大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)第一章 計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)概述（了解）1、計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上的重要人物和思想1、 法國(guó)物理學(xué)家帕斯卡(1623-1662)：在 1642年發(fā)明了第一臺(tái)機(jī)械式加法機(jī)。該機(jī)由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動(dòng)，用專用的鐵筆來撥動(dòng)轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。2、 德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機(jī)械式乘除法器?；驹砝^承于帕斯卡的加法機(jī)，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而實(shí)現(xiàn)了乘除運(yùn)算。 3、英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了“差分機(jī)”。它有3個(gè)齒輪式寄存器，可以保存3個(gè)5位數(shù)字，計(jì)算精度可以達(dá)到6位小數(shù)。 巴貝奇是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想的奠基人。英國(guó)科學(xué)家阿

2、蘭 圖靈(理論計(jì)算機(jī)的奠基人)圖靈機(jī)：這個(gè)在當(dāng)時(shí)看來是紙上談兵的簡(jiǎn)單機(jī)器，隱含了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中“存儲(chǔ)程序”的基本思想。半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)學(xué)家們提出的各種各樣的計(jì)算模型都被證明是和圖靈機(jī)等價(jià)的。 美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮 諾依曼(計(jì)算機(jī)鼻祖)計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；應(yīng)采用二進(jìn)制簡(jiǎn)化機(jī)器的電路設(shè)計(jì)；采用“存儲(chǔ)程序”技術(shù),以便計(jì)算機(jī)能保存和自動(dòng)依次執(zhí)行指令。 七十多年來，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮·諾依曼計(jì)算機(jī)”。2、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程1、 1946年2月由賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的ENIAC是世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)?！罢Q生了一個(gè)電

3、子的大腦” 致命缺陷：沒有存儲(chǔ)程序。2、 電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的類型按計(jì)算機(jī)用途分類：通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)規(guī)模分類：巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)、工作站、服務(wù)器、嵌入式計(jì)算機(jī)按計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)分類：數(shù)字計(jì)算機(jī)、模擬計(jì)算機(jī)、數(shù)字模擬混合計(jì)算機(jī)1.1.4 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 計(jì)算機(jī)是一種能按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。（含義）1、 運(yùn)算速度快2、 計(jì)算精度高3、 存儲(chǔ)容量大4、 具有邏輯判斷能力5、 按照程序自動(dòng)運(yùn)行應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、過

4、程與實(shí)時(shí)控制、人工智能、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、遠(yuǎn)程通訊與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)1.1.5 計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化1、光計(jì)算機(jī) 2、生物計(jì)算機(jī) 3、量子計(jì)算機(jī)1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)所需的設(shè)備實(shí)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(yīng)用問題而設(shè)計(jì)的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它們?cè)谟?jì)算機(jī)中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進(jìn)制狀態(tài)，存儲(chǔ)在內(nèi)存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設(shè)備上。1.3.1 信息技術(shù)概念信息是一種知識(shí)，是接

5、受者事先不知道不了解的知識(shí)。 數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等都是不同形式的數(shù)據(jù)。 4次信息革命：文字、造紙和印刷術(shù)、電報(bào)電話廣播電視、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代信息技術(shù)：計(jì)算機(jī)技術(shù)微電子技術(shù)通信技術(shù) 1.3.1 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)與人才信息產(chǎn)業(yè)是信息社會(huì)的支柱，主要包括：計(jì)算機(jī)硬件制造業(yè)、計(jì)算機(jī)軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)中傳統(tǒng)行業(yè)的信息化 信息產(chǎn)業(yè)屬資本密集型、知識(shí)密集型、人才密集型的產(chǎn)業(yè)。 信息技術(shù)教育包括： 對(duì)信息科學(xué)的理解 對(duì)信息應(yīng)用的實(shí)踐能力 對(duì)信息社會(huì)的認(rèn)識(shí)和態(tài)度 第二章 計(jì)算機(jī)信息基礎(chǔ)2.1.1 數(shù)制的概念數(shù)制也稱計(jì)數(shù)制，是指用一組固定的符號(hào)和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。常用

6、數(shù)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)字符號(hào)090，10709,A,B,C,D,E,F基 數(shù)102816基數(shù)：R進(jìn)制的基數(shù)=R位權(quán)：在數(shù)制中，各位數(shù)字所表示值的大小不僅與該數(shù)字本身的大小有關(guān)，還與該數(shù)字所在的位置有關(guān)，我們稱這關(guān)系為數(shù)的位權(quán)。位權(quán)：一個(gè)與數(shù)字位置有關(guān)的常數(shù)，位權(quán)=Rn2.1.3 二進(jìn)制和其它進(jìn)制的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制：整數(shù)部分除以2取余，直至商為0；小數(shù)部分乘以2取整，直至小數(shù)部分為0或達(dá)到所需精度為止。 十進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制：方法同上。整數(shù)部分除以8，小數(shù)部分乘以8。 十進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制：方法同上。整數(shù)部分除以16，小數(shù)部分乘以16。 2.2 計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)單位位(bit)：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的

7、最小單元(0、1)字節(jié)(Byte)：處理數(shù)據(jù)的基本單位(8bit/Byte)常用的字節(jié)計(jì)數(shù)單位： 1KB1024 Byte (210B) 1MB1024 KB (220B) 1GB1024 MB (230B) 1TB1024 GB (240B)字長(zhǎng)：CPU一次處理數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)。2.3 信息表示與編碼所謂編碼，就是利用數(shù)字串來標(biāo)識(shí)所處理對(duì)象的不同個(gè)體。2.3.1 整數(shù)的表示 在數(shù)學(xué)中，數(shù)值是用“”和“”表示正數(shù)和負(fù)數(shù)的，而在計(jì)算機(jī)中只有0和1，所以正負(fù)號(hào)也用0和1表示，即數(shù)值符號(hào)數(shù)字化。補(bǔ)碼的概念是怎么來的？ “?！笔侵敢粋€(gè)系統(tǒng)所能表示的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。按模運(yùn)算是指運(yùn)算結(jié)果超過模時(shí)，模（或模的整數(shù)

8、倍）將溢出而只剩下余數(shù)。 假設(shè)M為模，若數(shù)a，b滿足abM，則稱a，b互為補(bǔ)數(shù)。 在有模運(yùn)算中，減去一個(gè)數(shù)等于加上這個(gè)數(shù)對(duì)模的補(bǔ)數(shù)。 2.3.2 實(shí)數(shù)的表示定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置固定的數(shù)稱為定點(diǎn)數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置不固定的數(shù)稱為浮點(diǎn)數(shù)與漢字有關(guān)的編碼：（1）、輸入碼 (2) 國(guó)標(biāo)碼和區(qū)位碼：每個(gè)漢字占兩個(gè)字節(jié)的編碼，且每個(gè)字節(jié)最高位均為0。所有漢字分94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)94個(gè)漢字。由此構(gòu)成區(qū)位碼。而區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼各加32就得到國(guó)標(biāo)碼。（3）機(jī)內(nèi)碼 （4）字型碼：漢字存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用機(jī)內(nèi)碼，但輸出時(shí)必須轉(zhuǎn)換成字形碼，再根據(jù)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(jī)上輸出各種文字和符

9、號(hào)。點(diǎn)陣漢字：每一個(gè)漢字以點(diǎn)陣形式存儲(chǔ)，有點(diǎn)的地方為“1”，空白的地方為“0”。有16×16、24×24、48×48點(diǎn)陣等。點(diǎn)陣越大，字形分辨率越好，字形也越美觀，但漢字存儲(chǔ)的字節(jié)數(shù)就多，字庫(kù)也就越龐大。2.3.6 多媒體信息的數(shù)字化數(shù)字化就是對(duì)模擬世界的一種量化，表示信息的最小單位是位(bit)“0”或“1”。多媒體信息在計(jì)算機(jī)中也要轉(zhuǎn)換為0和1，因此也需要進(jìn)行編碼。第三章 計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。硬件是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。其中： 中央處理器(簡(jiǎn)稱CPU)=運(yùn)算器+控制

10、器 主機(jī)=中央處理器+主存儲(chǔ)器軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)軟件包括計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用軟件。3.1.2 馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu) 馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲(chǔ)器中，在執(zhí)行時(shí)將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中，然后使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)自動(dòng)地從內(nèi)存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲(chǔ)程序概念的基本原理。 馮·諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：(1) 采用二進(jìn)制形式表示程序和數(shù)據(jù)。 (2) 計(jì)算機(jī)硬件是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成 。(3) 程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中。 (4) 控制器根

11、據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令 (程序) 工作。3.1.3 微型計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展微型機(jī)屬于第四代電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。微機(jī)的核心部件是CPU 3.2 微型計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)微型機(jī)基本是由顯示器、鍵盤和主機(jī)構(gòu)成。在主機(jī)箱內(nèi)有CPU、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、電源等。3.2.1中央處理器 CPUCPU：運(yùn)算器部件、寄存器部件和控制器部件。CPU從存儲(chǔ)器取出指令，放入CPU內(nèi)部的指令寄存器，并對(duì)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。CPU的主要性能指標(biāo) ：(1) 主頻/外頻（主頻=外頻×倍頻，即CPU工作頻率）

12、(2) 數(shù)據(jù)總線寬度（即字長(zhǎng)，指CPU傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)）(3) 地址總線寬度（決定了CPU可訪問的地址空間）(4) 工作電壓（低電壓可減少CPU過熱，降低功耗）(5) 高速緩存Cache（加速CPU與其它設(shè)備間數(shù)據(jù)交換）(6) 運(yùn)算速度（CPU每秒能處理的指令數(shù)）1. 運(yùn)算器 運(yùn)算器是完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件，又稱算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元。計(jì)算機(jī)所完成的全部運(yùn)算都是在運(yùn)算器中進(jìn)行的。運(yùn)算器的核心部件是: (1) 運(yùn)算邏輯部件 (2) 寄存器部件2. 控制器 控制器負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中取出指令，并對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并根據(jù)指令譯碼的結(jié)果，按指令先后順序，負(fù)責(zé)向其它各部件發(fā)出控制信號(hào)，保證各部件協(xié)調(diào)一致地完成各種操

13、作。控制器主要由以下部件組成： 程序計(jì)數(shù)器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內(nèi)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(shí)別指令的功能，分析指令的操作要求； 時(shí)序部件。產(chǎn)生計(jì)算機(jī)工作中所需的各種定時(shí)控制信號(hào)，對(duì)各種微操作控制信號(hào)進(jìn)行定時(shí)控制。以協(xié)調(diào)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(hào)，即微命令，以指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)有條不紊地工作。3.2.2 高級(jí)CPU技術(shù)1、超線程技術(shù)2、雙核心CPU技術(shù) ：由于組建雙CPU系統(tǒng)的高成本和復(fù)雜性，桌面電腦上并未得到普及。用“雙核”技術(shù)，就是在單個(gè)CPU中真正集成兩個(gè)物理運(yùn)行核心，因此在實(shí)際使

14、用中，這種“雙核心處理器”和使用兩個(gè)獨(dú)立CPU組建的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒有區(qū)別。目前，CPU已從雙核向4核、8核和多核方向發(fā)展。 3.2.3 主板 主板是電腦中各種設(shè)備的連接載體。它提供CPU、各種接口卡、內(nèi)存條和硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)的插槽，其它的外部設(shè)備也會(huì)通過主板上的I/O接口連接到計(jì)算機(jī)上。早期的PC機(jī)主板是將快速的CPU、中速的內(nèi)存、慢速的外設(shè)都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性能得不到優(yōu)化。3.2.4 內(nèi)存儲(chǔ)器 內(nèi)存儲(chǔ)器 (簡(jiǎn)稱內(nèi)存)，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器。 1. 只讀存儲(chǔ)器ROM 特點(diǎn)：存儲(chǔ)的信息只能讀出，不能隨機(jī)改寫或存入，斷電后信息不會(huì)丟失，可

15、靠性高。 ROM分類 (1) 掩膜式 ROM(Mask ROM) (2) 可編程 PROM(Programmable ROM) (3) 可擦除 EPROM (Erasable PROM) (4) 電可擦 EEPROM(Electrically EPROM) (5) 快擦寫 ROM(Flash ROM)2. 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM 特點(diǎn)：用于存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果。開機(jī)前是空的，斷電后數(shù)據(jù)消失。 RAM 分類: (1) SRAM：靜態(tài)RAM。不需要充電來保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性，成本高且集成低，一般做高速緩沖存儲(chǔ)器。 (2) DRAM：動(dòng)態(tài)RAM。需要定時(shí)充電來保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，通常所說的“內(nèi)存”主要

16、由它構(gòu)成。一般指以下兩種類型： SDRAM-同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 DDR-雙倍速率內(nèi)存 (DDR2-四倍速率內(nèi)存DDR3)3. Cache(高速緩存 ) Cache是一種高速緩沖存儲(chǔ)器，是為了解決CPU與主存之間速度不匹配而采用的一種重要技術(shù)。其中片內(nèi)Cache是集成在CPU芯片中，片外Cache是安插在主板上。高速緩沖存儲(chǔ)器的存取速度比主存要快一個(gè)數(shù)量級(jí)，大體與CPU的處理速度相當(dāng)。 4.多級(jí)緩存 最早的CPU緩存容量很低。當(dāng)集成在CPU內(nèi)核中的緩存已不能滿足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量時(shí)，出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊主板上的緩存，此時(shí)把CPU內(nèi)核集成的緩存稱為一級(jí)緩存

17、，而外部的稱為二級(jí)緩存。 現(xiàn)在多數(shù)CPU內(nèi)部也有二級(jí)緩存，于是二級(jí)緩存又可分為內(nèi)部二級(jí)緩存和外部二級(jí)緩存。較高端的CPU中還會(huì)帶有三級(jí)緩存 。 6. 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 既要速度快，又要求容量大，同時(shí)價(jià)格又要求合理，在目前技術(shù)條件下這三項(xiàng)指標(biāo)很難用單一種類的存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)。折衷的方法是采用層次結(jié)構(gòu)。3.2.5 總線總線：是一組連接各個(gè)部件的公共通信線路，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳輸指令、數(shù)據(jù)和各種控制信息的高速通道，是計(jì)算機(jī)硬件的一個(gè)重要組成部分。 地址總線。傳輸?shù)氖堑刂沸盘?hào)，一般是單向傳輸。當(dāng)CPU需要訪問某個(gè)外設(shè)時(shí)，它向地址總線發(fā)出相應(yīng)外設(shè)的地址信號(hào)，以選擇某個(gè)外設(shè)。 數(shù)據(jù)總線。傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般是雙向傳

18、輸。CPU進(jìn)行“讀”時(shí)，數(shù)據(jù)由外設(shè)流向CPU，當(dāng)CPU進(jìn)行“寫”時(shí)，數(shù)據(jù)由CPU流向外設(shè)。 控制總線。有的是CPU向內(nèi)存或外部設(shè)備發(fā)出的信號(hào)；有的是內(nèi)存或外部設(shè)備向CPU發(fā)出的信號(hào)。對(duì)每條控制線而言信號(hào)是單向傳送，但作為整體是雙向的?？偩€按處于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的位置來分： 片內(nèi)總線(又稱內(nèi)部總線)。是指CPU芯片內(nèi)部的總線。 片間總線(又稱局部總線)。是主板上各外圍芯片與CPU之間的總線，用于芯片一級(jí)互連。 系統(tǒng)總線(又稱輸入/輸出總線)。是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線，用于插件板一級(jí)的互連。 外部總線(又稱通信總線)。是微機(jī)和外部中低速外部設(shè)備之間或外設(shè)與主機(jī)連接的總線。系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)

19、系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)大致可分為ISA總線、PCI總線、PCI Express三個(gè)階段。 ISA總線。是最早的8位系統(tǒng)總線。后來擴(kuò)展到16位。ISA是現(xiàn)代個(gè)人計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。 PCI總線。主要特點(diǎn)是傳輸速度高，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微機(jī)中。 AGP總線。專為系統(tǒng)中一塊圖形顯示卡設(shè)計(jì)的總線。 PCI Express總線。是新一代的總線接口。外部總線標(biāo)準(zhǔn)常見的I/O總線： USB總線 屬高速串行接口總線。該總線最多可連接127個(gè)設(shè)備，支持熱拔插，支持即插即用，所以USB接口已經(jīng)成為許多外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)接口。USB有兩個(gè)規(guī)范，即USB1.1和USB2.0。 IEEE1394總線 屬高速串行接口總線，主要用于連接DV產(chǎn)品。3.

20、2.6 接口 I/O接口是連接主機(jī)和外部設(shè)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序)組成。 根據(jù)I/O接口是否內(nèi)嵌在主板中，可將I/O接口分為內(nèi)置I/O接口和外置I/O接口兩類。(1) 內(nèi)置I/O接口 將I/O接口電路內(nèi)嵌在主板中，由主板提供外設(shè)接口電路插座，如鍵盤接口、鼠標(biāo)接口、USB接口、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(dú)立的電路板(接口卡)上，接口卡必須插在總線擴(kuò)展插槽上(如PCI、PCI Express插槽等) 。3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器通常用來存放需要長(zhǎng)期保存的各種程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)需要執(zhí)行或處理

21、這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，必須將其先調(diào)入到內(nèi)存中然后再被CPU處理， 所以外存實(shí)際上屬于輸入輸出設(shè)備。 目前微機(jī)常用的外存儲(chǔ)器主要有軟盤、硬盤、光盤、 U盤等。 3.3.2 硬盤 硬盤是微機(jī)最重要的外部存儲(chǔ)器，常用于安裝微機(jī)運(yùn)行所需的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，以及存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。(1) 硬盤存儲(chǔ)格式 硬盤是由多個(gè)涂有磁性物質(zhì)的金屬圓盤盤片組成，盤片的每一面都有一個(gè)讀寫磁頭，在對(duì)硬盤進(jìn)行格式化時(shí)，將對(duì)盤片進(jìn)行劃分磁道和扇區(qū)，對(duì)于大容量的硬盤還將多個(gè)扇區(qū)組織起來成為一個(gè)塊“簇”，簇成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個(gè)扇區(qū)，有的有好幾個(gè)扇區(qū)，可以在格式化的參數(shù)中給定。(2) 硬盤性能指標(biāo) 硬盤的容量。現(xiàn)在微機(jī)上所配

22、置的硬盤一般在200GB以上。 硬盤的轉(zhuǎn)速。硬盤的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速一般為7200rpm以上。 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IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，SATA是種新生的硬盤接口類型。(4) 硬盤格式化 硬盤低級(jí)格式化。主要是對(duì)一個(gè)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(gè)相對(duì)獨(dú)立的邏輯分區(qū) 。 硬盤高級(jí)格式化。高級(jí)格式化主要是對(duì)指定的硬盤分區(qū)進(jìn)行初始化，建立文件分配表以便系統(tǒng)按指定格式存儲(chǔ)文件。3.3.3 光盤存儲(chǔ)器 光盤簡(jiǎn)稱CD(Com

23、pact Disc)是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(shí)別二進(jìn)制的0、1信息。光盤的分類: 1只讀型光盤 只讀光盤中的數(shù)據(jù)是在制作時(shí)寫入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，而不能寫入或修改光盤中的數(shù)據(jù)。音頻光盤CD-DA、數(shù)據(jù)光盤 CD-ROM、 VCD、DVD等都屬于只讀光盤。 2一次寫入光盤 這種光盤允許一次寫入數(shù)據(jù)，但不能修改和擦除數(shù)據(jù)， 如 CD-R。3可擦寫光盤 這種光盤可多次寫入或修改數(shù)據(jù)，如CD-RW。 從光盤中讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備我們稱之為光驅(qū)。光驅(qū)把經(jīng)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(qiáng)度不同而將其表示為不同的電信號(hào)。 光驅(qū)倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率

24、（150KB/s為單倍，以此類推）。CD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器能讀除DVD以外的所有光盤。而DVD光盤要用DVD驅(qū)動(dòng)器才能讀，DVD驅(qū)動(dòng)器兼容CD-ROM所能讀的光盤。DVD光盤 DVD盤片的物理規(guī)格與CD盤片是一樣的，CD盤只使用一個(gè)面記錄一層的信息，而DVD盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層 4 種結(jié)構(gòu)。 DVD按用途可分為以下幾類：應(yīng)用最廣的是DVD-Video 格式，用于存儲(chǔ)影音信息。此外還有DVD-ROM(只讀DVD)、 DVD-Audio(音頻DVD)、 DVD±R(可寫DVD)、 DVD-RAM或DVD±RW (可擦寫DVD)。 另外，還有藍(lán)光高清D

25、VD光盤。 光盤刻錄機(jī) 是指可讀寫的光盤驅(qū)動(dòng)器。包括CD和DVD兩種刻錄機(jī)。 CD刻錄機(jī)既有CD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠向刻錄CD光盤。其傳輸速率一般標(biāo)注為 A/B/C 的形式（如 20/10/40），其中A表示寫CD-R盤的倍速，B表示寫CD-RW盤的倍速，C表示讀盤的倍速。 DVD刻錄機(jī)既具有DVD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠刻錄DVD光盤和CD光盤。 3.3.4 USB盤通過USB接口與電腦連接，實(shí)現(xiàn)即插即用，具有小巧、可靠、易于操作等特點(diǎn)。閃存盤中無任何機(jī)械式裝置，抗震性能強(qiáng)。U盤中的存儲(chǔ)模塊其實(shí)就是Flash-ROM。 移動(dòng)硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。 3.4.1 輸入設(shè)備 (

26、1) 鍵盤 (2) 鼠標(biāo) (3) 掃描儀 3.4.2 輸出設(shè)備 (1) 顯示器 (2) 打印機(jī) (1) 顯示器 CRT顯示器在工作時(shí)，電子槍發(fā)出電子束轟擊熒光粉層上的某一點(diǎn)，使該點(diǎn)發(fā)光，每個(gè)像素有紅、綠、藍(lán)三基色組成，通過對(duì)三基色的強(qiáng)度的控制就能合成各種不同顏色。液晶顯示器LCD的優(yōu)點(diǎn)在于： 圖像穩(wěn)定。由于只有在畫面內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)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； LCD顯示器基本上沒有輻射； 能耗低。約為CRT顯示器的三分之一。(2) 打印機(jī) 常用的有針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)等。 針式打印機(jī)特點(diǎn)。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

27、點(diǎn)是打印質(zhì)量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點(diǎn)是可以打多聯(lián)紙，耗材相對(duì)較便宜。 噴墨打印機(jī)特點(diǎn)。打印頭上有若干個(gè)噴頭，打印時(shí)，墨水以每秒近萬次的頻率噴射到紙上。與其它兩類打印機(jī)相比，在打印質(zhì)量、速度、噪聲及成本方面處于中等層次。 激光打印機(jī)特點(diǎn)。利用激光可以形成很細(xì)的光點(diǎn)，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(diǎn)是打印速度快、噪音低、質(zhì)量好，缺點(diǎn)是價(jià)格及打印成本較高。 對(duì)三種打印機(jī)的打印效果對(duì)比來說，激光最好，噴墨其次，而針式相對(duì)較差。 3.4.3 其他外部設(shè)備 (1) 多媒體設(shè)備（第七章） (2) 調(diào)制解調(diào)器3.5.1 計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng) 指令：是指計(jì)算機(jī)執(zhí)行特定操作的命令。是程序

28、設(shè)計(jì)的最小語言單位。 指令構(gòu)成：操作碼+地址碼 指令系統(tǒng)：是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合。不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)有不同的指令系統(tǒng)。它反映了計(jì)算機(jī)的處理能力?？煞譃橐韵滤膫€(gè)步驟： 開始執(zhí)行程序時(shí)，先給程序計(jì)數(shù)器PC賦以第一條指令的首地址0100H。 取指令 按照計(jì)數(shù)器中的地址從內(nèi)存中取出指令(070270H)，并送往指令寄存器。然后計(jì)數(shù)器PC自動(dòng)加1指向下一指令地址。分析指令 對(duì)指令寄存器中存放的指令(070270H)進(jìn)行分析，由譯碼器對(duì)操作碼 (07H)進(jìn)行譯碼，由地址碼(0270H)確定操作數(shù)地址。 執(zhí)行指令 取出操作數(shù)，去完成該指令所要求的操作。例如做加法指令，取內(nèi)存單元(0270H)的

29、值和累加器的值相加，結(jié)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。3.5.3 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的性能指標(biāo) (1) CPU的主頻。主頻越高，單位時(shí)間內(nèi)完成的指令數(shù)也越多，CPU工作的速度也就越快。 (2) 字長(zhǎng)。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)一次所能處理信息的位數(shù)就越多，表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越快。 (3) 運(yùn)算速度。它是一項(xiàng)綜合性的性能指標(biāo)。是指計(jì)算機(jī)每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)，單位是MIPS，即每秒百萬條指令。 (4) 內(nèi)存容量。內(nèi)存容量越大，一次讀入的程序、數(shù)據(jù)就越多，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。 (5) 內(nèi)存存取速度。內(nèi)存連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的“讀”或“寫”操作所需的最短時(shí)間，稱為存取周

30、期。 (6) I/O速度。I/O的速度是指CPU與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是控制計(jì)算機(jī)所有操作的軟件。4.1.1 操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)：是管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源的程序，同時(shí)它又是用戶與計(jì)算機(jī)硬件的接口。4.1.2 操作系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入/輸出系統(tǒng)管理、二級(jí)存儲(chǔ)管理、聯(lián)網(wǎng)、保護(hù)系統(tǒng)、命令解釋程序4.2.1 操作系統(tǒng)的類別 經(jīng)過多年的發(fā)展，操作系統(tǒng)多種多樣。為提高大型計(jì)算機(jī)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(shí)操作系統(tǒng)。為了滿足計(jì)算機(jī)處理實(shí)

31、時(shí)事件的需要，就有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。為適應(yīng)個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的需要又出現(xiàn)了桌面操作系統(tǒng)。為適應(yīng)并行系統(tǒng)的需要，就有了多處理器操作系統(tǒng)。為滿足網(wǎng)絡(luò)和分布計(jì)算的需要，就有了網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)的嵌入式操作系統(tǒng)。4.2.2 計(jì)算環(huán)境 從計(jì)算機(jī)誕生至今，操作系統(tǒng)總是與具體的計(jì)算環(huán)境相聯(lián)系，它總是在某種計(jì)算環(huán)境中設(shè)置和使用，就目前來看計(jì)算環(huán)境可分為以下幾類：1. 傳統(tǒng)計(jì)算環(huán)境 指普通意義下的獨(dú)立或聯(lián)網(wǎng)工作的通用計(jì)算機(jī)所形成的計(jì)算環(huán)境。2.基于Web的計(jì)算環(huán)境 互聯(lián)網(wǎng)的普及使得計(jì)算被延伸到Web環(huán)境。3.嵌入式計(jì)算環(huán)境 嵌入式計(jì)算機(jī)就是安裝在某些設(shè)備上的計(jì)算部件，其計(jì)算相對(duì)比

32、較簡(jiǎn)單。4.3.1 進(jìn)程的概念什么是進(jìn)程？它與程序有什么區(qū)別？ 程序：用戶為完成某一個(gè)特定問題而編寫的操作步驟。 進(jìn)程：可以簡(jiǎn)單地被看作是正在執(zhí)行的程序。但是進(jìn)程需要一定的資源來完成它的任務(wù)(例如CPU時(shí)間、內(nèi)存、文件和I/O設(shè)備) 。進(jìn)程與程序的區(qū)別在于進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的、有生命力的，而程序是靜態(tài)的。一個(gè)程序加載到內(nèi)存，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，程序執(zhí)行結(jié)束后，該進(jìn)程也就消亡了。 在計(jì)算機(jī)中，由于多個(gè)程序共享系統(tǒng)資源，就必然引發(fā)對(duì)CPU的爭(zhēng)奪。如何有效地利用CPU資源，如何在多個(gè)請(qǐng)求CPU的進(jìn)程中選擇取舍，這就是進(jìn)程管理要解決的問題。4.3.3 進(jìn)程控制塊PCB(略)為了控制進(jìn)程，操作系統(tǒng)就必須知道進(jìn)程

33、存儲(chǔ)在哪里，以及進(jìn)程的一些屬性。 進(jìn)程控制塊是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統(tǒng)中記錄進(jìn)程的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個(gè)新的進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)，操作系統(tǒng)就會(huì)為該進(jìn)程建立一個(gè)進(jìn)程控制塊。操作系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程控制塊對(duì)并發(fā)進(jìn)程進(jìn)行控制。4.3.4 進(jìn)程調(diào)度及隊(duì)列圖計(jì)算機(jī)采用多道程序的目的是使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無論何時(shí)都有進(jìn)程運(yùn)行，單處理器的計(jì)算機(jī)在某一時(shí)刻CPU只能運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，如果存在多個(gè)進(jìn)程，其它進(jìn)程就需要等待CPU空閑時(shí)才能被調(diào)度執(zhí)行。 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程處于等待或CPU時(shí)間片用完時(shí)，操作系統(tǒng)就會(huì)從該進(jìn)程中拿走CPU控制權(quán)，然后再交給其它進(jìn)程使用，這就是進(jìn)程的調(diào)度。 4.3.5 CPU調(diào)度及其準(zhǔn)則在設(shè)計(jì)CPU調(diào)度程序時(shí)主要應(yīng)該考慮的準(zhǔn)

34、則包括： (1) CPU使用率。讓CPU盡可能地忙。 (2) 吞吐量。讓CPU在一定時(shí)間內(nèi)完成的進(jìn)程數(shù)盡可能多。 (3) 周轉(zhuǎn)時(shí)間。讓進(jìn)程從提交到運(yùn)行完成的時(shí)間盡可能短。 (4) 等待時(shí)間。讓進(jìn)程在就緒隊(duì)列中等待所花時(shí)間之和盡可能短。 (5) 響應(yīng)時(shí)間。讓進(jìn)程從提交請(qǐng)求到產(chǎn)生第一響應(yīng)之間的時(shí)間盡可能短。主要的CPU調(diào)度算法1、 先到先服務(wù)2、 最短作業(yè)優(yōu)先3、 優(yōu)先權(quán)4、 輪轉(zhuǎn)5、 多級(jí)隊(duì)列6、 多級(jí)反饋隊(duì)列4.3.7 進(jìn)程的同步與互斥進(jìn)程的同步就是指相互協(xié)作的進(jìn)程不斷調(diào)整它們之間的相對(duì)速度，以實(shí)現(xiàn)共同有序地推進(jìn)。 換句話說,在操作系統(tǒng)中，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行。然而，有些進(jìn)程之間本身存在某種聯(lián)

35、系，它們?cè)谙到y(tǒng)中需要一種協(xié)作，以保證進(jìn)程能正確有序地執(zhí)行并維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性。在操作系統(tǒng)中，可能存在著多個(gè)進(jìn)程。而系統(tǒng)中一些資源一次只允許一個(gè)進(jìn)程使用，這類資源被稱為臨界資源。在進(jìn)程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行時(shí)，其它進(jìn)程就不允許進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行，否則就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果。由此得出:多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)，只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)運(yùn)行，這就是進(jìn)程的互斥。 例如：多個(gè)進(jìn)程在競(jìng)爭(zhēng)使用打印機(jī)時(shí)表現(xiàn)為互斥。 一個(gè)文件可供多個(gè)進(jìn)程共享，其中有一個(gè)進(jìn)程在寫操作時(shí)，其它進(jìn)程則不允許同時(shí)寫或讀，表現(xiàn)為互斥。 4.3.8 進(jìn)程的死鎖及處理方法在多道程序設(shè)計(jì)中，多個(gè)進(jìn)程可能競(jìng)爭(zhēng)一定數(shù)量的資源。

36、一個(gè)進(jìn)程在申請(qǐng)資源時(shí)，如果所申請(qǐng)資源不足，該進(jìn)程就必須處于等待狀態(tài)。如果所申請(qǐng)的資源被其它進(jìn)程占有，那么進(jìn)程的等待狀態(tài)就可能無法改變，從而形成進(jìn)程之間相互一直等待的局面，這就是死鎖。競(jìng)爭(zhēng)資源引起死鎖引起死鎖的四個(gè)必要條件： 互斥：任一時(shí)刻只能有一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占某一資源，若另一進(jìn)程申請(qǐng)?jiān)撡Y源則需延遲到該資源釋放為止。 占有并等待：即該進(jìn)程占有部分資源后還在等待其它資源，而該資源被其它進(jìn)程占有。 非搶占：某進(jìn)程已占用資源且不主動(dòng)放棄它所占有的資源時(shí)，其它進(jìn)程不能強(qiáng)占該資源，只有等其完成任務(wù)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(gè)進(jìn)程鏈，其中每個(gè)進(jìn)程至少占有其它進(jìn)程所必需的資源，從而

37、形成一個(gè)等待鏈。 處理死鎖問題的三種方式： 可使用協(xié)議預(yù)防和避免死鎖，確保系統(tǒng)從不會(huì)進(jìn)入死鎖狀態(tài)。 可允許系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)，然后檢測(cè)出死鎖狀態(tài)，并加以恢復(fù)。 可忽略進(jìn)程死鎖問題，并假裝系統(tǒng)中死鎖從來不會(huì)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(yù)防和避免再檢測(cè)和恢復(fù)4.4 內(nèi)存管理內(nèi)存是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的核心。內(nèi)存用于容納操作系統(tǒng)和各種用戶進(jìn)程，是可以被CPU和I/O設(shè)備所共同訪問的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。計(jì)算機(jī)的所有程序運(yùn)行時(shí)都要調(diào)入內(nèi)存。內(nèi)存管理的主要工作是：為每個(gè)用戶進(jìn)程合理地分配內(nèi)存，以保證各個(gè)進(jìn)程之間在存儲(chǔ)區(qū)不發(fā)生沖突；當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，如何把內(nèi)存和外存結(jié)合起來，給用戶提供一個(gè)比實(shí)

38、際內(nèi)存大得多的虛擬內(nèi)存，使得程序能順利執(zhí)行。內(nèi)存管理包括內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護(hù)和擴(kuò)充。4.4.1 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(gè)處理步驟，這些步驟可將源程序轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制機(jī)器代碼，然后在內(nèi)存中等待執(zhí)行。當(dāng)然有時(shí)并非每個(gè)步驟都是必需的。通常，將指令和數(shù)據(jù)的地址映射成內(nèi)存地址可以發(fā)生在以下三個(gè)執(zhí)行階段。(了解) 1.編譯階段:如果在編譯時(shí)就知道進(jìn)程將在內(nèi)存中的什么位置駐留，那么編譯器就可以直接以生成絕對(duì)地址代碼。 2.加載階段: 不知道進(jìn)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(zhuǎn)變成內(nèi)存的絕對(duì)地址。 3.執(zhí)行階段:如果進(jìn)程在執(zhí)行時(shí)可以從一個(gè)內(nèi)存

39、段移動(dòng)到另一個(gè)內(nèi)存段，那么進(jìn)程的絕對(duì)地址映射工作只能延遲到執(zhí)行時(shí)進(jìn)行。4.4.2 物理地址空間與邏輯地址空間 物理地址:是計(jì)算機(jī)內(nèi)存單元的真實(shí)地址。 物理地址空間:由物理地址所構(gòu)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(gòu)成的地址范圍。 地址映射:用戶程序在運(yùn)行時(shí)要裝入內(nèi)存，這就需要將邏輯地址變換成物理地址，這個(gè)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(jīng)CPU編譯后產(chǎn)生邏輯地址。從CPU產(chǎn)生的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存中的物理地址的映射是由計(jì)算機(jī)中被稱為內(nèi)存管理單元的硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，將邏輯地址與內(nèi)存管理單元中存放的內(nèi)存基址相加就得到

40、了物理地址。 4.4.3 進(jìn)程使用內(nèi)存的交換技術(shù) 為了更加有效地使用內(nèi)存，進(jìn)程在不運(yùn)行時(shí)，可以暫時(shí)從內(nèi)存移至外存上，直到需要再運(yùn)行時(shí)再重新調(diào)回到內(nèi)存中。也就是說內(nèi)存管理程序可將剛剛運(yùn)行過的進(jìn)程從內(nèi)存中換出以釋放出占用的內(nèi)存空間，然后將另一個(gè)要運(yùn)行的進(jìn)程占據(jù)前者釋放的內(nèi)存空間。 計(jì)算機(jī)工作時(shí)，為了將多個(gè)進(jìn)程放入到內(nèi)存就必須考慮在內(nèi)存中如何放置這些進(jìn)程。4.4.4 內(nèi)存分配方案-連續(xù) 對(duì)于連續(xù)內(nèi)存分配方案，開始時(shí)所有內(nèi)存是一個(gè)大的孔，隨著內(nèi)存分配的進(jìn)行就會(huì)形成位置上不連續(xù)的大小不一的孔。在連續(xù)內(nèi)存分配方案中，當(dāng)新進(jìn)程需要內(nèi)存時(shí)，為其尋找合適的孔，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配 。該方案為每個(gè)進(jìn)程所分配的內(nèi)存物理地址

41、空間在位置上是連續(xù)的。 4.4.5 內(nèi)存分配方案-分頁式分頁管理基本思想：o 內(nèi)存物理地址空間劃分為若干個(gè)大小相等的塊(頁框) o 進(jìn)程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊(頁面)o 內(nèi)存分配時(shí)每個(gè)頁面對(duì)應(yīng)地分配一個(gè)頁框，而一個(gè)進(jìn)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(gè)用戶程序建立一張頁表，該表記錄用戶程序的每個(gè)邏輯頁面存放在哪一個(gè)內(nèi)存物理頁框。4.5 虛擬內(nèi)存方案虛擬內(nèi)存是一個(gè)容量很大的存儲(chǔ)器的邏輯模型，它不是任何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器，它一般是借助硬盤來擴(kuò)大主存的容量。虛擬內(nèi)存：對(duì)于一個(gè)進(jìn)程來講，如果僅將當(dāng)前要運(yùn)行的幾個(gè)頁面裝入內(nèi)存便可以開始運(yùn)行，而其余頁面可暫時(shí)留在磁盤上，待需要時(shí)

42、再調(diào)入內(nèi)存，并且調(diào)入時(shí)也不占用新的內(nèi)存空間，而是對(duì)原來運(yùn)行過的頁面進(jìn)行置換。這樣，就可以在計(jì)算機(jī)有限的內(nèi)存中同時(shí)駐留多個(gè)進(jìn)程并運(yùn)行。而對(duì)用戶來講感覺到系統(tǒng)提供了足夠大的物理內(nèi)存，而實(shí)際上并非真實(shí)的，這就是虛擬內(nèi)存。4.5.2 頁面請(qǐng)求與頁面置換算法頁面請(qǐng)求:在虛擬內(nèi)存技術(shù)中，進(jìn)程運(yùn)行時(shí)并沒有將所有頁面裝入到內(nèi)存，在運(yùn)行過程中進(jìn)程會(huì)不斷地請(qǐng)求頁面，如果訪問的頁面已在內(nèi)存，就繼續(xù)執(zhí)行下去；但如果要訪問的頁面尚未調(diào)入到內(nèi)存，便請(qǐng)求操作系統(tǒng)將所缺頁面調(diào)入內(nèi)存，以便進(jìn)程能繼續(xù)運(yùn)行下去。 頁面置換:如果請(qǐng)求頁面調(diào)入內(nèi)存時(shí)，分配給該進(jìn)程的頁框已用完，就無法立即裝入所請(qǐng)求頁面。此時(shí)，必須將進(jìn)程中的某個(gè)頁面從內(nèi)

43、存的頁框調(diào)出到磁盤上，再?gòu)拇疟P上將所請(qǐng)求的頁面調(diào)入到內(nèi)存的該頁框中。這個(gè)過程叫做頁面置換。 4.6 文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。4.6.1 文件的概念文件：保存在外部存儲(chǔ)設(shè)備上的相關(guān)信息的集合。 文件命名：文件主名+擴(kuò)展名文件存取屬性： 只讀：只允許授權(quán)用戶進(jìn)行讀操作。 讀寫：只允許授權(quán)用戶進(jìn)行讀和寫的操作。 文檔：允許任何用戶進(jìn)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(duì)文件進(jìn)行操作和管理的軟件，是用戶與外存之間的接口。這個(gè)系統(tǒng)將所有文件組織成目錄結(jié)構(gòu)保存在外存，一個(gè)文件對(duì)應(yīng)其中的一個(gè)目錄條。目錄條記錄有文件名、文件位置等

44、信息。 操作系統(tǒng)對(duì)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(duì)文件的其它操作包括：文件復(fù)制、重命名、更改屬性等。4.6.2 文件的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu) 文件結(jié)構(gòu)分物理和邏輯結(jié)構(gòu)。其中物理結(jié)構(gòu)是文件在外存上的存儲(chǔ)組織形式，它與具體的存儲(chǔ)設(shè)備有關(guān)。文件邏輯結(jié)構(gòu)是指用戶能直接感受到的文件組織結(jié)構(gòu)，它與具體的存儲(chǔ)設(shè)備無關(guān)。文件的邏輯結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)文件有結(jié)構(gòu)文件流式文件索引順序文件順序文件索引文件無結(jié)構(gòu)的流式文件：是一維的、連續(xù)的、無結(jié)構(gòu)的字符序列，可以看成是由一條無結(jié)構(gòu)的記錄組成的文件。有結(jié)構(gòu)的記錄式文件：是帶有結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)相同的記錄的集合。順序文件：文件所包含的一系列

45、記錄按照某種順序依次連續(xù)存儲(chǔ)。索引文件：由主文件和索引表構(gòu)成?？梢詫?shí)現(xiàn)快速訪問。 (1) 按輸入記錄的先后次序建立數(shù)據(jù)區(qū)和索引表。 (2) 待全部記錄輸入完畢后對(duì)索引表進(jìn)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(diǎn)的結(jié)合。順序文件是按主關(guān)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(xiàng)，組與組之間按關(guān)鍵字大小有序排列，組內(nèi)記錄順序查找。4.6.3 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(duì)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?biāo)甘疚恢玫膬?nèi)容，并自動(dòng)將指針向后移動(dòng)，以指示下一次讀的位置。

46、而對(duì)寫操作，所寫的內(nèi)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(chǔ)設(shè)備(如磁盤)，對(duì)直接存儲(chǔ)設(shè)備(如磁盤)也適合。 2. 直接訪問方式 直接訪問也稱隨機(jī)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。 3.索引訪問方式 在進(jìn)行文件訪問時(shí)，首先對(duì)索引文件按關(guān)鍵字進(jìn)行檢索，查找到指向數(shù)據(jù)記錄的指針，根據(jù)該指針實(shí)現(xiàn)對(duì)具體數(shù)據(jù)記錄的訪問。 4.6.4 文件的目錄結(jié)構(gòu)通常，一個(gè)磁盤至少應(yīng)包含一個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)用來保存文件和目錄結(jié)構(gòu) 。文件目錄的組成：每個(gè)文件有一個(gè)文件控制塊FCB，它

47、是文件存在的標(biāo)志，存放了為管理文件所需的所有有關(guān)信息。把所有的文件控制塊組織在一起，就構(gòu)成了文件目錄，每個(gè)文件控制塊就是其中的一個(gè)目錄項(xiàng)。文件的目錄系統(tǒng)可以組織成單層目錄結(jié)構(gòu)、雙層目錄結(jié)構(gòu)、樹型目錄結(jié)構(gòu)、無環(huán)路目錄結(jié)構(gòu)和通用圖目錄結(jié)構(gòu)。 樹型目錄結(jié)構(gòu)是目前使用最為廣泛的一種目錄結(jié)構(gòu)。這種目錄結(jié)構(gòu)在邏輯上的構(gòu)成是一棵樹，子目錄是樹枝，而文件是樹葉。一個(gè)用戶所擁有的子目錄位置不需要統(tǒng)一，在一個(gè)子目錄下可以再創(chuàng)建子目錄。4.7 輸入輸出系統(tǒng)管理 每臺(tái)計(jì)算機(jī)都配備了許多外部設(shè)備，它們的性能和操作方式都不一樣。操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備(即輸入/輸出系統(tǒng))管理的主要目標(biāo)是：方便用戶使用外部設(shè)備，提高CPU和設(shè)備的利

48、用率。4.7.1 基本概念 1.端口（port）：I/O設(shè)備與計(jì)算機(jī)通信的連接點(diǎn)被稱為端口。 2.控制器(controller)：用于操作端口、總線和設(shè)備的一組電子器件，是設(shè)備與總線的連接裝置。4.7.2 輸入/輸出控制方式CPU通過端口對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制的方式有以下幾種： (1) 程序控制方式 早期計(jì)算機(jī)采用的方式。CPU向設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O指令啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行一個(gè)字節(jié)的輸入或輸出，然后CPU就等待I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，直到一個(gè)字節(jié)傳送完畢。接下來，CPU按以上方式處理下一個(gè)字節(jié)的輸入或輸出。 CPU絕大部分時(shí)間都用于循環(huán)等待及測(cè)試I/O是否完成，造成CPU資源的極大浪費(fèi)。CPU和外圍設(shè)備只

49、能串行工作。 (2) 中斷驅(qū)動(dòng)方式 當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè)I/O設(shè)備工作時(shí)，首先由CPU向相應(yīng)設(shè)備的控制器發(fā)出一條I/O命令，然后CPU立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)，設(shè)備控制器則按照命令的要求去控制I/O設(shè)備工作。這時(shí)，CPU與I/O設(shè)備并行工作。 這種方式CPU的利用率較高。但這種方式的缺點(diǎn)是在一次數(shù)據(jù)傳送過程中，發(fā)生中斷次數(shù)較多(每次只傳送一個(gè)字節(jié))，這將耗去大量CPU處理時(shí)間。 (3) 直接存儲(chǔ)器訪問方式 引入設(shè)備DMA控制器，在其控制下，以數(shù)據(jù)塊為單位，將數(shù)據(jù)從設(shè)備直接送入內(nèi)存或相反，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送完畢時(shí)才需要CPU干預(yù)。該方式CPU的利用率高。 (4) 通道控制方式 通道控制方式是

50、DMA的發(fā)展，它把對(duì)每一塊數(shù)據(jù)的讀寫變成對(duì)一組數(shù)據(jù)塊的讀寫，可以進(jìn)一步減少CPU的干預(yù)。更大程度地提高了系統(tǒng)資源的利用率。4.7.3 I/O緩沖管理現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，I/O設(shè)備與CPU(實(shí)際指內(nèi)存)交換數(shù)據(jù)時(shí)，需要使用緩沖技術(shù)。也就是為I/O設(shè)備設(shè)置緩沖區(qū)暫存數(shù)據(jù)，等到數(shù)據(jù)積累到一定程度時(shí)，再做批量處理。 引入緩沖： (1) 緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾； (2) 減少對(duì)CPU中斷頻率； (3) 提高CPU與I/O設(shè)備間的并行性。4.7.4 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與具體設(shè)備有關(guān)，用戶安裝好硬件后還要再安裝驅(qū)動(dòng)程序，計(jì)算機(jī)才能識(shí)別和使用該設(shè)備。每個(gè)外部設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它也

51、是硬件的身份識(shí)別標(biāo)志，負(fù)責(zé)完成設(shè)備具體的各種動(dòng)作(輸入/輸出操作)。 一旦為I/O設(shè)備安裝了驅(qū)動(dòng)程序，那么應(yīng)用程序在使用I/O設(shè)備時(shí)，就不必關(guān)心設(shè)備的特性、I/O控制方式，這樣就實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序與設(shè)備的無關(guān)性。 4.8 典型操作系統(tǒng)4.8.1 UnixUnix是一個(gè)通用、交互式、分時(shí)多用戶并支持網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)，是可以運(yùn)行在各種機(jī)型(從微機(jī)到巨型機(jī)在內(nèi))上的通用操作系統(tǒng)。主要適用于網(wǎng)絡(luò)、大中小型機(jī)。 缺點(diǎn)：軟件少，價(jià)格貴，難掌握。 4.8.2 DOS DOS是單用戶、單任務(wù)和字符界面的操作系統(tǒng)，主要為16位微型計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)，DOS目前仍在一些微型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行， 但屬于淘汰產(chǎn)品。 4.8.3 Win

52、dowsl 界面圖形化，操作便捷l 采用多任務(wù)機(jī)制 l 支持網(wǎng)絡(luò)功能l 出色的多媒體功能l 硬件更容易使用l 具有眾多應(yīng)用程序的支持4.8.4 Linux Linux是一個(gè)免費(fèi)、源代碼開放、自由傳播、類似于Unix的操作系統(tǒng)。它既可以做各種服務(wù)器操作系統(tǒng)，也可以安裝在微機(jī)上，并提供上網(wǎng)軟件、文字處理軟件、繪圖軟件、動(dòng)畫軟件等，它除了命令操作外還提供了類似Windows風(fēng)格的圖形界面，我國(guó)自行開發(fā)的有紅旗、藍(lán)點(diǎn)Linux、麒麟Linux等。缺點(diǎn)是兼容性差，應(yīng)用軟件安裝困難，操作性差，使用不習(xí)慣。4.8.5 Mac OS Mac OS是一運(yùn)行于蘋果系列微型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)。蘋果機(jī)多用于圖形領(lǐng)域，它往往代表了潮流和時(shí)尚，代表精美的工業(yè)設(shè)計(jì)，但它不兼容Windows軟件，所以叫好不叫座。第七章 多媒體技術(shù)7.1 多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)概述7.1.1 多媒體計(jì)算機(jī)的概念從一般意義上講，在計(jì)算機(jī)或通訊領(lǐng)域，媒體是指信息的載體或者信息的存儲(chǔ)實(shí)體，信息載體包括數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像、視頻，信息的存儲(chǔ)實(shí)體包括磁盤、磁帶、光盤、U盤等。而就多媒體計(jì)算機(jī)而言，媒體則是指信息載體。 根據(jù)國(guó)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(chǔ)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(dòng)畫、視頻等各種媒體在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理下的有機(jī)結(jié)合。 多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)：計(jì)算機(jī)