《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)（第2版）》高職全套教學(xué)課件

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第1章

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第2章

操作系統(tǒng)第3章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和安全第4章

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)第5章

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第6章

軟件工程基礎(chǔ)第7章

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

第8章

新一代信息技術(shù)全套可編輯PPT課件第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)全套可編輯PPT課件1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)1.1計(jì)算機(jī)概述1.2計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1.4計(jì)算機(jī)的基本工作原理1.5計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1.1計(jì)算機(jī)概述

計(jì)算機(jī)的誕生計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段

計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)1.1.1計(jì)算機(jī)的誕生

1.1.1計(jì)算機(jī)的誕生馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容包括三點(diǎn)：一是計(jì)算機(jī)基本硬件系統(tǒng)由五大功能部件構(gòu)成，即運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備；二是計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和運(yùn)算：三是計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和指令均存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制執(zhí)行。根據(jù)馮?諾依曼提出的改進(jìn)方案，科學(xué)家們研制出人類(lèi)第一臺(tái)具有存儲(chǔ)程序功能的計(jì)算機(jī)——EDVAC（Electmnic

Discrete

Variable

Automatic

Computer），即離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)。EDVAC完全符合馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，是世界上第一臺(tái)真正意義上的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)。人類(lèi)用于計(jì)算的工具從自己的手指到找尋的樹(shù)枝、石塊，從算盤(pán)、算尺再到電子計(jì)算機(jī)，這是一個(gè)由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程經(jīng)歷了上萬(wàn)年。而電子計(jì)算機(jī)自從1946

年誕生以來(lái)僅走過(guò)了幾十年，就由每秒計(jì)算幾干次發(fā)展到幾百億次，由單一的數(shù)學(xué)計(jì)算發(fā)展到應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)城。由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)已成為本供紀(jì)發(fā)展最快的一門(mén)學(xué)科。1.1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段標(biāo)志時(shí)間性能指標(biāo)第一代電子管計(jì)算機(jī)20世紀(jì)40年代中到50年代后期體積龐大、運(yùn)算速度低（一般每秒幾千次到幾萬(wàn)次），成本高、可靠性差，內(nèi)存容量小。這個(gè)時(shí)期的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，從事軍事和科學(xué)研究方面的工作。第二代晶體管計(jì)算機(jī)20世紀(jì)50年代后期到60年代計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度已提高到每秒幾十萬(wàn)次。體積已大大減小，可靠性和內(nèi)存容量也較大的提高。第三代集成電路計(jì)算機(jī)20世紀(jì)60年代中期到70年代計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度也提高到每秒幾十萬(wàn)次到幾百萬(wàn)次，可靠性和存儲(chǔ)容量進(jìn)一步提高，外部設(shè)備種類(lèi)繁多，計(jì)算機(jī)和通信密切結(jié)合起來(lái)。廣泛地應(yīng)用到科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理、事務(wù)管理、工業(yè)控制等領(lǐng)域。第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)20世紀(jì)70年代初期至今計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為特征的時(shí)代。

計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可達(dá)到每秒上千萬(wàn)次到萬(wàn)億次。

計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量和可靠性又有了很大提高。1.1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段目前新一代計(jì)算機(jī)正處在設(shè)想和研制階段。新一代計(jì)算機(jī)是把信息采集、存儲(chǔ)處理、通信和人工智能結(jié)合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也就是說(shuō)，新一代計(jì)算機(jī)由處理數(shù)據(jù)信息為主，轉(zhuǎn)向處理知識(shí)信息為主，如獲取、表達(dá)、存儲(chǔ)及應(yīng)用知識(shí)等，并有推理、聯(lián)想和學(xué)習(xí)（如理解能力、適應(yīng)能力、思維能力等）等人工智能方面的能力。能幫助人類(lèi)開(kāi)拓未知的領(lǐng)域和獲取新的知識(shí)。1.1.3

計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

計(jì)算速度快計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度（也稱(chēng)處理速度）用MIPS來(lái)衡量?，F(xiàn)代的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度在幾十MIPS以上，巨型計(jì)算機(jī)的速度可達(dá)到千萬(wàn)個(gè)

MIPS。計(jì)算機(jī)如此高的運(yùn)算速度是其他任何計(jì)算工具無(wú)法比擬的，它使得過(guò)去需要幾年甚至幾十年才能完成的復(fù)雜運(yùn)算任務(wù)，現(xiàn)在只需幾天、兒小時(shí)，甚至更短的時(shí)間就可完成。這正是計(jì)算機(jī)被廣泛使用的主要原因之一。

計(jì)算精度高一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)有幾十位有效數(shù)字，而且理論上還可更高。因力數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是用二進(jìn)制數(shù)編碼的，數(shù)的精度主要由這個(gè)數(shù)的二進(jìn)制碼的位數(shù)決定，可以通過(guò)增加數(shù)的二進(jìn)制位數(shù)來(lái)提高精度，位數(shù)越多精度就越高。1.1.3

計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

記憶能力強(qiáng)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器類(lèi)似于人的大腦，可以“記憶”（存儲(chǔ)）大量的數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)程序而不丟失，在計(jì)算的同時(shí)，還可把中間結(jié)果存儲(chǔ)起來(lái)，供以后使用。

高度自動(dòng)化計(jì)算機(jī)的內(nèi)部操作都是按事先編寫(xiě)并存入計(jì)算機(jī)的程序自動(dòng)進(jìn)行的，一般程序編制好，輸人計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)就可以白動(dòng)完成程序指定的一系列操作，而不需要人工干預(yù)。1.1.3

計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

具有一定的邏輯判斷能力計(jì)算機(jī)在程序的執(zhí)行過(guò)程中，會(huì)根據(jù)上一步的執(zhí)行結(jié)果，運(yùn)用邏輯判斷方法自動(dòng)確定下一步的執(zhí)行命令，正是因?yàn)橛?jì)算機(jī)具有這種邏輯判斷能力，使得計(jì)算機(jī)不僅能解決數(shù)值計(jì)算問(wèn)題，而且能解決非數(shù)值計(jì)算問(wèn)題，比如信息檢索、圖像識(shí)別等。

可靠性高由于采用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)具有非常高的可靠性?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)不僅可以用于數(shù)值計(jì)算，還可以用于數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制、輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和辦公自動(dòng)化，具有很強(qiáng)的通用性。

1.1.4

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算（數(shù)值計(jì)算）科學(xué)計(jì)算也稱(chēng)數(shù)值計(jì)算。計(jì)算機(jī)最開(kāi)始是為解決科學(xué)礦究和工程設(shè)計(jì)中遇到的大量數(shù)學(xué)問(wèn)題而研制的計(jì)算工具。在這些大量的數(shù)學(xué)問(wèn)題中絕大多數(shù)都是一些數(shù)值運(yùn)算，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)值計(jì)算在現(xiàn)代科學(xué)研究中的地位不斷提高，在尖端科學(xué)領(lǐng)域中，顯得尤為重要。例如，人造衛(wèi)星軌跡的計(jì)算，房屋抗震強(qiáng)度的計(jì)算，火箭、宇宙飛船的研究設(shè)計(jì)都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的精確計(jì)算。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人類(lèi)社會(huì)的各領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用都取得了許多重大突破，就連每天收聽(tīng)、收看的天氣預(yù)報(bào)都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的科學(xué)計(jì)算。1.1.4

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用數(shù)據(jù)處理（信息處理）在科學(xué)研究和工程技術(shù)中，會(huì)得到大量的原始數(shù)據(jù)，其中包話大量圖片、文字、聲音等信息處理就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分類(lèi)、排序、存儲(chǔ)、計(jì)算、傳輸、制表等操作。目前計(jì)算機(jī)的信息處理應(yīng)用已非常普遍，如人事管理、庫(kù)存管理、財(cái)務(wù)管理、圖書(shū)資料管理、商業(yè)數(shù)據(jù)交流、情報(bào)檢索，經(jīng)濟(jì)管理等。

信息處理已成為當(dāng)代計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)，是現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理的工作量占全部計(jì)算應(yīng)用的80%以上。大大提高了工作效率，提高了管理水平。1.1.4

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用自動(dòng)控制自動(dòng)控制是指通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)某一過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)操作，它不需人工不預(yù)，能按人預(yù)定的目標(biāo)和狀態(tài)進(jìn)行過(guò)程控制。所謂過(guò)程控制是指對(duì)操作數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、檢測(cè)、處理和判斷，按最佳值進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程。目前被廣泛用于操作復(fù)雜的鋼鐵企業(yè)、石油化工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等生產(chǎn)中。使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制可大大提高控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，提高勞動(dòng)效凈，產(chǎn)品質(zhì)量，降低或本，縮短生產(chǎn)周期。

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制還在國(guó)防和航空航天領(lǐng)域中起決定性作用，例如，無(wú)人駕駛飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等飛行器的控制，都是靠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的?？梢哉f(shuō)計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代國(guó)防和航空航天領(lǐng)域的神經(jīng)中樞。1.1.4

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助教學(xué)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAided

Design,CAD）是指借助計(jì)算機(jī)的幫助，人們可以自動(dòng)或半自動(dòng)地完成各類(lèi)工程設(shè)計(jì)工作。目前CAD技術(shù)已應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)、船舶設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)等。在京九鐵路的勘測(cè)設(shè)計(jì)中，使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)繪制一張圖紙僅需幾小時(shí)，而過(guò)去人工完成同樣工作則要一周甚至更長(zhǎng)時(shí)間?？梢?jiàn)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高工作效率，節(jié)省人力、物力和財(cái)力，更重要的是提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。CAD已得到各國(guó)工程技術(shù)人員的高度重視。有些國(guó)家已把CAD和計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer

Aided

Manufacturing）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（Computer

Aided

Test）及計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer

Aided

Engineering）組成一個(gè)集成系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和管理有機(jī)地組成為一體，形成高度的自動(dòng)化系統(tǒng)，因此，產(chǎn)生了自動(dòng)化生產(chǎn)線和“無(wú)人工廠”。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer

Aided

Instruction,CAl）是指用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助完成教學(xué)計(jì)劃或模擬某個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。計(jì)算機(jī)可按不同要求，分別提供所需教材內(nèi)容，還可以個(gè)別教學(xué)，及吋指出該學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，根據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)該生的測(cè)試成績(jī)決定該生的學(xué)習(xí)從一個(gè)階段進(jìn)入另一個(gè)階段。CAI

不僅能減輕教師的負(fù)擔(dān)，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)現(xiàn)代化高質(zhì)量人才提供了有效方法。1.1.4

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用人工智能方面的研究和應(yīng)用人工智能（ArtifieialIntelligence,AI）人工智能是指計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。人工智能是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)新的領(lǐng)域，這方面的研究和應(yīng)用正處于發(fā)展階段，在醫(yī)療診斷、定理證明、語(yǔ)言翻譯、機(jī)器人等方面，已有了顯著的成效。例如，用計(jì)算機(jī)模擬人腦的部分功能進(jìn)行思維學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和決策，使計(jì)算機(jī)具有一定“思維能力”。我國(guó)已開(kāi)發(fā)成功一些中醫(yī)專(zhuān)家診斷系統(tǒng)，可以模擬名醫(yī)給患者診病開(kāi)方。機(jī)器人是計(jì)算機(jī)人工智能的典型例子，機(jī)器人的核心是計(jì)算機(jī)。第一代機(jī)器人是機(jī)械手；第二代機(jī)器人對(duì)外界信息能夠反饋，有一定的觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)；第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，具有感知和理解周?chē)h(huán)境，使用語(yǔ)言、推理、規(guī)劃和操縱工具的技能，模仿人完成某些動(dòng)作。機(jī)器人不怕疲勞，精確度高，適應(yīng)力強(qiáng)，現(xiàn)已開(kāi)始用于搬運(yùn)、噴漆、焊接、裝配等工作中。機(jī)器人還能代替人在危險(xiǎn)工作中進(jìn)行繁重的勞動(dòng)，如在有放射線、污染有毒、高溫、低溫、高壓、水下等環(huán)境中工作。1.1.4

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用多媒體技術(shù)應(yīng)用隨著電子技術(shù)特別是通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)有能力把文本、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)、圖形和圖像等各種媒體綜合起米，構(gòu)成一種全新的概念——多媒體（Multimedia）。在醫(yī)療、教育、商業(yè)、銀行、保險(xiǎn)、行政管理、軍事、工業(yè)、廣播和出版等領(lǐng)域中，多媒體的應(yīng)用發(fā)展很快。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步深入社會(huì)的各行各業(yè)，通過(guò)高速信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的查詢、高速通信服務(wù)（電子郵件、電視電話、電視會(huì)議、文檔傳輸）、電子教育、電子娛樂(lè)、電子購(gòu)物（通過(guò)網(wǎng)絡(luò)選看商品、辦理購(gòu)物手續(xù)、質(zhì)量投訴等）、遠(yuǎn)程醫(yī)療和會(huì)診、交通信息管理等。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用將推動(dòng)信息社會(huì)更快地向前發(fā)展。1.1.5

計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)1.計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)

（1）微型化微型計(jì)算機(jī)已進(jìn)入儀器、儀表、家用電器等小型儀器設(shè)備中，同時(shí)也作為工業(yè)控制過(guò)程的心臟，使儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)“智能化”。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，筆記本型、掌上型等微型計(jì)算機(jī)必將以更優(yōu)的性能價(jià)格比受到人們的歡迎。（2）高速化高速化是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度高、存儲(chǔ)容量大、功能強(qiáng)。目前正在研制的計(jì)算機(jī)其運(yùn)算速度可達(dá)每秒百億次。1.1.5

計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)1.計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)

（3）網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化是計(jì)算機(jī)發(fā)展的又一個(gè)重要趨勢(shì)。從單機(jī)走向聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展的必然結(jié)果。所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，是指用現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)把分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)規(guī)模大、功能強(qiáng)、可以互相通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化的目的是使網(wǎng)絡(luò)中的軟件、硬件和數(shù)據(jù)等資源能被網(wǎng)絡(luò)上的用戶共享。目前，大到世界范圍的通信網(wǎng)，小到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的局域網(wǎng)已經(jīng)很普及，互聯(lián)網(wǎng)（Internet）已經(jīng)連接包括我國(guó)在內(nèi)的150多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了多種資源的共享和處理，提高了資源的使用效率，因而深受廣大用戶的歡迎，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.1.5

計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)1.計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)

（4）智能化智能化使計(jì)算機(jī)具有模擬人的感覺(jué)和思維過(guò)程的能力，使計(jì)算機(jī)成為智能計(jì)算機(jī)。這也是目前正在研制的新一代計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)的日標(biāo)。智能化的研究包括模式識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言的生成和理解、博弈、定理自動(dòng)證明、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、專(zhuān)家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)系統(tǒng)和智能機(jī)器人等。目前，已研制出多種具有人的部分智能的機(jī)器人。（5）多媒體化多媒體是當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最引人注目的高新技術(shù)之一。多媒體計(jì)算機(jī)就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)和大眾傳播技術(shù)，來(lái)綜合處理多種媒體信息的計(jì)算機(jī)。這些信息包括文本、視頻圖像、圖形、聲音、文字等。多媒體技術(shù)使多種信息建立了有機(jī)聯(lián)系，并集成為一個(gè)具有人機(jī)交互性的系統(tǒng)。多媒體計(jì)算機(jī)將真正改善人機(jī)界面，使計(jì)算機(jī)朝著人類(lèi)接受和處理信息的最自然的方式發(fā)展。1.1.5

計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)2.新一代計(jì)算機(jī)的設(shè)想目前我們正處在第五、六代計(jì)算機(jī)發(fā)展的階段。新一代計(jì)算機(jī)的研制不光是技術(shù)上的問(wèn)題，還要考慮設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)理念的更新改進(jìn)。對(duì)新一代計(jì)算機(jī)的要求有一些共同點(diǎn)。（1）新一代計(jì)算機(jī)必須是高速化和智能化的。（2）具有問(wèn)題求解和推理能力。（3）具有知識(shí)庫(kù)管理功能。（4）具有智能接口和智能程序設(shè)計(jì)功能。1.1.5

計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)2.計(jì)算機(jī)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)（1）集成化與運(yùn)算速度的挑戰(zhàn)集成化實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的微型化，低功耗，但作為物理狀態(tài)，在一個(gè)小小的硅片上所能集成的元件、電路是有限的。高速運(yùn)算下的芯片溫度將升高，變得不穩(wěn)定，這構(gòu)成了芯片發(fā)展的瓶頸。（2）智能化的出路在何方計(jì)算機(jī)就運(yùn)算速度，記憶能力方面比人腦強(qiáng)，但在邏輯推理，圖像識(shí)別方面則差得太多，因此，當(dāng)前所有計(jì)算機(jī)的動(dòng)作都是根據(jù)人們制定的程序?qū)θ藗兘o出的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的操作。（3）網(wǎng)絡(luò)化與安全化的挑戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)給人們帶來(lái)了無(wú)限的好處，但隨之而來(lái)的是黑客橫行、網(wǎng)上犯罪、病毒肆虐。特別是電子銀行，電子商務(wù)出現(xiàn)后，如何保證安全已是刻不容緩的問(wèn)題。所以網(wǎng)絡(luò)安全已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)中的熱門(mén)問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全已引起社會(huì)的高度重視。1.2

計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算

數(shù)據(jù)與信息數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換非數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位1.2.1

數(shù)據(jù)與信息計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來(lái)保存數(shù)據(jù)和信息。無(wú)論是指令還是數(shù)據(jù)，若想存入計(jì)算機(jī)，都必須采用二進(jìn)制數(shù)編碼形式，即使是圖形、圖像、聲音等信息，也必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制才能存入計(jì)算機(jī)中。為什么在計(jì)算機(jī)中必須使用二進(jìn)制數(shù)，而不使用人們習(xí)慣的小進(jìn)制數(shù)？原因在于以下幾點(diǎn)。1.易于物理實(shí)現(xiàn)因?yàn)榫哂袃煞N穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件很多，例如，電路的導(dǎo)通與截止、電壓的高與低、磁性材料的正向極化與反向極化等。它們恰好對(duì)應(yīng)表示1和0兩個(gè)符號(hào)。2.機(jī)器可靠性高由于電壓的商低、電流的有無(wú)等都是一種躍變，兩種狀態(tài)分明，所以0和1兩個(gè)數(shù)的傳輸和處理抗干擾性強(qiáng)，不易出錯(cuò)，鑒別信息的可靠性好。3.運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則比較簡(jiǎn)單，例如，二進(jìn)制數(shù)的四則運(yùn)算法則分別只有三條。由于二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算法則少，使計(jì)算機(jī)運(yùn)算器的硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，控制也就簡(jiǎn)單多了。雖然在計(jì)算機(jī)內(nèi)部都使用二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示各種信息，但計(jì)算機(jī)仍采用人們熟悉和便于閱談的形式與外部聯(lián)系，如十進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)據(jù)、文字和圖形信息等，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將各種形式的信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的形式并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部。1.2.2

數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示數(shù)制，但稱(chēng)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(lái)表示數(shù)值的方法。數(shù)制可分為非進(jìn)位計(jì)數(shù)制和進(jìn)位計(jì)數(shù)制兩種。非進(jìn)位計(jì)數(shù)制的數(shù)碼表示的數(shù)值大小與它在數(shù)中的位置無(wú)關(guān)；而進(jìn)位計(jì)數(shù)制的數(shù)碼所表示的數(shù)值大小則與它在數(shù)中所處的位置有關(guān)。而我們?cè)谶@里討論的數(shù)制指的都是進(jìn)位計(jì)數(shù)制。

進(jìn)制是進(jìn)位計(jì)數(shù)制的簡(jiǎn)稱(chēng)，是日前世界上使用量廣泛的一種計(jì)數(shù)方法，它有基數(shù)和位權(quán)兩個(gè)要素。各進(jìn)制之間的對(duì)照情況如表所示。1.2.2

數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

二進(jìn)制十進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000000000011110010222001133301004440101555011166610007771.2.2

數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

二進(jìn)制十進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制100081081001911910101012A10111113B11001214C11011315D11101416E11111517F1.2.3

不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換用計(jì)算機(jī)處理十進(jìn)制數(shù)，必須先把它轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)才能被計(jì)算機(jī)所接受，同理，計(jì)算結(jié)果應(yīng)將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成人們習(xí)慣的十進(jìn)制數(shù)。這就產(chǎn)生了不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。1.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成其他進(jìn)制將一個(gè)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)的方法可歸納為把被轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制整數(shù)反復(fù)除以2，直到商為0，所得的余數(shù)（從末位讀起）就是這個(gè)數(shù)的二進(jìn)制表示。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是“除2取余法”。十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制整數(shù)的方法是“除8取余法”，十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)的方法是“除16取余法”。十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)是將十進(jìn)制小數(shù)連續(xù)乘以2，選取進(jìn)位整數(shù)，直到滿足精度或小數(shù)部分得零為止，并將整數(shù)部分正排序，簡(jiǎn)稱(chēng)“乘2取整法”。十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制小數(shù)的方法是“乘8取整法”，十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)的方法是“乘16取整法”。1.2.3

不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

2.非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法是，將二進(jìn)制數(shù)按其權(quán)值展開(kāi)后相加即可。同理，非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的方法是，把各個(gè)非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)求和即可。如把二進(jìn)制數(shù)（八進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)）寫(xiě)成2（8或16）的各次冪之和的形式，然后再計(jì)算其結(jié)果。1.2.3

不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

1.2.3

不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

1.2.4非數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示

1.2.4非數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示2.中文字符（1）漢字輸入碼：由輸入設(shè)備產(chǎn)生的漢字編碼，如區(qū)位碼、國(guó)標(biāo)碼、拼音碼、新全拼、新雙拼、五筆字型碼、簡(jiǎn)碼、表形碼、自然碼、智能ABC漢字輸入碼等。（2）漢字內(nèi)碼：用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)和處理的漢字編碼，通常由該漢字的國(guó)標(biāo)碼的兩個(gè)字節(jié)（最高位置“1”）形成。（3）漢字字形碼：確定一個(gè)漢字字形點(diǎn)陣的編碼，用于漢字顯示和打印輸出。保留在存儲(chǔ)介質(zhì)中的全部漢字字形碼稱(chēng)為字庫(kù)。（4）漢字交換碼：用于在不同的漢字信息處理系統(tǒng)之間或與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換。（5）漢字地址碼：表示漢字字形信息在漢字庫(kù)中的地址，用于在漢字庫(kù)中查找漢家字形信息的漢字地址碼等。1.2.4非數(shù)值數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示3.其他形式數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示在計(jì)算機(jī)中，所有數(shù)據(jù)均需轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制才能被計(jì)算機(jī)接收和處理，數(shù)偵數(shù)據(jù)和字符數(shù)據(jù)如此，其他形式的多媒體數(shù)據(jù)亦是如此。在計(jì)算機(jī)中，聲音往往用波形文件、MIDI音樂(lè)文件或壓縮音頻文件（MP3）方式表示；圖像的表示主要有位圖編碼和矢量編碼兩種方式；視頻則由一系列的“幀”組成，每幀實(shí)際上是一幅靜止的圖像，需要連續(xù)播放才會(huì)變成動(dòng)畫(huà)。當(dāng)然，這些形式的多媒體數(shù)據(jù)其基本的組成單位也最終要被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的代碼形式。1.2.5計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單位

了解計(jì)算機(jī)中不同形式、不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的表示方法之后，還應(yīng)該知道計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)的度量單位，以及計(jì)算機(jī)中各常用度量單位之間的換算關(guān)系。

在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的主要度量單位有“位”（bit)和“字節(jié)”（Byte)。二進(jìn)制中的一個(gè)0或1就被稱(chēng)為一個(gè)一進(jìn)制位，簡(jiǎn)稱(chēng)位，是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位。位通常用字母“b”來(lái)表示，也可以稱(chēng)為“比特”。其實(shí)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量一般還是用字節(jié)來(lái)表示，因?yàn)樽止?jié)是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單位。守節(jié)通常用字母“B"來(lái)表示。一個(gè)字節(jié)表示8個(gè)二進(jìn)制位，例如，當(dāng)前的網(wǎng)速是1059b/s，則大致相當(dāng)于132B/S。但由于字節(jié)的存儲(chǔ)容量相對(duì)來(lái)說(shuō)太小，這……度量單位在表示目前存儲(chǔ)器容量時(shí)會(huì)使數(shù)值過(guò)火，因此，一般會(huì)使用KB、MB、GB或TB等來(lái)表示。它們之間的換算關(guān)是20，也就是以1024為換算單位，即1KB=1024B,IMB=1024KB,1CB=1024MB·..1.3

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

硬件系統(tǒng)組成及各部分功能軟件系統(tǒng)組成1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能1.運(yùn)算器

運(yùn)算器是主要完成加、減、乘、除運(yùn)算和邏輯加、邏輯乘、邏輯異或運(yùn)算及邏輯比較

運(yùn)算的邏輯部件。主要有以下4部分組成。

(1)算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU(Arithmclic

and

Logic

Unit)

ALU

主要完成對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算（加減乘除）、邏輯運(yùn)算（與、或、非、異

或）以及移位操作。在某些CPU中還有專(zhuān)門(mén)用于處理移位操作的移位器。

ALU

通常有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。監(jiān)數(shù)單元有時(shí)也稱(chēng)為IEU（lmleger

Execuir

Unit)。我們通常所說(shuō)的“CPU

是XX

位的“就是指A1L所能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)。

（2)浮點(diǎn)運(yùn)算單元

FPU(Floating

Poini

Unit）

FPU

主嬰負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算和高精度整數(shù)運(yùn)算。有些FPU還具有向量運(yùn)算的功能，另外

-些則有專(zhuān)門(mén)的向量處理單元。

（3）通用寄存器組

通用寄存器組是一組最快的存儲(chǔ)器，用來(lái)保存多加運(yùn)算的操作數(shù)和中間結(jié)果。對(duì)于80x86

指令集只支持8個(gè)通用寄存器的缺點(diǎn)，Imiec最新CPU采用了一種叫作“脊存器重命名”的技術(shù)，這種技術(shù)使80x86CPU的寄存器可以突破8個(gè)的限制，達(dá)到32個(gè)至更多。（4)專(zhuān)用寄存器

專(zhuān)用寄存器通常是一些狀態(tài)寄存器，不能通過(guò)程序改變，由CPU自己控制，表明某種狀態(tài)。1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能2.存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)，程序是計(jì)算機(jī)操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)操作的對(duì)象。存儲(chǔ)器是由存儲(chǔ)體、地址譯碼器、讀寫(xiě)控制電路、地加總線和數(shù)據(jù)總線細(xì)成。能由中央處理器直接隨機(jī)存取指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱(chēng)為主存儲(chǔ)器，贓盤(pán)、能帶，光盤(pán)等大容最存儲(chǔ)器稱(chēng)為外存儲(chǔ)器（或輔助存儲(chǔ)器）。由主存儲(chǔ)器、外部存儲(chǔ)器和相應(yīng)的軟件，組成計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能（1）存儲(chǔ)器的容量

衡量存儲(chǔ)器性能的重要指標(biāo)之一，以字或字節(jié)為單位來(lái)表示存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的總效

就得到了存儲(chǔ)器的容量。

·IKB=1024字節(jié)

?1MB=1024×1024字節(jié)

·1CB=1024×1024×1024字節(jié)

新編大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)

?1PB=1024×1024×1024×1024字節(jié)1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能（2）存儲(chǔ)器的分類(lèi)

土存儲(chǔ)器又稱(chēng)為內(nèi)存儲(chǔ)器或內(nèi)存，是指能夠通過(guò)指令中的地址直接訪向的存儲(chǔ)器，它被用來(lái)存儲(chǔ)正在被CPU使用的程序和數(shù)據(jù)。

RAM

可分為動(dòng)態(tài)(Dynamic

RAM)和靜態(tài)(Stalic

RAM)兩大類(lèi)。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器

DRAM是用MOS電路和電容米作存儲(chǔ)元件的，由于電容會(huì)放電，所以需要定時(shí)充電以維持存儲(chǔ)內(nèi)容的正確。靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM

是用雙極型電路或MOS電路的觸發(fā)器來(lái)作存儲(chǔ)元件的、沒(méi)有電容造成的刷新問(wèn)題。只要有電源正常供電，觸發(fā)器就能穩(wěn)定地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。DRAM的特點(diǎn)是高密度，低成本，高耗電量；SRAM的特點(diǎn)是高速度，低密度，高成本。

ROM為只讀存儲(chǔ)器（Read

Only

Memorr）的縮寫(xiě)。它只能讀出原有的內(nèi)容，而不能寫(xiě)人浙內(nèi)容，原有內(nèi)容由廠家一次性寫(xiě)人。并水久保存下來(lái)，當(dāng)然是非易尖的。1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能3.控制器

控制器是整個(gè)CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(Instruction

Register）、程序計(jì)數(shù)器IC(Pregram

Counler)和操作控制器OC(Operation

Controller)三個(gè)部件組成，對(duì)協(xié)調(diào)整個(gè)電腦有序工作極為重要。1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能（1)指令寄存器

指令寄存器：用以保存當(dāng)前執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令的一種寄存器。指令內(nèi)包含有確定操作類(lèi)型的操作鶴和指出操作數(shù)來(lái)源或去向的地址。指令長(zhǎng)度隨不同計(jì)算機(jī)而異，指令寄存器的長(zhǎng)度也隨之而異。計(jì)算機(jī)的所有操作都是通過(guò)分析存放在指令寄存器中的指令后再執(zhí)行的。指令寄存器的輸入端接收來(lái)自存儲(chǔ)器的指令，指令寄存器的輸出端分為兩部分。操作碼部分送到譯碼電路進(jìn)行分析、指出不指令該執(zhí)行何種類(lèi)型的操作；地址部分送到地址加法器生成有效地址后再送到存儲(chǔ)器，作為取數(shù)或存數(shù)的地址。存儲(chǔ)器可以指主存、高迷續(xù)存或當(dāng)存器錢(qián)等用來(lái)課存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)衍育器（DR)中、然后再傳送至

L。指令劃分為操作碼和地扯碼字段，由二進(jìn)制數(shù)字組成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試，以便識(shí)別所要求的操作。指令泳碼器就是做這項(xiàng)工作的。指今寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入，操作碼一經(jīng)譯碼后、即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信導(dǎo)。1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能（2）程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器：指明程序中下次要執(zhí)行的指令地址的一-種計(jì)數(shù)器，又稱(chēng)指令計(jì)數(shù)器。它兼有指令地址寄存器和計(jì)數(shù)器的功能。當(dāng)一條指令執(zhí)行完畢的時(shí)候，程序計(jì)數(shù)器作為指令地址寄存器，其內(nèi)容必須已經(jīng)改變成下一.條指令的地址，從而使程序得以持續(xù)運(yùn)行。為此可采取以下兩種辦法。

第一種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執(zhí)行過(guò)程中將這個(gè)地址送人指令地址寄存器即可達(dá)到程序持續(xù)運(yùn)行的目的。這個(gè)方法適用于早期以磁鼓、延遲線等串行裝置作為主存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)。根據(jù)本條指令的執(zhí)行時(shí)間恰當(dāng)?shù)貨Q定下一條指令的地址就可以縮短讀取下一條指令的等待時(shí)間，從而收到提高程序運(yùn)行速度的效果。

第二種辦法是順序執(zhí)行指令。一個(gè)程序由若干個(gè)程序段組成，每個(gè)程序段的指令可以設(shè)計(jì)成順序地存放在存儲(chǔ)器之中，所以只要指令地址寄存器兼有計(jì)數(shù)功能，在執(zhí)行指令的過(guò)程中進(jìn)行計(jì)數(shù)，自動(dòng)加一個(gè)增量，就可以形成下一條指令的地址，從而達(dá)到順序執(zhí)行指令的目的。這個(gè)辦法適用于以隨機(jī)存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)。當(dāng)程序的運(yùn)行需要從一個(gè)程序段轉(zhuǎn)向另一個(gè)程序段時(shí)，可以利用轉(zhuǎn)移指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)移指令中包含了即將轉(zhuǎn)去的程序段入口指令的地址。執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)將這個(gè)地址送人程序計(jì)數(shù)器（此時(shí)只作為指令地址寄存器，不計(jì)數(shù)）作為下一條指令的地址，從而達(dá)到轉(zhuǎn)移程序段的目的。子程序的調(diào)用、中斷和陷阱的處理等都用類(lèi)似的方法。在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器普及以后，第二種辦法的整體運(yùn)行效果大大優(yōu)于第一種辦法，因而順序執(zhí)行指令已經(jīng)成為主流計(jì)算機(jī)普遍采用的辦法，程序計(jì)數(shù)器就成為中央處理器不可或缺的一個(gè)控制部件。

1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能（3）操作控制

操作控制器的功能就是根據(jù)指令操作碼和時(shí)序信號(hào)，產(chǎn)生各種操作控制信號(hào)，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。

1.3.1硬件系統(tǒng)組成及各部分功能（4）I／0設(shè)備

輸入／輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱(chēng)I／O（Input／Output）設(shè)備。用戶通過(guò)輸入設(shè)備將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果（如數(shù)字、字母、符號(hào)和圖形）顯示或打印出來(lái)。常用的輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化儀等。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。也有···些設(shè)備既是輸入設(shè)備又是輸出設(shè)備，如耳麥和驅(qū)動(dòng)器等。

1.3.2軟件系統(tǒng)的組成1．系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是指負(fù)責(zé)管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的一種軟件。系統(tǒng)軟件用于發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能和用途，提高計(jì)算機(jī)的工作效率，方便用戶使用。

（1）操作系統(tǒng)OS（Operating

System）

操作系統(tǒng)是最基本、最重要的系統(tǒng)軟件。它負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部軟件資源和硬件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作，為用戶提供操作和編程界面。

（2）語(yǔ)言編譯程序

人和計(jì)算機(jī)交流信息使用的語(yǔ)言稱(chēng)為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言或稱(chēng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（Datubuse

Management

System，DBMS）的作用是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的管理、使數(shù)據(jù)具有可共享、低冗余、易組織等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)控制的工具。日前，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常用的小型單機(jī)版數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有Access、Visual

FoxPro等，目前流行的應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要是Oracle、SQL

Server和DB2等，在信息化管理的企事業(yè)單位中都會(huì)使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織與管理。SQL

Serve在中小企業(yè)中應(yīng)用得很普遍，Oracle在大中型企業(yè)用得多，DB2目前在銀行和證券行業(yè)用得比較多。當(dāng)今數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要用于檔案管理、財(cái)務(wù)管理、圖書(shū)資料管理、倉(cāng)庫(kù)管理、人事管理等數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。

1.3.2軟件系統(tǒng)的組成2．應(yīng)用軟件

（1）通用軟件

通用軟件是為解決某一實(shí)際問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的，這類(lèi)問(wèn)題是大多數(shù)用戶都要遇到的，例如，文字處理軟件、圖像處理軟件等。

（2）專(zhuān)用軟件

專(zhuān)用軟件是針對(duì)特殊用戶需求而開(kāi)發(fā)研制的，如醫(yī)院中的病房監(jiān)控系統(tǒng)等。1.4

計(jì)算機(jī)的基本工作原理

指令與指令執(zhí)行過(guò)程指令系統(tǒng)操作系統(tǒng)描述計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及其處理程序1.4.1指令與指令執(zhí)行過(guò)程指令是對(duì)計(jì)算機(jī)下達(dá)的指示和命令，由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制，因此，指令是指能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的最小單位。指令由兩部分組成，一部分稱(chēng)為操作碼，指明指令要完成的操作：另一部分稱(chēng)為操作數(shù)，指參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)所處內(nèi)存中的地址。根據(jù)指令完成的功能不同，指令中間以有一個(gè)換作數(shù)、兩個(gè)操作數(shù)或只有操作碼而沒(méi)有操作數(shù)。1.4.1指令與指令執(zhí)行過(guò)程計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過(guò)程一般分為以下四個(gè)步驟。

（1）取指令。將要執(zhí)行的指令由內(nèi)存中取出，放到CPU的指令寄存器中。

（2）分析指令。將放在指令寄存器中的指令送到指令譯碼器中進(jìn)行分析。

（3）執(zhí)行指令。根據(jù)指令的譯碼結(jié)果判斷該指令要完成的操作，然后再向各個(gè)部件發(fā)出完成該操作的控制信號(hào)，以完成該指令下達(dá)的要求，執(zhí)行完該指令程序計(jì)數(shù)器加1，執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間稱(chēng)為指令周期。

（4）為下一次取指令做準(zhǔn)備。形成下一條指令的地址。以便達(dá)到馮?諾依曼所提出的程序自動(dòng)執(zhí)行的要求。

通常人所編寫(xiě)的程序由語(yǔ)句組成，而每一條語(yǔ)句又可分為多個(gè)指令。循環(huán)往復(fù)地逐一完成上述四個(gè)步驟就是一次自動(dòng)執(zhí)行程序的過(guò)程。

綜上所述，在使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，首先應(yīng)編制相應(yīng)的程序、然后通過(guò)輸入設(shè)備將程序送入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備。計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程，也就是不斷執(zhí)行指令的過(guò)程。

1.4.2指令系統(tǒng)一條指令通常對(duì)應(yīng)一次最基本的操作，而計(jì)算機(jī)能夠辨別哪些指令和怎樣執(zhí)行這些指令，是由設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的。因此，對(duì)計(jì)算機(jī)的指令以及指令執(zhí)行的過(guò)程有

了解之后，還應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

一合計(jì)算機(jī)中所有指令的集合稱(chēng)為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。不同類(lèi)型計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)是不同的，這些指令系統(tǒng)在設(shè)計(jì)CPU時(shí)，就已經(jīng)固化其中了，指令系統(tǒng)是表證一臺(tái)計(jì)算機(jī)性能的重要因素，它的格式與功能不僅真接影響到機(jī)器的硬體結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機(jī)器的適用范圍。例如，“蘋(píng)果計(jì)算機(jī)”與常用的個(gè)人計(jì)算機(jī)就明顯具有相應(yīng)硬件與程序不兼容的問(wèn)題，這是因?yàn)槎叩闹噶钕到y(tǒng)不同。因此可以說(shuō)，不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的基本操作是不同的，指令系統(tǒng)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)功能具體而集中的體現(xiàn)。

1.4.3操作系統(tǒng)概述通過(guò)對(duì)前述內(nèi)容中操作系統(tǒng)基本概念的學(xué)習(xí)，可以了解到操作系統(tǒng)的功能是管理和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各部件能夠協(xié)調(diào)一致、高效地工作，并為計(jì)算機(jī)用戶提供一個(gè)良好操作環(huán)境的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核心組成。早期的計(jì)算機(jī)速度慢、仔儲(chǔ)容量小、外部設(shè)備少，程序的裝入、調(diào)試、控制、執(zhí)行等工作都需要由計(jì)算機(jī)操作員通過(guò)一排排的開(kāi)關(guān)與按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度為每秒1萬(wàn)次時(shí)，手工操作與程序運(yùn)行時(shí)間的比為1:20，而當(dāng)運(yùn)算速度達(dá)到每秒60萬(wàn)次時(shí)，手工操作與程序運(yùn)行時(shí)間比為3:1。當(dāng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度不斷提高，則手工操作與程序運(yùn)行時(shí)間的比例將相當(dāng)驚人，當(dāng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到每秒幾百萬(wàn)次時(shí)，計(jì)算機(jī)將不斷長(zhǎng)時(shí)間地等待每個(gè)操作的完成，這種等待耗費(fèi)大量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源。此時(shí)，程序員在編寫(xiě)程序時(shí)，還被要求編寫(xiě)作業(yè)說(shuō)明書(shū)，詳細(xì)規(guī)定程序執(zhí)行的步驟，并將作業(yè)說(shuō)明書(shū)與程序一并提交給系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)出一個(gè)管理程序，來(lái)對(duì)程序、作業(yè)進(jìn)行管理。這樣一批批的作業(yè)就無(wú)須人為控制其執(zhí)行的先后而自動(dòng)執(zhí)行。這個(gè)管理程序就是操作系統(tǒng)的雛形。1.4.3操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)是人與計(jì)算機(jī)之間的一座橋梁，是計(jì)算機(jī)硬件裝置外面的第一層“外殼”，安裝并使用操作系統(tǒng)后，就不必去深入了解機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，也不必去死記硬背那些枯燥的機(jī)器命令。只通過(guò)一些接近于白然語(yǔ)言的命令或一些人性化的交點(diǎn)式操作，就可以輕松地完成日常操作。此外操作系統(tǒng)還能夠?qū)τ?jì)算機(jī)軟硬件的資源進(jìn)行系統(tǒng)有效的管理，這也是操作系統(tǒng)出現(xiàn)的主要原因。

隨將計(jì)算機(jī)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，操作系統(tǒng)也不斷推除出新以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和人們的需求。常用的操作系統(tǒng)從DOS到Windows98，Windows2000、Windows

XP，再到Windows

7、Windows10,Linux、Mac

OS

等功能不斷完普，操作及界面也更加人性化，相關(guān)操作系統(tǒng)的具體知識(shí)將在后續(xù)中介紹。1.4.3操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口操作系統(tǒng)提供了軟件開(kāi)發(fā)與運(yùn)行的環(huán)境

操作系統(tǒng)提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的利用率1.4.3操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理

存儲(chǔ)器管理

設(shè)備管理

文件管理

作用管理1.4.3操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的分類(lèi)單/多用戶操作系統(tǒng)

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)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)1.4.4計(jì)算機(jī)語(yǔ)言及其處理程序1.機(jī)器語(yǔ)言（Mahine

Language）

機(jī)器語(yǔ)言是一種用二進(jìn)制代碼“0”和“1”形式表示的，能被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)音。用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，稱(chēng)為計(jì)算機(jī)機(jī)器語(yǔ)言程序。它是一種低級(jí)語(yǔ)言，用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序不便于記憶、閱讀和書(shū)寫(xiě)，只有在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期階段程序員使用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序，除此之外通常不用機(jī)器語(yǔ)言直接編寫(xiě)程序。

2.

匯編語(yǔ)言（assemble

language）

匯編語(yǔ)言是一種用助記符表示的面問(wèn)機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的每條指令對(duì)應(yīng)一條機(jī)器語(yǔ)言代碼，不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般有不同的匯編語(yǔ)言。用匯編語(yǔ)言編制的程序稱(chēng)為匯編語(yǔ)言源程序，機(jī)器不能直接識(shí)別和執(zhí)行，必須由“匯編程序”（或匯編系統(tǒng)）翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序才能運(yùn)行。這種”匯編程序”就是將匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)育的翻譯程序。

匯編語(yǔ)言適用于編寫(xiě)直接控制機(jī)器操作的低層程序，與機(jī)器密切相關(guān)，不容易使用。

3.

高級(jí)語(yǔ)言（High

Level

Language）

高級(jí)語(yǔ)言是一種比較接近自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)表達(dá)式的一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。一般用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序稱(chēng)為高級(jí)語(yǔ)言源程序，可簡(jiǎn)稱(chēng)為“源程序”，計(jì)算機(jī)不能識(shí)別和執(zhí)行，要將用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯成機(jī)器指令，通常有編譯和解釋兩種方式。

編譯方式是將源程序通過(guò)編譯系統(tǒng)整個(gè)緩譯成目標(biāo)程序，編譯完成后所生成的目標(biāo)程序就已經(jīng)是二進(jìn)制代碼形式的程序了，然后通過(guò)鏈接程序?qū)⒛繕?biāo)程序鏈接成可執(zhí)行程序。

例如，C語(yǔ)言等都是通過(guò)編譯方式轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令的。解釋方式是將源程序逐句翻譯，翻譯一句執(zhí)行一句，邊翻譯邊執(zhí)行，不產(chǎn)生目標(biāo)程序，由計(jì)算機(jī)執(zhí)行解釋程序自動(dòng)完成，如BASIC

語(yǔ)育等。1.5

計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1.性能指標(biāo)（1）字長(zhǎng)（2）時(shí)鐘頻率（3）內(nèi)存容量（4）外部設(shè)備配置2.功能指標(biāo)3.可靠性指標(biāo)4.兼容性指標(biāo)第2章操作系統(tǒng)2操作系統(tǒng)2.1操作系統(tǒng)的概念2.2操作系統(tǒng)的類(lèi)型2.3操作系統(tǒng)的功能2.4操作系統(tǒng)的實(shí)例2.1操作系統(tǒng)的概念

什么是操作系統(tǒng)為什么需要操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的特征2.1.1什么是操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的英文表示是“OperatingSystem,OS”，是位于計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是計(jì)算機(jī)硬件與應(yīng)用程序之間的接口，也是用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口。從系統(tǒng)的角度來(lái)看操作系統(tǒng)又是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬、軟件資源都是在操作系統(tǒng)的管理、控制和調(diào)度下運(yùn)行和使用的。所以，只有配置了操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源利用率和工作效率才能提高。從功能來(lái)講，操作系統(tǒng)由兩部分程序組成，即資源管理程序和用戶服務(wù)，操作系統(tǒng)是管理，控制和調(diào)度計(jì)算機(jī)硬、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，又能為用戶提供多種服務(wù)的一種程序系統(tǒng)。2.1.2為什么需要操作系統(tǒng)從效果上看，操作系統(tǒng)既能提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率，又能方便用戶使用計(jì)算機(jī)。因此，幾乎所有的計(jì)算機(jī)都配有操作系統(tǒng)。如果沒(méi)有操作系統(tǒng)、那么計(jì)算機(jī)就要退回第2章蛹作系統(tǒng)自初的原始狀態(tài)去，即一個(gè)用戶獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī),系統(tǒng)只能執(zhí)行一道程序，CPU與外設(shè)串行工作；在程序運(yùn)行時(shí)需要用戶不停地干預(yù)，輸入輸出時(shí)需要用戶進(jìn)行手工操作，等等。正是有了操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)的工作效率、自動(dòng)化現(xiàn)度和方便性才有了大幅度的改善和提高，計(jì)算機(jī)硬件的作用才得以充分發(fā)揮。因此可以說(shuō)，沒(méi)有操作系統(tǒng)，就沒(méi)有計(jì)算機(jī)輝煌的今天。2.1.3操作系統(tǒng)的特征為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率,增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力，最大限度地提高資源利用率,并方便用戶使用,現(xiàn)代操作系統(tǒng)廣泛采用了并行操作技術(shù)，使硬件和軟件并行工作。例如,I/O操作和計(jì)算同時(shí)進(jìn)行,在內(nèi)存中同時(shí)存放多道程序等。因此，以多道程序?yàn)榛A(chǔ)的現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有以下特征。(1)并發(fā)性并發(fā)是兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。對(duì)于程序而言,并發(fā)也就是多道程序在同一時(shí)間間隔內(nèi)同時(shí)執(zhí)行。對(duì)于單處理機(jī)系統(tǒng)而言,程序并發(fā)執(zhí)行實(shí)際上是多道程序在一個(gè)很小的時(shí)間段內(nèi)交替執(zhí)行。而宏觀上看，它們似乎是在同時(shí)進(jìn)行,即并發(fā)執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)并發(fā)性,使操作系統(tǒng)變得復(fù)雜。因?yàn)橐紤]，如何從一個(gè)程序轉(zhuǎn)到另一個(gè)程序，如何保護(hù)一個(gè)程序不受另一個(gè)程序侵?jǐn)_,以及如何實(shí)現(xiàn)相互制約等。2.1.3操作系統(tǒng)的特征(2)共享性共享性就是資源共享,即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬、軟件資源供所有授權(quán)程序或用戶共同使用。實(shí)際上,由于系統(tǒng)中的資源有限,當(dāng)多道程序并發(fā)執(zhí)行時(shí),必然要共享系統(tǒng)中的硬、軟件資源。所以,程序并發(fā)執(zhí)行必然依賴于資源共享機(jī)制的支持。(3)虛擬性所謂虛擬,是采用某種方法把一個(gè)物理實(shí)體映射為一個(gè)或者多個(gè)邏輯實(shí)體。前者是客觀存在的,后者只是在感覺(jué)或效果上存在。例如,在多道程序系統(tǒng)中,雖然只有一個(gè)CPU,每次只能執(zhí)行一道程序;但是采用多道程序技術(shù)后,在一段時(shí)間內(nèi),宏觀上看,有多個(gè)程序在運(yùn)行,似乎是多個(gè)CPU在運(yùn)行各自的程序,也就是說(shuō),一個(gè)物理上的CPU虛擬為多個(gè)邏輯上的CPU,即虛擬處理機(jī)。類(lèi)似的還有虛擬存儲(chǔ)器、虛擬外圍設(shè)備等。2.2

操作系統(tǒng)的類(lèi)型

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)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)2.2

操作系統(tǒng)的類(lèi)型基于不同視角，對(duì)操作系統(tǒng)可進(jìn)行不同的分類(lèi)。例如,分為單用戶操作系統(tǒng)和多用戶操作系統(tǒng)、單機(jī)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、集中式操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)、單任務(wù)操作系統(tǒng)和多任務(wù)操作系統(tǒng)、單處理機(jī)操作系統(tǒng)和多處理機(jī)操作系統(tǒng)、通用操作系統(tǒng)和專(zhuān)用操作系統(tǒng)、串行操作系統(tǒng)和并行操作系統(tǒng)等。但是，從基本的技術(shù)特征來(lái)看，操作系統(tǒng)一般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)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)等類(lèi)型。1.批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)批處理系統(tǒng)，其基本特征是“批量處理”。所謂批量處理，就是把外存儲(chǔ)器上的若干個(gè)作業(yè)作為一批，串行或者并行調(diào)度，分配內(nèi)存和處理機(jī)，然后輸出結(jié)果。在批處理過(guò)程中、用戶不能干預(yù)。批處理操作系統(tǒng)又分為單道批處理和多道批處理。單道批處理就是將一批作業(yè)依次調(diào)入內(nèi)存，串行處理，所以設(shè)備利用率低和工作效率不高。多道批處理是以并行方式處理作業(yè),一次調(diào)入多個(gè)作業(yè)、并行處理，所以設(shè)備利用率和工作效率都得到提高。2.2

操作系統(tǒng)的類(lèi)型2.分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)是把一個(gè)時(shí)向段分為若下個(gè)時(shí)問(wèn)片(更小的時(shí)間段)，使多個(gè)用戶僅用各自所分配到的時(shí)間片輪流地使用計(jì)算機(jī)。要實(shí)現(xiàn)這種分時(shí)功能,必須有相應(yīng)的硬件支持。支持分時(shí)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)稱(chēng)為分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是一臺(tái)主機(jī)連接若干臺(tái)終端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所以,分時(shí)操作系統(tǒng)和分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都可簡(jiǎn)稱(chēng)分時(shí)系統(tǒng)。分時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行期間要不停地進(jìn)行作業(yè)(或任務(wù))的切換和調(diào)入調(diào)出。所謂作業(yè)切換,是指CPU上的作業(yè)以既定的時(shí)間片為期限進(jìn)行輪換,一個(gè)作業(yè)一次只能用一個(gè)時(shí)間片在CPU上運(yùn)行,一且時(shí)間片用完,立即撤下,而不管它是否運(yùn)行完畢。然后換上下一個(gè)作業(yè)繼續(xù)運(yùn)行。但從任務(wù)切換來(lái)看、分時(shí)系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)有類(lèi)似之處。調(diào)入調(diào)出也稱(chēng)對(duì)換或者交換,它把將要運(yùn)行的作業(yè)從外存(交換區(qū))調(diào)入內(nèi)存,而把換下的作業(yè)從內(nèi)存移出,存入外存(的交換區(qū))。分時(shí)系統(tǒng)所劃分的時(shí)間片通常是幾十毫秒,按時(shí)間片輪流為各個(gè)終端用戶服務(wù),而用戶覺(jué)察不到中間的間歇,似乎自己在單獨(dú)使用計(jì)算機(jī)。另外,由于主機(jī)的運(yùn)行速度很高,雖然每一輪分給每個(gè)終端只有幾十毫秒的時(shí)間,但系統(tǒng)也能保證對(duì)用戶請(qǐng)求的及時(shí)響應(yīng)和人機(jī)交互?？傊?，分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)可概括如下。(1)同時(shí)性:不同的用戶可以同時(shí)在各自的終端上聯(lián)機(jī)使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的CPU時(shí)間。(2)獨(dú)立性:每個(gè)終端用戶對(duì)主機(jī)系統(tǒng)都感覺(jué)好像是獨(dú)立占用計(jì)算機(jī)貿(mào)織。(3)及時(shí)性:用戶的請(qǐng)求能在足夠快的時(shí)間內(nèi)得到及時(shí)響應(yīng)(4)交互性:用戶能夠通過(guò)終端設(shè)備與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī),進(jìn)行人機(jī)交互。分時(shí)操作系統(tǒng)起通用大、中型計(jì)算機(jī)上配置的主流操作系統(tǒng)。著名的UNIX批作系統(tǒng)就是一個(gè)典型的分時(shí)操作系統(tǒng)。2.2

操作系統(tǒng)的類(lèi)型3.實(shí)時(shí)換作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)就是“立即”“及時(shí)”,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是對(duì)特定輸入,能在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出響應(yīng),并完成對(duì)該輸入請(qǐng)求的處理。實(shí)時(shí)系統(tǒng)又可分為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)處現(xiàn)系統(tǒng)兩種類(lèi)型。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)用于自動(dòng)控制，如工業(yè)過(guò)程控制和武器控制等。它要求計(jì)算機(jī)具有快速響應(yīng)能力,響應(yīng)時(shí)間一般為ms級(jí)，甚至在ws級(jí)。實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)用于倍息處理,比如,銀行賬務(wù)管理、車(chē)徙或機(jī)票訂購(gòu)系統(tǒng)等。它也要求快速響應(yīng)，但與實(shí)時(shí)控制相比可以低一些。一般為s級(jí)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)一般為專(zhuān)用系統(tǒng),雖然也可以具有像分時(shí)系統(tǒng)一樣的硬件配置,但其交互性較弱,通常配置在微機(jī)、小型機(jī)或工作站上。比如，RT-11,iRMX等，屬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。2.2

操作系統(tǒng)的類(lèi)型4.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是配置在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的操作系統(tǒng)。除了通常單機(jī)操作系統(tǒng)所具有的資原管理和服務(wù)外,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)還具有網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等功能,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)多數(shù)是在單機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信合資源共享，協(xié)調(diào)各主機(jī)上的任務(wù)的運(yùn)行,并向用戶提供統(tǒng)一、高效、方便的網(wǎng)絡(luò)接口。比如,WindowsNT、Netware和UNIX就是典型的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。(1)網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)最基本的功能,是在源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。為此,需要建立通信鏈路,進(jìn)行傳輸控制、差錯(cuò)控制、流量控制和路由選擇。網(wǎng)絡(luò)通信需要一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)必須支持某種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。比如,UNIX支持TCP/IP協(xié)議，Windows支持NETBIOS和TCP/IP協(xié)議，Netware則支持IPX/SPX和TCP/IP協(xié)議等。(2)網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理包括網(wǎng)絡(luò)資源管理和安全管理。資源管理是指對(duì)網(wǎng)絡(luò)中共享資源(如硬盤(pán),打印機(jī)和文件)實(shí)施有效的管理,協(xié)調(diào)用戶對(duì)共享資源的使用,安全管理是采用某種技術(shù)保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全,比如,通過(guò)“存取控制”確保存取數(shù)據(jù)的“安全性,通過(guò)“容錯(cuò)技術(shù)”保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)數(shù)據(jù)的安全性。此外，還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等。2.2

操作系統(tǒng)的類(lèi)型(3)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)有電子郵件、文件傳輸和資源共享等。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)還為川戶提供了應(yīng)用序接口和互操作功能。應(yīng)用程序接口極大方使了用戶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。所謂互操作,是在客戶/服務(wù)器模式的LAN環(huán)境下，連接服務(wù)器上的多種客戶機(jī)和主機(jī)、不僅能與服務(wù)器通信,而且還能以透明的方式訪問(wèn)服務(wù)器上的文件系統(tǒng);在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的互操作,是指不同網(wǎng)絡(luò)間的客戶機(jī)不僅能夠通信,而且還能以透明的方式訪問(wèn)其他網(wǎng)絡(luò)中的文件服務(wù)器。目前，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有兩種工作模式:客戶/服務(wù)器(Client/Server)模式和對(duì)等(Peer-to-Peer)模式。而以前者為流行,例如,UNIX、WindowsNT、NovellNetWare、IBMOS/2等都是客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。2.2

操作系統(tǒng)的類(lèi)型5.分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)是配置在分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)。分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接而成的系統(tǒng),從硬件連接來(lái)看、它與局域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并無(wú)區(qū)別。但是分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)各節(jié)點(diǎn)的自治性,即系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)之間無(wú)主從之分,既無(wú)控制整個(gè)系統(tǒng)的主機(jī),也無(wú)受制于其他視的從機(jī)。(2)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同性，即系統(tǒng)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)分工合作，以并行方式完成同一任務(wù)。(3)資源共享的透明性,即用戶只需了解系統(tǒng)是否有所需的資源，而不必了解該資源位于哪個(gè)節(jié)點(diǎn)上。(4)系統(tǒng)的健壯性,由于分布式系統(tǒng)的處理和控制功能是分布的,所以任何節(jié)點(diǎn)上的故障都不會(huì)給系統(tǒng)造成太大的影響;再加上容錯(cuò)技術(shù),系統(tǒng)具有很好的健壯性。2.3操作系統(tǒng)的功能

進(jìn)程管理存儲(chǔ)管理

文件管理

設(shè)備管理2.3.1進(jìn)程管理從系統(tǒng)角度來(lái)看,進(jìn)程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一種實(shí)體，是進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位,它由程序、數(shù)據(jù)和一個(gè)稱(chēng)為進(jìn)程控制塊(ProcessControlBlock，PCB)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成。其中,進(jìn)程控制塊PCB一般包括如下信息。1.進(jìn)程的概念進(jìn)程(Process)是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中最重要的概念之一。從用戶角度來(lái)看,進(jìn)程就是程序的一次執(zhí)行(過(guò)程)、且該程序可以同其他程序并發(fā)執(zhí)行。2.3.1進(jìn)程管理2.進(jìn)程的組成(1)標(biāo)識(shí)符:進(jìn)程名、用一個(gè)字符串或數(shù)字表示。(2)地址:進(jìn)程、程序和數(shù)據(jù)在內(nèi)存或外存中的物理位置。(3)狀態(tài):進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài),可以是就緒、運(yùn)行、阻塞等。(4)優(yōu)先級(jí):表示進(jìn)程的優(yōu)先程度,以便為每個(gè)進(jìn)程分配處理機(jī)及其他資源時(shí)使用。(5)資源清單:進(jìn)程的資源需求和分配情況。(6)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)地址:內(nèi)存中的一塊區(qū)域,用于進(jìn)程退出CPU時(shí)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)之用。(7)鏈接指針:用于形成進(jìn)程隊(duì)列,一般指排在該進(jìn)程之后的下一進(jìn)程的PCB地址。此外,還有一些其他信息,一般因系統(tǒng)面異。從進(jìn)程的組成可以看出：①一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)程序,反之,一個(gè)程序也可以同時(shí)屬于多個(gè)進(jìn)程。②程序和數(shù)據(jù)雖然是組成進(jìn)程的實(shí)體,但僅有程序和數(shù)據(jù)還不是進(jìn)程,而只有給程序和數(shù)據(jù)添上一個(gè)PCB才能構(gòu)成進(jìn)程。所以,PCB是進(jìn)程的唯一標(biāo)志,不同的PCB代表不同的進(jìn)程。在系統(tǒng)中創(chuàng)建一個(gè)PCB,就等于創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)程;撤銷(xiāo)一個(gè)PCB,就等于撤銷(xiāo)了一個(gè)進(jìn)程。2.3.1進(jìn)程管理3.進(jìn)程的特征①進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的,它由系統(tǒng)創(chuàng)建,并會(huì)發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換,直至消亡。而程序是靜態(tài)的,它是指令的有序集合。②進(jìn)程可并發(fā)執(zhí)行,即一個(gè)進(jìn)程已開(kāi)始工作但還沒(méi)有結(jié)束之前，另一個(gè)進(jìn)程可以開(kāi)始工作。程序只能一個(gè)個(gè)執(zhí)行并完成。③多個(gè)進(jìn)程可包含有相同的程序,只要運(yùn)行的數(shù)據(jù)集合不同;反之,一個(gè)進(jìn)程也可包含多個(gè)進(jìn)程，形成父子進(jìn)程。2.3.1進(jìn)程管理4．進(jìn)程的狀態(tài)一個(gè)進(jìn)程被創(chuàng)建后，一般并不是立即在處理機(jī)上執(zhí)行,也不是一直在處理機(jī)上執(zhí)行,而是一會(huì)兒執(zhí)行,一會(huì)兒停止,走走停停,直到運(yùn)行結(jié)束。這就是說(shuō),進(jìn)程在其整個(gè)生命周期中是在不停地變換著狀態(tài)。（1）就緒狀態(tài)：就是做好了一切準(zhǔn)備、等待上CPU運(yùn)行。具休來(lái)講,就是進(jìn)程已獲得除CPU以外所有必要的資源、只要再獲得處理機(jī)，就可立即運(yùn)行。處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程通常排成一個(gè)或多個(gè)隊(duì)列等候執(zhí)行,這樣的隊(duì)列稱(chēng)為就緒隊(duì)列。（2）運(yùn)行狀態(tài)：就是獲得處理機(jī),其程序正在CPU上執(zhí)行。（3）阻塞狀態(tài)：因某種原因(如I/O請(qǐng)求,或等待某一事件發(fā)生)暫時(shí)從CPU上退下,而不能持續(xù)運(yùn)行,即進(jìn)程的運(yùn)行受到了阻塞。2.3.1進(jìn)程管理5.進(jìn)程控制進(jìn)程控制包括進(jìn)程的創(chuàng)建、撤銷(xiāo)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換等。這些功能一般用進(jìn)程控制原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)。所謂原語(yǔ),是指由若干條機(jī)器指令構(gòu)成的用以完成一定功能的程序段,且在執(zhí)行期間不能中斷除了這幾個(gè)基本進(jìn)程控制原語(yǔ)外,在有些系統(tǒng)中還有一些其他進(jìn)程控制原語(yǔ),如掛起原語(yǔ)、激活原語(yǔ)等。6.進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程由就緒狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)是由進(jìn)程調(diào)度程序?qū)崿F(xiàn)的,實(shí)現(xiàn)這一狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過(guò)程稱(chēng)為進(jìn)程調(diào)度。進(jìn)程調(diào)度的具體操作是按照某--原則(所謂調(diào)度算法)從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程,然后把處理機(jī)分配給它。引起進(jìn)程調(diào)度的時(shí)機(jī)一般是正在運(yùn)行的進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束，或因時(shí)間片用完轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)、或因某一原因轉(zhuǎn)人阻塞狀態(tài)。另外。當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程進(jìn)入就結(jié)隊(duì)列、請(qǐng)求立即分配處理機(jī)時(shí),也會(huì)引起進(jìn)程調(diào)度。當(dāng)然，這又涉及進(jìn)程調(diào)度的方式。進(jìn)程調(diào)度的方式一般分為剝奪(搶占)式和非剝奪(非搶占)式兩種。2.3.1進(jìn)程管理常用的進(jìn)秘調(diào)度算法如下。(1)優(yōu)先級(jí)法就是給每一個(gè)進(jìn)程設(shè)置--個(gè)級(jí)別,每次進(jìn)程調(diào)度時(shí)調(diào)度程序總是從緒隊(duì)列中選取一個(gè)級(jí)別最高的進(jìn)程,為其分配CPU。進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)一般用一個(gè)數(shù)字表示,常按某種原則(如進(jìn)程的類(lèi)型、大小、需占用CPU的時(shí)間以及緊急程度等)由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定,或者人工設(shè)定。優(yōu)先級(jí)法又可分為靜態(tài)優(yōu)先級(jí)法和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)法。前者優(yōu)先級(jí)始終不變,后者優(yōu)先級(jí)隨進(jìn)程的運(yùn)行在不斷地調(diào)整和變化。(2)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法該算法是按某一顧序?qū)M(jìn)程進(jìn)行循環(huán)調(diào)度。每個(gè)進(jìn)程占用CPU的時(shí)向由其時(shí)間片決定,當(dāng)用完自已的時(shí)間片后該進(jìn)程退出,然后調(diào)度下一個(gè)進(jìn)程。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法又分為固定時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法和可變時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。前者時(shí)間片的大小固定,而后者的時(shí)間片可隨進(jìn)程的運(yùn)行而調(diào)整和變化。2.3.1進(jìn)程管理7.進(jìn)程互斥與同步進(jìn)程互斥是指兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程因爭(zhēng)奪某一臨界資源面相互排斥。如兩個(gè)進(jìn)程A和B,同時(shí)請(qǐng)求使用一臺(tái)打印機(jī)、而打印機(jī)是一-種臨界資源,它一次只能允許一個(gè)進(jìn)程使用,于是出現(xiàn)相互排斥。進(jìn)程同步是指兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程為共同完成一個(gè)任務(wù)面相互配合、協(xié)同工作。例如,進(jìn)程A、B分別為計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程,兩者的合作關(guān)系是A算出結(jié)果,B才能打印。2.3.1進(jìn)程管理8.進(jìn)程通信進(jìn)程通信就是進(jìn)程間進(jìn)行信息交流。其實(shí),前面的信號(hào)量機(jī)制也可以看作是一種進(jìn)程通信方式。因?yàn)樾盘?hào)量本身就是一種信息,進(jìn)程正是通過(guò)對(duì)信號(hào)量的設(shè)定、修改和判定來(lái)實(shí)現(xiàn)互斥和同步的。但是由于信號(hào)量所攜帶的信息太簡(jiǎn)單、太有限,所以利用信號(hào)量通信只能算作一種低級(jí)通信。為了在進(jìn)程間傳遞大量信息,即進(jìn)程通信,操作系統(tǒng)發(fā)展了多種通信方式。(1)利用共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或共享內(nèi)存的通信方式在這種通信方式中,進(jìn)行通信的每個(gè)進(jìn)程公用某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),通過(guò)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息交換;或者由操作系統(tǒng)在內(nèi)存中劃出一塊共享存儲(chǔ)區(qū),每個(gè)進(jìn)程通過(guò)對(duì)共享存儲(chǔ)區(qū)的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。2.3.1進(jìn)程管理(2)利用消息傳遞的通信方式在這種通信方式中，進(jìn)程間的通信以消息(message)為單位、通過(guò)調(diào)用一組高級(jí)通信原語(yǔ)來(lái)進(jìn)行。消息傳遞通信有可分為直接通信和間接通信兩種。(3)利用共享文件的通信方式這種通信方式其實(shí)就是所謂的管道(PIPE)通信。在這種通信方式中、通信進(jìn)程使用一個(gè)已經(jīng)打開(kāi)的共享文件來(lái)實(shí)現(xiàn)通信,該共享文件被形象地稱(chēng)為“管道”、所以這種通信方式也稱(chēng)為管道通信。在管道通信中,發(fā)送進(jìn)程把數(shù)據(jù)寫(xiě)到管道中，而接受進(jìn)程則從管道中讀出數(shù)據(jù)。顯然，管道是一種臨界資源,所以通信時(shí),兩個(gè)通信進(jìn)程關(guān)于管道也需要互斥和同步。在上述的幾種通信機(jī)制中,基于共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或共享內(nèi)存的通信速度最快。一-般的多任務(wù)操作系統(tǒng)都采用這種方式。管道通信方式由UNIX首創(chuàng),是建立在共享文件的基礎(chǔ)之上的,但效率要低一些。在UNIX(SystemV)中,提供了一個(gè)進(jìn)程通信包,即IPC，實(shí)現(xiàn)了三種通信方式,即共享內(nèi)存方式、消息通信方式和管道通信方式。2.3.1進(jìn)程管理9.死鎖(1)死鎖的由來(lái)死鎖是操作系統(tǒng)層面的一個(gè)錯(cuò)誤,是進(jìn)程死鎖的簡(jiǎn)稱(chēng),最早在1965年由Dijikstra在研究銀行家算法時(shí)提出的,它是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)乃至整個(gè)并發(fā)程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最難處理的問(wèn)題之一。事實(shí)上,計(jì)算機(jī)世界有很多事情需要多線程方式去解決,因?yàn)檫@樣才能最大限度利用資源,才能體現(xiàn)出計(jì)算的高效。但是,實(shí)際上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有很多一次只能由一個(gè)進(jìn)程使用的資源的情況，如打印機(jī),同時(shí)只能有一個(gè)進(jìn)程控制它。在多通道程序設(shè)計(jì)環(huán)境中,若干進(jìn)程往往要共享這類(lèi)資源，而且一個(gè)進(jìn)程所需要的資源還很有可能不止一個(gè)。因此,就會(huì)出現(xiàn)若干進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)有限資源,又推進(jìn)順序不當(dāng)。從而構(gòu)成無(wú)限期循環(huán)等待的局面,我們稱(chēng)這種狀態(tài)為死鎖。簡(jiǎn)單一點(diǎn)描述，死鎮(zhèn)是指多個(gè)進(jìn)程循環(huán)等待它方占有的資源而無(wú)限期地假持下去的局面。很顯然，如果沒(méi)有外力的作用,那么死鎮(zhèn)涉及的各個(gè)進(jìn)程都將永遠(yuǎn)處于封鎖狀態(tài)。系統(tǒng)發(fā)生死鎖現(xiàn)象不僅浪費(fèi)大量的系統(tǒng)資源,甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰，帶來(lái)災(zāi)難性后果。所以，對(duì)于死鎖問(wèn)題在理論上和技術(shù)上都必須予以高度重視。2.3.1進(jìn)程管理(2)死鎖的概念死鎖是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中,由于競(jìng)爭(zhēng)資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無(wú)外力作用,它們都將無(wú)法推進(jìn)下去。此時(shí)稱(chēng)系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖,這些永遠(yuǎn)在互相等待的進(jìn)程稱(chēng)為死鎖進(jìn)程。簡(jiǎn)而言之,死鎖是多個(gè)進(jìn)程由于競(jìng)爭(zhēng)資源而導(dǎo)致循環(huán)等待的情況。2.3.1進(jìn)程管理(3)產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件1)互斥條件：指進(jìn)程對(duì)所分配到的資源進(jìn)行排他性使用,即在一段時(shí)間內(nèi)某資源只由一個(gè)進(jìn)程占用。如果此時(shí)還有其他進(jìn)程請(qǐng)求資源，則請(qǐng)求者只能等待，直至占有資源的進(jìn)程用畢釋放。2)請(qǐng)求和保持條件：指進(jìn)程已經(jīng)保持至少一個(gè)資源，但又提出了新的資源請(qǐng)求,而該資源已被其他進(jìn)程占有、此時(shí)請(qǐng)求進(jìn)程阻塞，但又對(duì)自己已獲得的其他資源保持不放。3)不剝奪條件：指進(jìn)程已獲得的資源,在未使用完之前，不能被剝奪,只能在使用完時(shí)由自己釋放。4)循環(huán)等待條件：指在發(fā)生死鎖時(shí)，必然存在一個(gè)進(jìn)程——資源的環(huán)形鏈，即進(jìn)程集合|P0,P1,P2,.…,Pn|中的P正在等待一個(gè)P1占用的資源；P1正在等待P2占用的資源,……,Pn正在等待已被P0占用的資源。2.3.1進(jìn)程管理(4)打破死鎖的四個(gè)必要條件前面介紹了死鎖發(fā)生時(shí)的四個(gè)必要條件,只要破壞這四個(gè)必要條件中的任意一個(gè)條件,死鎖就不會(huì)發(fā)生。這就為我們解決死鎖問(wèn)題提供了可能。一般解決死鎖的方法分為死鎖的預(yù)防、避免、檢測(cè)與恢復(fù)三種(注意:死鎖的檢測(cè)與恢復(fù)是一個(gè)方法)。(5)死鎖的預(yù)防死鎖的預(yù)防是保證系統(tǒng)不進(jìn)入死鎖狀態(tài)的一種策略。它的基本思想是要求進(jìn)程申請(qǐng)資源時(shí)遵循某種協(xié)議，從而打破產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件中的一個(gè)或幾個(gè),保證系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)入死鎖狀態(tài)。1)打破互斥條件,即允許進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)某些資源。但是,有的資源是不允許被同時(shí)訪問(wèn)的.像打印機(jī)等,這是由資源本身的屬性所決定的。所以，這種辦法并無(wú)實(shí)用價(jià)值。2.3.1進(jìn)程管理2)打破不可搶占條件，即允許進(jìn)程強(qiáng)行從占有者那里奪取某些資源。就是說(shuō),當(dāng)一個(gè)進(jìn)程已占有了某些資源,它又申請(qǐng)新的資源,但不能立即被滿足時(shí)，它必須釋放所占有的全部資源以后再重新申請(qǐng)。它所釋放的資源可以分配給其他進(jìn)程。這就相當(dāng)于該進(jìn)程占有的資源被隱蔽地強(qiáng)占了。這種預(yù)防死鎖的方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難,會(huì)降低系統(tǒng)性能。3)打破占有且申請(qǐng)條件，可以實(shí)行資源預(yù)先分配策略,即進(jìn)程在運(yùn)行前一次性地向系統(tǒng)申請(qǐng)它所需要的全部資源。如果某個(gè)進(jìn)程所需的全部資源得不到滿足,則不分配任何資源,此進(jìn)程暫不運(yùn)行。只有當(dāng)系統(tǒng)能夠滿足當(dāng)前進(jìn)程的全部資源需求時(shí),才一次性地將所申請(qǐng)的資源全部分配給該進(jìn)程。由于運(yùn)行的進(jìn)程已占有了它所需的全部資源,所以不會(huì)發(fā)生占有資源又申請(qǐng)資源的現(xiàn)象,因此,不會(huì)發(fā)生死鎖。但是,這種策略也有如下缺點(diǎn)。①在許多情況下,一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行之前不可能知道它所需要的全部資源。這是由于逛程在執(zhí)行時(shí)是動(dòng)態(tài)的、不可預(yù)測(cè)的。②資源利用率低。無(wú)論所分資源何時(shí)用到,一個(gè)進(jìn)程只有在占有所需的全部資源后才能執(zhí)行。即使有些資源最后才被該進(jìn)程用到一次，但該進(jìn)程在生存期間卻一直占有它們.造成長(zhǎng)期占著不用的狀況。這顯然是一種極大的資源浪費(fèi)。③降低了進(jìn)程的并發(fā)性。因?yàn)橘Y源有限，又加上存在浪費(fèi)，能分配到所需全部資源的進(jìn)程個(gè)數(shù)就必然少了。2.3.1進(jìn)程管理4)打破循環(huán)等待條件,實(shí)行資源有序分配策略。采用這種策略，即把資源事先分類(lèi)編號(hào)，按號(hào)分配,使進(jìn)程在申請(qǐng)，占用資源時(shí)不會(huì)形成環(huán)路。所有進(jìn)程對(duì)資源的請(qǐng)求必須嚴(yán)格按資源序號(hào)遞增的順序提出。進(jìn)程占用了小號(hào)資源,才能申請(qǐng)大號(hào)資源、就不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路,從而預(yù)防了死鎖。這種策略與前面的策略相比,資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量都有很大提高,但是也存在以下缺點(diǎn)。①限制了進(jìn)程對(duì)資源的請(qǐng)求，同時(shí)給系統(tǒng)中所有資源合理編號(hào)也是件困難事,并增加了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。②為了遵循按編號(hào)申請(qǐng)的次序，暫不使用的資源也需要提前申請(qǐng),從而增加了進(jìn)程對(duì)資源的占用時(shí)間。死鎖的檢測(cè)和解除經(jīng)常會(huì)配套使用，當(dāng)檢測(cè)到死鎖時(shí),需要利用各種辦法來(lái)解除系統(tǒng)的死鎖,常用的辦法有資源奪取法、進(jìn)程撤銷(xiāo)法、系統(tǒng)重啟法、進(jìn)程回退法。2.3.2存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理是指對(duì)內(nèi)存(主存)的管理，主要包括內(nèi)存分配、地址變換、存儲(chǔ)擴(kuò)充和存儲(chǔ)保護(hù)等。1.地址映射一個(gè)應(yīng)用程序(源程序)經(jīng)編譯后,通常會(huì)形成若干個(gè)目標(biāo)程序;這些目標(biāo)程序再經(jīng)過(guò)鏈接而形成可裝人程序。這些程序的地址都是從“0”開(kāi)始的,程序中的其他地址都是相對(duì)于起始地址計(jì)算的;由這些地址所形成的地址范圍稱(chēng)為“地址空間”,其中的地址稱(chēng)為“邏輯地址”或“相對(duì)地址”。此外,由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍稱(chēng)為“內(nèi)存空間”,其中的地址稱(chēng)為“物理地址”。在多道程序環(huán)境下，地址空間中的邏輯地址和內(nèi)存空間中的物理地址是不可能一致的,因此,存儲(chǔ)器管理必須提供地址映射功能,將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與之對(duì)應(yīng)的物理地址。該功能同樣應(yīng)在硬件的支持下完成。2.3.2存儲(chǔ)管理2.內(nèi)存分配操作系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配時(shí),可采取以下兩種方式。①靜態(tài)分配方式。每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時(shí)確定的；在作業(yè)裝入后的整個(gè)運(yùn)行期間,不允許再申請(qǐng)新的內(nèi)存空間,也不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”。②動(dòng)態(tài)分配。每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間也是在裝入時(shí)確定的；但允許作業(yè)任運(yùn)行過(guò)程中繼續(xù)申請(qǐng)新的附加空間,以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng),也允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”。為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配,在內(nèi)存分配的機(jī)制中應(yīng)具有以下結(jié)構(gòu)和功能。*內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況，作為內(nèi)存分配的依據(jù)。*內(nèi)存分配功能。系統(tǒng)按照一定的內(nèi)存分配算法為用戶程序分配內(nèi)存空間。2.3.2存儲(chǔ)管理3.內(nèi)存回收功能系統(tǒng)對(duì)于用戶不再需要的內(nèi)存,通過(guò)用戶的釋放請(qǐng)求,去完成系統(tǒng)的回收功能。4．內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)是確保每道用戶程序都在自己的內(nèi)存空間中運(yùn)行,互不干擾。進(jìn)一步說(shuō),絕不允許用戶程序訪問(wèn)操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù);也不允許轉(zhuǎn)移到非共享的其他用戶程序中去執(zhí)行。2.3.2存儲(chǔ)管理5.內(nèi)存擴(kuò)充由于物理內(nèi)存的容量有限(它是非常寶貴的硬件資源，不可能做得太大)，因而難以滿足用戶的需要，勢(shì)必影響到系統(tǒng)的性能。在存儲(chǔ)器管理中的內(nèi)存擴(kuò)充任務(wù)，并非是去增加物理內(nèi)存的容量,而是借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量、使用戶所感覺(jué)到的內(nèi)存比物理內(nèi)存大得多;或者是讓更多的用戶程序能并發(fā)運(yùn)行。這樣，即滿足了用戶的需要、改善了系統(tǒng)性能,又基本上不增加硬件投資。為了從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存,系統(tǒng)必須具有內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制，用于實(shí)現(xiàn)下述各功能。①請(qǐng)求調(diào)入功能。允許在僅裝入一部分用戶程序和數(shù)據(jù)的情況下,啟動(dòng)該程序運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)所需的程序和數(shù)據(jù)尚未裝人內(nèi)存時(shí),可向操作系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求、由操作系統(tǒng)將所需部分調(diào)入內(nèi)存、以便繼續(xù)運(yùn)行。②置換功能。若內(nèi)存中已無(wú)足夠的空間米裝入需要調(diào)入的部分時(shí),系統(tǒng)應(yīng)能將內(nèi)存中的一部分暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)調(diào)至磁盤(pán)上，以便騰出內(nèi)存空間,然后再將所需部分調(diào)入內(nèi)存。2.3.3文件管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件資源,如源程序、目標(biāo)程序、數(shù)據(jù)、編譯程序等，都是以文件形式組織的。對(duì)這些文件的高效管理,并為用戶提供方便、安全地使用這些文件的手段，是操作系資的另一個(gè)重要任務(wù)。1．文件及文件系統(tǒng)(1)文件：指邏輯上具有完整意義的一紐相關(guān)信息的有序集合,它由文件體及文件控制塊(FCB)所組成。其中,文件體是文件信息的本體，文件控制塊則是文件的說(shuō)明，包