1、2.1 2.1 計算機(jī)系統(tǒng)概述計算機(jī)系統(tǒng)概述1. 1.計算機(jī)開展簡介計算機(jī)開展簡介1計算機(jī)的開展歷程2微型機(jī)的開展3計算機(jī)迅速開展的原因概述2.2.計算機(jī)系統(tǒng)的組成及分類計算機(jī)系統(tǒng)的組成及分類1計算機(jī)系統(tǒng)的組成 計算機(jī)系統(tǒng)由計算機(jī)硬件系統(tǒng)和計算機(jī)軟件系統(tǒng)兩局部組成。2計算機(jī)的分類 計算機(jī)的分類方法有很多，主要的分類方式有：1從工作原理上劃分，可以將計算機(jī)分為兩類，即數(shù)字計算機(jī)和電子計算機(jī)。2從用途上劃分，可以將計算機(jī)分為專用計算機(jī)和通用計算機(jī)。3根據(jù)計算機(jī)的規(guī)模和處理能力，可以將計算機(jī)分為巨型計算機(jī)、大型計算機(jī)、中型計算機(jī)、小型計算機(jī)和微型計算機(jī)微型機(jī)又稱個人電腦即PC。3.3.現(xiàn)代計算機(jī)的體

2、系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代計算機(jī)絕大局部都是采用馮諾依曼John von Neumann體系結(jié)構(gòu)，馮諾依曼計算機(jī)的特點(diǎn)是： 采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令； 采用存儲程序方式指令流驅(qū)動； 由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成計算機(jī)系統(tǒng)。 現(xiàn)代計算機(jī)的根本結(jié)構(gòu)如下圖。圖中實線為數(shù)據(jù)線，虛線為控制線和反響線。4.4.計算機(jī)的根本工作原理計算機(jī)的根本工作原理1二進(jìn)制的概念 二進(jìn)制數(shù)字是計算機(jī)唯一能識別并執(zhí)行的機(jī)器指令。 二進(jìn)制是逢二進(jìn)一，它只有兩個數(shù)碼0和1，由于0和1 兩種狀態(tài)容易用電器元件實現(xiàn)，如開關(guān)的接通為1，斷開為0；電燈亮為1，熄滅為0等。所以計算機(jī)采用二進(jìn)制最方便

3、。2計算機(jī)的指令 指令是能被計算機(jī)識別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計算機(jī)能完成的某一種操作。 一條指令通常由操作碼和操作數(shù)兩個局部組成。3計算機(jī)的根本工作原理 計算機(jī)的工作過程實際上是快速執(zhí)行指令的過程。計算機(jī)工作時，有兩種信息在流動：一種是數(shù)據(jù)流，另一種是控制流。5.5.計算機(jī)的特點(diǎn)計算機(jī)的特點(diǎn)計算機(jī)的特點(diǎn)可以概括如下：高速運(yùn)算能力和檢索能力。強(qiáng)存儲記憶能力。很高的計算精度和可靠性。具有邏輯判斷能力。具有自動控制能力。6.6.計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域計算機(jī)主要應(yīng)用在以下幾個方面：科學(xué)計算。如數(shù)學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)等方面的大量科學(xué)計算問題。數(shù)據(jù)處理。如普通企事業(yè)單位的辦公事務(wù)處理等，約占計

4、算機(jī)應(yīng)用的80%。自動控制。如在軍事上用于控制導(dǎo)彈、衛(wèi)星發(fā)射及運(yùn)行，以及生產(chǎn)過程的實時控制和自動調(diào)整。計算機(jī)輔助工程。包括計算機(jī)輔助設(shè)計CAD、計算機(jī)輔助制造CAM、計算機(jī)輔助教學(xué)CAI、計算機(jī)輔助測試CAT等。人工智能。如機(jī)器人等，可以模擬人的某些智力活動。7.7.計算機(jī)未來的開展趨勢計算機(jī)未來的開展趨勢 隨著硅芯片技術(shù)的高速開展，硅技術(shù)越來越接近其自身的物理開展極限。為此，迫切要求計算機(jī)從結(jié)構(gòu)、功能到制作工藝等方面的創(chuàng)新，都來一次質(zhì)的飛躍。響應(yīng)這一要求，新型的量子計算機(jī)、光子計算機(jī)、分子計算機(jī)和生物計算機(jī)等便應(yīng)運(yùn)而生。1量子計算機(jī)2光子計算機(jī)3分子計算機(jī)4生物計算機(jī)1. 1.中央處理器中央

5、處理器 中央處理器Central processing unit，CPU，由運(yùn)算器和控制器組成，是任何計算機(jī)系統(tǒng)中必備的核心部件。1運(yùn)算器2控制器3CPU技術(shù)的開展2.2.存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)1存儲系統(tǒng)的概念及開展 存儲系統(tǒng)是指計算機(jī)中由存放程序和數(shù)據(jù)的各種存儲設(shè)備、控制部件及管理信息調(diào)度的設(shè)備和算法所組成的系統(tǒng)。可分為主存儲器和輔助存儲器兩類。 隨著超大規(guī)模集成技術(shù)的開展，在一個小小的芯片上，可以組裝幾百萬個線路元素，這大大提高了計算機(jī)存儲的容量。2主存儲器3輔助存儲器3.3.輸入輸入/ /輸出設(shè)備輸出設(shè)備“外圍設(shè)備是對所有輸入/輸出設(shè)備和輔助存儲設(shè)備的通稱。它們通過各種I/O接口輸入/輸出接口

6、與計算機(jī)系統(tǒng)的中央處理機(jī)連接并通信，因此外圍設(shè)備皆屬聯(lián)機(jī)設(shè)備，包括以下幾種：1鍵盤與顯示終端2點(diǎn)觸式設(shè)備3計算機(jī)筆4視頻輸出設(shè)備5打印輸出設(shè)備6聲音識別設(shè)備1. 1.軟件的概念及分類軟件的概念及分類 軟件Software是一系列按照特定順序組織的計算機(jī)數(shù)據(jù)和指令的集合。簡單地說，軟件就是程序加文檔的集合體。1系統(tǒng)軟件System software是用于管理計算機(jī)中的CPU、存儲器、通信聯(lián)接以及各種外部設(shè)備等所有系統(tǒng)資源的程序，其主要作用是管理和控制計算機(jī)系統(tǒng)的各個組成局部，使之協(xié)調(diào)運(yùn)行，并為各種數(shù)據(jù)處理提供根底功能。 系統(tǒng)軟件又可分為三類：系統(tǒng)管理程序、系統(tǒng)支持程序、系統(tǒng)開發(fā)程序。2應(yīng)用軟件A

7、pplication software是用來完成用戶所要求的數(shù)據(jù)處理任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)用戶特定功能的程序。2.2.軟件的特點(diǎn)軟件的特點(diǎn)1軟件不同于硬件，它是計算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯實體而不是物理實體，具有抽象性。2軟件的生產(chǎn)不同于硬件，它沒有明顯的制作過程，一旦開發(fā)成功，可以大量拷貝同一內(nèi)容的副本。3軟件在運(yùn)行過程中不會因為使用時間過長而出現(xiàn)磨損、老化以及用壞問題。4軟件的開發(fā)、運(yùn)行在很大程度上依賴于計算機(jī)系統(tǒng)，受到計算機(jī)系統(tǒng)的限制，因此，在客觀上存在軟件移植的問題。5軟件開發(fā)復(fù)雜性高，開發(fā)周期長，本錢較大。6軟件開發(fā)還涉及諸多社會因素。3.3.操作系統(tǒng)的概念及功能操作系統(tǒng)的概念及功能1操作系統(tǒng)的概念 操作

8、系統(tǒng)Operating system， OS是管理計算機(jī)硬件資源，控制其他程序運(yùn)行，并為用戶提供交互操作界面的系統(tǒng)軟件的集合。它是用戶和計算機(jī)的接口，同時也是計算機(jī)硬件和其他軟件的接口。2操作系統(tǒng)的功能 1用戶界面管理 2資源管理 3文件管理 4任務(wù)管理 5實用效勞程序管理4.4.操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的分類 操作系統(tǒng)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，有如下幾種分類方式：1按應(yīng)用領(lǐng)域劃分 操作系統(tǒng)按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，主要有3種：桌面操作系統(tǒng)、效勞器操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。2按處理方式劃分 計算機(jī)操作系統(tǒng)按處理方式分成：批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)3大類。之后隨著應(yīng)用的開展又有了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操

9、作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)等類別。5.5.程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言1機(jī)器語言2匯編語言3高級語言4第四代語言5流行的程序設(shè)計語言簡介 1Java語言 2C#語言6.6.程序設(shè)計語言的開展趨勢程序設(shè)計語言的開展趨勢 程序設(shè)計語言對軟件開發(fā)至關(guān)重要，程序設(shè)計語言的開展趨勢呈現(xiàn)以下特征：1模塊化2簡明性3形式化2.2 2.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)1. 1.數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)項描述數(shù)據(jù)處理對象的某些屬性。有時候，數(shù)據(jù)項還可以進(jìn)一步劃分成假設(shè)干個子數(shù)據(jù)項。當(dāng)子數(shù)據(jù)項在邏輯上不能再繼續(xù)分解下去的時候，這個子數(shù)據(jù)項就叫做“初等項。2.2.記錄記錄 記錄是與一個公共標(biāo)志有關(guān)的數(shù)據(jù)項的集合。以工資系統(tǒng)為例，其處理對

10、象是單個職工，那么諸如該職工的工作證號、姓名、應(yīng)得工資等數(shù)據(jù)項，就形成了該職工的記錄。公共標(biāo)志本身也是一種數(shù)據(jù)，它由數(shù)據(jù)項描述，可能是一個人或一個單位的名稱或其他任何信息如工作證號、住宅碼等。公共標(biāo)志，也叫主鍵或關(guān)鍵字。主鍵是用來唯一地標(biāo)識一個記錄的標(biāo)識符。在一個記錄中，除主鍵外，還可能包括副鍵。主鍵和副鍵統(tǒng)稱鑒別鍵，其功能是用來鑒別和搜索記錄。如在庫存系統(tǒng)中，大局部文件的記錄都把零件號作為主鍵，而副鍵那么可能是零件的價格等數(shù)據(jù)。把哪一數(shù)據(jù)項或哪幾個數(shù)據(jù)項選為鑒別鍵，是由文件使用的目的所決定的。記錄中每一數(shù)據(jù)項都在存儲介質(zhì)中占據(jù)一個字域。3.3.文件文件 為了某一特定目的而形成的相關(guān)記錄的集合

11、叫文件。這里所說的文件，并非日常所指的書面文件。在數(shù)據(jù)處理中，文件指與計算機(jī)輸入、輸出、存儲直接相關(guān)的記錄的集合。其中用于輸入計算機(jī)的有卡片文件、紙帶文件等，用于輸出的有報告文件等，而從輸入數(shù)據(jù)到獲得輸出結(jié)果的過程中，需要記錄和存儲中間結(jié)果的文件叫中間文件。4.4.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)組織層次中目前已經(jīng)到達(dá)的最高級別。簡單地說，數(shù)據(jù)庫是邏輯相關(guān)文件的集合。但嚴(yán)格地講，數(shù)據(jù)庫的概念不僅指文件的集合，而且還包含對文件的重新組織，其目的主要是為了改善數(shù)據(jù)存取，并使數(shù)據(jù)的重復(fù)程度減到最小。1. 1.數(shù)據(jù)庫的概念數(shù)據(jù)庫的概念 數(shù)據(jù)庫是當(dāng)代計算機(jī)系統(tǒng)的一個重要組成局部，我們很難用幾句話嚴(yán)格、簡明地概

12、括其全貌。事實上，目前數(shù)據(jù)庫的定義也是各式各樣、不盡相同。這是人們從不同角度用不同觀點(diǎn)來看待數(shù)據(jù)庫的結(jié)果。產(chǎn)生這種情況的另一個原因是數(shù)據(jù)庫技術(shù)本身是逐漸形成的，而且直到今天還在開展之中，從而使人們對它的認(rèn)識也有一個歷史的開展過程。一般認(rèn)為，數(shù)據(jù)庫是長期儲存在計算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。2.2.數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 由于實體之間的聯(lián)系可以用不同的方法表示，所以數(shù)據(jù)模型的表示方法也可以采用不同的形式。數(shù)據(jù)模型通常有以下3種類型：層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。1層次模型2網(wǎng)狀模型3關(guān)系模型1. 1.數(shù)據(jù)庫定義功能數(shù)據(jù)庫定義功能 數(shù)據(jù)庫定義功能包括全局邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式定義、局部邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

13、子模式定義、存儲結(jié)構(gòu)定義、保密定義以及信息格式定義等。2.2.數(shù)據(jù)庫管理功能數(shù)據(jù)庫管理功能 數(shù)據(jù)庫管理功能包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)存取及更新管理、數(shù)據(jù)完整性及平安性控制、并發(fā)控制等。3.3.數(shù)據(jù)庫建立和維護(hù)功能數(shù)據(jù)庫建立和維護(hù)功能 數(shù)據(jù)庫建立和維護(hù)功能包括數(shù)據(jù)庫的建立、數(shù)據(jù)庫更新、數(shù)據(jù)庫再組織、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)維護(hù)、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)以及性能監(jiān)視等。4.4.其他功能其他功能 其他功能包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能；一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與另一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能；異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的互訪和互操作功能等。1. 1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計 設(shè)計過程分為以下4個階段：1需求分析和數(shù)據(jù)分析階段

14、2概念設(shè)計階段3邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段4數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段2.2.關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計中存在著如何構(gòu)造一個好的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)問題，關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化理論是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一種理論指南。它為判斷關(guān)系模式的優(yōu)劣提供了理論標(biāo)準(zhǔn)，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員設(shè)計數(shù)據(jù)庫的重要依據(jù)。1函數(shù)依賴2阿姆斯特朗Armstrong公理3標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法下面將簡要介紹其中幾種數(shù)據(jù)庫新技術(shù)。1.分布式數(shù)據(jù)庫2.并行數(shù)據(jù)庫3.主動數(shù)據(jù)庫4.多媒體數(shù)據(jù)庫5.XML數(shù)據(jù)庫6.數(shù)據(jù)倉庫和聯(lián)機(jī)分析處理7.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)可視化技術(shù)2.3 2.3 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 凡將地理位置不同，并具有獨(dú)立功能的多個計算

15、機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路連接起來，且以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換方式及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)，可稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 縱觀計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開展，其大致經(jīng)歷了以下4個階段： 第一階段：誕生階段 第二階段：形成階段 第三階段：互聯(lián)互通階段 第四階段：高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)階段1. 1.數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為我們提供了最快捷、最經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換手段。例如，在企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部可以非常方便地將一個文件從一臺計算機(jī)傳遞到另一臺計算機(jī)，而通過互聯(lián)網(wǎng)可以在幾秒內(nèi)將一封電子郵件由中國傳送到世界各地。另外，現(xiàn)在普遍使用的銀行系統(tǒng)通存通兌業(yè)務(wù)、民航及鐵路的自動售票系統(tǒng)都是依賴于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所提供的數(shù)據(jù)

16、通信功能來實現(xiàn)的。2.2.資源共享資源共享 構(gòu)建計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的是實現(xiàn)資源共享。所謂資源共享是指所有網(wǎng)內(nèi)用戶均能使用網(wǎng)內(nèi)計算機(jī)系統(tǒng)中的全部或局部資源，使網(wǎng)絡(luò)中的各計算機(jī)能夠互通有無、分工協(xié)作，從而大大提高系統(tǒng)資源的利用率。 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，可共享的資源包括硬件資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源。3.3.提高計算機(jī)的可靠性和可用性提高計算機(jī)的可靠性和可用性 在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，同一資源可以分布在系統(tǒng)中的多處，一旦系統(tǒng)某局部出現(xiàn)故障，即可從另一局部獲得同樣資源，從而防止因個別部件或局部故障而導(dǎo)致整個系統(tǒng)失效。這種可靠性對于軍事、電力、銀行等對可靠性要求極高的領(lǐng)域尤為重要。例如，在美國“911事件發(fā)生時，某家

17、處于事件現(xiàn)場的銀行系統(tǒng)全部被毀，但這家銀行的業(yè)務(wù)并沒有停止，因為這家銀行在另一處的計算機(jī)系統(tǒng)自動接管了這家銀行的所有業(yè)務(wù)。4.4.促進(jìn)分布式計算與協(xié)同工作促進(jìn)分布式計算與協(xié)同工作 利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式計算和協(xié)同工作的特性，可以將一些大型且復(fù)雜的處理任務(wù)分散到不同的計算機(jī)上，這樣既可以使單臺計算機(jī)負(fù)擔(dān)不致太重，又?jǐn)U大了單機(jī)的功能，從而實現(xiàn)分布式處理和均衡負(fù)荷的效果。例如，在開發(fā)大型軟件時，通常將軟件分成假設(shè)干模塊，由不同人員開發(fā)各個模塊，最后再將不同模塊整合到一起，這么做可以提高軟件開發(fā)的效率。1. 1.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的根本組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的根本組成 和計算機(jī)系統(tǒng)一樣，一個完整的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也是由硬件

18、系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大局部組成。1硬件系統(tǒng) 包括計算機(jī)、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備等。2軟件系統(tǒng) 包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件等。2.2.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)要完成數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)傳輸兩大根本功能，所以從邏輯上可以將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個層次：1資源子網(wǎng)2通信子網(wǎng)3.3.兩種類型的通信子網(wǎng)兩種類型的通信子網(wǎng) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)根本上取決于其通信子網(wǎng)的組成和結(jié)構(gòu)。通信子網(wǎng)的組成和結(jié)構(gòu)與其通信控制方式之間有著內(nèi)在的聯(lián)系。按照通信控制方式的不同，通信子網(wǎng)有以下兩種根本類型：1點(diǎn)對點(diǎn)通信子網(wǎng)2共享信道通信子網(wǎng)1. 1.按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍分類按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍分類 按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍的不同，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)Local area network，LAN、城域網(wǎng)Metropolitan area network，MAN、廣域網(wǎng)Wide area network，WAN3種類型。2.2.按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類 根據(jù)各計算機(jī)系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為：星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等5類。3.3.按網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分類按網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分類 按網(wǎng)絡(luò)所處的環(huán)境不同，可將計算機(jī)