计算机知识总结

第一章计算机基础知识

1.1计算机的发展

计算机的诞生

在20世纪40年代，由于当时进行的二战急

需高速准确的计算工具，来解决弹道计算问题,

在美国陆军部的主持下，1945年底设计制造了

世界上第一台电子数字积分计算机ENIAC

(ElectronicNumericalIntegratorAnd

Calculator),并为美国军方使用。

计算机的发展

第一代第一代

（1946〜1958）（1959-1964）

电子管晶体管

几千〜几万（次/秒）几十万（次/秒）

体积大、能耗高、速度慢、比第一代体积小、成本低、

容量小、价格昂贵功能强、可靠性高

第四代第三代

（1971年至今）（1965~1970）

大/超大规模集成电路集成电路

几千万〜几亿（次/秒）几十万〜几百万（次/秒）

软硬件功能都更加完备可靠性和存储容量进一步提高

通用化、系列化、标准化

1.2计算机的分类、特点与应用

计算机的分类

■根据其用途不同，计算机可分为通用机和

专用机两类。

■通常，人们也可以按照计算机的运算速度、

存储容量、软件配置等综合指标将计算机

划分为巨型机、大型机、小型机、微型

（个人）机和工作站等几大类。

计算机的分类

巨型机:一巨型机在现代科技领域尤其是国防尖端领域中

有着广泛的应用。运算速度可达几百亿次每秒。

大型机：大型、通用、综合处理能力强、性能覆盖面广。

主普应用于大公司、银行、政府部门和制造企业等大型

机构中

小型机：体积小、价格低、性价比高、易于操作和维护。

广泛用于工业控制、数据采集、企业管理及大学和研究

所的科学计算。

微型机：简程微机，是当今世界上使用最广泛、产量最

关的一类计算机。从1971年Intel公司成功地在一块芯片

上实现了中央处理器的功能，曙界上第一片微处

理器MPU以来，微型机的性能

工作站：工作站是介于微型机和小型机之间的一种高档

微机系统。有较强的图形功能和数据处理能力。

计算机的特点

■运算速度快：当今计算机系统的运算速度已达到每秒万

亿次。

■计算精确度高：一般计算机可以有十几位甚至几十位（二

进制）有效数字，计算精度可由千分之几到百万分之几。

■具有记忆和逻辑判断能力：计算机不仅能进行计算，而

且能把参加运算的数据、程序以及中间结果和最后结果

保存起来；还可以对各种信息（如语言、文字、图形、图

像、音乐等）通过编码技术进行算术运算和逻辑运算，甚

至进行推理和证明。

■有自动控制能力：计算机十分严格地按程序规定的步骤

操作，整个过程不需人工干预。

1.3计算机系统的配置及主要技

术指标

计算机系统的配置

计算机系统的基本配置主要包括：

■主机

■键盘

■磁盘驱动器

■硬盘

■显示器等

主要技术指标

■字长：字长是CPU能够直接处理的二进制数据位数。常见

的字长有8位、16位、32位、64位等。

■运算速度：运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令条数,

一般用MIPS（MillionInstructionsPerSecond的缩与，每秒

处理的百万级的机器语言指令数）为单位。

主频：主频是指计算机的时钟频率，单位用MHz（兆赫,

1MHz=106Hz）表示。

■内存容量：内存容量是指内存储器中熊够存储信息的总字节

数，一般以KB、MB、GB、TB和PB架表示，它们之间的换

算关系如下：

102030

1KB=1024B=2B51MB=1024KB=2B51GB=1024MB=2B

,1TB=1024GB=240B,1PB=1024TB=250B

■外设配置：外设是指计算机的输入/输出设备

■软件配置：包括操作系统、计算机语言、数据库语言、数据

库管理系统、网络通信软件、汉字支持软件及其他各种应用

软件。

第二章信息的表示与计算机

的运算基础

2.1信息和数据

数据是指能够输入计算机并由计算机处理的符号，如数字、

字母、符号等。

信息则是数据所表达的含义，是人们通过对数据的分析与

理解而得到的。

数据是信息的载体，是信息的具体表示形式。

2.2进位计数制

进位计数制是指用一组特定的数字符号按

照一定的进位规则来表示数目的计数方法。

进位计数制重要概念

1、基数——进位计数制中使用不同符号的个数

O十进制基数为10

二进制基数为2

cR进制基数为R

2、位权

例：234.56=2x102+3x101+4x10°+5x101+6x102

位权——一个数中各位数字为1时代表的数值。（位权是一

个乘方值，底数为进位计数制的基数，而指数由各位数字在数

中的位置来决定。）

上例中102、101、10。、10-1、10-2分别是百位、十位、个

位、十分位、百分位的位权

常用进位制的介绍

数制进位规则基数基本符号位权数制标识

二进制逢二进一20、1下标2或

(Binary)数字B

八进制逢八进一80-7&下标8或

(Octal)数字0

十进制逢十进一100~910*下标10或

(Decimal)数字D

十六进制逢十六进160~9、A~F16下标16或

(Hex)数字H

2.3不同计数制之间的转换

(1)R进制转换成十进制

基数为R的数字，只要将各位数字与它的位权相乘求和就是十进制

数。

■例1:(1111.11)2

32112

=1X2+1X2+1X2+1X2°+1X2-+1X2-=(15.75)10

■例2：(3506.2)8

=3X83+5X82+0X81+6X8°+2X&1=(1862.25)10

■例3：(A10B.8)16

3211

=10X16+1X16+0X16+11X160+8X16-=(41227.5)10

(2)十进制转换为R进制

推导过程，以二进制为例

令：(157)10=(Dm.1Dm.2…D0)2

21m1m21

BP：1x10+5x10+7x10°=Dm1x2+Dm2x2+..+D1x2+

D0x20……(1)

等式(1)两边同除以2

m2m3

(商78)+(余数1)x2+Dm.2x2-+,,+D1x2°

+..+D0/2……(2)

可以确定：左边的余数1=右边最低位D。

等式(2),两边继续同除以2

■方法:整数部分：除以基数取余数，直至商为零，余数逆序排列

小数部分：乘以基数取整，直至满足精度为止，整数顺序排列

■例4：十进制数转换为二进制数

(13.8775)io=(1101.111)2

整数部分转换:小数部分转换:

0.8775

余数

X2

13

整数11.7550

6.......1|低位

0.755

3……0

X2

1……1整数11.510

0.51

0……1高位

X2

整数11.02

■例5：十进制数转换为八进制数

(279.6875)10=(427.54)8

整数部分转换:小数部分转换:

余数

0.6875

8279X8

834……7低位整数5……5.5000

84……20.5

X8

0……4高位整数41……4.0

■例6：十进制数转换为十六进制数

(172.6875)10=(AC.B)16

整数部分转换:小数部分转换:

0.6875

X16

41250

6875

整数B11.0000

(3)二、八、十六进制的相互转换

■例7：二进制数与八进制数之间的转换

①二进制数(1011010.1)2转换成八进制数

二进制数分节ooioriolo.wo

八进制数132.4

因此(1011010.1)2=(132.4)8

②八进制数(25.63)8转换成二进制数

八进制数A■3

二进制数010101.110011

因止匕(25.63)8=(10101.110011)2

■例8：二进制数与十六进制数之间的转换

①二进制数(1011010.1)2转换成十六进制数

二进制数分节01011010.1000

十六进制数.8一

因此(1011010.1)2=(5A.8)16

②十六进制数(F7.28)16转换成二进制数

十六进制数上±.28

二进制数11110111.00101000

因此(F7.28)16=(11110111.00101)2

2.4二进制数的运算

1、算术运算

加法运算

1,进位规则：逢二进一。

2.运算法则：0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10(向高位进

位)。

3.eg:

(110111)2

+(101110)2

(1100101)2

乘法运算

1.运算法则:0X0=0,0X1=0,1X0=0,1X1=1o

2.eg

(11011)2

X(1001)2

11011

00000

00000

11011_______

(11110011)2

2、逻辑运算

■逻辑代数（布尔代数）中的逻辑变量，只能取两

个值：“真”或“假”。这两个值称为逻辑常量。

对逻辑量进行的运算称为逻辑运算。

■在计算机中，用二进制数“1”表示逻辑值“真”，

用“0”表示逻辑值“假”，这样，就能方便地进

行逻辑运算。计算机对二进制数的逻辑运算是按

位进行的。

逻辑运算

1、“与”运算（逻辑乘法）

0AND0=01AND1=11AND0=00AND1=0

2、“或”运算（逻辑加法）

0OR0=01OR0=1OOR1=11OR1=1

3、“非”运算（逻辑否定）

NOT0=1NOT1=0

2.5数据的存储单位

■在计算机内部，常用的存储单位有位、字节和字。

■位(bit)。bit音译为比特(或译为位元)，它是指

二进制数的一个位。位是计算机数据的最小单位。

一个位只能表示0和1两种状态(21)：两个位可

以表示00,01,10,11四种状态(22)；三个

位可以表示000,001,・・・，111八种状态(23),

依此类推。

■字节(Byte):

通常把8个二进制位作为一个字节，即

1Byte=8bito一个字节一般可用来存放一个字

符或一个从0~255之间的数。

■字(Word)：

字是指计算机内部一次基本动作可同时处理的

二进制代码。字所含有的二进制位数称为字长。

例如32位字长的计算机，即表示计算机能一次

并行传送和运算32位二进制数。现代计算机的

字长通常是字节的整数倍，如16位、32位、64

位等。

2.6计算机中数据的表示

1、真值与机器数

■在计算机中只能用数字化信息来表示数的

正、负，人们规定用“0”表示正号，用“1”

表示负号。在计算机内部，数字和符号都

用二进制代码表示，两者合在一起构成数

的机内表示形式，称为机器数。而它真正

表示的数值称为这个机器数的真值。

2、原码、补码和反码

■原码表示法:

原码表示法是机器数的一种简单的表示法。

其符号位用0表示正号，用1表示负号，数

值一般用二进制形式表示。

■补码表示法:

机器数的补码可由原码得到。如果机器数

是正数，则该机器数的补码与原码一样；

如果机器数是负数，则该机器数的补码是

对它的原码（除符号位外）各位取反，并

在末位加1而得到的。

■反码表示法:

机器数的反码可由原码得到。如果机器数

是正数，则该机器数的反码与原码一样；

如果机器数是负数，则该机器数的反码是

对它的原码（符号位除外）各位取反而得

到的。反码通常作为求补过程的中间形式,

即在一个负数的反码的末位上加1,就得到

了该负数的补码。

2.7计算机中的常用编码

■在计算机内部，各种信息（数值、字符、

图像、图形、声音等）都必须经过数字化

编码后才能被传送、存储和处理。将各类

信息转换成由二进制数o和1代码，即编码。

工、数字编码

■用四位二进制数来直接表示一位十进制数，这种

表示方法称为二~十进制编码或BCD(Binary

CodedDecimal)编码。因四位二进制编码自左

向右每一位对应的权为8、4、2、1,所以这种编

码也称为8421BCD码。

■【举例】十进制数648.25的8421BCD码可写为

011001001000.00100101；而BCD码0001

00101001.00110110对应的十进缶U数为129.36。

2、字符编码

文字信息和控制信息是用各种字符来表

示的，而这些字符必须按一定规则用二

进制编码表示，计算机才能所识别。常

使用的字符编码有ASCII码、EBCDIC和

Unicode等。

■ASCH码:

是由美国国家标准委员会制定的一种包括数

字、字母、通用符号、控制符号在内的字符

编码集，全称叫美国国家信息交换标准代码

(AmericanStandardCodeforInformation

Interchange)。ASCII码是目前国际上使用最

广泛的计算机字符编码。

ASCH码的编码规则为:P17

前补0歹1)3高行4低

■EBCDIC代码

即扩展二〜十进制交换码(ExtendedBinary-

CodedDecimalInterchangeCode)。主要

用在旧M公司的计算机中，采用8位二进制表

示，有256个编码状态。

■Unicode码

■EBCDIC和ASCII码所表示的字符，对于英语和西欧

地区语言已经够用了。但对于中国等亚洲国家所用

的表意文字的表示则远远不够，于是就出现了

Unicode码。Unicode是一种16位的编码，能够表示

65000个字符或符号。而目前世界上的各种语言一

般都只用到34000多个符号，所以Unicode可以用于

大多数的语言。

■Unicode与ASCII码完全兼容。可在WindowsNT、

OS/2、0ffice2000等软件中使用。

3、汉字编码

汉字与西方文字不同，它是一种象形文字。要

在计算机中处理汉字，必须将汉字代码化，即

对汉字进行编码。对应于汉字处理过程中的输

入、内部处理及输出三个主要环节，每一个汉

字的编码都包括输入码、交换码、内部码和字

形码。在计算机的汉字信息处理系统中，处理

汉字时要进行如下代码的转换：输入码一交换

码一内部码一字形码。

■输入码

■为了利用计算机上现有的标准西文键盘来输入汉

字，必须为汉字设计输入编码，输入码也称为外

码。按照不同的设计思想，可把数量众多的输入

码归纳为四大类：数字编码、拼音码、字形码和

音形码。其中，目前应用最广泛的是拼音码和字

形码。

■交换码

■交换码用于汉字外码和内部码的交换。我国于

1981年颁行的《信息交换用汉字编码字符集，基

本集》（代号为GB2312—80）是交换码的国家

标准，所以交换码也称为国标码。国标码是双字

节代码，即用两个字节为一个汉字编码，每个字

节的最高位为“0”。

■内部码

■内部码是汉字在计算机内的基本表示形式，是

计算机对汉字进行识别、存储、处理和传输所

用的编码。内部码也是双字节编码，将国标码

两个字节的最高位都置为“1”，即转换成汉字

的内部码。计算机信息处理系统就是根据字符

编码的最高位是“1”还是“0”来区分汉字字符

和ASCII码字符。

■字形码

■字形码是表示汉字字形信息（汉字的结构、形状、

笔划等）的编码，用来实现计算机对汉字的输出

（显示、打印）。由于汉字是方块字，因此字形

码最常用的表示方式是点阵形式，有16X16点阵、

24X24点阵、32X32点阵、48X48点阵等等。

例如，16X16点阵的含义为：用256

（16X16=256）个点来表示一个汉字的字形信息。

第四章计算机系统

4.1计算机系统结构

运算器

----中兆处理器CPU

控告愉

主机—

——内存储器

硬件系统

,一夕卜存储罂

计外围设备T一输入设备

算

机'---输出设备

系

统操作系统

语言编译解释系统

系统轨件

系统服务程序

牛系统数据库管理系统

程序设计语言

文字处理软件

应用软件

计算机工作原理

冯・诺依曼计算机一存储程序工作原理

计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够

自动地执行程序。

计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程

序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程

序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部

指令任务为止。

JohnvonNeumann

冯•诺依曼

1949EDSAC

程序和指令

+1

指令是一组计算机能识别并能执行的各种基本操作命令。

所有的指令的集合称为计算机的指令系统。

机器指令格式

操作码操作数

机器执行什么操作」L执行对象（具体数、存放位置）

程序是为完成某项工作而用某种计算机语言

编写的一组指令的集合。

■计算机执行指令的过程：

将要执行的指令从内存调入CPU,由CPU对该条指令进

行分析译码，判断该指令所要完成的操作，然后向相应部件

发出完成操作的控制信号，从而完成该指令的功能。

■程序的执行过程：

CPU从内存中读取一条指令到CPU内执行，该指令执行

完，再从内存读取下一条指令到CPU内执行。CPU不断地读

取指令、执行指令，直至执行完所有的指令。整个过程由计

算机协同操作完成。

计算机工作原理

4.2计算机硬件系统

■一台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。这五大部分通过系统总

线完成指令所传达的操作。

数据流

►控制流

计算机硬件系统基本结构

中央处理器

■中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)又称

中央处理单元。

■CPU由控制器、和运算器组成，通常集中在一块

芯片上，是计算机系统的核心设备。

■计算机以CPU为中心，输入和输出设备与存储器

之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。

微型计算机的中央处理器又称为微处理器。

存储器与存储系统CPU

»存储器是一独具有保存和存取信息

（程序、数塘）的设备/器件，是「寄存器

计算机系统不可或缺的资源。

高速缓存

»现代微型计算机的存储系统结构:JSRAM

高速缓存一主存一外存

为什么采用这种结构？

指令执行速度依赖于内存读写速度MiM2…Mn

高速CPU需配置高速内存主存DRAM

大软件需配置大容量内存

外存外存外存

高速度1/矛盾412■■■n

1低成本

外存硬盘、光盘、盘等

大容量U

认识计算机内存

与处理器直接相连的存放数据的器件称为内存，

不直接与处理器相连的介质如磁盘称为外存。

£随机存取存储器RAM

存放操作系统指令、软件指令、处理数据，分为DRAM和SRAM。

特点：可以读写，存取任一单元所需的时间相同，通电时

存储器内的内容可以保持，断电后，存储的内容立即消失。

f只读存储器ROM

存放系统初始化程序、操作系统引入程序、多种硬件驱动程序等。

特点：只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。

原来存储的内容是由厂家一次性写入的，并永久保存下来。

ROMPCVISABIOS(2A37IDOB)

STANDARDCMOSSETUP

Dale(mncddyy):Sal,Sep131998

fCMOS存储器Time[hhZmmittsj:14:26：$6

存放计算机的配置信息，如日期HARODISKSTYPESIZECYLSHEADPRECOMPLANDZSECTORMODE

PrimaryMaster：A<rt<i000000AIHO

PrimarySlave:None000000...........

SecondaryMatter：None000000...........

和时间、硬盘容量、RAM容量等SeccndatySlave:None000000...........

DriveA：1.44M.J5in.

DriveB：None---------------------------------------------------------------

BaseMemofy:640K

Video:FGA/VGAExtendedMcnioty:3I744K

于虚拟内存PowerManngement：OitiablcdOtherMemory:384K

计算机使用磁盘空间来模拟内存的能力TotalMemory:32768K

ESC:Quit1T——：SelectHemPU/P0/«/:Modify

Fl：Help(ShNt)F2：ChangeColor

输入设备

■输入设备是用来接受用户输入的原始数据

和程序，并将它们变为计算机能识别的二

进制数存放到内存中。常用的输入设备有

键盘、鼠标、扫描仪等。

输出设备

■输出设备用于将存放在内存中由计算

机处理的结果转变为人们所能接受的

形式。常用的输出设备有显示器、打

印机等。

总线

总线是微机中各功能部件之间通信的信息通路，主要

由地址、数据和控制三大总线组成，每种总线都由若

干根信号线（总线宽度）构成。

地址总线AB

输

三

输

存

出

入I/O㈡

储

I/接O

大

设

设接

口

CPU器

备

备

口总

线

数据总线DB

y

控制总线CB

计算机工作原理

接口

■微型机通过I/O(输入和输出)与外部交换信息，完成实

际工作任务。与CPU相比，I/O设备的工作速度较低，处

理的信息从数据格式到逻辑时序一般不可能直接兼容。鉴

于此，微型计算机与I/O设备间的连接与信息交换不能直

接进行，而必须设计一个“接口电路”作为两者之间的桥

梁。这种I/O接口电路又叫“I/O适配器"(I/OAdapter)。

4.3计算机软件系统

计算机软件概述

系统软件

操作系统

最基本的系统软件，其它的所有软件都是建立在操作系统的基础上。

实用工具

用来提供一种让计算机用户控制分配和使用计算机资源的方法，以

增强操作系统的功能。

设备驱动程序

设备驱动程序告诉计算机中的操作系统如何使用某一硬件。

即插即用一项用于自动处理PC机硬件设备安装的工业标准。

编译器

编译器是程序员将高级语言编写的指令翻译成可以在计算机上执行

的代码的软件开发工具，它的特点是目标语言比源语言低级。

计算机软件概述

操作系统

操作系统管理计算机硬件资源并且管理其上的信息资源

（程序和数据），此外还要支持计算机上各种硬软件之

间的运行和相互通信。。

管家婆服务生

管理硬件资源提供用户与计算

协调后台工作机的交互接口

7WindowsUNIX

KMacOS0LinuxOS/

计算机软件概述

■语言处理系统

■计算机的控制装置能够直接识别的指令是用机器语言编写的。

实际上，绝大多数用户都使用某种程序设计语言，如Visual

BASIC、C++、Delphi等来编写程序。但是用这些语言编写

的程序CPU是不认识的，必须要经过翻译变成机器指令后才

能被计算机执行。而负责这种翻译的程序称为编译程序（编

译系统）或解释程序。

■为了在计算机上执行由某种程序设计语言编写的程序，就必

须配置有该种语言的语言处理系统。

■计算机语言一般分为3类：机器语言、汇编语言和高级语言。

■计算机语言

■机器语言

电子计算机所使用的是由“0”和“1”组成的二进制数，二

进制是计算机的语言的基础。机器语言修改麻烦，可移植性差、

但运算效率高。

■汇编语言语言

为了减轻使用机器语言编程的痛苦，人们进行了一种有益

的改进：用一些简洁的英文字母、符号串来替代一个特定的指

令的二进制串，比如，用“ADD”代表加法，“MOV”代表数

据传递等等，这种程序设计语言就称为汇编语言。汇编语言容

易读懂、方便纠错及维护、移植性不好、但效率仍十分高。

■高级语言

接近于数学语言或人的自然语言，同时又不依赖于计算机

硬件，编出的程序能在所有机器上通用。使用较普遍的有

FORTRAN>ALGOL、COBOL、BASIC、LISP、SNOBOL、

PL/1、PascaLC、PROLOG>Ada、C++、VC、VB、

Delphi、JAVA等。

■连接程序

编

辑

编或连

源程序目标程予

辑解接

释

源程序连接成可执行程序的过程

诊断程序

■诊断程序是专门用于计算机硬件性能测试和系统故障的诊

断维护的系统程序。如能对CPU、驱动器、接口、内存等

设备的性能和故障进行检测。常用的诊断软件有QAPLUS、

WINBENCH、MSD等。

■数据库管理系统

■数据处理是当前计算机应用的一个重要领域。计算机的效率主

要是指数据处理的效率。有组织地、动态地存储大量的数据信

息，而且又要使用户能方便、高效地使用这些数据信息，是数

据库管理系统的主要功能。应用较多的数据库管理系统有

Oracle、Informix、Sybase>SQLServer、DB2>Access等。

■用户不必了解它的文件的存储细节，可以抽象地、逻辑地使用

数据，其一切繁琐的存储细节由一人软件系统来完成，这个软

件系统就是数据库索统的核心，即数据库管理系统DBMS

（DatabaseManagementSystems）

■组织数据的方式称为数据模型，数据库管理系统采用的数据模

型一般有三种：层次型（采用树型结构组织数据）、网状型

（采用网状结构组织数据）、关系型（采用二维关系表格形式

组织数据）。

■应用软件

应用软件是计算机系统支持下的所有面对实际问

题和具体用户群的应用程序的总合。如科学计算、工

程设计、数据处理、事务管理、过程控制等方面的程

序。

■数据处理软件

具有对数据进行收集、存储、分析、检索等操作功能,

能进行数值分析、统计分析、模拟等的数值处理。如

常软用的件数朝甥幅脚疆施•跚斯

绘图表软件ORIGIN等。

■文字处理软件

用于文字输入、存储、修改、编辑和多种字体、字型

输出。如常用的WPS、四方利通、WORD等。

■表格处理软件

根据不同需求自动生成各种的表格，管理、组织和处

理各种数据，打印各种表格，完成投资决策、分析形

形色色的数据，把结果以各种统计图形表示出来并完

成芹种财务报表的制作，检索表格数据等功能。如常

用的有CCED、EXCEL等。

■计算机辅助工程应用

■计算机辅助设计CAD(ComputerAidedDesign)是利用计算

机来帮助设计人员进行设计。如可以利用CAD技术进行体系

结的模拟、自动布线、结构设计、绘制建筑施工图纸等，具有

高度自动化。

■计算机辅助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)是

利用计算机来进行生产设备的管理、控制和操作的过理。

■计算机辅助测试CAT(ComputerAidedTesting)是利用计算

机辅助进行产品测试。

■还有CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)计

算机集成制造系统、CAI(ComputerAidedInstruction)计

算机辅助教学等。

■实时处理软件

普遍用于生产过程的自动控制，计算机对采集的信息快速处理

并在限时内作出相应自动控制处理。如用计算机控制发电机组、

控制阀门、温度、时间等。

第五章操作系统基础

■操作系统的作用和目的

■从用户的角度来看，引入操作系统是为了给用户使用计算

机提供一个良好的工作界面，用户无需了解许多有关硬件

和系统软件的细节，就能方便灵活地使用计算机。因此，

从人机交互的方式看，操作系统是用户与计算机硬件之间

的接口(Interface)。

■从资源管理的角度来看，操作系统是计算机系统资源的管

理者。操作系统的主要目的之一就是为了帮助用户管理系

统资源，让这些资源更好地为用户服务。通常，对计算机

资源的管理包括处理机的分配和控制，内存的分配和回收,

输入/输出(I/O)设备的分配和处理，文件的存取、共享

和保护等。

■从j壬务的角度看，引入操作系统是为了合理地组织计

算机工作流程，以提高资源的利用率。

■从软件的角度看，操作系统是计算机系统中最重要的软件,

是程序和数据的集合。

■操作系统的基本类型

根据不同的用途、设计耳标、主要功能和使用

环境，操作系统可分为五类：

■打匕处理操作系统(Batchprocessingoperating

system)：以作业为处理对象，连理处理计算机

家统运行的作业流。

■分时操作系统(Timesharingoperatingsystem)：

在一台主机上连接多人终端，CPU按昼间片轮流

转的方式为各个终端服务，由于CPU的高速运算，

使得每一人用户都好像觉得是自己在独占这台计

算机。常用的系统有UNIX、XENIX、LINUX等。

■实时操作系统(Realtimeoperatingsystem)：

能对外来的作用和信号，在限定时间匏围内做出

响应的操作系统。

■网络操作系统(Networkoperatingsystem)：运

行在局域网上的操作系统。目前，常用的网络操

作系统看NetWare和WindowsNT等。

■分布式操作系统(Distributedoperatingsystem)：

通过网络将物理上分布的具有自治功能的计算机

系统或数据处理系统互连，实现信息交换和资源

共享，协同完成任务。

■单用户操作系统(Single-useroperating

system)：孩同舟管通的作加数，单超户操作系

统可分为单用户单任务操作系统和单用户多任务

操作系统。单用户单任务操隹系统只能同时管理

一个作业运行，CPU运行效率低，如DOS；单用

户多任务操作系统允许多个程序或作业同时存在

和运行。

■操作系统的特征

■并发性

■并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多

道程序的环境下，并发性是指宏观上在一段时间间隔内有

多道程序在同时运行。而在单处理器系统中，每一时刻仅

能执行一道程序，故微观上这些程序是在交替执行。

■共享性

■共享是指操作系统程序与多个用户程序共用系统中的各种

资源。这种共享是在操作系统控制下实现的。根据资源性

质的不同，可将资源共享方式分为以下两种：

■①互斥共享：系统某些资源，如打印机等，虽然可以供多

个用户程序共同使用，但是在一段特定时间内只能由某一

个用户程序使用。

■②同时共享：系统中还有一类资源，它们在同一段时间内

可以被多个程序同时访问。

■虚拟性

■虚拟是指通过某种技术，将一个物理实体变为若干人逻辑

上的对应物。用来实现虚拟的技术称为虚拟技术。现代操

作系统中，利用虚拟技术可以实现虚拟处理机、虚拟存储

器等。

■异步性

■异步性是指在多道程序的环境下，每个程序不知何时执行、

何时暂停，即它们以不可预知的速度向前推进。但同时操

作系统应保证程序的执行结果是可再现的，即只要运行环

瑙相同，一个程序的运行都套得到相同的结果。

■操作系统的基本功能

■处理器管理

■它主要是解决处理器的使用和分配问题。提高处理器

的利用率，采用多道程序技术，使处理器的资源得到

最充分的利用。

■作业管理

■作业就是交给计算机运行的用户程序。它是一个独立

的计算任务或事务处理。作业管理就是对作业进入、

作业后备、作业执行和作业完成四个阶段进行宏观控

制，并为其每一个阶段提供必要的服务。

■存储管理

■由操作系统统一管理存储器，采取合理的分配策略，

提高存储器的利用率。存储管理特指对主存储器进行

的管理，实际上是管理供用户使用的那部分空间。

设备管理

为了有效地利用设备资源，同时为用户程序使用设备提供最大

的方便，操作系统对系统中所有的设备进行统一调度、统一管

理上它的任务是墩受用户的筋外瓠出谓求2根据实际需要，分

配相应的枷理设客，执行请求的输入输出操作。

文件管理

文件管理就是要为用户提供一种简单、方便、统一的存贮和管

理信息的方法。用文件的概念组织管理系统及用户的各种信息

嚏，用户只需要给出文件名，使用文件系统提供的有关操作命

答就可调用和管理文件。

用户接口

前述几项功能都是操作系统对资源的管理。除此以外，为了方

理用户使用试算机;操作系统还提供了友好的用户接口。一般

来说，操作系疏提供两种接口方式来为用户服务。

•程序接口：提供一组广义指令（或称系统调用）供用户程序

和其他系统程序调用。

•命令接口：提供一组联机控制命令或作业控制语言，供用户

直接或间接地去组织和控制自己作业的运行。

操作系统的组成

■进程管理

■进程是是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的

独立单位。

■进程与程序具有不同的属性，概括如下：

•程序是指令的集合，进程是指令的执行；

•程序是静态的概念，进程是动态的概念；

•程序存储需要介质，进程执行需要处理机；

•程序是永存的，进程的生命是有限的。

■进程由三部分组成：进程控制块、程序和数据的集合。

■进程控制块

■进程控制块PCB(ProcessControlBlock)是为实现对进程的

管理而引进的专门的数据结构，也叫PCB表，它是进程存在

的惟一标志。PCB随着进程的创建而建立，随着进程的撤消

而撤消。

■进程存在三种状态，分别为：

•运行状态，表示进程正占用CPLL

•就绪状态，表示进程准备占用CPU。

•等待状态，表示进程由于某种原因暂时不能占用CPU,正在

等待某个事件发生。

进程的状态会因外界和自身的原因而转换成另一状态，而且在

某一时刻只能具有一种状态。

PCB一般应包含这样一些信息：

■•进程名，即进程标识符。

■•当前状态，说明了进程当前所处的状态。

■•状态链指针，指出该进程所在队列中的下一进程。

■•优先级,表示进程要求CPU响应处理的快慢。

■•对资源的需求。

■•存储指针（该进程对应的程序和数据的起始物理地址）。

■•现场保留区和通信信息。

■进程通信

■进程之间的联系称之为进程通信，用通信原语进行描述。进程

间的基本关系是同步和互斥两种。同步反映了进程间的合作关

系，同步的例子是一人进程需要以另一个进程的输出作为自己

的输入。互斥反映了进程间的竞争关系，互斥