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1、计算机公共基础,参考教材： 大学计算机基础上海交通大学出版社 大学计算机基础实践教程上海交通大学出版社 软件技术基础版本不定,08:49,2,课程内容,第一讲：计算机软硬件基础 第二讲：数制与数据编码 第三讲：数据结构 第四讲：数据库基础 第五讲：软件工程及程序设计,08:49,3,计算机的组成,计算机的概念,计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。包括硬件和软件两大部分。 硬件是由电子的、磁性的、机械的器件组成的物理实体，包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等5个基本组成部分。 软件则是程序和有关文档的总称，包括系统软件和应用软件两大
2、类。,计算机完成的基本操作 输入：接受由输入设备提供的数据。 处理：对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行轮换。 输出：将处理所产生的结果等数据由输出设备。 存储：计算机可以存储程序和数据,08:49,4,硬件系统,软件系统,主机,外设,微处理器(CPU),内存储器,运算器 控制器 寄存器,随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 高速缓存(catch),外存储器,输入设备,输出设备,软盘 硬盘 磁带 光盘 优盘,键盘 鼠标 手写板 扫描仪 摄像机,显示器 投影机 打印机 绘图仪,系统软件,应用软件,操作系统,语言处理程序,数据库管理系统,系统监控及通信管理程序,应用软
3、件包,用户程序,总线系统,计算机系统 组成结构,计算机的组成,08:49,5,冯诺依曼 原理,(1) 计算机的硬件由五部分组成; （运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备） (2) 计算机的内部数据是以二进制表示的; (3) 程序存储在存储器后自动执行（存储程序原理）。,计算机的硬件模型,运算器,控制器,存储器,输入装置,输出装置,CPU 中央处理器,主机,+外设（I/O设备）,计算机硬件系统,08:49,6,计算机硬件系统,计算机硬件系统组成及工作原理,08:49,7,计算机指令系统,数据传送指令 数据处理指令 程序控制指令 输入输出指令 其它指令,If Goto, And Or,对计算
4、机的硬件进行管理等,指令：用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码。 程序：就是由一连串指令按一定顺序组成的能完成某种任务的一系列二进制代码。 指令系统：一种计算机所能识别的一组不同指令的集合，称为该种计算机的指令集或指令系统。,08:49,8,CPU构成,算术逻辑单元ALU (Arithmetic Logical Unit) 实现计算机两类运算：算术运算和逻辑运算 。 通用寄存器(General Register) 存放ALU运算的原始数据、中间结果、最终结果，或者存放CPU访问存储器的地址 。 专用寄存器(Special Register) 指令寄存器(IR)： 存放从存储器取出的指令，然
5、后由CPU分析运行，其内容是CPU正在执行的指令内容。 程序计数器(PC)：存放的是程序将要执行的下一条指令的地址，有逻辑自动加1的功能。PC=PC+1） 标志寄存器(FR)： 存放ALU的运算产生结果的各种状态 。 指令译码器（ID） 翻译指令寄存器中的指令并发出控制信号。,中央处理器CPU,08:49,9,中央处理器CPU,CPU工作原理,08:49,10,演示：计算机基本工作原理,指令执行步骤： 取指令 分析指令 执行指令 指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器,然后重复。,计算机利用存储器存放需执行的程序，中央处理器依次从存储器中取出每一条指令，并经过分析后加以执行，直到全部指令执
6、行完成。（存储程序工作原理）,中央处理器CPU,08:49,11,内部存储器的作用是存放执行的程序和程序中需要使用的数据，是整个数据存储和变换的枢纽。,存储器由一个个大小相同的基本单元组成，每个记忆单元由8位二进制位组成。 为了区分和访问不同的存储器单元，系统为每一个单元分配了惟一的编号，称为存储单元的地址。 各单元内存放的是数据。 CPU对存储器可以读（取）也可以写（存）数据，读写数据要有控制信号控制。,存储器的逻辑结构,存储器的访问要三类信号共同配合才能完成： 地址信号、数据信号、控制信号。,计算机内存储器,08:49,12,存储器的每个单元可以存放8位二进制，由8位二进制组成的一个数据单
7、元称为字节(Byte)，字节是访问内存的最小单位。 字节是存储的基本单元，二进制位则是计算机对数据操作的最小单位。,地址总线的宽度决定了可以访问内存单元的个数。每一根地址线对应一位二进制。一位二进制可以区分两个状态。,10根地址线，可访问的单元数是： 210=1024103=1K,20根地址线，可访问的单元数是： 220=1024K106=1M,30根地址线，可访问的单元数是： 230=1024M109=1G,32根地址线可以访问多大内存？ “4GB”,40根地址线，可访问的单元数是： 240=1024G1012=1T,计算机内存储器,08:49,13,存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和
8、数据。存储器分两大类：主存储器(内存)和辅助存储器(外存)。,ROM（Read Only Memory）主要用来存放固定不变的程序、数据系统软件，如BIOS程序。这种存储器中的信息只能读出而不能随意写入。,RAM(Random Access Memory)是一种随机访问的可读写存储器。在计算机断电后RAM中的信息会丢失。RAM存储器分为：静态RAM和动态RAM。,主存储器采用的是半导体存储器，其特点是:存取数据速度快，可随机存取，体积小，功耗低。内存容量有限。主存储器(内存)又分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。,E2PROM电可擦除可编程只读存储器：可以通过电控制将数据写入存储单元，断电
9、后依然能够保存。也称为FLASH存储器。,计算机存储器,08:49,14,输入输出系统实现主机和用户之间的通讯，通讯是通过外部设备及其接口实现的。外部设备是输入和输出设备的总称，简称为外设，外设是计算机和用户之间或设备与主存储器之间交换数据的工具。,输入输出接口 由于主机是由集成电路芯片连接而成，而I/O设备通常是机电结合的装置，在它们之间存在着速度、时序、信号电平、信号格式和类型等方面的差异。I/O接口的功能主要是解决上述的不匹配，使主机与I/O设备能协调地工作，并实现主机对外设的控制。,输入输出系统,08:49,15,由于输入输出设备与主机之间的各种差异，数据传送没有统一的时钟控制信号，传
10、送是异步的，因此要求主机必须通过输入输出接口对外设与主机的数据传送进行控制。控制的方式一般由三种： 1程序查询方式(串行方式) 主机发启动外设命令后，CPU等待，并不断查询外设的数据准备情况，如果准备完毕，主机则控制实现数据传递；如果没有准备完毕，则继续查询外设状态。 2中断方式(并行方式) 当某个事件需要CPU处理时，向CPU申请中断，CPU在满足中断的条件下暂时中断当前程序的执行，转而执行处理中断事件的服务程序；等服务程序执行完毕后再回到被打断的地方执行原来的程序。 3直接存储器访问(DMA) DMA方式是建立外设和主存的直接通道，传送时不需CPU参与。由DMA控制器控制外设和主存之间传送
11、数据。,输入输出系统,08:49,16,计算机总线,主板,微型计算机结构是以总线为核心的将微处理器、存储器、输入/输出设备智能地连接在一起的。所谓总线，是指微型计算机各部件之间传送信息的通道。主机内部连接CPU与内存以及I/O接口的总线称为系统总线；而连接主机与外设的总线称为设备总线。,系统总线的分类： 地址总线(Abus):用来传递地址信号，CPU通过地址总线传送需要访问的内存单元地址或外部设备地址。 数据总线(Dbus):用来传送数据信量号，是CPU与各部件交换信息的通道。 控制总线(Cbus):用来传送控制信号，以协调各部件之间的操作。,08:49,17,计算机总线,系统总线标准 ISA
12、、VESA、PCI、AGP,不同的外部设备都有与之匹配的接口电路， 常见的有： 1) IDE接口 SATA接口 2) 软盘驱动器接口电路 3) SCSI小型计算机高速传输接口 3) 并行适配器接口电路 4) 异步通信适配器接口(串行口) 5) USB(Universal Serial Bus)通用串行接口,外部设备总线,设备总线用于连接主机的I/O接口和外部设备，或连接外设与外设的总线。计算机的常用的设备总线有IDE、并行口、串行口、USB接口等。,08:49,18,字长,主频,运算速度,计算机性能指标,内存容量,其它,08:49,19,计算机软件系统,操作系统,操作系统的定义 操作系统的功能
13、 操作系统的分类 操作系统用户界面,操作系统是用来控制和管理计算机的硬、软件资源，合理地组织计算机流程，并方便用户有效地使用计算机的程序的集合。,08:49,20,APPLE,IBM,08:49,21,(1) DOS (2) Windows 图形用户界面 (3)Unix分时操作系统，主要用于服务器/客户机体系 (4) Linux由UNIX发展而来，源代码开放 (5) OS/2为PS/2设计的操作系统，用户可自行定制界面 (6) Mac OS较好的图形处理能力，主要用在桌面出版和多媒体应用等领域。 (7) Novell Netware 基于文件服务和目录服务的网络操作系统，用于构建局域网。,常用
14、操作系统,08:49,22,程序设计语言就是用户用来编写程序的语言，它是人与计算机之间交换信息的工具。程序设计语言是软件系统重要的组成部分。一般分为机器语言、汇编语言和高级语言。 机器语言 机器语言可由计算机直接识别和执行的语言，执行速度最快，但程序可读性差。机器语言中的每一条语句（机器指令）是二进制形式的指令代码，它由操作码和操作数组成。,汇编语言 汇编语言采用一定的助记符号表示机器语言中的指令和数据，即用助记符号代替了二进制形式的机器指令，例如用ADD（Addition）表示做加法的助记符，每条汇编语言的指令对应一条机器语言的代码。 计算机硬件只能识别机器指令，用助记符表示的汇编指令是不能
15、执行的。要执行汇编语言编写的程序，必须先用一个程序将汇编语言程序翻译成机器语言程序，用于翻译的程序称为汇编程序。汇编程序是把用符号表示的汇编指令码翻译成为与之相对应的机器语言指令码。用汇编语言编写的程序称为源程序，变换后得到的机器语言程序称为目标程序。,程序设计语言,08:49,23,高级语言源程序,执行 结果,解释并执行,机器语言目标程序,执行 结果,编译,运行,编译程序 （事先装入计算机）,翻译程序 （事先装入计算机）,高级语言源程序,高级语言 从20世纪50年代中期开始，逐步发展了面向问题(面向过程)和面向对象的程序设计语言，称为高级语言。高级语言表达方式接近被描述的问题，接近于自然语言
16、和数学表达式，易于人们接受和掌握。,程序设计语言,08:49,24,操作系统的功能,虚拟机,系统任务 管理计算机系统中的全部软件和硬件资源 为用户使用计算机提供友好和方便的接口 最大限度地发挥整个计算机系统的效率,系统功能 处理器管理 内存管理 文件管理 输入/输出管理 用户接口管理,08:49,25,CPU管理,程序运行：输入、处理、输出,单道程序运行,多道程序运行,A输入,A计算,A输出,B输入,B计算,B输出,程序,08:49,26,CPU管理,进程 进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的最基本的单位。,时间片到,运行状态,就绪状态,等待状态,进程被选中,发生了某个事件,等待某个事件,等待某个资源如打印机,分配到了所需资源 如打印机,除了CPU以外， 所需要的所有资源都分配了,缺少资源,08:49,27,在系统中多个进程之间可能存在的关系： 互斥：系统中存在的多个进程都想独占某种资源，这种对资源“竞抢”而导致一种相互排斥
