辑于2022年，星期二分时处理使多个用户共享计算机处理能力的一种有效的手段。利用对CPU分片的方式赖实现同时对多个程序进行处理的操作。第30页，共115页，编辑于2022年，星期二并行处理操作系统支持计算机中的多个CPU并行联合工作，能够将程序所要求的处理分解在多个CPU上同时进行，每个CPU执行程序的一部分指令。第31页，共115页，编辑于2022年，星期二常识在管理信息系统中应用最为广泛的主要有微型机磁盘操作系统DOS、基于图形用户界面的Windows系统以及多用户、多任务操作系统Unix等。第32页，共115页，编辑于2022年，星期二2.1.32.1.3操作系统操作系统操作系统是一种系统软件，它负责控制和管理计算机系统的各种硬件和软件资源，合理地组织计算机系统的工作流程，提供用户与操作系统之间的软件接口。1.1.操作系统的功能操作系统的功能（1）进程管理（即处理机管理）：在多用户、多任务的环境下，主要解决对CPU进行资源的分配调度，有效地组织多个作业同时运行。（2）存储管理：主要是管理内存资源，合理地为程序的运行分配内存空间。第33页，共115页，编辑于2022年，星期二（3）文件管理：有效地支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密与保护。（4）设备管理：负责外部设备的分配、启动和故障处理，让用户方便地使用外设。（5）作业管理：提供使用系统的良好环境，使用户能有效地组织自己的工作流程。第34页，共115页，编辑于2022年，星期二2.2.操作系统的分类操作系统的分类通常按照操作系统的使用环境，可将其分为三大类：多道批处理系统、分时系统和实时系统。（1）多道批处理系统多道批处理系统实质上是“多道程序”和“批处理”的结合。“任务”或“作业”是指用户一次上机要求计算机系统完成的工作的总称；“多道程序”是指在计算机内存中同时可以存放若干道作业，允许交替地由处理机运行；“批处理”是指用户与作业之间没有交互作用，用户不能直接控制作业的运行，即一批经过合理组织的作业一旦提交给计算机系统，其执行将由计算机系统控制。第35页，共115页，编辑于2022年，星期二（2）分时系统分时系统是一种多用户操作系统，它是将中央处理机（CPU）的处理时间进行分割，即把工作时间分割成一个个时间片，每个用户轮流使用时间片。一台计算机为一组终端用户服务，每个用户通过终端控制程序的运行。由于时间分割得很小，每个用户感觉不到时间上的差别，如同自己在独占一台计算机一样。（3）实时系统实时系统是指要求系统及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成该事件的处理并控制所有实时设备和实时任务协调一致的运行。实时系统包括实时过程控制和实时信息处理两种，前者主要应用于工业生产的过程控制，而后者主要应用于信息处理系统，如查询与定票系统。第36页，共115页，编辑于2022年，星期二3.3.常用操作系统简介常用操作系统简介（1）WindowsWindows以其灵活方便的窗口操作、弹出式菜单以及命令对话框，为用户使用计算机提供了便利，并为人们广泛接受，它从1990年由Microsoft公司推出Windows3.0，先后进行了多次改进，产生了多个版本。如Windows3.1、Windows3.2、Windows95、Windows98、WindowsNT及Windows2000，其中Windows95以上版本提供了网络功能。Windows主要具有一下特点：友好、方便的人机界面；功能强大的应用软件工具；多任务并行处理功能等。第37页，共115页，编辑于2022年，星期二（2）UNIXUNIX操作系统是一个通用的、交互式的分时系统，适用于小型机和微型机。它由美国贝尔实验室于1969年研制，其特点是结构紧凑、功能强大、使用方便、易于扩充、修改、维护和移植。它主要由两部分组成：内核和外壳（shell语言）。其内核部分负责进程管理、文件管理、存储管理、设备管理等，而shell语言是用来控制、使用内核以及语言处理程序和软件工具。（3）LinuxLinux是目前最流行的操作系统之一，是UNIX的PC版。它从1991年由芬兰人LinuxTorvalds创建至今，发展迅速。它具有占用空间小、高效、健壮和功能强大等特性，特别是可以免费使用俄源代码开放，为用户广泛接受。其中的RedHatLinux版是一个杰出的代表，它在Linux的基础上开放了许多优秀的工具和软件，并提供了对最新软硬件技术的支持。第38页，共115页，编辑于2022年，星期二2.2.程序设计语言程序设计语言一组用来定义计算机程序的语法规则，标准化交流工具，用来向计算机发出指令。与计算机沟通的平台或者工具。程序设计语言一般分为机器语言、汇编语言和高级语言、4GL、面向对象的编程语言、标识语言。（1）机器语言:计算机可以直接执行的二进制代码表示指令机器语言是最底层的面向机器硬件的计算机语言，是由0和1组成的二进制代码序列。机器语言程序执行的速度快，效率高;缺点是指令代码记忆困难，编写和阅读程序的难度大,通用性和可移植性较差.第39页，共115页，编辑于2022年，星期二（2）汇编语言将二进制形式的机器指令代码序列用符号（或称助记符）来表示的计算机语言成为汇编语言。用汇编语言编写的程序（称汇编语言源程序）计算机不能直接执行，必须由机器中配置的汇编程序将其翻译成机器语言目标程序后，计算机才能执行。将汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序的过程称为汇编。机器语言与汇编语言均与计算机硬件相关。机器语言与汇编语言均与计算机硬件相关。（3）高级语言机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，而高级语言则是面向问题的语言。高级语言与具体的计算机硬件无关，其表达方式接近于人们对求解过程或问题的描述方法，容易理解、掌握和记忆。用高级语言编写的程序通用性和可移植性较好。面向过程，只关注编写程序的方法（面向过程，只关注编写程序的方法（Basic，FORTRAN，C）第40页，共115页，编辑于2022年，星期二第四代语言类似于自然语言的交互方式描述用户信息的处理要求，编写的语言是非过程化的。此阶段开发工具往往包括一些可直接使用的软件包。SQL宏语言面向对象的程序语言对象封装了数据以及对数据的操作C+Java标记语言HTMLXML标签集WML第41页，共115页，编辑于2022年，星期二系统开发工具：在高级程序设计语言的基础上，提高软件开发的质量和效率，从规划、分析、设计、测试、成文和管理各方面，对软件开发者提供各种不同程度的帮助的一类广泛的软件。1.软件技术进一步发展的产物；2.开发软件过程中给予不同方面同程度的支持或者帮助；3.支持软件开发全过程PowerBuilder、VB、Delphi、InterDev、DreamWeaver、ASP、CASE等。第42页，共115页，编辑于2022年，星期二第43页，共115页，编辑于2022年，星期二中间件中间件（middleware）是分布式环境中保证操作系统、通信协议、数据库等之间进行对话、互操作的软件系统。中间件是一种支持完成不同的硬件平台、不同的网络环境、不同的数据库之间的应用软件移植，可以实现一个平台对多种应用软件的支持，保证系统的可靠高效的数据转换和传递的协同性的软件技术，解决了网络分布计算环境中多种异构数据资源的互联共享的问题第44页，共115页，编辑于2022年，星期二什么是平台由于中间件需要屏蔽分布环境中异构的操由于中间件需要屏蔽分布环境中异构的操作系统和网络协议，它必须能够提供分布作系统和网络协议，它必须能够提供分布环境下的通讯服务，我们将这种通讯服务环境下的通讯服务，我们将这种通讯服务称之为平台。称之为平台。第45页，共115页，编辑于2022年，星期二平台的分类基于目的和实现机制的不同，我们将平台分为以下基于目的和实现机制的不同，我们将平台分为以下主要几类：主要几类：远程过程调用中间件（远程过程调用中间件（Remote Procedure Call）面向消息的中间件（面向消息的中间件（MesSAge-Oriented Middleware）第46页，共115页，编辑于2022年，星期二远程过程调用（一）远程过程调用是一种广泛使用的分布式应用程序处理方法。一个应用程序使用RPC来“远程”执行一个位于不同地址空间里的过程，并且从效果上看和执行本地调用相同。事实上，一个RPC应用分为两个部分：server和Client。server提供一个或多个远程过程；client向server发出远程调用。server和client可以位于同一台计算机，也可以位于不同的计算机，甚至运行在不同的操作系统之上。它们通过网络进行通讯。相应的stub和运行支持提供数据转换和通讯服务，从而屏蔽不同的操作系统和网络协议。在这里RPC通讯是同步的。采用线程可以进行异步调用。第47页，共115页，编辑于2022年，星期二面向消息的中间件（一）MOM指的是利用高效可靠的消息传递机制进行平台无关的数据交流，并基于数据通信来进行分布式系统的集成。通过提供消息传递和消息排队模型，它可在分布环境下扩展进程间的通信，并支持多通讯协议、语言、应用程序、硬件和软件平台。目前流行的MOM中间件产品有IBM的MQSeries、BEA的MessageQ等。主要特点：通讯程序可在不同的时间运行程序不在网络上直接相互通话，而是间接地将消息放入消息队列，因为程序间没有直接的联系。所以它们不必同时运行。消息放入适当的队列时，目标程序甚至根本不需要正在运行；即使目标程序在运行，也不意味着要立即处理该消息。第48页，共115页，编辑于2022年，星期二计算机系统发展的趋势1.高性能计算机2.量子计算机3.网络计算技术（大型化，网络化，技术融合）4.微计算机的发展（CPU，内存，存储技术）计算机软件系统的发展趋势资源共享、人机交互，服务的协同与动态性，中间件等；软件开发工具第49页，共115页，编辑于2022年，星期二计算机网络是一个复合系统，它是由若干地理上分散的、计算机网络是一个复合系统，它是由若干地理上分散的、具有独立功能的计算机系统通过各种通信手段相互连接起具有独立功能的计算机系统通过各种通信手段相互连接起来，按照网络协议进行数据通信，以实现相互通信、资源来，按照网络协议进行数据通信，以实现相互通信、资源共享或协同工作而形成的计算机系统集合共享或协同工作而形成的计算机系统集合计算机网络技术p地理上分散的地理上分散的p具有独立功能的具有独立功能的p通过通信系统连接起来的通过通信系统连接起来的p以实现信息交换、资源共享、协同工作为目的以实现信息交换、资源共享、协同工作为目的第50页，共115页，编辑于2022年，星期二第51页，共115页，编辑于2022年，星期二（1）资源子网资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源组成。主计算机（Host）主计算机为本地用户访问网络其他主计算机设备、共享资源提供服务，同时为网中其他用户共享本地资源提供服务。它是资源子网的主要组成单元，通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连。终端终端是用户访问网络的界面。终端可以是仅具有简单输入和输出功能的哑终端，也可以是带有微处理器的智能终端。它可以通过主机连入网中，也可以直接同通信控制处理机联结入网中。第52页，共115页，编辑于2022年，星期二（2）通信子网通信子网由网络通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成全网的通信管理与控制。通信控制处理机通信控制处理机CCP（communicationcontrolprocessor）又称前端处理机或节点处理机，在网络拓扑中被称为网络结点。其主要功能是：网络接口：实现资源子网和通信子网的接口协议，接收/发送用户信息。存储/转发：实现对报文分组的接收、校验、存储、转发功能。网络控制：对进网信息提供路径选择、网络流量控制等功能。第53页，共115页，编辑于2022年，星期二通信线路通信线路为通信控制处理机之间、通信控制处理机与主计算机之间提供通信信道。它可以是同轴电缆、光纤等有线线路，也可以是微波、无线信道和卫星信道等。第54页，共115页，编辑于2022年，星期二2、计算机网络的典型分类、计算机网络的典型分类 1）按网络覆盖范围分类）按网络覆盖范围分类 局域网局域网LAN（Local Area Network）城域网城域网MAN（Metropolitan Area Network）广域网广域网WAN（Wide Area Network）第55页，共115页，编辑于2022年，星期二2、计算机网络的典型分类、计算机网络的典型分类 2）按拓扑结构分类）按拓扑结构分类计算机网络的拓扑结构表示网络中的结点与通信线路之间的几何关计算机网络的拓扑结构表示网络中的结点与通信线路之间的几何关系，反映网络中各实体间的结构关系。系，反映网络中各实体间的结构关系。第56页，共115页，编辑于2022年，星期二2.计算机网络的功能计算机网络的主要功能如下。（1）资源共享（2）分布式处理（3）信息的快速传输与集中处理（4）网络用户的通信与合作（5）综合信息服务第57页，共115页，编辑于2022年，星期二二、远程通信（二、远程通信（telecommunications)基础基础1、远程通信系统、远程通信系统远程通信：以电子方式传送信号远程通信：以电子方式传送信号远程通信系统：兼容硬件和软件的集合，以完成一地到另一地的远程通信系统：兼容硬件和软件的集合，以完成一地到另一地的信息通信。信息通信。远程通信系统的重要组成部分：远程通信系统的重要组成部分：（1）终端）终端（2）远程通信处理器）远程通信处理器（3）远程通信通道和介质）远程通信通道和介质(communications channels)（4）计算机）计算机（5）通信软件）通信软件第58页，共115页，编辑于2022年，星期二数据通信数据通信(data communication)：是远程通信的一个特殊子集，将地理位置：是远程通信的一个特殊子集，将地理位置不同的计算机或者终端设备连接，高效完成数据传输、信息交换、数据处理不同的计算机或者终端设备连接，高效完成数据传输、信息交换、数据处理任务。任务。计算机A通信处理机数据信号转换器通信处理机数据信号转换器计算机B数据通信系统简化模型第59页，共115页，编辑于2022年，星期二2、数据通信的主要性能、数据通信的主要性能传输速率传输速率单位：单位：bit/s带宽带宽(bandwidth)：能够传送信号的频率宽度能够传送信号的频率宽度音频带宽：音频带宽：300-9600bps中频带宽：中频带宽：9600-256000bps宽带：宽带：256000-1000000bps在一个给定的介质上可同时传送信号的频率范围，介质的容在一个给定的介质上可同时传送信号的频率范围，介质的容量量误码率误码率被传错的二进制码数与所传送二被传错的二进制码数与所传送二 进制总码数的比值进制总码数的比值一般要求低于一般要求低于10E-06第60页，共115页，编辑于2022年，星期二3、通信传输介质、通信传输介质双绞线双绞线无屏蔽双绞线（无屏蔽双绞线（UTP unshielded twisted pair)屏蔽双绞线屏蔽双绞线同轴电缆同轴电缆 coxial cable 基带同轴电缆基带同轴电缆 50 宽带同轴电缆宽带同轴电缆 75 光导纤维（光导纤维（fiber optic cable）微波微波蜂窝传输蜂窝传输红外线传输红外线传输第61页，共115页，编辑于2022年，星期二图3.3网络传输媒体第62页，共115页，编辑于2022年，星期二第63页，共115页，编辑于2022年，星期二3、网络的拓扑结构（、网络的拓扑结构（topologies）定义：定义：表示网络中的结点与通信线路之间的几何关系，反映网络中各实表示网络中的结点与通信线路之间的几何关系，反映网络中各实体间的结构关系。体间的结构关系。含义一：研究网络上各个点的物理布局的含义一：研究网络上各个点的物理布局的含义二：描述网络如何构造或配置的逻辑模型含义二：描述网络如何构造或配置的逻辑模型含义三：局域网中不同结点的连接方式含义三：局域网中不同结点的连接方式分类：分类：星型星型 环型环型 总线型总线型 混合型混合型第64页，共115页，编辑于2022年，星期二星形拓扑（路由选择、存储转发、主从、集中监控）星形拓扑（路由选择、存储转发、主从、集中监控）结构简单、延迟小、易于扩充结构简单、延迟小、易于扩充可靠性差、线路使用效率不高可靠性差、线路使用效率不高交换机交换机第65页，共115页，编辑于2022年，星期二环形拓扑（首尾相连、地位均等、定向流动）环形拓扑（首尾相连、地位均等、定向流动）管理简单，通信线路节省管理简单，通信线路节省可靠性差，节点多则造成效率低，延迟大可靠性差，节点多则造成效率低，延迟大小型局域网小型局域网第66页，共115页，编辑于2022年，星期二总线拓扑（广播式发送、网络管理负担轻）总线拓扑（广播式发送、网络管理负担轻）节点增删方便，便于调整扩充，线路少，布线容易，可靠性高，相应快，节点增删方便，便于调整扩充，线路少，布线容易，可靠性高，相应快，共享能力强共享能力强故障排除困难故障排除困难第67页，共115页，编辑于2022年，星期二混合型适应性强，能满足特殊要求光纤/同轴电缆第68页，共115页，编辑于2022年，星期二程序开发语言计算机发展的趋势计算机网络（定义、结构、类型、功能）数据通讯网络拓扑结构网络体系结构与协议网络体系结构与协议第69页，共115页，编辑于2022年，星期二社会上存在的邮政系统社会上存在的邮政系统二、计算机网络体系结构二、计算机网络体系结构第70页，共115页，编辑于2022年，星期二计算机网络的种类很多，分类方法也多种多样。按拓扑结构：集中式、发散式、分布式使用对象：公用网和专用网网络交换：电路交换、报文交换、分组交换、混合交换通信方式：点对点、广播网络使用目的：共享网、处理网、传输网企业和公司的管理范围：内联网、外联网、互联网按网络的覆盖的地理范围：局域网、广域网、城域网第71页，共115页，编辑于2022年，星期二局域网的组成传输介质网络连接设备网卡（网络适配器）网卡（网络适配器）集线器集线器(HUB)(HUB)：接收信号再整形放大，以扩大传输距离，同时把所有节点集中接收信号再整形放大，以扩大传输距离，同时把所有节点集中调制解调器调制解调器(Modem)(Modem)：使数字数据能在模拟信号传输线上传输的转换接口使数字数据能在模拟信号传输线上传输的转换接口 中继器中继器(Repeater)(Repeater)：通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的举例通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的举例 网桥网桥(Bridge)(Bridge)：网桥是一种对帧进行转发的技术，根据网桥是一种对帧进行转发的技术，根据MACMAC分区块，可隔离碰撞分区块，可隔离碰撞 。交换器（交换器（Switcher)Switcher)：每个每个portport都享有一个专属的频宽：所能传输的资料量较大都享有一个专属的频宽：所能传输的资料量较大 路由器路由器(Router)(Router)：根据信道情况自动选择设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号根据信道情况自动选择设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号网络服务器 共享资源的存取与访问 通信处理、快速访问、安全容错用户工作站：网络通信，数据处理网络软件：网络协议软件、通信软件、网络操作系统第72页，共115页，编辑于2022年，星期二5、计算机广域网WAN（Wide Area Network）连接地理位置较远的计算机连接分散于各地的局域网广域网络技术有：数字程控交换机分组公共交换数据网综合业务数字网ISDN第73页，共115页，编辑于2022年，星期二问题:异质环境中任意两台计算机之间如何通信?二、计算机网络体系结构二、计算机网络体系结构问题:异质环境中任意两人如何通过邮政信件通信?第74页，共115页，编辑于2022年，星期二社会上存在的邮政系统社会上存在的邮政系统二、计算机网络体系结构二、计算机网络体系结构 在发信地在发信地-历经了发送用户历经了发送用户发信地邮局发信地邮局发信地运输部门的过程；发信地运输部门的过程；在收信地在收信地-历经了从收信地运输部门历经了从收信地运输部门收信地邮局收信地邮局接收用户的过程（顺序相反）。接收用户的过程（顺序相反）。第75页，共115页，编辑于2022年，星期二理解协议的分层n理解“分而治之分而治之”的思想A，B两人借助邮局进行邮件通信，可以从三个层次来实现该任务。信件内容货物地址邮政局邮件地址运输系统发信人收信人邮政局运输系统信件内容邮件地址货物地址对信件内容的共识对信件如何传递的共识对货物如何运输的共识 P3 P2 P1公路、铁路、航空第76页，共115页，编辑于2022年，星期二理解协议的分层在信件的传递过程中，共涉及三个层次：用户、邮局和传输部门。每一层都完成自己的任务，同时高层使用低层的服务。A使用邮局的邮递服务，邮局使用铁路部门的运输服务，最终信到了B手中。要解决网络通信中诸多复杂问题，需要制定一系列的网络协议。这些协议也是采用分层的结构，每层协议实现特定功能，同时也需要依靠低层协议所提供的服务。第77页，共115页，编辑于2022年，星期二p协议（协议（protocolprotocol）我们每做一件事都必须遵循一种事先规定好的规则与约定我们每做一件事都必须遵循一种事先规定好的规则与约定p接口（接口（interfaceinterface）接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点,低层向高层通过接口提低层向高层通过接口提 供服务。供服务。p层次（层次（layerlayer）层次是人们对复杂问题处理的基本方法层次是人们对复杂问题处理的基本方法,它解决的方法是：它解决的方法是：将总体要实现的很多功能分配在不同的层次中，每个层次要完成的服务及服务实现的过程都将总体要实现的很多功能分配在不同的层次中，每个层次要完成的服务及服务实现的过程都有明确规定；有明确规定；不同地区的系统分成相同的层次；不同地区的系统分成相同的层次；不同系统的同等层具有相同的功能；不同系统的同等层具有相同的功能；高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法。p体系结构（体系结构（architecturearchitecture）我们将我们将网络网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构第78页，共115页，编辑于2022年，星期二二、计算机网络体系结构二、计算机网络体系结构国际标准化组织国际标准化组织ISO发布了网络互连的七层框架，即开放系统互连发布了网络互连的七层框架，即开放系统互连(OSI，Open System Interconnection)参考模型参考模型第79页，共115页，编辑于2022年，星期二 OSI环境中的数据传环境中的数据传输过程输过程数据从发送方的最高层一层一层地往下送至最低层，再通过物理信道将数据传送到对方的最下数据从发送方的最高层一层一层地往下送至最低层，再通过物理信道将数据传送到对方的最下层。在接收方顺序则相反层。在接收方顺序则相反,如图所示。如图所示。第80页，共115页，编辑于2022年，星期二OSI参考模型应用层：实现具体的应用。如网页浏览、文件传输、发送电子邮件。表示层：应用层交给表示层的数据可以是字符、数字或其他的形式，不同的计算机系统会使用不同的编码规则，这样同一个字符在两个计算机里会有两种表示方法。在通信时，需要按照双方商定的方式对字符进行编码，即对应用层的数据进行格式转换。表示层还承担对应用层数据的压缩、解压缩，加密，解密的任务。第81页，共115页，编辑于2022年，星期二OSI参考模型会话层：管理会话过程，包括会话的建立、维持和结束。网络里面的一次通话过程（例如一次远程登录，一次文件的传输）称为会话。会话层协议要约定的内容包括：如何开始会话；双方如何交互数据，是轮流发送数据还是同时发送数据；会话中断后如何恢复；会话如何结束等。第82页，共115页，编辑于2022年，星期二OSI参考模型运输层：为两个通信进程之间提供端到端的通信服务。这里的“端”指的是信息传输的两个端点，即正在通信的两个应用进程。在两个端点之间包括多个其它结点。运输层要为用户进程提供可靠的端的通信服务，比如负责检测数据是否丢失、出错并负责纠正这些错误。运输层还要负责流量控制的工作。第83页，共115页，编辑于2022年，星期二OSI参考模型网络层：为分组选路。发送方和接收方之间会间隔其他的网络，网络层的作用就是为分组找到一条合适的路径。网络层还要能够检测到拥塞并采取措施解决拥塞。拥塞：如果在通信中数据过多，造成分组交换机来不及处理而丢失数据的现象，称为拥塞。第84页，共115页，编辑于2022年，星期二OSI参考模型数据链路层：在相邻的结点间传输数据帧。相邻的结点指的是这两个点之间存在具体的物理链路。数据链路层也要解决数据丢失、出错和流量控制问题。物理层：是体系结构中的最底层，直接和物理链路打交道。它的任务是0，1比特流从物理链路的一端发送到另一端。具体有如何表示0，1比特；比特之间的间隔是多少；如何开始通信和终止通信；通信接口有多少个针以及每个针的用途的。第85页，共115页，编辑于2022年，星期二OSI环境中的数据传输过程第86页，共115页，编辑于2022年，星期二发送方逐层封装。发送方至上而下，每一层为了实现本层的功能都要附加相应的控制信息，再把这种协议数据交给它的下一层，称为数据封装。接收方逐层拆封。接收方在自下而上，每一层都要卸下在发送方对等层所加上的那些控制信息，称为数据拆封。第87页，共115页，编辑于2022年，星期二4、计算机局域网LAN（Local Area Network)小范围 终端 高速线路 三大应用覆盖范围比较小通信速率比较高适合于一个部门内部的数据管理成本低，便于安装和维护介质访问控制方式（“交通规则”）CSMA/CD方式带冲突检测的载波侦听多路访问(carrier sense multiple access with collision detection)令牌访问控制方式FDDI光纤