南京大學(xué)《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課件-第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

匯報(bào)人：鄭老師2023-12-31南京大學(xué)《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課件-第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論目錄計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的功能目錄常見(jiàn)的操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)01計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程03代表性的機(jī)械計(jì)算機(jī)有帕斯卡加法器、萊布尼茨乘法器和英國(guó)“差分機(jī)”。01機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代始于17世紀(jì)，當(dāng)時(shí)使用齒輪等機(jī)械部件制造計(jì)算裝置。02這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)主要用于解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，如航海和天文學(xué)計(jì)算。機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)采用電子管作為主要計(jì)算元件，體積龐大、耗能高、可靠性差。電子計(jì)算機(jī)時(shí)代經(jīng)歷了從真空管到晶體管的過(guò)渡，主要用于軍事、科研和數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域。電子計(jì)算機(jī)時(shí)代始于20世紀(jì)初，標(biāo)志性事件是ENIAC的誕生。電子計(jì)算機(jī)時(shí)代微型計(jì)算機(jī)時(shí)代始于20世紀(jì)70年代初，標(biāo)志性產(chǎn)品是AppleI和IBMPC的發(fā)布。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)采用集成電路作為計(jì)算元件，體積小、耗能低、可靠性高。微型計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于商業(yè)、家庭和教育等領(lǐng)域，成為信息時(shí)代的代表。微型計(jì)算機(jī)時(shí)代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)時(shí)代始于20世紀(jì)90年代初，標(biāo)志性事件是互聯(lián)網(wǎng)的普及。這一時(shí)期的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息交流。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)時(shí)代推動(dòng)了電子商務(wù)、社交媒體和云計(jì)算等新興領(lǐng)域的發(fā)展，深刻改變了人們的生活和工作方式。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)時(shí)代02計(jì)算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)中央處理器（CPU）是計(jì)算機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。CPU的性能指標(biāo)包括主頻、核心數(shù)、緩存大小等，主頻越高、核心數(shù)越多，CPU的處理能力越強(qiáng)。CPU由運(yùn)算器和控制器組成，運(yùn)算器負(fù)責(zé)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)部件的工作。CPU的制造工藝和設(shè)計(jì)架構(gòu)也會(huì)影響其性能，先進(jìn)的制造工藝和優(yōu)秀的架構(gòu)能夠提高CPU的執(zhí)行效率和能效。中央處理器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的部件。主存儲(chǔ)器（RAM）是計(jì)算機(jī)斷電后數(shù)據(jù)丟失的存儲(chǔ)器，用于存放運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器按照存儲(chǔ)速度和訪問(wèn)方式，存儲(chǔ)器可以分為高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）、主存儲(chǔ)器（RAM）和輔助存儲(chǔ)器（硬盤(pán)、光盤(pán)等）。輔助存儲(chǔ)器（硬盤(pán)、光盤(pán)等）是計(jì)算機(jī)永久性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的介質(zhì)，可以長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，即使斷電也不會(huì)丟失。輸入輸出設(shè)備01輸入輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)中用于輸入和輸出數(shù)據(jù)的部件。02常見(jiàn)的輸入設(shè)備包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀、攝像頭等，用于將用戶(hù)輸入的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。03常見(jiàn)的輸出設(shè)備包括顯示器、打印機(jī)、音響等，用于將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)輸出給用戶(hù)。04輸入輸出設(shè)備的性能和特點(diǎn)也會(huì)影響計(jì)算機(jī)的整體性能和使用體驗(yàn)，例如顯示器的分辨率和刷新率、打印機(jī)的打印質(zhì)量和速度等。03計(jì)算機(jī)的工作原理123二進(jìn)制數(shù)是計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息的表示方式，由0和1組成。二進(jìn)制數(shù)的定義二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算包括加法、減法、乘法和除法，其運(yùn)算規(guī)則與十進(jìn)制數(shù)不同。二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)需要進(jìn)行除2取余操作，將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)需要進(jìn)行按權(quán)展開(kāi)操作。二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的概念指令的定義指令是計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作的命令，由操作碼和操作數(shù)組成。程序的定義程序是一系列指令的有序集合，用于完成特定的任務(wù)。指令的執(zhí)行過(guò)程指令被計(jì)算機(jī)讀取后，經(jīng)過(guò)取指令、解碼、執(zhí)行和寫(xiě)回等步驟完成指令的執(zhí)行。指令和程序運(yùn)算器的組成運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元、累加器、寄存器等組成，其中算術(shù)邏輯單元是運(yùn)算器的核心部件。運(yùn)算過(guò)程的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過(guò)程具有高速、精確、自動(dòng)化等特點(diǎn)，能夠快速處理大量的數(shù)據(jù)和信息。運(yùn)算器的功能運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)中用于進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件，主要完成二進(jìn)制數(shù)的加、減、乘、除等運(yùn)算。計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過(guò)程04操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，為用戶(hù)和應(yīng)用程序提供便利的接口。操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、系統(tǒng)監(jiān)控、用戶(hù)界面等。適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，將作業(yè)放入隊(duì)列中等待處理。批處理操作系統(tǒng)允許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)與系統(tǒng)交互，按時(shí)間片分配系統(tǒng)資源。分時(shí)操作系統(tǒng)適用于需要快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，具有高度可靠性和實(shí)時(shí)性。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)分類(lèi)操作系統(tǒng)能夠同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)或事件。并發(fā)性系統(tǒng)資源被多個(gè)進(jìn)程共享，通過(guò)資源管理和調(diào)度實(shí)現(xiàn)公平合理的使用。共享性通過(guò)技術(shù)手段將物理實(shí)體或資源轉(zhuǎn)換為邏輯上的表示或模擬。虛擬性操作系統(tǒng)需要具備穩(wěn)定性和可靠性，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的完整性。穩(wěn)定性操作系統(tǒng)的基本特征05操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源，為用戶(hù)提供便利的操作界面和開(kāi)發(fā)環(huán)境。操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、系統(tǒng)監(jiān)控、用戶(hù)界面和系統(tǒng)安全等方面。操作系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，操作系統(tǒng)可以分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和終止等操作，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行和資源共享。進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件管理設(shè)備管理操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配、回收和保護(hù)等操作，確保程序的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全性。操作系統(tǒng)提供文件存儲(chǔ)、檢索和管理等功能，方便用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和使用。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、分配和調(diào)度等操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常工作和高效利用。操作系統(tǒng)的功能06常見(jiàn)的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)具有進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理和設(shè)備管理等功能，確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。操作系統(tǒng)分類(lèi)根據(jù)使用場(chǎng)景和功能，操作系統(tǒng)可分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、移動(dòng)操作系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，提供用戶(hù)與計(jì)算機(jī)交互的接口。操作系統(tǒng)概述由微軟公司開(kāi)發(fā)的桌面操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備。Windows蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的桌面操作系統(tǒng)，主要用于蘋(píng)果電腦。macOS開(kāi)源的桌面操作系統(tǒng)，具有高度的可定制性和靈活性。Linux常見(jiàn)的桌面操作系統(tǒng)WindowsServer微軟公司開(kāi)發(fā)的服務(wù)器操作系統(tǒng)，提供企業(yè)級(jí)應(yīng)用和服務(wù)的支持。Unix/Linux傳統(tǒng)的服務(wù)器操作系統(tǒng)，具有高可靠性和穩(wěn)定性。LinuxServer開(kāi)源的服務(wù)器操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等領(lǐng)域。常見(jiàn)的服務(wù)器操作系統(tǒng)由谷歌公司開(kāi)發(fā)的移動(dòng)操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)和平板電腦。Android蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的移動(dòng)操作系統(tǒng)，主要用于蘋(píng)果公司的iPhone、iPad等設(shè)備。iOS常見(jiàn)的移動(dòng)操作系統(tǒng)07數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)壓縮多媒體數(shù)據(jù)表示計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用不同的編碼方式來(lái)表示圖像、音頻和視頻等多媒體數(shù)據(jù)，例如JPEG、MP3和MPEG等。二進(jìn)制表示法計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)制，因?yàn)槎M(jìn)制只有0和1兩種狀態(tài)，適合邏輯運(yùn)算，易于物理實(shí)現(xiàn)且抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)值數(shù)據(jù)表示計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示法來(lái)表示整數(shù)，最高位為符號(hào)位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1。字符數(shù)據(jù)表示計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用ASCII碼來(lái)表示字符，每個(gè)字符用一個(gè)字節(jié)表示，最高位為0。數(shù)據(jù)表示輸入標(biāo)題有損壓縮無(wú)損壓縮數(shù)據(jù)壓縮無(wú)損壓縮算法能夠完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，不會(huì)產(chǎn)生任何損失。常見(jiàn)的無(wú)損壓縮算法有Huffman編碼、LZ77和LZ78等。字典編碼算法利用數(shù)據(jù)中重復(fù)出現(xiàn)的模式進(jìn)行壓縮，常見(jiàn)的字典編碼算法有LZW和BWT等。最佳編碼算法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的最佳效果，但計(jì)算復(fù)雜度較高。常見(jiàn)的最佳編碼算法有霍夫曼編碼和算術(shù)編碼等。有損壓縮算法會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度的失真或簡(jiǎn)化，以換取更高的壓縮比。常見(jiàn)的有損壓縮算法有JPEG和MPEG等。字典編碼最佳編碼08數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與文件系統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)硬盤(pán)、SSD、U盤(pán)、光盤(pán)等，每種存儲(chǔ)介質(zhì)有其特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。存儲(chǔ)容量隨著技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)容量越來(lái)越大，滿足用戶(hù)對(duì)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。數(shù)據(jù)安全數(shù)據(jù)加密、備份、恢復(fù)等手段確保數(shù)據(jù)的安全性。存儲(chǔ)技術(shù)RAID、快照、鏡像等技術(shù)提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和性能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件管理方式目錄結(jié)構(gòu)、文件路徑、文件名等，方便用戶(hù)查找和管理文件。文件權(quán)限對(duì)文件的讀、寫(xiě)、執(zhí)行等操作進(jìn)行權(quán)限控制，保護(hù)文件的安全。文件類(lèi)型文本、圖片、音頻、視頻等不同類(lèi)型文件，滿足用戶(hù)多樣化的需求。文件壓縮與解壓減小文件體積，節(jié)省存儲(chǔ)空間，提高傳輸效率。文件系統(tǒng)09數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集通過(guò)各種方式獲取原始數(shù)據(jù)，如調(diào)查、觀察、實(shí)驗(yàn)等。數(shù)據(jù)清洗對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如去除重復(fù)、異常值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)或其他存儲(chǔ)介質(zhì)中，以便后續(xù)分析和處理。數(shù)據(jù)檢索根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)和提取。數(shù)據(jù)處理A