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大学大学计算机基础-陈语林-课件PPT,大学,大学计算机,基础,陈语林,课件,ppt
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大学计算机基础,第一章 计算机发展与信息社会,1.1 计算机发展概述 人类在其漫长的文明史上，为了提高计算速度，不断发明和改进了各种计算工具。人类最早的计算工具可以追溯到中国唐代发明的算盘，算盘是世界上第一种手动式计数器，迄今仍在使用中。从算盘开始到计算机的诞生和今天的发展，人类走过了一段漫长的道路。,一、计算机的发展简史 1.计算工具的发展 机械式计算机 差分机 史前时期用石子和贝壳进行计数 2000多年前，算筹 唐宋时期，算盘 1642年，能做加减运算的机械式计算机 19世纪20年代，采用寄存器存储数据的计算机,2电子计算机发展的初期 19431946年，美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)是世界上第一台电子计算机，是现代计算机的始祖。,ENIAC这台机器共用了18800个电子管，1500个继电器，重达30吨，占地170平方米，耗电150Kw，每秒钟能进行5000次加法运算，它是一个划时代的产品。 与ENIAC研究的同时，冯诺依曼(Von Neumann)也正在研制一台被认为是现代计算机原理型的通用电子数字计算机EDVAC。这台机器于1941年开始设计，50年代初制成。在这台机器中确定了计算机硬件的五个基本部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，采用了二进制编码，把程序和数据存储在存储器中。,3电子计算机发展的四个阶段 (1)第一代计算机：电子管时代(19461958年) (2)第二代计算机：晶体管时代(19581964年) (3)第三代计算机：集成电路时代(19641970年) (4)第四代计算机：大规模、超大规模集成电路时代(1970年至今) 科学家们在研制智能计算机的同时，也开始探索更新一代的计算机：光电子计算机和生物电子计算机。今后计算机的发展，突破冯诺依曼体系结构，研制出非冯体系的计算机，进一步提高计算机的智能水平是完全可能的。,4我国计算机发展的简单历程 我国计算机的研究过程中，成功地研制出了银河、曙光、神威等系列的计算机产品。 2001年，我国中科院计算所研制成功CPU“龙芯”芯片。2002年，曙光公司推出了完全自主知识产权的“龙腾”服务器。,二、现代计算机的分类 1高性能计算机 2微型计算机(个人计算机) 3工作站 4服务器 5嵌入式计算机 三、21世纪的计算机 1芯片技术 2并行处理技术 3网格技术 4蓝牙技术 5嵌入技术 6中间件技术,1.2 信息社会与信息技术 一、我们正处在信息社会 1信息 2信息的特征 (1) 信息无处不在 (2) 信息的可传递性和共享性 (3) 信息必须依附于载体 (4) 信息是可以加工处理的 3信息的作用,二、信息技术基础 1信息技术 获取信息、处理信息、存储信息、传输信息等所用到的技术。主要包括传感技术、通信技术、计算机技术以及微电子技术。 2信息技术的发展及在人类社会中的作用 3信息化 4信息化社会与计算机 三、信息技术的基本内容 1信息基础技术 2信息系统技术,3信息应用技术 四、信息技术的发展趋势 1数字化 2多媒体化 3高速度、网络化、宽频带 4智能化,1.3 计算机在信息社会中的应用 计算机的应用已深入到了人类生活和工作的几乎各个领域 ： 1科学计算 2信息处理 3电子商务 4过程控制 5CAD/CAM/CIMS 6多媒体技术 7虚拟现实 8人工智能,大学计算机基础第一章 计算机发展与信息社会 1.1 计算机发展概述 人类在其漫长的文明史上，为了提高计算速度，不断发明和改进了各种计算工具。人类最早的计算工具可以追溯到中国唐代发明的算盘，算盘是世界上第一种手动式计数器，迄今仍在使用中。从算盘开始到计算机的诞生和今天的发展，人类走过了一段漫长的道路。一、计算机的发展简史 1.计算工具的发展 机械式计算机 差分机 史前时期用石子和贝壳进行计数2000多年前，算筹唐宋时期，算盘1642年，能做加减运算的机械式计算机19世纪20年代，采用寄存器存储数据的计算机 2电子计算机发展的初期 19431946年，美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)是世界上第一台电子计算机，是现代计算机的始祖。 ENIAC这台机器共用了18800个电子管，1500个继电器，重达30吨，占地170平方米，耗电150Kw，每秒钟能进行5000次加法运算，它是一个划时代的产品。 与ENIAC研究的同时，冯诺依曼(Von Neumann)也正在研制一台被认为是现代计算机原理型的通用电子数字计算机EDVAC。这台机器于1941年开始设计，50年代初制成。在这台机器中确定了计算机硬件的五个基本部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，采用了二进制编码，把程序和数据存储在存储器中。 3电子计算机发展的四个阶段 (1)第一代计算机：电子管时代(19461958年) (2)第二代计算机：晶体管时代(19581964年) (3)第三代计算机：集成电路时代(19641970年) (4)第四代计算机：大规模、超大规模集成电路时代(1970年至今) 科学家们在研制智能计算机的同时，也开始探索更新一代的计算机：光电子计算机和生物电子计算机。今后计算机的发展，突破冯诺依曼体系结构，研制出非冯体系的计算机，进一步提高计算机的智能水平是完全可能的。4我国计算机发展的简单历程 我国计算机的研究过程中，成功地研制出了银河、曙光、神威等系列的计算机产品。 2001年，我国中科院计算所研制成功CPU“龙芯”芯片。2002年，曙光公司推出了完全自主知识产权的“龙腾”服务器。二、现代计算机的分类 1高性能计算机 2微型计算机(个人计算机)3工作站 4服务器 5嵌入式计算机 三、21世纪的计算机 1芯片技术 2并行处理技术 3网格技术 4蓝牙技术 5嵌入技术 6中间件技术 1.2 信息社会与信息技术 一、我们正处在信息社会1信息2信息的特征 (1) 信息无处不在 (2) 信息的可传递性和共享性 (3) 信息必须依附于载体 (4) 信息是可以加工处理的3信息的作用 二、信息技术基础 1信息技术 获取信息、处理信息、存储信息、传输信息等所用到的技术。主要包括传感技术、通信技术、计算机技术以及微电子技术。2信息技术的发展及在人类社会中的作用 3信息化 4信息化社会与计算机 三、信息技术的基本内容1信息基础技术2信息系统技术 3信息应用技术 四、信息技术的发展趋势 1数字化 2多媒体化 3高速度、网络化、宽频带 4智能化 1.3 计算机在信息社会中的应用 计算机的应用已深入到了人类生活和工作的几乎各个领域 ：1科学计算2信息处理 3电子商务 4过程控制 5CAD/CAM/CIMS 6多媒体技术 7虚拟现实 8人工智能 第2章 计算机基础知识,2.1 进位计数制 一、进位计数制的概念 在采用进位计数的数字系统中，如果只用r个基本符号(例如0，1，2，r-1)表示数值，则称其为基r数制，r称为该数制的基数，而数制中每一固定位置对应的单位值称为权。 678.34=6102+7101+8100+310-1+410-2,二、数制间的转换 1十进制数转换成非十进制数 十进制整数化为非十进制整数采用“余数法”，即除基数取余数。把十进制整数逐次用任意进制数的基数去除，一直到商是0为止，然后将所得到的余数从右到左排列，首次取得的余数排在最右。 十进制小数转换成非十进制小数采用“进位法”，即乘基数取整数。把十进制小数不断用其他进制的基数去乘，直到小数的当前值等于0或满足所要求的精度为止，最后将所得到的乘积的整数部分自左往右排列，首次取得的整数排在最左。,2非十进制数转换成十进制数 非十进制数a1a2am-1am.am+1转换成十进制数采用“位权法”，即把各非十进制数按权展开，然后求和。转换方式用如下公式表示： 3二进制数与八、十六进制数之间的转换 二进制数转换为八进制数时，按“3位并1位”的方法进行。 八进制数转换成二进制数时，只要把每位八进制数用对应的3位二进制数展开表示，即“1位拆3位”。,三、 二进制数的算术运算 1二进制数的加法运算 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0 2二进制数的减法运算 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1,3二进制数的乘法运算 00=0 01=10=0 11=1 4二进制数的除法运算 00=0 01=0(10无意义) 11=1,四、二进制数的逻辑运算 1逻辑数据的表示 2逻辑运算 逻辑非运算 (2) 逻辑与运算 01=0 10=0 00=0 11=1 (3) 逻辑或运算 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 (4) 逻辑异或运算 00=0， 01=1 10=1， 11=0,2.2 信息编码 信息编码就是指对输入到计算机中的各种数值和非数值型数据用二进制数进行编码的方式。一、数据的长度单位 1位 2字节 3字 二、计算机内数的表示方法 1.带符号数的表示方法 机器数和真值,(2) 原码 正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，机器数的不变形表示法即称为该数的原码。 (3) 反码 正数的反码表示与原码相同；负数的反码是将负数的原码除符号位以外，其余各数位按位取反而得到 (4) 补码 正数的补码表示与原码相同；负数的补码是将负数的原码除符号位以外，其余各数位按位取反再加1而得到,2定点数和浮点数的表示 三、计算机数据编码 1数据的编码 8421 BCD码 2字符数据的编码 ASCII码 3汉字的输入编码 数字编码：主要是区位码 (2) 拼音编码 (3) 字形编码,4汉字机内码 计算机内部使用的汉字编码称为汉字内码或汉字机内码，是在设备和信息处理系统内部存储、处理和传输用的。 5汉字字模信息码 字模信息码即汉字字形码 汉字处理系统中所用汉字点阵字模的集合又称为汉字库。汉字库可做成硬字库或软字库。硬字库又称汉卡；软字库以文件形式将字库储存在软磁盘、硬盘或光盘上。 要提高汉字的输出质量，现在已改为用矢量法来描述汉字的笔画轮廓，从而使汉字的显示更加精美。,2.3 计算机系统的组成结构与工作原理 一、计算机系统的组成结构 一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础；软件系统是为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。 在计算机系统中，对于软件和硬件的功能没有一个明确的分界线。,二、计算机系统的硬件组成 计算机的工作原理是美籍匈牙利数学家冯诺依曼首先提出来的。冯诺依曼原理指出计算机是依靠“存储程序”而实现自动工作的。根据这一原理建立了计算机的基本组成和工作方式。 冯诺依曼提出了计算机的四项重要的设计思想： 计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 采用存储程序的方式，程序和数据存放在同一个存储器中。 指令在存储器中按顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变。, 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。 1运算器 运算器的主要功能是算术运算和逻辑运算。 2控制器 是计算机的神经中枢和指挥中心。 3存储器 存储器的主要功能是存放程序和数据。 4输入设备 5输出设备,三、指令与指令系统 指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。一条指令通常由两个部分组成： 操作码 操作数 一台计算机的所有指令的集合，称为该计算机的指令系统。 四、计算机的基本工作原理 计算机的工作过程实际上是快速地执行指令的过程。 当计算机在工作时，有两种信息在执行指令的过程中流动：数据流和控制流。,2.4 计算机系统的主要技术指标 1字长 字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。 2主存贮器的容量 3运算速度 取决于每秒钟所能执行的指令条数。 4外设扩展能力和软件配置情况,第2章 计算机基础知识 2.1 进位计数制 一、进位计数制的概念 在采用进位计数的数字系统中，如果只用r个基本符号(例如0，1，2，r-1)表示数值，则称其为基r数制，r称为该数制的基数，而数制中每一固定位置对应的单位值称为权。 678.34=6102+7101+8100+310-1+410-2二、数制间的转换 1十进制数转换成非十进制数 十进制整数化为非十进制整数采用“余数法”，即除基数取余数。把十进制整数逐次用任意进制数的基数去除，一直到商是0为止，然后将所得到的余数从右到左排列，首次取得的余数排在最右。 十进制小数转换成非十进制小数采用“进位法”，即乘基数取整数。把十进制小数不断用其他进制的基数去乘，直到小数的当前值等于0或满足所要求的精度为止，最后将所得到的乘积的整数部分自左往右排列，首次取得的整数排在最左。 2非十进制数转换成十进制数 非十进制数a1a2am-1am.am+1转换成十进制数采用“位权法”，即把各非十进制数按权展开，然后求和。转换方式用如下公式表示：3二进制数与八、十六进制数之间的转换 二进制数转换为八进制数时，按“3位并1位”的方法进行。 八进制数转换成二进制数时，只要把每位八进制数用对应的3位二进制数展开表示，即“1位拆3位”。 三、 二进制数的算术运算 1二进制数的加法运算 0+0=00+1=1+0=1 1+1=0 2二进制数的减法运算 0-0=1-1=01-0=1 0-1=1 3二进制数的乘法运算 00=001=10=0 11=14二进制数的除法运算 00=001=0(10无意义) 11=1 四、二进制数的逻辑运算 1逻辑数据的表示 2逻辑运算 逻辑非运算 (2) 逻辑与运算01=0 10=0 00=0 11=1 (3) 逻辑或运算 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 (4) 逻辑异或运算 00=0， 01=1 10=1， 11=0 2.2 信息编码 信息编码就是指对输入到计算机中的各种数值和非数值型数据用二进制数进行编码的方式。一、数据的长度单位1位2字节 3字二、计算机内数的表示方法 1.带符号数的表示方法机器数和真值 (2) 原码 正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，机器数的不变形表示法即称为该数的原码。 (3) 反码 正数的反码表示与原码相同；负数的反码是将负数的原码除符号位以外，其余各数位按位取反而得到(4) 补码 正数的补码表示与原码相同；负数的补码是将负数的原码除符号位以外，其余各数位按位取反再加1而得到2定点数和浮点数的表示 三、计算机数据编码 1数据的编码8421 BCD码2字符数据的编码ASCII码 3汉字的输入编码数字编码：主要是区位码(2) 拼音编码 (3) 字形编码 4汉字机内码 计算机内部使用的汉字编码称为汉字内码或汉字机内码，是在设备和信息处理系统内部存储、处理和传输用的。 5汉字字模信息码 字模信息码即汉字字形码 汉字处理系统中所用汉字点阵字模的集合又称为汉字库。汉字库可做成硬字库或软字库。硬字库又称汉卡；软字库以文件形式将字库储存在软磁盘、硬盘或光盘上。 要提高汉字的输出质量，现在已改为用矢量法来描述汉字的笔画轮廓，从而使汉字的显示更加精美。 2.3 计算机系统的组成结构与工作原理 一、计算机系统的组成结构 一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础；软件系统是为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。 在计算机系统中，对于软件和硬件的功能没有一个明确的分界线。 二、计算机系统的硬件组成 计算机的工作原理是美籍匈牙利数学家冯诺依曼首先提出来的。冯诺依曼原理指出计算机是依靠“存储程序”而实现自动工作的。根据这一原理建立了计算机的基本组成和工作方式。冯诺依曼提出了计算机的四项重要的设计思想： 计算机应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 采用存储程序的方式，程序和数据存放在同一个存储器中。 指令在存储器中按顺序存放，由指令计数器指明要执行的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变。 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。1运算器 运算器的主要功能是算术运算和逻辑运算。 2控制器 是计算机的神经中枢和指挥中心。3存储器 存储器的主要功能是存放程序和数据。 4输入设备 5输出设备 三、指令与指令系统 指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。一条指令通常由两个部分组成： 操作码 操作数 一台计算机的所有指令的集合，称为该计算机的指令系统。四、计算机的基本工作原理 计算机的工作过程实际上是快速地执行指令的过程。当计算机在工作时，有两种信息在执行指令的过程中流动：数据流和控制流。 2.4 计算机系统的主要技术指标 1字长 字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。 2主存贮器的容量 3运算速度 取决于每秒钟所能执行的指令条数。4外设扩展能力和软件配置情况 第3章 微型计算机的硬件系统与软件系统,3.1 微型计算机的硬件及主要技术参数 一、主板 1系统主板,根据主板的标准可分为AT结构和ATX结构。 芯片组是系统主板的灵魂，它决定了主板的结构及CPU的使用。 主板芯片的开发研究方面，Intel公司居龙头老大地位。 2主板新技术 主板的高分频 (2) 性能加速技术 (3) STR(Suspend To RAM，悬挂到内存)技术 (4) 四相供电电路技术 (5) 双通道DDR(Double Data Rate，双速率),二、CPU 在微型计算机中，运算器和控制器被制作在同一块半导体芯片上，称为中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)又称微处理器。 近20年中，CPU的技术水平飞速提高，在速度、功耗、体积和性能价格比方面平均每18个月就有一个数量级的提高。最具代表性的产品是美国Intel公司的微处理器系列。 1衡量CPU性能的主要技术指标 CPU字长。 位宽。 x位CPU。 CPU外频。 CPU主频。 CPU的生产工艺技术。,2Intel微处理器 Intel公司生产的微处理器主要按台式机、便携机和移动PC、服务器和工作站来分类，以Pentium系列为主。 (1) Pentium (2) Celeron (3) Itanium (4) Xeon (5) Banias,三、存储器 1内存储器 内存是微型计算机的重要部件之一，它是存放程序与数据的装置，一般由记忆元件和电子线路构成。记忆元件如磁芯、磁带、半导体记忆元件和光盘等。 (1) 随机存取存储器(Random Access Memory，RAM) 通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存，CPU对它们既可读出数据又可写入数据。一旦关机断电，RAM中的信息将全部消失。,(2) 只读存储器(Read Only Memory，ROM) 只读存储器简称ROM。CPU对它们只取不存，它里面存放的信息一般由计算机制造厂写入并经固化处理，用户是无法修改的。即使断电，ROM中的信息也不会丢失。 (3) 高速缓冲存储器Cache 计算机在工作时CPU频繁地和内存储器交换信息，当CPU从RAM中读取数据时，就不得不进入等待状态，放慢它的运行速度，因此极大地影响了计算机的整体性能。为有效地解决这一问题，目前在微机上也采用了高速缓冲存储器(Cache)技术方案。,CPU内部的Cache也称为一级Cache，简称L1(Level1)，它是CPU内核的一部分，负责在CPU内部的寄存器与外部Cache之间的缓冲。 CPU外部的Cache，它相对CPU是独立的部件，主要用于弥补CPU内部Cache的容量过小，负责整个CPU与内存之间的缓冲。 2外存储器 磁盘、磁带、光盘等，称为外部存储器，简称外存。 磁介质存储器 软盘, 硬盘 IDE硬盘外观 串口硬盘 磁盘阵列RAID RAID为Redundant Arrays of Independent Disks的简称，意为廉价冗余磁盘阵列，它由若干个硬盘组成。 磁盘阵列中针对不同的应用使用不同的技术，目前常用的标准是RAID 0RAID5。,(2) 光介质存储器 利用光学方式读/写数据，是从激光电视唱片和数字音频唱片基础上发展起来的。 目前微机上使用的光介质主流产品是光盘。它需要通过专用的设备，如CD-ROM(Compact Disk-ROM)等驱动器读取光盘上的信息。 按光盘的读/写性能，可分为只读型与可读写型。 CD-ROM的后继产品DVD-ROM(Digital Versatile Disk-ROM)，,(3) 移动存储产品 移动硬盘 移动硬盘直接由台式电脑硬盘或者由笔记者电脑硬盘改装而成，这类产品性价比非常好，通常来讲可按产品的接口类型分为USB1.1、USB2.0和IEEE 1394这三种。 Flash存储设备 Flash存储设备利用Flash闪存芯片为存储介质，采用USB的接口，可擦写100万次的性能更是大大加强了数据的安全性。,四、总线与接口 1总线 为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。 微型计算机中的总线一般分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线位于CPU芯片内部，用于连接CPU的各个组成部件；而系统总线是指主板上连接微型计算机中各大部件的总线；外部总线则是微型计算机和外部设备之间的总线，微型计算机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换。,如果按总线内所传输的信息种类，可将总线分类为： 数据总线(Data Bus，DB)。用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传递，它的条数取决于CPU的字长，信息传送是双向的(可送入到CPU，也可由CPU送出)。 地址总线(Address Bus，AB)。用于传送存储单元或I/O接口的地址信息，信息传送是单向的，它的条数决定了计算机内存空间的范围大小，即CPU能管辖的内存数量。 控制总线(Control Bus，CB)。传送控制器的各种控制信息，它的条数由CPU的字长决定。,目前的微型计算机上常可见到的总线结构有： ISA(Industry Standard Architecture)总线 (2) PCI(Peripheral Component Interconnect)总线 (3) AGP(Advanced Graphics Port) 2计算机与外部设备接口 计算机与外部设备接口是一组电气连接和信号交换标准。 常用接口,串行接口 (2) 并行接口 并行接口和串行接口都必须在软件控制下才能按需要输入或输出数据。 (3) USB(Universal Serial Bus)通用串行总线接口 目前可以通过USB接口连接的输入/输出设备有显示器、键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、数码照相机、打印机、绘图仪和调制解调器等。USB2.0最大数据传输率为480Mb/s。,(4) IEEE1394接口 IEEE 1394是一种连接外部设备的机外总线标准 (5) 硬盘接口 目前在微型计算机中使用最广泛的硬盘接口标准是IDE和SCSI标准。 IDE接口标准 EIDE接口标准 SCSI接口标准,五、输入/输出设备 1输入设备 输入设备将数据、程序等转换成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。常用输入设备是键盘、鼠标、轨迹球、摄像头、扫描仪、光笔、触摸屏、数字化仪、游戏操作杆等 2输出设备 输出设备将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、字符、图像、声音等形式显示、打印或播放出来。常用的输出设备是显示器、打印机、绘图仪等,3.2 微型计算机的软件系统 一、系统软件 系统软件用于计算机管理、维护、控制和运行，管理计算机的各种资源，以满足应用软件的需要。可以说，系统软件是计算机硬件和当前正在运行的应用程序之间的接口。系统软件本身又可分成三部分，即操作系统、语言处理系统和常用的例行服务程序。语言处理系统包括各种语言的编译程序、解释程序和汇编程序。服务程序种类很多，通常包括诊断排错程序、排序程序、编辑程序、媒体间的复制程序等。在系统软件中，操作系统是核心，操作系统是高级管理程序。,二、应用软件 应用软件完成一个特定的任务，在系统软件的支持下，用户才能运行各种应用软件。应用软件是计算机用户利用计算机硬软件资源为了解决某些具体问题而开发和研制的各种程序。 三、实用程序 实用程序完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务。,四、硬件系统和软件系统的关系 计算机系统中硬件和软件是不可缺少的两个重要方面。硬件是物质基础，软件担负指挥功能 。计算机系统中的硬件和软件之间，以及软件和软件之间是一种层次关系。在分层结构中，硬件处于最底层，操作系统是直接加在硬件上的软件，即操作系统最接近硬件，其他的软件在操作系统之上，即它们离硬件的距离比操作系统要远。 软件与程序的关系是密切相联的。没有程序与文档资料，则不存在软件。,3.3 微型计算机的发展方向 随着数码产品的日渐丰富，无论是商用还是家用微型计算机，都会用到越来越多的即插即用(plug and play)设备：数码摄像机、无线设备、优盘、移动硬盘、USB打印机、USB扫描仪等，出现了许多新的个人计算机形态：MiNi准系统、平板电脑(TabletPC)、家电化的PC等。 1MiNi准系统,2平板电脑(Tablet PC) 3家电化的PC 电视、DVD、影音、PC于一体的新概念计算机,4微型计算机的发展方向 高速化 超小型化：最典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行。 多媒体化：体现在全新的多媒体处理芯片的设计、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。 网络化：网络计算机、具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。 隐形化：今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形象，电视计算机、影音计算机等将大量出现。,第3章 微型计算机的硬件系统与软件系统 3.1 微型计算机的硬件及主要技术参数 一、主板 1系统主板 根据主板的标准可分为AT结构和ATX结构。 芯片组是系统主板的灵魂，它决定了主板的结构及CPU的使用。 主板芯片的开发研究方面，Intel公司居龙头老大地位。2主板新技术 主板的高分频 (2) 性能加速技术 (3) STR(Suspend To RAM，悬挂到内存)技术 (4) 四相供电电路技术 (5) 双通道DDR(Double Data Rate，双速率) 二、CPU 在微型计算机中，运算器和控制器被制作在同一块半导体芯片上，称为中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)又称微处理器。 近20年中，CPU的技术水平飞速提高，在速度、功耗、体积和性能价格比方面平均每18个月就有一个数量级的提高。最具代表性的产品是美国Intel公司的微处理器系列。 1衡量CPU性能的主要技术指标 CPU字长。 位宽。 x位CPU。 CPU外频。 CPU主频。 CPU的生产工艺技术。 2Intel微处理器 Intel公司生产的微处理器主要按台式机、便携机和移动PC、服务器和工作站来分类，以Pentium系列为主。(1) Pentium (2) Celeron (3) Itanium (4) Xeon (5) Banias 三、存储器 1内存储器 内存是微型计算机的重要部件之一，它是存放程序与数据的装置，一般由记忆元件和电子线路构成。记忆元件如磁芯、磁带、半导体记忆元件和光盘等。 (1) 随机存取存储器(Random Access Memory，RAM) 通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存，CPU对它们既可读出数据又可写入数据。一旦关机断电，RAM中的信息将全部消失。 (2) 只读存储器(Read Only Memory，ROM) 只读存储器简称ROM。CPU对它们只取不存，它里面存放的信息一般由计算机制造厂写入并经固化处理，用户是无法修改的。即使断电，ROM中的信息也不会丢失。 (3) 高速缓冲存储器Cache 计算机在工作时CPU频繁地和内存储器交换信息，当CPU从RAM中读取数据时，就不得不进入等待状态，放慢它的运行速度，因此极大地影响了计算机的整体性能。为有效地解决这一问题，目前在微机上也采用了高速缓冲存储器(Cache)技术方案。 CPU内部的Cache也称为一级Cache，简称L1(Level1)，它是CPU内核的一部分，负责在CPU内部的寄存器与外部Cache之间的缓冲。 CPU外部的Cache，它相对CPU是独立的部件，主要用于弥补CPU内部Cache的容量过小，负责整个CPU与内存之间的缓冲。 2外存储器 磁盘、磁带、光盘等，称为外部存储器，简称外存。磁介质存储器 软盘 硬盘 IDE硬盘外观 串口硬盘 磁盘阵列RAID RAID为Redundant Arrays of Independent Disks的简称，意为廉价冗余磁盘阵列，它由若干个硬盘组成。 磁盘阵列中针对不同的应用使用不同的技术，目前常用的标准是RAID 0RAID5。 (2) 光介质存储器 利用光学方式读/写数据，是从激光电视唱片和数字音频唱片基础上发展起来的。 目前微机上使用的光介质主流产品是光盘。它需要通过专用的设备，如CD-ROM(Compact Disk-ROM)等驱动器读取光盘上的信息。 按光盘的读/写性能，可分为只读型与可读写型。 CD-ROM的后继产品DVD-ROM(Digital Versatile Disk-ROM)， (3) 移动存储产品 移动硬盘 移动硬盘直接由台式电脑硬盘或者由笔记者电脑硬盘改装而成，这类产品性价比非常好，通常来讲可按产品的接口类型分为USB1.1、USB2.0和IEEE 1394这三种。 Flash存储设备 Flash存储设备利用Flash闪存芯片为存储介质，采用USB的接口，可擦写100万次的性能更是大大加强了数据的安全性。 四、总线与接口 1总线 为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。 微型计算机中的总线一般分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线位于CPU芯片内部，用于连接CPU的各个组成部件；而系统总线是指主板上连接微型计算机中各大部件的总线；外部总线则是微型计算机和外部设备之间的总线，微型计算机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换。 如果按总线内所传输的信息种类，可将总线分类为： 数据总线(Data Bus，DB)。用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传递，它的条数取决于CPU的字长，信息传送是双向的(可送入到CPU，也可由CPU送出)。 地址总线(Address Bus，AB)。用于传送存储单元或I/O接口的地址信息，信息传送是单向的，它的条数决定了计算机内存空间的范围大小，即CPU能管辖的内存数量。 控制总线(Control Bus，CB)。传送控制器的各种控制信息，它的条数由CPU的字长决定。 目前的微型计算机上常可见到的总线结构有： ISA(Industry Standard Architecture)总线 (2) PCI(Peripheral Component Interconnect)总线 (3) AGP(Advanced Graphics Port) 2计算机与外部设备接口 计算机与外部设备接口是一组电气连接和信号交换标准。常用接口 串行接口 (2) 并行接口 并行接口和串行接口都必须在软件控制下才能按需要输入或输出数据。 (3) USB(Universal Serial Bus)通用串行总线接口 目前可以通过USB接口连接的输入/输出设备有显示器、键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、数码照相机、打印机、绘图仪和调制解调器等。USB2.0最大数据传输率为480Mb/s。 (4) IEEE1394接口IEEE 1394是一种连接外部设备的机外总线标准(5) 硬盘接口 目前在微型计算机中使用最广泛的硬盘接口标准是IDE和SCSI标准。 IDE接口标准 EIDE接口标准 SCSI接口标准 五、输入/输出设备 1输入设备 输入设备将数据、程序等转换成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。常用输入设备是键盘、鼠标、轨迹球、摄像头、扫描仪、光笔、触摸屏、数字化仪、游戏操作杆等2输出设备 输出设备将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、字符、图像、声音等形式显示、打印或播放出来。常用的输出设备是显示器、打印机、绘图仪等 3.2 微型计算机的软件系统 一、系统软件 系统软件用于计算机管理、维护、控制和运行，管理计算机的各种资源，以满足应用软件的需要。可以说，系统软件是计算机硬件和当前正在运行的应用程序之间的接口。系统软件本身又可分成三部分，即操作系统、语言处理系统和常用的例行服务程序。语言处理系统包括各种语言的编译程序、解释程序和汇编程序。服务程序种类很多，通常包括诊断排错程序、排序程序、编辑程序、媒体间的复制程序等。在系统软件中，操作系统是核心，操作系统是高级管理程序。 二、应用软件 应用软件完成一个特定的任务，在系统软件的支持下，用户才能运行各种应用软件。应用软件是计算机用户利用计算机硬软件资源为了解决某些具体问题而开发和研制的各种程序。 三、实用程序 实用程序完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务。 四、硬件系统和软件系统的关系 计算机系统中硬件和软件是不可缺少的两个重要方面。硬件是物质基础，软件担负指挥功能 。计算机系统中的硬件和软件之间，以及软件和软件之间是一种层次关系。在分层结构中，硬件处于最底层，操作系统是直接加在硬件上的软件，即操作系统最接近硬件，其他的软件在操作系统之上，即它们离硬件的距离比操作系统要远。 软件与程序的关系是密切相联的。没有程序与文档资料，则不存在软件。 3.3 微型计算机的发展方向 随着数码产品的日渐丰富，无论是商用还是家用微型计算机，都会用到越来越多的即插即用(plug and play)设备：数码摄像机、无线设备、优盘、移动硬盘、USB打印机、USB扫描仪等，出现了许多新的个人计算机形态：MiNi准系统、平板电脑(TabletPC)、家电化的PC等。1MiNi准系统 2平板电脑(Tablet PC) 3家电化的PC 电视、DVD、影音、PC于一体的新概念计算机 4微型计算机的发展方向 高速化 超小型化：最典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行。 多媒体化：体现在全新的多媒体处理芯片的设计、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。 网络化：网络计算机、具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。 隐形化：今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形象，电视计算机、影音计算机等将大量出现。 第4章 操作系统及其应用,操作系统是直接控制和管理计算机系统硬件和软件资源以方便用户充分而有效地利用计算机资源的程序集合，是用户与计算机系统交换的工作界面。 4.1 操作系统概述 操作系统(Operating System，OS)既是计算机系统资源的管理员，又是计算机系统用户的服务员。,操作系统是计算机系统资源的管理者，从其自身的功能来讲是用来控制和管理计算机系统的硬件资源和软件资源；从用户的角度来说是用户与计算机之间通信的桥梁，为用户提供访问计算机资源的工作环境，用户通过使用操作系统提供的命令和交互功能实现访问计算机的操作。 一、 操作系统的基本概念 1操作系统的形成和发展 手工操作阶段 (2) 批量处理阶段,(3) 操作系统形成阶段 多道程序和分时系统的出现，标志着操作系统的正式形成。 (4) 操作系统的标准化阶段 2操作系统的定义 操作系统是计算机系统中的一种系统软件，它是这样一些程序模块的集合它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，并使整个计算机系统高效率的运行。,3操作系统的特征 并发性。 共享性。 不确定性。 虚拟性。 可重构性。 4操作系统的最新发展 更强的分布式处理能力 更高的安全性和可靠性 符合开放式模型 更方便的用户界面,二、操作系统的分类 按照操作系统所提供的功能进行分类，可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、单用户操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。 1批处理操作系统 批处理操作系统要求用户事先把上机解题的作业准备好，包括程序、数据以及作业说明书，然后直接交给系统操作员，并按指定的时间收取运行结果，用户不直接与计算机打交道。,2分时操作系统 分时操作系统允许多个用户共计同一台计算机的资源，即在一台计算机上连接几台甚至几十台终端机，终端机可以没有CPU与内存，只有键盘与显示器，每个用户都通过各自的终端机使用这台计算机的资源，计算机系统按固定的时间片轮流为各个终端服务。由于计算机的处理速度很快，用户感觉不到等待时间，似乎这台计算机专为自己服务一样。 3实时操作系统 实时操作系统指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。,4单用户操作系统 单用户操作系统是随着微机的发展而产生的，用来对一台计算机的硬件和软件资源进行管理，通常分为单用户单任务和单用户多任务两种类型。 5网络操作系统 网络操作系统用于对多台计算机的硬件和软件资源进行管理和控制，提供网络通信和网络资源的共享功能。 6分布式(多处理机)操作系统 用于管理分布式系统资源的操作系统称为分布式操作系统。,4.2 操作系统的主要功能 操作系统对计算机资源进行控制和管理的功能主要分为处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理等五个部分。 一、进程及处理机管理 1进程的概念 2进程的描述 主要由进程控制块(PCB，Process Control Block)、有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集3部分组成。,3进程与程序的关系 进程是一个动态的概念，而程序是一个静态的概念；程序是指令的有序集合，没有执行含义，而进程则强调执行过程，动态创建，并被调度执行后消亡；进程具有并行特征，而程序没有；进程是系统中独立存在的实体，是竞争资源的基本单位；进程的存在必然需要程序的存在，但进程和程序不是一一对应的，由于进程是程序的执行过程，所以程序是进程的一个组成部分；处于静止状态的程序不对应任何进程，当程序被处理机执行时，它一定属于某一个或者多个进程；不同的进程可以包含同一可载入程序，只要该程序所对应的数据集不同。,4线程 线程被称为轻量级(Lightweight Threads，LWP)进程，它描述进程内的执行状况，是操作系统分配CPU时间的基本单位。 线程可以分为核心级线程(Kernel Threads)和用户级线程(User Threads)。核心级线程由操作系统支持，直接由操作系统产生，在核心空间运行。用户级线程由用户创建。一般来说，核心级线程比用户级线程具有更高的优先级，能优先获得CPU时间。,二、作业管理 1作业的含义 作业是指用户在一次计算过程中或一个事务处理中要求计算机系统所要完成工作的集合，它是用户向计算机提交一项工作的基本单位。 2作业调度的过程 一个作业进入系统并建立相应的一个或多个进程后，由进程调度来分配处理机，让其在处理机上运行，完成该作业的任务。 提交状态 (2)准备状态 (3) 执行状态 (4) 完成状态,3作业调度程序 作业调度程序的主要功能是按照某种算法或策略从作业的后备队列中选择某个作业进入内存，并为作业做好运行前的准备工作和作业完成后的善后处理工作。 4调度算法 作业调度程序最主要的功能就是通过一定的算法从后备状态的作业中挑选作业进入运行状态。 先来先服务调度算法 最短作业优先调度算法 响应比高者优先调度算法,5作业与进程的关系 作业是用户向计算机提交任务的任务实体，而进程则是具体完成用户任务的运行实体、分配计算机资源的基本单位。 三、存储管理 1存储 所谓存储就是根据不同的应用环境，通过采取合理、安全、有效的方式将数据保存到某些介质上并能保证有效的访问。 2存储管理 存储管理是指管理存储资源，为用户合理使用存储资源提供有力的支撑。,3存储管理的基本功能 存储管理的主要任务是管理存储器资源，为多道程序运行提供有力的支撑。存储管理的主要功能包括： 主存的分配和回收 存储共享 内存保护 扩充主存容量 地址变换 4存储分配的方式 存储分配主要解决多道作业之间划分主存空间的问题,5虚拟存储器 虚拟存储技术是非常重要的存储管理技术，其核心思想是利用巨大的硬盘空间来弥补不足的实际内存空间。 6缓存机制 缓存机制是为了提高高速CPU或内存与低速外部设备之间的处理速度不匹配的问题而产生的缓冲技术，即I/O缓冲器。其工作过程是在CPU或内存与外部设备交换数据时，两者间不直接进行，而是通过缓冲器进行。利用I/O缓冲器来提高CPU与输入/输出设备之间的并行程度，提高整个系统的运行效率。,四、设备管理 设备管理的主要任务是优化设备的调度、提高设备的利用率；根据各种设备的特性确定相应的分配策略、进行妥善的管理，按照进程的请求把输入/输出设备分配给提出请求的进程；控制输入/输出设备和CPU或内存之间的数据交换；为用户提供一个友好的透明的接口，把用户和设备硬件特征分开，使用户在编写应用程序时不用涉及具体设备，系统按用户要求控制设备工作。这些任务都是由设备管理程序实现的。,五、文件管理 文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行有效管理，实现按名存取；实现文件的共享、保护和保密，保证文件的安全性；并提供给用户一套能方便使用文件的操作命令。 1文件系统基础知识 (1) 文件的概念 文件是一组信息的集合，如源程序、可执行的二进制代码程序数据、文本、表格、声音及图像等，是用户存储、查询和管理信息的一种方式。,(2) 文件的命名 文件名是由字母、数字、下划线等组成；扩展名则由一些特定的字符组成，具有特定的含义，通常用来识别文件的类型。 (3) 文件的类型 2文件的结构 (1) 文件的逻辑结构 文件的逻辑结构是从用户的角度所观察到的文件组织形式，文件的逻辑结构与存储设备无关。,(2) 文件的物理结构 文件的的物理结构是从系统实现的角度看文件在外存上的存放组织形式，文件的物理结构与存储设备的特性有关。 文件在逻辑上都可以看作是连续的，但在存储设备上存放时却有多种组织形式，如顺序结构、链接结构和索引结构等。 3文件的存取方法 (1) 顺序存取 顺序存取是最简单的方法，严格按照文件信息单位排列的顺序依次存取。,(2)随机存取又称直接存取，在存取时必须先确定进行存取时的起始位置(如记录号、字符序号等)。 4文件存储设备 常用的文件存储设备有磁带和磁盘。 5文件目录 把所有的文件控制块FCB组织在一起就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合。 单级目录结构 二级目录结构 多级目录结构,4.3 Windows操作系统的应用 一、Windows操作系统的发展与特点 1Windows操作系统的发展 2Windows操作系统的主要特点 (1) 采用了图形用户界面，供用户方便地使用计算机，减轻了用户记忆与理解操作命令地负担。 (2) 在内存管理上，实现了虚拟内存管理，应用程序和它所处理的数据几乎不受内存容量地限制。 (3) 提供了可同时运行多个任务的能力(称为多任务处理)，在各个任务之间可以方便地进行切换和交换信息。,(4) 提供各种系统管理的工具(例如，程序管理器、文件管理器等)，提供各类必要且有效的使用程序(例如，绘画用的画笔程序Paintbrush、文字处理软件Write)等。 (5) 配置了具有多媒体处理能力的若干使用程序，允许图形、文字、声音同时进行播放。 (6) 提供与局域网或远程网的接口(包括通信软件Terminal等)和常用的通信应用软件(如浏览器、电子邮件) (7) 提供对各类I/O设备的接口与管理，提供相应的驱动程序与管理程序(例如，打印管理器、控制面板、Windows设置程序等)。 (8) 提供联机帮助，用户可以及时地从计算机中获得有关操作说明的信息。,二、 Windows 注册表 1注册表的概念 注册表中存放着各种参数，直接控制着系统的启动、硬件驱动程序的装载以及一些系统应用程序的运行，从而在整个系统中起着核心作用。 注册表包括如下的内容。 (1) 软、硬件的有关配置和状态信息，应用程序和资源外壳的初始条件、首选项和卸载数据。 (2) 联网计算机整个系统的设置和各种许可，文件扩展名与应用程序的关联，硬件部件的描述、状态和属性。 (3) 性能记录和其他底层的系统状态信息，以及其他数据。,2注册表的特点 3注册表文件的组成 4注册表编辑器 注册表编辑器是一个用来查看、更改系统注册表的高级工具，它包含有关用户计算机的运行信息。系统提供了两个注册表编辑器，一个是Regedit.exe，另一个是Regedt32.exe。,5注册表的结构 注册表按层次结构来组织。由项(主键)、子项(子键)、配置单元(根键)和键值项组成。 6注册表中的键值项数据 字符串值(REG_SZ) 二进制值(REG_BINARY) DWORD值(REG_DWORD),三、Windows 用户和密码 添加新用户和修改密码时，单击“开始/设置/控制面板/用户帐户”,4.4 Windows文件与文件夹管理 一、文件与文件夹 1文件与文件夹的概念 所谓文件(file)就是一组相关数据的集合 Windows中文件可分为两类：程序文件和数据文件。 2文件与文件夹的命名 Windows 的文件名由文件主名和扩展名两部分组成，中间用一个圆点“”分隔开。,二、文件系统 文件系统就是在硬盘上存储信息的格式。常见的文件系统有FAT16、FAT32、NTFS三种。 1FAT16文件系统 2FAT32文件系统 可以支持更大的磁盘分区，文件的存储效率也非常高。 3NTFS文件系统 NTFS文件系统的设计目标就是用来在很大的硬盘上能够很快地执行诸如读、写和搜索这样的标准文件操作，甚至包括像文件系统恢复这样的高级操作。,三、文件与文件夹的操作 Windows 中的文件与文件夹操作主要是通过“我的电脑”或资源管理器来完成的。 1“我的电脑”和Windows资源管理器,2文件与文件夹的选定及取消 3文件与文件夹的创建和重命名
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