計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成課件

第3章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共同組成獨(dú)立的，不同的系統(tǒng)配置可形成功能差異很大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。近年來(lái)，由于網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，對(duì)計(jì)算機(jī)概念的內(nèi)涵和外延又有了新的認(rèn)識(shí)。本章以常見(jiàn)的微機(jī)為例，主要介紹計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)。第3章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)1

計(jì)算機(jī)硬件是可以感觸到的實(shí)體，主要包括運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入器和輸出器五大部分，當(dāng)然也還包括電源、機(jī)箱等輔助部件。習(xí)慣上把運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存儲(chǔ)器和電源稱為主機(jī)，把輸入器、輸出器稱為外部設(shè)備。

計(jì)算機(jī)軟件是有重復(fù)使用價(jià)值的程序和相關(guān)文檔，主要包括操作系統(tǒng)軟件、編譯系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件等。

計(jì)算機(jī)硬件是可以感觸到的實(shí)體，主要包括運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存2

由Intel公司的CPU和微軟公司的軟件為主組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本章重點(diǎn)介紹軟件系統(tǒng)。

由Intel公司的CPU和微軟公司的軟件為主組成的計(jì)算機(jī)系33.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)介

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展歷程，它的高速、自動(dòng)化運(yùn)算特點(diǎn)現(xiàn)已得到充分發(fā)揮。但究其構(gòu)造原理，目前尚未跳出馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本框框，仍是以存儲(chǔ)為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，把運(yùn)算器、控制器、輸入器和輸出器通過(guò)各種信號(hào)線與內(nèi)存儲(chǔ)器聯(lián)系起來(lái)就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。

3.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)介計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)經(jīng)歷了四十多年的發(fā)43.1.1CPU介紹

隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，可以把復(fù)雜的運(yùn)算器、控制器電路集成在一個(gè)芯片中稱為中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU）。多數(shù)微機(jī)具有一個(gè)CPU，也有使用兩個(gè)或更多個(gè)CPU協(xié)調(diào)工作的計(jì)算機(jī)。1.運(yùn)算器計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能主要靠算術(shù)邏輯運(yùn)算部件（ArithmeticLogicUnit，ALU）完成。最簡(jiǎn)單的運(yùn)算器是由若干位組成的加法器。一般來(lái)講，加法器的位數(shù)越多，可完成的運(yùn)算就越復(fù)雜；完成加法器運(yùn)算的速度越快，計(jì)算機(jī)整體速度也越快。3.1.1CPU介紹

隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，可以把復(fù)雜的5

2.控制器控制器的功能是按照計(jì)算機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘節(jié)拍，根據(jù)指令（Instruction），控制協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件工作。它主要由編碼電路和譯碼電路構(gòu)成。3.其他電路CPU中有各種特殊命名的寄存器，用來(lái)存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，或正在執(zhí)行的指令代碼；包括各部件之間數(shù)據(jù)交換的通路，即內(nèi)部總線；甚至還包括與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)用的高速緩沖存儲(chǔ)器。一些單片機(jī)芯片，例如MCS-51、MCS-96系列，幾乎包括了馮·諾依曼計(jì)算機(jī)要求必備的五個(gè)基本部件電路。

2.控制器6

73.1.1內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器具有記憶功能，它能把各種以二進(jìn)制碼表示的信息存儲(chǔ)起來(lái)，是計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)區(qū)。它可以把要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)，然后在CPU的控制下自動(dòng)執(zhí)行程序。CPU可按照單元編號(hào)訪問(wèn)內(nèi)存儲(chǔ)器中的每個(gè)單元。一個(gè)單元包括8位二進(jìn)制信息，也稱一個(gè)字節(jié)（Byte），單元編號(hào)從0開(kāi)始，到2n-1。內(nèi)存容量就是計(jì)算機(jī)可使用內(nèi)存單元的總和，現(xiàn)在生產(chǎn)的微型計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量一般在64MB以上。3.1.1內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器具有記憶功能，它能把各種以二進(jìn)制8

微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器包括RAM和ROM兩部分。ROM用于存放內(nèi)容不變的信息，例如計(jì)算機(jī)開(kāi)始工作的引導(dǎo)程序、自檢程序等。這些程序在計(jì)算機(jī)出廠時(shí)就已裝入ROM中。RAM用于存放現(xiàn)場(chǎng)程序和數(shù)據(jù)。RAM中的信息是由電路的狀態(tài)表示的，所以斷電后信息一般會(huì)立即丟失。由于軟件越來(lái)越復(fù)雜，需要內(nèi)存的容量也越來(lái)越大。

微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器包括RAM和ROM兩部分。ROM用于存93.1.1外存儲(chǔ)器1硬磁盤1968年IBM公司首次提出“溫徹斯特（Winchester）”技術(shù)。該技術(shù)要求，把整個(gè)磁盤機(jī)密封，使用高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸，從而避免了磁頭與盤片的摩擦，提高了盤片的轉(zhuǎn)速。以后研發(fā)的提高磁頭靈敏度、盤片轉(zhuǎn)數(shù)、記錄密度等技術(shù)使現(xiàn)在的溫盤容量可達(dá)上百個(gè)GB。3.1.1外存儲(chǔ)器1硬磁盤10

由于硬磁盤的讀寫速度較高、容量大，操作軟件常用部分硬盤存儲(chǔ)器代替內(nèi)存作虛擬內(nèi)存使用。由于硬磁盤的讀寫速度較高、容量大，操作軟件常用部分硬盤存儲(chǔ)112磁盤陣列技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，程序越來(lái)越復(fù)雜，需要存儲(chǔ)的信息量越來(lái)越大，對(duì)數(shù)據(jù)的安全性要求越來(lái)越高，出現(xiàn)了以磁盤為中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模式。單個(gè)或少量磁盤同時(shí)工作滿足不了計(jì)算機(jī)對(duì)磁盤容量、速度、可靠性的需求，磁盤陣列是解決這些問(wèn)題的一種新技術(shù)。磁盤陣列（DiskArray）是由一個(gè)硬盤控制器來(lái)控制多個(gè)硬盤的相互連接，使多個(gè)硬盤的讀寫同步，減少錯(cuò)誤，增加效率和可靠性的技術(shù)。使用此技術(shù)的設(shè)備分0、1、3、5四個(gè)等級(jí)。2磁盤陣列技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，程序越來(lái)越復(fù)雜，需要存12磁盤陣列磁盤陣列133.1.1外部設(shè)備接口與總線1.外部設(shè)備接口功能計(jì)算機(jī)硬件接口是計(jì)算機(jī)中兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立子系統(tǒng)之間的連接部分，包括外設(shè)與主機(jī)之間，外設(shè)與外設(shè)之間的連接。有時(shí)接口也稱為界面。接口主要解決子系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)與控制信號(hào)。PC機(jī)實(shí)現(xiàn)這種傳遞的硬件通常做成獨(dú)立的接口板（卡），插在總線接口插槽里，通過(guò)輸出線纜與外部設(shè)備連接。接口卡也稱適配器。3.1.1外部設(shè)備接口與總線1.外部設(shè)備接口功能14

它的主要功能是如下。(1)地址譯碼外部設(shè)備在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的名稱如LPT、COM1等是通用的符號(hào)名稱，對(duì)它代表的某實(shí)際設(shè)備的控制要由具體接口及控制軟件，即驅(qū)動(dòng)程序完成。外設(shè)與主機(jī)之間交換的二進(jìn)制信息都暫存在接口寄存器中，這些寄存器可能放在外設(shè)（例如鍵盤）上，也可能放在適配器（如顯示器）上。主機(jī)以存取內(nèi)存單元的方式來(lái)存取外設(shè)的寄存器。因此要為每個(gè)外設(shè)寄存器設(shè)置地址（端口號(hào)），通過(guò)地址譯碼電路區(qū)別真正要訪問(wèn)外設(shè)的寄存器。它的主要功能是如下。15

(2)在主機(jī)與外設(shè)之間交換控制信息控制信息主要包括設(shè)備“已準(zhǔn)備好”、“忙碌”、“完成”、“申請(qǐng)中斷”、“響應(yīng)中斷”、“啟動(dòng)”、“停止”等信號(hào)。(3)支持主機(jī)各種中斷處理。(4)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換8位字長(zhǎng)與16位字長(zhǎng)之間、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。(5)支持傳輸過(guò)程中的串行/并行轉(zhuǎn)換、錯(cuò)誤校驗(yàn)、協(xié)議等。(2)在主機(jī)與外設(shè)之間交換控制信息控制信息主要包16

2.USB接口USB（UniversalSerialBus）接口使用特殊的接口線實(shí)現(xiàn)了熱插拔。2.USB接口17

3總線總線就是信息傳輸?shù)墓簿€路，它由若干可控制門電路及連接的導(dǎo)線組成。在微機(jī)的主板上表現(xiàn)為若干個(gè)可插接各種部件的插槽。計(jì)算機(jī)均采用總線結(jié)構(gòu)將各部件（CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口）組成為一個(gè)系統(tǒng)。

3總線183.1.5計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)CPU的控制器根據(jù)內(nèi)存中的每一條指令碼控制執(zhí)行部件運(yùn)作，計(jì)算機(jī)才能工作。人們利用指令才可以直接指揮計(jì)算機(jī)工作。3.1.5計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)CPU的控制器根據(jù)內(nèi)存中的每一條指19

各種類型計(jì)算機(jī)指令的數(shù)目和形式差別很大，計(jì)算機(jī)可有幾條、幾十條，甚至上百條指令；一些類型計(jì)算機(jī)指令的長(zhǎng)度是固定的，更多類型計(jì)算機(jī)的指令長(zhǎng)度是可變的，可用單字節(jié)、雙字節(jié)、三字節(jié)，或更多字節(jié)表示一條指令。一般情況，一條指令一般包括操作方法和操作對(duì)象（數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的地址）兩部分，個(gè)別的指令僅有操作方法而無(wú)操作對(duì)象。各種類型計(jì)算機(jī)指令的數(shù)目和形式差別很大，計(jì)算機(jī)可有幾條、幾20

CPU執(zhí)行指令例子。設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)的0號(hào)單元存有無(wú)符號(hào)整數(shù)15，1號(hào)單元存有無(wú)符號(hào)整數(shù)23，利用指令把兩個(gè)單元的內(nèi)容對(duì)調(diào)。其操作過(guò)程是，先把0單元內(nèi)容存到名為ah寄存器，再把1單元內(nèi)容存到名為al寄存器，然后分別存回1單元和0單元。

CPU執(zhí)行指令例子。21

223.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)介紹

軟件是有重復(fù)使用價(jià)值的程序和相關(guān)文檔。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，不同的配置可形成功能差異很大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由英特爾公司的CPU和微軟公司的軟件組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)軟件主要包括操作系統(tǒng)軟件、編譯系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

3.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)介紹軟件是有重復(fù)使用價(jià)值的程序和相關(guān)233.2.1操作系統(tǒng)1用戶工作方式單機(jī)分時(shí)多終端桌上微機(jī)微機(jī)網(wǎng)絡(luò)（服務(wù)器/客戶端，服務(wù)器/瀏覽器，對(duì)等網(wǎng)）因特網(wǎng)3.2.1操作系統(tǒng)1用戶工作方式24(1)單用戶單任務(wù)方式單用戶單任務(wù)是最典型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用環(huán)境，其特點(diǎn)是一人獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī)，執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用程序。在這種環(huán)境下，CPU、內(nèi)存等計(jì)算機(jī)硬資源利用率低。早期的微型計(jì)算機(jī)常采用這種方式。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求低，管理計(jì)算機(jī)的軟件比較簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，易于操作。支持這種使用環(huán)境的微機(jī)操作系統(tǒng)常見(jiàn)的有MS-DOS3.0、CP/M及其各種變化版本等。(1)單用戶單任務(wù)方式單用戶單任務(wù)是最典型的25(2)單用戶多任務(wù)方式隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷升級(jí)，CPU的速度的提高、內(nèi)存容量的加大，用戶希望能同時(shí)（至少用戶感覺(jué)是同時(shí)）執(zhí)行多個(gè)應(yīng)用程序，即所謂執(zhí)行多任務(wù)。最先在大、中型計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了這種方式，以后微機(jī)上也實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)管理，典型的微機(jī)操作系統(tǒng)有MS-DOS6.0及Windows等。(2)單用戶多任務(wù)方式隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷升26(3)多用戶多任務(wù)方式多用戶多任務(wù)是指在一臺(tái)大、中型主機(jī)（主要包括CPU、內(nèi)存）上，同時(shí)（實(shí)際上是分時(shí)）為多個(gè)用戶服務(wù)。每個(gè)用戶作為連接到主機(jī)上的終端，執(zhí)行自己的各種任務(wù)。典型的操作系統(tǒng)是UNIX及其變種XENIX、ONIX、VENIX等。目前在微機(jī)上流行的Linux操作系統(tǒng)也支持多用戶多任務(wù)操作。(3)多用戶多任務(wù)方式多用戶多任務(wù)是指在一臺(tái)27(4)使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，支持各種環(huán)境的操作系統(tǒng)各異。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中功能強(qiáng)、資格老當(dāng)屬UNIX，而在微機(jī)上運(yùn)行最多的是WindowsNT（包括Windows2000/XP）以及大有發(fā)展前途的Linux操作系統(tǒng)。(4)使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，支持各種環(huán)境的操作系282硬件支撐環(huán)境操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)資源、方便用戶使用計(jì)算機(jī)資源的一套程序。這些程序必須在一定的硬件環(huán)境支持下才能正常工作，硬件環(huán)境越好，操作系統(tǒng)能提供的服務(wù)越多，換句話說(shuō)，低檔計(jì)算機(jī)只能安裝和使用低版本的操作系統(tǒng)。為了能支持功能較強(qiáng)的操作系統(tǒng)，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件部件提出以下一些功能要求。2硬件支撐環(huán)境操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)資源、29(1)中央處理器（CPU）CPU是計(jì)算機(jī)的硬件核心部件，CPU主要包括運(yùn)算和控制兩部分，控制器中對(duì)于程序和中斷的控制能力最為重要。1)程序狀態(tài)字（PSW）。CPU中一般設(shè)有若干個(gè)寄存器，這些寄存器擔(dān)負(fù)專門的工作。例如指令記數(shù)器中記載下一條要執(zhí)行的指令地址，16位的狀態(tài)寄存器中的每一位則記錄指令執(zhí)行后的狀態(tài)。(1)中央處理器（CPU）CPU是計(jì)算機(jī)的硬件核心部件，CP30

C：算術(shù)運(yùn)算中，最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)置1；P：操作結(jié)果低8位為偶數(shù)個(gè)1時(shí)置1；A：算術(shù)運(yùn)算中，低字節(jié)中低4位產(chǎn)生進(jìn)位或錯(cuò)位時(shí)置1；Z：操作結(jié)果為0時(shí)置1；S：若操作結(jié)果是負(fù)數(shù)時(shí)置1；T：可由指令設(shè)置，1為可單步執(zhí)行指令；I：可由指令設(shè)置，1為允許外部中斷請(qǐng)求；D：可由指令設(shè)置，1為使用串操作指令時(shí)地址指針遞減；O：運(yùn)算結(jié)果以補(bǔ)碼表示超出范圍時(shí)置1。其他位保留。1514131211109876543210ODITSZAPCC：算術(shù)運(yùn)算中，最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)置1；151413121131(2)中斷CPU要能在適當(dāng)?shù)闹噶钪芷趦?nèi)判斷是否有內(nèi)部或外部中斷請(qǐng)求，當(dāng)判斷有中斷請(qǐng)求并可能接受中斷請(qǐng)求后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。在完成中斷服務(wù)后能自動(dòng)繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。(2)中斷CPU要能在適當(dāng)?shù)闹噶钪芷趦?nèi)判斷是否有內(nèi)部或外部中32

支持硬件中斷優(yōu)先級(jí)別，若有幾個(gè)中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷，CPU首先響應(yīng)級(jí)別高的中斷申請(qǐng)，中斷級(jí)別高的中斷源可中斷低級(jí)別的中斷服務(wù)程序。例如，M68000有七級(jí)硬中斷、Intel有二級(jí)硬中斷。支持硬件中斷優(yōu)先級(jí)別，若有幾個(gè)中斷源同時(shí)申33(3)存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的核心部件，一般采用三級(jí)存儲(chǔ)體系以解決對(duì)存儲(chǔ)器的容量、速度和價(jià)格的需求矛盾。

第一級(jí)是高速緩沖存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱緩存Cache），也叫隱藏存儲(chǔ)器。它對(duì)于用戶是透明的，即操作系統(tǒng)把正在使用的一部分程序或即將要使用的一部分程序由內(nèi)存（主存）復(fù)制到緩存中，CPU直接對(duì)緩存讀寫，由于緩存的讀寫速度與CPU的執(zhí)行指令速度相匹配，從而充分發(fā)揮了CPU的高速控制、運(yùn)算能力。目前緩存命中率可達(dá)90%以上。(3)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的核心部件，一般采用三34

第二級(jí)是主存儲(chǔ)器，要執(zhí)行的程序代碼（包括要使用的數(shù)據(jù)）必須事先讀入內(nèi)存方可在CPU的控制下自動(dòng)執(zhí)行。主存儲(chǔ)器越大，執(zhí)行程序就越方便。第二級(jí)是主存儲(chǔ)器，要執(zhí)行的程序代碼（包括要35

第三級(jí)是外部存儲(chǔ)器，一般指軟、硬磁盤、光盤等。這些介質(zhì)存放已編制好的程序或數(shù)據(jù)，較小的程序可一次裝（讀）入內(nèi)存，較大的程序需要采用程序覆蓋技術(shù)，分段裝入內(nèi)存，不斷覆蓋掉已經(jīng)執(zhí)行完的程序段。第三級(jí)是外部存儲(chǔ)器，一般指軟、硬磁盤、光盤等。這些介質(zhì)存放36(4)操作系統(tǒng)的人—機(jī)界面1)圖形用戶接口（GUI）支持圖形命令方式的操作系統(tǒng)稱為窗口系統(tǒng)，最典型的是微機(jī)上使用的Windows（視窗）（WindowsNT）和UNIX系統(tǒng)使用的XWindows（X窗口）。(4)操作系統(tǒng)的人—機(jī)界面1)圖形用戶接口（GUI）37

1998年為GUI制定了圖形接口的標(biāo)準(zhǔn)部件，包括：●窗口：終端屏幕上的一個(gè)矩形區(qū)域，由標(biāo)題欄、菜單欄、邊框、控制按鈕、用戶區(qū)等組成?！癫藛危阂幌盗锌蛇x的命令?！駥?duì)話框：包括顯示消息和輸入請(qǐng)求信息對(duì)話框?！衩畎粹o：表示執(zhí)行某個(gè)具體命令的圖標(biāo)。各種具有GUI接口形式的操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件都有類似的界面風(fēng)格。1998年為GUI制定了圖形接口的標(biāo)準(zhǔn)部件，包括：38

2)終端命令方式

對(duì)于專業(yè)人員來(lái)講，使用已經(jīng)熟記的終端命令來(lái)指揮計(jì)算機(jī)工作效率最高。例如：在DOS操作系統(tǒng)中，如下命令代表：dir列出當(dāng)前磁盤目錄copyxy把x文件拷貝一份，但文件名改為y

2)終端命令方式對(duì)于專業(yè)人員來(lái)講，使用已經(jīng)393操作系統(tǒng)軟件功能操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理4類資源：存儲(chǔ)器三級(jí)管理處理器（CPU）解決CPU（或多個(gè)CPU）與內(nèi)存儲(chǔ)器速度間的不匹配的矛盾。3操作系統(tǒng)軟件功能操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理4類資源：40

I/O設(shè)備

程序和數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)對(duì)資源管理的主要功能包括監(jiān)視資源、管理策略、根據(jù)策略實(shí)施分配資源和用畢回收資源。

I/O設(shè)備41(1)進(jìn)程管理什么是作業(yè)、進(jìn)程指令（Instruction）是計(jì)算機(jī)執(zhí)行動(dòng)作的最小單位，它指揮計(jì)算機(jī)完成一個(gè)簡(jiǎn)單的操作。程序（Program）是一系列排列有序的指令和數(shù)據(jù)的集合稱為程序，它可以使計(jì)算機(jī)完成一套完整的功能。作業(yè)（Job）是用戶交由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的一個(gè)或若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的程序。(1)進(jìn)程管理什么是作業(yè)、進(jìn)程42

進(jìn)程（Process，Linux把進(jìn)程也稱為任務(wù)task）程序調(diào)入內(nèi)存后，必須根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)環(huán)境條件決定是否能執(zhí)行，正在運(yùn)行的程序和環(huán)境的結(jié)合構(gòu)成一個(gè)運(yùn)行實(shí)體，該實(shí)體稱為進(jìn)程。對(duì)于操作系統(tǒng)而言，它在接受并執(zhí)行用戶作業(yè)時(shí)除了啟動(dòng)程序外，還要?jiǎng)?chuàng)造為了執(zhí)行程序所需要的環(huán)境，即執(zhí)行進(jìn)程。程序只要不被刪除就永遠(yuǎn)存在，而進(jìn)程是程序執(zhí)行的一個(gè)過(guò)程。一個(gè)進(jìn)程有它的建立、執(zhí)行和撤消過(guò)程。操作系統(tǒng)為執(zhí)行同一個(gè)程序所建立的進(jìn)程在不同的資源環(huán)境下有可能不同，當(dāng)然執(zhí)行的最后結(jié)果應(yīng)當(dāng)是一樣的。進(jìn)程（Process，Linux把進(jìn)程也稱為任務(wù)task431）進(jìn)程狀態(tài)由于進(jìn)程是程序執(zhí)行的過(guò)程，因而它的狀態(tài)會(huì)隨著程序的執(zhí)行、資源環(huán)境的變化（其他進(jìn)程的建立肯定會(huì)影響對(duì)資源的使用）、各種預(yù)定或突發(fā)事件（隨機(jī)中斷）的發(fā)生等等，使得進(jìn)程狀態(tài)在不斷變化。進(jìn)程基本有四種狀態(tài)：.運(yùn)行（Running）狀態(tài)。

進(jìn)程在處理機(jī)上正在執(zhí)行。.就緒（Ready）狀態(tài)。

進(jìn)程已獲得一切必要的資源，一旦獲得處理機(jī)即可運(yùn)行。1）進(jìn)程狀態(tài)由于進(jìn)程是程序執(zhí)行的過(guò)程，因而它的狀態(tài)會(huì)隨著程序44

.等待（Bloked）狀態(tài)或睡眠狀態(tài)。

當(dāng)進(jìn)程所需的資源不足，或等待輸入/輸出完成的消息時(shí)，雖然操作系統(tǒng)可以把處理機(jī)分配給它，但仍不能繼續(xù)執(zhí)行，此時(shí)進(jìn)程處于等待狀態(tài)。.僵死（Zombie）狀態(tài)。

進(jìn)程終止，但記錄進(jìn)程狀態(tài)的記錄仍存在。.等待（Bloked）狀態(tài)或睡眠狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程所需的資452）進(jìn)程控制塊進(jìn)程中的程序（包括數(shù)據(jù)）是靜態(tài)的，整個(gè)進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，因此，操作系統(tǒng)若要控制進(jìn)程的活動(dòng)過(guò)程，就必須開(kāi)辟一部分存儲(chǔ)器空間來(lái)記錄有關(guān)進(jìn)程的信息。操作系統(tǒng)把這些信息放在進(jìn)程控制塊（ProcessControlBlock，簡(jiǎn)稱PCB）中。PCB是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同的操作系統(tǒng)可采用不同結(jié)構(gòu)。

2）進(jìn)程控制塊進(jìn)程中的程序（包括數(shù)據(jù)）是靜態(tài)的，整個(gè)進(jìn)程是動(dòng)463）進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程本身沒(méi)有啟動(dòng)或終止其他進(jìn)程的功能，切換進(jìn)程是靠操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度程序執(zhí)行的。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的已獲得除CPU之外的所有資源后，調(diào)度程序會(huì)根據(jù)某種算法啟動(dòng)該進(jìn)程。例如Linux操作系統(tǒng)把CPU中寄存器的現(xiàn)狀保存到task_struct中。限制每個(gè)進(jìn)程每次占用CPU的時(shí)間（200毫秒），這樣即便某進(jìn)程出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象，也不會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)陷入死循環(huán)。3）進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程本身沒(méi)有啟動(dòng)或終止其他進(jìn)程的47(2)存儲(chǔ)管理

所謂實(shí)存即實(shí)際存在的物理內(nèi)存（MainMemory,主存儲(chǔ)器），管理這部分內(nèi)存時(shí)主要考慮在多任務(wù)情況下如何分配內(nèi)存以及當(dāng)實(shí)際內(nèi)存單元數(shù)量超出可編址范圍后如何管理編址范圍外的內(nèi)存；所謂虛存即非實(shí)際存在的物理內(nèi)存，它是外存儲(chǔ)器（一般是硬磁盤）的一種虛擬映像，利用管理內(nèi)存的方法來(lái)管理這些硬盤空間。(2)存儲(chǔ)管理所謂實(shí)存即實(shí)際存在的物理內(nèi)481）固定分區(qū)操作系統(tǒng)將內(nèi)存中固定地址的存儲(chǔ)區(qū)存放專門的程序。例如MSDOS操作系統(tǒng)把內(nèi)存的0號(hào)單元開(kāi)始的1K字節(jié)定義為系統(tǒng)的中斷向量區(qū)，在這個(gè)區(qū)中存放可用的255個(gè)（有的位置暫時(shí)保留未用）中斷調(diào)用程序的起始地址。1）固定分區(qū)操作系統(tǒng)將內(nèi)存中固定地址的存儲(chǔ)區(qū)存49

為了解決如何尋找大于1MB的地址，操作系統(tǒng)把大于1MB的內(nèi)存稱為擴(kuò)充內(nèi)存（ExtendedMemory）。擴(kuò)充內(nèi)存最前面的64KB為高內(nèi)存區(qū)HMA（HighMemoryArea），可以把操作系統(tǒng)調(diào)入HMA以增加可用的常規(guī)內(nèi)存使用區(qū)。64MB內(nèi)存的主存儲(chǔ)器劃分方法可下圖。

為了解決如何尋找大于1MB的地址，操作系統(tǒng)把大于1MB的內(nèi)50

512）虛擬內(nèi)存管理Windows可以在磁盤分區(qū)中由用戶或自動(dòng)選擇一定數(shù)量的磁盤空間作為虛擬內(nèi)存使用。Linux則在安裝系統(tǒng)時(shí)由用戶專門劃分一個(gè)磁盤分區(qū)（一般是實(shí)存的2倍）作為交換（swap）分區(qū)，來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存。2）虛擬內(nèi)存管理Windows可以在磁盤分區(qū)中由用戶或自動(dòng)52Linux的虛擬內(nèi)存采用分頁(yè)機(jī)制

Linux的虛擬內(nèi)存采用分頁(yè)機(jī)制53(3)文件管理不同的操作系統(tǒng)采用了不同的實(shí)際物理存儲(chǔ)格式。建立存儲(chǔ)格式的軟件是對(duì)磁盤進(jìn)行分區(qū)和格式化的程序。以Linux為例，它采用ext2格式，這種格式可以兼容DOS操作系統(tǒng)的FAT、Windows的FAT32、WindowsNT的NTFS以及CD-ROM的ISO9660等格式。反之，多數(shù)其他文件系統(tǒng)不兼容ext2格式，例如DOS和Windows都不能訪問(wèn)Linux文件系統(tǒng)。(3)文件管理不同的操作系統(tǒng)采用了不同541）文件目錄和文件名在DOS中把軟盤、光盤、硬盤分區(qū)都以盤符表示，其上的文件都各自存放在其根或各級(jí)子目錄中。Windows把文件都各自存放在其根或文件夾（各級(jí)子目錄）中。而Linux中沒(méi)有盤符的概念，僅有統(tǒng)一的根目錄/（注意：反斜杠\在Linux中用作命令續(xù)行符）和根下的各級(jí)子目錄。軟盤、光盤、硬盤分區(qū)都以子目錄表示。1）文件目錄和文件名在DOS中把軟盤、光盤、552)dos目錄2)dos目錄563)Windows文件夾3)Windows文件夾574)Windows文件類型4)Windows文件類型58(4)設(shè)備管理一般情況下，即使外部設(shè)備硬件上已裝入到計(jì)算機(jī)上，若未安裝其驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)也無(wú)法對(duì)它管理，因而不能使用。在DOS、Windows、Linux采用不同的方式管理設(shè)備。(4)設(shè)備管理一般情況下，即使外部設(shè)備硬59

近來(lái)流行的“即插即用”技術(shù)，并非不需要驅(qū)動(dòng)程序，只不過(guò)是操作系統(tǒng)中預(yù)先安裝了標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，許多外部設(shè)備廠依照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)硬件接口而已。當(dāng)硬件有較大改進(jìn)后，仍需要安裝廠家提供的驅(qū)動(dòng)程序，以便操作系統(tǒng)管理該設(shè)備。近來(lái)流行的“即插即用”技術(shù)，并非不需要驅(qū)動(dòng)程604操作系統(tǒng)的安全（1）用戶管理（2）文件使用權(quán)限（3）補(bǔ)救操作失誤（4）防止惡意攻擊4操作系統(tǒng)的安全（1）用戶管理61操作系統(tǒng)應(yīng)用舉例

操作系統(tǒng)應(yīng)用舉例623.2.2計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)

3.2.2計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)631低級(jí)語(yǔ)言用一組易記的符號(hào)代表一個(gè)機(jī)器指令，如用“ADD1，2”代表一次加法1+2，用“SUB1，2”代表一次減法1-2，匯編語(yǔ)言中的一條指令一般與一條機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)。機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都是面向具體計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，每一種類型的計(jì)算機(jī)都有自己的機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，不同機(jī)器之間互不相通。由于它們依賴于具體的計(jì)算機(jī)，被稱為“低級(jí)語(yǔ)言”。

1低級(jí)語(yǔ)言用一組易記的符號(hào)代表一個(gè)機(jī)器指令，如用641低級(jí)語(yǔ)言真正的機(jī)器指令中,只包含0和1兩個(gè)代碼,許多個(gè)0,1代碼放在一起,構(gòu)成了多種組合形式,每一種都可以指定一種操作。例如，有的機(jī)器中，讓10110110表示做加法的命令，用10110101表示做減法的命令。在這里做加法還是做減法只指出了做何種操作，大多數(shù)操作還需要操作數(shù)。因此,對(duì)操作數(shù)的說(shuō)明也應(yīng)該反映在指令當(dāng)中。1低級(jí)語(yǔ)言真正的機(jī)器指令中,只包含0和1兩個(gè)代碼,許多65

操作碼是用來(lái)表示機(jī)器待執(zhí)行的任務(wù)的說(shuō)明。如加、減、乘、除、移位、傳送、輸出、停機(jī)等操作。地址碼是用來(lái)表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中所處的位置。如圖下所示：每個(gè)地址對(duì)應(yīng)著一個(gè)存儲(chǔ)單元,存儲(chǔ)單元之中的內(nèi)容就是具體的操作數(shù)值。事時(shí)上，存儲(chǔ)單元中存放的不僅僅是數(shù)據(jù)，指令也是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的。不論是數(shù)據(jù)還是指令，它們的位置都是以地址的形式給出的。操作碼是用來(lái)表示機(jī)器待執(zhí)行的任務(wù)的說(shuō)明。如66計(jì)算f=ax+b計(jì)算f=ax+b67

第一步：通過(guò)鍵盤或其它輸入方式將上表中的指令及數(shù)據(jù)代碼送入計(jì)算機(jī)0~9號(hào)單元之中。第二步：?jiǎn)?dòng)主機(jī)后，計(jì)算機(jī)便自動(dòng)按照存儲(chǔ)器中存放指令的順序，有序地逐條地執(zhí)行各條指令，完成序列中所有紙令的全部操作。第三步：當(dāng)機(jī)器執(zhí)行完最后一條指令后，機(jī)器停止工作。對(duì)于未經(jīng)過(guò)專門訓(xùn)練的用戶而言，用二進(jìn)制碼表示的指令很難掌握。第一步：通過(guò)鍵盤或其它輸入方式將上表中的指令及數(shù)據(jù)代碼送入682高級(jí)語(yǔ)言20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了“高級(jí)語(yǔ)言”。它不依賴于具體的計(jì)算機(jī)，而是在各種計(jì)算機(jī)上都通用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言接近人們習(xí)慣使用的自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言，使人們易于學(xué)習(xí)和使用，人們認(rèn)為，高級(jí)語(yǔ)言的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一次驚人的成就，使千萬(wàn)非專業(yè)人員能方便地編寫程序，操縱使用計(jì)算機(jī)按人們的指令進(jìn)行工作。

。2高級(jí)語(yǔ)言20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了“高級(jí)語(yǔ)言”。它不依賴693編譯系統(tǒng)計(jì)算機(jī)本身是不能直接識(shí)別高級(jí)語(yǔ)言。必須將高級(jí)語(yǔ)言的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的機(jī)器指令，計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。這個(gè)翻譯的工作是由“編譯系統(tǒng)”軟件來(lái)完成的。3編譯系統(tǒng)計(jì)算機(jī)本身是不能直接識(shí)別高級(jí)語(yǔ)言。必須將高級(jí)語(yǔ)言70

不同類型的計(jì)算機(jī)上使用的翻譯軟件是不同的。因此，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上能運(yùn)行某一種高級(jí)語(yǔ)言程序的條件是：必須在此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上配有此語(yǔ)言的編譯系統(tǒng)。例如要在一臺(tái)微機(jī)上運(yùn)行C語(yǔ)言程序，必須先將為該微機(jī)設(shè)計(jì)的C編譯系統(tǒng)裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)。不同類型的計(jì)算機(jī)上使用的翻譯軟件是不同的。因此，在一臺(tái)計(jì)算71編譯過(guò)程一般編譯分2次進(jìn)行：首先編譯器（程序）把用高級(jí)語(yǔ)言書寫的源代碼（字符、符號(hào)）通讀一遍，然后檢查有無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤，如有錯(cuò)誤，分析出錯(cuò)原因，并給出提示；然后，對(duì)無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤的源程序進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，包括把符號(hào)指令轉(zhuǎn)為二進(jìn)制指令碼，加入一些公用的程序段，分配內(nèi)存資源等工作，最后形成統(tǒng)一的一個(gè)或一組可執(zhí)行的程序，存到磁盤上。編譯過(guò)程一般編譯分2次進(jìn)行：72

有些編譯器不生成可執(zhí)行代碼文件，稱為解釋器，例如BASIC語(yǔ)言就可一邊解釋源程序，一邊執(zhí)行。有些編譯器可把已經(jīng)編譯后的程序反編譯成它的源程序，稱為反編譯器。反編譯器多數(shù)用來(lái)刨析可執(zhí)行程序，以發(fā)現(xiàn)程序的設(shè)計(jì)機(jī)密。

有些編譯器不生成可執(zhí)行代碼文件，稱為解釋734源程序設(shè)計(jì)步驟計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程無(wú)論多么復(fù)雜的應(yīng)用問(wèn)題，深入到計(jì)算機(jī)硬件一級(jí)時(shí)，就只有加法和傳遞兩種算術(shù)運(yùn)算（其效果相當(dāng)于加、減、乘、除）和與、或、非等邏輯運(yùn)算了。因此，在此之前，需要做大量的工作。從拿到一個(gè)任務(wù)到得出正確的結(jié)果，要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)階段：4源程序設(shè)計(jì)步驟計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程74

(1)建立數(shù)學(xué)模型

對(duì)于一個(gè)實(shí)際問(wèn)題的解決，首先要將其數(shù)學(xué)化，將一個(gè)物理狀態(tài)或工作過(guò)程用數(shù)學(xué)形示表示出來(lái)。這部分工作常常由本領(lǐng)域的科技人員來(lái)完成。(2)確定計(jì)算方法必須將數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步處理將其表示成只包含加、減、乘、除的算術(shù)運(yùn)算和與、或、非邏輯運(yùn)算的近似公式。(1)建立數(shù)學(xué)模型75

例如，對(duì)于SIN(X)來(lái)說(shuō)只能采用近似計(jì)算的方法，所以計(jì)算機(jī)是按照下列公式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)SIN(X)的求值例如，對(duì)于SIN(X)來(lái)說(shuō)只能采用近似計(jì)算的方法，所76

(3)編制解題程序所謂程序就是用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（包括機(jī)器語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言）寫出的具體的結(jié)題步驟。它告訴計(jì)算機(jī)做什么以及怎樣做。程序本身并不是機(jī)器所能識(shí)別的形式(或稱指令)，程序只是用一些由英文助記符規(guī)定的語(yǔ)句按一定的語(yǔ)法規(guī)則所描述的算法，機(jī)器只能識(shí)別機(jī)器指令。因此在執(zhí)行程序之前，還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)叫編譯的過(guò)程，編譯的功能可以比喻成人和機(jī)器之間的翻譯，它把程序翻譯成機(jī)器所能讀懂的機(jī)器指令。(3)編制解題程序77運(yùn)算序列的特征有限性：即序列的項(xiàng)數(shù)有限，且每一運(yùn)算項(xiàng)都可在有限的時(shí)間內(nèi)完成;確定性：即序列的每一項(xiàng)運(yùn)算都有明確的定義，無(wú)二義性;有輸出運(yùn)算:可以沒(méi)有輸入運(yùn)算項(xiàng)，但一定要有輸出運(yùn)算項(xiàng);可行性：即對(duì)于任意給定的合法的輸入都能得到相應(yīng)的正確的輸出。運(yùn)算序列的特征有限性：即序列的項(xiàng)數(shù)有限，且每一運(yùn)算項(xiàng)都可在有785高級(jí)語(yǔ)言編程三個(gè)要素運(yùn)算對(duì)象和運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)表示方法;運(yùn)算序列中的各種運(yùn)算符號(hào);運(yùn)算序列中的控制轉(zhuǎn)移方法。這三種要素簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)、運(yùn)算和控制。5高級(jí)語(yǔ)言編程三個(gè)要素運(yùn)算對(duì)象和運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)表示方法;79

高級(jí)語(yǔ)言中主要解決對(duì)以上三要素的表示與將表示轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令。數(shù)據(jù)的表示：變量，數(shù)據(jù)類型；運(yùn)算表示：以英文縮寫符號(hào)，或數(shù)學(xué)符號(hào)；控制轉(zhuǎn)移：(1)缺省的順序控制";"。(2)條件(分支)控制:"if表達(dá)式(為真)thenS1elseS2;"。高級(jí)語(yǔ)言中主要解決對(duì)以上三要素的表示與將表示轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令80

(3)選擇(情況)控制:"Case表達(dá)式of值1:S1值2:S2...值n:Snend"(4)循環(huán)控制:"while表達(dá)式(為真)doS;"或"repeatSuntil表達(dá)式(為真);"或"for變量名:=初值to/downto終值doS;"(5)函數(shù)和過(guò)程的調(diào)用call，包括遞歸函數(shù)和遞歸過(guò)程的調(diào)用。(6)無(wú)條件轉(zhuǎn)移goto。(3)選擇(情況)控制:816面向?qū)ο罂梢暬绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言VB、VC、Delphi等提出類、庫(kù)等新概念，發(fā)展了函數(shù)的概念。6面向?qū)ο罂梢暬绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言VB、VC、Delph823.2.3應(yīng)用軟件1應(yīng)用軟件的安裝與卸載在DOS操作系統(tǒng)下，各應(yīng)用軟件獨(dú)立操作、執(zhí)行，一般不需要安裝，或僅安裝一些與程序有關(guān)的相應(yīng)文件。但在Windows下，由于在多任務(wù)下執(zhí)行程序，一般需要安裝可執(zhí)行程序。安裝方法：執(zhí)行程序組中的setup.exe等程序。3.2.3應(yīng)用軟件1應(yīng)用軟件的安裝與卸載832辦公軟件介紹文字處理軟件2辦公軟件介紹文字處理軟件84

電子文稿演示軟件電子表格處理軟件電子文稿演示軟件853數(shù)學(xué)分析軟件介紹

sin[x]*cos[y]的三維圖形

3數(shù)學(xué)分析軟件介紹

sin[x]*cos[y]的三維圖形864數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件介紹數(shù)據(jù)庫(kù)是包括各種數(shù)據(jù)類型的電子表格。管理數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件稱為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它包括建立表格,存取表格中的數(shù)據(jù),對(duì)表格中的數(shù)據(jù)做查找、排序、變換等操作管理。在微機(jī)上使用最早的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是Dbase、FoxBase，后來(lái)出現(xiàn)具有菜單、窗口界面的Foxpro、VisualFoxpro，現(xiàn)在微軟公司的MSSQLServer較為常用。

4數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件介紹數(shù)據(jù)庫(kù)是包括各種數(shù)據(jù)類型的電子表格87小結(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件系統(tǒng)組成。目前的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)基本上是馮·諾依曼模式。明確劃分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件界限已經(jīng)顯得比較困難，許多計(jì)算機(jī)操作，例如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，既可以由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件來(lái)完成。采用哪種方案取決于價(jià)格、速度、可靠性、存儲(chǔ)容量等因素。

小結(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件系統(tǒng)組成。88參考資料計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)楊有安等人民郵電出版社2000.5大學(xué)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ)教程王啟智等科學(xué)出版社龍門書局2000.12參考資料計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)楊有安等人民郵電出版社2089結(jié)束

結(jié)束90第3章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共同組成獨(dú)立的，不同的系統(tǒng)配置可形成功能差異很大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。近年來(lái)，由于網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，對(duì)計(jì)算機(jī)概念的內(nèi)涵和外延又有了新的認(rèn)識(shí)。本章以常見(jiàn)的微機(jī)為例，主要介紹計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)。第3章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)91

計(jì)算機(jī)硬件是可以感觸到的實(shí)體，主要包括運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入器和輸出器五大部分，當(dāng)然也還包括電源、機(jī)箱等輔助部件。習(xí)慣上把運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存儲(chǔ)器和電源稱為主機(jī)，把輸入器、輸出器稱為外部設(shè)備。

計(jì)算機(jī)軟件是有重復(fù)使用價(jià)值的程序和相關(guān)文檔，主要包括操作系統(tǒng)軟件、編譯系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件等。

計(jì)算機(jī)硬件是可以感觸到的實(shí)體，主要包括運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存92

由Intel公司的CPU和微軟公司的軟件為主組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本章重點(diǎn)介紹軟件系統(tǒng)。

由Intel公司的CPU和微軟公司的軟件為主組成的計(jì)算機(jī)系933.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)介

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展歷程，它的高速、自動(dòng)化運(yùn)算特點(diǎn)現(xiàn)已得到充分發(fā)揮。但究其構(gòu)造原理，目前尚未跳出馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本框框，仍是以存儲(chǔ)為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，把運(yùn)算器、控制器、輸入器和輸出器通過(guò)各種信號(hào)線與內(nèi)存儲(chǔ)器聯(lián)系起來(lái)就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。

3.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)介計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)經(jīng)歷了四十多年的發(fā)943.1.1CPU介紹

隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，可以把復(fù)雜的運(yùn)算器、控制器電路集成在一個(gè)芯片中稱為中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU）。多數(shù)微機(jī)具有一個(gè)CPU，也有使用兩個(gè)或更多個(gè)CPU協(xié)調(diào)工作的計(jì)算機(jī)。1.運(yùn)算器計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能主要靠算術(shù)邏輯運(yùn)算部件（ArithmeticLogicUnit，ALU）完成。最簡(jiǎn)單的運(yùn)算器是由若干位組成的加法器。一般來(lái)講，加法器的位數(shù)越多，可完成的運(yùn)算就越復(fù)雜；完成加法器運(yùn)算的速度越快，計(jì)算機(jī)整體速度也越快。3.1.1CPU介紹

隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，可以把復(fù)雜的95

2.控制器控制器的功能是按照計(jì)算機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘節(jié)拍，根據(jù)指令（Instruction），控制協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件工作。它主要由編碼電路和譯碼電路構(gòu)成。3.其他電路CPU中有各種特殊命名的寄存器，用來(lái)存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，或正在執(zhí)行的指令代碼；包括各部件之間數(shù)據(jù)交換的通路，即內(nèi)部總線；甚至還包括與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)用的高速緩沖存儲(chǔ)器。一些單片機(jī)芯片，例如MCS-51、MCS-96系列，幾乎包括了馮·諾依曼計(jì)算機(jī)要求必備的五個(gè)基本部件電路。

2.控制器96

973.1.1內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器具有記憶功能，它能把各種以二進(jìn)制碼表示的信息存儲(chǔ)起來(lái)，是計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)區(qū)。它可以把要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)，然后在CPU的控制下自動(dòng)執(zhí)行程序。CPU可按照單元編號(hào)訪問(wèn)內(nèi)存儲(chǔ)器中的每個(gè)單元。一個(gè)單元包括8位二進(jìn)制信息，也稱一個(gè)字節(jié)（Byte），單元編號(hào)從0開(kāi)始，到2n-1。內(nèi)存容量就是計(jì)算機(jī)可使用內(nèi)存單元的總和，現(xiàn)在生產(chǎn)的微型計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量一般在64MB以上。3.1.1內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器具有記憶功能，它能把各種以二進(jìn)制98

微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器包括RAM和ROM兩部分。ROM用于存放內(nèi)容不變的信息，例如計(jì)算機(jī)開(kāi)始工作的引導(dǎo)程序、自檢程序等。這些程序在計(jì)算機(jī)出廠時(shí)就已裝入ROM中。RAM用于存放現(xiàn)場(chǎng)程序和數(shù)據(jù)。RAM中的信息是由電路的狀態(tài)表示的，所以斷電后信息一般會(huì)立即丟失。由于軟件越來(lái)越復(fù)雜，需要內(nèi)存的容量也越來(lái)越大。

微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器包括RAM和ROM兩部分。ROM用于存993.1.1外存儲(chǔ)器1硬磁盤1968年IBM公司首次提出“溫徹斯特（Winchester）”技術(shù)。該技術(shù)要求，把整個(gè)磁盤機(jī)密封，使用高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸，從而避免了磁頭與盤片的摩擦，提高了盤片的轉(zhuǎn)速。以后研發(fā)的提高磁頭靈敏度、盤片轉(zhuǎn)數(shù)、記錄密度等技術(shù)使現(xiàn)在的溫盤容量可達(dá)上百個(gè)GB。3.1.1外存儲(chǔ)器1硬磁盤100

由于硬磁盤的讀寫速度較高、容量大，操作軟件常用部分硬盤存儲(chǔ)器代替內(nèi)存作虛擬內(nèi)存使用。由于硬磁盤的讀寫速度較高、容量大，操作軟件常用部分硬盤存儲(chǔ)1012磁盤陣列技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，程序越來(lái)越復(fù)雜，需要存儲(chǔ)的信息量越來(lái)越大，對(duì)數(shù)據(jù)的安全性要求越來(lái)越高，出現(xiàn)了以磁盤為中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模式。單個(gè)或少量磁盤同時(shí)工作滿足不了計(jì)算機(jī)對(duì)磁盤容量、速度、可靠性的需求，磁盤陣列是解決這些問(wèn)題的一種新技術(shù)。磁盤陣列（DiskArray）是由一個(gè)硬盤控制器來(lái)控制多個(gè)硬盤的相互連接，使多個(gè)硬盤的讀寫同步，減少錯(cuò)誤，增加效率和可靠性的技術(shù)。使用此技術(shù)的設(shè)備分0、1、3、5四個(gè)等級(jí)。2磁盤陣列技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，程序越來(lái)越復(fù)雜，需要存102磁盤陣列磁盤陣列1033.1.1外部設(shè)備接口與總線1.外部設(shè)備接口功能計(jì)算機(jī)硬件接口是計(jì)算機(jī)中兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立子系統(tǒng)之間的連接部分，包括外設(shè)與主機(jī)之間，外設(shè)與外設(shè)之間的連接。有時(shí)接口也稱為界面。接口主要解決子系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)與控制信號(hào)。PC機(jī)實(shí)現(xiàn)這種傳遞的硬件通常做成獨(dú)立的接口板（卡），插在總線接口插槽里，通過(guò)輸出線纜與外部設(shè)備連接。接口卡也稱適配器。3.1.1外部設(shè)備接口與總線1.外部設(shè)備接口功能104

它的主要功能是如下。(1)地址譯碼外部設(shè)備在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的名稱如LPT、COM1等是通用的符號(hào)名稱，對(duì)它代表的某實(shí)際設(shè)備的控制要由具體接口及控制軟件，即驅(qū)動(dòng)程序完成。外設(shè)與主機(jī)之間交換的二進(jìn)制信息都暫存在接口寄存器中，這些寄存器可能放在外設(shè)（例如鍵盤）上，也可能放在適配器（如顯示器）上。主機(jī)以存取內(nèi)存單元的方式來(lái)存取外設(shè)的寄存器。因此要為每個(gè)外設(shè)寄存器設(shè)置地址（端口號(hào)），通過(guò)地址譯碼電路區(qū)別真正要訪問(wèn)外設(shè)的寄存器。它的主要功能是如下。105

(2)在主機(jī)與外設(shè)之間交換控制信息控制信息主要包括設(shè)備“已準(zhǔn)備好”、“忙碌”、“完成”、“申請(qǐng)中斷”、“響應(yīng)中斷”、“啟動(dòng)”、“停止”等信號(hào)。(3)支持主機(jī)各種中斷處理。(4)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換8位字長(zhǎng)與16位字長(zhǎng)之間、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。(5)支持傳輸過(guò)程中的串行/并行轉(zhuǎn)換、錯(cuò)誤校驗(yàn)、協(xié)議等。(2)在主機(jī)與外設(shè)之間交換控制信息控制信息主要包106

2.USB接口USB（UniversalSerialBus）接口使用特殊的接口線實(shí)現(xiàn)了熱插拔。2.USB接口107

3總線總線就是信息傳輸?shù)墓簿€路，它由若干可控制門電路及連接的導(dǎo)線組成。在微機(jī)的主板上表現(xiàn)為若干個(gè)可插接各種部件的插槽。計(jì)算機(jī)均采用總線結(jié)構(gòu)將各部件（CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口）組成為一個(gè)系統(tǒng)。

3總線1083.1.5計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)CPU的控制器根據(jù)內(nèi)存中的每一條指令碼控制執(zhí)行部件運(yùn)作，計(jì)算機(jī)才能工作。人們利用指令才可以直接指揮計(jì)算機(jī)工作。3.1.5計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)CPU的控制器根據(jù)內(nèi)存中的每一條指109

各種類型計(jì)算機(jī)指令的數(shù)目和形式差別很大，計(jì)算機(jī)可有幾條、幾十條，甚至上百條指令；一些類型計(jì)算機(jī)指令的長(zhǎng)度是固定的，更多類型計(jì)算機(jī)的指令長(zhǎng)度是可變的，可用單字節(jié)、雙字節(jié)、三字節(jié)，或更多字節(jié)表示一條指令。一般情況，一條指令一般包括操作方法和操作對(duì)象（數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的地址）兩部分，個(gè)別的指令僅有操作方法而無(wú)操作對(duì)象。各種類型計(jì)算機(jī)指令的數(shù)目和形式差別很大，計(jì)算機(jī)可有幾條、幾110

CPU執(zhí)行指令例子。設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)的0號(hào)單元存有無(wú)符號(hào)整數(shù)15，1號(hào)單元存有無(wú)符號(hào)整數(shù)23，利用指令把兩個(gè)單元的內(nèi)容對(duì)調(diào)。其操作過(guò)程是，先把0單元內(nèi)容存到名為ah寄存器，再把1單元內(nèi)容存到名為al寄存器，然后分別存回1單元和0單元。

CPU執(zhí)行指令例子。111

1123.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)介紹

軟件是有重復(fù)使用價(jià)值的程序和相關(guān)文檔。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，不同的配置可形成功能差異很大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由英特爾公司的CPU和微軟公司的軟件組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)軟件主要包括操作系統(tǒng)軟件、編譯系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

3.2計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)介紹軟件是有重復(fù)使用價(jià)值的程序和相關(guān)1133.2.1操作系統(tǒng)1用戶工作方式單機(jī)分時(shí)多終端桌上微機(jī)微機(jī)網(wǎng)絡(luò)（服務(wù)器/客戶端，服務(wù)器/瀏覽器，對(duì)等網(wǎng)）因特網(wǎng)3.2.1操作系統(tǒng)1用戶工作方式114(1)單用戶單任務(wù)方式單用戶單任務(wù)是最典型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用環(huán)境，其特點(diǎn)是一人獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī)，執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用程序。在這種環(huán)境下，CPU、內(nèi)存等計(jì)算機(jī)硬資源利用率低。早期的微型計(jì)算機(jī)常采用這種方式。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求低，管理計(jì)算機(jī)的軟件比較簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，易于操作。支持這種使用環(huán)境的微機(jī)操作系統(tǒng)常見(jiàn)的有MS-DOS3.0、CP/M及其各種變化版本等。(1)單用戶單任務(wù)方式單用戶單任務(wù)是最典型的115(2)單用戶多任務(wù)方式隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷升級(jí)，CPU的速度的提高、內(nèi)存容量的加大，用戶希望能同時(shí)（至少用戶感覺(jué)是同時(shí)）執(zhí)行多個(gè)應(yīng)用程序，即所謂執(zhí)行多任務(wù)。最先在大、中型計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了這種方式，以后微機(jī)上也實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)管理，典型的微機(jī)操作系統(tǒng)有MS-DOS6.0及Windows等。(2)單用戶多任務(wù)方式隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷升116(3)多用戶多任務(wù)方式多用戶多任務(wù)是指在一臺(tái)大、中型主機(jī)（主要包括CPU、內(nèi)存）上，同時(shí)（實(shí)際上是分時(shí)）為多個(gè)用戶服務(wù)。每個(gè)用戶作為連接到主機(jī)上的終端，執(zhí)行自己的各種任務(wù)。典型的操作系統(tǒng)是UNIX及其變種XENIX、ONIX、VENIX等。目前在微機(jī)上流行的Linux操作系統(tǒng)也支持多用戶多任務(wù)操作。(3)多用戶多任務(wù)方式多用戶多任務(wù)是指在一臺(tái)117(4)使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，支持各種環(huán)境的操作系統(tǒng)各異。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中功能強(qiáng)、資格老當(dāng)屬UNIX，而在微機(jī)上運(yùn)行最多的是WindowsNT（包括Windows2000/XP）以及大有發(fā)展前途的Linux操作系統(tǒng)。(4)使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，支持各種環(huán)境的操作系1182硬件支撐環(huán)境操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)資源、方便用戶使用計(jì)算機(jī)資源的一套程序。這些程序必須在一定的硬件環(huán)境支持下才能正常工作，硬件環(huán)境越好，操作系統(tǒng)能提供的服務(wù)越多，換句話說(shuō)，低檔計(jì)算機(jī)只能安裝和使用低版本的操作系統(tǒng)。為了能支持功能較強(qiáng)的操作系統(tǒng)，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件部件提出以下一些功能要求。2硬件支撐環(huán)境操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)資源、119(1)中央處理器（CPU）CPU是計(jì)算機(jī)的硬件核心部件，CPU主要包括運(yùn)算和控制兩部分，控制器中對(duì)于程序和中斷的控制能力最為重要。1)程序狀態(tài)字（PSW）。CPU中一般設(shè)有若干個(gè)寄存器，這些寄存器擔(dān)負(fù)專門的工作。例如指令記數(shù)器中記載下一條要執(zhí)行的指令地址，16位的狀態(tài)寄存器中的每一位則記錄指令執(zhí)行后的狀態(tài)。(1)中央處理器（CPU）CPU是計(jì)算機(jī)的硬件核心部件，CP120

C：算術(shù)運(yùn)算中，最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)置1；P：操作結(jié)果低8位為偶數(shù)個(gè)1時(shí)置1；A：算術(shù)運(yùn)算中，低字節(jié)中低4位產(chǎn)生進(jìn)位或錯(cuò)位時(shí)置1；Z：操作結(jié)果為0時(shí)置1；S：若操作結(jié)果是負(fù)數(shù)時(shí)置1；T：可由指令設(shè)置，1為可單步執(zhí)行指令；I：可由指令設(shè)置，1為允許外部中斷請(qǐng)求；D：可由指令設(shè)置，1為使用串操作指令時(shí)地址指針遞減；O：運(yùn)算結(jié)果以補(bǔ)碼表示超出范圍時(shí)置1。其他位保留。1514131211109876543210ODITSZAPCC：算術(shù)運(yùn)算中，最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)置1；1514131211121(2)中斷CPU要能在適當(dāng)?shù)闹噶钪芷趦?nèi)判斷是否有內(nèi)部或外部中斷請(qǐng)求，當(dāng)判斷有中斷請(qǐng)求并可能接受中斷請(qǐng)求后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。在完成中斷服務(wù)后能自動(dòng)繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。(2)中斷CPU要能在適當(dāng)?shù)闹噶钪芷趦?nèi)判斷是否有內(nèi)部或外部中122

支持硬件中斷優(yōu)先級(jí)別，若有幾個(gè)中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷，CPU首先響應(yīng)級(jí)別高的中斷申請(qǐng)，中斷級(jí)別高的中斷源可中斷低級(jí)別的中斷服務(wù)程序。例如，M68000有七級(jí)硬中斷、Intel有二級(jí)硬中斷。支持硬件中斷優(yōu)先級(jí)別，若有幾個(gè)中斷源同時(shí)申123(3)存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的核心部件，一般采用三級(jí)存儲(chǔ)體系以解決對(duì)存儲(chǔ)器的容量、速度和價(jià)格的需求矛盾。

第一級(jí)是高速緩沖存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱緩存Cache），也叫隱藏存儲(chǔ)器。它對(duì)于用戶是透明的，即操作系統(tǒng)把正在使用的一部分程序或即將要使用的一部分程序由內(nèi)存（主存）復(fù)制到緩存中，CPU直接對(duì)緩存讀寫，由于緩存的讀寫速度與CPU的執(zhí)行指令速度相匹配，從而充分發(fā)揮了CPU的高速控制、運(yùn)算能力。目前緩存命中率可達(dá)90%以上。(3)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的核心部件，一般采用三124

第二級(jí)是主存儲(chǔ)器，要執(zhí)行的程序代碼（包括要使用的數(shù)據(jù)）必須事先讀入內(nèi)存方可在CPU的控制下自動(dòng)執(zhí)行。主存儲(chǔ)器越大，執(zhí)行程序就越方便。第二級(jí)是主存儲(chǔ)器，要執(zhí)行的程序代碼（包括要125

第三級(jí)是外部存儲(chǔ)器，一般指軟、硬磁盤、光盤等。這些介質(zhì)存放已編制好的程序或數(shù)據(jù)，較小的程序可一次裝（讀）入內(nèi)存，較大的程序需要采用程序覆蓋技術(shù)，分段裝入內(nèi)存，不斷覆蓋掉已經(jīng)執(zhí)行完的程序段。第三級(jí)是外部存儲(chǔ)器，一般指軟、硬磁盤、光盤等。這些介質(zhì)存放126(4)操作系統(tǒng)的人—機(jī)界面1)圖形用戶接口（GUI）支持圖形命令方式的操作系統(tǒng)稱為窗口系統(tǒng)，最典型的是微機(jī)上使用的Windows（視窗）（WindowsNT）和UNIX系統(tǒng)使用的XWindows（X窗口）。(4)操作系統(tǒng)的人—機(jī)界面1)圖形用戶接口（GUI）127

1998年為GUI制定了圖形接口的標(biāo)準(zhǔn)部件，包括：●窗口：終端屏幕上的一個(gè)矩形區(qū)域，由標(biāo)題欄、菜單欄、邊框、控制按鈕、用戶區(qū)等組成?！癫藛危阂幌盗锌蛇x的命令?！駥?duì)話框：包括顯示消息和輸入請(qǐng)求信息對(duì)話框。●命令按鈕：表示執(zhí)行某個(gè)具體命令的圖標(biāo)。各種具有GUI接口形式的操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件都有類似的界面風(fēng)格。1998年為GUI制定了圖形接口的標(biāo)準(zhǔn)部件，包括：128

2)終端命令方式

對(duì)于專業(yè)人員來(lái)講，使用已經(jīng)熟記的終端命令來(lái)指揮計(jì)算機(jī)工作效率最高。例如：在DOS操作系統(tǒng)中，如下命令代表：dir列出當(dāng)前磁盤目錄copyxy把x文件拷貝一份，但文件名改為y

2)終端命令方式對(duì)于專業(yè)人員來(lái)講，使用已經(jīng)1293操作系統(tǒng)軟件功能操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理4類資源：存儲(chǔ)器三級(jí)管理處理器（CPU）解決CPU（或多個(gè)CPU）與內(nèi)存儲(chǔ)器速度間的不匹配的矛盾。3操作系統(tǒng)軟件功能操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理4類資源：130

I/O設(shè)備

程序和數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)對(duì)資源管理的主要功能包括監(jiān)視資源、管理策略、根據(jù)策略實(shí)施分配資源和用畢回收資源。

I/O設(shè)備131(1)進(jìn)程管理什么是作業(yè)、進(jìn)程指令（Instruction）是計(jì)算機(jī)執(zhí)行動(dòng)作的最小單位，它指揮計(jì)算機(jī)完成一個(gè)簡(jiǎn)單的操作。程序（Program）是一系列排列有序的指令和數(shù)據(jù)的集合稱為程序，它可以使計(jì)算機(jī)完成一套完整的功能。作業(yè)（Job）是用戶交由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的一個(gè)或若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)的程序。(1)進(jìn)程管理什么是作業(yè)、進(jìn)程132

進(jìn)程（Process，Linux把進(jìn)程也稱為任務(wù)task）程序調(diào)入內(nèi)存后，必須根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)環(huán)境條件決定是否能執(zhí)行，正在運(yùn)行的程序和環(huán)境的結(jié)合構(gòu)成一個(gè)運(yùn)行實(shí)體，該實(shí)體稱為進(jìn)程。對(duì)于操作系統(tǒng)而言，它在接受并執(zhí)行用戶作業(yè)時(shí)除了啟動(dòng)程序外，還要?jiǎng)?chuàng)造為了執(zhí)行程序所需要的環(huán)境，即執(zhí)行進(jìn)程。程序只要不被刪除就永遠(yuǎn)存在，而進(jìn)程是程序執(zhí)行的一個(gè)過(guò)程。一個(gè)進(jìn)程有它的建立、執(zhí)行和撤消過(guò)程。操作系統(tǒng)為執(zhí)行同一個(gè)程序所建立的進(jìn)程在不同的資源環(huán)境下有可能不同，當(dāng)然執(zhí)行的最后結(jié)果應(yīng)當(dāng)是一樣的。進(jìn)程（Process，Linux把進(jìn)程也稱為任務(wù)task1331）進(jìn)程狀態(tài)由于進(jìn)程是程序執(zhí)行的過(guò)程，因而它的狀態(tài)會(huì)隨著程序的執(zhí)行、資源環(huán)境的變化（其他進(jìn)程的建立肯定會(huì)影響對(duì)資源的使用）、各種預(yù)定或突發(fā)事件（隨機(jī)中斷）的發(fā)生等等，使得進(jìn)程狀態(tài)在不斷變化。進(jìn)程基本有四種狀態(tài)：.運(yùn)行（Running）狀態(tài)。

進(jìn)程在處理機(jī)上正在執(zhí)行。.就緒（Ready）狀態(tài)。

進(jìn)程已獲得一切必要的資源，一旦獲得處理機(jī)即可運(yùn)行。1）進(jìn)程狀態(tài)由于進(jìn)程是程序執(zhí)行的過(guò)程，因而它的狀態(tài)會(huì)隨著程序134

.等待（Bloked）狀態(tài)或睡眠狀態(tài)。

當(dāng)進(jìn)程所需的資源不足，或等待輸入/輸出完成的消息時(shí)，雖然操作系統(tǒng)可以把處理機(jī)分配給它，但仍不能繼續(xù)執(zhí)行，此時(shí)進(jìn)程處于等待狀態(tài)。.僵死（Zombie）狀態(tài)。

進(jìn)程終止，但記錄進(jìn)程狀態(tài)的記錄仍存在。.等待（Bloked）狀態(tài)或睡眠狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程所需的資1352）進(jìn)程控制塊進(jìn)程中的程序（包括數(shù)據(jù)）是靜態(tài)的，整個(gè)進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，因此，操作系統(tǒng)若要控制進(jìn)程的活動(dòng)過(guò)程，就必須開(kāi)辟一部分存儲(chǔ)器空間來(lái)記錄有關(guān)進(jìn)程的信息。操作系統(tǒng)把這些信息放在進(jìn)程控制塊（ProcessControlBlock，簡(jiǎn)稱PCB）中。PCB是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同的操作系統(tǒng)可采用不同結(jié)構(gòu)。

2）進(jìn)程控制塊進(jìn)程中的程序（包括數(shù)據(jù)）是靜態(tài)的，整個(gè)進(jìn)程是動(dòng)1363）進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程本身沒(méi)有啟動(dòng)或終止其他進(jìn)程的功能，切換進(jìn)程是靠操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度程序執(zhí)行的。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的已獲得除CPU之外的所有資源后，調(diào)度程序會(huì)根據(jù)某種算法啟動(dòng)該進(jìn)程。例如Linux操作系統(tǒng)把CPU中寄存器的現(xiàn)狀保存到task_struct中。限制每個(gè)進(jìn)程每次占用CPU的時(shí)間（200毫秒），這樣即便某進(jìn)程出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象，也不會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)陷入死循環(huán)。3）進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程本身沒(méi)有啟動(dòng)或終止其他進(jìn)程的137(2)存儲(chǔ)管理

所謂實(shí)存即實(shí)際存在的物理內(nèi)存（MainMemory,主存儲(chǔ)器），管理這部分內(nèi)存時(shí)主要考慮在多任務(wù)情況下如何分配內(nèi)存以及當(dāng)實(shí)際內(nèi)存單元數(shù)量超出可編址范圍后如何管理編址范圍外的內(nèi)存；所謂虛存即非實(shí)際存在的物理內(nèi)存，它是外存儲(chǔ)器（一般是硬磁盤）的一種虛擬映像，利用管理內(nèi)存的方法來(lái)管理這些硬盤空間。(2)存儲(chǔ)管理所謂實(shí)存即實(shí)際存在的物理內(nèi)1381）固定分區(qū)操作系統(tǒng)將內(nèi)存中固定地址的存儲(chǔ)區(qū)存放專門的程序。例如MSDOS操作系統(tǒng)把內(nèi)存的0號(hào)單元開(kāi)始的1K字節(jié)定義為系統(tǒng)的中斷向量區(qū)，在這個(gè)區(qū)中存放可用的255個(gè)（有的位置暫時(shí)保留未用）中斷調(diào)用程序的起始地址。1）固定分區(qū)操作系統(tǒng)將內(nèi)存中固定地址的存儲(chǔ)區(qū)存139

為了解決如何尋找大于1MB的地址，操作系統(tǒng)把大于1MB的內(nèi)存稱為擴(kuò)充內(nèi)存（ExtendedMemory）。擴(kuò)充內(nèi)存最前面的64KB為高內(nèi)存區(qū)HMA（HighMemoryArea），可以把操作系統(tǒng)調(diào)入HMA以增加可用的常規(guī)內(nèi)存使用區(qū)。64MB內(nèi)存的主存儲(chǔ)器劃分方法可下圖。

為了解決如何尋找大于1MB的地址，操作系統(tǒng)把大于1MB的內(nèi)140

1412）虛擬內(nèi)存管理Windows可以在磁盤分區(qū)中由用戶或自動(dòng)選擇一定數(shù)量的磁盤空間作為虛擬內(nèi)存使用。Linux則在安裝系統(tǒng)時(shí)由用戶專門劃分一個(gè)磁盤分區(qū)（一般是實(shí)存的2倍）作為交換（swap）分區(qū)，來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存。2）虛擬內(nèi)存管理Windows可以在磁盤分區(qū)中由用戶或自動(dòng)142Linux的虛擬內(nèi)存采用分頁(yè)機(jī)制

Linux的虛擬內(nèi)存采用分頁(yè)機(jī)制143(3)文件管理不同的操作系統(tǒng)采用了不同的實(shí)際物理存儲(chǔ)格式。建立存儲(chǔ)格式的軟件是對(duì)磁盤進(jìn)行分區(qū)和格式化的程序。以Linux為例，它采用ext2格式，這種格式可以兼容DOS操作系統(tǒng)的FAT、Windows的FAT32、WindowsNT的NTFS以及CD-ROM的ISO9660等格式。反之，多數(shù)其他文件系統(tǒng)不兼容ext2格式，例如DOS和Windows都不能訪問(wèn)Linux文件系統(tǒng)。(3)文件管理不同的操作系統(tǒng)采用了不同1441）文件目錄和文件名在DOS中把軟盤、光盤、硬盤分區(qū)都以盤符表示，其上的文件都各自存放在其根或各級(jí)子目錄中。Windows把文件都各自存放在其根或文件夾（各級(jí)子目錄）中。而Linux中沒(méi)有盤符的概念，僅有統(tǒng)一的根目錄/（注意：反斜杠\在Linux中用作命令續(xù)行符）和根下的各級(jí)子目錄。軟盤、光盤、硬盤分區(qū)都以子目錄表示。1）文件目錄和文件名在DOS中把軟盤、光盤、1452)dos目錄2)dos目錄1463)Windows文件夾3)Windows文件夾1474)Windows文件類型4)Windows文件類型148(4)設(shè)備管理一般情況下，即使外部設(shè)備硬件上已裝入到計(jì)算機(jī)上，若未安裝其驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)也無(wú)法對(duì)它管理，因而不能使用。在DOS、Windows、Linux采用不同的方式管理設(shè)備。(4)設(shè)備管理一般情況下，即使外部設(shè)備硬149

近來(lái)流行的“即插即用”技術(shù)，并非不需要驅(qū)動(dòng)程序，只不過(guò)是操作系統(tǒng)中預(yù)先安裝了標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，許多外部設(shè)備廠依照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)硬件接口而已。當(dāng)硬件有較大改進(jìn)后，仍需要安裝廠家提供的驅(qū)動(dòng)程序，以便操作系統(tǒng)管理該設(shè)備。近來(lái)流行的“即插即用”技術(shù)，并非不需要驅(qū)動(dòng)程1504操作系統(tǒng)的安全（1）用戶管理（2）文件使用權(quán)限（3）補(bǔ)救操作失誤（4）防止惡意攻擊4操作系統(tǒng)的安全（1）用戶管理151操作系統(tǒng)應(yīng)用舉例

操作系統(tǒng)應(yīng)用舉例1523.2.2計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)

3.2.2計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)1531低級(jí)語(yǔ)言用一組易記的符號(hào)代表一個(gè)機(jī)器指令，如用“ADD1，2”代表一次加法1+2，用“SUB1，2”代表一次減法1-2，匯編語(yǔ)言中的一條指令一般與一條機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)。機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言都是面向具體計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言，每一種類型的計(jì)算機(jī)都有自己的機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，不同機(jī)器之間互不相通。由于它們依賴于具體的計(jì)算機(jī)，被稱為“低級(jí)語(yǔ)言”。

1低級(jí)語(yǔ)言用一組易記的符號(hào)代表一個(gè)機(jī)器指令，如用1541低級(jí)語(yǔ)言真正的機(jī)器指令中,只包含0和1兩個(gè)代碼,許多個(gè)0,1代碼放在一起,構(gòu)成了多種組合形式,每一種都可以指定一種操作。例如，有的機(jī)器中，讓10110110表示做加法的命令，用10110101表示做減法的命令。在這里做加法還是做減法只指出了做何種操作，大多數(shù)操作還需要操作數(shù)。因此,對(duì)操作數(shù)的說(shuō)明也應(yīng)該反映在指令當(dāng)中。1低級(jí)語(yǔ)言真正的機(jī)器指令中,只包含0和1兩個(gè)代碼,許多155

操作碼是用來(lái)表示機(jī)器待執(zhí)行的任務(wù)的說(shuō)明。如加、減、乘、除、移位、傳送、輸出、停機(jī)等操作。地址碼是用來(lái)表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中所處的位置。如圖下所示：每個(gè)地址對(duì)應(yīng)著一個(gè)存儲(chǔ)單元,存儲(chǔ)單元之中的內(nèi)容就是具體的操作數(shù)值。事時(shí)上，存儲(chǔ)單元中存放的不僅僅是數(shù)據(jù)，指令也是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的。不論是數(shù)據(jù)還是指令，它們的位置都是以地址的形式給出的。操作碼是用來(lái)表示機(jī)器待執(zhí)行的任務(wù)的說(shuō)明。如156計(jì)算f=ax+b計(jì)算f=ax+b157

第一步：通過(guò)鍵盤或其它輸入方式將上表中的指令及數(shù)據(jù)代碼送入計(jì)算機(jī)0~9號(hào)單元之中。第二步：?jiǎn)?dòng)主機(jī)后，計(jì)算機(jī)便自動(dòng)按照存儲(chǔ)器中存放指令的順序，有序地逐條地執(zhí)行各條指令，完成序列中所有紙令的全部操作。第三步：當(dāng)機(jī)器執(zhí)行完最后一條指令后，機(jī)器停止工作。對(duì)于未經(jīng)過(guò)專門訓(xùn)練的用戶而言，用二進(jìn)制碼表示的指令很難掌握。第一步：通過(guò)鍵盤或其它輸入方式將上表中的指令及數(shù)據(jù)代碼送入1582高級(jí)語(yǔ)言20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了“高級(jí)語(yǔ)言”。它不依賴于具體的計(jì)算機(jī)，而是在各種計(jì)算機(jī)上都通用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言接近人們習(xí)慣使用的自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言，使人們易于學(xué)習(xí)和使用，人們認(rèn)為，高級(jí)語(yǔ)言的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上一次驚人的成就，使千萬(wàn)非專業(yè)人員能方便地編寫程序，操縱使用計(jì)算機(jī)按人們的指令進(jìn)行工作。

。2高級(jí)語(yǔ)言20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了“高級(jí)語(yǔ)言”。它不依賴1593編譯系統(tǒng)計(jì)算機(jī)本身是不能直接識(shí)別高級(jí)語(yǔ)言。必須將高級(jí)語(yǔ)言的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的機(jī)器指令，計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。這個(gè)翻譯的工作是由“編譯系統(tǒng)”軟件來(lái)完成的。3編譯系統(tǒng)計(jì)算機(jī)本身是不能直接識(shí)別高級(jí)語(yǔ)言。必須將高級(jí)語(yǔ)言160

不同類型的計(jì)算機(jī)上使用的翻譯軟件是不同的。因此，在一臺(tái)計(jì)算