計算機系統(tǒng)平臺課程教材建設

1《計算機系統(tǒng)平臺》

定位、構(gòu)思與內(nèi)容簡要北京工業(yè)大學張麗2主要內(nèi)容讀者定位表述風格特別考慮與“計算機導論”的區(qū)別與“計算機文化基礎”的區(qū)別組織形式各章知識點和學習要求3讀者定位計算機專業(yè)（信息技術(shù)方向）本科生基礎教材遵循《計算機科學與技術(shù)本科專業(yè)規(guī)范（信息技術(shù)方向）》希望綜合了解計算機系統(tǒng)各個層次的科技人員4信息技術(shù)方向人才出口企事業(yè)單位信息化建設工程技術(shù)人員機構(gòu)信息化的規(guī)劃與實施企業(yè)需要什么？怎樣提高信息化的效率目前計算機系統(tǒng)有什么？能做什么？信息化系統(tǒng)的技術(shù)維護與管理熟練使用系統(tǒng)從維護角度提高系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性信息系統(tǒng)集成工程技術(shù)人員對各種軟硬件技術(shù)的綜合理解和應用5信息技術(shù)人才的知識需求1了解計算機系統(tǒng):知其然熟悉計算機系統(tǒng)的現(xiàn)狀：功能、性能熟練使用系統(tǒng)：管理/維護目前計算機系統(tǒng)有什么？能做什么？6信息技術(shù)人才的知識需求2理解計算機系統(tǒng):知其所以然明白原理從維護角度提高系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性提高信息化的效率：選擇最佳方案聽得懂，能比較各種設計與方案：硬件/軟件不一定要了解各種設計細節(jié)理解系統(tǒng)行為和性能實現(xiàn)的原理不強調(diào)理論上的分析和計算7教材內(nèi)容的定位1介紹計算機系統(tǒng)基本情況、功能基本硬件功能/指標硬件基本構(gòu)成、各部分功能是什么操作系統(tǒng)功能運行、管理基本開發(fā)平臺開發(fā)環(huán)境、組件、框架、語言網(wǎng)絡平臺基本服務DNS、DHCP機房基本設備8教材內(nèi)容的定位2介紹計算機系統(tǒng)的基本原理基本硬件原理存儲器、CPU操作系統(tǒng)原理進程、I/O系統(tǒng)、存儲管理網(wǎng)絡服務實現(xiàn)機制DNS、Web服務原理和機制的描述、非理論分析介紹管理級的使用Shell腳本的使用機房管理9表述風格深入淺出介紹性、描述性從本質(zhì)說起能夠看進去、能夠看得懂在沒有教師講解，沒有考試壓力的情況下也可以看懂例1：十進制轉(zhuǎn)換成二進制表示,蘋果裝箱例2：進程的概念和表示10十進制轉(zhuǎn)換成二進制表示減權(quán)定位法將要轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)和相近的權(quán)值比較，從中減去剛好比該數(shù)小的權(quán)值，并確定與該權(quán)值對應的數(shù)位上的數(shù)碼為1依次類推，直到余數(shù)是0為止，未被記1的數(shù)位上的系數(shù)均記為0除基取余法除（以）基（數(shù)）取余（數(shù)），先余為低，后余為高比較容易忘，也不好理解，需要復習11進位制與蘋果裝箱189個蘋果10個裝一箱,10個小箱再裝大一號箱子，以此類推（十進制）把箱子數(shù)按從大到小順序?qū)懺谝黄穑ㄊM制數(shù)）8個箱子、9個蘋果89（十進制）12進位制與蘋果裝箱22個裝一箱，2個小一號箱裝入大一號的箱子（二進制）1111111號2號1號1號4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號5號4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號13進位制與蘋果裝箱389個蘋果2個裝一箱，2個小一號箱裝入大一號的箱子（二進制）1個6號箱子、1個4號箱子、1個3號箱子、1個蘋果1011001（二進制）4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號6號5號4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號5號4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號4號3號2號1號1號2號1號1號3號2號1號1號2號1號1號14第一種求法：從小箱裝起891244222200p0p1p21121p3521p4220p511p6208910=p6p5p4p3p2p1p0=10110012

先求剩幾個蘋果，然后逐步裝箱，求小一號箱子的個數(shù)，直到裝完除基取余法15第二種求法：從大箱裝起先求最大號箱子，逐步向小的求89:26=64<89<27：可裝滿一個6號箱，不夠裝滿7號箱6號箱：26:1:89-26=255號箱：25:0:24<25<25

4號箱：24:1:25-24=93號箱：23:1:23<9<24

，9-23=12號箱：22:0:20<1<21

1號箱：21:00號箱：20:18910=10110012

減權(quán)定位法16進程的概念和表示之一

（常規(guī)抽象）進程是一個具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動進程(或任務)是可以和別的計算共同執(zhí)行的計算進程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上運行的過程，它是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位進程是一抽象實體，當它執(zhí)行某個任務時，將要分配和釋放各種資源

17進程的概念和表示之二

（常規(guī)抽象）行為的規(guī)則叫程序，程序在處理機上執(zhí)行時所發(fā)生的活動稱為進程一個進程是一系列逐一執(zhí)行的操作，而操作的確切含義則有賴于以何種詳盡程度來描述進程進程是進程映象的執(zhí)行它是程序的一次執(zhí)行，它是處理機執(zhí)行一組程序的運動軌跡。進程是由程序，數(shù)據(jù)和進程控制塊組成18進程的概念和表示之三Process：過程程序執(zhí)行的過程程序：菜譜進程：按照菜譜炒菜的過程為什么不繼續(xù)用程序的概念，要引入進程？多道程序環(huán)境下以同一程序的兩個運行實例為例（例如同時開兩個瀏覽器窗口）19進程的概念和表示之三（續(xù)1）用炒菜的過程引出并解釋進程的相關(guān)概念同時炒兩鍋菜菜譜：程序原材料：數(shù)據(jù)廚師的手：計算機廚師的大腦：操作系統(tǒng)區(qū)分兩鍋菜、兩個炒菜過程每個鍋編號：第一鍋、第二鍋：進程號按照每個鍋將原材料分開放好：進程獨立的數(shù)據(jù)空間記住每鍋下一步要做的工作：進程的下一條指令地址將菜譜記住，加快速度：將程序放入內(nèi)存中進程各自的空間20進程的概念和表示之三（續(xù)2）怎樣感知和控制兩個炒菜過程廚師的大腦中需要記錄多少個鍋、每個鍋的編號為每鍋菜記錄原材料放在什么地方采用的是哪一個菜譜進行到菜譜的那一步了：進程控制塊廚師的大腦根據(jù)記錄控制手在多鍋之間轉(zhuǎn)換，以便同時炒好多個菜進程調(diào)度21進程的概念和表示之三（續(xù)3）進程標識符用戶標識符進程間通信信息各種定時器信息文件系統(tǒng)信息虛擬內(nèi)存信息處理器環(huán)境信息……圖4-1進程控制塊structtask_struct{ volatilelongstate; /*-1unrunnable,0runnable,>0stopped*/ unsignedlongflags; /*perprocessflags,definedbelow*/ … volatilelongneed_resched; … longcounter; longnice; …… structlist_headrun_list; unsignedlongsleep_time;…… pid_tpid; ……/*filesysteminformation*/ structfs_struct*fs;……/*signalhandlers*/ spinlock_tsigmask_lock;/*Protectssignalandblocked*/ ……};圖4-2Linux的task_struct結(jié)構(gòu)22進程的概念和表示之三（續(xù)4）用炒菜的過程引出進程的相關(guān)概念進程怎樣表示？進程號、PCB進程有什么作用？分配資源進程由什么組成？程序、數(shù)據(jù)、PCB23特別考慮技術(shù)之外的內(nèi)容我國計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展采用Linux操作系統(tǒng)24技術(shù)之外的內(nèi)容1成功的不同方式與因素開發(fā)Windows2000的艱辛歷程專訪Linus外設：鍵盤布局：市場的先機Windows桌面系統(tǒng)的成功：蘋果公司命名（英文）：發(fā)展25技術(shù)之外的內(nèi)容2我國計算機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中國計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展大事記我國自主研發(fā)的操作系統(tǒng)我國自主研發(fā)的計算機采用Linux操作系統(tǒng)開源我國操作系統(tǒng)的發(fā)展前景26與“計算機導論”的區(qū)別導論引導計算機科學領(lǐng)域需要解決的問題入門，引起學生的興趣后續(xù)還有專門的組成原理、操作系統(tǒng)等課程給出解決方案計算機系統(tǒng)平臺基礎課程完整的：提出問題、介紹解決方案27與“計算機文化基礎”的區(qū)別文化基礎介紹計算機系統(tǒng)的基本知識基本使用，普及了解不需了解原理、機制計算機系統(tǒng)平臺介紹系統(tǒng)的實現(xiàn)原理、機制，更好更合理地控制系統(tǒng)28本書組織形式從平臺的視角平臺滿足一類不同事物的共同需求，能夠使那些事物方便地在其上形成、存在、運行與展現(xiàn)的基礎設施火車站的月臺支持各種火車的停靠，加水加油，旅客的上下造船廠的船塢主板軟件運行平臺：操作系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺:一整套基礎軟件工具和環(huán)境29本書組織形式從平臺的視角平臺外觀認識、熟悉操作系統(tǒng)外觀平臺的功能、平臺所能提供的服務使用、管理、配置操作系統(tǒng)功能平臺功能/服務的實現(xiàn)機制、原理高性能地管理、合理地使用配置合適的DNS服務器地址、安全地刪除文件30應用軟件計算機系統(tǒng)平臺層次硬件平臺

軟件開發(fā)平臺操作（系統(tǒng)）平臺網(wǎng)絡平臺31應用軟件計算機系統(tǒng)平臺層次硬件平臺（第2、3章）

軟件開發(fā)平臺（第6章）操作（系統(tǒng)）平臺（第1、4、5章）

網(wǎng)絡平臺（第7、8章）設施與環(huán)境平臺（第9章）終端用戶計算機普及的直接驅(qū)動力信息技術(shù)人才管理和配置系統(tǒng)信息技術(shù)人才管理和配置系統(tǒng)信息技術(shù)人才企業(yè)信息化建設、軟件需求、開發(fā)管理信息技術(shù)人才企業(yè)信息化建設、硬件規(guī)劃、管理信息技術(shù)人才企業(yè)信息化建設（基本硬件購置、理解上層平臺機制）32全書章節(jié)1第一篇：計算機操作平臺第1章計算機操作平臺—操作系統(tǒng)第二篇計算機硬件平臺第2章計算機硬件組成第3章信息表示第三篇計算機軟件平臺第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制第5章系統(tǒng)初始化及Shell編程第6章應用軟件開發(fā)平臺33全書章節(jié)2第四篇計算機網(wǎng)絡平臺

第7章網(wǎng)絡平臺的服務第8章網(wǎng)絡平臺基礎知識第五篇設施與環(huán)境平臺

第9章計算機系統(tǒng)基礎設施

34第一篇計算機操作平臺第1章操作系統(tǒng)從熟悉的場景開始以Linux操作系統(tǒng)為例概覽操作系統(tǒng)外貌、功能從終端以及程序員兩種不同用戶角度計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的作用常見操作系統(tǒng)及操作系統(tǒng)分類Linux、Windows:體會多樣性35第1章操作系統(tǒng)

覆蓋規(guī)范知識點PT.os.1操作系統(tǒng)概述PT.os.2Windows與Unix家族操作系統(tǒng)之間的比較PT.os.10實時與嵌入式系統(tǒng)目錄**注：類似于PT.OS.1這樣的符號對應教指委《規(guī)范》中相應知識點的標注符號36第1章知識點及學習要求1基本概念理解平臺的概念掌握什么是操作系統(tǒng)掌握計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)熟悉操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的功能、作用操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)領(lǐng)域常見的名詞術(shù)語37第1章知識點及學習要求2復習題體現(xiàn)知識點及學習要求操作系統(tǒng)平臺與終端用戶的接口有哪幾種形式？操作系統(tǒng)平臺提供給終端用戶的基本功能有哪些？除了書上提到的，你還知道哪些？Shell是什么？38第1章知識點及學習要求3技術(shù)之外的內(nèi)容討論題同樣是設計和開發(fā)程序，操作系統(tǒng)的設計和開發(fā)者的工作與應用程序員有什么不同？為什么？你認為教學版軟件和實用版軟件有何區(qū)別？動手實踐實驗題自學并動手實踐操作系統(tǒng)基本文件操作命令、查看進程、系統(tǒng)日志、配置文件39第二篇計算機硬件平臺計算機到底是怎樣工作的？第2章計算機硬件組成計算機部件構(gòu)成、各主要部件的設計原理和構(gòu)成存儲器中央處理器（CPU）外圍設備總線計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第3章信息表示軟件和各種數(shù)據(jù)在計算機硬件上記錄的基本形式受硬件制約，與硬件自身有一定關(guān)系40第2章計算機硬件組成

覆蓋規(guī)范知識點PT.ao.2匯編級機器組織PT.ao.3存儲系統(tǒng)的組織與體系結(jié)構(gòu)PT.ao.4接口構(gòu)成與通信PT.ao.5功能組織PT.ao.6多處理機結(jié)構(gòu)及其替代體系結(jié)構(gòu)PT.ao.7性能提升41第2章計算機硬件組成

學習要求1掌握計算機組成結(jié)構(gòu)掌握計算機的基本工作過程掌握各部件的基本功能及其之間協(xié)作關(guān)系總線掌握總線的基本概念和功能公共通路：公交汽車了解常見的總線標準42第2章計算機硬件組成

學習要求2存儲器掌握存儲器的存儲原理及多樣性保持狀態(tài)、多種存儲介質(zhì)和方法各有優(yōu)劣掌握存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)了解存儲器的性能指標熟悉各種常見的內(nèi)存ROM、RAM、BIOS、CMOS43第2章計算機硬件組成

學習要求3中央處理器CPU了解基本概況外觀、引腳、影響速度的因素、參數(shù)了解基本術(shù)語主頻、流水、超標量、寄存器、緩存44第2章計算機硬件組成

學習要求4輸入輸出系統(tǒng)了解外設的制造原理硬盤、光驅(qū)、顯示器、打印機、鼠標、鍵盤了解基本術(shù)語磁道、扇區(qū)、硬盤接口、光驅(qū)線速度、顯示器分辨率、鼠標采樣頻率、編碼鍵盤等掌握外設與主機通信的方式程序控制、中斷、DMA等掌握控制和使用外設的方法操作系統(tǒng)通過驅(qū)動程序45第2章計算機硬件組成

學習要求5計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)了解計算機常見新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)了解計算機性能提高的方法手段流水、超標量、多處理器、多計算機系統(tǒng)（集群）46第3章信息表示

知識點及學習要求1覆蓋規(guī)范知識點：PT.ao.1機器級數(shù)據(jù)表示進位制了解進位制的概念掌握不同進位制表示之間的轉(zhuǎn)換了解二進制運算數(shù)字的編碼了解原碼、補碼、定點數(shù)、浮點數(shù)的概念47第3章信息表示

知識點及學習要求2字符編碼了解字符編碼的本質(zhì)、現(xiàn)狀了解幾種常見的字符編碼方式ASCII碼、GB2312、Unicode機器指令了解機器指令的格式、與CPU之間的關(guān)系匯編語言和高級語言掌握匯編語言的概念了解高級語言的概念及其產(chǎn)生、發(fā)展原因掌握匯編語言與高級語言之間的關(guān)系48第三篇計算機軟件平臺軟件運行平臺第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制了解操作系統(tǒng)各種外在表現(xiàn)的實質(zhì)內(nèi)涵為什么多個任務能夠在一個CPU的計算機上執(zhí)行能夠用正確合理的方法使用該平臺第5章系統(tǒng)初始化及Shell編程操作系統(tǒng)脫機用戶接口的使用軟件開發(fā)平臺第6章應用軟件開發(fā)平臺開發(fā)工具、環(huán)境、中間件等49第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制

覆蓋規(guī)范知識點PT.os.4并發(fā)（進程管理）PT.os.5調(diào)度與分派（進程管理）PT.os.6存儲管理PT.os.7設備管理PT.os.8安全與防護PT.os.9文件系統(tǒng)50第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制

學習要求1進程管理掌握進程的概念掌握并發(fā)的概念了解進程的狀態(tài)如Linux的zombie狀態(tài)產(chǎn)生掌握進程調(diào)度的概念和基本方法幫助理解多任務、多用戶系統(tǒng)的行為了解進程同步和互斥的概念了解進程間通信方式掌握線程的概念51第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制

學習要求2內(nèi)存管理掌握內(nèi)存管理的基本思路掌握頁式內(nèi)存管理的方法按區(qū)（塊、頁）分配進一步理解存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)掌握虛擬內(nèi)存管理的思想和方法預裝入、按需裝入、LRU算法、垃圾淘汰隊列為其他類似問題提供解決思路52第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制

學習要求3信息存儲的管理掌握磁盤空間的管理和分配方式理解磁盤碎片的產(chǎn)生掌握文件的概念和管理目錄、文件名的組織有助于理解各種文件管理工具的機制，如文件恢復軟件、掌握合理的文件清除方式53第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制

學習要求4信息存儲的管理掌握文件的操作和保護機制有助于理解文件系統(tǒng)的行為，如文件的打開和關(guān)閉，有助于正確使用文件系統(tǒng)掌握虛擬文件系統(tǒng)的概念和機制理解多文件系統(tǒng)的支持，如為什么Linux需要mount文件系統(tǒng)54第4章操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制

學習要求5外設管理掌握實現(xiàn)多樣外設訪問的機制統(tǒng)一接口，思想掌握驅(qū)動程序的概念和基本結(jié)構(gòu)直接控制式、中斷方式了解設備的分配方式掌握提高外設訪問性能的方法虛擬設備、中斷、緩沖55第5章系統(tǒng)初始化及Shell編程

覆蓋規(guī)范知識點SA.os.1操作系統(tǒng)安裝PT.os.12腳本語言編程56第5章系統(tǒng)初始化及Shell編程

學習要求1計算機系統(tǒng)初始化了解計算機啟動過程掌握術(shù)語：BIOS、引導扇區(qū)、引導裝載程序了解操作系統(tǒng)的啟動過程有助于理解操作系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)機制57第5章系統(tǒng)初始化及Shell編程

學習要求2CMOS設置掌握基本的CMOS設置操作系統(tǒng)安裝掌握基本的操作系統(tǒng)安裝過程進一步理解操作系統(tǒng)的實現(xiàn)機制引導裝載程序、引導扇區(qū)、操作系統(tǒng)58第5章系統(tǒng)初始化及Shell編程

學習要求3Shell編程了解Shell的機制理解Shell的本質(zhì)、多個Shell版本的原因、Shell的配置文件掌握基本的Shell命令掌握基本Shell腳本的編寫脫機管理系統(tǒng)59第6章應用軟件開發(fā)平臺

學習要求1了解各種高級程序設計語言軟件開發(fā)的基礎開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境了解各種開發(fā)工具的基本功能和作用了解集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)平臺中的可重用代碼理解重用的概念了解各種重用代碼的名稱和作用函數(shù)、類、組件、框架等60第四篇計算機網(wǎng)絡平臺所有聯(lián)網(wǎng)的計算機構(gòu)成一個大的網(wǎng)絡平臺，共同提供服務了解網(wǎng)絡平臺的概念和服務第7章網(wǎng)絡平臺的服務掌握網(wǎng)絡平臺的基本知識第8章網(wǎng)絡平臺基礎知識61第7章網(wǎng)絡平臺的服務

覆蓋規(guī)范知識點SA.os.4服務器服務FTP、HTTP、電子郵件SA.os.5客戶機服務SA.os.6支持62第7章網(wǎng)絡平臺的服務

學習要求1了解網(wǎng)絡平臺的概念、功能了解實現(xiàn)網(wǎng)絡平臺服務的基本架構(gòu)C/SB/SP2P了解網(wǎng)絡平臺提供的幾種典型的服務Web服務電子郵件服務FTP服務掌握服務的功能及實現(xiàn)的機制63第7章網(wǎng)絡平臺的服務

學習要求2Web服務掌握Web服務的構(gòu)成Web服務器、HTTP協(xié)議、瀏覽器相關(guān)術(shù)語：URL、HTML、動態(tài)網(wǎng)頁了解Web服務性能提高的方式掌握基本概念，如代理服務器、鏡像服務器等為配置Web服務器、網(wǎng)站建設（管理開發(fā)）提供足夠的支持64第7章網(wǎng)絡平臺的服務

學習要求3電子郵件服務郵件服務器、用戶代理、SMTP協(xié)議、POP3協(xié)議MIME及BASE64編碼郵件地址、Webmail為配置郵件服務器提供足夠的支持FTP服務FTP服務器、客戶端、FTP協(xié)議基本術(shù)語：控制連接、數(shù)據(jù)連接、主動模式、被動模式（內(nèi)網(wǎng)配置）65第8章網(wǎng)絡平臺基礎知識

覆蓋規(guī)范知識點SA.os.2配置SA.os.3維護SA.os.4服務器服務DHCP協(xié)議、域名解析、SNMP網(wǎng)管協(xié)議SA.os.6支持66第8章網(wǎng)絡平臺基礎知識

學習要求1了解網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)的基本機制掌握網(wǎng)絡平臺的基