计算机硬件组成

----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----1、计算机系统的组成（hardware和软件系统两部分组成的。硬件部分1、处理器（CentralProcessing制作在一块集成电路芯片上，也称为微处理器（MicroProcessor。计算机利用处理器处理数据，利用存储器来CPU是计算机硬件的核心，主要包括运算器和控制器两大部分，控制着整个计算机系统的工作。计算机的性能主要取决于CPU的性能。运算器又称为算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，ALU）。操作时，控制器从存储器取出数据，运算器进行算术运算或逻辑运算，并把处理后的结果送回存储器。2、存储器在计算机系统中，习惯上把内存、CPU合称为主机。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----（1）内存储器（RandomAccess（ReadOnlyMemory，ROM）（Cache）三类。内存一般指的是RAM。硬盘一般ROM。（2）外存储器外存储器主要包括硬盘、光盘、U盘和移动硬盘等。ROMRAM表示的是只读存储器，即：它只能RAM表示的是读写存储器，可其中的任一存储单元进行读或写操作，计算机关闭电源后其内的信息将不在保存，再次开机需要重新装入，通常用来存放操作系统，各RAM。3、输入设备输入设备主要包括键盘、鼠标等。（1）键盘键盘是计算机的标准输入设备。通过键盘可以向计算机输入各种指令、程序、数据等。（2）鼠标2代光电鼠标，采用即插即拔的USB接口。4、输出设备输出设备主要有显示器和打印机等。(1)显示器”（CathodeRayTube，CRT）和液晶显示器（LiquidCrystal（2）打印机打印机是微机的常用的“硬拷贝”输出设备。在显示器上输出的图像只能当时查看。为了将图像长久保存，就需要使用打印机输出。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----软件系统所谓软件是指为方便使用计算机和提高使用效率而组织的程序以及用于开发、使用和维护的有关文档。软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。一、系统软件----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----System1.操作系统（OperatingSystem，OS）（1）处理器管理：当多个程序同时运行时，解决处理器（CPU）时间的分配问题。：完成某个任务的程序及其所需的数据组成一个作业。作业管理的任务主要是为用户提供一个使用计算机的界面使其方便地运行自己的作业（3）存储器管理：为各个程序及其使用的数据分配存储空间，并保证它们互不干扰。（4）设备管理：根据用户提出使用设备的请求进行设备分配，同时还能随时接收设备的请求（称为中断），如要求输入信息。（5）文件管理：主要负责文件的存储、检索、共享和保护，为用户提供文件操作的方便。（6）网络管理Microsoft公司开发的DOSWindowsWindows3.1WindowsWindowsWindowsWindows、Windows7Windows8Linux是一个源Linux吸收了无数程序员的精华，不断壮大，已被越来越多的用户所采用，是Windows操作系统强有力的竞争对手。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----2.语言处理系统（翻译程序---程序语言）人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或称程序设计语言（下简称翻译程序一种称为“解释”。早期的BASIC源程序的执行都采用这种方式。它调用机器配备的BASIC“BASICBASIC的源程序语句进行解释和执行，解释”，边解释边执行。编译”，它调用相应语言的编译程序，把源程序变成目标程序（.OBJ为扩展名.exe为扩展名）可以反复执行，速度较快。运行程序时只要键入可执行程序的文件名，再按Enter键即可。对源程序进行解释和编译任务的程序，分别叫作编译程序和解释程序。如FORTRAN、COBOLPASCALC、LISP等高级语言，使用时需用相应的解释程序。3.服务程序服务程序能够提供一些常用的服务性功能上经常使用的诊断程序、调试程序、编辑程序均属此类。4.数据库管理系统数据库是指按照一定联系存储的数据集合，可为多种应用共享。数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。其主要功能是建立、消除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。数据库系统主要由数据库（DB）（DBMS）以及相应的应用程序组成。数据库系统不但能够存放二、应用软件----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----工作流程用户使用计算机系统算题的一般流程：①（程序和数据），。②③把的结果在脱机的专用设备上放入软磁盘（也可在联机终端上进行，中建立文件，此时第四步省去）。④⑤），。⑥。⑦运算结果由操作系统按用户要求的格式送外部设备输出。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----计算机内部工作（计算机内部工作（④～⑦）是在操作系统控制下的一个复杂过程。通常，一台计算机中有多个用户作业同时输入，它们由操作系统统一调度，交错运行。但这种调度对用户是透明的，一般用户无需了解其内部细节。用户可用一台终端，交互式的控制③～⑦的进行(分时方式)；也可委托操作员完成③～⑦，其中④～⑦是计算机自动进行的（批处理方式）。批处理方式的自动化程度高，但用户不直观，无中间干预。分时方式用户直观控制，可随时干预纠错，但自动化程度低现代计算机系统大多提供两种方式，由用户选用。发展历史发展历史下面我们结合计算机的发展历史来回顾一下操作系统的发展历程。1、第一代计算机（1945-1955）：真空管和插件板40、、的一些人使用数，通过插板上的硬连线来控制其基本功能。2、第二代计算机（1955-1965）：晶体管和批处理系统。使用FORTRAN与汇编语言编写程序。在后）和7094机配备的操作系统）。3、第三代计算机（1965-1980）：集成电路芯片和多道程序20世纪60年代未，一位贝尔实验室曾参加过MULTICS研制工作的计算机科学家KenPDP-7MULTICS。UNIX的诞生。UNIX、工作站以及其他市场。也是至今最有影响力的操作系统LinuxUNIXUNIX的发展历史。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----44、计算机（1980-今）：个人计算机随着计算机技术的不断更新与发展，计算机神奇般地闯入了人们的生活，以低廉的价格就可以获得强大计算能力的计算机。价格不再是阻拦计算机普及的门槛时，降低计算机的易用性就显得十分重要！由于UNIXPCIntel公司趁机进入，成为了当今微处理器的老大。同时善于抓住时机的微软公司的总裁比尔·盖茨适时地进入了这一领域，用购买来的CP/M摇身一变成为MS-DOS，并凭借其成为个人计算机操作系统领域的霸主。虽然是苹果公司在GUI方面先拔头筹，但由于苹果公司的不兼容、不开放的市场策略，未能扩果，这时微软又适时地进入了GUI方面，凭借WINDOWS系统再次称雄。构成构成一般来说，操作系统由以下几个部分组成：一般来说，操作系统由以下几个部分组成：1）进程调度子系统：进程调度子系统决定哪个进程使用CPU，对进程进行调度、管理。2）进程间通信子系统：负责各个进程之间的通信。3）内存管理子系统：负责管理计算机内存。4）设备管理子系统：负责管理各种计算机外设，主要由设备驱动程序构成。5）文件子系统：负责管理磁盘上的各种文件、目录。6）网络子系统：负责处理各种与网络有关的东西。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----结构设计操作系统有多种实现方法与设计思路，下面仅选取最有代表性的三种做一简单的叙述。一、整体式系统整体式系统结构设计：“无结构”。Linux设计。但其在此基础上增加了一些形如动态模块加载等方法来提高整体的灵活性，弥补整体式系统结构设计的不足。二、层次式系统层次式系统结构设计：三、微内核系统----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----微内核微内核系统结构设计：微内核系统结构设计是近几年来出现的一种新的设计理念，最有代表性的操作系统有Mach和QNX。微内核系统，顾名思义就是系统内核很小。比如说QNX的微内核只负责：进程间的通信、低层的网络通信、进程调度、第一级中断处理。横向比较横向比较一、桌面操作系统PC机上的最早的操作系统，微软公司产品，曾经统治了这个领域，现在已逐渐被自家兄弟WINDOWS系列所代替，现在除了一些低档机外已不多见。Windows：微软公司产品，从Windows1.0Intelx86系列的PCMac所有，界面友好，性能优异，但由于只能运行在苹果公司自己独特的市场定位，现在仍存活良好。linux:Linux开放源代码发展中最著名的例子。严格来讲，LinuxLinuxLinuxLinuxGNU(也被称为GNU/Linux)LinuxLinuxLinux发行（（GNOMEKDE），办公套件等等。二、服务器操作系统UNIX系列：UNIX可以说是源远流长，是一个真正稳健、实用、强大的操作系统，但是由于众多厂商在其基础上开发了有自己特色的UNIX版本，所以影响了整体。在国外，UNIX系统可谓独树一帜，广泛应用于科研、学校、金融等关键领域。但由于中国的计算机发展较为落后，UNIX系统的应用水平与国外相比有一定的滞后。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----WindowsNTWindows的友好的用户界面的优势打进UNIX有一定差距，所以现在主要应用于中小企业市场。NovellNetware系列：Novell公司产品，其以极适合于中小网络而著称，在中国的软件中的长青树。LINUX系列：LinuxUnix操作系统。目前存在着许多LinuxLinuxLinux可安装在各种计算机硬件设备中，从手Linux是一个领先的操作系统，世界上运算最快的10Linux操作系统。严格来讲，LinuxLinux内核，但实际上人们已经习惯了用Linux来形容整LinuxGNULinux得名于计算LinusTorvalds。操作系统知识点操作系统OS是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。目标有效性、方便性、可扩充性、开放性。作用作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为计算机系统资源的管理者用作扩充机器实现了对计算机资源的抽象3.发展过程①人工操作方式：用户独占全机，CPU等待人工操作。（第一代计算机）----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----②。当CPU需要时，从磁带将其高速地调入内存。反之类同。优点：减少了CPUI/O速度。③单道批处理系统：首先监督程序将磁带第一个作业装入内存，运行控制权在该作业，单道批处理）。特征：自动、顺序、单道缺点：内存浪费，不能充分利用系统资源。④CPU和系统中的各种资源。特征：多道、无序、调度优缺点：资源利用率提高，系统吞吐量大，平均周转时间长，无交互能力。⑤特征：多路性、性、及时性、交互性。⑥实时系统：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的协调一致的运行。特征：多路性（周期性信息采集，多个对象或执行机构进行控制）、性、及时性、交互性、可靠性（多级容错措施）。4.基本特征①并发性（两个或多个事件在同时发生）引入进程：提高了系统资源的利用率和系统吞吐量，并改善了系统的性能。----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----②共享性（资源可供多个并发执行进程共同使用）互斥共享方式：在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。同时访问方式：允许在一段时间内由多个进程同时对它们进行访问。③虚拟技术（通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物）时分复用技术：利用处理机的空闲时间运行其他程序，提高处理机的利用率。空分复用技术：利用存储器的空闲空间存放其他程序，提高内存的利用率。④异步性（进程以不可预知的速度向前推进）。5.主要功能处理器管理功能①进程控制：创建和撤销进程，分配资源、资源回收，控制进程运行过程中的状态转换。②进程同步：为多个进程运行进行协调。进程互斥（为每个临界资源配置一把锁）、进程同步。③进程通信：实现相互合作之间的进程之间的信息交换。④调度：作业调度，进程调度。存储器管理功能功能：①内存分配：静态分配、动态分配。②③地址映射：将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。④内存扩充：借助于虚拟存储技术，逻辑上扩充内存容量。设备管理功能：----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----设备管理的主要任务：完成用户进程提出的I/O请求，为其分配所需的I/O设备；提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。功能：①缓存管理：缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾。②I/O③设备处理：用于实现CPU和设备控制器之间的通信。文件管理功能①②③文件的读/写管理和保护操作系统与用户之间的接口：用户接口、程序接口、图形接口6.系统调用Linuxfork();exit();wait();pipe();shmget();mmap();open();read();write();ioctl();read();write();信息维护getpid();alarm();sleep();安全chmod();umask();chown()。7.OS结构设计传统的操作系统结构：无结构操作系统-->模块化结构OS-->分层式结构OS大内核与微内核----宋停云与您分享--------宋停云与您分享----大内核大内核是将操作系统功能作为一个紧密结合的整体放到内核。由于各模块共享信息，因此有很高的性能。大内核是将操作系统功能作为一个紧密结合的整体放到内核。由于各模块共享信息，因此有很高的性能。微内核OS结构①足够小的内核②基于客户/服务器模式③应用“机制与策略分离”原理④采用面向对象技术微内核的基本功能①进程（线程）管理②低级存储器管理③中断和陷入处理微内核操作系统存在的问题：运行效率降低。微内核OS的效率降低的最主要原因：频繁地在用户态和核心态之间进行切换。即在完成一次客户对OS提出的服务请求时，/内核模式以及上下文的多次切换。Windows操作系统，在系统初始化后，操作系统为终端用户生成了一个运行explorer.exe----宋停云与您分享--------宋停云与您分享--------宋停云与您分享----