第3章 管理信息系统技术基础1学习目标 掌握计算机硬件组成及功能 熟悉网络拓扑结构及组成 了解多媒体音频视频常用技术 掌握计算机软件组成及分类 理解数据库的基本概念 掌握数据库设计的基本方法23.1计算机硬件技术一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两 部分组成。硬件是计算机的实体，又称为硬设备，是所有固定装 置的总称。它是计算机实现其功能的物质基础，其基本配置可分 为：主机、键盘、显示器、光驱、硬盘、打印机、鼠标等。软件 是指挥计算机运行的程序集，可以按功能将其分为系统软件和应 用软件，计算机系统的组成如图3-1所示。33.1.1计算机系统的基本组成图3-1计算机系统的组成43.1.2计算机硬件各部件的主要功能 硬件是组成计算机的各种物理设备，它包括计算机 的主机和外部设备。具体由五大功能部件组成，分别 是：1）运算器 2）控制器 3）存储器 4）输入设备 5）输出设备51.运算器运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit， ALU）。它是计算机对数据进行加工处理的部件，包 括算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、 或、非、异或、比较等）。它的核心部分是加法器。 因为四则运算的各种算法都可以归结为加法与移位操 作，所以加法器的设计是算术逻辑线路设计的关键。62.控制器控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制 器等组成。控制器产生各种控制信号，指挥整个计算机有条 不紊地工作。 人们通常把运算器和控制器看作一个整体称为中央处理器（ Central Processing Unit，CPU）CPU的功能主要有以下四 个方面： （1）指令控制-程序的顺序控制，称为指令控制。 （2）操作控制-CPU管理并产生由内部取出的每条指令的操作信号，把各 种 操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。 （3）时间控制-对各种操作实施时间上的控制，称为时间控制。 （4）数据加工-对数据进行算术运算和逻辑运算。计算机各部分之间的信息传递主要是通过总线（BUS）来 实现的，所谓总线就是指能为多个功能部件提供服务的一组 公用信息线。 73.存储器存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息 ，包括原始的输入数据。经过初步加工的中间数据以及最后处理 完成的有用信息都存放在存储器中。而且，指挥计算机运行的各 种程序，即规定对输入数据如何进行加工处理的一系列指令也都 存放在存储器中。一般对计算机存储系统划分为两级： 内存储器（主存储器），如半导体存储器，它的存取速度快，但 容量小； 外存储器（辅助存储器），如磁盘存储器，它的存储速度慢，但 容量很大。83.存储器计算机中的存储器是分层结构的，这种层次结构在 不同类型的计算机中有所不同，存储层次是在综合考 虑容量、速度、价格的基础上建立的存储组合，以便 满足系统对存储器在性能与经济两方面的要求。在大 型机中一般都配有多种存储器，构成多层的存储层次 ，称为存储体系。图3-2所示为一种典型的存储层次结 构。93.存储器图3-2存储体系的结构103.存储器存储器的性能主要包括以下几个方面：(1)存储容量: 在计算机中，将1个二进制位称为“位”（Bit），将8位二进制位称为“字节”（ Byte），而将计算机数据存储和传输的基本单位称为“字”（Word），将它所包 含的二进制数的位数称为“字长”。存放一个机器字的存储单元，通常称为字存 储单元，相应的单元地址叫字地址。而存放一个字节的存储单元，称为字节存储 单元，相应的地址称为字节地址。随着存储器不断扩大，人们采用了更大的存储 单位如，千字节KB（1024B）、兆字节MB（1024KB），千兆字节GB（1024MB）及兆 兆字节TB（1024GB）。 (2)存取时间与存储周期: 存取时间又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历 的时间。存储周期是指连续启动两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所 需间隔的最小时间。 (3)功耗及可靠性： 功耗是指每个存储单元所消耗的功率，单位为w/单元，也有用每块芯片总功率 来表示功耗的，单位为mw/芯片。可靠性则是指存储器对电子磁场的抗干扰性和对 温度变化的抗干扰性。 114.输入输出设备输入输出设备是实现人与计算机之间相互联系的部件。其主要 功能是实现人机对话、输入与输出以及各种形式的数据变换等。 输入设备 它是重要的人机接口，负责将输入的信息（包括数据和指令）转换成计算机能识 别的二进制代码，送入存储器保存。常见的输入设备有：键盘；指点类输入设备 如鼠标、光笔、触摸屏等；扫描类设备如条形码扫描仪、图形扫描仪等；传感类 设备如摄像机及其它传感器；语音类设备如话筒等。 输出设备将计算机中的二进制信息转换为用户所需要的数据形式并输出计算机处理结果的 设备。常用的输出设备有：显示器；打印机如点阵打印机、喷墨打印机、热敏打 印机、激光打印机等；影像输出系统如各类显示器；语音输出系统如耳机、音箱 等。 123.1.3存储程序控制系统“存储程序控制”的概念，是以美籍匈牙利数学家冯诺伊曼为 代表的科学家于1946年提出的设计电子数字计算机的一些基本 思想，主要包括：由运算器、控制器、存储器、输入装置和输出 装置五大基本部件组成计算机，该思想规定了这五个部分的基本 功能；采用二进制形式表示数据和指令；将程序和数据事先放在 存储器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指 令加以执行，即存储程序概念。133.1.3存储程序控制系统图3-3冯诺依曼体系计算机 143.1.4计算机网络硬件信息技术的发展，使得计算机和通信技术相互渗透 而且紧密结合。与之相应的是计算机网络的诞生。计 算机网络是指利用通信设备和线路将地理位置不同的 、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善 的软件实现网络中资源共享和信息传递的系统。 151网络的分类及拓扑结构 (1)网络分类 1)按网络所使用的传输技术分类： 广播式网络 点到点式网络 2)根据网络的覆盖范围与规模分类： 局域网LAN 城域网MAN 广域网WAN161网络的分类及拓扑结构(2)网络的拓扑结构1)总线型结构2)星型结构3)环型171网络的分类及拓扑结构总线型结构是局域网最主要的拓扑结构之一，其介质访问控制方法采用的是“共 享介质”方式。即各结点通过相应的网卡直接与公共总线连接。所有的节点都可以通 过总线发送或接收信息，但每次只能允许一个节点发送，接收则采用广播式，其他 节点允许收听。 图3-4总线型网络的拓扑结构181网络的分类及拓扑结构星型结构中心节点是主结点。它接收各分散结点的信息并转发给相应 节点，具有中继交换和数据处理功能。中心节点常采用交换机。 图3-5星型网络的拓扑结构191网络的分类及拓扑结构环型结构其物理结构为环型，环上有多个站点逐个与环相连，相邻站 之间是一种点对点链路。当环正常工作时，令牌作为一种特殊的控制帧 。沿物理环单向逐级传送，传送顺序与节点在环中排列顺序相同。某个 节点要发送数据帧必须等待令牌的到来，发送完后释放令牌，传给下一 节点。 图3-6环形网络的拓扑结构201网络的分类及拓扑结构拓扑结结构优优点缺点总线总线 型结构简单 ，易于扩 充 传输 距离有限 星型结构简单 ，组网容 易 中心节点负担太重 ，中心节点成为网 络瓶颈 环环型线路短，易于扩充 （或减少）节点 一个节点故障会引 起全网故障，诊断 较难 212网络硬件（1）网络服务器服务器（Server）是计算机网络中向其它计算机或 网络设备提供某种服务的计算机。按提供服务的不同 可以命名为不同服务器名称，如数据库服务器，邮寄 服务器，web服务器，打印服务器等。222网络硬件（2）客户机客户机是与服务器相对的一个概念。在网络中，客 户机是用来接受其它计算机提供的某种服务的用户计 算机。客户机与服务器的另外一个区别是两者安装的 系统软件或应用软件不同，如某台计算机用于服务器 时，需安装Unix或Windows Server等操作系统以及相 应的服务器软件，而普通客户机则只需要安装 Windows2000、Windows XP等不带服务器软件的系统等 。232网络硬件（3）传输介质网络中的通信传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤 等。图3-7同轴电缆结构图3-8双绞线介质图3-9 光纤结构242网络硬件（4）网络适配器网络适配器又称为网卡，是一块插入微机I/O槽或者集成于计算机主 板的硬件，如图3-10所示。其主要作用是将计算机数据转换为能够通过 介质传输的信号。网卡的主要任务是进行数据的封装和解封、链路管理 以及传输数据的编码和译码。图3-10 PCI总线网卡252网络硬件（5）中继器计算机网络中，信号在传输介质中传递时，由于介质的阻抗会 使信号愈来愈弱，以至于可能导致信号失真。因此，当网线等网 络介质长度超过一定限度后，若想继续传输下去，就必须将信号 整理放大，以恢复成原来的波形和强度。中继器就是连接网络线 路的一种装置，用于两个网络节点之间的物理信号的双向转发工 作，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制 、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。 262网络硬件（6）集线器集线器是中继器的一种形式，但集线器能提供多端口的服务。 集线器是以广播的形式传递网络信息的集线器的工作方式：工作 机理是广播，无论是从哪一个端口接收到什么信息包，都以广播 的形式将信息包发送给其其余的所有端口。集线器工作时共享带 宽式，其带宽由端口平均分配，如总带宽为10Mb/s的集线器， 连接4台工作站同时上网时，每台工作站平均带宽仅为 10/4=2.5Mb/s。 272网络硬件（7）网桥网桥时用于两个相似网络连接的设备，如图3-11所示。网桥 有在不同网段之间再生信号的功能，它能有效地连接两个局域网 ，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段。 网球通常用于连接数量不多且在同一类型的网段。网桥这种设备 看上去有点像中继器，它具有单个输入端口和输出端口。它与中 继器不同之处在于就在它能够解析所收发的数据。 282网络硬件图3-11网桥的连接292网络硬件（8）交换机 交换机又叫交换式集线器，它通过对信息进行重新生成，并经 过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用， 由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地 从源端口送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞。交换机每 一端口都有其专用的带宽，如对于10Mb/s的交换式集线器，每 个端口都有10Mb/s的带宽，这样改变了集线器只能同时有一对 端口工作。因此，交换机提高了网络的实际吞吐量。 302网络硬件（9）路由器 路由器是在网络层实现互连的设备。作为不同网络 之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互连网络Internet 的主体脉络。路由器的基本 功能是，把IP数据报文传送到正确的网络，包括数据 报的寻径和传送、维护路由表并与其它路由器交换路 由信息、IP 数据报的差错处理及简单的拥塞控制等。路由器与交换机虽然都是网络通信中常见的设备， 而且功能类似，但它们之间还是有明显的区别 。312网络硬件图3-12 用路由器连接两个不同类型的网络322网络硬件图3-13 用交换机连接的网络333.2多媒体技术3.2.1多媒体基本概念 3.2.2音频技术3.2.3数字图像技术 3.2.4MPEG技术343.2.1 多媒体基本概念 1.多媒体定义及特点多媒体定义：多媒体计算机技术（Multimedia Computing Technology，MCT） 是计算机综合处理多种媒体信息文本、图形、图像、音频和视频 ，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。 多媒体特点： 信息交流和传播的媒体 人-机交互式媒体 以数字的形式存储和传输352.多媒体与传统媒体的比较现在的模拟电视其特性是线性播放，即影视节目是从 头到尾