第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第2章講課人：***目錄01現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)02計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)03計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)04操作系統(tǒng)05云計(jì)算知識(shí)導(dǎo)圖

本章節(jié)通過(guò)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩方面去闡述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成，重點(diǎn)講解計(jì)算機(jī)的分類、硬件系統(tǒng)的組成、軟件系統(tǒng)的分類、操作系統(tǒng)的主要功能，軟硬件如何協(xié)同運(yùn)行程序，以及未來(lái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。本章內(nèi)容現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第2章012.1現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)性能不同，可以把計(jì)算機(jī)分為：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)。根據(jù)計(jì)算機(jī)的綜合性能指標(biāo)，結(jié)合計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不同將其分為：高性能計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)、工作站、服務(wù)器、嵌入式計(jì)算機(jī)。高性能計(jì)算機(jī)

高性能計(jì)算機(jī)也就是俗稱的超級(jí)計(jì)算機(jī)，或者以前所說(shuō)的巨型機(jī),此類計(jì)算機(jī)往往有突出的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、數(shù)據(jù)處理(吞吐量)能力。目前國(guó)際上對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的最為權(quán)威的評(píng)測(cè)是世界計(jì)算機(jī)排名500(即TOP500)，通過(guò)測(cè)評(píng)的計(jì)算機(jī)是目前世界上運(yùn)算速度和處理能力均堪稱一流的計(jì)算機(jī)。TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)榜網(wǎng)址：/神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力：93.015PFlops/每秒運(yùn)行9.3015億億條浮點(diǎn)運(yùn)算指令。2.1.1計(jì)算機(jī)的分類2.1.1計(jì)算機(jī)的分類高性能計(jì)算機(jī)

高性能計(jì)算機(jī)也就是俗稱的超級(jí)計(jì)算機(jī)，或者以前所說(shuō)的巨型機(jī),此類計(jì)算機(jī)往往有突出的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、數(shù)據(jù)處理(吞吐量)能力。目前國(guó)際上對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的最為權(quán)威的評(píng)測(cè)是世界計(jì)算機(jī)排名500(即TOP500)，通過(guò)測(cè)評(píng)的計(jì)算機(jī)是目前世界上運(yùn)算速度和處理能力均堪稱一流的計(jì)算機(jī)。TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)榜網(wǎng)址：/神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力：93.015PFlops/每秒運(yùn)行9.3015億億條浮點(diǎn)運(yùn)算指令2.1.1計(jì)算機(jī)的分類2.1.1計(jì)算機(jī)的分類2.1.1計(jì)算機(jī)的分類

微型計(jì)算機(jī)

簡(jiǎn)稱微機(jī)，又叫做個(gè)人電腦，英文縮寫PC(PersonalComputer)。目前微機(jī)已廣泛應(yīng)用于辦公、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)等社會(huì)生活的方方面面，在我國(guó)經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，現(xiàn)在已普及。我們?nèi)粘Ｊ褂玫呐_(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、掌上型計(jì)算機(jī)等都是微型計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在的微機(jī)，計(jì)算性能已在10億條指令/秒以上。2.1.1計(jì)算機(jī)的分類工作站工作站是一種高檔的微型計(jì)算機(jī)，通常配有高分辨率的大屏幕顯示器以及容量很大的內(nèi)存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，主要面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算與圖形、圖像處理能力。工作站主要是為滿足工程設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作、科學(xué)研究、軟件開(kāi)發(fā)、金融管理、信息服務(wù)、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的高性能微型計(jì)算機(jī)。2.1.1計(jì)算機(jī)的分類

服務(wù)器

服務(wù)器是指在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為網(wǎng)上多個(gè)用戶提供共享信息資源和各種服務(wù)的一種高性能計(jì)算機(jī)，在服務(wù)器上需要安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件等。服務(wù)器主要為網(wǎng)絡(luò)用戶提供文件、數(shù)據(jù)庫(kù)、Web應(yīng)用及通信方面的服務(wù)。2.1.1計(jì)算機(jī)的分類

嵌入式計(jì)算機(jī)

嵌人式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式的含義是說(shuō)硬件實(shí)體往往需要嵌入到應(yīng)用對(duì)象內(nèi)部中，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。例如，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾姳?、全自?dòng)洗衣機(jī)、空調(diào)、電飯煲、數(shù)碼產(chǎn)品、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器等都采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)。2.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)的硬件資源

通常將一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量、數(shù)據(jù)處理能力（數(shù)據(jù)吞吐量）和輸入輸出外設(shè)看作是該計(jì)算機(jī)的硬件資源。很明顯，這5種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，硬件資源最豐富、性能最強(qiáng)的當(dāng)屬高性能計(jì)算機(jī)，而硬件資源和性能最弱的是嵌入式計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的軟件資源

計(jì)算機(jī)的軟件資源，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的各種程序、文檔、數(shù)據(jù)、服務(wù)等，因此，我們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，往往包涵著硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)這兩個(gè)部分。硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體，相當(dāng)于人的軀體，軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)上的程序、數(shù)據(jù)和文檔的集合，相當(dāng)于人的思想和靈魂。微機(jī)系統(tǒng)的組成2.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)第2章02

馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)以CPU為中心，CPU的負(fù)擔(dān)很重，成為計(jì)算機(jī)速度提高的“瓶頸”；其次，CPU要頻繁訪問(wèn)存儲(chǔ)器，而實(shí)際CPU的速度要高出存儲(chǔ)器幾個(gè)數(shù)量級(jí)，存在CPU與存儲(chǔ)器之間的“瓶頸”；同時(shí)，CPU執(zhí)行命令時(shí)是串行的，并且由控制器集中控制，因此造成指令的執(zhí)行效率低下。

對(duì)于這一問(wèn)題，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提出計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，即主機(jī)的各功能部件（CPU、內(nèi)存、I/O控制器）之間通過(guò)總線相連接。2.2計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)2.2.1CPU——解釋執(zhí)行指令的引擎

計(jì)算機(jī)如何理解和執(zhí)行程序呢？這需要理解中央處理器（CPU）的工作機(jī)制。

CPU包括運(yùn)算器和控制器兩大部件。運(yùn)算器有一個(gè)算術(shù)邏輯運(yùn)算單元和若干臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)寄存器，算術(shù)邏輯運(yùn)算部件的兩個(gè)輸入端和輸出端均與這些寄存器相連接，表示兩個(gè)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果都可以由這些寄存器來(lái)存儲(chǔ)。運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)機(jī)理在第1章中已有介紹，本質(zhì)上即由基本門電路實(shí)現(xiàn)的多位加法器（可實(shí)現(xiàn)加減法），以及由加法器進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的各種復(fù)雜一些的算術(shù)邏輯運(yùn)算，它們可被指令區(qū)分是做哪種運(yùn)算。2.2.1CPU——解釋執(zhí)行指令的引擎

控制器中也有一些寄存器：用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行指令的指令寄存器IR;用于存放下一條指令地址的程序計(jì)數(shù)器PC；存儲(chǔ)器中的內(nèi)容寄存器分別與運(yùn)算器中的數(shù)據(jù)寄存器、控制器中的指令寄存器相連接，說(shuō)明存儲(chǔ)器中的內(nèi)容既可送給（或來(lái)自）運(yùn)算器，也可送給（或來(lái)自）控制器。那么究竟送給（或來(lái)自）誰(shuí)呢？這需要控制。控制器中有一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，專門產(chǎn)生控制信號(hào)以便控制各部件的正確運(yùn)行：可以控制運(yùn)算器中的數(shù)據(jù)寄存器接收來(lái)自存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，可以控制指令寄存器接收來(lái)自存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，可以控制運(yùn)算器開(kāi)始運(yùn)算，可以控制存儲(chǔ)器開(kāi)始讀或?qū)懝ぷ?，可以控制程序寄存器自?dòng)加一以指向下一條指令的地址等。產(chǎn)生的控制信號(hào)有時(shí)間沖突怎么辦？控制器中還有一個(gè)時(shí)鐘與節(jié)拍發(fā)生器，不同的信號(hào)在不同的時(shí)鐘節(jié)拍下發(fā)出，即通過(guò)時(shí)鐘與節(jié)拍控制，使控制信號(hào)有序地產(chǎn)生與發(fā)揮作用。2.2.1CPU——解釋執(zhí)行指令的引擎

當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，控制器會(huì)先命令內(nèi)存，從中讀取出來(lái)一條指令，通過(guò)PC的指示，從內(nèi)存中取出的當(dāng)前指令，暫存在IR中進(jìn)行指令的分析；接著，CU用來(lái)分析指令所需要完成的操作，并發(fā)出各種微操作命令序列，用于控制計(jì)算機(jī)內(nèi)的各個(gè)部件有條不紊的工作；最后通過(guò)CU按照分析的結(jié)果來(lái)發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)或者微操作命令，以實(shí)現(xiàn)該指令的執(zhí)行結(jié)果。計(jì)算機(jī)就是按照PC的指示，不停地從內(nèi)存中取出指令，放置在IR中進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果通過(guò)運(yùn)算器的運(yùn)算，完成指定的操作，如此循環(huán)往復(fù)，直到最后的指令全部執(zhí)行完畢為止。2.2.2存儲(chǔ)器—按地址自動(dòng)存取信息的部件

1.寄存器

CPU內(nèi)部有若干寄存器，每個(gè)寄存器可以存儲(chǔ)一個(gè)字（少則一個(gè)字節(jié)、多則8個(gè)字節(jié)）。它和CPU采用相同工藝制造，速度可以和CPU完全匹配，但其存儲(chǔ)容量卻特別少，只能用于指令級(jí)數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)。

2.主存

主存也稱為內(nèi)存，由半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元組成，按其功能特征可分為兩類。一類是只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory，ROM），它是一種只能讀出不能寫入的存儲(chǔ)器，用于存放那些固定不變的、不需修改的程序，ROM必須在電源電壓正常時(shí)才能工作，斷電后，其中存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失，一旦正常供電，就能提供信息。另一類是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM），它既允許讀出也允許寫入信息，用于存放用戶程序和數(shù)據(jù)。RAM也只能在電源電壓正常時(shí)才能工作，所不同的是一旦斷電，記錄的信息將全部丟失。2.2.2存儲(chǔ)器—按地址自動(dòng)存取信息的部件

3.輔助存儲(chǔ)器

又稱外存儲(chǔ)器、外存，主要用來(lái)長(zhǎng)期存放計(jì)算機(jī)工作所需的系統(tǒng)文件、應(yīng)用程序、用戶程序、文檔和數(shù)據(jù)等。計(jì)算機(jī)實(shí)際執(zhí)行程序和加工處理數(shù)據(jù)時(shí)，外存中的信息需要先傳送到內(nèi)存后才能被CPU使用。外存儲(chǔ)器的容量一般都比較大，而且大部分可以移動(dòng)，便于不同計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息共享。計(jì)算機(jī)中的外部存儲(chǔ)設(shè)備種類非常多，主要有光盤、硬盤、U盤、云存儲(chǔ)等，不過(guò)目前使用最多的還是硬盤。從存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)上來(lái)區(qū)分，硬盤可分為機(jī)械硬盤和固態(tài)硬盤，機(jī)械硬盤采用磁性盤片來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而固態(tài)硬盤通過(guò)閃存顆粒來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2.2.2存儲(chǔ)器—按地址自動(dòng)存取信息的部件4.存儲(chǔ)體系

將性能不同的存儲(chǔ)器整合成一個(gè)整體，使用戶感到容量像外存的容量，速度像內(nèi)存的速度，內(nèi)存外存的成本又能滿足用戶的期望?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)體系2.2.3I/O設(shè)備—與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布@示器顯示器屬于輸出設(shè)備，目前有：CRT，LCD（液晶）和PDP等離子顯示器三種。由于CRT既笨重又耗電，等離子顯示器尺寸大、價(jià)格過(guò)高等原因，LCD顯示器目前成為主流。LCD主要性能指標(biāo)有：響應(yīng)時(shí)間、可視角度、點(diǎn)距、分辨率、刷新率、亮度、對(duì)比度等。

鍵盤和鼠標(biāo)鍵盤和鼠標(biāo)是微機(jī)系統(tǒng)的輸入設(shè)備，它們負(fù)責(zé)將指令和信息輸入到電腦中去。鼠標(biāo)和鍵盤分為無(wú)線的和有線的兩種。2.2.3I/O設(shè)備—與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布?jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)第2章032.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)的靈魂，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵。所謂軟件是指為了方便使用計(jì)算機(jī)和提高效率而組織的程序，以及程序運(yùn)行時(shí)所需要的數(shù)據(jù)、關(guān)于程序的功能和使用的有關(guān)文檔。計(jì)算機(jī)安裝的各種軟件都有自身功能，軟件種類不同，其特點(diǎn)也不同。一般可將軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。2.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)2.3.1系統(tǒng)軟件具有代表性的系統(tǒng)軟件有：1、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS）是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的最重要的系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)硬件（如CPU、內(nèi)存空間、輸入輸出設(shè)備）和軟件資源（如文件系統(tǒng)），以方便用戶充分、有效地利用這些資源并增強(qiáng)整個(gè)計(jì)算機(jī)的處理能力為目的。它是最底層的軟件，控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有軟件并管理整個(gè)計(jì)算機(jī)的資源，是計(jì)算機(jī)與用戶之間的橋梁。缺少它，用戶也就無(wú)法使用任何軟件。

常見(jiàn)的操作系統(tǒng)有DOS、MacOS、Windows、Unix以及各種嵌入式操作系統(tǒng)（如Android）等。2.3.1系統(tǒng)軟件

2、語(yǔ)言處理程序除了機(jī)器語(yǔ)言程序外，其他軟件語(yǔ)言編寫的程序都不能直接在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。因此需要把用程序語(yǔ)言（包括匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言）編寫的各種程序變換成可在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的程序，這一轉(zhuǎn)換是由翻譯程序來(lái)完成的。翻譯程序除了要完成語(yǔ)言間的轉(zhuǎn)換外，還要進(jìn)行語(yǔ)法、語(yǔ)義等方面的檢查，翻譯程序統(tǒng)稱為語(yǔ)言處理程序，按照不同的翻譯處理方法可分為三類：匯編程序、編譯程序和解釋程序。2.3.1系統(tǒng)軟件

（1）匯編程序

匯編程序是把匯編語(yǔ)言書寫的程序翻譯成與之等價(jià)的機(jī)器語(yǔ)言程序的翻譯程序。匯編程序輸入的是用匯編語(yǔ)言書寫的源程序，輸出的是用機(jī)器語(yǔ)言表示的目標(biāo)程序。匯編語(yǔ)言的指令與機(jī)器語(yǔ)言的指令大體上保持一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此編寫出的程序雖不如高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)便、直觀，但是匯編出的目標(biāo)程序占用內(nèi)存較少、運(yùn)行效率較高，且能直接引用計(jì)算機(jī)的各種設(shè)備資源。源程序目標(biāo)程序匯編匯編指令程序機(jī)器語(yǔ)言程序匯編程序的工作過(guò)程2.3.1系統(tǒng)軟件

（2）編譯程序編譯程序（Compile），又稱編譯器，功能是將高級(jí)語(yǔ)言書寫的源程序翻譯成等價(jià)的機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序。我們知道，源程序語(yǔ)言種類成千上萬(wàn)，從常用的C、Java、FORTRAN語(yǔ)言，到各種各樣的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的專用語(yǔ)言，翻譯工作是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。通常將整個(gè)工作過(guò)程按階段進(jìn)行，每個(gè)階段將源程序的一種表示形式轉(zhuǎn)換成另一種表示形式，各個(gè)階段進(jìn)行的操作在邏輯上市緊密連接在一起的。編譯程序的處理過(guò)程2.3.1系統(tǒng)軟件

（3）解釋程序解釋程序是另一種語(yǔ)言處理程序，它將高級(jí)語(yǔ)言書寫的源程序作為輸入，一個(gè)個(gè)的獲取、分析并執(zhí)行源程序語(yǔ)句，解釋一句后就提交計(jì)算機(jī)運(yùn)行，直接輸出結(jié)果，并不生成目標(biāo)程序。解釋程序源程序原始數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)果解釋程序的翻譯過(guò)程2.3.1系統(tǒng)軟件

3、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem），簡(jiǎn)稱DBMS，是安裝在操作系統(tǒng)之上的一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的大型軟件，用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有Access、Oracle、SQLserver、SYBASE、DB2等。Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)2.3.1系統(tǒng)軟件

4、服務(wù)程序服務(wù)程序是一類輔助性的程序，它提供一些常用的服務(wù)性功能，為用戶開(kāi)發(fā)程序和使用計(jì)算機(jī)提供了方便，像微機(jī)上經(jīng)常使用的診斷程序、調(diào)試程序、編輯程序均屬此類。2.3.2應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫出來(lái)的具有特定功能的，為滿足用戶不同領(lǐng)域、不同問(wèn)題的應(yīng)用需求而提供的那部分軟件，它可以拓寬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，放大硬件的功能。按用途劃分，較常見(jiàn)的應(yīng)用軟件如下：1、辦公軟件計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的工作就是日常辦公，微軟開(kāi)發(fā)的Office系列和金山開(kāi)發(fā)的WPS系列辦公軟件，包含了進(jìn)行文字處理、表格制作、幻燈片制作、圖形圖像處理、簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)的處理等方面工作的組件。這些組件協(xié)同使用，基本可以滿足日常辦公的需要。2.3.2應(yīng)用軟件

2、各種工具軟件常用的工具軟件包括：殺毒軟件、數(shù)據(jù)壓縮軟件、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、多媒體播放軟件、瀏覽器、聊天軟件、下載軟件等。例如：360安全衛(wèi)士、WinRAR、Ghost、Thunder、暴風(fēng)影音、QQ等。3、信息管理軟件信息管理軟件，是對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，并提供數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)查詢等相關(guān)功能的程序。這種軟件一般需要數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行后臺(tái)支撐，由高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行前臺(tái)開(kāi)發(fā)。例如：倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、工資管理系統(tǒng)等。2.3.2應(yīng)用軟件

4、輔助設(shè)計(jì)軟件

輔助設(shè)計(jì)軟件用于輔助設(shè)計(jì)的軟件，一般適用于建筑、機(jī)械、電子、服裝等方面的繪圖設(shè)計(jì)。例如：二維繪圖設(shè)計(jì)、三維幾何造型設(shè)計(jì)等。這種軟件一般需要AutoCAD和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等的支持。5、實(shí)時(shí)控制軟件實(shí)時(shí)控制軟件用于隨時(shí)獲取運(yùn)行狀態(tài)信息，并根據(jù)信息實(shí)施自動(dòng)或半自動(dòng)控制。較多用于工業(yè)控制、火力控制等領(lǐng)域。操作系統(tǒng)第2章042.4計(jì)算機(jī)的管家—操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)作為一種特殊的用于控制計(jì)算機(jī)(硬件)的軟件(程序)，是計(jì)算機(jī)底層的系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理、調(diào)度、指揮計(jì)算機(jī)的軟硬件資源使其協(xié)調(diào)工作，沒(méi)有它，任何計(jì)算機(jī)都無(wú)法正常運(yùn)行。它在資源使用者和資源之間充當(dāng)中間人的角色。操作系統(tǒng)是用戶和計(jì)算機(jī)硬件的接口，同是也是計(jì)算機(jī)硬件和其他軟件的接口。操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所處的位置非常重要。2.4計(jì)算機(jī)的管家—操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)所處的位置2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的管家，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的重要組成。它是這樣一些程序模塊的集合-----它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效的利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與其用戶之間起到接口的作用。

操作系統(tǒng)是最重要且最基本的系統(tǒng)軟件之一，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制和管理中心。其目標(biāo)表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：1、有效性2、方便性3、可擴(kuò)充性4、開(kāi)放性2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

操作系統(tǒng)的作用：1、作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口，用戶可通過(guò)命令方式，系統(tǒng)調(diào)用方式，圖形-窗口方式來(lái)使用計(jì)算機(jī)。如圖分別為命令方式和圖形-窗口方式。命令方式圖形-窗口方式

2、作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都含有多種硬件和軟件資源。為了有效地利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源，如處理機(jī)時(shí)間、內(nèi)存空間、外部設(shè)備、數(shù)據(jù)和程序等，操作系統(tǒng)必須為用戶承擔(dān)起對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理任務(wù)。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

3、擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的功能操作系統(tǒng)是鋪設(shè)在計(jì)算機(jī)硬件上的多層系統(tǒng)軟件，是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的一個(gè)軟件包裝。不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能，而且還隱藏了對(duì)硬件操作的細(xì)節(jié)。將裸機(jī)改造成為功能更強(qiáng)大、使用更方便的虛擬機(jī)和擴(kuò)展機(jī)，為使用人員提供了一個(gè)更便于使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

操作系統(tǒng)位于底層硬件和用戶之間，是兩者溝通的橋梁。主要任務(wù)是管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，并為用戶提供一個(gè)良好的工作環(huán)境和友好的接口。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要硬件資源有處理器、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備，軟件資源以文件形式存在外存儲(chǔ)器上。因此從資源管理和用戶接口的觀點(diǎn)上看，操作系統(tǒng)具有處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理和提供用戶接口的功能。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

1、處理機(jī)管理功能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處理機(jī)（即CPU）是最寶貴的系統(tǒng)資源，處理機(jī)管理的目的是要合理地分配時(shí)間，以保證多個(gè)作業(yè)能順利完成并且盡量提高CPU的效率，使用戶等待的時(shí)間最少。例如：在Windows操作系統(tǒng)內(nèi)，一般都有多個(gè)任務(wù)同時(shí)存在，這些任務(wù)都是由處理機(jī)執(zhí)行，而同一時(shí)刻處理機(jī)只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，需要將處理機(jī)的時(shí)間合理、動(dòng)態(tài)地分配各個(gè)任務(wù)。操作系統(tǒng)對(duì)處理機(jī)管理策略不同，提供作業(yè)處理方式也就不同，例如，批處理方式、分時(shí)處理方式和實(shí)時(shí)處理方式。處理機(jī)管理包括：進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、進(jìn)程調(diào)度。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

（1）進(jìn)程的概念進(jìn)程是程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行的過(guò)程，它是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。進(jìn)程能夠申請(qǐng)和擁有系統(tǒng)資源，是應(yīng)用程序的一次動(dòng)態(tài)執(zhí)行，具有生命周期。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

Windows10系統(tǒng)某時(shí)刻的部分進(jìn)程2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

進(jìn)程有以下特征：①動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序在多道程序系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過(guò)程，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)消亡的。②并發(fā)性：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起并發(fā)執(zhí)行③獨(dú)立性：進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位；④異步性：由于進(jìn)程間的相互制約，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

（2）進(jìn)程的狀態(tài)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)的間斷性決定了進(jìn)程可能具有多種狀態(tài)。事實(shí)上，運(yùn)行中的進(jìn)程可能具有三種基本狀態(tài)：就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、阻塞態(tài)。進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

（3）多道程序設(shè)計(jì)

所謂多道程序設(shè)計(jì)指的是允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器并啟動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的方法。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)內(nèi)存中可以同時(shí)存放多道（兩個(gè)以上相互獨(dú)立的）程序，它們都處于開(kāi)始和結(jié)束之間。從宏觀上看是并行的，多道程序都處于運(yùn)行中，并且都沒(méi)有運(yùn)行結(jié)束；從微觀上看是串行的，多道程序輪流使用CPU，交替執(zhí)行。引入多道程序設(shè)計(jì)的根本目的是為了提高CPU的利用率，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部件的并行性，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都采用了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理多道程序工作的示例2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

2、存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理主要是針對(duì)內(nèi)存的管理。雖然計(jì)算機(jī)硬件一直在飛速發(fā)展，內(nèi)存容量也在不斷增長(zhǎng)，但是仍然不可能將所有用戶進(jìn)程和系統(tǒng)所需要的全部程序及數(shù)據(jù)放入內(nèi)存中，所以操作系統(tǒng)必須將內(nèi)存空間進(jìn)行合理地劃分和有效地動(dòng)態(tài)分配。有效的內(nèi)存管理在多道程序設(shè)計(jì)中非常重要，不僅方便用戶使用存儲(chǔ)器、提高內(nèi)存利用率，還可以通過(guò)虛擬技術(shù)從邏輯上擴(kuò)充存儲(chǔ)器。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

存儲(chǔ)器管理主要包括：（1）內(nèi)存空間的分配與回收：由操作系統(tǒng)完成主存儲(chǔ)器空間的分配和管理，使程序員擺脫存儲(chǔ)分配的麻煩，提高編程效率。（2）地址轉(zhuǎn)換：在多道程序環(huán)境下，程序中的邏輯地址與內(nèi)存中的物理地址不可能一致，因此存儲(chǔ)管理必須提供地址變換功能，把邏輯地址轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理地址。（3）內(nèi)存空間的擴(kuò)充：利用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)或自動(dòng)覆蓋技術(shù)，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。（4）存儲(chǔ)保護(hù)：保證各道作業(yè)在各自的存儲(chǔ)空間內(nèi)運(yùn)行，互不干擾。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理虛擬內(nèi)存空間2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

3、設(shè)備管理功能當(dāng)用戶程序要使用外部設(shè)備時(shí)，設(shè)備管理控制（或調(diào)用）驅(qū)動(dòng)程序使外部設(shè)備工作，并隨時(shí)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，處理外部設(shè)備的中斷請(qǐng)求等。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理設(shè)備管理2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理磁盤管理2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理

4、文件管理功能

以上三種管理都是針對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件資源的管理。文件管理則是對(duì)軟件資源的管理。為了管理龐大的系統(tǒng)軟件資源及用戶提供的程序和數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)將它們組織成文件的形式，操作系統(tǒng)對(duì)軟件的管理實(shí)際上是對(duì)文件系統(tǒng)的管理。（1）文件和文件夾文件是一組有名稱的相關(guān)信息的集合，程序和數(shù)據(jù)都是以文件形式存放在計(jì)算機(jī)的磁盤上，文件夾則是用來(lái)管理一組相關(guān)文件的集合。（2）文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；即在磁盤上組織文件的方法。也指用于存儲(chǔ)文件的磁盤或分區(qū)，或文件系統(tǒng)種類。常見(jiàn)的文件系統(tǒng)有FAT、NTFS、exFAT等。2.4.1操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的管理樹(shù)形結(jié)構(gòu)目錄

存儲(chǔ)體系、進(jìn)程管理體系及任務(wù)－作業(yè)體系的建立為計(jì)算機(jī)執(zhí)行更為復(fù)雜、多樣化的程序提供了可能，而CPU速度的不斷提高，也為其能并行地執(zhí)行多個(gè)任務(wù)、同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)提供了可能。而這一切都要依賴操作系統(tǒng)對(duì)CPU所實(shí)現(xiàn)的有效管理，它擴(kuò)展了硬件的功能，在同一時(shí)刻，內(nèi)存中會(huì)有多個(gè)進(jìn)程存在，而CPU只有一個(gè)，如何由一個(gè)CPU執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程呢？CPU要執(zhí)行哪一個(gè)進(jìn)程呢？2.4.2操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的協(xié)同

1.分時(shí)調(diào)度策略操作系統(tǒng)可支持多用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，即一個(gè)CPU可執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程。怎樣讓所有進(jìn)程（及進(jìn)程相關(guān)的用戶）都感覺(jué)到其獨(dú)占CPU呢？人們發(fā)明了分時(shí)調(diào)度策略，即把CPU的被占時(shí)間劃分成若干段時(shí)間，每段間隔特別小，CPU按照時(shí)間段輪流執(zhí)行每一個(gè)進(jìn)程，從而使得每個(gè)進(jìn)程都感覺(jué)其在獨(dú)占CPU.這就是典型的分時(shí)調(diào)度思維，它有效地解決了單一資源的共享使用問(wèn)題。2.4.2操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的協(xié)同

2.多處理機(jī)調(diào)度策略

分時(shí)調(diào)度策略解決了多任務(wù)共享使用單一資源的問(wèn)題，如果任務(wù)或計(jì)算量很大，能否用多CPU來(lái)協(xié)同解決呢？答案是可以的?？梢詫⒁粋€(gè)大計(jì)算量的任務(wù)劃分成若干個(gè)可由單－CPU解決的小任務(wù)，分配給相應(yīng)的CPU來(lái)執(zhí)行，當(dāng)這些小任務(wù)被相應(yīng)的CPU執(zhí)行完后再將其結(jié)果進(jìn)行合并處理后形成最終的結(jié)果返回給用戶，這就是典型的多處理機(jī)調(diào)度策略，采用分布式或并行的方式來(lái)求解大型計(jì)算任務(wù)相關(guān)的問(wèn)題，例如典型的“線程”即描述類似這種小任務(wù)的一個(gè)程序，多線程技術(shù)可控制多個(gè)計(jì)算機(jī)（或嵌入式自主設(shè)備）協(xié)同地進(jìn)行問(wèn)題求解。2.4.2操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的協(xié)同2.4.2操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的協(xié)同2.4.3操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展息息相關(guān)。操作系統(tǒng)的發(fā)展就是一部解決計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需求與問(wèn)題的歷史。從無(wú)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)到脫機(jī)輸入，輸出，在后來(lái)的單道批處理系統(tǒng)到多道批處理系統(tǒng)，再到分時(shí)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)在不斷飛速發(fā)展。2.4.3操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

1、批處理系統(tǒng)這種方式通常是把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序（Monitor），在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)處理。其自動(dòng)處理過(guò)程是：首先，由監(jiān)督程序?qū)⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，并把運(yùn)行控制權(quán)交給該作業(yè)。當(dāng)該作業(yè)處理完成時(shí)，又把控制權(quán)交還給監(jiān)督程序，再由監(jiān)督程序把磁帶（盤）上的第二個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就這樣自動(dòng)地一個(gè)作業(yè)一個(gè)作業(yè)地進(jìn)行處理，直至磁帶（盤）上的所有作業(yè)全部完成。批處理操作系統(tǒng)分為單道批處理系統(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)。批處理操作系統(tǒng)不具有交互性。2.4.3操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

2、分時(shí)系統(tǒng)

20世紀(jì)70年代前后，出現(xiàn)了分時(shí)操作系統(tǒng)。分時(shí)系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)之間有著截然不同的性能差別，它能很好地將一臺(tái)計(jì)算機(jī)提供給多個(gè)用戶同時(shí)使用，提高計(jì)算機(jī)的利用率。這類系統(tǒng)在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過(guò)自己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。它將CPU的時(shí)間劃分成若干個(gè)片段（稱為時(shí)間片），以時(shí)間片為單位，輪流為每個(gè)終端用戶服務(wù)。由于時(shí)間間隔很短，每個(gè)用戶的感覺(jué)就像他獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣。分時(shí)操作系統(tǒng)典型的例子就是Unix和Linux的操作系統(tǒng)。2.4.3操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

3、實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是保證在一定時(shí)間限制內(nèi)完成特定功能的操作系統(tǒng)，要求對(duì)外部請(qǐng)求在嚴(yán)格時(shí)間范圍內(nèi)做出反應(yīng)，具有高可靠性和完整性，其主要特點(diǎn)是資源的分配和調(diào)度首先要考慮實(shí)時(shí)性然后才是效率。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)之分，硬實(shí)時(shí)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)保證的；軟實(shí)時(shí)則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)一定改變之后就可以變成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如微軟的WindowsNT或IBM的OS/390本身具有實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征，即使不是嚴(yán)格的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，也能解決一部分實(shí)時(shí)應(yīng)用問(wèn)題。2.4.4典型操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的種類相當(dāng)多，各種設(shè)備安裝的操作系統(tǒng)可從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，可分為智能卡操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、傳感器節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、多處理器操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和大型機(jī)操作系統(tǒng)。按照操作系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，可分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)；按照操作系統(tǒng)所支持用戶數(shù)可分為單用戶操作系統(tǒng)(如MSDOS、OS/2．Windows)、多用戶操作系統(tǒng)(如UNIX、Linux、MVS)；按照操作系統(tǒng)源碼開(kāi)放程度可分為開(kāi)源操作系統(tǒng)（如Linux）和非開(kāi)源操作系統(tǒng)（如MacOS、Windows）；2.4.4典型操作系統(tǒng)

按照操作系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(Netware、WindowsNT、OS/2warp)、多媒體操作系統(tǒng)(Amiga)、和分布式操作系統(tǒng)等；按照操作系統(tǒng)環(huán)境可分為批處理操作系統(tǒng)（如MVX、DOS/VSE）、分時(shí)操作系統(tǒng)（如Linux、UNIX、XENIX、MacOS）、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（如iEMX、VRTX、RTOS，RTWINDOWS）；按照操作系統(tǒng)存儲(chǔ)器尋址寬可以將操作系統(tǒng)分為8位、16位、32位、64位、128位的操作系統(tǒng)。早期的操作系統(tǒng)一般只支持8位和16位存儲(chǔ)器尋址寬度，現(xiàn)代的操作系統(tǒng)如Linux和Windows7都支持32位和64位。2.4.4典型操作系統(tǒng)DOS操作系統(tǒng)DOS2.4.4典型操作系統(tǒng)MacOSMacOS2.4.4典型操作系統(tǒng)

Windows

Windows2.4.4典型操作系統(tǒng)LinuxLinux2.4.4典型操作系統(tǒng)麒麟操作系統(tǒng)麒麟2.4.4典型操作系統(tǒng)鴻蒙鴻蒙未來(lái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第2章05指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，形成系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的過(guò)分依賴。如果存儲(chǔ)器件的發(fā)展受阻，系統(tǒng)的發(fā)展也將受阻。指令在存儲(chǔ)器中按其執(zhí)行順序存放，影響系統(tǒng)執(zhí)行的速度。存儲(chǔ)器是按地址訪問(wèn)的線性編址，按順序排列的地址訪問(wèn)，利于存儲(chǔ)和執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言指令，適用于作數(shù)值計(jì)算。但是高級(jí)語(yǔ)言表示的存儲(chǔ)器則是一組有名字的變量，按名字調(diào)用變量，不按地址訪問(wèn)。機(jī)器語(yǔ)言同高級(jí)語(yǔ)言在語(yǔ)義上存在很大的間隔，消除語(yǔ)義間隔成了計(jì)算機(jī)發(fā)展面臨的一大難題。2.5.1現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的局限性馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)是為算術(shù)和邏輯運(yùn)算而誕生的，目前在數(shù)值處理方面已經(jīng)到達(dá)較高的速度和精度，而非數(shù)值處理應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展緩慢，需要在體系結(jié)構(gòu)方面有重大的突破。傳統(tǒng)的馮·諾依曼型結(jié)構(gòu)屬于控制驅(qū)動(dòng)方式。它是執(zhí)行指令代碼對(duì)數(shù)值代碼進(jìn)行處理，只要指令明確，輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，啟動(dòng)程序后自動(dòng)運(yùn)行而且結(jié)果是預(yù)期的。一旦指令和數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，機(jī)器不會(huì)主動(dòng)修改指令并完善程序。而人類生活中有許多信息是模糊的，事件的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)果是不能預(yù)期的，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的智能程度無(wú)法應(yīng)對(duì)如此復(fù)雜的任務(wù)。2.5.1現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的局限性

1.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

近幾年來(lái)人們努力謀求突破傳統(tǒng)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的局限，各類非馮·諾依曼體系計(jì)算機(jī)的研究蓬勃發(fā)展：

（1）對(duì)傳統(tǒng)馮·諾依曼機(jī)進(jìn)行改良，如傳統(tǒng)體系計(jì)算機(jī)只有一個(gè)處理部件是串行執(zhí)行的，改成多處理部件形成流水處理，依靠時(shí)間上的重疊提高處理效率。

（2）由多個(gè)處理器構(gòu)成系統(tǒng)，形成多指令流多數(shù)據(jù)流支持并行算法結(jié)構(gòu)。

（3）否定馮·