计算机网络技术与应用

第一篇：计算机网络技术与应用

计算机网络技术与应用实践报告

一、计算机系统由硬件设备和软件系统组成。

1、计算机系统中所使用的电子线路和物理设备，是看得见、摸得着的实体叫做计算机硬件设备。包括中央处理器( CPU )、存储器、外部设备(输入输出设备、I/O设备)及总线等。

①中央处理器的主要功能是根据存储器内的程序 ，逐条地执行程序所指定的操作。中央处理器的主要组成部分是：数据寄存器、指令寄存器、指令译码器、算术逻辑部件、操作控制器、程序计数器(指令地址计数器 )、地址寄存器等。

②存储器。主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器 、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器(或辅助存储器) 。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。

③外部设备是用户与机器之间的桥梁。输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。输出设备的任务是把计算机的处理结果以用户需要的形式(如屏幕显示、文字打印、图形图表、语言音响等)输出。输入输出接口是外部设备与中央处理器之间的缓冲装置，负责电气性能的匹配和信息格式的转换。

2、软件是对能使计算机硬件系统顺利和有效工作的程序集合的总称。程序总是要通过某种物理介质来存储和表示的 ，它们是磁盘、磁带、程序纸、穿孔卡等，但软件并不是指这些物理介质，而是指那些看不见、摸不着的程序本身。可靠的计算机硬件如同一个人的强壮体魄，有效的软件如同一个人的聪颖思维。

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计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两部分。系统软件是负责对整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务。应用软件是指各个不同领域的用户为各自的需要而开发的各种应用程序。

计算机软件系统包括：

①操作系统 :系统软件的核心，它负责对计算机系统内各种软、硬资源的管理、控制和监视。

②数据库管理系统:负责对计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。

③编译系统:负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。

④网络系统:负责对计算机系统的网络资源进行组织和管理，使得在多台独立的计算机间能进行相互的资源共享和通信。

⑤标准程序库:按标准格式所编写的一些程序的集合，这些标准程序包括求解初等函数、线性方程组、常微分方程、数值积分等计算程序。

⑥服务性程序:也称实用程序。为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序 ，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错、诊断等功能。线;采用多个功能部件和增设协处理器等。

二、计算机网络管理的实现

由于计算机网络已渗透到当代社会的各个方面和部门，社会对计算机网络系统的依赖使得计算机网络系统本身工作的可靠性显得更为重要。

人们普遍认为，网络管理是计算机网络的关键技术之一，尤其在大型计算机网络中更是如此。网络管理就是指监督、组织和控制网络通信服务以及信息处理所必需的各种活动的总称。其目标是确保计产机网络的持续正常运行，并在计算机网络运行出现异常时能及时响应和排除故障。

事实上：网络管理技术是伴随着汁算机、网络和通信技术的发展而发展的，二者相辅相成。在网络管理技术的研究、发展和标准化方

面，Internet体系结构委员会 IAB和国际标准化组织ISO都做了卓有成效的工作。Internet体系结构委员会于1988年发表了简单网络管理协议，并于1996年发表了其改进版。由于历史和现实的原因，如同Internet的TCP/IP一样，它们也就成了事实上的网络管理工业标准。相反的，国际标准组织在20世纪80年代提出的开放系统互联管理框架，却几乎没有实际的产品。

网络管理主要包括网络故障管理、网络配置管理、网络性能管理、网络计费管理和网络安全管理五个方面。

1、网络故障管理

计算机网络服务发生意外中断是常见的，这种意外中断在某些重要的时候可能会对社会或生产带来很大的影响。如航空港网络系统发生故障，会导致整个航空港不得不关闭。但是，与单计算机系统不同的是，在大型计算机网络中，当发生失效故障时，往往不能轻易、具体地确定故障所在的准确位置，而需要相关技术上的支持。因此，需要有一个故障管理系统，科学地管理网络发生的所有故障，并记录每个故障的产生及相关信息，最后确定并改正那些故障，保证网络能提供连续可靠的服务。

2、网络配置管理

一个实现中使用的计算机网络是由多个厂家提供的产品、设备相互连接而成的，因此各设备需要相互了解和适应与其发生关系的其它设备的参数、状态等信息，否则就不能有效甚至正常工作。尤其是网络系统常常是动态变化的，如网络系统本身要随着用户的增减、设备的维修或更新来调整网络的配置。因此需要有足够的技术手段支持这种调整或改变，使网络能更有效地工作。

3、网络性能管理

由于网络资源的有限性，因此最理想的是在使用最少的网络资源和具有最小通信费用的前提下，网络提供持续、可靠的通信能力，并使网络资源的使用达到最优化的程度。

4、网络计费管理

当计算机网络系统中的信息资源是有偿使用的情况下，需要能够记录和统计哪些用户利用哪条通信线路传输了多少信息，以及做的是什么工作等。在非商业化的网络上，仍然需要统计各条线路工作的繁闲情况和不同资源的利用情况，以供决策参考。例如，当某条线路长期出现拥挤时应考虑是否需要扩容。因此，不管是在商业还是非商业网络中，都需要统计网络资源使用情况，如信息传输占用线路的时间等信息。

5、网络安全管理

计算机网络系统的特点决定了网络本身安全的固有脆弱性，因此要确保网络资源不被非法使用，确保网络管理系统本身不被未经授公的访问，以及网络管理信息的机密性(防止未经授权的阅读)和完整性(不被非法篡改)。

从上述对网络管理的需要来看，网络管理系统本身是极为复杂的。目前实际上可供使用的产品，只能满足上述管理功能中的一部分。

简单网络管理协议的基本思想是在网络中设置一个专门用于网络管理的网络管理工作站或中心，它负责管理整个网络。它通过个网络中许多必要的地方，如路由器、集线器等被管理的资源上设立代理，由该代理来实时地收集网络管理所需信息。一般地，网络管理工作过程是网络管理工作站或中心向各代理发送指令，要求各代理把当前的信息传送给它。这样各代理收到指令后就把自己收集到的资料送给网络管理工作站或中心，网络管理工作站或中心收到信息后进行分析处理，并决定是否要发送其它特定用途的指令给某个特定的代理，以对付它那里出现的特殊情况或故障。

当然，各代理也可主动向网络管理工作站汇报情况，当代理发现严重错误时就主动向网络管理工作站或中心报告。

第二篇：《计算机网络技术与应用》课程教学大纲

一、课程名称：计算机网络技术与应用Computer Network

Technology and Application

二、课程编码：

三、学时与学分：(32+16学时/ 学分)

四、先修课程：无

五、课程教学目标

1. 使学生掌握计算机网络基本概念、数据通信与广域网技术、局域网技术、网络互连技术等计算机网络技术基础理论。

2. 通过学习课堂讲授的理论知识以及上机实验，使学生掌握因特网的基础理论知识以及WEB网站的构建、HTML超文本标记语言、Javascript网络编程语言等计算机网络应用知识。

3. 让学生了解计算机网络安全、网络管理以及网络系统集成技术等知识。

六、适用学科专业

机械学院、能源学院、材料学院、交通学院。

七、基本教学内容与学时安排

 计算机网络基本概念(2 学时)

计算机网络产生与发展

1 计算机网络的定义与特征 计算机网络分类 计算机网络拓扑结构 计算机网络结构与组成

 数据通信技术基础 (4学时)

数据通信概念 数据通信方式

传输介质得类型与特点 数据编码方式 多路复用技术 数据交换方式 差错控制方法

 网络体系结构(4学时)

计算机网络体系结构基本概念

分层结构设计基本思想

ISO/OSI参考模型

TCP/IP参考模型

OSI模型与TCP/IP参考模型比较

 局域网及广域网技术基础(6学时)

计算机局域网概述 局域网拓扑结构和类型 IEEE802模型与标准

局域网参考模型

局域网介质访问控制方法 局域网传输设备与组网技术 高速局域网技术 交换局域网技术 无线局域网技术 虚拟局域网技术

广域网基本原理与技术

局域网的设计与互连 (2 学时)网络设计

网络互连与实现技术

网络互联与网络接入

(2 学时)

网络互联概述

计算机与传输介质的接入设备 局域网与局域网互联

局域网与广域网互联

广域网与广域网互联

接入技术概述

拨号接入

ADSL技术 DDN技术

网络安全技术(2 学时)

3 



 网络安全基本概念 数据加密与数据隐藏技术 认证与鉴别技术 防火墙技术

 Internet原理与技术(4 学时)

Internet的形成、发展和作用 IP相关技术 DNS系统

Internet常见应用协议及服务  基本网络开发应用技术(6学时)

HTML语言基本概念

HTML编写网页

常用Web页面设计软件

JavaScript语言基本概念

JavaScript编写动态网页

 实验一 计算机局域网构建(4学时)  实验二 WWW、FTP服务器配置(4学时)  实验三 HTML编写网页(4学时)  实验四 JavaScript编写动态网页(4学时)

八、教材及参考书

计算机网络技术与应用 乔正红、葛武滇 ,清华大学出版社,2008

九、考核方式

闭卷考试(70%)+平时上机实验(30%)

第三篇：计算机网络基础与应用实习

一、简答题

1、根据计算机网络的交换方式可以分为哪几种类型?

2、网络层所提供的服务可以分为那几种服务?

3、IEEE 802参考模型将OSI参考模型是什么?

二、分析题

1、试分析FTP的工作流程

2、试说明入侵检测系统与防火墙的区别。

第四篇：《计算机网络技术及应用》课程教学改革的探索与实践.

摘要:《计算机网络技术及应用》是我院的精品课程,近年来,在师资建设、教材建设、实训基地建设、“工学结合”等方面做了大量的建设工作。根据高职高专人才培养目标,文章从课程定位、教学方法、教学手段以及考核方式等方面就《计算机网络技术及应用》课程教学改革构想及实践方案进行了初步探讨。

关键词:计算机网络职业教育课程改革

一、引言

近年来,计算机网络技术及应用已经成为计算机专业学生的必修课程。然而,由于计算机网络涉及面广、内容抽象,对学生先修课程有一定要求,且理论性强,涉及到大量的概念、定义和协议,学生总体感觉所学内容抽象、空洞,加之目前高职院校的学生学习基础、学习习惯普遍比较差,因此,如何在进行基础理论教学的同时,体现出对应用型人才的培养要求,就成为摆在教学工作者面前的一个新课题。2009年底,该门课程成功申请了院级精品课程,经过近2年的建设,逐渐形成了一套形之有效的教学方法。

二、课程定位

本课程是“计算机网络技术”专业的基础课程,主要培养学生组建网络的能力、基本的交换机和路由器配置能力、虚拟局域网的划分能力、网络协议配置能力、网络的应用能力、操作系统的运用能力、一般故障检测与排除能力、网络的管理能力等。通过教学实践,要求学生学习本课程后能够:

1、认识网络:了解计算机网络的发展、分类、应用及相关的基本概念。

2、熟悉网络:了解计算机网络的协议、体系结构,各层的基本协议、原理和方法。

3、使用网络:熟练使用互联网的各种应用,了解各种应用协议的原理。

4、配置网络:掌握组建局域网的方法和步骤,了解一般服务器的配置方法。

5、管理网络:能够使用基本命令和常用工具软件管理网络。

三、教学方法

1、多媒体教学法。利用多媒体教学系统进行课堂教学,在理论教学过程中,充分利用学校提供的多媒体教学环境,进行电子课件、动画演示、教学素材资源库及多媒体视频展示等,将抽象问题形象化、复杂问题简单化,教学生动具体,信息量大,使学生能够直观掌握教学内容,学生学习容量大、直观,学习兴趣浓厚,实际操作机会多,提高了教学效率和教学质量,达到了形象直观的效果。

2、项目作业法。即教师给出企业网络系统建设设计方案,或将已有网络系统运行情况告诉学生,让学生分析企业计算机网络系统中存在的问题,提出改进方案,或为企业设计满足实际需求的计算机网络系统,最后由指导老师对学生提出的企业计算机网络方案进行讲评,指出其设计方案的优缺点,并提出改进意见。目的是使学生理论联系实际,加深对计算机网络课堂教学内容的理解,培养学生灵活运用所学知识的能力。

3、自学指导法。自学指导法是我院的教学特色,教师根据教学内容安排一定的时间给学生练习和实践,有利于巩固和深化课堂教学内容,提高学生的实践能力。该方法主要指学生在课外自学过程中,教师布置学习要点让学生自学,要求学生组成小组(每组4~6人,利用互联网和图书馆查阅资料,结合自己所学知识,开展某个专题的自主性学习,然后在课堂上进行汇报,学生互评,老师进行适当点评。这种方法极大地调动了学生的学习积极性,提高了学生的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力,使学生感受到了相互协作的团队作用和创造性学习的乐趣。

4、任务驱动法。无论是理论知识教学还是实践操作教学,均渗透示例、任务驱 动式教学,使理论和实践结合起来,边讲边练,讲练结合,分组实践,共同讨论,集“教、学、做”为一体,教学效果更为突出,学生更容易理解和掌握。

我们对连续2届100多学生开展了“任务驱动式案例教学法”,按照“必需、够用”为度和突出学生职业能力培养的原则,打破班级整体概念,将学生分为4~6人的学习

小组,以4台二三层交换机、4台路由器为硬件基础,以工程项目为依托,实现工程项目,从独立分项的技术实践向综合性的工程实践跃进。在教学中突出体现了培养学生的岗位职业能力和综合素质能力,让学生自己带着任务去思考问题、解决问题,使学生更加明确工作过程中对应的工作能力,锻炼了学生的组织能力、沟通能力、协作能力,从而深化了教学的综合效应,较好地实现了课堂教学与未来工作岗位间的对接。

5、因材施教法。在教学过程中,我们采用了“因材施教”策略,针对不同层次的学生提出不同要求,以满足各层次学生的学习需求,在满足基本教学要求的前提下,提出和达到更高的教学目的。

这一教学模式已显现其教学效果,不少学生脱颖而出,成为老师教学与工作的好帮手,他们对中间层学生的学习也起了巨大的推动和促进作用,对良好班风学风的形成起到了良好的促进作用。

四、教学手段

1、应用多媒体教学,激发学习兴趣。在课堂教学中充分运用现代教育技术,采用多媒体课件进行,我们制作了一整套多媒体教学PPT课件,将文字、图片、声音、视频、动画完美融和,使课堂教学形式发生了巨大变化,内容形象逼真,充分调动了学生的眼、耳、手,使学生更直观地理解了教学内容,使枯燥的教学变得有趣。

2、运用开放式实践教学,增强学习效果。网络技术实训中心为计算机网络技术及应用课程的教学提供了基于网络环境下的开放的实践教学环境。

实训中心拥有48台连成高速局域网的计算机(包括 Window 200

3、Linux操作系统平台并与校园网相连,学生可以通过网络获取进行网络实验的基本资源。整个实训中心分为8组,每组6台计算机(包括4台二三层交换机和4台路由器等网络设备,学生在以网络设备动手实现或操作为主的同时,依托校园网,利用资源共享、网络技术实训中心完成实训项目,巩固和加深所学的内容。

3、建立网络平台,扩展教学空间,促进自主学习。我们突破了传统课堂讲授的限制,建立了本课程的网络教学平台,利用网络将课堂教学延伸到课外,学生根据需要通过网络学习有关的内容。

通过精品课程的建设,我们在网络教学资源网站上建立了课程标准、教学课件、电子教案、教学录像、视频、演示、习题、实训指导书、参考资料、网上论坛、在线单元测试等内容,向学生免费开放,通过网络化的教学方式,学生可以在课外自主学习提高,实现了教师与学生网上教学交流,及时解决学生学习过程中遇到的问题,确保学生能以各种方式和途径进行学习。

4、鼓励学生参加计算机网络认证考试。计算机网络技术的发展速度相对较快,为了让培养的学生能够适应市场需求,在网络的教学过程中,必须时刻把握和跟踪网络新技术和方向。一方面,对于经典的网络理论和知识点,必须让学生掌握;另一方面,还要让学生不断吸收新知识,鼓励学生参加国家网络工程师考试。从最近两年学生的考试结果看,通过网络工程师考试的学生比例逐渐增加,学生学习网络的兴趣日益浓厚,而且,通过资格考试的学生中,毕业后进入著名IT企业的机会很大。

五、考核方式

考核并不是讲授一门课程的最终目的,但我们需要利用考核来检验老师的教学效果和学生的学习效果。考核既能促进学生在平时认真学习,也可引导他们系统地且有重点地复习总结所学课程内容,巩固已学知识。因此,考核方式的选择就显得非常重要。一种好的考核方式不仅有利于学生更好地学习,更有利于对教学效果进行公正的评价。

在基于工作过程的教学模式下,《计算机网络技术及应用》课程学生的学习成绩考核做出了较大力度的改革,强调学生工作过程的考核,对学生学习和工作过程实行全方位绩效考核,从课程开始到课程结束,从课内到课外;其次,开课时公布课程考核办法,避免学生平时不学,期末突击,为考试而学;再次,要把学生能力、素质考核在内,比如考核学生在学习和工作过程中项目任务的完成进度和数量、项目成果和完

成质量、课后习题的解答能力、工作纪律执行情况、工作场所制度遵守情况、工作态度等方面,以防止死记硬背甚至投机取巧等为考试而考试的不良倾向。

《计算机网络技术及应用》课程具体考核成绩构成为:“知识考核占40%,主要是基本理论储备,培养职业人的理论素养;实训过程考核占40%,包括实验态度、实验操作、创新能力、实验报告;平时作业及表现占20%,包括课上回答问题、课后作业、课后思考题、出勤率。”

六、结束语

传统的教学是教高于学,学是无条件地服从教;实行教学改革,教师考虑更多的是怎样“教”才能促进“学”,教为学服务。因此,教师要关注学生的个性发展,主动与学生交流,发现问题,解决问题,引导学生提出问题,帮助他们思考,进一步加深他们对计算机网络技术及应用的理解和兴趣。

实践证明,从职业技术教育的视角出发,把学生的创新性教学规划到职业技术的“掌握——运用——推广——创新”上,形成教、学、做三位一体的教学模式,可以调动学生的学习积极性,增加学生个性发展机遇,使之自由发展、全面发展,不断提高学生的创造性、创新意识、创新精神、创新能力,提高他们的综合能力,为将来进入社会打下良好的基础。

第五篇：多媒体计算机技术———概念、标准、应用与发展

一、 多媒体计算机技术的概念

具有多媒体功能的计算机被称为多媒体计算机,其中最广泛、最基本的是多媒体个人计算机(Multimedia Personal Computer,简称MPC)。具备多媒体功能的计算机系统即是多媒体计算机系统。其基结构如图1示。 @@I1;图1 多媒体计算机系统的结构@@ 多媒体计算机技术的发展不仅对计算机技术产生了巨大的影响,而且已经并将更大地改变人们和工作的方式,这主要体现在如下几个方面: ●在技术上,国际计算机专家们预测90年代到21世纪计算机技术应用和发展的四大方向是多媒体计算机技术(Multimedia Computing)、开放系统(Open System)、缩小化(Downsizing)和网络计算机技术(Network Computing)。其中最具革命性的就是多媒体计算机技术。而多媒体计算机技术与通信技术的结合将从根本上改变现代社会的信息传播方式,是信息高速公路的基础。

●在信息处理的观念上,多媒体计算机技术集成处理文、图、声、视等多种信息,给人们提供了一种用计算机技术来表现、传播和处理具备"视"、"听"完整信息的数字处理方法。人类接收和传播信息的两种主要方式是用"眼睛看"和用"耳朵听",所以可看见的媒体,如文字、图形、图像、动画等,和可听见的媒体,如声音等的完美结合才能完整、自然地表达和让人类最大程度地接收信息。多媒体计算机技术使计算机更加贴近人类的观念。

●在计算机的使用方法上,多媒体计算机技术提供了方便使用计算机的途径,给用户提供了更多的参与感和发挥自己创造力的环境。

●在计算机的应用领域上,多媒体计算机表现信息的生动性和完整性,已经把计算机的应用从人们的工作领域拓宽到了生活领域,使计算机更加深入地改变人们的生活、娱乐、交往、工作等各个方面。

●正因为多媒体计算机技术具备上述特征,多媒体计算机从一开始就形成了一个新兴的产业———多媒体计算机产业,并在现代产业的支柱信息产业中占据重要地位,具有巨大的市场。

普通的计算机只能处理可看见的媒体,所以多媒体技术的重点是要使计算机能很好地处理可听见的信息,如声音,所以声音是多媒体最基本、最重要的要素。而同时具有视(动态)、听特性的媒体、如视频、全活动影像(Full-motion Movie)等,就是多媒体的核心要素,要使计算机能处理声音、视频等媒体信息,就需要在计算机上增加一些能处理它们的硬件设备,如声音卡、视频卡等。处理音频和视频媒体的软硬件技术就是多媒体技术的关键技术,主要包括数据压缩技术、处理音频和视频的专用芯片和多媒体核心软件技术。 数据压缩和解压缩技术 数字化的声音、图像和视频的数据量是非常巨大的,如以CD音质声音(44.1KHz,16Bit采样的立体声)每秒所占的数据量就为176KB;一幅640×480的256色彩色图像所占的数据量约为300KB,而同样大小的24Bit真彩色图像所占的数据量将达900KB!巨大的数据量不但要求大容量的存储设备,更主要的是影响了数据的传输和运行。如动态视频要求每秒播放25/30帧图像,这样为在640×480的窗口中播放256色、具CD音质的全动视频。就要求每秒处理9MB的数据。而计算机的数据处理能力是有限的,如IBM PC/AT机的ISA总线的数据传输率最高只有5MB/秒。因此,在多媒体计算机技术要求能实时地综合处理文、图、音、视等媒体数据与多媒体涉及的巨大数据流量和计算机数据处理和传输能力的局限之间存在巨大的矛盾。解决这一矛的唯一有效方法就是采用一定的数据压缩编码算法对巨量的音、视频数据进行数据压缩。常用的压缩编码算法有PCM(Pulse Code Modulation)、统计编码(哈夫曼、算术、香农-弗诺)、变换编码(K-L、DCT、FFT、FWT变换等)、插值和外推编码、游程编码等。一些国际学术组织已制定了一些压缩编码标准,主要有JPEG(Joint Photographic Experts Group)标准、电视电话/会议电话P×64bit/s(CCITT H.281)标准以及MPEG(Moving Picture Experts Group)标准等。 音频/视频处理专用芯片 专用芯片不仅集成度高、大大提高处理速度,而且有利于产品的标准化。对于需要大量的快速、实时进行音/视频数据的压缩/解压缩、图像处理(缩放、淡入/淡出、划像等)、音频处理(滤波、去噪等)等处理的多媒体计算机技术来说,音频/视频处理的专用芯片显得尤为重要。多媒体计算机专用芯片主要有两类,即固定功能的芯片和可编程的处理器。前者功能单一,主要用于图像数据的压缩处理;后者功能灵活,可进行编程设计,是发展的主流。此外,VRAM、A/D、D/A转换芯片、数字声音处理器(Digital Sound Processor)等也是多媒体计算机技术所必不可少的。 多媒体计算机软件核心 多媒体应用系统能否充分调度多媒体硬件,发挥其功能,真正达到多种媒体的同步协调,主要取决于多媒体计算机软件核心,即视频/音频支撑系统AVSS(Audio/Video Support System)和视频/音频核心AVK(Audio/Video Kernel)。对MPC而言,AVSS就是多媒体操作系统,如Windows3.1;AVK就是多媒体视频工作平台,如Microsoft Video for Windows、Quick Time等。

二、 MPC标准与多媒体技术发展趋势

由于多媒体计算机技术是因实际需要而产生发展起来的,最初各厂商都独自生产自己的多媒体产品,现在市场上也存在多种不同标准的多媒体集成一体机或多媒休集成系统,著名的有MPC标准、Apple公司的Macintosh系统(其操作系统是System 7.0,数字视频平台为Quick Time)、Com-modore公司的Amiga系统(其多媒体描述语言为Amiga Vision)、Philips/Sony公司开发的CD-1系统(其操作系统是CD-RTOS,Compact Disk Rcal Time Operating System)、Intel/IBM公司合作开发的DVI系统(其核心是AVSS,即Audio/Video Support System)和AVK,即Audio/Video Kernel)等。但其中发展最快、得到大部分厂商支持的是MPC标准。

世界几家较大的多媒体计算机厂商,包括Micro-soft,IBM,Philips,NEC等于1990年成立了多媒体计算机市场协会(Multimedia PC Marketing Council,INC),以进行多媒体标准的制定和管理,该组织制定的标准也即是MPC(Multimedia PC,多媒体个人计算机)标准。1991年该组织根据当时的PC机发展水平制定了多媒体PC机的基本标准即MPC标准,对多媒体PC机及相应的多媒体硬件规定了必需的技术规格,要求所有使用MPC标志的多媒体产品都必须符合该标准的要求。随着计算机和多媒体产品性能的不断提高,多媒体计算机市场协会1993年5月对MPC标准中的大部分规定进行了更新,发布了多媒体PC机的新标准,即MPC 2标准,原来的MPC标准被称为MPC 1标准。 现在,计算机和多媒体产品有了进一步的发展,更名为多媒体PC机工作组(The Multimedia PC Working Group)的多媒体计算机市场协会1995年6月份公布了最新的多媒体PC机标准,即MPC 3标准。 MPC 1标准规定了PC机多媒体的基本要求,提供了多媒体PC机的基本框架;MPC 2更新了MPC1,进一步扩展了多媒体PC机的结构,使多媒体计算机技术逐步标准化;MPC3并不是用以替换MPC2的,它只是对多媒体PC机的表现能力有了更高的要求,为多媒体技术的广阔应用打开了大门。MPC1,MPC2和MPC3的要点比较。下面我们结合MPC3标准,分计算机平台、CD-ROM驱动器、声音卡、视频播放、系统软件等几方面来讨论多媒体PC机的发展现状和趋势。 计算机平台 我们把多媒体计算机系统中除多媒体功能所必须的硬件外的基本主机系统称为计算机平台,对计算机平台的要求包括对CPU、内存、显示系统、磁盘驱动器、用户输入系统、输入/输出端口等的规格要求。

多媒体涉及的数据量是非常庞大的,而多媒体信息表现的生动性和实时性有要求计算机能迅速,甚至是实时地处理这些庞大的媒体数据,所以多媒体技术对计算机平台的要求是很高的,这包括要求高档次的CPU,足够的内存,快速的大容量存储设备,显示性能好而快的显示设备等,这种要求的结果是多媒体系统的价格昂贵,另一方面,如果不是专业领域的应用,人们在使用多媒体时往往并不一定要求十全十美的效果,比如游戏娱乐、商业展示、普通教育培训等,这时候人们注意的是多媒体的价格。所以,对多媒体计算机平台的要求有两种发展方向,一种是应用于专业领域的高档计算机平台,至少是高档工作站;另一种是应用于普通型的个人计算机,MPC标准是一种普及型的多媒体标准,主要使用于家庭或办公室多媒体用户,它所要求的计算机平台是PC机的主流机型。

MPC

1、MPC 2与MPC 3要点比较： MPC 3对PC机CPU的要求是主频为75MHz的Pentium级微处理器,这对一般硬件为基础的多媒体声频和视频处理来说是足够了,但是对使用软件播放MPEG影像却显得稍微逊色,所以可以预料90/100MHz Pentium级微处理器是多媒体PC机CPU的发展方向。 MPC3要求的8MB内存对以Windows 3.1级别以下的16位多媒体操作系统来说是可以满足需要的,但随着windows NT、OS/2 Warp、Windows 95等32位操作系统的推出和流行,16MB内存将是不久的将来的基本要求。 计算机的显示系统直接影响着多媒体的表现效果和速度,MPC标准对它的要求也是不断提高。MPC3要求计算机显示系统具备颜色空间的转换和缩放功能,视频图像子系统在视频允许时可进行直接帧存存取,能以15位/像素(65535色),352×240分辨率,30帧/秒(或352×288,25帧/秒)播放动态视频。这主要要求能全动播放图像平滑的NTSC或PAL制式的真彩色电视影像,随着技术的进步和用户要求的提高,对显示窗口大小和颜色深度的要求将不断增加,640×480全屏,24位/像素,30帧/秒或25帧/秒的全屏全动全色视频显示将是较理想的标准。 从上表可以看出MPC标准对磁盘驱动器、用户输入系统、输入/输出端口等的规格要求变化不大,基本上都是要求1.44MB软驱、硬盘、101键IBM兼容键盘、鼠标、MIDI接口、游戏杆接口、串口、并口等,其中变化较大的是对硬盘的要求,MPC3要求硬盘容量为至少540MB,随机存取时间少于15毫秒,数据传输率可持续保持1.5MB/秒 ,但随着廉价的大容量光盘存储介质的大量使用和存取速度的提高,对磁介质的要求将会有所缓解,而输入设备和输入/输出端口也已基本定型,一定时间内不可能有较大的改动。 MPC标准并没有对PC机的总线作出规定,但事实上,总线对计算机性能的影响也是很大的,传统的工业标准总线,即ISA总线,仅支持16位的数据宽度,8MHz的时钟频率和最高5MB/秒的数据传输率,难以满足多媒体的处理要求,32位数据宽度的扩展工业总线EISA虽具有较好的数据传输处理性能,但因结构复杂,成本较高,视频电子标准协会(VESA)制定的局部总线VESA Local bus(VL总线)是一种协议简单、成本较低、数据传输率可达132MB/秒的32位总线,是目前MPC所广泛采用的总线形式。1992年Intel等公司制定了具有严格规范的外部设备互连总线(PCI总线),数据宽度可从16位升级到64位,具有与CPU时钟频率无关,支持多处理器和并发工作,支持即插即用(Plug and Play,简称PnP)等诸多优点。随着Windows 9

5、OS/2 Warp等操作系统对即插即用的支持,PCI总线是MPC的优选总线标准。 CD-ROM驱动器 CD-ROM驱动器是大容量的数据存储设备,同时还是一种高品质的音源设备,是MPC最基本的多媒体设备。

近年来,CD-ROM驱动器的发展非常迅速,这主要表现在其数据传输速度的成倍提高,占用CPU时间的大幅度减少,数据存储格式的不断革新等方面。MPC1标准要求的CD-ROM驱动器的数据传输速度是150KB/秒,MPC2标准要求的是双倍速CD-ROM驱动器,即数据传输速度为300KB/秒。现在所谓的4倍速CD-ROM驱动器(数据传输速度为600KB/秒)已成为CD-ROM驱动器市场的主流产品,6倍速CD-ROM驱动器(数据传输速度为900KB/秒)已批量生产,与硬盘速度相当的数据传输速度达1.2MB/秒的8倍速CD-ROM驱动器也已在研制中。 MPC 3标准要求的是4倍速CD-ROM驱动器,CD-ROM驱动器将向高速、适应多种标准、少用或不占用CPU资源的方向发展,CD-ROM驱动器的未来标准中将包括对可写入CD-ROM驱动器和可读写光盘驱动器的规定。

音频 具备高质量的音频是多媒体计算机区别于普通计算机的最基本特征， 有了音频计算机才能在处理"可视"的文字、图形图像的基础上进一步处理"可听"的声音,使计算机能处理完整的"视"、’听"信息,可以说音频是多媒体最基础的要素,声音卡(Sund Card或Audio Card)是计算机处理音频的主要设备,其主要功能是处理(获取生成、编辑、播放等)声音,包括数字化波形声音、合成器产生的声音和CD音频(CD-Audio)。 目前市场上主流的声音卡是16位声音卡,MPC3要求声音卡具备波表合成能力,以改善声音卡合成声音的质量。

MPC3对声音卡的要求是MPC的基本要求,现代声音卡的发展主要集中在如下几个方面: ●统一声音卡标准或兼容主要的声音卡标准。只有在统一的标准下或兼容主要的声音卡标准才能适应尽可能多的应用软件。世界上主要的声音卡标准有ADLIB、SOUND BLASTER PRO、MICROSOFT WINDOWS SOUND SYSTEMS和ROLAND MPU401/MT32,在一时难以形成统一标准的情况下,声音卡应能兼容这些声音卡标准。AZTECH公司的声佳卡是一种能同时兼容上述标准的优秀声音卡。

●MPC3没有对声音卡的信噪比作出明确的规定,但声音卡的信噪比在很大程度上决定了其音质,所以声音卡应具有优良的信噪比。

●易于安装的声音卡更易于被用户所接受,安装简便的即插即用(PnP)声音卡是声音卡的重要发展方向。

●三维环境立体声(3-D)将使声音卡具有更逼真的声音效果,如声佳卡WaveRider Pro 32-3D采用完整的硬件控制实现真实的三维环绕立体声效果。

●现在的声音卡处理数字声音的DSP芯片,合成声音的合成器芯片,需要两个芯片,将来的声音卡将朝着单一芯片方案发展,即将DSP芯片和合成器芯片合二为一,进一步简化声音卡的电路,减低生产成本。Aztech AZT2320就是这样的超极集成声音芯片,支持即插即用,直接插入计算机主板中,就能构成完整的多媒体系统。

●在现代信息社会中,电子通信把整个世界联系在一起,在声音卡中加上数据Modem、传真等通信功能是声音卡的发展趋势。Aztech Audio Telephony 2000是这种与通信技术相结合的声音卡的典范,它是一种集六种功能于一体的多功能电讯卡,具有数据Modem、传真机、自动回答电话、录音电话、16位声音卡、带有CD-ROM驱动器接口等多种功能,可以说是集整个办公室自动化所需设备于一卡之中。 视频播放 视频是多媒体技术中非常重要的部分,甚至可以说是核心部分,因为视频实际上集成了音频和视频的完整信息,但MPC1和MPC2标准并未对视频标准作出规定,MPC3最大的进步就是增加了对全动视频播放的要求,这将大大增强多媒体的表现力,使MPC具备了表现动态世界的能力,可以说MPC3才完整地使MPC成为一种真正的多媒体计算机标准。 MPC3仅要求以近似真彩色(15位/像素,65535色)在1/4屏(352×240或352×288分辨率)播放MPEG1压缩的音/视频流,并且在播放时不要求缩放和裁剪。

MPC视频播放的发展趋势有

●播放全屏全动全色视频,即640×480全屏,24位/像素,30帧/秒或25帧/秒。 ●视频播放具有视频输出(Video Out)带录像机或电视机。 ●MPEG2标准已经制定,兼容MPEG2将是MPC视频播放的发展方向。

●在PC机平台达到Pentium 75或更高级别时,不需特殊硬件的软件视频播放将是一种重要的发展趋势。 系统软件 系统软件是多媒体系统运行的环境基础,主要指的是多媒体操作系统,MPC3要求MPC系统软件在二进制级兼容Windows 3.11和DOS 6.0或更高版。 广泛流行的Windows 3.x是MPC 2要求的基本操作环境,现在32位的OS/2 Warp和Windows 95都已经发布,它们都内嵌有方便丰富的多媒体功能,并且都支持即插即用,能自动识别和配置各主要多媒体厂家的产品,为多媒体的使用与安装提供了极大的方便,相信它们将成为MPC的下一代系统软件标准。

三、多媒体网络技术 多媒体网络系统就是将多个多媒体计算机连接起来以实现多媒体通信和共享多媒体数据的计算机网络系统。多媒体网络系统本质上是一种计算机网络系统,可以是局域网,也可以是广域网。但是由于多媒体计算机技术的固有特点,多媒体网络系统也具有其相应的特征

●网络中进行多媒体通信和共享多媒体数据的节点必须是多媒体计算机,即应该能综合、集成、实时地处理文字、图形、声音、活动视频等多种媒体; ●网络必须具有较大的带宽和传输速率,以确保能高速实时地传输大容量数据的文字、图形、声音、活动视频等多种媒体数据。

发展多媒体网络系统有两种途径,一是在现有局域网(LAN)的基础上进行改进,使其能适应多媒体网络的要求;二是开发能满足多媒体网络要求的高速局域网。

目前局域网已在世界上得到广泛的应用,大量的PC机或工作站都连接在局域网上,在现有局域网的基础上发展多媒体网络具有极大的市场。但是,目前的局域网如Novell 、Ethernet、Token Ring等的传输速率只有1～10Mbps,底层硬件已固定,协议也已标准化,而且它们都是共享带宽的,无法在网络负载增大时保证大容量多媒体数据的实时传输。所以在现在局域网的基础上发展多媒体网络具有一定的难度。国际上对此进行了大量的研究,取得了一定的成果;同时数据压缩技术的发展已大大降低了多媒体数据的容量,如经压缩编码后的全动视频的传输速率只需1Mbps。这些都为多媒体网络在现有局域网上的实现提供了条件。 近年来,开发适应多媒体通信的高速局域网的工作已取得了很大的进展,并已制定了一定的国际标准。

异步传输模式局域网(ATM-LAN,Asynchronous Transfer Mode Local AreaNetwork)是一种具有代表性的多媒体网络,它采用分组交换方式,每组固定长度为53字节,通过硬件进行交换,具有分组交换和线路交换的特点,不会因交换而造成延迟,适合于大容量多媒体数据的传输通信。 宽带综合业务数字网(B-ISDN)是一种基于光纤的异步传输模式网,具有电路交换延迟小、分组交换速率高及速率可变等特点,适合于传输高保真的立体声、普通或高清晰度电视节目等,是多媒体网络的理想选择。 CCITT(SGVIII/Q9)-ISO-IEC/JTCI/SC29/WG12专家组,即MHEG(Multimedia and hyper media information coding Expert Group)为多媒体网络通信制定的国际标准一般称为MHEG标准,它对多媒体网络通信中网络交换、用户之间、多种媒体之间的关系进行了统一的规定。 MHEG标准把进行独立编码表示的基本信息单元称为对象(Object),可以是基本的多媒体对象(如单独的图像或声音),也可以是同步或链接在一起的不同媒体的对象的集合(如同步的声音和活动图像):对象还可进行合成(composite)成为合成对象。信息对象的概念是多媒体信息交换与管理、对象的时间和空间同步等的描述的基础。 MHEG标准主要定义了如下几个方面的内容: 1)交互性和多种媒体的同步 信息对象必须具备两个基本特性,即媒体之间的同步和输入对象与输出对象之间通过链接机制的交互性。 2)实时表示 在多种媒体同步的基础上,信息对象应能进行实时交互显示。 3)实时交换 信息对象应能在网络中进行实时的交换。 4)最后的表示形式 信息对象是以直接交换和显示为目的而进行编码表示的,不附加任何的处理。所以用户为对信息对象进行特殊处理,必须对获得的信息对象进行格式转换处理,把信息对象表示成相应处理需要的内部格式。

总的来说,MHEG标准包括两部分,一是关于多媒体或超媒体信息应用的规定。多媒体信息对象编码原理和系统要求,多媒体信息对象的类型说明,同步的多媒体信息对象的编码表示,输入对象和超媒体对象的概念;二是提出输入对象和超媒体对象的编码表示。

多媒体网络系统是多媒体计算机技术、网络计算机技术和通信技术的综合体现,将广泛应用于多媒体会议系统、多媒体电子邮箱、协作设计、远距离教学、远距离医疗诊断和广播出版业等方面。 事实上,在现有的网络系统中已在传播着大量的多媒体信息,其中最典型的就是Internet,所以有人认为Internet与多媒体技术的结合已构成了国际信息高速公路的雏形。

三、 多媒体技术与虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是指利用计算机技术生成的一个具有逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉的模拟现实环境,用户可以用人的自然技能对这一虚拟的现实进行交互体验,而用户体验到的结果———该虚拟的现实的反应与用户在相应的真实现实中的体验结果相似或完全相同。

虚拟现实的概念包括如下三个层次的含义: ●虚拟现实是利用计算机技术而生成的逼真的实体,人对该实体具有真实的三维视觉、立体听觉、质感的触觉和嗅觉。 ●人可通过自然技能与虚拟现实进行对话,即人的头、眼、四肢等的各种动作在虚拟现实中的反应具有真实感。 ●虚拟现实技术往往要借助于一些三维传感设备来完成交互动作,如头盔式立体显示器、数据手套、数据衣服、三维操纵器等。 多媒体技术是虚拟现实技术的基础,虚拟现实技术是多媒体技术的重要发展和应用方向。

虚拟现实技术的关键技术几乎也都是多媒体技术的根本,包括: 1)三维实时图形显示技术 视觉是人类获取信息量最大的方式,随意图形显示是虚拟现实技术中最重要的方面。虚拟现实要求真实感,所以图形显示必须是三维、实时、真彩色的,并具有透视和景深。 2)三维定位跟踪技术和触觉、嗅觉等的传感技术 虚拟现实要求人体的运动与虚拟环境能进行逼真的交互,所以三维的人机交互技术,包括三维定位跟踪技术和触觉、嗅觉等的传感技术是虚拟现实的重要实现基础。 3)高速、复杂的计算技术 虚拟现实的真实性,要求环境能模拟和表现复杂三维物体的高速运动状态,这涉及到巨量数据的传输和计算。改进算法、降低计算的复杂性和增加系统的计算能力是实现虚拟现实的保证。 4)人类工程学 虚抉现实的最终目标是人的感觉的真实性,所以研究人的感觉表现和效果的人类工程学与虚拟现实密切相关。 5)智能技术 虚拟现实与人的交互是实时的,要求计算机能从人的语言、动作甚至表情变化中获取信息,并根据这种信息作出相应的真实反应。所以自然语言理解、语音识别、图像识别等智能技术都是虚拟现实技术的基础。 虚拟现实的组成结构如图2所示,可以分成主计算机系统、三维交互系统、声音处理系统、三维图形显示系统等几部分。

虚拟现实的组成结构， 主计算机系统负责所有信号和数据的输入输出、计算、存储等;三维交互系统包括跟踪鼠标、电子数据手套等跟踪、操纵、获取及交互设备;声音处理系统主要是合成高质量立体声的声音合成器和进行语音识别的声音识别器;三维图形显示系统用于显示实时变化的三维图形,主要有头盔显示器、立体视体眼镜、双筒全方位监视器、墙式显示屏及无障碍系统等类型。 虚拟现实实现技术虽然还处于初级阶段,但已在科学可视化、CAD、飞行器/汽车/外科手术等的操作模拟等方面得到应用,已在航空航天、国防军事、生物医学、教育培训、娱乐游戏、旅游等领域显示出广阔的应用前景。

四、 多媒体技术与信息高速公路

1993年美国克林顿政府提出了"国家信息基础结构(National Information Infrastructure)"行动纲要的政府报告,并形象地称之为信息高速公路(Information Highway)。信息高速公路的设想和其诱人的前景在世界上引起了广泛的反响,各国纷纷提出自己的信息高速公路计划构想。专家预测信息高速公路将给人们的工作、学习、教育、卫生保健、商业、娱乐方式等带来一场革命,将改变人类的生活方式。 国家信息基础结构或信息高速公路是即将来临的高级信息时代的高速信息传输网,即在全国乃至全世界范围内,以光纤和高速数字交换设备构成的高速宽带信息网络。在网络中连接有大量专用和公用数据库,各种用户通过多媒体终端享受商务、金融、教育、卫生、文化、娱乐等广泛的服务。信息高速公路的主要目标是: 1)在企业、国家实验室和大学之间通过个人计算机进行技术信息交换,以提高经济效益、改善科研条件。 2)通过以通信方式推销药品和电信传送医学图像(X光片等),提高以医疗诊断为重点的医疗服务水平、改善医疗条件。 3)把教育方式从研究人员进行讲演和学校授课的集中式教育发展为使用PC机的分散教育,为人民创造学习机会。 4)快速及时地提供地震等灾害信息。 5)传输电子出版物,提供家庭电脑金融服务和家庭电脑购物。 6)利用双向高速信息网络,提高产业竞争力和政府的工作效率。

信息高速公路以光纤作为主要的传输介质,可以快速传输数据、文字、声音、图像和电视节目等内容,具有如下四大特征: ·双向传输 信息高速公路中的信息是双向交流传输的,信息消费者同时也是信息提供者。 ·高精度、快速数字化传送 信息高速公路以数字形式传输数据、文字、声音、图像和电视节目等内容,在对数据进行高效压缩后,传输效率将比现有水平高出数千倍。这将使第三产业、广播电视业、娱乐业和超级市场等发生根本性变化。

新的大容量数据存储方式 采用高效的压缩算法和大容量存储介质。 开放式系统 人人都可通过电话线或电视接口进入信息高速公路,人人都有共享信息的权利。 信息高速公路是计算机技术、多媒体计算机技术、计算机网络技术、通信技术和广播电视技术等结合的产物,其中包含了人工智能与专家系统、成像技术、自动化技术、机器人技术、传感器技术等高科技技术。 美国信息高速公路的基本结构,它是由通信设施、信息产生/分配设施(软、硬件)、人员及一套工作程序(包括标准等)组成的一个综合的大型网络系统,是一个由许多网络集成的大网。它不仅是一个信息传递系统,而且还包含各种产生信息的信息系统或信息源。美国信息高速公路的基本结构@@ 多媒体技术是信息高速公路的基础,信息高速公路是多媒体技术最深入的应用。事实上,信息高速公路可以看成是一个超级的多媒体网络系统,不仅其中高速传输着数字化的数据、文字、声音、图像和电视节目等多种媒体,而且连接在这种高速信息网络上的每一个节点,都是一种多媒体终端或完善的多媒体计算机(CompuVision或Teleputer),都集成了计算机、高清晰度电视、电话的功能,能通过网络接受和传送处理人们生活、工作所需的各种信息。 发展信息高速公路的关键技术涉及计算机系统、多媒体计算机技术、计算机网络技术、通信技术、电讯技术等一系列广阔的领域,其中最为突出的方面包括数字视频技术、人机交互接口技术、多媒体平台、保密技术等。

随着现代电子科学技术的发展,电子信息渗透到各个行业,电子信息产业成为社会国民经济的支柱产业之一,并在国民经济中占据重要地位,这就是所谓的信息社会的特征。信息高速公路是未来信息社会的血管,与社会运转、人们生活、工作、学习、教育、娱乐密切相关的各种信息流通于其中,人们不断地从中获取或传递各种信息。人们通过信息高速公路与办公室通信以充分就业,可以实现远程教育,通过联机实现远程医疗和适应其他重要的社会需求和服务。