大學(xué)計算機基礎(chǔ)知識點總結(jié)+超全題庫

大學(xué)計算機基礎(chǔ)知識點總結(jié)+超全題庫

第一章計算機及信息技術(shù)概述（了解）

1、計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想

1、法國物理學(xué)家帕斯卡（1623—1662）：在1642年發(fā)明了第一

臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆來撥

動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。

2、德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機械式乘除法器。

基本原理繼承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠

連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。

3、英國數(shù)學(xué)家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了

“差分機”。它有3個齒輪式寄存器，可以保存3個5位數(shù)字，計算

精度可以達到6位小數(shù)。巴貝奇是現(xiàn)代計算機設(shè)計思想的奠基人。

英國科學(xué)家阿蘭？圖靈（理論計算機的奠基人）

圖靈機：這個在當(dāng)時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計

算機中“存儲程序”的基本思想。半個世紀以來，數(shù)學(xué)家們提出的各

種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。

美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮?諾依曼（計算機鼻祖）

計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、

輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；

應(yīng)采用二進制簡化機器的電路設(shè)計；

采用“存儲程序”技術(shù)，以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。

七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮?諾依曼計算機”。

2、電子計算機的發(fā)展歷程

1、1946年2月由賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的ENIAC是世界上

第一臺電子數(shù)字計算機?！闭Q生了一個電子的大腦“致命缺陷：沒有

存儲程序。

2、電子技術(shù)的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代：電子管、晶

體管、集成電路、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路

3、計算機的類型

按計算機用途分類：通用計算機和專用計算機

按計算機規(guī)模分類：巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站、

服務(wù)器、嵌入式計算機

按計算機處理的數(shù)據(jù)分類：數(shù)字計算機、模擬計算機、數(shù)字模擬

混合計算機

1.1.4計算機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域

計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)

值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。（含義）

1、運算速度快

2、計算精度高

3、存儲容量大

4、具有邏輯判斷能力

5、按照程序自動運行

應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、過程與實時控制、人工智能、

計算機輔助設(shè)計與制造、遠程通訊與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體與虛擬現(xiàn)實

1.1.5計算機發(fā)展趨勢：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化

1、光計算機2、生物計算機3、量子計算機

1.2計算機系統(tǒng)構(gòu)成

?一個完整的計算機系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成

?硬件系統(tǒng)是指能夠收集、加工、處理數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)所需

的設(shè)備實體，是看得見、摸得著的部件總和。

?軟件系統(tǒng)是指為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬

件系統(tǒng)，以及解決各類應(yīng)用問題而設(shè)計的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它

們在計算機中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進制狀態(tài)，存儲在內(nèi)存、磁盤、

閃存盤、光盤等硬件設(shè)備上。

1.3.1信息技術(shù)概念

信息是一種知識，是接受者事先不知道不了解的知識。

數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等都是不同

形式的數(shù)據(jù)。4次信息革命：文字、造紙和印刷術(shù)、電報電話廣

播電視、計算機與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代信息技術(shù)：計算機技術(shù)+微電子技術(shù)+

通信技術(shù)

1.3.1信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)與人才

信息產(chǎn)業(yè)是信息社會的支柱，主要包括：計算機硬件制造業(yè)、計

算機軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國民經(jīng)濟中傳統(tǒng)行業(yè)的信息化

信息產(chǎn)業(yè)屬資本密集型、知識密集型、人才密集型的產(chǎn)業(yè)。

信息技術(shù)教育包括：

對信息科學(xué)的理解

?對信息應(yīng)用的實踐能力

?對信息社會的認識和態(tài)度

第二章計算機信息基礎(chǔ)

2.1.1數(shù)制的概念

位權(quán)：在數(shù)制中，各位數(shù)字所表示值的大小不僅與該數(shù)字本身的

大小有關(guān)，還與該數(shù)字所在的位置有關(guān)，我們稱這關(guān)系為數(shù)的位權(quán)。

位權(quán)：一個與數(shù)字位置有關(guān)的常數(shù)，位權(quán)=Rn

2.1.3二進制和其它進制的轉(zhuǎn)換

十進制轉(zhuǎn)二進制：整數(shù)部分除以2取余，直至商為0；小數(shù)部分

乘以2取整，直至小數(shù)部分為0或達到所需精度為止。

十進制轉(zhuǎn)八進制：方法同上。整數(shù)部分除以8,小數(shù)部分乘以8。

十進制轉(zhuǎn)十六進制：方法同上。整數(shù)部分除以16,小數(shù)部分乘

以16o

2.2計算機中的數(shù)據(jù)單位

位(bit)：計算機存儲數(shù)據(jù)的最小單元(0、1)

字節(jié)(Byte)：處理數(shù)據(jù)的基本單位(8bit/Byte)

常用的字節(jié)計數(shù)單位：

1KB=1O24Byte(210B)1MB=1024

KB(220B)1GB=1O24

MB(230B)1TB=1O24GB(240B)

字長：CPU一次處理數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)。

2.3信息表示與編碼

所謂編碼，就是利用數(shù)字串來標(biāo)識所處理對象的不同個體。

2.3.1整數(shù)的表示

在數(shù)學(xué)中，數(shù)值是用“+”和“一”表示正數(shù)和負數(shù)的，而在計

算機中只有0和1,所以正負號也用0和1表示，即數(shù)值符號數(shù)字化。

補碼的概念是怎么來的？

“模”是指一個系統(tǒng)所能表示的數(shù)據(jù)個數(shù)。按模運算是指運算結(jié)

果超過模時，模(或模的整數(shù)倍)將溢出而只剩下余數(shù)。

假設(shè)M為模，若數(shù)a,b滿足a+b=M,則稱a,b互為補

數(shù)。在有模運算中，減去一個數(shù)等于加上這個數(shù)對模的

補數(shù)。

2.3.2實數(shù)的表示定點數(shù):小數(shù)點位置固定的數(shù)稱為定點數(shù)。

浮點數(shù)：小數(shù)點位置不固定的數(shù)稱為浮點數(shù)

與漢字有關(guān)的編碼：

(1)、輸入碼

(2)國標(biāo)碼和區(qū)位碼：每個漢字占兩個字節(jié)的編碼，且每個字節(jié)

最高位均為0。所有漢字分94個區(qū)，每個區(qū)94個漢字。由此構(gòu)成區(qū)

位碼。而區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼各加32就得到國標(biāo)碼。

(3)機內(nèi)碼

(4)字型碼：漢字存儲在計算機內(nèi)采用機內(nèi)碼，但輸出時必須

轉(zhuǎn)換成字形碼，再根據(jù)字形碼輸出漢字。字形碼又稱漢字字模，用于

在顯示器或打印機上輸出各種文字和符號。點陣漢字：每一個漢字以

點陣形式存儲，有點的地方為“1”，空白的地方為“0”。有16X

16、24X24、48X48點陣等。點陣越大，字形分辨率越好，字形也

越美觀，但漢字存儲的字節(jié)數(shù)就多，字庫也就越龐大。

2.3.6多媒體信息的數(shù)字化

數(shù)字化就是對模擬世界的一種量化，表示信息的最小單位是位

(bit)——“0”或“1"o多媒體信息在計算機中也要轉(zhuǎn)換為0和1,

因此也需要進行編碼。

第三章計算機硬件體系結(jié)構(gòu)

3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成

一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。

硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分

組成。其中：中央處理器(簡稱CPU)二運算器+控制

器

主機=中央處理器+主存儲器

軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，計算機軟件包括計算機本身運行所需

要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用軟件。

3.1.2馮?諾依曼型計算機的結(jié)構(gòu)

馮?諾依曼型計算機是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲器中，在

執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中，然后使計算機在工作時自

動地從內(nèi)存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲程序概念的基本原

理。

馮?諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的主要特點是:

(1)采用二進制形式表示程序和數(shù)據(jù)。

(2)計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出

設(shè)備五大部分組

(3)程序和數(shù)據(jù)以二進制形式存放在存儲器中。

(4)控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令(程序)工作。

3.1.3微型計算機的誕生與發(fā)展

微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電

路計算機。微機的核心部件是CPU

3.2微型計算機主機結(jié)構(gòu)

微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機構(gòu)成。在主機箱內(nèi)有CPU、

主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、電源等。

3.2.1中央處理器CPU

CPU：運算器部件、寄存器部件和控制器部件。

CPU從存儲器取出指令，放入CPU內(nèi)部的指令寄存器，并對指令

譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)

行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。

CPU的主要性能指標(biāo)：

(1)主頻/外頻(主頻二外頻X倍頻，即CPU工作頻率)

(2)數(shù)據(jù)總線寬度(即字長，指CPU傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù))

(3)地址總線寬度(決定了CPU可訪問的地址空間)

(4)工作電壓(低電壓可減少CPU過熱，降低功耗)

(5)高速緩存Cache(加速CPU與其它設(shè)備間數(shù)據(jù)交換)

(6)運算速度(CPU每秒能處理的指令數(shù))

1.運算器

運算器是完成算術(shù)和邏輯運算的部件，又稱算術(shù)和邏輯運算單

元。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的。運算器的核心

部件是：

(1)運算邏輯部件

(2)寄存器部件

2.控制器

控制器負責(zé)從存儲器中取出指令，并對指令進行譯碼，并根據(jù)指

令譯碼的結(jié)果，按指令先后順序，負責(zé)向其它各部件發(fā)出控制信號,

保證各部件協(xié)調(diào)一致地完成各種操作。

控制器主要由以下部件組成：

①程序計數(shù)器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內(nèi)存中的地

址；②指令寄存器。保存現(xiàn)在正在執(zhí)行的指令；

③指令譯碼器。用來識別指令的功能，分析指令的操作要求；

④時序部件。產(chǎn)生計算機工作中所需的各種定時控制信號，對

各種微操作控制信號進行定時控制。以協(xié)調(diào)各部件的工作順序；

⑤微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解為一系列不可再

分的微操作命令信號，即微命令，以指揮整個計算機有條不紊地工作。

3.2.2高級CPU技術(shù)

1、超線程技術(shù)

2、雙核心CPU技術(shù)：由于組建雙CPU系統(tǒng)的高成本和復(fù)雜性,

桌面電腦上并未得到普及。用“雙核”技術(shù)，就是在單個CPU中真正

集成兩個物理運行核心，因此在實際使用中，這種“雙核心處理器”

和使用兩個獨立CPU組基的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒有區(qū)別。

目前，CPU已從雙核向4核、8核和多核方向發(fā)

3.2.3主板

主板是電腦中各種設(shè)備的連接載體。它提供CPU、各種接口卡、

內(nèi)存條和硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)的插槽，其它的外部設(shè)備也會通過主板上

的I/O接口連接到計算機上。早期的PC機主板是將快速的CPU、中

速的內(nèi)存、慢速的外設(shè)都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性能得不

到優(yōu)化。

3.2.4內(nèi)存儲器

內(nèi)存儲器(簡稱內(nèi)存)，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存儲

器和隨機讀寫存儲器。

1.只讀存儲器ROM

?特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或存入，斷電后

信息不會丟失，可靠性高。

?ROM分類

(1)掩膜式ROM(MaskROM)

(2)可編程PROM(ProgrammableROM)

(3)可擦除EPROM(ErasablePROM)

(4)電可擦EEPROM(ElectricallyEPROM)

(5)快擦寫ROM(FlashROM)

2.隨機存儲器RAM

特點：用于存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果。開機前是空的,

斷電后數(shù)據(jù)消失。

RAM分類：

(1)SRAM：靜態(tài)RAM。不需要充電來保持數(shù)據(jù)完整性，成本高且

集成低，一般做高速緩沖存儲器。

(2)DRAM：動態(tài)RAM。需要定時充電來保持數(shù)據(jù)的完整性，通常

所說的“內(nèi)存”主要由它構(gòu)成。一般指以下兩種類型：

①SDRAM-—同步動態(tài)存儲器

②DDR雙倍速率內(nèi)存

(DDR2——四倍速率內(nèi)存\DDR3)

3.Cache(高速緩存)

Cache是一種高速緩沖存儲器，是為了解決CPU與主存之間速度

不匹配而采用的一種重要技術(shù)。其中片內(nèi)Cache是集成在CPU芯片中,

片外Cache是安插在主板上。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要快

一個數(shù)量級，大體與CPU的處理速度相當(dāng)。

4.多級緩存

最早的CPU緩存容量很低。當(dāng)集成在CPU內(nèi)核中的緩存已不能滿

足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量

時，出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊主板上的緩存，此時把CPU內(nèi)核集成

的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。

現(xiàn)在多數(shù)CPU內(nèi)部也有二級緩存，于是二級緩存又可分為內(nèi)部二

級緩存和外部二級緩存。較高端的CPU中還會帶有三級緩存。

6.存儲器的層次結(jié)構(gòu)

既要速度快，又要求容量大，同時價格又要求合理，在目前技術(shù)

條件下這三項指標(biāo)很難用單一種類的存儲器來實現(xiàn)。折衷的方法是采

用層次結(jié)構(gòu)。

3.3外部存儲器

外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)需

要執(zhí)行或處理這些程序和數(shù)據(jù)時,必須將其先調(diào)入到內(nèi)存中然后再被

CPU處理，所以外存實際上屬于輸入/輸出設(shè)備。

目前微機常用的外存儲器主要有軟盤、硬盤、光盤、U盤等。

3.3.2硬盤

硬盤是微機最重要的外部存儲器，常用于安裝微機運行所需的系

統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，以及存儲大量數(shù)據(jù)。

(1)硬盤存儲格式

硬盤是由多個涂有磁性物質(zhì)的金屬圓盤盤片組成，盤片的每一面

都有一個讀寫磁頭，在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道

和扇區(qū)，對于大容量的硬盤還將多個扇區(qū)組織起來成為一個塊——

“簇”，簇成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個扇區(qū)，有的有好

幾個扇區(qū)，可以在格式化的參數(shù)中給定。

(2)硬盤性能指標(biāo)

①硬盤的容量?，F(xiàn)在微機上所配置的硬盤一般在200GB以

±o②硬盤的轉(zhuǎn)速。硬盤的轉(zhuǎn)速越快，硬盤尋找文

件的速度也就越快?，F(xiàn)在的主流硬盤轉(zhuǎn)速一般為7200rpm以上。

③緩存。硬盤自帶的緩存，緩存越多，越能提高硬盤的訪問速

度。

(3)硬盤接口

硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE接口硬盤

多用于家用產(chǎn)品中，SATA是種新生的硬盤接口類型。

(4)硬盤格式化

①硬盤低級格式化。主要是對一個新硬盤劃分磁道和扇

區(qū)。②硬盤分區(qū)。把硬盤劃分為成若干個相對獨立的

邏輯分區(qū)。

③硬盤高級格式化。高級格式化主要是對指定的硬盤分區(qū)進行

初始化，建立文件分配表以便系統(tǒng)按指定格式存儲文件。。

3.3.3光盤存儲器

光盤簡稱CD(CompactDisc)是利用塑料盤片表面凹凸不平的特

征，通過光的反射來記錄和識別二進制的0、1信息。

光盤的分類：

1.只讀型光盤

只讀光盤中的數(shù)據(jù)是在制作時寫入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，而不能

寫入或修改光盤中的數(shù)據(jù)。音頻光盤CD-DA、數(shù)據(jù)光盤CD-ROM.VCD、

DVD等都屬于只讀光盤。

2.一次寫入光盤

這種光盤允許一次寫入數(shù)據(jù)，但不能修改和擦除數(shù)據(jù)，如CD-Ro

3.可擦寫光盤

這種光盤可多次寫入或修改數(shù)據(jù)，如CD-RW。

從光盤中讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備我們稱之為光驅(qū)。光驅(qū)把經(jīng)過聚焦后的

激光投射到光盤上，利用光盤的凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強度不

同而將其表示為不同的電信號。

光驅(qū)倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率（150KB/S為單倍，以此類推）。

CD-ROM光盤驅(qū)動器能讀除DVD以外的所有光盤。而DVD光盤要用DVD

驅(qū)動器才能讀，DVD驅(qū)動器兼容CD-ROM所能讀的光盤。

DVD光盤

DVD盤片的物理規(guī)格與CD盤片是一樣的，CD盤只使用一個面記

錄一層的信息，而DVD盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及

雙面雙層4種結(jié)構(gòu)。

DVD按用途可分為以下幾類：

應(yīng)用最廣的是DVD-Video格式，用于存儲影音信息。此外還有

DVD-ROM（只讀DVD）、DVD-Audio（音頻DVD）、DVD土R（可寫DVD）、

DVD-RAM或DVD土RW（可擦寫DVD）。

另外，還有藍光高清DVD光盤。

光盤刻錄機

是指可讀寫的光盤驅(qū)動器。包括CD和DVD兩種刻錄機。

①CD刻錄機既有CD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠向刻錄CD光盤。

其傳輸速率一般標(biāo)注為A/B/C的形式（如20/10/40）,其中A表示

寫CD-R盤的倍速，B表示寫CD-RW盤的倍速，C表示讀盤的倍速。

②DVD刻錄機既具有DVD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠刻錄DVD光

盤和CD光盤。

3.3.4USB盤

通過USB接口與電腦連接，實現(xiàn)即插即用，具有小巧、可靠、易

于操作等特點。閃存盤中無任何機械式裝置，抗震性能強。U盤中的

存儲模塊其實就是Flash-ROMo

移動硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。

3.4.1輸入設(shè)備

(1)鍵盤

(2)鼠標(biāo)

(3)掃描儀

3.4.2輸出設(shè)備

(1)顯示器

(2)打印機

(1)顯示器

CRT顯示器在工作時，電子槍發(fā)出電子束轟擊熒光粉層上的某一

點，使該點發(fā)光，每個像素有紅、綠、藍三基色組成，通過對三基色

的強度的控制就能合成各種不同顏色。

液晶顯示器LCD的優(yōu)點在于：

①圖像穩(wěn)定。由于只有在畫面內(nèi)容發(fā)生變化時才需要刷新，因

此沒有閃爍感；

②液晶底板整體發(fā)光，真正的完全平面;

③LCD顯示器基本上沒有輻射；

④能耗低。約為CRT顯示器的三分之一。

(2)打印機

常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機等。

①針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶上的墨打印在紙

上形成文本或圖形。缺點是打印質(zhì)量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點是可

以打多聯(lián)紙，耗材相對較便宜。

②噴墨打印機特點。打印頭上有若干個噴頭，打印時，墨水以

每秒近

萬次的頻率噴射到紙上。與其它兩類打印機相比，在打印質(zhì)量、

速度、噪聲及成本方面處于中等層次。

③激光打印機特點。利用激光可以形成很細的光點，將碳粉固

著在紙上，加熱后碳粉固定在紙上，最后印出文字和圖片。優(yōu)點是打

印速度快、噪音低、質(zhì)量好，缺點是價格及打印成本較高。

對三種打印機的打印效果對比來說，激光最好，噴墨其次，而針

式相對較差。

3.4.3其他外部設(shè)備

(1)多媒體設(shè)備(第七章)

(2)調(diào)制解調(diào)器

3.5.1計算機指令系統(tǒng)

指令：是指計算機執(zhí)行特定操作的命令。是程序設(shè)計的最小語言

單位。

指令系統(tǒng)：是指一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。不同型

號的計算機有不同的指令系統(tǒng)。它反映了計算機的處理能力。

可分為以下四個步驟：

開始執(zhí)行程序時，先給程序計數(shù)器PC賦以第一條指令的首地址

OlOOHo①取指令按照計數(shù)器中的地址從內(nèi)存中取

出指令(070270H),并送往指令寄存器。然后計數(shù)器PC自動加1指向

下一指令地址。

②分析指令對指令寄存器中存放的指令(070270H)進行分析,

由譯碼器對操作碼(07H)進行譯碼，由地址碼(0270H)確定操作數(shù)地

址。

③執(zhí)行指令取出操作數(shù)，去完成該指令所要求的操作。例如做

加法指令，取內(nèi)存單元(0270H)的值和累加器的值相加，結(jié)果還是放

在累加器。④一條指令執(zhí)行完成，再回到①取指令階

段開始下一指令的執(zhí)行。

3.5.3計算機硬件系統(tǒng)的性能指標(biāo)

(1)CPU的主頻。主頻越高，單位時間內(nèi)完成的指令數(shù)也越多，

CPU工作的速度也就越快，

(2)字長。字長越長，計算機一次所能處理信息的位數(shù)就越多，

表現(xiàn)為計算機的運算速度越快。

(3)運算速度。它是一項綜合性的性能指標(biāo)。是指計算機每秒鐘

執(zhí)行的指令數(shù)，單位是MIPS,即每秒百萬條指令。

(4)內(nèi)存容量。內(nèi)存容量越大，一次讀入的程序、數(shù)據(jù)就越多,

計算機的運行速度也就越快。

(5)內(nèi)存存取速度。內(nèi)存連續(xù)啟動兩次獨立的“讀”或“寫”操

作所需的最短時間，稱為存取周期。

(6)I/O速度。I/O的速度是指CPU與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的

速度。目前系統(tǒng)性能的瓶頸越來越多地體現(xiàn)在I/O速度上。

第四章計算機操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是控制計算機所

有操作的軟件。

4.1.1操作系統(tǒng)的概念

操作系統(tǒng)：是管理計算機軟硬件資源的程序，同時它又是用戶與

計算機硬件的接口。

4.1.2操作系統(tǒng)的構(gòu)成

進程管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入/輸出系統(tǒng)管理、二級存

儲管理、聯(lián)網(wǎng)、保護系統(tǒng)、命令解釋程序

4.2.1操作系統(tǒng)的類別

經(jīng)過多年的發(fā)展，操作系統(tǒng)多種多樣。為提高大型計算機系統(tǒng)的

資源利用率，操作系統(tǒng)從批處理，多道程序發(fā)展為分時操作系統(tǒng)。為

了滿足計算機處理實時事件的需要，就有實時操作系統(tǒng)。為適應(yīng)個人

計算機系統(tǒng)的需要又出現(xiàn)了桌面操作系統(tǒng)。為適應(yīng)并行系統(tǒng)的需要,

就有了多處理器操作系統(tǒng)。為滿足網(wǎng)絡(luò)和分布計算的需要，就有了網(wǎng)

絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。此外，還有為支持嵌入式計算機的嵌

入式操作系統(tǒng)。

4.2.2計算環(huán)境

從計算機誕生至今，操作系統(tǒng)總是與具體的計算環(huán)境相聯(lián)系，它

總是在某種計算環(huán)境中設(shè)置和使用，就目前來看計算環(huán)境可分為以下

幾類：

1.傳統(tǒng)計算環(huán)境

指普通意義下的獨立或聯(lián)網(wǎng)工作的通用計算機所形成的計算環(huán)

境。

2.基于Web的計算環(huán)境

互聯(lián)網(wǎng)的普及使得計算被延伸到Web環(huán)境。

3.嵌入式計算環(huán)境

嵌入式計算機就是安裝在某些設(shè)備上的計算部件，其計算相對比

較簡單。

4.3.1進程的概念

什么是進程？它與程序有什么區(qū)別？

程序：用戶為完成某一個特定問題而編寫的操作步驟。

進程：可以簡單地被看作是正在執(zhí)行的程序。但是進程需要一定

的資源來完成它的任務(wù)（例如CPU時間、內(nèi)存、文件和I/O設(shè)備）。

進程與程序的區(qū)別在于進程是動態(tài)的、有生命力的，而程序是靜

態(tài)的。一個程序加載到內(nèi)存，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個進程，程序執(zhí)行結(jié)束后,

該進程也就消亡了。在計算機中，由于多個程序共享

系統(tǒng)資源，就必然引發(fā)對CPU的爭奪。如何有效地利用CPU資源，如

何在多個請求CPU的進程中選擇取舍，這就是進程管理要解決的問

題。

4.3.3進程控制塊PCB(略)

為了控制進程，操作系統(tǒng)就必須知道進程存儲在哪里，以及進程

的一些屬性。進程控制塊是進程實體的一部分，是操

作系統(tǒng)中記錄進程的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個新的進程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)

就會為該進程建立一個進程控制塊。操作系統(tǒng)根據(jù)進程控制塊對并發(fā)

進程進行控制。

4.3.4進程調(diào)度及隊列圖

計算機采用多道程序的目的是使得計算機系統(tǒng)無論何時都有進

程運行，單處理器的計算機在某一時刻CPU只能運行一個進程，如果

存在多個進程，其它進程就需要等待CPU空閑時才能被調(diào)度執(zhí)行。

當(dāng)一個進程處于等待或CPU時間片用完時，操作系統(tǒng)就會從該進

程中拿走CPU控制權(quán),然后再交給其它進程使用，這就是進程的調(diào)度。

4.3.5CPU調(diào)度及其準(zhǔn)則

在設(shè)計CPU調(diào)度程序時主要應(yīng)該考慮的準(zhǔn)則包括：

(1)CPU使用率。讓CPU盡可能地忙。

(2)吞吐量。讓CPU在一定時間內(nèi)完成的進程數(shù)盡可能多。

(3)周轉(zhuǎn)時間。讓進程從提交到運行完成的時間盡可能短。

(4)等待時間。讓進程在就緒隊列中等待所花時間之和盡可能

短。

(5)響應(yīng)時間。讓進程從提交請求到產(chǎn)生第一響應(yīng)之間的時間盡

可能短。主要的CPU調(diào)度算法

1、先到先服務(wù)

2、最短作業(yè)優(yōu)先

3、優(yōu)先權(quán)

4、輪轉(zhuǎn)

5、多級隊列

6、多級反饋隊列

4.3.7進程的同步與互斥

進程的同步就是指相互協(xié)作的進程不斷調(diào)整它們之間的相對速

度，以實現(xiàn)共同有序地推進。

換句話說，在操作系統(tǒng)中，允許多個進程并發(fā)運行。然而，有些

進程之間本身存在某種聯(lián)系，它們在系統(tǒng)中需要一種協(xié)作，以保證進

程能正確有序地執(zhí)行并維護數(shù)據(jù)的一致性。

在操作系統(tǒng)中，可能存在著多個進程。而系統(tǒng)中一些資源一次只

允許一個進程使用，這類資源被稱為臨界資源。在進程中訪問臨界資

源的那段程序稱為臨界區(qū)。當(dāng)一個進程進入臨界區(qū)執(zhí)行時，其它進程

就不允許進入臨界區(qū)執(zhí)行，否則就會導(dǎo)致錯誤結(jié)果。由此得出：多個

進程并發(fā)執(zhí)行時，只允許一個進程進入臨界區(qū)運行，這就是進程的互

斥。例如：多個進程在競爭使用打印機時表現(xiàn)為互斥。

一個文件可供多個進程共享，其中有一個進程在寫操作時，其它

進程則不允許同時寫或讀，表現(xiàn)為互斥。

4.3.8進程的死鎖及處理方法

在多道程序設(shè)計中，多個進程可能競爭一定數(shù)量的資源。一個進

程在申請資源時,如果所申請資源不足，該進程就必須處于等待狀態(tài)。

如果所申請的資源被其它進程占有，那么進程的等待狀態(tài)就可能無法

改變，從而形成進程之間相互一直等待的局面，這就是死鎖。競

爭資源引起死鎖

引起死鎖的四個必要條件：

?互斥：任一時刻只能有一個進程獨占某一資源，若另一進

程申請該資源則需延遲到該資源釋放為止。

?占有并等待：即該進程占有部分資源后還在等待其它資源,

而該資源被其它進程占有。

-非搶占：某進程已占用資源且不主動放棄它所占有的資源

時，其它進程不能強占該資源，只有等其完成任務(wù)并釋放資源。

-循環(huán)等待：在出現(xiàn)死鎖的系統(tǒng)中，一定存在這樣一個進程

鏈，其中每個進程至少占有其它進程所必需的資源，從而形成一個等

待鏈。

處理死鎖問題的三種方式：

?可使用協(xié)議預(yù)防和避免死鎖，確保系統(tǒng)從不會進入死鎖狀

態(tài)。?可允許系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，然后檢測出死鎖狀態(tài)，并加

以恢復(fù)。

?可忽略進程死鎖問題，并假裝系統(tǒng)中死鎖從來不會發(fā)生。

即沒有必要把精力花在小概率事件上。

處理死鎖優(yōu)先考慮的順序：先預(yù)防和避免再檢測和恢復(fù)

0內(nèi)存物理地址空間劃分為若干個大小相等的塊（頁框）

0進程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊（頁面）

0內(nèi)存分配時每個頁面對應(yīng)地分配一個頁框，而一個進程所分得

頁框在位置

上不必是連續(xù)的。

頁表：操作系統(tǒng)為每個用戶程序建立一張頁表，該表記錄用戶程

序的每個邏輯頁

面存放在哪一個內(nèi)存物理頁框。

4.5虛擬內(nèi)存方案

虛擬內(nèi)存是一個容量很大的存儲器的邏輯模型，它不是任何實際

的物理存儲

器，它一般是借助硬盤來擴大主存的容量。

虛擬內(nèi)存：對于一個進程來講，如果僅將當(dāng)前要運行的幾個頁面

裝入內(nèi)存便

可以開始運行，而其余頁面可暫時留在磁盤上，待需要時再調(diào)入

內(nèi)存，并且調(diào)入

時也不占用新的內(nèi)存空間，而是對原來運行過的頁面進行置換。

這樣，就可以在

計算機有限的內(nèi)存中同時駐留多個進程并運行。而對用戶來講感

覺到系統(tǒng)提供了

足夠大的物理內(nèi)存，而實際上并非真實的，這就是虛擬內(nèi)存。

4.5.2頁面請求與頁面置換算法

頁面請求:在虛擬內(nèi)存技術(shù)中，進程運行時并沒有將所有頁面裝

入到內(nèi)存，在運

行過程中進程會不斷地請求頁面，如果訪問的頁面已在內(nèi)存，就

繼續(xù)執(zhí)行下去；但如果要訪問的頁面尚未調(diào)入到內(nèi)存，便請求操作系

統(tǒng)將所缺頁面調(diào)入內(nèi)存，以

便進程能繼續(xù)運行下去。

頁面置換:如果請求頁面調(diào)入內(nèi)存時，分配給該進程的頁框已用

完，就無法立即裝入所請求頁面。此時，必須將進程中的某個頁面從

內(nèi)存的頁框調(diào)出

到磁盤上，再從磁盤上將所請求的頁面調(diào)入到內(nèi)存的該頁框中。

這個過程叫做頁

面置換。

4.6文件管理

文件管理是操作系統(tǒng)最常見的組成部分。文件管理主要提供目錄

及其文件的管

理。

4.6.1文件的概念

文件：保存在外部存儲設(shè)備上的相關(guān)信息的集合。

文件命名：文件主名+擴展名

文件存取屬性：

?只讀：只允許授權(quán)用戶進行讀操作。

?讀寫：只允許授權(quán)用戶進行讀和寫的操作。

?文檔：允許任何用戶進行讀寫操作。

?隱藏：不允許用戶直接看到文件名。

文件系統(tǒng)：是對文件進行操作和管理的軟件，是用戶與外存之間

的接口。這個系

統(tǒng)將所有文件組織成目錄結(jié)構(gòu)保存在外存，一個文件對應(yīng)其中的

一個目錄條。目

錄條記錄有文件名、文件位置等信息。

操作系統(tǒng)對文件的基本操作包括：

創(chuàng)建文件、文件寫、文件讀、文件重定位、文件刪除、文件截短。

對文件的其它操作包括：文件復(fù)制、重命名、更改屬性等。

4.6.2文件的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)

文件結(jié)構(gòu)分物理和邏輯結(jié)構(gòu)。其中物理結(jié)構(gòu)是文件在外存上的存

儲組織形

式，它與具體的存儲設(shè)備有關(guān)。文件邏輯結(jié)構(gòu)是指用戶能直接感

受到的文件組織

結(jié)構(gòu)，它與具體的存儲設(shè)備無關(guān)。

無結(jié)構(gòu)文件

文件的邏輯結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)文件流式文件順序文件索引

文件

索引順序文件

無結(jié)構(gòu)的流式文件：是一維的、連續(xù)的、無結(jié)構(gòu)的字符序列，可

以看成是由一條無結(jié)構(gòu)的記錄組成的文件。

有結(jié)構(gòu)的記錄式文件：是帶有結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)相同的記錄的集合。

順序文件：文件所包含的一系列記錄按照某種順序依次連續(xù)存

儲。

索引文件：由主文件和索引表構(gòu)成?？梢詫崿F(xiàn)快速訪問。

(1)按輸入記錄的先后次序建立數(shù)據(jù)區(qū)和索引表。

(2)待全部記錄輸入完畢后對索引表進行排序，排序后的索引表

和主文件一起就形成了索引文件。

索引順序文件：順序文件和索引文件特點的結(jié)合。順序文件是按

主關(guān)鍵字有序排列的，將順序文件的所有記錄分組，索引表中為每組

的首記錄建立一索引項，組與組之間按關(guān)鍵字大小有序排列，組內(nèi)記

錄順序查找。

4.6.3文件的訪問方式

L順序訪問方式

順序訪問方式主要適合于對順序文件的訪問。其訪問的位置是由

指針定位的。讀操作是讀取指針?biāo)甘疚恢玫膬?nèi)容，并自動將指針向

后移動，以指示下一次讀的位置。而對寫操作，所寫的內(nèi)容總是添加

到文件的尾部。

順序訪問方式是基于磁帶的模型，不僅適合順序存儲設(shè)備(如磁

盤),對直接存儲設(shè)備(如磁盤)也適合。

2.直接訪問方式

直接訪問也稱隨機訪問，它指的是允許跳躍式地隨意存取文件中

的任何記錄，而不需要任何順序限制。直接訪問是最為常見和高效的

文件訪問方式。直接訪問方式是基于磁盤的模型。

3.索引訪問方式

在進行文件訪問時，首先對索引文件按關(guān)鍵字進行檢索，查找到

指向數(shù)據(jù)記錄的指針，根據(jù)該指針實現(xiàn)對具體數(shù)據(jù)記錄的訪問。

4.6.4文件的目錄結(jié)構(gòu)

通常，一個磁盤至少應(yīng)包含一個分區(qū)，每個分區(qū)用來保存文件和

目錄結(jié)構(gòu)。文件目錄的組成：每個文件有一個文件控制塊FCB,它

是文件存在的標(biāo)志，存放了為管理文件所需的所有有關(guān)信息。把所有

的文件控制塊組織在一起，就構(gòu)成了文件目錄，每個文件控制塊就是

其中的一個目錄項。

文件的目錄系統(tǒng)可以組織成單層目錄結(jié)構(gòu)、雙層目錄結(jié)構(gòu)、樹型

目錄結(jié)構(gòu)、無環(huán)路目錄結(jié)構(gòu)和通用圖目錄結(jié)構(gòu)。

樹型目錄結(jié)構(gòu)是目前使用最為廣泛的一種目錄結(jié)構(gòu)。這種目錄結(jié)

構(gòu)在邏輯上的構(gòu)成是一棵樹，子目錄是樹枝，而文件是樹葉。一個用

戶所擁有的子目錄位置不需要統(tǒng)一，在一個子目錄下可以再創(chuàng)建子目

錄。

4.7輸入/輸出系統(tǒng)管理

每臺計算機都配備了許多外部設(shè)備，它們的性能和操作方式都不

一樣。操作系統(tǒng)對設(shè)備（即輸入/輸出系統(tǒng)）管理的主要目標(biāo)是：方便

用戶使用外部設(shè)備，提高CPU和設(shè)備的利用率。

4.7.1基本概念

L端口(port)：I/O設(shè)備與計算機通信的連接點被稱為端口。

2.控制器(controller)：用于操作端口、總線和設(shè)備的一組電子

器件，是設(shè)備與

總線的連接裝置。

4.7.2輸入/輸出控制方式

CPU通過端口對外設(shè)進行控制的方式有以下幾種：

(1)程序控制方式

早期計算機采用的方式。CPU向設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O指令啟

動設(shè)備進行

一個字節(jié)的輸入或輸出，然后CPU就等待I/O設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送,

直到一個字

節(jié)傳送完畢。接下來，CPU按以上方式處理下一個字節(jié)的輸入或

輸出。

CPU絕大部分時間都用于循環(huán)等待及測試I/O是否完成，造成CPU

資源的極

大浪費。CPU和外圍設(shè)備只能串行工作。

(2)中斷驅(qū)動方式

當(dāng)某進程要啟動某個I/O設(shè)備工作時，首先由CPU向相應(yīng)設(shè)備的

控制器發(fā)

出一條I/O命令，然后CPU立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)，設(shè)備

控制器則按照

命令的要求去控制L/0設(shè)備工作。這時，CPU與I/O設(shè)備并行工

作。

這種方式CPU的利用率較高。但這種方式的缺點是在一次數(shù)據(jù)傳

送過程中，發(fā)生中斷次數(shù)較多(每次只傳送一個字節(jié))，這將耗去大量

CPU處理時間。

(3)直接存儲器訪問方式

引入設(shè)備DMA控制器，在其控制下，以數(shù)據(jù)塊為單位，將數(shù)據(jù)從

設(shè)備直接

送入內(nèi)存或相反，當(dāng)一個或多個數(shù)據(jù)塊傳送完戰(zhàn)時才需要CPU

干預(yù)。該方式CPU

的利用率高。

(4)通道控制方式

通道控制方式是DMA的發(fā)展，它把對每一塊數(shù)據(jù)的讀寫變成對一

組數(shù)據(jù)塊

的讀寫，可以進一步減少CPU的干預(yù)。更大程度地提高了系統(tǒng)資

源的利用率。

4.7.3I/O緩沖管理

現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，I/O設(shè)備與CPU(實際指內(nèi)存)交換數(shù)據(jù)時，需

要使用緩沖技術(shù)。也就是為I/O設(shè)備設(shè)置緩沖區(qū)暫存數(shù)據(jù)，等到數(shù)據(jù)

積累到一定程度時，再做批量

處理。

引入緩沖：

(1)緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾；

(2)減少對CPU中斷頻率；

(3)提高CPU與I/O設(shè)備間的并行性。

4.7.4設(shè)備驅(qū)動程序

設(shè)備驅(qū)動程序與具體設(shè)備有關(guān)，用戶安裝好硬件后還要再安裝驅(qū)

動程序，計算機

才能識別和使用該設(shè)備。每個外部設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程

序，它也是硬件的

身份識別標(biāo)志，負責(zé)完成設(shè)備具體的各種動作(輸入/輸出操作)。

一旦為I/O設(shè)備安裝了驅(qū)動程序，那么應(yīng)用程序在使用I/O設(shè)備

時，就

不必關(guān)心設(shè)備的特性、I/O控制方式，這樣就實現(xiàn)了應(yīng)用程序與

設(shè)備的無關(guān)性。

4.8典型操作系統(tǒng)

4.8.1Unix

Unix是一個通用、交互式、分時多用戶并支持網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng),

是可以運行在

各種機型(從微機到巨型機在內(nèi))上的通用操作系統(tǒng)。主要適用于

網(wǎng)絡(luò)、大中小型

機。

缺點：軟件少，價格貴，難掌握。

4.8.2DOS

DOS是單用戶、單任務(wù)和字符界面的操作系統(tǒng)，主要為16位微

型計算

機而設(shè)計，DOS目前仍在一些微型計算機上運行，但屬于淘汰

產(chǎn)品。

4.8.3Windows

界面圖形化，操作便捷

采用多任務(wù)機制

支持網(wǎng)絡(luò)功能

出色的多媒體功能

硬件更容易使用

具有眾多應(yīng)用程序的支持

4.8.4Linux

Linux是一個免費、源代碼開放、自由傳播、類似于Unix的操

作系統(tǒng)。它既可以做各種服務(wù)器操作系統(tǒng)，也可以安裝在微機上，并

提供上網(wǎng)軟件、文字

處理軟件、繪圖軟件、動畫軟件等，它除了命令操作外還提供了

類似Windows

風(fēng)格的圖形界面，我國自行開發(fā)的有紅旗、藍點Linux、麒麟

Linux等。缺點是

兼容性差，應(yīng)用軟件安裝困難，操作性差，使用不習(xí)慣。

4.8.5MacOS

MacOS是一運行于軍果系列微型計算機上的操作系統(tǒng)。蘋果機

多用于

圖形領(lǐng)域，它往往代表了潮流和時尚，代表精美的工業(yè)設(shè)計，但

它不兼容Windows

軟件，所以叫好不叫座。

第七章多媒體技術(shù)

7.1多媒體計算機技術(shù)概述

7.1.1多媒體計算機的概念

從一般意義上講，在計算機或通訊領(lǐng)域，媒體是指信息的載體或

者信息的存儲實

體，信息載體包括數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像、視頻，信息

的存儲實體包括

磁盤、磁帶、光盤、U盤等。而就多媒體計算機而言，媒體則是

指信息載體。

根據(jù)國際電信聯(lián)盟的定義，媒體可分為5種：感覺媒體、表示

媒體、顯示媒體存儲媒體、傳輸媒體

多媒體：通常所指的多媒體就是文字、聲音、圖像、圖形、動畫、

視頻等各

種媒體在計算機統(tǒng)一管理下的有機結(jié)合。

多媒體計算機技術(shù)：計算機綜合處理多種媒體信息（文本、圖形、

圖像、音頻、視頻和動畫），使多種信息建立邏輯連接，集成為一個

系統(tǒng)且具有交互性。

7.1.2多媒體技術(shù)的發(fā)展歷史

1984年，Apple公司推出Machintosh圖形操作系統(tǒng)。

1985年，世界上第一臺多媒體計算機問世。

1986年，推出光盤系統(tǒng)。

1990年，多媒體個人計算機協(xié)會制定MPC1標(biāo)準(zhǔn)。

1995年，Windows95操作系統(tǒng)問世。

7.1.3多媒體技術(shù)的特點和關(guān)鍵技術(shù)

多媒體特點是：

(1)多樣性：多媒體不只處理一種媒體，而是綜合處理多種媒體,

包括圖文聲像信息。

(2)集成性：多媒體不是多種媒體簡單的收集，而是被有機地集

成為系統(tǒng)。

(3)交互性：多種媒體系統(tǒng)可以實現(xiàn)人機互動，用戶可以根據(jù)需

要來使用系統(tǒng)。關(guān)鍵技術(shù)，包括：

①音頻視頻信號的獲取技術(shù)

②多媒體數(shù)據(jù)的壓縮編碼和解碼技術(shù)

③音頻視頻數(shù)據(jù)的實時處理和特技

④音頻視頻數(shù)據(jù)的輸出技術(shù)

多媒體信息的主要元素

1.文本：包含字母、數(shù)字、漢字等基本元素。

2.圖形：又稱矢量圖。

3.圖像：又稱位圖或像素圖。

4.動畫：采用編程或動畫軟件創(chuàng)作的連續(xù)畫面。

5.音頻：指人耳能聽到的連續(xù)變化的音波。

6.視頻：動態(tài)的影視圖像。

7.1.5未來多媒體技術(shù)的發(fā)展

(1)多媒體技術(shù)智能化

把人工智能領(lǐng)域某些研究課題與多媒體計算機技術(shù)結(jié)合。

(2)多媒體信息實時處理和壓縮編碼算法芯片化

把多媒體信息實時處理和壓縮編碼算法直接放置到CPU芯片中，

從而大大改善多媒體計算機的性能指標(biāo)。

(3)虛擬現(xiàn)實技術(shù)

是指運用多種技術(shù)綜合形成一種模擬現(xiàn)實環(huán)境的人造環(huán)境，用戶

在該環(huán)境中通過五官和大腦的親自體驗并參與到該虛擬環(huán)境中，可以

與之交互。讓用戶感覺到如同置身于真實世界一樣，它是多媒體技術(shù)

的最高境界。

7.2.1多媒體計算機硬件系統(tǒng)

(1)基本硬件設(shè)備：

①光盤存儲器

光盤存儲器由光盤和光盤驅(qū)動器構(gòu)成。

②音頻卡

又名“聲卡”，主要用于處理聲音，是多媒體計算機的基本配置。

目前許多計算機的主板上都集成了聲卡的功能,聲卡不再以單獨形式

存在。

聲卡的作用主要有：

①A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換一一將作為模擬量的自然聲音轉(zhuǎn)化成數(shù)字化

的聲音，然后以文件形式保存在計算機中。

②D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換一一把數(shù)字化的聲音轉(zhuǎn)換成模擬量的自然聲

音并輸出到聲音還原設(shè)備（例如耳機、有源音箱、音箱放大器等）中。

③輸入、輸出功能一一利用聲卡的輸入/輸出端口可以將模擬信

號引入聲卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；也可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號送

到輸出端口驅(qū)動音響設(shè)備發(fā)出聲音。

聲卡的主要接口：

2.多媒體產(chǎn)品制作軟件，主要包括圖像、視頻、音頻的編輯制作。

3.多媒體平臺軟件，用于多媒體素材的組合。

4.工具軟件，用于加工和處理數(shù)據(jù)，如壓縮、加密等。

5,應(yīng)用軟件包括，Windows系統(tǒng)提供的多媒體軟件、動畫播放軟

件、聲音播放軟件、光盤刻錄軟件等。

7.3音頻信息的獲取和處理

7.3.1數(shù)字音頻基本概念

聲音是一種機械振動。模擬音頻技術(shù)把這種機械振動轉(zhuǎn)換成電信

號，并以模擬電壓的幅度表示聲音強弱。

模擬音頻信號:聲音波形在時間和幅度上都是連續(xù)的，一般用不

同的電壓表示。由于模擬音頻信號是連續(xù)的，所以不能由計算機直接

處理。

數(shù)字音頻信號:是把表示聲音強弱的模擬電壓用數(shù)字表示。

7.3.2音頻信息的數(shù)字化

數(shù)字音頻信號是由模擬聲音經(jīng)采樣、量化和編碼得來的。其信號

在時間和幅度上都用離散的數(shù)字序列表示。

(1)采樣一一時間上的離散

其過程是每隔一個時間間隔在模擬聲音的波形上取一個幅度值,

把時間上的連續(xù)信號變成時間上的離散信號。采樣頻率是指計算機每

秒鐘采集多少個聲音樣本。

奈奎斯特(Nyquist)采樣定理:采樣頻率2聲音信號最高頻率X

2

采樣頻率越高，單位時間所得到的振幅值就會越多，因而對于原

聲音曲線的模擬也就越精確。

主流聲卡的采樣頻率一般可分為22.05KHz、44.lKHz、48KHz三

個等級，22.05只能達到FM廣播的聲質(zhì)，44.1KHZ則是理論上的CD

音質(zhì)界限，48KHz則更加精確一些。

(2)量化一幅度上的離散

量化的過程是將采樣后的信號按整個聲波的幅度劃分成有限個

區(qū)段(量化間距)，然后把落入某個間距內(nèi)的值歸為一類，并賦予相

同的量化值。

失真在采樣過程中是不可避免的，從下面兩幅圖我們可以直觀地

看出，當(dāng)采用更高的采樣頻率、量化精度，就可以減少失真。但由此

得到的數(shù)字音頻信號數(shù)據(jù)量也就越大。

(3)編碼

由于經(jīng)采樣和量化后的音頻信號數(shù)據(jù)量很大，所以一般要先對數(shù)

字化的音頻信息進行壓縮和編碼后再在計算機內(nèi)傳輸和存儲。在播放

這些聲音時,還需要經(jīng)解碼器將二進制編碼恢復(fù)成原來的模擬聲音信

號播放。

7.3.3數(shù)字音頻文件格式

(1)WAV文件格式：來源于對聲音模擬波形采樣，量化、編碼。

這種文件最大的缺點是占用存儲空間大。適用領(lǐng)域：音頻原始素材保

存。該格式是通用音頻格式。

未壓縮的波形音頻文件WAV和CD音頻光盤的存儲容量計算如下:

存儲量二采樣頻率X采樣量化位數(shù)X聲道數(shù)X時間/8

舉例：采樣頻率為44.1KHZ,采樣數(shù)據(jù)量化位數(shù)(或稱采樣精度)

為16位、雙聲道，一張60分鐘的CD唱片所占存儲容量為：(44.1

X1000X16X2X3600)/8=635040000(B)心606(M)

(2)MP3文件格式：采用1:10?L20壓縮率制作的數(shù)字音頻文

件。必須經(jīng)過解壓縮才能播放，數(shù)據(jù)量小。

(3)RA文件格式：最早的因特網(wǎng)流媒體音頻，音質(zhì)相對較差。

特點是可在低的帶寬下在網(wǎng)上實時播放。

(4)WMA文件格式：因特網(wǎng)流媒體音頻，用于在互聯(lián)網(wǎng)上播放的

壓縮音頻文件。質(zhì)量優(yōu)于RA。

(5)MID文件格式：是一種通過電子樂器彈奏，數(shù)字化合成的音

頻文件，占用空間很小。

(6)APE文件格式：是一種音頻無損壓縮格式，可壓縮到傳統(tǒng)無

損格式WAV文件的一半;而在音質(zhì)上超越一般的MP3,達到和CD相

同的音質(zhì)。

(7)AIF文件格式：Apple計算機的音頻文件格式。

7.4圖像信息的獲取和處理

7.4.1圖像與圖形的區(qū)別

圖像由像素構(gòu)成，像素是組成圖像最基本的元素，每個圖像點用

若干個二進制位進行描述。圖像通常用于表現(xiàn)自然景觀、人物、動物、

植物等復(fù)雜的場景。圖形是由具有方向和長度的矢量

線段構(gòu)成。圖形使用坐標(biāo)、運算關(guān)系以及顏色數(shù)據(jù)進行描述，因此把

圖形叫做“矢量圖”。圖形的數(shù)據(jù)量小，常用于表現(xiàn)直線、曲線以及

由各種線段圍成的圖形，不適于描述色彩豐富、復(fù)雜的自然影像。

7.4.2顏色的基本概念

(1)顏色的基本描述

彩色可用亮度、色調(diào)和飽和度來描述，人眼看到任意彩色光都是

這三個特性的綜合效果。亮度是光作用于人眼時所引起的明亮程度的

感覺。色調(diào)是反映的是顏色的種類。飽和度是指顏色的純度，飽和度

越深顏色越鮮明。

自然界常見的各種彩色光都可以由紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏

色光按不同比例相配而成，這就是色彩學(xué)中最基本的原理一一三基色

原理。

把三種基色光按不同比例結(jié)合時便產(chǎn)生一個完整的光譜，包含所

有的色彩。通常稱之為相加混色。

(2)顏色空間表示

顏色通常用三個獨立的屬性來描述，三個獨立的變量綜合就構(gòu)成

了一個空間坐標(biāo)，這就是顏色空間。顏色空間可分為兩大類：基色顏

色空間(RGB、CMY等)和色、亮分離顏色空間(YUV、HSL等)。

①RGB色彩空間：由紅、綠、藍3種顏色光按不同比例相配而

成，主要用于計算機顯示。

②CMY色彩空間：三基色是青、品紅和黃，簡稱為CMY,適用于

彩色印刷或彩色打印。

③YUV和YIQ色彩空間：適用于彩色電視系統(tǒng)，其中Y表示亮

度信號，UV表示色差信號。美國、日本采用YIQ彩色系統(tǒng)，Y仍為亮

度信號，IQ表示色差信號。

④HSL色彩空間:H表示色調(diào)，S表示顏色的飽和度，L表示光的

亮度。

7.4.3圖像信息的數(shù)字化

一幅圖像在用計算機進行處理之前必須先轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式。圖像

數(shù)字化過程可分為采樣、量化和編碼。

(1)采樣：圖像采樣就是對圖像在水平方向和垂直方向上等間隔

地分割成矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個矩形網(wǎng)格稱為像素點。像素總數(shù)就是圖

像的分辨率。

(2)量化：是將采樣值劃分成各種等級，用一定位數(shù)的二進制數(shù)

來表示采樣的值。量化位數(shù)越大，則越能真實地反映原有圖像的顏色,

但得到的數(shù)字圖像容量也越大。

在量化時表示量化的色彩值(或灰度值)所需的二進制位數(shù)稱為

量化字長。一般可用8位、16位、24位或更高的量化字長來表示圖

像的顏色。

(3)編碼：圖像編碼是按一定的規(guī)則，將量化后的數(shù)據(jù)以二進制

形式存儲在文件中。

7.4.4圖像的屬性

(1)圖像分辨率

是指打印圖像時，在每英寸上打印的像素數(shù)。(圖像的像素大小

是指位圖在高、寬兩個方向的像素數(shù)相乘的結(jié)果。)

(2)顏色數(shù)量和深度

顏色深度是指在某一顏色系統(tǒng)中圖像的每個顏色所用的二進制

位數(shù)，而顏色數(shù)量是指該顏色系統(tǒng)中共有多少種顏色。

顏色深度小于24bit的圖像稱為索引彩色圖像，其像素顏色取自

一個顏色查找表中最接近的顏色，這種方法顯示的顏色不是圖像本身

真正的顏色，稱為偽彩色。當(dāng)某個圖像的顏色深度達

到或高于24bit時，其顏色數(shù)量已經(jīng)足夠多，且圖像的色彩和表現(xiàn)力

非常強，基本上還原了自然影像，習(xí)慣上把這種圖像叫做“真彩色圖

像”。

真彩色的每個像素的顏色由RGB基色分量的數(shù)值直接決定。每個

基色分量占一個字節(jié)，共有3個字節(jié)即24bit,可生成的顏色數(shù)為

224=16777216,即1600萬種顏色。

而32位真彩色是用其中的24位描述顏色部分，另外8位記錄

256級灰度，用以加強真彩色的質(zhì)量。

7.4.6圖像信息的獲取方法

(1)使用數(shù)碼相機拍照

利用數(shù)碼相機或者數(shù)碼攝像機直接拍攝自然影像，是最簡單的獲

取圖像的手段。

(2)使用掃描儀掃描

在掃描圖像時，應(yīng)根據(jù)圖像的使用場合，選擇合適的掃描分辨率。

分辨率越大，圖像的細節(jié)部分越清晰，但是圖像的數(shù)據(jù)量也會越大。

(3)使用現(xiàn)成圖像

可從正式出版的圖片庫光盤或互聯(lián)網(wǎng)上獲得。

7.5.1動畫的概念和發(fā)展歷史

動畫由多幅畫面組成，當(dāng)畫面快速連續(xù)地播放時，由于人類眼睛

存在“視覺滯留效應(yīng)”而產(chǎn)生動感。所謂“視覺滯留效應(yīng)”是指當(dāng)被

觀察的物體消失后，物體仍在大腦視覺神經(jīng)中停留的時間約為

l/24s。換句話說，如果每秒快速更換24個畫面或更多的畫面，那么,

前一個畫面在腦海中消失之前，下一個畫面已經(jīng)映入眼簾，大腦感受

的影像是連續(xù)的。

7.5.2電腦動畫

電腦動畫有兩大類，一類是幀動畫，另一類是矢量動畫。

幀動畫以幀作為動畫構(gòu)成的基本單位，很多幀組成一部動畫片。

幀動畫借鑒傳統(tǒng)動畫的概念，一幀對應(yīng)一個畫面，每幀的內(nèi)容不同。

當(dāng)連續(xù)演播時，形成動畫視覺效果。

矢量動畫是經(jīng)過電腦計算而生成的動畫，其畫面只有一幀，主要

表現(xiàn)變化的圖形、

線條、文字和圖案。矢量動畫通常采用編程或矢量動畫制作軟件

來完成。

7.5.3制作動畫的設(shè)備和軟件

制作動畫應(yīng)盡可能采用高速CPU,足夠大的內(nèi)存容量，以及大的

硬盤空間，制作三維動畫時最好配置較高檔的顯示卡。

常用的動畫制作軟件：

Flash網(wǎng)頁動畫軟件。

3DStudioMax三維造型和動畫軟件。

7.5.4視頻處理

視頻與動畫沒有本質(zhì)的區(qū)別。視頻來自于數(shù)碼攝像機拍攝和經(jīng)數(shù)

字化的模擬攝像資料等，常用于表現(xiàn)真實場景。動畫則是借助于編程

或動畫制作軟件生成一系列景物畫面。

常用的視頻編輯軟件：

Premiere視頻編輯軟件。

繪聲繪影一一視頻編輯軟件。

7.5.4動畫和視頻常見的文件格式

(1)GIF格式：有兩種類型，一種是固定畫面的圖像文件；另一

種是多畫面動畫文件，均采用256色。

(2)SWF格式：用Flash軟件制作的動畫文件格式。該格式的動

畫主要在網(wǎng)絡(luò)上演播，特點是數(shù)據(jù)量小，動畫流暢，但不能進行修改

和加工。

(3)AVI格式(標(biāo)準(zhǔn))：通用的視頻文件格式。兼容好、調(diào)用方便、

圖像質(zhì)量好，但缺點是文件體積過于龐大。

(4)DVAVI格式：數(shù)碼AVI格式。它不同于傳統(tǒng)AVI格式，數(shù)

碼攝像機就是使用這種格式記錄視頻數(shù)據(jù)的。

(5)DivX格式：采用DivX編碼的AVI格式。它可把DVD視頻壓

縮為原來的10%,質(zhì)量接近DVD視頻光盤的效果。經(jīng)壓縮后的視頻文

件擴展名也是.avi。

(6)MPEG格式：用MPEG算法壓縮得到的視頻文件。VCD是用

MPEGT格式壓縮的，DVD則是用MPEG-2格式壓縮的。

(7)RM格式：視頻流媒體技術(shù)始創(chuàng)者。圖像質(zhì)量較差。特別適

合帶寬較小的網(wǎng)絡(luò)用戶在網(wǎng)上實時觀看。

(8)RMVB格式：它是RM格式的升級。它的文件大小比DivX影

片減少了近45%,而視聽覺效果與其相當(dāng)。

(9)ASF格式:微軟開發(fā)的適合在網(wǎng)頁中插播的流格式視頻文件。

(10)WMV：也是微軟開發(fā)的一種可在網(wǎng)上實時播放流格式視頻文

件。效果好于ASF和RM格式的視頻文件。

7.6.1多媒體數(shù)據(jù)壓縮概述

嚴格意義上的數(shù)據(jù)壓縮起源于人們對概率的認識。當(dāng)我們對文字

信息進行壓縮編碼時，如果為出現(xiàn)概率較高的字母賦予較短的編碼,

為出現(xiàn)概率較低的字母賦予較長的編碼，總的編碼長度就能縮短不

少。

壓縮就是去掉信息中的冗余，即保留不確定的信息，去除確定的

信息(可推知的)。

(1)多媒體數(shù)據(jù)壓縮的必要性

圖像(30萬像素，真彩色)

(640X480X24)4-84-1024=900KB

視頻(PAL制式，每秒25幀)

(900X25)4-1024222MB/s

聲音(采樣頻率44.IKHz,16位量化，雙聲道)

(44.1X1000X16X2)+8+1024=172KB/s

(2)多媒體數(shù)據(jù)壓縮的可能性

多媒體數(shù)據(jù)可以被壓縮，是因為其中存在著冗余信息。

L空間冗余：圖像中的某個區(qū)域相鄰像素的顏色信息相同，則該

相鄰像素在數(shù)字化圖像中就表現(xiàn)為空間冗余。

2.時間冗余：在一個圖像序列的兩幅相鄰圖像中，后一幅圖像與

前一幅圖像之間有著較大的相關(guān)。

3.結(jié)構(gòu)冗余：有些圖像的紋理區(qū)，圖像的像素值存在著明顯的

分布模式。于是，已知分布模式，可以通過某一過程生成圖像。

4.知識冗余：有些圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識有相當(dāng)大的相關(guān)

性。例如，人臉的圖像有固定的結(jié)構(gòu)。

5.視覺冗余：是指人的視覺分辯率要低于實際圖像而產(chǎn)生的冗

余。

例如，人的視覺對灰度的分辯率為26,而一般圖像量化采用的

灰度等級為28。

7.6.2多媒體數(shù)據(jù)壓縮的主要方法

多媒體數(shù)據(jù)壓縮的主要方法可分為統(tǒng)計編碼、預(yù)測編碼、變換編

碼等。

7.6.3多媒體的主要壓縮標(biāo)準(zhǔn)

(1)JPEG標(biāo)準(zhǔn)：適合靜態(tài)彩色和灰度圖像。一般對單色和彩色

圖像的壓縮比通常分別為10:1和15：lo以JPEG方式壓縮的文件擴

展名為,JPG。JPEG2000：JPEG的

升級版，其壓縮率比JPEG高約30%左右。

(2)MPEG標(biāo)準(zhǔn)：針對運動圖像設(shè)計的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

MPEG-1是一個通用標(biāo)準(zhǔn)。VCD采用MPEG-1壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)適合HDTV高清電視的視頻及伴音信號壓縮，DVD采

也用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。

MPEG-4可利用很窄的帶寬壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求用最少數(shù)據(jù)獲

得最佳圖像質(zhì)量。它的目的是用來做互聯(lián)網(wǎng)視像傳送、交互式視頻游

戲，實時可視通信等。

MPEG-7主要用于多媒體信息檢索服務(wù)，本質(zhì)上說就是我們常常

在網(wǎng)上使用的搜索引擎，只不過它提供的是多媒體的信息查詢服務(wù)。

（3）H.261視聽通信編碼

H.261是國際電聯(lián)為可視電話和電視會議制定的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。其主

要缺點是圖像質(zhì)量較差。

第八章計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)主要有三種：電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)，其中

發(fā)展最快并起核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)（ComputerNetwork）。

7.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展

第1階段：網(wǎng)絡(luò)誕生階段

（一臺主機聯(lián)接多個終端）

第2階段：網(wǎng)絡(luò)形成階段

（用通信線路將若干臺主機互連，實現(xiàn)資源共享）

?第3階段：互聯(lián)互通階段

?（計算機網(wǎng)絡(luò)得到普及化的階段，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化）

第4階段：大