电气设备安装工（高级）——计算机与数字通信基础知识

电气设备安装基础

计算机与数字通信基础知识

一、计算机基础知识

一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两个部分。组成一台计算机的物理设备的总称叫做硬件系统，是计算机工作的基础。指挥计算机工作的

各种程序的集合称为软件系统，是控制和操作计算机工作的核心。

1.硬件系统

计算机硬件系统由主机、显示器、键盘、鼠标等组成，如图1-15所示。另外，计算机还可以外接打印机、扫描仪、数码相机等设备。

(1)主机计算机最主要的部分就是主机，主机内部有主板、CPU、内存、硬盘、光驱、显卡、声卡、电源等。

1)中央处理器(CPU):CPU用来直接处理计算机的大部分数据，它处理数据速度的快慢直接影响着整机性能的发挥。CPU有主频、倍频、外频三个重要参数，它们的关系是：主频=外频×倍频。主频是CPU内部的工作频率，外频是系统总线的工作频率，倍频是它们相差的倍数。CPU的运行速度通常用主频表示，以赫兹(Hz)作为计量单位。CPU的工作频率越高，速度就越快，性能就

越好，价格也就越高。目前的CPU最高工作频率已达到3000MHz以上。目前主流CPU有：英特尔酷睿I系列，I3—2100、I5—2300和17—2600k等；AMD速龙X4640和弈龙X4955等。图1-16所示为常见Intel的CPU外形。

2)内存与硬盘：内存和硬盘都是计算机用来存储数据的，它们的单位为字节(Bytes),常用B表示。计算机在处理数据时，它把大量有待处理和暂时不用的数据都存放在硬盘中，只是把需要立即处理的数据调到内存中，处理完毕后立即送回硬盘，再调出下一部分数据。计算机在实际工作时将一切要执行的程序和数据都要先装入内存。内存是内部存储器的简称，包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM),因为RAM是其中最主要的存储器，因此人们习惯将RAM直接称为内存。RAM分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种。目前微型计算机中的内存大都采用半导体存储器，基本上是采用内存条的形式，其优点是扩展方便。容量以“MB”为单位(1MB=1024KB=1024×1024B),常见的内存条有128MB、256MB的同步动态存储器(SDRAM)内存条，256MB或更大的双倍数据速率存储器(DDRAM)内存条。目前内存最大有1条8G,但对于个人计算机来说，有2G已足够用了。比RAM运算速度还要快的是在CPU与内存之间的高速缓冲存储器(Cache),它固化在主板上，容量相对较小。现在家用计算机品牌机的硬盘通常为320～500G,高档机硬盘可达2T(2000G)以上。硬盘容量要比内存大得多，现在以“GB”为单位已属常见(1GB=1024MB)。硬盘在使用时常将其容量分配给不同的逻辑驱动器，称为硬盘分区；硬盘分区有利于计算机管理繁杂的信息，而且当某一区出现故障时，不会影响其他区的正常操作。常用的C、D、E是硬盘逻辑驱动器的名称，操作系统一般放在C盘驱动器。内存和硬盘容量都是越大越好。图1-17所示为内存和硬盘。

3)驱动器：驱动器分为硬盘驱动器(简称为硬驱)、软盘驱动器(简称为软驱)和光盘驱动器(简称为光驱)。硬盘和硬驱是一体的，软驱和软盘、光驱和光盘是分开的。将软盘插人软盘驱动器时要注意方向，3.5in软盘在插入时应该使转轴面向下，金属片朝前，听到驱动器口下方的弹出按钮“喀哒”一声弹出，说明软盘插好了。取出时，应该先按一下弹出按钮，软盘会自动弹出一部分，接着将软盘抽出。值得注意的是，软盘驱动器的上方或下方有一个小小的指示灯，当指示灯亮时，说明计算机正在读或写这个驱动器内的软盘；硬盘驱动器同样有位于主机箱前面板上的指示灯，指示灯亮时，表明计算机正在读或写硬盘。驱动器指示灯亮时，不能取出相应驱动器内的软盘或关机，否则可能会对磁盘造成损坏。光盘驱动器是读取光盘信息的设备。驱动器的名字都是用单个的英文字母表示的，常用A和B来表示软盘驱动器，用C、D、E来表示硬盘驱动器，光盘驱动器一般用硬盘驱动器后面的字母来表示。

4)光盘：光盘是计算机中数据运输和存储的得力助手。光盘通常分为CD光盘和DVD光盘两大类。

CD光盘按功能和用途可分为CD-R和CD-RW两种，其中：CD-R光盘是只读光盘，数据一次性写入，容量在700MB以内；CD-RW光盘是可以重复擦写的VCD刻录光盘，容量也在700MB以内。

DVD光盘常见的有D5和D9两种。其中：D5是普通单面单层DVD光盘，容量可达4.7G;D7是单面双层DVD光盘，容量达8.5G。DVD也可按功能和用途分为DVD-R、DVD+R和DVD-RW三种。其中：DVD-R适合一次性刻录视频资料，DVD+R适合一次性刻录数据资料，DVD-RW是可以重复擦写的大容量刻录光盘。

5)电源(见图1-18):计算机内部所需电压不超过12V,而供电电压是220V。计算机电源相当于一个变压器，把220V电压转化为计算机内硬件设备所需的各组电压，如：12V、5V、3.3V。电源上有一束颜色不同并带接口的导线，它们用来与主板、软驱、光驱、硬盘、CPU、风扇等部件的电源接口相连，给它们供电。

6)主板：主板上有一排排的插槽，呈棕色和白色，长短不一，声卡、显卡、内存条等设备就是插在这些插槽里与主板联系起来的。除此之外，还有各种元器件和接口，它们将机箱内的各种设备连接起来。如果说CPU是计算机的心脏，那么，主板就是血管和神经。有了主板，计算机的CPU才能控制硬盘、软驱等周边设备。目前市场上有Socket370、Socket478和Socket603架构主板。不同架构主板的插槽有所不同，功能也存在着差异。主板由芯片组、各种插槽等接口电路构成。芯片组是主板的核心，是CPU与周边设备沟通的桥梁。芯片组技术的高低就决定着主板性能的好坏。现在主要的芯片组制造商有Intel、nV-dia、VIA和SiS公司。为了满足计算机灵活性和升级的需要，人们已不在主板上直接焊接CPU,而是装上了插座。Socket架构主板的CPU插座旁边有一个杠杆，把它拉起来，CPU的每一根插脚就可以轻松地插入插座的孔里，然后，将杠杆压回原来的位置，CPU就被牢牢地固定住，决不会脱离开。计算机的电源通过电源插头接到主板上，为主板上的各个硬件设备供电。电源还通过插头接到硬盘、光驱、软驱的电源插座上。为了扩展计算机的功能，常通过扩展槽来连接声卡、显卡等设备，并把它们的信号传给主板电路。扩展槽的接口有智能存储体系结构接口(ISA)、外围设备接口(PCI)、图形加速接口(AGP)三种。ISA已比较少见，PCI用途较广，AGP是3D图形的加速端口。PCI扩展槽为白色，AGP和ISA扩展槽一般为黑色。在主板上我们还会看到数据线，一般为塑封的扁平带子，带子的一侧标示了一条红线，带子中间有若干黑色或褐色的接口。数据线用来连接主板、硬盘、光驱、软驱等设备，传递数据。通过这些数据线，计算机内的各硬件才能建立联系，交流数据。在主板上还有I/O接口，接口主要有串行口、并行口、USB接口等。串行口常用COM1、COM2、PS/2表示；并行口用LPT1、LPT2表示。通常情况下，COM1或PS/2连接鼠标或键盘，COM2连接外置调制解调器。LPT1通常连接并行口打印机，所以又叫做“PRN”口。近年来广泛使用的是USB接口。在主板上还存在高速缓冲存储器(CacheMemory),高速缓冲存储器是为增加内存的存取效能、提高CPU处理数据的效率而产生的。

7)声卡：声卡是计算机内专用的声音处理芯片。声卡把计算机中反映声音的信息转化成电流信号，用音频放大器放大，使音箱的扬声器产生震颤，造成空气压力的变化，最终形成人耳所能听到的声音。声卡还负责将传声器的较低的电压信号采集到计算机内。声卡要插到扩展槽中与主板连为一体才能发挥作用。目前常用的声卡为PCI声卡，其输出有多个声道。生产声卡的著名厂家有创新、Aopen、SoundBlaster等公司。

8)显卡：把影像信息由二进制码转化为我们看得见的影像的计算机部件就是显示卡，简称显卡。图1-19所示为一块显卡。显卡的主要结构之一是显示内存，它与系统主存的功能是一样的，只不过负责的区域不同。显示内存用来暂存显卡芯片所处理的数据，而系统主存则用来暂存CPU所处理的数据。显卡最基本的三项指标是分辨率、色深和刷新频率。分辨率代表显卡在显示器屏幕上所能描绘的像素点的数量，一般以横向点×纵向点表示。如标准的VGA显卡最大分辨率为640×480像素。色深又称为颜色数，是指显卡在当前分辨率下能同屏显示的色彩数量，以多少色或多少bit色来表示。如256色(8bit色=2⁸)。刷新频率是指图像在显示器屏幕上更新的速度，单位是赫兹(Hz)。目前流行的显卡大部分都能在分辨率为800×600像素下达到85Hz的刷新频率。刷新频率越高，屏幕上图像的闪烁感越小，视觉效果越好。以上三项指标越高，要求的显示内存越大。当今著名的显卡品牌有ATI、NVIDIA等。

(2)显示器计算机显示器常见的有传统CRT显示器和液晶显示器两种，规格有14in、15in和17in等几种。传统CRT显示器体形巨大且笨重，功耗大，辐射大，维修困难，现已基本淘汰。液晶显示器轻便紧凑，色泽柔和，电磁辐射小，可靠性高，深受广大用户喜爱。

(3)键盘键盘上有很多按键，各个按键有着不同的功能，按键每受一次敲击，就给计算机的中枢神经系统送去一个信号，计算机就是根据这些信号的指示来执行一个又一个任务。如打字就是通过键盘将文字输入到计算机中的。

(4)鼠标像键盘一样，它是给计算机的中枢送信号、下指令的。鼠标按工作原理可分为光电鼠标和机械鼠标。通常的鼠标有左键、右键两个按键，也有的增加一个中键，另外新型鼠标中间往往带有滚轮。你只需握住它，移动其底部，这时，屏幕上就会有一个箭头样的“光标”移动，当光标停在屏幕上你要执行的命令位置时，根据具体情况按动按键，计算机就会执行你下达的操作命令。

(5)音箱和传声器计算机的音箱通常有一对，有的音箱没有电源线，只要和计算机相连，打开计算机，也就给音箱通上了电，叫做无源音箱；有的音箱备有自己的电源线，叫做有源音箱。传声器是用来将声音信号转变为计算机能接受的电信号的。

(6)不间断电源(UPS)计算机如果遇到突然断电的情况，比如突然停电，就会丢失所有没有存盘的数据，这往往会造成很糟糕的后果。UPS的出现使这一问题得到解决，它可以在断电之后，发出蜂鸣声告警，并继续给计算机供电约10min,使操作者有时间进行必要的处理，避免产生令人头疼的后果。这就是UPS的功能，同时UPS还具有稳压的作用。

2.软件系统

(1)程序计算机本身只能完成一些很简单的基本操作，如加法、减法、传送数据、发送控制电压脉冲等，这些简单的基本工作叫做计算机指令。一台计算机不过有几十条指令，把它们合起来叫做计算机的指令系统。计算机无论做多么复杂和高级的工作，都是靠着把指令适当地排列成一个序列，逐条地执行指令，最后完成整个工作。这种把指令排列成一定的执行顺序并能完成一定目标工作的指令序列，就叫作程序。

(2)软件软件就是一大段程序，具有专门且完善的功能。比如我们熟悉的WPS和Word字处理软件，就具有完善的文字编辑功能。人类的著作用墨汁印刷在纸张上呈现给我们看，音乐录制在磁带上给我们欣赏，软件则是存储在软盘或光盘上供我们使用。

(3)软件分类软件包括系统软件和应用软件。为了方便地使用计算机及其输入输出设备，充分发挥计算机系统的效率，围绕计算机系统本身开发的程序系统叫做系统软件。如我们使用的操作系统(常用的有DOS、Windows、UNIX等)、语言编译程序、数据库管理软件。应用软件是专门为了某种使用目的而编写的程序系统，常用的有文字处理软件，如WPS和Word;专用的财务软件、人事管理软件；计算机辅助软件，如AutoCAD;绘图软件，如3DS等。

(4)驱动程序给计算机安装声卡等新硬件时，只把它们与计算机的其他硬件连接起来是不够的，必须把新硬件“驱动”一下，它才能工作。行使“驱动”任务的就是硬件的驱动程序。驱动程序是设备与操作系统的接口，硬件与其他部件连接后，必须在操作系统下安装该硬件的驱动程序，安装完成后，该硬件才能被计算机系统承认并允许它工作。声卡、显卡、光驱、打印机、扫描仪等硬件在出售时都附带装有该硬件驱动程序的驱动盘，不同型号的设备有不同的驱动程序。

二、数字通信基础

1.数字通信系统的基本模型

图1-20所示为数字通信系统的模型框图。图中加密器和解密器的位置可前可后，例如加密器可以在信道编码器之前，也可以在信道编码器之后。另外，对于一个实际的数字通信系统来讲，其中有的矩形框可能没有。例如不使用保密功能时，加密器和解密器就不要了；不需要抗干扰的信道编码时，信道编码器和信道译码器就不要了。此外，数字通信系统中必不可少的同步系统，由于它和很多部件结合在一起，没有单独画出。

2.数字通信系统各部分的作用

(1)信息源信息源一般指的是由电传机、纸带读出机等送来的数字基带信号。最典型的数字基带信号为二进制矩形脉冲，平常我们称它为二进制码或二进制代码。这种二进制数字信号只有这两个值，A和0(或-A)。在接收端判决结果也只有这两个值，这一点与模拟信号(取值是连续的)完全不同。

(2)信源编(译)码器信源编码器的主要作用是进行降低信号多余度，其目的是减少码元数目和降低码元速率。如果信息源送来的是模拟信号，那么信源编码还包含一个把模拟信号转换为数字信号的模-数转换器，即通过取样、量化和编码三个步骤把模拟信号变成数字信号。有时候就把模-数转换称作信源编码。信源译码器的作用与信源编码器相反，例如信源编码器为模-数转换器时，信源译码器就是数-模转换器。

(3)信道编(译)码器信道编码器又称为抗干扰编码器和纠错编码器。它是将信源编码器输出的数字基带信号人为地按照一定的规律加入多余码元，以便在接收端译码器中发现或纠正码元在传输中的错误，这样可以降低码元传输的错误率。初看起来，信道编码器增加多余度的作用与信源编码器降低多余度的作用互相抵消了。其实不然，因为信源编码器中降低的是输入数字信号中的自然多余度，这种自然多余度不能起纠正错码的作用。而信道编码器中加入的多余码元是有一定规律的，这种规律能有效地提高传输性能，降低码元传输的错误率。

(4)加(解)密器它的位置可以在信道编(译)码器的前面，也可以在信道编(译)码器的后面。加密的方法很多，例如可以把数字信号和一个周期很长的M序列进行模二相加，这样将原来的数字信号变成一个不可理解的另一序列，被人窃取后就无法理解其内容了。在接收端必须加上一个同发送端一样的负序列，和收到的信号再次进行模二相加，就可以恢复原来发送的数字信号。

(5)数字调制(解调)器前面得到的数字信号都是基带信号，数字调制器是将数字基带信号经过各种不同的调制变为适合于信道传输的频带信号。数字调制的方法很多，有的可以和模拟通信系统中的调制方法一样。但由于数字基带信号往往是二进制脉冲序列，因此数字调制往往用键控方式调制，这样就有振幅键控法(ASK)、频率键控法(FSK)和相位键控法(PSK)等数字调制方式，其波形如图1-21所示。其中图1-21a所示为基带信号；图1-21b所示为ASK信号，幅度只有两种A和0(或-A);图1-21c所示为FSK信号，1码时频率为f,0码时频率为f2,FSK信号的频率受基带信号调制，FSK信号在时间上是连续的；图1-21d所示为PSK信号，振幅频率都是不变的，但它的相位受基带信号调制，它的波形在时间上也是连续的。如果数字基带信号不经过调制，直接传输，则称为数字信号的基带传输。

3.数字通信系统的主要优缺点

数字通信的主要优点是：

1)抗噪声性能好。由于数字通信系统传输的数字信号携带信息的参量只有有限个取值，一般都是采用只有两个取值的二进制信号，这样发送端传输的和接收端需要接收和判决的只有两个值，例如二进制信号1码取值为A,0码取值为0。传输过程中，由于噪声的引人对波形有影响，使波形产生失真，甚至产生很大的失真。接收端接收到受噪声影响而失真的波形以后，对它进行判决，确定是1码还是0码，并再生1、0码的波形。因此，只要不影响判决的正确性，即使波形有失真，也不会影响再生以后的波形。而模拟通信时，噪声使模拟信号失真以后，哪怕噪声很小，噪声的影响也是无法消除的。因此和模拟通信相比，抗噪声性能好是数字通信最主要的优点。

2)数字通信中可以采用信道编码技术使错码率降低。

3)数字通信便于加密。

4)数字信号便于处理、存储、交换，便于和计算机等设备连接。

数字通信最主要的缺点是占用的频带比较宽。以通电话为例，模拟通信使用3~4kHz带宽即可，而数字通信一般需要几十千赫带宽；另外，数字通信的设备一般比模拟通信的设备复杂。