信息產(chǎn)業(yè)是信息社會的支柱，主要包括：計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國民經(jīng)濟中傳統(tǒng)行業(yè)的信息化。以下內(nèi)容是小編為您精心整理的大學(xué)計算機基礎(chǔ)知識要點，歡迎參考！
大學(xué)計算機基礎(chǔ)知識要點
第一章 計算機及信息技術(shù)概述（了解）
1、計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想
1、 法國物理學(xué)家帕斯卡(1623-1662)：在 1642年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。
2、 德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機械式乘除法器�；驹砝^承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。
3、英國數(shù)學(xué)家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了“差分機”。它有3個齒輪式寄存器，可以保存3個5位數(shù)字，計算精度可以達到6位小數(shù)。 巴貝奇是現(xiàn)代計算機設(shè)計思想的奠基人。
英國科學(xué)家阿蘭?圖靈(理論計算機的奠基人)
圖靈機：這個在當(dāng)時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計算機中“存儲程序”的基本思想。半個世紀(jì)以來，數(shù)學(xué)家們提出的各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。
美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼(計算機鼻祖)
計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；應(yīng)采用二進制簡化機器的電路設(shè)計；采用“存儲程序”技術(shù),以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。
七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮·諾依曼計算機”。
2、電子計算機的發(fā)展歷程
1、 1946年2月由賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的ENIAC是世界上第一臺電子數(shù)字計算機�！罢Q生了一個電子的大腦”致命缺陷：沒有存儲程序。
2、 電子技術(shù)的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代：電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路
3、計算機的類型
按計算機用途分類：通用計算機和專用計算機
按計算機規(guī)模分類：巨型機、大型機、小型機、微型機、工作站、服務(wù)器、嵌入式計算機
按計算機處理的數(shù)據(jù)分類：數(shù)字計算機、模擬計算機、數(shù)字模擬混合計算機
1.1.4 計算機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域
計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。（含義）
1、運算速度快
2、計算精度高
3、存儲容量大
4、具有邏輯判斷能力
5、按照程序自動運行
應(yīng)用領(lǐng)域：科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、過程與實時控制、人工智能、計算機輔助設(shè)計與制造、遠(yuǎn)程通訊與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、多媒體與虛擬現(xiàn)實
1.1.5 計算機發(fā)展趨勢：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化
1、光計算機 2、生物計算機 3、量子計算機
1.2 計算機系統(tǒng)構(gòu)成
· 一個完整的計算機系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成
· 硬件系統(tǒng)是指能夠收集、加工、處理數(shù)據(jù)以及輸出數(shù)據(jù)所需的設(shè)備實體，是看得見、摸得著的部件總和。
· 軟件系統(tǒng)是指為了充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)性能和方便人們使用硬件系統(tǒng)，以及解決各類應(yīng)用問題而設(shè)計的程序、數(shù)據(jù)、文檔總和，它們在計算機中體現(xiàn)為一些觸摸不到的二進制狀態(tài)，存儲在內(nèi)存、磁盤、閃存盤、光盤等硬件設(shè)備上。
1.3.1 信息技術(shù)概念
信息是一種知識，是接受者事先不知道不了解的知識。
數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等都是不同形式的數(shù)據(jù)。 4次信息革命：文字、造紙和印刷術(shù)、電報電話廣播電視、計算機與網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)代信息技術(shù)：計算機技術(shù)＋微電子技術(shù)＋通信技術(shù)
1.3.1 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)與人才
信息產(chǎn)業(yè)是信息社會的支柱，主要包括：計算機硬件制造業(yè)、計算機軟件業(yè)、信息服務(wù)業(yè)以及國民經(jīng)濟中傳統(tǒng)行業(yè)的信息化
信息產(chǎn)業(yè)屬資本密集型、知識密集型、人才密集型的產(chǎn)業(yè)。
信息技術(shù)教育包括：
· 對信息科學(xué)的理解
· 對信息應(yīng)用的實踐能力
· 對信息社會的認(rèn)識和態(tài)度
第二章 計算機信息基礎(chǔ)
2.1.1 數(shù)制的概念
位權(quán)：在數(shù)制中，各位數(shù)字所表示值的大小不僅與該數(shù)字本身的大小有關(guān)，還與該數(shù)字所在的位置有關(guān)，我們稱這關(guān)系為數(shù)的位權(quán)。
位權(quán)：一個與數(shù)字位置有關(guān)的常數(shù)，位權(quán)=Rn
2.1.3 二進制和其它進制的轉(zhuǎn)換
十進制轉(zhuǎn)二進制：整數(shù)部分除以2取余，直至商為0；小數(shù)部分乘以2取整，直至小數(shù)部分為0或達到所需精度為止。
十進制轉(zhuǎn)八進制：方法同上。整數(shù)部分除以8，小數(shù)部分乘以8。
十進制轉(zhuǎn)十六進制：方法同上。整數(shù)部分除以16，小數(shù)部分乘以16。
2.2 計算機中的數(shù)據(jù)單位
位(bit)：計算機存儲數(shù)據(jù)的最小單元(0、1)
字節(jié)(Byte)：處理數(shù)據(jù)的基本單位(8bit/Byte)
常用的字節(jié)計數(shù)單位：
1KB＝1024 Byte (210B) 1MB＝1024 KB (220B) 1GB＝1024 MB (230B) 1TB＝1024 GB (240B)
字長：CPU一次處理數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)。
2.3 信息表示與編碼
所謂編碼，就是利用數(shù)字串來標(biāo)識所處理對象的不同個體。
2.3.1 整數(shù)的表示
在數(shù)學(xué)中，數(shù)值是用“＋”和“－”表示正數(shù)和負(fù)數(shù)的，而在計算機中只有0和1，所以正負(fù)號也用0和1表示，即數(shù)值符號數(shù)字化。
補碼的概念是怎么來的？
“�！笔侵敢粋�系統(tǒng)所能表示的數(shù)據(jù)個數(shù)。按模運算是指運算結(jié)果超過模時，模（或模的整數(shù)倍）將溢出而只剩下余數(shù)。
假設(shè)M為模，若數(shù)a，b滿足a＋b＝M，則稱a，b互為補數(shù)。 在有模運算中，減去一個數(shù)等于加上這個數(shù)對模的補數(shù)。
2.3.2 實數(shù)的表示 定點數(shù)：小數(shù)點位置固定的數(shù)稱為定點數(shù)。 浮點數(shù)：小數(shù)點位置不固定的數(shù)稱為浮點數(shù)
與漢字有關(guān)的編碼：
�。�1）、輸入碼
(2) 國標(biāo)碼和區(qū)位碼：每個漢字占兩個字節(jié)的編碼，且每個字節(jié)最高位均為0。所有漢字分94個區(qū)，每個區(qū)94個漢字。由此構(gòu)成區(qū)位碼。而區(qū)位碼的區(qū)碼和位碼各加32就得到國標(biāo)碼。
�。�3）機內(nèi)碼
（4）字型碼：漢字存儲在計算機內(nèi)采用機內(nèi)碼，但輸出時必須轉(zhuǎn)換成字形碼，再根據(jù)字形碼輸出漢字。字形碼又稱漢字字模，用于在顯示器或打印機上輸出各種文字和符號。點陣漢字：每一個漢字以點陣形式存儲，有點的地方為“1”，空白的地方為“0”。有16×16、24×24、48×48點陣等。點陣越大，字形分辨率越好，字形也越美觀，但漢字存儲的字節(jié)數(shù)就多，字庫也就越龐大。
2.3.6 多媒體信息的數(shù)字化
數(shù)字化就是對模擬世界的一種量化，表示信息的最小單位是位(bit)——“0”或“1”。多媒體信息在計算機中也要轉(zhuǎn)換為0和1，因此也需要進行編碼。
第三章 計算機硬件體系結(jié)構(gòu)
3.1 計算機系統(tǒng)的構(gòu)成
一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。
硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。其中： 中央處理器(簡稱CPU)=運算器+控制器
主機=中央處理器+主存儲器
軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，計算機軟件包括計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用軟件。
3.1.2 馮·諾依曼型計算機的結(jié)構(gòu)
馮·諾依曼型計算機是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲器中，在執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中，然后使計算機在工作時自動地從內(nèi)存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲程序概念的基本原理。
馮·諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的主要特點是：
(1) 采用二進制形式表示程序和數(shù)據(jù)。
(2) 計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組
(3) 程序和數(shù)據(jù)以二進制形式存放在存儲器中。
(4) 控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令 (程序) 工作。
3.1.3 微型計算機的誕生與發(fā)展
微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計算機。微機的核心部件是CPU
3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)
微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機構(gòu)成。在主機箱內(nèi)有CPU、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、電源等。
3.2.1中央處理器 CPU
CPU：運算器部件、寄存器部件和控制器部件。
CPU從存儲器取出指令，放入CPU內(nèi)部的指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。
CPU的主要性能指標(biāo) ：
(1) 主頻/外頻（主頻=外頻×倍頻，即CPU工作頻率）
(2) 數(shù)據(jù)總線寬度（即字長，指CPU傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)）
(3) 地址總線寬度（決定了CPU可訪問的地址空間）
(4) 工作電壓（低電壓可減少CPU過熱，降低功耗）
(5) 高速緩存Cache（加速CPU與其它設(shè)備間數(shù)據(jù)交換）
(6) 運算速度（CPU每秒能處理的指令數(shù)）
1. 運算器
運算器是完成算術(shù)和邏輯運算的部件，又稱算術(shù)和邏輯運算單元。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的。運算器的核心部件是:
(1) 運算邏輯部件
(2) 寄存器部件
2. 控制器
控制器負(fù)責(zé)從存儲器中取出指令，并對指令進行譯碼，并根據(jù)指令譯碼的結(jié)果，按指令先后順序，負(fù)責(zé)向其它各部件發(fā)出控制信號，保證各部件協(xié)調(diào)一致地完成各種操作。
控制器主要由以下部件組成：
�、� 程序計數(shù)器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內(nèi)存中的地址； ② 指令寄存器。保存現(xiàn)在正在執(zhí)行的指令；
�、� 指令譯碼器。用來識別指令的功能，分析指令的操作要求；
④ 時序部件。產(chǎn)生計算機工作中所需的各種定時控制信號，對各種微操作控制信號進行定時控制。以協(xié)調(diào)各部件的工作順序；
⑤ 微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解為一系列不可再分的微操作命令信號，即微命令，以指揮整個計算機有條不紊地工作。
3.2.2 高級CPU技術(shù)
1、超線程技術(shù)
2、雙核心CPU技術(shù) ：由于組建雙CPU系統(tǒng)的高成本和復(fù)雜性，桌面電腦上并未得到普及。用“雙核”技術(shù)，就是在單個CPU中真正集成兩個物理運行核心，因此在實際使用中，這種“雙核心處理器”和使用兩個獨立CPU組建的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒有區(qū)別。目前，CPU已從雙核向4核、8核和多核方向發(fā)
3.2.3 主板
主板是電腦中各種設(shè)備的連接載體。它提供CPU、各種接口卡、內(nèi)存條和硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)的插槽，其它的外部設(shè)備也會通過主板上的I/O接口連接到計算機上。早期的PC機主板是將快速的CPU、中速的內(nèi)存、慢速的外設(shè)都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性能得不到優(yōu)化。
3.2.4 內(nèi)存儲器
內(nèi)存儲器 (簡稱內(nèi)存)，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存儲器和隨機讀寫存儲器。
1. 只讀存儲器ROM
· 特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或存入，斷電后信息不會丟失，可靠性高。
· ROM分類
(1) 掩膜式 ROM(Mask ROM)
(2) 可編程 PROM(Programmable ROM)
(3) 可擦除 EPROM (Erasable PROM)
(4) 電可擦 EEPROM(Electrically EPROM)
(5) 快擦寫 ROM(Flash ROM)
2. 隨機存儲器RAM
特點：用于存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果。開機前是空的，斷電后數(shù)據(jù)消失。
RAM 分類:
(1) SRAM：靜態(tài)RAM。不需要充電來保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性，成本高且集成低，一般做高速緩沖存儲器。
(2) DRAM：動態(tài)RAM。需要定時充電來保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，通常所說的“內(nèi)存”主要由它構(gòu)成。一般指以下兩種類型：
�、� SDRAM---同步動態(tài)存儲器
② DDR---雙倍速率內(nèi)存
(DDR2---四倍速率內(nèi)存DDR3)
3. Cache(高速緩存 )
Cache是一種高速緩沖存儲器，是為了解決CPU與主存之間速度不匹配而采用的一種重要技術(shù)。其中片內(nèi)Cache是集成在CPU芯片中，片外Cache是安插在主板上。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要快一個數(shù)量級，大體與CPU的處理速度相當(dāng)。
4.多級緩存
最早的CPU緩存容量很低。當(dāng)集成在CPU內(nèi)核中的緩存已不能滿足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量時，出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊主板上的緩存，此時把CPU內(nèi)核集成的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。
現(xiàn)在多數(shù)CPU內(nèi)部也有二級緩存，于是二級緩存又可分為內(nèi)部二級緩存和外部二級緩存。較高端的CPU中還會帶有三級緩存 。
6. 存儲器的層次結(jié)構(gòu)
既要速度快，又要求容量大，同時價格又要求合理，在目前技術(shù)條件下這三項指標(biāo)很難用單一種類的存儲器來實現(xiàn)。折衷的方法是采用層次結(jié)構(gòu)。
3.3 外部存儲器
外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)需要執(zhí)行或處理這些程序和數(shù)據(jù)時，必須將其先調(diào)入到內(nèi)存中然后再被CPU處理， 所以外存實際上屬于輸入／輸出設(shè)備。
目前微機常用的外存儲器主要有軟盤、硬盤、光盤、 U盤等。
3.3.2 硬盤
硬盤是微機最重要的外部存儲器，常用于安裝微機運行所需的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，以及存儲大量數(shù)據(jù)。
(1) 硬盤存儲格式
硬盤是由多個涂有磁性物質(zhì)的金屬圓盤盤片組成，盤片的每一面都有一個讀寫磁頭，在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道和扇區(qū)，對于大容量的硬盤還將多個扇區(qū)組織起來成為一個塊——“簇”，簇成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個扇區(qū)，有的有好幾個扇區(qū)，可以在格式化的參數(shù)中給定。
(2) 硬盤性能指標(biāo)
�、� 硬盤的容量�，F(xiàn)在微機上所配置的硬盤一般在200GB以上。 ② 硬盤的轉(zhuǎn)速。硬盤的轉(zhuǎn)速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快�，F(xiàn)在的主流硬盤轉(zhuǎn)速一般為7200rpm以上。
�、� 緩存。硬盤自帶的緩存，緩存越多，越能提高硬盤的訪問速度。
(3) 硬盤接口
硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種，IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，SATA是種新生的硬盤接口類型。
(4) 硬盤格式化
�、� 硬盤低級格式化。主要是對一個新硬盤劃分磁道和扇區(qū)。 ② 硬盤分區(qū)。把硬盤劃分為成若干個相對獨立的邏輯分區(qū) 。
�、� 硬盤高級格式化。高級格式化主要是對指定的硬盤分區(qū)進行初始化，建立文件分配表以便系統(tǒng)按指定格式存儲文件。。
3.3.3 光盤存儲器
光盤簡稱CD(Compact Disc)是利用塑料盤片表面凹凸不平的特征，通過光的反射來記錄和識別二進制的0、1信息。
光盤的分類:
1．只讀型光盤
只讀光盤中的數(shù)據(jù)是在制作時寫入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，而不能寫入或修改光盤中的數(shù)據(jù)。音頻光盤CD-DA、數(shù)據(jù)光盤 CD-ROM、 VCD、DVD等都屬于只讀光盤。
2．一次寫入光盤
這種光盤允許一次寫入數(shù)據(jù)，但不能修改和擦除數(shù)據(jù)， 如 CD-R。
3．可擦寫光盤
這種光盤可多次寫入或修改數(shù)據(jù)，如CD-RW。
從光盤中讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備我們稱之為光驅(qū)。光驅(qū)把經(jīng)過聚焦后的激光投射到光盤上，利用光盤的凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強度不同而將其表示為不同的電信號。
光驅(qū)倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率（150KB/s為單倍，以此類推）。CD-ROM光盤驅(qū)動器能讀除DVD以外的所有光盤。而DVD光盤要用DVD驅(qū)動器才能讀，DVD驅(qū)動器兼容CD-ROM所能讀的光盤。
DVD光盤
DVD盤片的物理規(guī)格與CD盤片是一樣的，CD盤只使用一個面記錄一層的信息，而DVD盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層 4 種結(jié)構(gòu)。
DVD按用途可分為以下幾類：
應(yīng)用最廣的是DVD-Video 格式，用于存儲影音信息。此外還有DVD-ROM(只讀DVD)、 DVD-Audio(音頻DVD)、 DVD±R(可寫DVD)、 DVD-RAM或DVD±RW (可擦寫DVD)。
另外，還有藍(lán)光高清DVD光盤。
光盤刻錄機
是指可讀寫的光盤驅(qū)動器。包括CD和DVD兩種刻錄機。
�、� CD刻錄機既有CD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠向刻錄CD光盤。其傳輸速率一般標(biāo)注為 A/B/C 的形式（如 20/10/40），其中A表示寫CD-R盤的倍速，B表示寫CD-RW盤的倍速，C表示讀盤的倍速。
�、� DVD刻錄機既具有DVD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠刻錄DVD光盤和CD光盤。
3.3.4 USB盤
通過USB接口與電腦連接，實現(xiàn)即插即用，具有小巧、可靠、易于操作等特點。閃存盤中無任何機械式裝置，抗震性能強。U盤中的存儲模塊其實就是Flash-ROM。
移動硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。
3.4.1 輸入設(shè)備
(1) 鍵盤
(2) 鼠標(biāo)
(3) 掃描儀
3.4.2 輸出設(shè)備
(1) 顯示器
(2) 打印機
(1) 顯示器
CRT顯示器在工作時，電子槍發(fā)出電子束轟擊熒光粉層上的某一點，使該點發(fā)光，每個像素有紅、綠、藍(lán)三基色組成，通過對三基色的強度的控制就能合成各種不同顏色。
液晶顯示器LCD的優(yōu)點在于：
① 圖像穩(wěn)定。由于只有在畫面內(nèi)容發(fā)生變化時才需要刷新，因此沒有閃爍感；
�、� 液晶底板整體發(fā)光，真正的完全平面；
�、� LCD顯示器基本上沒有輻射；
�、� 能耗低。約為CRT顯示器的三分之一。
(2) 打印機
常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機等。
�、� 針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶上的墨打印在紙上形成文本或圖形。缺點是打印質(zhì)量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點是可以打多聯(lián)紙，耗材相對較便宜。
② 噴墨打印機特點。打印頭上有若干個噴頭，打印時，墨水以每秒近
萬次的頻率噴射到紙上。與其它兩類打印機相比，在打印質(zhì)量、速度、噪聲及成本方面處于中等層次。
�、� 激光打印機特點。利用激光可以形成很細(xì)的光點，將碳粉固著在紙上，加熱后碳粉固定在紙上，最后印出文字和圖片。優(yōu)點是打印速度快、噪音低、質(zhì)量好，缺點是價格及打印成本較高。
對三種打印機的打印效果對比來說，激光最好，噴墨其次，而針式相對較差。
3.4.3 其他外部設(shè)備
(1) 多媒體設(shè)備（第七章）
(2) 調(diào)制解調(diào)器
3.5.1 計算機指令系統(tǒng)
指令：是指計算機執(zhí)行特定操作的命令。是程序設(shè)計的最小語言單位。
指令系統(tǒng)：是指一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。不同型號的計算機有不同的指令系統(tǒng)。它反映了計算機的處理能力。
可分為以下四個步驟：
開始執(zhí)行程序時，先給程序計數(shù)器PC賦以第一條指令的首地址0100H。 ①取指令 按照計數(shù)器中的地址從內(nèi)存中取出指令(070270H)，并送往指令寄存器。然后計數(shù)器PC自動加1指向下一指令地址。
�、诜治鲋噶� 對指令寄存器中存放的指令(070270H)進行分析，由譯碼器對操作碼 (07H)進行譯碼，由地址碼(0270H)確定操作數(shù)地址。
�、蹐�(zhí)行指令 取出操作數(shù)，去完成該指令所要求的操作。例如做加法指令，取內(nèi)存單元(0270H)的值和累加器的值相加，結(jié)果還是放在累加器。 ④一條指令執(zhí)行完成，再回到①取指令階段開始下一指令的執(zhí)行。
3.5.3 計算機硬件系統(tǒng)的性能指標(biāo)
(1) CPU的主頻。主頻越高，單位時間內(nèi)完成的指令數(shù)也越多，CPU工作的速度也就越快。
(2) 字長。字長越長，計算機一次所能處理信息的位數(shù)就越多，表現(xiàn)為計算機的運算速度越快。
(3) 運算速度。它是一項綜合性的性能指標(biāo)。是指計算機每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)，單位是MIPS，即每秒百萬條指令。
(4) 內(nèi)存容量。內(nèi)存容量越大，一次讀入的程序、數(shù)據(jù)就越多，計算機的運行速度也就越快。
(5) 內(nèi)存存取速度。內(nèi)存連續(xù)啟動兩次獨立的“讀”或“寫”操作所需的最短時間，稱為存取周期。
(6) I/O速度。I/O的速度是指CPU與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的速度。目前系統(tǒng)性能的瓶頸越來越多地體現(xiàn)在I/O速度上。
第四章 計算機操作系統(tǒng)
操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是控制計算機所有操作的軟件。
4.1.1 操作系統(tǒng)的概念
操作系統(tǒng)：是管理計算機軟硬件資源的程序，同時它又是用戶與計算機硬件的接口。
4.1.2 操作系統(tǒng)的構(gòu)成
進程管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入/輸出系統(tǒng)管理、二級存儲管理、聯(lián)網(wǎng)、保護系統(tǒng)、命令解釋程序
4.2.1 操作系統(tǒng)的類別
經(jīng)過多年的發(fā)展，操作系統(tǒng)多種多樣。為提高大型計算機系統(tǒng)的資源利用率，操作系統(tǒng)從批處理，多道程序發(fā)展為分時操作系統(tǒng)。為了滿足計算機處理實時事件的需要，就有實時操作系統(tǒng)。為適應(yīng)個人計算機系統(tǒng)的需要又出現(xiàn)了桌面操作系統(tǒng)。為適應(yīng)并行系統(tǒng)的需要，就有了多處理器操作系統(tǒng)。為滿足網(wǎng)絡(luò)和分布計算的需要，就有了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。此外，還有為支持嵌入式計算機的嵌入式操作系統(tǒng)。
4.2.2 計算環(huán)境
從計算機誕生至今，操作系統(tǒng)總是與具體的計算環(huán)境相聯(lián)系，它總是在某種計算環(huán)境中設(shè)置和使用，就目前來看計算環(huán)境可分為以下幾類：
1. 傳統(tǒng)計算環(huán)境
指普通意義下的獨立或聯(lián)網(wǎng)工作的通用計算機所形成的計算環(huán)境。
2.基于Web的計算環(huán)境
互聯(lián)網(wǎng)的普及使得計算被延伸到Web環(huán)境。
3.嵌入式計算環(huán)境
嵌入式計算機就是安裝在某些設(shè)備上的計算部件，其計算相對比較簡單。
4.3.1 進程的概念
什么是進程？它與程序有什么區(qū)別？
程序：用戶為完成某一個特定問題而編寫的操作步驟。
進程：可以簡單地被看作是正在執(zhí)行的程序。但是進程需要一定的資源來完成它的任務(wù)(例如CPU時間、內(nèi)存、文件和I/O設(shè)備) 。
進程與程序的區(qū)別在于進程是動態(tài)的、有生命力的，而程序是靜態(tài)的。一個程序加載到內(nèi)存，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個進程，程序執(zhí)行結(jié)束后，該進程也就消亡了。 在計算機中，由于多個程序共享系統(tǒng)資源，就必然引發(fā)對CPU的爭奪。如何有效地利用CPU資源，如何在多個請求CPU的進程中選擇取舍，這就是進程管理要解決的問題。
4.3.3 進程控制塊PCB(略)
為了控制進程，操作系統(tǒng)就必須知道進程存儲在哪里，以及進程的一些屬性。 進程控制塊是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中記錄進程的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個新的進程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)就會為該進程建立一個進程控制塊。操作系統(tǒng)根據(jù)進程控制塊對并發(fā)進程進行控制。
4.3.4 進程調(diào)度及隊列圖
計算機采用多道程序的目的是使得計算機系統(tǒng)無論何時都有進程運行，單處理器的計算機在某一時刻CPU只能運行一個進程，如果存在多個進程，其它進程就需要等待CPU空閑時才能被調(diào)度執(zhí)行。
當(dāng)一個進程處于等待或CPU時間片用完時，操作系統(tǒng)就會從該進程中拿走CPU控制權(quán)，然后再交給其它進程使用，這就是進程的調(diào)度。
4.3.5 CPU調(diào)度及其準(zhǔn)則
在設(shè)計CPU調(diào)度程序時主要應(yīng)該考慮的準(zhǔn)則包括：
(1) CPU使用率。讓CPU盡可能地忙。
(2) 吞吐量。讓CPU在一定時間內(nèi)完成的進程數(shù)盡可能多。
(3) 周轉(zhuǎn)時間。讓進程從提交到運行完成的時間盡可能短。
(4) 等待時間。讓進程在就緒隊列中等待所花時間之和盡可能短。
(5) 響應(yīng)時間。讓進程從提交請求到產(chǎn)生第一響應(yīng)之間的時間盡可能短。 主要的CPU調(diào)度算法
1、先到先服務(wù)
2、最短作業(yè)優(yōu)先
3、優(yōu)先權(quán)
4、輪轉(zhuǎn)
5、多級隊列
6、多級反饋隊列
4.3.7 進程的同步與互斥
進程的同步就是指相互協(xié)作的進程不斷調(diào)整它們之間的相對速度，以實現(xiàn)共同有序地推進。
換句話說,在操作系統(tǒng)中，允許多個進程并發(fā)運行。然而，有些進程之間本身存在某種聯(lián)系，它們在系統(tǒng)中需要一種協(xié)作，以保證進程能正確有序地執(zhí)行并維護數(shù)據(jù)的一致性。
在操作系統(tǒng)中，可能存在著多個進程。而系統(tǒng)中一些資源一次只允許一個進程使用，這類資源被稱為臨界資源。在進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。當(dāng)一個進程進入臨界區(qū)執(zhí)行時，其它進程就不允許進入臨界區(qū)執(zhí)行，否則就會導(dǎo)致錯誤結(jié)果。由此得出: 多個進程并發(fā)執(zhí)行時，只允許一個進程進入臨界區(qū)運行，這就是進程的互斥。 例如：多個進程在競爭使用打印機時表現(xiàn)為互斥。
一個文件可供多個進程共享，其中有一個進程在寫操作時，其它進程則不允許同時寫或讀，表現(xiàn)為互斥。
4.3.8 進程的死鎖及處理方法
在多道程序設(shè)計中，多個進程可能競爭一定數(shù)量的資源。一個進程在申請資源時，如果所申請資源不足，該進程就必須處于等待狀態(tài)。如果所申請的資源被其它進程占有，那么進程的等待狀態(tài)就可能無法改變，從而形成進程之間相互一直等待的局面，這就是死鎖。 競爭資源引起死鎖
引起死鎖的四個必要條件：
· 互斥：任一時刻只能有一個進程獨占某一資源，若另一進程申請該資源則需延遲到該資源釋放為止。
· 占有并等待：即該進程占有部分資源后還在等待其它資源，而該資源被其它進程占有。
· 非搶占：某進程已占用資源且不主動放棄它所占有的資源時，其它進程不能強占該資源，只有等其完成任務(wù)并釋放資源。
· 循環(huán)等待：在出現(xiàn)死鎖的系統(tǒng)中，一定存在這樣一個進程鏈，其中每個進程至少占有其它進程所必需的資源，從而形成一個等待鏈。
處理死鎖問題的三種方式：
· 可使用協(xié)議預(yù)防和避免死鎖，確保系統(tǒng)從不會進入死鎖狀態(tài)。 · 可允許系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，然后檢測出死鎖狀態(tài)，并加以恢復(fù)。
· 可忽略進程死鎖問題，并假裝系統(tǒng)中死鎖從來不會發(fā)生。即沒有必要把精力花在小概率事件上。
處理死鎖優(yōu)先考慮的順序：先預(yù)防和避免 再檢測和恢復(fù)
o 內(nèi)存物理地址空間劃分為若干個大小相等的塊(頁框)
o 進程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊(頁面)
o 內(nèi)存分配時每個頁面對應(yīng)地分配一個頁框，而一個進程所分得頁框在位置上不必是連續(xù)的。
頁表：操作系統(tǒng)為每個用戶程序建立一張頁表，該表記錄用戶程序的每個邏輯頁面存放在哪一個內(nèi)存物理頁框。
4.5 虛擬內(nèi)存方案
虛擬內(nèi)存是一個容量很大的存儲器的邏輯模型，它不是任何實際的物理存儲器，它一般是借助硬盤來擴大主存的容量。
虛擬內(nèi)存：對于一個進程來講，如果僅將當(dāng)前要運行的幾個頁面裝入內(nèi)存便可以開始運行，而其余頁面可暫時留在磁盤上，待需要時再調(diào)入內(nèi)存，并且調(diào)入時也不占用新的內(nèi)存空間，而是對原來運行過的頁面進行置換。這樣，就可以在計算機有限的內(nèi)存中同時駐留多個進程并運行。而對用戶來講感覺到系統(tǒng)提供了足夠大的物理內(nèi)存，而實際上并非真實的，這就是虛擬內(nèi)存。
4.5.2 頁面請求與頁面置換算法
頁面請求:在虛擬內(nèi)存技術(shù)中，進程運行時并沒有將所有頁面裝入到內(nèi)存，在運行過程中進程會不斷地請求頁面，如果訪問的頁面已在內(nèi)存，就繼續(xù)執(zhí)行下去；但如果要訪問的頁面尚未調(diào)入到內(nèi)存，便請求操作系統(tǒng)將所缺頁面調(diào)入內(nèi)存，以便進程能繼續(xù)運行下去。
頁面置換:如果請求頁面調(diào)入內(nèi)存時，分配給該進程的頁框已用完，就無法立即裝入所請求頁面。此時，必須將進程中的某個頁面從內(nèi)存的頁框調(diào)出到磁盤上，再從磁盤上將所請求的頁面調(diào)入到內(nèi)存的該頁框中。這個過程叫做頁面置換。
4.6 文件管理
文件管理是操作系統(tǒng)最常見的組成部分。文件管理主要提供目錄及其文件的管理。
4.6.1 文件的概念
文件：保存在外部存儲設(shè)備上的相關(guān)信息的集合。
文件命名：文件主名+擴展名
文件存取屬性：
· 只讀：只允許授權(quán)用戶進行讀操作。
· 讀寫：只允許授權(quán)用戶進行讀和寫的操作。
· 文檔：允許任何用戶進行讀寫操作。
· 隱藏：不允許用戶直接看到文件名。
文件系統(tǒng)：是對文件進行操作和管理的軟件，是用戶與外存之間的接口。這個系統(tǒng)將所有文件組織成目錄結(jié)構(gòu)保存在外存，一個文件對應(yīng)其中的一個目錄條。目錄條記錄有文件名、文件位置等信息。
操作系統(tǒng)對文件的基本操作包括：
創(chuàng)建文件、文件寫、文件讀、文件重定位、文件刪除、文件截短。
對文件的其它操作包括：文件復(fù)制、重命名、更改屬性等。
4.6.2 文件的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)
文件結(jié)構(gòu)分物理和邏輯結(jié)構(gòu)。其中物理結(jié)構(gòu)是文件在外存上的存儲組織形式，它與具體的存儲設(shè)備有關(guān)。文件邏輯結(jié)構(gòu)是指用戶能直接感受到的文件組織結(jié)構(gòu)，它與具體的存儲設(shè)備無關(guān)。
無結(jié)構(gòu)文件
文件的邏輯結(jié)構(gòu) 有結(jié)構(gòu)文件 流式文件 順序文件 索引文件
索引順序文件
無結(jié)構(gòu)的流式文件：是一維的、連續(xù)的、無結(jié)構(gòu)的字符序列，可以看成是由一條無結(jié)構(gòu)的記錄組成的文件。
有結(jié)構(gòu)的記錄式文件：是帶有結(jié)構(gòu)的、性質(zhì)相同的記錄的集合。
順序文件：文件所包含的一系列記錄按照某種順序依次連續(xù)存儲。
索引文件：由主文件和索引表構(gòu)成�？梢詫崿F(xiàn)快速訪問。
(1) 按輸入記錄的先后次序建立數(shù)據(jù)區(qū)和索引表。
(2) 待全部記錄輸入完畢后對索引表進行排序，排序后的索引表和主文件一起就形成了索引文件。
索引順序文件：順序文件和索引文件特點的結(jié)合。順序文件是按主關(guān)鍵字有序排列的，將順序文件的所有記錄分組，索引表中為每組的首記錄建立一索引項，組與組之間按關(guān)鍵字大小有序排列，組內(nèi)記錄順序查找。
4.6.3 文件的訪問方式
1. 順序訪問方式
順序訪問方式主要適合于對順序文件的訪問。其訪問的位置是由指針定位的。讀操作是讀取指針?biāo)甘疚恢玫膬?nèi)容，并自動將指針向后移動，以指示下一次讀的位置。而對寫操作，所寫的內(nèi)容總是添加到文件的尾部。
順序訪問方式是基于磁帶的模型，不僅適合順序存儲設(shè)備(如磁盤)，對直接存儲設(shè)備(如磁盤)也適合。
2. 直接訪問方式
直接訪問也稱隨機訪問，它指的是允許跳躍式地隨意存取文件中的任何記錄，而不需要任何順序限制。直接訪問是最為常見和高效的文件訪問方式。直接訪問方式是基于磁盤的模型。
3.索引訪問方式
在進行文件訪問時，首先對索引文件按關(guān)鍵字進行檢索，查找到指向數(shù)據(jù)記錄的指針，根據(jù)該指針實現(xiàn)對具體數(shù)據(jù)記錄的訪問。
4.6.4 文件的目錄結(jié)構(gòu)
通常，一個磁盤至少應(yīng)包含一個分區(qū)，每個分區(qū)用來保存文件和目錄結(jié)構(gòu) 。 文件目錄的組成：每個文件有一個文件控制塊FCB，它是文件存在的標(biāo)志，存放了為管理文件所需的所有有關(guān)信息。把所有的文件控制塊組織在一起，就構(gòu)成了文件目錄，每個文件控制塊就是其中的一個目錄項。
文件的目錄系統(tǒng)可以組織成單層目錄結(jié)構(gòu)、雙層目錄結(jié)構(gòu)、樹型目錄結(jié)構(gòu)、無環(huán)路目錄結(jié)構(gòu)和通用圖目錄結(jié)構(gòu)。
樹型目錄結(jié)構(gòu)是目前使用最為廣泛的一種目錄結(jié)構(gòu)。這種目錄結(jié)構(gòu)在邏輯上的構(gòu)成是一棵樹，子目錄是樹枝，而文件是樹葉。一個用戶所擁有的子目錄位置不需要統(tǒng)一，在一個子目錄下可以再創(chuàng)建子目錄。
4.7 輸入／輸出系統(tǒng)管理
每臺計算機都配備了許多外部設(shè)備，它們的性能和操作方式都不一樣。操作系統(tǒng)對設(shè)備(即輸入/輸出系統(tǒng))管理的主要目標(biāo)是：方便用戶使用外部設(shè)備，提高CPU和設(shè)備的利用率。
4.7.1 基本概念
1.端口（port）：I/O設(shè)備與計算機通信的連接點被稱為端口。
2.控制器(controller)：用于操作端口、總線和設(shè)備的一組電子器件，是設(shè)備與總線的連接裝置。
4.7.2 輸入/輸出控制方式
CPU通過端口對外設(shè)進行控制的方式有以下幾種：
(1) 程序控制方式
早期計算機采用的方式。CPU向設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O指令啟動設(shè)備進行一個字節(jié)的輸入或輸出，然后CPU就等待I/O設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送，直到一個字節(jié)傳送完畢。接下來，CPU按以上方式處理下一個字節(jié)的輸入或輸出。
CPU絕大部分時間都用于循環(huán)等待及測試I/O是否完成，造成CPU資源的極大浪費。CPU和外圍設(shè)備只能串行工作。
(2) 中斷驅(qū)動方式
當(dāng)某進程要啟動某個I/O設(shè)備工作時，首先由CPU向相應(yīng)設(shè)備的控制器發(fā)出一條I/O命令，然后CPU立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)，設(shè)備控制器則按照命令的要求去控制I/O設(shè)備工作。這時，CPU與I/O設(shè)備并行工作。
這種方式CPU的利用率較高。但這種方式的缺點是在一次數(shù)據(jù)傳送過程中，發(fā)生中斷次數(shù)較多(每次只傳送一個字節(jié))，這將耗去大量CPU處理時間。
(3) 直接存儲器訪問方式
引入設(shè)備DMA控制器，在其控制下，以數(shù)據(jù)塊為單位，將數(shù)據(jù)從設(shè)備直接送入內(nèi)存或相反，當(dāng)一個或多個數(shù)據(jù)塊傳送完畢時才需要CPU干預(yù)。該方式CPU的利用率高。
(4) 通道控制方式
通道控制方式是DMA的發(fā)展，它把對每一塊數(shù)據(jù)的讀寫變成對一組數(shù)據(jù)的讀寫，可以進一步減少CPU的干預(yù)。更大程度地提高了系統(tǒng)資源的利用率。
4.7.3 I/O緩沖管理
現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，I/O設(shè)備與CPU(實際指內(nèi)存)交換數(shù)據(jù)時，需要使用緩沖技術(shù)。也就是為I/O設(shè)備設(shè)置緩沖區(qū)暫存數(shù)據(jù)，等到數(shù)據(jù)積累到一定程度時，再做批量處理。
引入緩沖：
(1) 緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾；
(2) 減少對CPU中斷頻率；
(3) 提高CPU與I/O設(shè)備間的并行性。
4.7.4 設(shè)備驅(qū)動程序
設(shè)備驅(qū)動程序與具體設(shè)備有關(guān)，用戶安裝好硬件后還要再安裝驅(qū)動程序，計算機才能識別和使用該設(shè)備。每個外部設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，它也是硬件的身份識別標(biāo)志，負(fù)責(zé)完成設(shè)備具體的各種動作(輸入/輸出操作)。
一旦為I/O設(shè)備安裝了驅(qū)動程序，那么應(yīng)用程序在使用I/O設(shè)備時，就不必關(guān)心設(shè)備的特性、I/O控制方式，這樣就實現(xiàn)了應(yīng)用程序與設(shè)備的無關(guān)性。
4.8 典型操作系統(tǒng)
4.8.1 Unix
Unix是一個通用、交互式、分時多用戶并支持網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)，是可以運行在各種機型(從微機到巨型機在內(nèi))上的通用操作系統(tǒng)。主要適用于網(wǎng)絡(luò)、大中小型機。
缺點：軟件少，價格貴，難掌握。
4.8.2 DOS
DOS是單用戶、單任務(wù)和字符界面的操作系統(tǒng)，主要為16位微型計算機而設(shè)計，DOS目前仍在一些微型計算機上運行， 但屬于淘汰產(chǎn)品。
4.8.3 Windows
界面圖形化，操作便捷
采用多任務(wù)機制
支持網(wǎng)絡(luò)功能
出色的多媒體功能
硬件更容易使用
具有眾多應(yīng)用程序的支持
4.8.4 Linux
Linux是一個免費、源代碼開放、自由傳播、類似于Unix的操作系統(tǒng)。它既可以做各種服務(wù)器操作系統(tǒng)，也可以安裝在微機上，并提供上網(wǎng)軟件、文字處理軟件、繪圖軟件、動畫軟件等，它除了命令操作外還提供了類似Windows風(fēng)格的圖形界面，我國自行開發(fā)的有紅旗、藍(lán)點Linux、麒麟Linux等。缺點是兼容性差，應(yīng)用軟件安裝困難，操作性差，使用不習(xí)慣。
4.8.5 Mac OS
Mac OS是一運行于蘋果系列微型計算機上的操作系統(tǒng)。蘋果機多用于圖形領(lǐng)域，它往往代表了潮流和時尚，代表精美的工業(yè)設(shè)計，但它不兼容Windows軟件，所以叫好不叫座。