大學計算機-計算思維導論南京理工大學計算機學院馮元1ppt課件大學計算機-計算思維導論南京理工大學計算機學院馮元1ppt第二章計算系統的基本思維

內容提要：2.1理解0和1的思維2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機2.3現代計算機2ppt課件第二章計算系統的基本思維內容提要：2ppt課件2.1理解0和1的思維用機器實現自動化計算要解決的幾個問題：“數據”和“計算規則”的機器表示。數據與計算規則的“自動存儲”計算規則的“自動執行”“數據”和“計算規則”的符號化現實世界的任何事物，若要由計算系統進行計算，首先要將其語義符號化，進而進行基于符號的計算。將符號賦予不同語義，則能計算不同的問題。3ppt課件2.1理解0和1的思維用機器實現自動化計算要解決的幾個問題2.1理解0和1的思維為什么選擇二進制符號體系簡單：二進制只有2個符號0、1，對應著自然界截然相反的兩種狀態。

真、假，黑、白，正、負，高、低，通、斷，…..。最重要的是二進制運算系統容易實現。 數字電路，觸發器，運算器等。4ppt課件2.1理解0和1的思維為什么選擇二進制符號體系4ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進制與算術運算：數值信息的0、1表示

二進制數制逢2進1，借1當2，第i位的權值為2i。

29282726252423222120.2-12-22-32-42-5-----數位的權

(1011110001.01011)2-----二進制數

=1x29+0x28+1x27+1x26+1x25+1x24+0x23+0x22

+0x21+1x20+0x2-1+1x2-2+0x2-3+1x2-4+1x2-5

=(753.37)105ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進制與算術運算：數值信息的0、2.1理解0和1的思維十進制數轉換成二進制數： 整數部分：除2取余 小數部分：乘2取整八進制、十六進制與二進制間的轉換。二進制數的符號二進制數的符號用0、1表示，0正，1負。機器數的概念，由于位數的限制，機器數只能表示一定范圍的數，超出此范圍會“溢出”。6ppt課件2.1理解0和1的思維十進制數轉換成二進制數：6ppt課件2.1理解0和1的思維7ppt課件2.1理解0和1的思維7ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運算：0→假，1→真。基本的邏輯運算：“或”、“與”、“非”、“異或”或運算(OR)：雙目運算符，全假時為假，其它為真。與運算(AND)：雙目運算符，全真時為真，其它為假。非運算(NOT)：單目運算符，真變假，假變真。異或運算(XOR)：雙目運算符，不同為真，相同為假。8ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運算：0→假，1→真。8pp2.1理解0和1的思維數值運算二進制加法運算規則二進制減法運算規則0101+0+0+1+101100101-0-0-1-101109ppt課件2.1理解0和1的思維數值運算012.1理解0和1的思維二進制乘、除法運算規則用加法規則構造減法、乘法和除法 減去一個數等于加上該數的補碼。 乘法可理解為左移相加，除法則為右移相減。結論：加法是計算機內的基本運算，有對應硬件實體。1001×11100110011101111111001111111010ppt課件2.1理解0和1的思維二進制乘、除法運算規則12.1理解0和1的思維小數點表示：定點數與浮點數11ppt課件2.1理解0和1的思維小數點表示：定點數與浮點數11ppt2.1理解0和1的思維信息的度量單位信息的度量單位是什么？信息的基本度量單位

bit

比特，1位二進制位，Byte字節,8位二進制位。1KB=210字節

1MB=210KB 1GB=210MB 1TB=210GB=220MB 1PB=210TB=230MB 1EB=210PB=240MB12ppt課件2.1理解0和1的思維信息的度量單位12ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運算：0/1與非數值信息

編碼的概念1位二進制位有兩種取值，0或1，可用來表示兩種信息，如男、女，真、假，黑、白等。當信息種類多于兩種怎么辦？使用多位二進制表示有限信息集合。如3位二進制包含如下編碼：

000、001、010、011、100、101、110、111。13ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運算：0/1與非數值信2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義

000001010011100101110111

專業1專業2專業3專業4專業5專業6專業7專業8

單位1單位2單位3單位4單位5單位6單位7單位8編碼：編碼是以若干位數碼或符號的不同組合來表示非數值性信息的方法，它是人為地將若干位數碼或符號的每一種組合指定一種唯一的含義。14ppt課件2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義14pp2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征唯一性：每一種組合都有確定的唯一性的含義公共性：所有相關者都認同、遵守、使用這種編碼易于記憶/便于識認性：有一定規律15ppt課件2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征15ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編碼ASCII碼是英文字母與符號的0/1型編碼方法，是用7位二進制位0和1的不同組合表示10個數字、52個英文字母及一些特殊符號的編碼方法，是信息交換標準編碼。ASCII碼：AmericanStandardCodeforInformationInterchange

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx

00110001

01001110“1”“N”16ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表17ppt課件2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表17ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規律：每8位為一個字符，最高位為030H~39H:“0”~“9”41H~5AH:“A”~“Z”61H~7AH:“a”~“z”0AH:換行符號LF0DH:回車符號CR信息編碼解析規則Wearestudents0101011101100101001000000110000101110010011001010010000001110011011101000111010101100100011001010110111001110100011100110/1串按8位分隔一個字符，查找ASCII碼表映射成相應符號18ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規律：每8位為一個字2.1理解0和1的思維漢字的編碼英文是拼寫文字，只需要對基本字母編碼。漢字是圖形文字，必須對每個漢字編碼。漢字有近50000個，8位二進制位不夠，用16位。漢字機內碼：漢字在計算機內部采用漢字內碼存儲，漢字內碼為兩字節，且最高位均為1，區別于ASCII碼。 以漢字“大”為例： 其機內碼為：B4F3H

二進制：101101001111001119ppt課件2.1理解0和1的思維漢字的編碼19ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機內部由外到內由內到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1編碼漢字,每個漢字在計算機內部由2個字節表示0011010001110111國標碼1011010011110111機內碼20ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機內部由外到內由內到外b72.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼每一漢字的編碼，它使人們通過鍵入字母符號代替鍵入漢字。計算機內部由外到內由內到外輸入碼有若干：拼音碼、字型碼、區位碼……“型”拼音碼：xing雙拼碼：x；其中,‘x’表聲母x,而‘；’表韻母ing五筆字型碼：gajf其中,g表字根“-”,a表開下的草字頭,j表右側立刀,f表下面土字21ppt課件2.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點和有亮點像素,形成漢字字形的一種編碼。依據字形碼通過顯示器或打印機輸出漢字。“大”用0和1編碼無亮點和有亮點形成字形信息,便于顯示……

漢字字形碼是一種字模點陣碼。也有不同的處理漢字點陣信息的編碼，如向量編碼等oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機內部由外到內由內到外大22ppt課件2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點和有2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢字內碼存儲和處理，以漢字字形碼輸出。“大”oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機內部由外到內由內到外大da10110100

11110111

23ppt課件2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢2.1理解0和1的思維

還有哪些標準編碼？擴展ASCII碼：8位0,1型編碼，最高位為0時為標準ASCII碼；最高位為1時為擴展ASCII碼。Unicode：是國際組織制定的可以容納世界上所有文字和符號的字符編碼方案。采用數字0-0x10FFFF來映射所有的字符(最多可以容納1114112個字符)。具體實現時，再將前述唯一確定的碼位按照不同的編碼方案映射為相應的編碼，有UTF-8、UTF-16、UTF-32等幾種編碼方案。24ppt課件2.1理解0和1的思維還有哪些標準編碼？24ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機用機器實現自動化計算要解決的幾個問題：“數據”和“計算規則”的機器表示。數據與計算規則的“自動存儲”計算規則的“自動執行”本節討論后2個問題數據與計算規則的“自動存儲”計算規則的“自動執行”即計算機器的基本原理25ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機用機器實現自動化計算要解決的2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機1、圖靈機模型英國人圖靈于上世紀30年代提出了圖靈機模型，直觀形象地說明了通用計算機器的工作原理，建立了指令、程序及通用機器執行程序的理論模型。計算機界于1966年設立了最高榮譽獎：圖靈獎。后來，馮·諾依曼根據這個模型設計出第一臺實用的電子計算機器。26ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機1、圖靈機模型26ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機圖靈機的基本思想數據、指令、程序及程序/指令自動執行的基本思想。輸入數據被制成一串0和1的紙帶，送入機器中。 如00010000100011…機器可對輸入紙帶執行的基本動作包括：“翻轉0為1”，或“翻轉1為0”,“前移一位”,“停止”等。對基本動作的控制----指令，機器是按照指令的控制選擇執行哪一個動作，指令也可以用0和1來表示：01表示“翻轉0為1”(當輸入為1時不變)，10表示“翻轉1為0”(當輸入0時不變),11表示“前移一位”,00表示“停止”。27ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機圖靈機的基本思想27ppt課2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入如何變為輸出的控制可以用指令編寫一個程序來完成,如:011110110111011100…...。機器能夠讀取程序并按程序中指令的順序讀取指令。讀一條指令執行一條指令。

由此實現自動計算。…10001110110011010110001…0110101由“程序”控制，一步步將輸入“轉換”為輸出輸入輸出程序通用機器28ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入如何變為輸出的控制可以用2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機2、馮·諾依曼計算機馮.諾伊曼計算機的基本思想：存儲程序與程序控制存儲程序：將指令和數據以同等地位預先存于存儲器中，可按地址尋訪。程序控制：機器從存儲器中讀取指令和數據，實現連續、自動執行。注意：指令和數據均采用二進制表示。29ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機2、馮·諾依曼計算機29pp2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機馮.諾伊曼計算機的基本構成分為五大部件：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。運算器：負責進行邏輯運算和算術運算。控制器：負責讀取、分析和執行指令。存儲器：存儲指令和數據。輸入設備：負責將指令和數據輸入計算機。輸出設備：將計算結果顯示或打印出來。30ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機馮.諾伊曼計算機的基本構成32.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心的結構：早期結構，大家都爭奪控制權，各部件之間不能實現并行工作。31ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心的結構：早期結2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以存儲器為中心的結構：目前結構，各部件之間可實現并行工作。32ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以存儲器為中心的結構：目前結2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心結構工作舉例：運算器存儲器控制臺控制器(1)(3)(10)(5)(2)(4)(6)(7)(8)(9)33ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心結構工作舉例：2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機過程描述：(1)啟動控制器工作(2)發送第1條指令地址(3)取出指令并分析指令(4)執行指令：發送操作數x所在地址(5)執行指令：取出操作數x(10)執行指令：通知運算器計算a乘x(11)繼續后續指令的取指、執行…(6)發送下一條指令地址(7)取出指令并分析指令(8)執行指令：發送操作數a所在地址(9)執行指令：取出操作數a34ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機過程描述：(1)啟動控制器工2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機計算機的基本部件CPU：中央處理單元(CentralProcessUnit)，將運算器和控制器集成在一塊芯片上，形成微處理器。CPU、主存儲器、I/O設備及總線成為現代計算機的四大核心部件。在現代計算機中，一個微處理器(芯片)可能包含多個CPU，即多核。35ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機計算機的基本部件35ppt課2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機3、存儲器：可按地址自動存取信息的部件存儲器的概念結構圖36ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機3、存儲器：可按地址自動存取2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器、輸入/出緩沖器組成。存儲矩陣：由若干存儲單元構成，每個存儲單元通常可存儲8位二進制數據，即每個存儲單元為一個字節。地址譯碼器：每個存儲單元由一條地址線(Wi)控制其讀寫，當其有效時，對應存儲單元的內容可讀出或寫入，否則不可訪問。

每個存儲單元的地址編碼：由地址編碼線An-1…A0決定，每個地址編碼An-1…A0譯出其對應的地址線Wi。

n位地址編碼可控制2n個存儲單元，即存儲容量為2n。37ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入/輸出緩沖器： 暫存將要寫入或已經讀出的數據，并決定是進行寫入還是讀出操作。 三態控制線：讀、寫、高阻38ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入/輸出緩沖器：38ppt2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機4、機器指令與機器級程序與算法若要由計算系統自動求解問題，就要用計算系統所具有的設施及可理解和執行的規則來編寫算法和程序。算法：求解問題的操作規則及步驟。機器級算法必須精煉，哪怕節省一步都是重要改進。39ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機4、機器指令與機器級程序與算2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機40ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機40ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機機器指令：算法需要用CPU可理解和執行的指令來編寫。機器指令是CPU可直接分析并執行的指令，一般由0、1編碼表示。機器指令通常分為操作碼和地址碼。機器級程序：

832+23+641ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機機器指令：算法需要用CPU可2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機42ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機42ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機5、機器級程序的存儲與執行機器如何理解和執行程序？運算器和控制器運算器：運算部件和寄存器。基本的運算部件只能進行簡單的二進制算術、邏輯運算和移位操作。控制器：指令寄存器IR、程序計數器PC、時鐘與節拍發生器、信號發生器。43ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機5、機器級程序的存儲與執行444ppt課件44ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機指令的執行運算器和控制器不同的指令，對應著一組不同的電信號。這些電信號在時鐘與節拍的控制下按次序產生與傳輸。一條指令占用一個或多個機器周期，一個機器周期又分為多個節拍。最小的時間間隔單位：時鐘周期計算機的主頻：時鐘周期45ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機指令的執行45ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機時鐘周期、節拍與機器周期46ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機時鐘周期、節拍與機器周期46第一節拍：將PC中的地址發往存儲器。由信號發生器發出一信號通知存儲器工作47ppt課件第一節拍：47ppt課件第二節拍：存儲器進行譯碼，找到對應存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內容。信號發生器發出一信號IR接收該內容。48ppt課件第二節拍：48ppt課件第三節拍：指令碼000001控制產生信號，PC加1指向下一條指令地址，同時將指令中的地址碼發往存儲器。49ppt課件第三節拍：49ppt課件第四節拍：存儲器進行譯碼，找到對應存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內容。同時指令碼發出控制信號使寄存器R0接收。50ppt課件第四節拍：50ppt課件程序中指令的逐條執行51ppt課件程序中指令的逐條執行51ppt課件2.3現代計算機1、現代計算機的構成現代計算機系統由硬件、軟件、數據和網絡構成。52ppt課件2.3現代計算機1、現代計算機的構成52ppt課件2.3現代計算機計算機硬件由主機和外部設備兩大部分構成主機核心部件：CPU、存儲器。主電路板與接口電路板。外部設備：輸入/輸出設備輸入設備：鼠標、鍵盤、麥克風等。輸出設備：顯示器、打印機、音箱等。輸入/輸出設備：觸摸屏。外部存儲器：硬盤、光盤、U盤。53ppt課件2.3現代計算機計算機硬件由主機和外部設備兩大部分構成532.3現代計算機計算機軟件各種軟件研制的目的：擴大計算機的功能，方便使用或專為解決某類問題。系統軟件、應用軟件。系統軟件：管理、控制、維護計算機，編輯、制作程序，維護計算機的工具軟件。操作系統、編程環境、數據庫系統等。應用軟件：用于解決各類實際問題。54ppt課件2.3現代計算機計算機軟件54ppt課件2.3現代計算機2、存儲體系：不同性能資源的組合優化思維重要概念：程序必須裝載進內存，才能被CPU執行。數據自動存儲能力是衡量計算機的重要指標。存儲容量越大越好。存取速度越快越好。保存時間越長越好。價格越低越好。55ppt課件2.3現代計算機2、存儲體系：不同性能資源的組合優化思維52.3現代計算機現代計算機的存儲體系中包含了各種性能的存儲器。寄存器：存取速度最快，與CPU同步。RAM：隨機存儲器，可按地址訪問，內存。ROM：只讀存儲器，用來保存機器級程序。硬盤：采用磁性材料制作的大容量存儲器。光盤(CD、DVD)，U盤等。56ppt課件2.3現代計算機現代計算機的存儲體系中包含了各種性能的存儲2.3現代計算機內存：采用半導體材料制作內存：RAM/ROM地址：存儲單元1、2、4或8個字節57ppt課件2.3現代計算機內存：采用半導體材料制作內存：RAM/RO2.3現代計算機外存外存：硬盤/軟盤盤面:磁道:扇區一個扇區存放512個字節。58ppt課件2.3現代計算機外存外存：硬盤/軟盤58ppt課件2.3現代計算機存儲體系：不同性能資源的組合優化算術邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進行交換內存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM特性：速度慢、價格低、容量大、永久保存；特性：速度快、價格高、容量小、非永久存儲；內存與外存的區別？59ppt課件2.3現代計算機存儲體系：不同性能資源的組合優化算術邏輯單2.3現代計算機3、為什么要有操作系統：硬件功能擴展的基本思維存儲體系環境下，程序怎樣被執行?算術邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進行交換內存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM程序如何存儲在外存上面?程序如何裝載到內存中?裝載到哪里?程序如何被CPU執行?CPU執行哪個程序?60ppt課件2.3現代計算機3、為什么要有操作系統：硬件功能擴展的基本2.3現代計算機操作系統：控制和管理計算機系統各種資源(硬件資源、軟件資源和信息資源)、合理組織計算機系統工作流程、提供用戶與計算機之間接口以解釋用戶對機器的各種操作需求并完成這些操作的一組程序集合，是最基本、最重要的系統軟件。操作系統的作用：操作系統是用戶與計算機硬件之間的接口。操作系統為用戶提供了虛擬機(VirtualMachine)。操作系統是計算機系統的資源管理者61ppt課件2.3現代計算機操作系統：控制和管理計算機系統各種資源(硬2.3現代計算機操作系統是一組“管理各種資源以便執行應用程序”的程序。磁盤管理---管理磁盤信息的讀寫內存管理---管理內存空間的分配與回收CPU管理---調度CPU去執行哪一個程序62ppt課件2.3現代計算機操作系統是一組“管理各種資源以便執行應用程2.3現代計算機4、化整為零的基本思維：磁盤與文件系統磁盤與文件管理是存儲體系的重要內容，是操作系統對硬件功能的重要擴展。文件與信息：信息被操作系統組織成文件。文件是操作系統管理信息的基本單位。使用者只需關心文件名和內容，其它交給操作系統。63ppt課件2.3現代計算機4、化整為零的基本思維：磁盤與文件系統632.3現代計算機操作系統用戶信息/程序文件A文件A文件B文件C外存(硬盤/軟盤/光盤)64ppt課件2.3現代計算機操作系統用戶信息/程序文件A文件A文件B文2.3現代計算機磁盤信息的組織：磁盤簇塊與扇區磁盤物理結構：盤面、磁道、扇區。簇塊：操作系統將磁盤組織成簇塊(若干連續的扇區)，以簇塊為單位與內存交換信息。文件中的信息按簇塊大小被分割，然后寫入磁盤中的簇塊。65ppt課件2.3現代計算機磁盤信息的組織：磁盤簇塊與扇區65ppt課2.3現代計算機文件分配表（FAT）磁盤上記錄文件存儲的簇塊之間銜接關系的信息區域，二維表格。磁盤上有多少簇塊，文件分配表就有多少項。FAT表項的內容指出了該簇塊的下一簇塊的編號。66ppt課件2.3現代計算機文件分配表（FAT）66ppt課件2.3現代計算機目錄與文件夾是磁盤上記錄文件名、文件大小、文件更新時間等文件屬性的信息區域。相當于文件清單，對應每個文件名，目錄中都會記錄它在磁盤上存儲的第一個磁盤簇塊編號。67ppt課件2.3現代計算機目錄與文件夾67ppt課件2.3現代計算機磁盤上的重要信息區域保留扇區區域、文件分配表區域、根目錄區域、數據區域。上述信息區域的建立通過磁盤格式化完成。磁盤的第一個扇區被稱為引導扇區。磁盤與文件管理體現的是一種化整為零的基本思維。68ppt課件2.3現代計算機磁盤上的重要信息區域68ppt課件2.3現代計算機5、內存管理與處理機管理

問題：在現代計算機及存儲體系中，程序如何執行？情況1：單CPU運行單一程序。情況2：單CPU同時運行多個程序。情況3：多CPU運行單個程序。原則：程序必須裝入內存，才能被CPU執行。69ppt課件2.3現代計算機5、內存管理與處理機管理69ppt課件2.3現代計算機內存管理：內存空間管理內存空間分配內存與外存信息的自動交換內存空間回收Dm-1,…,D0內存被分成不同的塊(或頁)，一般而言，內存的一頁和磁盤的一塊相等或為其倍數。70ppt課件2.3現代計算機內存管理：Dm-1,…,D0內存2.3現代計算機程序與進程：以文件形式存儲在磁盤上的程序文件稱為“程序”。可運行程序文件在操作系統的管理下被裝入內存，形成“進程”。進程除程序外，還 包含描述信息，便 于操作系統管理。內存儲器分工：操作系統對內存的管理與控制---使用哪一段內存內存空間分配內存回收內存與外存信息的自動交換內存空間管理進程1000001段內存運算器控制器CPU狀態與管控71ppt課件2.3現代計算機程序與進程：內存儲器分工：操作系統對內存的2.3現代計算機處理機管理內存中待執行程序段落的地址送控制器的PC(程序計數器)內存中的多個程序，執行哪一個程序?程序執行切換中的狀態/環境保護問題單CPU分時調度-進程 多CPU并行調度-線程72ppt課件2.3現代計算機處理機管理單CPU分時調度-進程72ppt2.3現代計算機任務與作業：任務：大粒度工作，一個應用程序的完整的執行，一個任務由多個進程來完成。作業：小粒度工作，不同作業由不同的進程來完成。73ppt課件2.3現代計算機任務與作業：73ppt課件2.3現代計算機程序進程作業74ppt課件2.3現代計算機程序進程作業74ppt課件2.3現代計算機操作系統進程和應用程序進程操作系統的進程：為使應用程序順利執行而做的輔助性管理性工作的進程。操作系統的進程也存儲在內存中，也需要調度CPU來執行；CPU在操作系統進程和多個應用程序進程之間來回切換。應用程序的進程：應用程序本身的進程。75ppt課件2.3現代計算機操作系統進程和應用程序進程75ppt課件2.3現代計算機進程管理76ppt課件2.3現代計算機進程管理76ppt課件2.3現代計算機6、現代計算機工作過程計算機是怎樣裝載操作系統的?引導程序基本輸入輸出部分磁盤文件管理部分命令解釋器ROMBIOS用戶鍵入命令內部命令直接執行外部命令需要找到程序并裝載入內存外部命令執行磁盤ROM77ppt課件2.3現代計算機6、現代計算機工作過程引導程序基本輸入輸出2.3現代計算機操作系統的啟動和關閉操作系統的使用OS啟動OS關閉初始化系統環境加載設備驅動程序加載服務程序等加載系統程序,如程序管理器/命令解釋器等

保存用戶設置關閉服務程序通知其他聯機用戶保存系統運行狀態將內存內容寫回外存中正確關閉相關設備78ppt課件2.3現代計算機操作系統的啟動和關閉操作系統的使用2.3現代計算機7、現代計算機的發展

CPU管理--分時：一臺主機一個CPU執行多個程序。ttCPU作業1作業2作業3作業4

操作系統管理著一時間輪盤；按照時間輪盤的時間分區，輪流讓CPU執行若干個程序。由于時間分區足夠小，所以每個作業的用戶都認為自己獨占著CPU執行執行時間分區79ppt課件2.3現代計算機7、現代計算機的發展ttCPU作業1作業22.3現代計算機

CPU管理--并行：一臺主機多個CPU執行一個程序作業的第1部分作業的第2部分作業的第3部分作業的拆分與合并CPU1CPU2CPU3CPU4作業

操作系統將一個作業分解成若干個可并行執行的小作業，由不同的CPU予以執行。其中一個CPU負責作業的拆分與合并工作，如CPU1,如此多CPU并行完成一個作業。80ppt課件2.3現代計算機CPU管理--并行：一臺主機多個CPU執2.3現代計算機CPU管理--分布：網絡中多臺主機多個CPU執行一個任務。作業的拆分與合并CPUCPU作業一個作業被一臺機器的操作系統拆分成若干可分布與并行執行的小作業，通過網絡傳送到不同的機器，由不同機器的操作系統控制其CPU予以執行。如此網絡上，多臺計算機可并行完成一個作業。作業的第1部分作業的第2部分作業的第3部分CPUCPUComputerNetwork或Internet網絡傳輸網絡傳輸網絡傳輸網絡傳輸81ppt課件2.3現代計算機CPU管理--分布：網絡中多臺主機多個CP

通用計算環境的進化馮.諾依曼計算機個人計算機云計算環境

計算系統發展之重要功勞在于“軟件”,軟件促進環境發展,軟件也在隨環境的變化而發展并行分布計算環境82ppt課件通用計算環境的進化馮.諾依曼計算機個人計算機云計算環境計

云計算(Cloud)物理機OS:進程執行物理機OS物理機OS物理機OS虛擬化OS:將虛擬機上的進程分配到物理機OS上進行執行虛擬化OS虛擬化OS虛擬化OS云操作系統(CloudOperatingSystem):跨物理機管理OS:進程OperationProg1…PrognOSOperationProg1…PrognOSOperationProgOSOperationProg1…Progn不同性能的虛擬機：(1)CPU數目(2)內存容量(3)外存容量(4)網絡帶寬物理機：CPU(h個);內存(p*qGB);外存(n*mGB)83ppt課件云計算(Cloud)物理機OS:進程執行物理機OS物理機大學計算機-計算思維導論南京理工大學計算機學院馮元84ppt課件大學計算機-計算思維導論南京理工大學計算機學院馮元1ppt第二章計算系統的基本思維

內容提要：2.1理解0和1的思維2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機2.3現代計算機85ppt課件第二章計算系統的基本思維內容提要：2ppt課件2.1理解0和1的思維用機器實現自動化計算要解決的幾個問題：“數據”和“計算規則”的機器表示。數據與計算規則的“自動存儲”計算規則的“自動執行”“數據”和“計算規則”的符號化現實世界的任何事物，若要由計算系統進行計算，首先要將其語義符號化，進而進行基于符號的計算。將符號賦予不同語義，則能計算不同的問題。86ppt課件2.1理解0和1的思維用機器實現自動化計算要解決的幾個問題2.1理解0和1的思維為什么選擇二進制符號體系簡單：二進制只有2個符號0、1，對應著自然界截然相反的兩種狀態。

真、假，黑、白，正、負，高、低，通、斷，…..。最重要的是二進制運算系統容易實現。 數字電路，觸發器，運算器等。87ppt課件2.1理解0和1的思維為什么選擇二進制符號體系4ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進制與算術運算：數值信息的0、1表示

二進制數制逢2進1，借1當2，第i位的權值為2i。

29282726252423222120.2-12-22-32-42-5-----數位的權

(1011110001.01011)2-----二進制數

=1x29+0x28+1x27+1x26+1x25+1x24+0x23+0x22

+0x21+1x20+0x2-1+1x2-2+0x2-3+1x2-4+1x2-5

=(753.37)1088ppt課件2.1理解0和1的思維1、二進制與算術運算：數值信息的0、2.1理解0和1的思維十進制數轉換成二進制數： 整數部分：除2取余 小數部分：乘2取整八進制、十六進制與二進制間的轉換。二進制數的符號二進制數的符號用0、1表示，0正，1負。機器數的概念，由于位數的限制，機器數只能表示一定范圍的數，超出此范圍會“溢出”。89ppt課件2.1理解0和1的思維十進制數轉換成二進制數：6ppt課件2.1理解0和1的思維90ppt課件2.1理解0和1的思維7ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運算：0→假，1→真。基本的邏輯運算：“或”、“與”、“非”、“異或”或運算(OR)：雙目運算符，全假時為假，其它為真。與運算(AND)：雙目運算符，全真時為真，其它為假。非運算(NOT)：單目運算符，真變假，假變真。異或運算(XOR)：雙目運算符，不同為真，相同為假。91ppt課件2.1理解0和1的思維邏輯運算：0→假，1→真。8pp2.1理解0和1的思維數值運算二進制加法運算規則二進制減法運算規則0101+0+0+1+101100101-0-0-1-1011092ppt課件2.1理解0和1的思維數值運算012.1理解0和1的思維二進制乘、除法運算規則用加法規則構造減法、乘法和除法 減去一個數等于加上該數的補碼。 乘法可理解為左移相加，除法則為右移相減。結論：加法是計算機內的基本運算，有對應硬件實體。1001×11100110011101111111001111111093ppt課件2.1理解0和1的思維二進制乘、除法運算規則12.1理解0和1的思維小數點表示：定點數與浮點數94ppt課件2.1理解0和1的思維小數點表示：定點數與浮點數11ppt2.1理解0和1的思維信息的度量單位信息的度量單位是什么？信息的基本度量單位

bit

比特，1位二進制位，Byte字節,8位二進制位。1KB=210字節

1MB=210KB 1GB=210MB 1TB=210GB=220MB 1PB=210TB=230MB 1EB=210PB=240MB95ppt課件2.1理解0和1的思維信息的度量單位12ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運算：0/1與非數值信息

編碼的概念1位二進制位有兩種取值，0或1，可用來表示兩種信息，如男、女，真、假，黑、白等。當信息種類多于兩種怎么辦？使用多位二進制表示有限信息集合。如3位二進制包含如下編碼：

000、001、010、011、100、101、110、111。96ppt課件2.1理解0和1的思維2、編碼與符號運算：0/1與非數值信2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義

000001010011100101110111

專業1專業2專業3專業4專業5專業6專業7專業8

單位1單位2單位3單位4單位5單位6單位7單位8編碼：編碼是以若干位數碼或符號的不同組合來表示非數值性信息的方法，它是人為地將若干位數碼或符號的每一種組合指定一種唯一的含義。97ppt課件2.1理解0和1的思維可以為這些編碼指派不同的含義14pp2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征唯一性：每一種組合都有確定的唯一性的含義公共性：所有相關者都認同、遵守、使用這種編碼易于記憶/便于識認性：有一定規律98ppt課件2.1理解0和1的思維編碼的三個主要特征15ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編碼ASCII碼是英文字母與符號的0/1型編碼方法，是用7位二進制位0和1的不同組合表示10個數字、52個英文字母及一些特殊符號的編碼方法，是信息交換標準編碼。ASCII碼：AmericanStandardCodeforInformationInterchange

B7B6B5B4B3B2B1B0

0xxxxxxx

00110001

01001110“1”“N”99ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII碼----英文字母符號的編2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表100ppt課件2.1理解0和1的思維完整的ASCII碼表17ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規律：每8位為一個字符，最高位為030H~39H:“0”~“9”41H~5AH:“A”~“Z”61H~7AH:“a”~“z”0AH:換行符號LF0DH:回車符號CR信息編碼解析規則Wearestudents0101011101100101001000000110000101110010011001010010000001110011011101000111010101100100011001010110111001110100011100110/1串按8位分隔一個字符，查找ASCII碼表映射成相應符號101ppt課件2.1理解0和1的思維ASCII編碼的規律：每8位為一個字2.1理解0和1的思維漢字的編碼英文是拼寫文字，只需要對基本字母編碼。漢字是圖形文字，必須對每個漢字編碼。漢字有近50000個，8位二進制位不夠，用16位。漢字機內碼：漢字在計算機內部采用漢字內碼存儲，漢字內碼為兩字節，且最高位均為1，區別于ASCII碼。 以漢字“大”為例： 其機內碼為：B4F3H

二進制：1011010011110011102ppt課件2.1理解0和1的思維漢字的編碼19ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機內部由外到內由內到外b7

b6b5b4b3b2b1b0

b7

b6b5b4b3b2b1b0

用0和1編碼漢字,每個漢字在計算機內部由2個字節表示0011010001110111國標碼1011010011110111機內碼103ppt課件2.1理解0和1的思維“大”計算機內部由外到內由內到外b72.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼每一漢字的編碼，它使人們通過鍵入字母符號代替鍵入漢字。計算機內部由外到內由內到外輸入碼有若干：拼音碼、字型碼、區位碼……“型”拼音碼：xing雙拼碼：x；其中,‘x’表聲母x,而‘；’表韻母ing五筆字型碼：gajf其中,g表字根“-”,a表開下的草字頭,j表右側立刀,f表下面土字104ppt課件2.1理解0和1的思維漢字輸入碼：是用鍵盤上的字母符號編碼2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點和有亮點像素,形成漢字字形的一種編碼。依據字形碼通過顯示器或打印機輸出漢字。“大”用0和1編碼無亮點和有亮點形成字形信息,便于顯示……

漢字字形碼是一種字模點陣碼。也有不同的處理漢字點陣信息的編碼，如向量編碼等oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機內部由外到內由內到外大105ppt課件2.1理解0和1的思維漢字字形碼：是用0和1編碼無亮點和有2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢字內碼存儲和處理，以漢字字形碼輸出。“大”oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11ooooo1oo1111111111111111oooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo11oooooooooooooo111oooooooooooo11oo1oooooooooo11oooo1oooooooo11ooooo11ooooooo1ooooooo11ooooo1ooooooooo111o

11ooooooooooo1oo計算機內部由外到內由內到外大da10110100

11110111

106ppt課件2.1理解0和1的思維漢字處理過程：通過漢字外碼輸入，以漢2.1理解0和1的思維

還有哪些標準編碼？擴展ASCII碼：8位0,1型編碼，最高位為0時為標準ASCII碼；最高位為1時為擴展ASCII碼。Unicode：是國際組織制定的可以容納世界上所有文字和符號的字符編碼方案。采用數字0-0x10FFFF來映射所有的字符(最多可以容納1114112個字符)。具體實現時，再將前述唯一確定的碼位按照不同的編碼方案映射為相應的編碼，有UTF-8、UTF-16、UTF-32等幾種編碼方案。107ppt課件2.1理解0和1的思維還有哪些標準編碼？24ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機用機器實現自動化計算要解決的幾個問題：“數據”和“計算規則”的機器表示。數據與計算規則的“自動存儲”計算規則的“自動執行”本節討論后2個問題數據與計算規則的“自動存儲”計算規則的“自動執行”即計算機器的基本原理108ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機用機器實現自動化計算要解決的2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機1、圖靈機模型英國人圖靈于上世紀30年代提出了圖靈機模型，直觀形象地說明了通用計算機器的工作原理，建立了指令、程序及通用機器執行程序的理論模型。計算機界于1966年設立了最高榮譽獎：圖靈獎。后來，馮·諾依曼根據這個模型設計出第一臺實用的電子計算機器。109ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機1、圖靈機模型26ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機圖靈機的基本思想數據、指令、程序及程序/指令自動執行的基本思想。輸入數據被制成一串0和1的紙帶，送入機器中。 如00010000100011…機器可對輸入紙帶執行的基本動作包括：“翻轉0為1”，或“翻轉1為0”,“前移一位”,“停止”等。對基本動作的控制----指令，機器是按照指令的控制選擇執行哪一個動作，指令也可以用0和1來表示：01表示“翻轉0為1”(當輸入為1時不變)，10表示“翻轉1為0”(當輸入0時不變),11表示“前移一位”,00表示“停止”。110ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機圖靈機的基本思想27ppt課2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入如何變為輸出的控制可以用指令編寫一個程序來完成,如:011110110111011100…...。機器能夠讀取程序并按程序中指令的順序讀取指令。讀一條指令執行一條指令。

由此實現自動計算。…10001110110011010110001…0110101由“程序”控制，一步步將輸入“轉換”為輸出輸入輸出程序通用機器111ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入如何變為輸出的控制可以用2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機2、馮·諾依曼計算機馮.諾伊曼計算機的基本思想：存儲程序與程序控制存儲程序：將指令和數據以同等地位預先存于存儲器中，可按地址尋訪。程序控制：機器從存儲器中讀取指令和數據，實現連續、自動執行。注意：指令和數據均采用二進制表示。112ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機2、馮·諾依曼計算機29pp2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機馮.諾伊曼計算機的基本構成分為五大部件：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。運算器：負責進行邏輯運算和算術運算。控制器：負責讀取、分析和執行指令。存儲器：存儲指令和數據。輸入設備：負責將指令和數據輸入計算機。輸出設備：將計算結果顯示或打印出來。113ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機馮.諾伊曼計算機的基本構成32.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心的結構：早期結構，大家都爭奪控制權，各部件之間不能實現并行工作。114ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心的結構：早期結2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以存儲器為中心的結構：目前結構，各部件之間可實現并行工作。115ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以存儲器為中心的結構：目前結2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心結構工作舉例：運算器存儲器控制臺控制器(1)(3)(10)(5)(2)(4)(6)(7)(8)(9)116ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機以運算器為中心結構工作舉例：2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機過程描述：(1)啟動控制器工作(2)發送第1條指令地址(3)取出指令并分析指令(4)執行指令：發送操作數x所在地址(5)執行指令：取出操作數x(10)執行指令：通知運算器計算a乘x(11)繼續后續指令的取指、執行…(6)發送下一條指令地址(7)取出指令并分析指令(8)執行指令：發送操作數a所在地址(9)執行指令：取出操作數a117ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機過程描述：(1)啟動控制器工2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機計算機的基本部件CPU：中央處理單元(CentralProcessUnit)，將運算器和控制器集成在一塊芯片上，形成微處理器。CPU、主存儲器、I/O設備及總線成為現代計算機的四大核心部件。在現代計算機中，一個微處理器(芯片)可能包含多個CPU，即多核。118ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機計算機的基本部件35ppt課2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機3、存儲器：可按地址自動存取信息的部件存儲器的概念結構圖119ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機3、存儲器：可按地址自動存取2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器、輸入/出緩沖器組成。存儲矩陣：由若干存儲單元構成，每個存儲單元通常可存儲8位二進制數據，即每個存儲單元為一個字節。地址譯碼器：每個存儲單元由一條地址線(Wi)控制其讀寫，當其有效時，對應存儲單元的內容可讀出或寫入，否則不可訪問。

每個存儲單元的地址編碼：由地址編碼線An-1…A0決定，每個地址編碼An-1…A0譯出其對應的地址線Wi。

n位地址編碼可控制2n個存儲單元，即存儲容量為2n。120ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機存儲器由存儲矩陣、地址譯碼器2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入/輸出緩沖器： 暫存將要寫入或已經讀出的數據，并決定是進行寫入還是讀出操作。 三態控制線：讀、寫、高阻121ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機輸入/輸出緩沖器：38ppt2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機4、機器指令與機器級程序與算法若要由計算系統自動求解問題，就要用計算系統所具有的設施及可理解和執行的規則來編寫算法和程序。算法：求解問題的操作規則及步驟。機器級算法必須精煉，哪怕節省一步都是重要改進。122ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機4、機器指令與機器級程序與算2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機123ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機40ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機機器指令：算法需要用CPU可理解和執行的指令來編寫。機器指令是CPU可直接分析并執行的指令，一般由0、1編碼表示。機器指令通常分為操作碼和地址碼。機器級程序：

832+23+6124ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機機器指令：算法需要用CPU可2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機125ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機42ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機5、機器級程序的存儲與執行機器如何理解和執行程序？運算器和控制器運算器：運算部件和寄存器。基本的運算部件只能進行簡單的二進制算術、邏輯運算和移位操作。控制器：指令寄存器IR、程序計數器PC、時鐘與節拍發生器、信號發生器。126ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機5、機器級程序的存儲與執行4127ppt課件44ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機指令的執行運算器和控制器不同的指令，對應著一組不同的電信號。這些電信號在時鐘與節拍的控制下按次序產生與傳輸。一條指令占用一個或多個機器周期，一個機器周期又分為多個節拍。最小的時間間隔單位：時鐘周期計算機的主頻：時鐘周期128ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機指令的執行45ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機時鐘周期、節拍與機器周期129ppt課件2.2圖靈機與馮·諾依曼計算機時鐘周期、節拍與機器周期46第一節拍：將PC中的地址發往存儲器。由信號發生器發出一信號通知存儲器工作130ppt課件第一節拍：47ppt課件第二節拍：存儲器進行譯碼，找到對應存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內容。信號發生器發出一信號IR接收該內容。131ppt課件第二節拍：48ppt課件第三節拍：指令碼000001控制產生信號，PC加1指向下一條指令地址，同時將指令中的地址碼發往存儲器。132ppt課件第三節拍：49ppt課件第四節拍：存儲器進行譯碼，找到對應存儲單元，通過輸出緩沖器輸出內容。同時指令碼發出控制信號使寄存器R0接收。133ppt課件第四節拍：50ppt課件程序中指令的逐條執行134ppt課件程序中指令的逐條執行51ppt課件2.3現代計算機1、現代計算機的構成現代計算機系統由硬件、軟件、數據和網絡構成。135ppt課件2.3現代計算機1、現代計算機的構成52ppt課件2.3現代計算機計算機硬件由主機和外部設備兩大部分構成主機核心部件：CPU、存儲器。主電路板與接口電路板。外部設備：輸入/輸出設備輸入設備：鼠標、鍵盤、麥克風等。輸出設備：顯示器、打印機、音箱等。輸入/輸出設備：觸摸屏。外部存儲器：硬盤、光盤、U盤。136ppt課件2.3現代計算機計算機硬件由主機和外部設備兩大部分構成532.3現代計算機計算機軟件各種軟件研制的目的：擴大計算機的功能，方便使用或專為解決某類問題。系統軟件、應用軟件。系統軟件：管理、控制、維護計算機，編輯、制作程序，維護計算機的工具軟件。操作系統、編程環境、數據庫系統等。應用軟件：用于解決各類實際問題。137ppt課件2.3現代計算機計算機軟件54ppt課件2.3現代計算機2、存儲體系：不同性能資源的組合優化思維重要概念：程序必須裝載進內存，才能被CPU執行。數據自動存儲能力是衡量計算機的重要指標。存儲容量越大越好。存取速度越快越好。保存時間越長越好。價格越低越好。138ppt課件2.3現代計算機2、存儲體系：不同性能資源的組合優化思維52.3現代計算機現代計算機的存儲體系中包含了各種性能的存儲器。寄存器：存取速度最快，與CPU同步。RAM：隨機存儲器，可按地址訪問，內存。ROM：只讀存儲器，用來保存機器級程序。硬盤：采用磁性材料制作的大容量存儲器。光盤(CD、DVD)，U盤等。139ppt課件2.3現代計算機現代計算機的存儲體系中包含了各種性能的存儲2.3現代計算機內存：采用半導體材料制作內存：RAM/ROM地址：存儲單元1、2、4或8個字節140ppt課件2.3現代計算機內存：采用半導體材料制作內存：RAM/RO2.3現代計算機外存外存：硬盤/軟盤盤面:磁道:扇區一個扇區存放512個字節。141ppt課件2.3現代計算機外存外存：硬盤/軟盤58ppt課件2.3現代計算機存儲體系：不同性能資源的組合優化算術邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進行交換內存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM特性：速度慢、價格低、容量大、永久保存；特性：速度快、價格高、容量小、非永久存儲；內存與外存的區別？142ppt課件2.3現代計算機存儲體系：不同性能資源的組合優化算術邏輯單2.3現代計算機3、為什么要有操作系統：硬件功能擴展的基本思維存儲體系環境下，程序怎樣被執行?算術邏輯單元控制單元寄存器CPU按存儲單元讀寫按存儲塊進行交換內存或主存(RAM)外存(硬盤/軟盤/光盤)ROM程序如何存儲在外存上面?程序如何裝載到內存中?裝載到哪里?程序如何被CPU執行?CPU執行哪個程序?143ppt課件2.3現代計算機3、為什么要有操作系統：硬件功能擴展的基本2.3現代計算機操作系統：控制和管理計算機系統各種資源(硬件資源、軟件資源和信息資源)、合理組織計算機系統工作流程、提供用戶與計算機之間接口以解釋用戶對機器的各種操作需求并完成這些操作的一組程序集合，是最基本、最重要的系統軟件。操作系統的作用：操作系統是用戶與計算機硬件