2017年大學計算機基礎知識點總結?。?！

2017 年 大學計算機基礎知識點總結 第一章 計算機及信息技術概述（了解） 1、計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想 1、 法國物理學家帕斯卡 (1623在 1642 年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅動，用專用的鐵筆來撥動轉輪以輸入數字。 2、 德國數學家萊布尼茨：在 1673 年發(fā)明了機械式乘除法器?；驹砝^承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。 3、 英國數學家巴貝奇： 1822 年，在歷經 10 年努力終于發(fā)明了 “差分機 ”。它有 3 個齒 輪式寄存器，可以保存 3 個 5 位數字，計算精度可以達到 6 位小數。 巴貝奇是現(xiàn)代計算機設計思想的奠基人。 英國科學家阿蘭 圖靈 (理論計算機的奠基人 ) 圖靈機： 這個在當時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計算機中 “存儲程序 ”的基本思想。半個世紀以來，數學家們提出的各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。 美籍匈牙利數學家馮 諾依曼 (計算機鼻祖 ) 計算機應由運算器、控制器、存儲器、 輸入設備和輸出設備五大部件組成； 應采用二進制簡化機器的電路設計； 采用 “存儲程序 ”技術 ,以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。 七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結構仍然是 “馮 諾依曼計算機 ”。 2、電子計算機的發(fā)展歷程 1、 1946 年 2 月由賓夕法尼亞大學研制成功的 世界上第一臺電子數字計算機。 “誕生了一個電子的大腦 ” 致命缺陷：沒有存儲程序。 2、 電子技術的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代：電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路 3、計算機的類型 按計算機用途分類：通用計算機和專用計算機 按計算機規(guī)模分類：巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站、服務器、嵌入式計算機 按計算機處理的數據分類：數字計算機、模擬計算機 、數字模擬混合計算機 計算機的特點及應用領域 計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設備。（含義） 1、 運算速度快 2、 計算精度高 3、 存儲容量大 4、 具有邏輯判斷能力 5、 按照程序自動運行 應用領域：科學計算、數據處理、過程與實時控制、人工智能、計算機輔助設計與制造、遠程通訊與網絡應用、多媒體與虛擬現(xiàn)實 計算機發(fā)展趨勢：巨型化、微型化、網絡化、智能化 1、光計算機 2、生物計算機 3、量子計算機 算機系統(tǒng)構成 一個完整的計算機系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成 硬件系統(tǒng)是指能夠收集、加工、處理數據以及輸出數據所需的設備實體，是看得見、摸得著的部件總和。 軟件系統(tǒng)是指為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬件系統(tǒng)，以及解決各類應用問題而設計的程序、數據、文檔總和，它們在計算機中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進制狀態(tài)，存儲在內存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設備上。 信息技術概念 信息是一種知識，是接受者事先不知道不了解的知識。 數據是信息的載體。數值、文字、語言、圖形、圖像等都是不同形式的數據。 4 次信息 革命：文字、造紙和印刷術、電報電話廣播電視、計算機與網絡 現(xiàn)代信息技術：計算機技術微電子技術通信技術 信息技術產業(yè)與人才 信息產業(yè)是信息社會的支柱，主要包括：計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務業(yè)以及國民經濟中傳統(tǒng)行業(yè)的信息化 信息產業(yè)屬資本密集型、知識密集型、人才密集型的產業(yè)。 信息技術教育包括： 對信息科學的理解 對信息應用的實踐能力 對信息社會的認識和態(tài)度 第二章 計算機信息基礎 數制的概念 數制也稱 計數 制，是指用一組固定的 符號 和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數值的方法。 常用數制 十進制 二進制 八進制 十六進制 數字符號 0 9 0， 1 0 7 0 9,A,B,C,D,E,F 基 數 10 2 8 16 基數： R 進制的基數 =R 位權：在數制中，各位數字所表示值的大小不僅與該數字本身的大小有關，還與該數字所在的位置有關，我們稱這關系為數的 位 權 。 位權：一個與數字位置有關的常數，位權 = 二進制和其它進制的轉換 十進制轉二進制：整數部分除以 2 取余，直至商為 0；小數部分乘以 2 取整，直至小數部分為 0 或達到所需精度為止。 十進制轉八進制：方法同上。整數部分除以 8，小數部分乘以 8。 十進制轉十六進制：方 法同上。整數部分除以 16，小數部分乘以 16。 計算機中的數據單位 位 (計算機存儲數據的最小單元 (0、 1) 字節(jié) (處理數據的基本單位 (8常用的字節(jié)計數單位： 11024 (210B) 11024 (220B) 11024 (230B) 11024 (240B) 字長： 次處理數據的二進制位數。 信息表示與編碼 所 謂編碼，就是利用數字串來標識所處理對象的不同個體。 整數的表示 在數學中，數值是用 “ ”和 “ ”表示正數和負數的，而在計算機中只有 0 和 1，所以正負號也用 0 和 1 表示，即數值符號數字化。 補碼的概念是怎么來的？ “模 ”是指一個系統(tǒng)所能表示的數據個數。按模運算是指運算結果超過模時，模（或模的整數倍）將溢出而只剩下余數。 假設 M 為模，若數 a， b 滿足 a b M，則稱 a， b 互為補數。 在有模運算中，減去一個數等于加上這個數對模的補數。 實數的表示 定點數： 小數點位置固定的數稱為定點數。 浮點數： 小數點位置不固定的數稱為浮點數 與漢字有關的編碼： （ 1）、輸入碼 (2) 國標碼和區(qū)位碼：每個漢字占兩個字節(jié)的編碼，且每個字節(jié)最高位均為 0。所有漢字分94 個區(qū)，每個區(qū) 94 個漢字。由此構成區(qū)位碼。而區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼各加 32 就得到國標碼。 （ 3）機內碼 （ 4）字型碼：漢字存儲在計算機內采用機內碼，但輸出時必須轉換成字形碼，再根據字形碼輸出漢字。字形碼又稱漢字字模，用于在顯示器或打印機上輸出各種文字和符號。點陣漢字：每一個漢字以點陣形式存儲， 有點的地方為 “1”，空白的地方為 “0”。有 16 16、 24 24、 48 48 點陣等。點陣越大，字形分辨率越好，字形也越美觀，但漢字存儲的字節(jié)數就多，字庫也就越龐大。 多媒體信息的數字化 數字化就是對模擬世界的一種量化，表示信息的最小單位是位 (“0”或 “1”。多媒體信息在計算機中也要轉換為 0 和 1，因此也需要進行編碼。 第三章 計算機硬件體系結構 算機系統(tǒng)的構成 一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。 硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五部分組成。其中： 中央處理器 (簡稱 運算器 +控制器 主機 =中央處理器 +主存儲器 軟件是指各類程序和數據，計算機軟件包括計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務所需要的應用軟件。 諾依曼型計算機的結構 馮 諾依曼型計算機是將程序和數據事先存放在外存儲器中，在執(zhí)行時將程序和數據先從外存裝入內存中，然后使計算機在工作時自動地從內存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲程序概念的基本原理。 馮 諾依曼計算機體系結構的主要特點是： (1) 采用二進制形式表示程序和數據。 (2) 計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成 。 (3) 程序和數據以二進制形式存放在存儲器中。 (4) 控制器根據存放在存儲器中的指令 (程序 ) 工作。 型計算機的誕生與發(fā)展 微型機屬于第四代電子計算機產品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計算機。微機的核心部件是 型計算機主機結構 微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機構成。在主機箱內有 板、內存、硬盤、光驅、電源等。 央處理器 算器部件、寄存器部件和控制器部件。 存儲器取出指令，放入 部的指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。 主要性能指標 ： (1) 主頻 /外頻（主頻 =外頻倍頻，即 作頻率） (2) 數據總線寬度（即字長，指 輸數據的位數） (3) 地址總線寬度（決定了 訪問的地址空間） (4) 工作電壓（低電壓可減少 熱，降低功耗） (5) 高速緩存 速 其它設備間數據交換） (6) 運算速度（ 秒能處理的指令 數） 1. 運算器 運算器是完成算術和邏輯運算的部件，又稱算術和邏輯運算單元。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的。運算器的核心部件是 : (1) 運算邏輯部件 (2) 寄存器部件 2. 控制器 控制器負責從存儲器中取出指令，并對指令進行譯碼，并根據指令譯碼的結果，按指令先后順序，負責向其它各部件發(fā)出控制信號，保證各部件協(xié)調一致地完成各種操作。 控制器主要由以下部件組成： 程序計數器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內存中的地址； 指令寄存器。保存現(xiàn)在正在執(zhí)行的指令； 指令譯碼器。用來識別指令的功能，分析指令的操作要求； 時序部件。產生計算機工作中所需的各種定時控制信號，對各種微操作控制信號進行定時控制。以協(xié)調各部件的工作順序； 微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解為一系列不可再分的微操作命令信號，即微命令，以指揮整個計算機有條不紊地工作。 級 術 1、超線程技術 2、雙核心 術 ：由于組建雙 統(tǒng)的高成本和復雜性，桌面電腦上并未得到 普及。用 “雙核 ”技術，就是在單個 真正集成兩個物理運行核心，因此在實際使用中，這種 “雙核心處理器 ”和使用兩個獨立 建的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒有區(qū)別。目前， 核、 8 核和多核方向發(fā)展。 板 主板是電腦中各種設備的連接載體。它提供 種接口卡、內存條和硬盤、軟驅、光驅的插槽，其它的外部設備也會通過主板上的 I/O 接口連接到計算機上。早期的 主板是將快速的 速的內存、慢速的外設都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性能得不到優(yōu)化。 存儲器 內存儲器 (簡稱內存 )，由半導體材料構成。內存分為只讀存儲器和隨機讀寫存儲器。 1. 只讀存儲器 特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或存入，斷電后信息不會丟失，可靠性高。 類 (1) 掩膜式 (2) 可編程 (3) 可擦除 (4) 電可擦 (5) 快擦寫 2. 隨機存儲器 特點：用于存放原始數據、中間結果、最終結果。開機前是空的，斷電后數據消失。 類 : (1) 態(tài) 需要充電來保持數據完整性，成本高且集成低，一般做高速緩沖存儲器。 (2) 態(tài) 要定時充電來保持數據的完整性，通常所說的 “內存 ”主要由它構成。一般指以下兩種類型： (3. 速緩存 ) 一種高速緩沖存儲器，是為了解決 主存之間速度不匹配而采用的一種重要技術。其中片內 集成在 片中，片外 安插在主板上。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要快一個數量級，大體與 處理速度相當。 最早的 存容量很低。當集成在 核中的緩存已不能滿足 需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量時，出現(xiàn)了集成在與 一塊主板上的緩存，此時把 核集成的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。 現(xiàn)在多數 部也有二級緩存，于是二級緩存又可分為內部二級緩存和外部二級緩存。較高端的 還會帶有三級緩存 。 6. 存儲器的層次結構 既要速度快，又要求容量大，同時價格又要求合理，在目前技術條件下這三項指標很難用單一種類的存儲器來實現(xiàn)。折衷的方法是采用層次結構。 線 總線：是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算機內部傳輸指令、數據和各種控制信息的高速通道，是計算機硬件 的一個重要組成部分。 地址總線。傳輸的是地址信號，一般是單向傳輸。當 要訪問某個外設時，它向地址總線發(fā)出相應外設的地址信號，以選擇某個外設。 數據總線。傳輸的是數據，一般是雙向傳輸。 行 “讀 ”時，數據由外設流向 行 “寫 ”時，數據由 向外設。 控制總線。有的是 內存或外部設備發(fā)出的信號；有的是內存或外部設備向 出的信號。對每條控制線而言信號是單向傳送，但作為整體是雙向的。 總線按處于計算機硬件系統(tǒng)中的位置來分： 片內總線 (又稱內部總線 )。是指 片內部的總線。 片間總線 (又稱局部總線 )。是主板上各外圍芯片與 間的總線，用于芯片一級互連。 系統(tǒng)總線 (又稱輸入 /輸出總線 )。是微機中各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線，用于插件板一級的互連。 外部總線 (又稱通信總線 )。是微機和外部中低速外部設備之間或外設與主機連接的總線。 系統(tǒng)總線標準 系統(tǒng)總線標準大致可分為 線、 線、 個階段。 線。是最早的 8 位系統(tǒng)總線。后來擴展到 16 位。 現(xiàn)代個人計算機的基礎。 線。主要特點 是傳輸速度高，廣泛應用于現(xiàn)代微機中。 線。專為系統(tǒng)中一塊圖形顯示卡設計的總線。 線。是新一代的總線接口。 外部總線標準 常見的 I/O 總線： 線 屬高速串行接口總線。該總線最多可連接 127 個設備，支持熱拔插，支持即插即用，所以 口已經成為許多外設的標準接口。 兩個規(guī)范，即 線 屬高速串行接口總線，主要用于連接 品。 口 I/O 接口是連接主機和外部設備之間的邏輯部件，由 I/O 接口電路、連接器 (一般為連接電纜 )和接口軟件 (即設備驅動程序 )組成。 根據 I/O 接口是否內嵌在主板中，可將 I/O 接口分為內置 I/O 接口和外置 I/O 接口兩類。 (1) 內置 I/O 接口 將 I/O 接口電路內嵌在主板中，由主板提供外設接口電路插座，如鍵盤接口、鼠標接口、 口、串口、并口及軟硬盤接口等。 (2) 外置 I/O 接口 將 I/O 接口集成到一塊獨立的電路板 (接口卡 )上，接口卡必須插在總線擴展插槽 上 (如槽等 ) 。 部存儲器 外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數據。當需要執(zhí)行或處理這些程序和數據時，必須將其先調入到內存中然后再被 理， 所以外存實際上屬于輸入輸出設備。 目前微機常用的外存儲器主要有軟盤、硬盤、光盤、 U 盤等。 盤 硬盤是微機最重要的外部存儲器，常用于安裝微機運行所需的系統(tǒng)軟件和應用軟件，以及存儲大量數據。 (1) 硬盤存儲格式 硬盤是由多個涂有磁性物質的金屬圓盤盤 片組成，盤片的每一面都有一個讀寫磁頭，在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道和扇區(qū)，對于大容量的硬盤還將多個扇區(qū)組織起來成為一個塊 “簇 ”，簇成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個扇區(qū)，有的有好幾個扇區(qū)，可以在格式化的參數中給定。 (2) 硬盤性能指標 硬盤的容量?，F(xiàn)在微機上所配置的硬盤一般在 200上。 硬盤的轉速。硬盤的轉速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快?，F(xiàn)在的主流硬盤轉速一般為 7200上。 緩存。硬盤自帶的緩存，緩存越 多，越能提高硬盤的訪問速度。 (3) 硬盤接口 硬盤接口分為 光纖通道四種， 口硬盤多用于家用產品中， 種新生的硬盤接口類型。 (4) 硬盤格式化 硬盤低級格式化。主要是對一個新硬盤劃分磁道和扇區(qū)。 硬盤分區(qū)。把硬盤劃分為成若干個相對獨立的邏輯分區(qū) 。 硬盤高級格式化。高級格式化主要是對指定的硬盤分區(qū)進行初始化，建立文件分配表以便系統(tǒng)按指定格式存儲文件。 盤存儲器 光盤簡稱 利用塑料盤片表面凹凸不平的特征，通過光的反射來記錄和識別二進制的 0、 1 信息。 光盤的分類 : 1只讀型光盤 只讀光盤中的數據是在制作時寫入的，用戶只能讀數據，而不能寫入或修改光盤中 的數據。音頻光盤 據光盤 都屬于只讀光盤。 2一次寫入光盤 這種光盤允許一次寫入數據，但不能修改和擦除數據， 如 3可擦寫光盤 這種光盤可多次寫入或修改數 據，如 從光盤中讀取數據的設備我們稱之為光驅。光驅把經過聚焦后的激光投射到光盤上，利用光盤的凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強度不同而將其表示為不同的電信號。 光驅倍數是指光盤的數據傳輸率（ 150KB/s 為單倍，以此類推）。 盤驅動器能讀除外的所有光盤。而 盤要用 動器才能讀， 動器兼容 能讀的光盤。 盤 片的物理規(guī)格與 片是一樣的， 只使用一個面記錄一層的信息，而可分為單面單層、單面雙層、雙面 單層以及雙面雙層 4 種結構。 用途可分為以下幾類： 應用最廣的是 式，用于存儲影音信息。此外還有 讀 頻 R(可寫 可擦寫 另外，還有藍光高清 盤。 光盤刻錄機 是指可讀寫的光盤驅動器。包括 種刻錄機。 錄機既有 驅的功能，也能夠向刻錄 盤。其傳輸速率一般標注為 A/B/C 的形式（如 20/10/40），其中 A 表示寫 的倍速， B 表示寫 的倍速，C 表示讀盤的倍速。 錄機既具有 驅的功能，也能夠刻錄 盤和 盤。 通過 口與電腦連接，實現(xiàn)即插即用，具有小巧、可靠、易于操作等特點。閃存盤中無任何機械式裝置，抗震性能強。 U 盤中的存儲模塊其實就是 移動硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。 入設備 (1) 鍵盤 (2) 鼠標 (3) 掃描儀 出設備 (1) 顯示器 (2) 打印機 (1) 顯示器 示器在工作時，電子槍發(fā)出電子束轟擊熒光粉層上的某一點，使該點發(fā)光，每個像素有紅、綠、藍三基色組成，通過對三基色的強度的控制就能合成各種不同顏色。 液晶顯示器 優(yōu)點在于： 圖像穩(wěn)定。由于只有在畫面內容發(fā)生變化時才需要刷新，因此沒有閃爍感； 液晶底板整體發(fā)光，真正的完全平面； 示器基本上沒有輻射； 能耗低。約為 示器的三分之一。 (2) 打印機 常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機等。 針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶上的墨打印在紙上形成文本或圖形。缺點是打印質量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點是可以打多聯(lián)紙，耗材相對較便宜。 噴墨打印機特點。打印頭上有若干個噴頭，打印時，墨水以每秒近萬次的頻率噴射到紙上。與其它兩類打印機相比，在打印質量、速度、噪聲及成本方面處于中等層次。 激光打印機特點。利用激光可以 形成很細的光點，將碳粉固著在紙上，加熱后碳粉固定在紙上，最后印出文字和圖片。優(yōu)點是打印速度快、噪音低、質量好，缺點是價格及打印成本較高。 對三種打印機的打印效果對比來說，激光最好，噴墨其次，而針式相對較差。 他外部設備 (1) 多媒體設備（第七章） (2) 調制解調器 算機指令系統(tǒng) 指令：是指計算機執(zhí)行特定操作的命令。是程序設計的最小語言單位。 指令構成： 操作碼 +地址碼 指令系統(tǒng)：是指一臺計算機所能 執(zhí)行的全部指令的集合。不同型號的計算機有不同的指令系統(tǒng)。它反映了計算機的處理能力。 可分為以下四個步驟： 開始執(zhí)行程序時，先給程序計數器 以第一條指令的首地址 0100H。 取指令 按照計數器中的地址從內存中取出指令 (070270H)，并送往指令寄存器。然后計數器 動加 1 指向下一指令地址。 分析指令 對指令寄存器中存放的指令 (070270H)進行分析，由譯碼器對操作碼 (07H)進行譯碼，由地址碼 (0270H)確定操作數地址。 執(zhí)行指令 取出操 作數，去完成該指令所要求的操作。例如做加法指令，取內存單元 (0270H)的值和累加器的值相加，結果還是放在累加器。 一條指令執(zhí)行完成，再回到取指令階段開始下一指令的執(zhí)行。 算機硬件系統(tǒng)的性能指標 (1) 主頻。主頻越高，單位時間內完成的指令數也越多， 作的速度也就越快。 (2) 字長。字長越長，計算機一次所能處理信息的位數就越多，表現(xiàn)為計算機的運算速度越快。 (3) 運算速度。它是一項綜合性的性能指標。是指計算 機每秒鐘執(zhí)行的指令數，單位是 每秒百萬條指令。 (4) 內存容量。內存容量越大，一次讀入的程序、數據就越多，計算機的運行速度也就越快。 (5) 內存存取速度。內存連續(xù)啟動兩次獨立的 “讀 ”或 “寫 ”操作所需的最短時間，稱為存取周期。 (6) I/O 速度。 I/O 的速度是指 外部設備進行數據交換的速度。目前系統(tǒng)性能的瓶頸越來越多地體現(xiàn)在 I/O 速度上。 第四章 計算機操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是控制計算機所有操作的軟件。 操作系統(tǒng)的概念 操作系統(tǒng)：是管理計算機軟硬件資源的程序，同時它又是用戶與計算機硬件的接口。 操作系統(tǒng)的構成 進程管理、內存管理、文件管理、輸入 /輸出系統(tǒng)管理、二級存儲管理、聯(lián)網、保護系統(tǒng)、命令解釋程序 操作系統(tǒng)的類別 經過多年的發(fā)展，操作系統(tǒng)多種多樣。為提高大型計算機系統(tǒng)的資源利用率，操作 系統(tǒng)從批處理，多道程序發(fā)展為分時操作系統(tǒng)。為了滿足計算機處理實時事件的需要，就有實時操作系統(tǒng)。為適應個人計算機系統(tǒng)的需要又出現(xiàn)了桌面操作系統(tǒng)。為適應并行系統(tǒng)的需要，就 有了多處理器操作系統(tǒng)。為滿足網絡和分布計算的需要，就有了網絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。此外，還有為支持嵌入式計算機的嵌入式操作系統(tǒng)。 計算環(huán)境 從計算機誕生至今，操作系統(tǒng)總是與具體的計算環(huán)境相聯(lián)系，它總是在某種計算環(huán)境中設置和使用，就目前來看計算環(huán)境可分為以下幾類： 1. 傳統(tǒng)計算環(huán)境 指普通意義下的獨立或聯(lián)網工作的通用計算機所形成的計算環(huán)境。 計算環(huán)境 互聯(lián)網的普及使得計算被延伸到 境。 嵌入式計 算機就是安裝在某些設備上的計算部件，其計算相對比較簡單。 進程的概念 什么是進程？它與程序有什么區(qū)別？ 程序：用戶為完成某一個特定問題而編寫的操作步驟。 進程：可以簡單地被看作是正在執(zhí)行的程序。但是進程需要一定的資源來完成它的任務 (例如 間、內存、文件和 I/O 設備 ) 。 進程與程序的區(qū)別在于進程是動態(tài)的、有生命力的，而程序是靜態(tài)的。一個程序加載到內存，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個進程，程序執(zhí)行結束后，該進程也就消亡了。 在計算機中，由于多個程序共享系統(tǒng) 資源，就必然引發(fā)對 爭奪。如何有效地利用 源，如何在多個請求 進程中選擇取舍，這就是進程管理要解決的問題。 進程控制塊 ) 為了控制進程，操作系統(tǒng)就必須知道進程存儲在哪里，以及進程的一些屬性。 進程控制塊是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中記錄進程的專用數據結構。一個新的進程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)就會為該進程建立一個進程控制塊。操作系統(tǒng)根據進程控制塊對并發(fā)進程進行控制。 進程調度及隊列圖 計算機采用多道程序的目的是使得計算機系統(tǒng)無論何時都有進程運行 ，單處理器的計算機在某一時刻 能運行一個進程，如果存在多個進程，其它進程就需要等待 閑時才能被調度執(zhí)行。 當一個進程處于等待或 間片用完時，操作系統(tǒng)就會從該進程中拿走 制權，然后再交給其它進程使用，這就是進程的調度。 度及其準則 在設計 度程序時主要應該考慮的準則包括： (1) 用率。讓 可能地忙。 (2) 吞吐量。讓 一定時間內完成的進程數盡可能多。 (3) 周 轉時間。讓進程從提交到運行完成的時間盡可能短。 (4) 等待時間。讓進程在就緒隊列中等待所花時間之和盡可能短。 (5) 響應時間。讓進程從提交請求到產生第一響應之間的時間盡可能短。 主要的 度算法 1、 先到先服務 2、 最短作業(yè)優(yōu)先 3、 優(yōu)先權 4、 輪轉 5、 多級隊列 6、 多級反饋隊列 進程的同步與互斥 進程的同步就是指相互協(xié)作的進程不斷調整它們之間的相對速度，以實現(xiàn)共同有序地推進。 換句話說 ,在操作系統(tǒng)中，允許多個進程并發(fā)運行。然而，有些進程之間本身存在某種聯(lián)系，它們在系統(tǒng)中 需要一種協(xié)作，以保證進程能正確有序地執(zhí)行并維護數據的一致性。 在操作系統(tǒng)中，可能存在著多個進程。而系統(tǒng)中一些資源一次只允許一個進程使用，這類資源被稱為臨界資源。在進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。當一個進程進入臨界區(qū)執(zhí)行時，其它進程就不允許進入臨界區(qū)執(zhí)行，否則就會導致錯誤結果。由此得出 : 多個進程并發(fā)執(zhí)行時，只允許一個進程進入臨界區(qū)運行，這就是進程的互斥。 例如：多個進程在競爭使用打印機時表現(xiàn)為互斥。 一個文件可供多個進程共享，其中有一個進程在寫操作時，其它進程則不允許同時寫或讀，表現(xiàn)為 互斥。 進程的死鎖及處理方法 在多道程序設計中，多個進程可能競爭一定數量的資源。一個進程在申請資源時，如果所申請資源不足，該進程就必須處于等待狀態(tài)。如果所申請的資源被其它進程占有，那么進程的等待狀態(tài)就可能無法改變，從而形成進程之間相互一直等待的局面，這就是死鎖。 競爭資源引起死鎖 引起死鎖的四個必要條件： 互斥：任一時刻只能有一個進程獨占某一資源，若另一進程申請該資源則需延遲到該資源釋放為止。 占有并等待：即該進程占有部分資源后還在等待其它資源，而該資源被其它進程占有。 非搶占：某進程已占用資源且不主動放棄它所占有的資源時，其它進程不能強占該資源，只有等其完成任務并釋放資源。 循環(huán)等待：在出現(xiàn)死鎖的系統(tǒng)中，一定存在這樣一個進程鏈，其中每個進程至少占有其它進程所必需的資源，從而形成一個等待鏈。 處理死鎖問題的三種方式： 可使用協(xié)議預防和避免死鎖，確保系統(tǒng)從不會進入死鎖狀態(tài)。 可允許系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，然后檢測出死鎖狀態(tài)，并加以恢復。 可忽略進程死鎖問題，并假裝系統(tǒng)中死鎖從來不會發(fā)生。即沒有必要把精力花在小概率事件上。 處理死鎖優(yōu)先考慮的順序：先預防和避免 再檢 測和恢復 存管理 內存是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的核心。內存用于容納操作系統(tǒng)和各種用戶進程，是可以被 I/算機的所有程序運行時都要調入內存。 內存管理的主要工作是：為每個用戶進程合理地分配內存，以保證各個進程之間在存儲區(qū)不發(fā)生沖突；當內存不足時，如何把內存和外存結合起來，給用戶提供一個比實際內存大得多的虛擬內存，使得程序能順利執(zhí)行。內存管理包括內存分配、地址映射、內存保護和擴充。 用戶程序執(zhí)行與地址映射 用戶編寫程序在執(zhí)行前，需要多個處理步驟，這些步驟可將源程 序轉變?yōu)槎M制機器代碼，然后在內存中等待執(zhí)行。當然有時并非每個步驟都是必需的。 通常，將指令和數據的地址映射成內存地址可以發(fā)生在以下三個執(zhí)行階段。 (了解 ) 如果在編譯時就知道進程將在內存中的什么位置駐留，那么編譯器就可以直接以生成絕對地址代碼。 不知道進程將駐留在什么位置，那么編譯器就必須生成程序的邏輯地址，在加載階段再轉變成內存的絕對地址。 如果進程在執(zhí)行時可以從一個內存段移動到另一個內存段，那么進程的絕 對地址映射工作只能延遲 到執(zhí)行時進行。 物理地址空間與邏輯地址空間 物理地址 :是計算機內存單元的真實地址。 物理地址空間 :由物理地址所構成的地址范圍。 邏輯地址 :用戶程序地址，從 0 開始編址。 邏輯地址空間 :由邏輯地址所構成的地址范圍。 地址映射 :用戶程序在運行時要裝入內存，這就需要將邏輯地址變換成物理地址，這個過程稱為地址映射，也稱重定位。 用戶編寫的源程序是不考慮地址的，源程序經 譯后產生邏輯地址。從 生的邏輯地址轉換為內存中的物理地址的映射是由計算機中被稱為內存管理單元的硬件設備來實現(xiàn)的 ，將邏輯地址與內存管理單元中存放的內存基址相加就得到了物理地址。 進程使用內存的交換技術 為了更加有效地使用內存，進程在不運行時，可以暫時從內存移至外存上，直到需要再運行時再重新調回到內存中。也就是說內存管理程序可將剛剛運行過的進程從內存中換出以釋放出占用的內存空間，然后將另一個要運行的進程占據前者釋放的內存空間。 計算機工作時，為了將多個進程放入到內存就必須考慮在內存中如何放置這些進程。 內存分配方案 對于連續(xù)內存分配方案，開 始時所有內存是一個大的孔，隨著內存分配的進行就會形成位置上不連續(xù)的大小不一的孔。在連續(xù)內存分配方案中，當新進程需要內存時，為其尋找合適的孔，實現(xiàn)內存分配 。該方案為每個進程所分配的內存物理地址空間在位置上是連續(xù)的。 內存分配方案 分頁管理基本思想： o 內存物理地址空間劃分為若干個大小相等的塊 (頁框 ) o 進程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊 (頁面 ) o 內存分配時每個頁面對應地分配一個頁框，而一個進程所分得頁框在位置上不必是連續(xù)的。 頁表：操作系統(tǒng)為每個用戶程序建立一張頁表，該表記錄用 戶程序的每個邏輯頁面存放在哪一個內存物理頁框。 擬內存方案 虛擬內存是一個容量很大的存儲器的邏輯模型，它不是任何實際的物理存儲器，它一般是借助硬盤來擴大主存的容量。 虛擬內存：對于一個進程來講，如果僅將當前要運行的幾個頁面裝入內存便可以開始運行，而其余頁面可暫時留在磁盤上，待需要時再調入內存，并且調入時也不占用新的內存空間，而是對原來運行過的頁面進行置換。這樣，就可以在計算機有限的內存中同時駐留多個進程并運行。而對用戶來講感覺到系統(tǒng)提供了足夠大的物理內存，而實際上并非真實的，這就是虛擬內存 。 頁面請求與頁面置換算法 頁面請求 :在虛擬內存技術中，進程運行時并沒有將所有頁面裝入到內存，在運行過程中進程會不斷地請求頁面，如果訪問的頁面已在內存，就繼續(xù)執(zhí)行下去；但如果要訪問的頁面尚未調入到內存，便請求操作系統(tǒng)將所缺頁面調入內存，以便進程能繼續(xù)運行下去。 頁面置換 :如果請求頁面調入內存時，分配給該進程的頁框已用完，就無法立即裝入所請求頁面。此時，必須將進程中的某個頁面從內存的頁框調出到磁盤上，再從磁盤上將所請求的頁面調入到內存的該頁框中。這個過程叫做頁面置換。 件管理 文件管理是操作系統(tǒng)最常見的組成部分。文件管理主要提供目錄及其文件的管理。 文件的概念 文件：保存在外部存儲設備上的相關信息的集合。 文件命名：文件主名 +擴展名 文件存取屬性： 只讀：只允許授權用戶進行讀操作。 讀寫：只允許授權用戶進行讀和寫的操作。 文檔：允許任何用戶進行讀寫操作。 隱藏：不允許用戶直接看到文件名。 文件系統(tǒng)：是對文件進行操作和管理的軟件，是用戶與外存之間的接口。這個系統(tǒng)將所有文件組織成目錄結構保存在外存，一個文件對應其中的一個目 錄條。目錄條記錄有文件名、文件位置等信息。 操作系統(tǒng)對文件的基本操作包括： 創(chuàng)建文件、文件寫、文件讀、文件重定位、文件刪除、文件截短。 對文件的其它操作包括：文件復制、重命名、更改屬性等。 文件的物理結構和邏輯結構 文件結構分物理和邏輯結構。其中物理結構是文件在外存上的存儲組織形式，它與具體的存儲設備有關。文件邏輯結構是指用戶能直接感受到的文件組織結構，它與具體的存儲設備無關。 無結構的流式文件：是一維的、連續(xù)的、無 結構的字符序列，可以看成是由一條無結構的記錄組成的文件。 有結構的記錄式文件：是帶有結構的、性質相同的記錄的集合。 順序文件：文件所包含的一系列記錄按照某種順序依次連續(xù)存儲。 索引文件：由主文件和索引表構成?？梢詫崿F(xiàn)快速訪問。 (1) 按輸入記錄的先后次序建立數據區(qū)和索引表。 (2) 待全部記錄輸入完畢后對索引表進行排序，排序后的索引表和主文件一起就形成了索引文件。 索引順序文件：順序文件和索引文件特點的結合。順序文件是按主關鍵字有序排列的，將順序文件的所有記錄分組，索引表中為每組的首記錄建 立一索引項，組與組之間按關鍵字大小有序排列，組內記錄順序查找。 文件的訪問方式 1. 順序訪問方式 順序訪問方式主要適合于對順序文件的訪問。其訪問的位置是由指針定位的。讀操作是讀取指針所指示位置的內容，并自動將指針向后移動，以指示下一次讀的位置。而對寫操作，所寫的內容總是添加到文件的尾部。 順序訪問方式是基于磁帶的模型，不僅適合順序存儲設備 (如磁盤 )，對直接存儲設備(如磁盤 )也適合。 2. 直接訪問方式 文件的邏輯結構 無結構文件 有結構文件 流式文件 索引順序文件 順序文件 索引文件 直接訪問也稱隨機訪問，它指的是允許跳躍式地隨意存取文件中 的任何記錄，而不需要任何順序限制。直接訪問是最為常見和高效的文件訪問方式。直接訪問方式是基于磁盤的模型。 在進行文件訪問時，首先對索引文件按關鍵字進行檢索，查找到指向數據記錄的指針，根據該指針實現(xiàn)對具體數據記錄的訪問。 文件的目錄結構 通常，一個磁盤至少應包含一個分區(qū)，每個分區(qū)用來保存文件和目錄結構 。 文件目錄的組成：每個文件有一個文件控制塊 是文件存在的標志，存放了為管理文件所需的所有有關信息。把所有的文件控制塊組織在一起，就構成了文件目 錄，每個文件控制塊就是其中的一個目錄項。 文件的目錄系統(tǒng)可以組織成單層目錄結構、雙層目錄結構、樹型目錄結構、無環(huán)路目錄結構和通用圖目錄結構。 樹型目錄結構是目前使用最為廣泛的一種目錄結構。這種目錄結構在邏輯上的構成是一棵樹，子目錄是樹枝，而文件是樹葉。一個用戶所擁有的子目錄位置不需要統(tǒng)一，在一個子目錄下可以再創(chuàng)建子目錄。 入輸出系統(tǒng)管理 每臺計算機都配備了許多外部設備，它們的性能和操作方式都不一樣。操作系統(tǒng)對設備 (即輸入 /輸出系統(tǒng) )管理的主要目標是：方便用戶使用外 部設備，提高 設備的利用率。 基本概念 I/O 設備與計算機通信的連接點被稱為端口。 用于操作端口、總線和設備的一組電子器件，是設備與總線的連接裝置。 輸入 /輸出控制方式 過端口對外設進行控制的方式有以下幾種： (1) 程序控制方式 早期計算機采用的方式。 設備控制器發(fā)出一條 I/O 指令啟動設備進行一個字節(jié)的輸入或輸出，然后 等待 I/O 設備進行數據傳送，直到一個字節(jié)傳送完畢。接下來 ， 大部分時間都用于循環(huán)等待及測試 I/O 是否完成，造成 源的極大浪費。 (2) 中斷驅動方式 當某進程要啟動某個 I/O 設備工作時，首先由 相應設備的控制器發(fā)出一條 I/O 命令，然后 即返回繼續(xù)執(zhí)行原來的任務，設備控制器則按照命令的要求去控制 I/O 設備工作。這時， I/O 設備并行工作。 這種方式 利用率較高。但這種方式的缺點是在一次數據傳送過程中，發(fā)生中斷次數較多 (每次只傳送一 個字節(jié) )，這將耗去大量 理時間。 (3) 直接存儲器訪問方式 引入設備 制器，在其控制下，以數據塊為單位，將數據從設備直接送入內存或相反，當一個或多個數據塊傳送完畢時才需要 預。該方式 利用率高。 (4) 通道控制方式 通道控制方式是 發(fā)展，它把對每一塊數據的讀寫變成對一組數據塊的讀寫，可以進一步減少 干預。更大程度地提高了系統(tǒng)資源的利用率。 I/O 緩沖管理 現(xiàn)代操作系統(tǒng)中， I/O 設備與 際指內存 )交換數據時，需要使用緩沖技術 。也就是為 I/O 設備設置緩沖區(qū)暫存數據，等到數據積累到一定程度時，再做批量處理。 引入緩沖： (1) 緩和 I/O 設備間速度不匹配的矛盾； (2) 減少對 斷頻率； (3) 提高 I/O 設備間的并行性。 設備驅動程序 設備驅動程序與具體設備有關，用戶安裝好硬件后還要再安裝驅動程序，計算機才能識別和使用該設備。每個外部設備都有相應的設備驅動程序，它也是硬件的身份識別標志，負責完成設備具體的各種動作 (輸入 /輸出操作 )。 一旦為 I/O 設備安裝了驅動程序，那么應用程序在使用 I/O 設備時，就不必關心設備的特性、 I/O 控制方式，這樣就實現(xiàn)了應用程序與設備的無關性。 型操作系統(tǒng) 一個通用、交互式、分時多用戶并支持網絡的操作系統(tǒng)，是可以運行在各種機型 (從微機到巨型機在內 )上的通用操作系統(tǒng)。主要適用于網絡、大中小型機。 缺點：軟件少，價格貴，難掌握。 單用戶、單任務和字符界面的操作系統(tǒng)，主要為 16 位微型計算機而 設計，前仍在一些微型計算機上運行， 但屬于淘汰產品。 界面圖形化，操作便捷 采用多任務機制 支持網絡功能 出色的多媒體功能 硬件更容易使用 具有眾多應用程序的支持 一個免費、源代碼開放、自由傳播、類似于 操作系統(tǒng)。它既可以做各種服務器操作系統(tǒng)，也可以安裝在微機上，并提供上網軟件、文字處理軟件、繪圖軟件、動畫軟件等，它除了命令操作外還提供了類似 格的圖形界面，我國自行開 發(fā)的有紅旗、藍點 麟 。缺點是兼容性差，應用軟件安裝困難，操作性差，使用不習慣。 S S 是一運行于蘋果系列微型計算機上的操作系統(tǒng)。蘋果機多用于圖形領域，它往往代表了潮流和時尚，代表精美的工業(yè)設計，但它不兼容 件，所以叫好不叫座。 第七章 多媒體技術 媒體計算機技術概述 多媒體計算機的概念 從一般意義上講，在計算機或通訊領域，媒體是指信息的載體或者信息的存儲實體，信息載體包括數字、文字、聲音、圖形、圖 像、視頻，信息的存儲實體包括磁盤、磁帶、光盤、 就多媒體計算機而言，媒體則是指信息載體。 根據國際電信聯(lián)盟的定義，媒體可分為 5 種：感覺媒體、 表示媒體、顯示媒體 存儲媒體、傳輸媒體 多媒體：通常所指的多媒體就是文字、聲音、圖像、圖形、動畫、視頻等各種媒體在計算機統(tǒng)一管理下的有機結合。 多媒體計算機技術：計算機綜合處理多種媒體信息 (文本、圖形、圖像、音頻、視頻和動畫 )，使多種信息建立邏輯連接，集成為一個系統(tǒng)且具有交互性。 媒體技術的發(fā)展歷史 1984 年， 司推出 形操作系統(tǒng)。 1985 年，世界上第一臺多媒體計算機問世。 1986 年，推出光盤系統(tǒng)。 1990 年，多媒體個人計算機協(xié)會制定 準。 1995 年， 作系統(tǒng)問世。 媒體技術的特點和關鍵技術 多媒體特點是： (1) 多樣性：多媒體不只處理一種媒體，而是綜合處理多種媒體，包括圖文聲像信息。 (2) 集成性：多媒體不是多種媒體簡單的收集，而是被有機 地集成為系統(tǒng)。 (3) 交互性：