1、第1章 計(jì)算機(jī)組成及工作原理目錄1.1 計(jì)算機(jī)概述1.2 微電子技術(shù)1.3 計(jì)算機(jī)組成與工作原理1.4 PC的組件1.1 計(jì)算機(jī)概述1.1.1 計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史1946年，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成大型電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)ENIAC。第一代電子管計(jì)算機(jī)（1946年1959年）第二代晶體管計(jì)算機(jī)（1959年1964年）第三代中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1964年1970年）第四代大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1970年至今）計(jì)算機(jī)的發(fā)展共經(jīng)歷了四代計(jì)算機(jī)使用的電子元器件 按照計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)原理可分為模擬計(jì)算機(jī)、數(shù)字計(jì)算機(jī)和混合式計(jì)算機(jī)。按計(jì)算機(jī)用途可分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。 較為普遍的一種分法是按照計(jì)

2、算機(jī)的運(yùn)算速度、字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量等綜合性能指標(biāo)，可分為巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)等。1.1.2 計(jì)算機(jī)分類1. 巨型機(jī) 是一種超大型電子計(jì)算機(jī)，具有很強(qiáng)的計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的能力，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設(shè)備及豐富的、高性能的軟件系統(tǒng)。2. 大型機(jī) 又稱大型主機(jī)，使用專用的處理器指令集、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。3. 小型機(jī) 小型機(jī)是指采用精簡(jiǎn)指令集處理器，性能和價(jià)格介于PC服務(wù)器和大型主機(jī)之間的一種高性能計(jì)算機(jī)。4. 微型機(jī) 由大規(guī)模集成電路組成的體積較小的電子計(jì)算機(jī)。它是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器及輸入輸出（I/O）接口電路和相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的裸機(jī)。

3、 主要包括臺(tái)式機(jī)、電腦一體機(jī)、筆記本電腦、平板電腦和智能手機(jī)等。5. 嵌入式計(jì)算機(jī) 嵌入式技術(shù)是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)、通信、音頻、視頻、工業(yè)控制等的“專用”計(jì)算機(jī)技術(shù)，一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等4個(gè)部分組成。1.2 微電子技術(shù)1.2.1 集成電路集成電路（Integrated Circuit，IC）又稱微電路、微芯片、芯片，是把一定數(shù)量的常用電子元件，如電阻、電容、晶體管等，以及這些元件之間的連線，通過(guò)半導(dǎo)體工藝集成在一起的具有特定功能的電路。集成電路的分類 按集成度的高低可分為：小規(guī)模集成電路（SSI）：1億。1.2.2 摩爾定律 當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元

4、器件的數(shù)目每隔約18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。 摩爾定律其實(shí)是一個(gè)預(yù)言，很大程度上是人類有意控制的結(jié)果。1.3 計(jì)算機(jī)的組成與工作原理1.3.1 馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)馮諾依曼設(shè)計(jì)思想計(jì)算機(jī)應(yīng)包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器三個(gè)核心部件，以及輸入和輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制程序每條指令一般具有一個(gè)操作碼和一個(gè)地址碼將編好的程序和原始數(shù)據(jù)送入存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)在不需操作人員干預(yù)的情況下，自動(dòng)逐條取出指令和執(zhí)行指令，并最終完成整個(gè)任務(wù)1.3.2 五大基本部件 馮.諾依曼機(jī)的硬件系統(tǒng)主要由5大基本部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。1.運(yùn)算器運(yùn)算器的主要任務(wù)是執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算（如加

5、、減、乘、除等）和邏輯運(yùn)算（如與、或、非、比較、移位等），所以運(yùn)算器也被稱為算術(shù)邏輯單元（Arithmetic and Logic Unit，簡(jiǎn)稱ALU）。運(yùn)算器的核心部件是加法器和若干個(gè)寄存器，加法器用于運(yùn)算，寄存器用于存儲(chǔ)參加運(yùn)算的各種數(shù)據(jù)以及運(yùn)算后的結(jié)果。2.控制器控制器是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指揮中心?？刂破鞯闹饕攸c(diǎn)是采用程序控制方式 ?？刂破髦饕沙绦蛴?jì)數(shù)器（PC）、指令寄存器（IP）、指令譯碼器（ID）、時(shí)序控制電路以及微操作控制電路等組成。運(yùn)算器和控制器是計(jì)算機(jī)的核心部件，現(xiàn)在它們被做在一塊集成電路芯片中，稱為中央處理器CPU。3.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，可分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存

6、儲(chǔ)器兩種 。內(nèi)存儲(chǔ)器也稱主存儲(chǔ)器、主存或內(nèi)存，用來(lái)存放現(xiàn)行程序的指令和數(shù)據(jù)，可以直接與運(yùn)算器和控制器交換信息。內(nèi)存具有存取速度快、容量小的特點(diǎn)外存儲(chǔ)器也稱為輔助存儲(chǔ)器、輔存或外存，用來(lái)存放需要長(zhǎng)期保存的信息，不能直接與運(yùn)算器、控制器交換信息，需要通過(guò)內(nèi)存進(jìn)行交換。外存的特點(diǎn)是存取速度較慢、存儲(chǔ)容量大、成本低。 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)為了使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器的性能/價(jià)格比達(dá)到最優(yōu)，計(jì)算機(jī)往往采用層狀的塔式結(jié)構(gòu)4.輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備是將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中的設(shè)備,常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、麥克風(fēng)等。輸出設(shè)備是將計(jì)算機(jī)處理過(guò)的中間過(guò)程和最終結(jié)果，以人們能夠識(shí)別的字符、表格、圖形或圖像等

7、形式表現(xiàn)出來(lái)，常見(jiàn)的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、音響、繪圖儀等。輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為I/O設(shè)備（Input/Output）。1.3.3 計(jì)算機(jī)的工作原理1. 計(jì)算機(jī)基本工作原理存儲(chǔ)程序和程序控制計(jì)算機(jī)基本工作原理計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程就是不斷地重復(fù)取指令、分析指令及取數(shù)、執(zhí)行指令的過(guò)程，如此周而復(fù)始，直到遇到停機(jī)指令或外來(lái)事件的干預(yù)為止。2. 指令及指令系統(tǒng)指令是能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計(jì)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)兩部分組成。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有指令的集合稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。根據(jù)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)的不同，分為復(fù)雜指令系統(tǒng)和精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)兩種。指令及指令系

8、統(tǒng)計(jì)算機(jī)工作的過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程。程序是一系列有序指令的集合，計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序就是執(zhí)行這一系列的有序指令。3.指令的執(zhí)行過(guò)程取指令-分析指令及取操作數(shù)-執(zhí)行指令-保存結(jié)果1.4 PC的組件人們經(jīng)常使用的臺(tái)式機(jī)，簡(jiǎn)單地從外觀上看，其硬件包括兩部分：主機(jī)系統(tǒng)和外圍設(shè)備。主機(jī)是指安裝在PC機(jī)箱內(nèi)部的一個(gè)整體，包括主板、硬盤、光驅(qū)、電源和風(fēng)扇等。主板上安裝了CPU、內(nèi)存、總線和I/O控制器等。1.4.1 主板主板又叫母板，是微型計(jì)算機(jī)中最大的一塊集成電路板。主板一般為矩形電路板，能提供一系列接合點(diǎn)，供處理器、顯卡、聲卡、硬盤、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備等部件連接1. 主板概述2.主板的重要芯片（1）芯片組：芯

9、片組（chipset）是主板的核心組成部分，幾乎決定了這塊主板的功能。（2）BIOS芯片：BIOS是基本輸入輸出系統(tǒng)，把一組程序固化到主板上的一個(gè)ROM芯片中。（3）CMOS芯片：主板上一塊可讀寫的RAM芯片。（1）芯片組芯片組幾乎決定著主板的全部功能，如能安裝內(nèi)存的最大容量、速度及可使用的內(nèi)存條的類型。芯片組一般由兩塊大規(guī)模集成電路組成：南橋芯片和北橋芯片。北橋芯片和南橋芯片北橋芯片在主板芯片組中起主導(dǎo)作用，是存儲(chǔ)控制中心，用于高速連接CPU、內(nèi)存條、顯卡，并與南橋芯片互連 。南橋芯片是輸入/輸出控制中心，主要負(fù)責(zé)I/O接口控制及高級(jí)電源管理等。北橋芯片和南橋芯片（2）BIOS芯片 BIOS

10、即“基本輸入/輸出系統(tǒng)”，是一組固化在計(jì)算機(jī)主板上的ROM（當(dāng)前以Flash ROM為主）芯片中的機(jī)器語(yǔ)言程序。主要包含四個(gè)部分的程序：加電自檢程序、系統(tǒng)啟動(dòng)自舉程序、CMOS設(shè)置程序、主要I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和中斷服務(wù)程序。 加電自檢程序計(jì)算機(jī)接通電源后，會(huì)自動(dòng)運(yùn)行固化在BIOS芯片上的程序，通常稱為POST加電自檢。完整的POST包括對(duì)CPU、內(nèi)存、擴(kuò)展內(nèi)存、ROM、主板、CMOS芯片、串并口、顯示卡、軟硬盤子系統(tǒng)及鍵盤等設(shè)備的測(cè)試。自檢中如果發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重故障則停機(jī)，此時(shí)由于各種初始化操作還沒(méi)完成，不能給出任何提示或信號(hào)；如果發(fā)現(xiàn)非嚴(yán)重故障則給出提示或聲音報(bào)警信號(hào)，等待用戶處理 。 系統(tǒng)啟動(dòng)自

11、舉程序POST自檢通過(guò)后，CPU將執(zhí)行BIOS中的引導(dǎo)裝入程序，按照CMOS中預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)順序，依次搜尋硬盤、光盤或U盤，讀入操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄，然后將控制權(quán)交給引導(dǎo)記錄，由引導(dǎo)記錄完成操作系統(tǒng)的啟動(dòng) CMOS設(shè)置程序CMOS設(shè)置程序主要用于對(duì)CPU、軟硬盤驅(qū)動(dòng)器、顯示器、鍵盤等部件進(jìn)行管理和設(shè)置，也可以排除系統(tǒng)故障或者診斷系統(tǒng)問(wèn)題。開(kāi)機(jī)時(shí)用特殊熱鍵（一個(gè)或一組鍵）啟動(dòng)可進(jìn)入CMOS設(shè)置界面。這個(gè)設(shè)置 CMOS參數(shù)的過(guò)程，習(xí)慣上也稱為“CMOS設(shè)置”。 主要I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和中斷服務(wù)程序外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序中包含了計(jì)算機(jī)中所有可用外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序，如果BIOS中不包含某種I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，系統(tǒng)就

12、不支持該設(shè)備。BIOS中斷服務(wù)程序是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件之間的一個(gè)可編程接口，用于程序軟件功能與計(jì)算機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)的銜接。（3）CMOS芯片CMOS是主板上一塊可讀寫的RAM芯片，用來(lái)存放BIOS中的設(shè)置信息以及系統(tǒng)時(shí)間日期。CMOS是一種易失性存儲(chǔ)器，需要使用電池供電，以保證其信息不丟失。BIOS與CMOS它們既相關(guān)又不同：BIOS中的系統(tǒng)設(shè)置程序是完成CMOS參數(shù)設(shè)置的手段；而CMOS本身只是一塊存儲(chǔ)器，僅僅用來(lái)保存數(shù)據(jù)，對(duì)CMOS中各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定和修改需要通過(guò)BIOS的設(shè)定程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。日常生活中我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的CMOS設(shè)置，完整的說(shuō)法應(yīng)該是“通過(guò)BIOS設(shè)置程序?qū)MOS參數(shù)進(jìn)行設(shè)置”。3. 總

13、線與I/O接口（1）總線總線是各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束。接口的功能是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)CPU通過(guò)系統(tǒng)總線把I/O電路和外圍設(shè)備聯(lián)系在一起。總線的主要技術(shù)指標(biāo)總線位寬是指總線能夠同時(shí)傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。總線工作頻率以MHz為單位，工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬 。總線帶寬是指單位時(shí)間內(nèi)總線上可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。總線帶寬（MB/s）（總線位寬/8）總線工作頻率（MHz）傳輸次數(shù)總線標(biāo)準(zhǔn) 常見(jiàn)的總線標(biāo)準(zhǔn)有：PCI總線、PCI-E總線等 。PCI總線是一種32位并行總線（可擴(kuò)充為64位），可在主板上和其他系統(tǒng)總線（如ISA、EISA或MCA）相連接，系統(tǒng)

14、中的高速設(shè)備掛接在PCI總線上，而低速設(shè)備仍然通過(guò)ISA、EISA等低速I/O總線支持。PCI-E是串行總線，采用高速串行傳輸以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與主機(jī)進(jìn)行通信。每個(gè)設(shè)備都有自己的專用連接，獨(dú)享帶寬。（2）I/O接口各種外部設(shè)備通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)主機(jī)相連，與外部設(shè)備相連的接口稱為I/O接口。由于I/O設(shè)備的種類繁多，每種I/O設(shè)備的工作方式也不相同，因此每個(gè)I/O設(shè)備都有各自專用的控制電路，即I/O控制器。由I/O控制器上的控制電路延伸出來(lái)的插頭或插座，就是I/O接口。通過(guò)I/O接口，可以把打印機(jī)、掃描儀、U盤、移動(dòng)硬盤、數(shù)碼相機(jī)等外部設(shè)備連接到主機(jī)上。 SATASATA是Serial ATA的縮寫，

15、即串行ATA。它的主要功能是用作主板和大量存儲(chǔ)設(shè)備（如硬盤及光盤驅(qū)動(dòng)器）之間的數(shù)據(jù)傳輸。USB接口一個(gè)USB接口通過(guò)級(jí)聯(lián)方式最大可以支持127個(gè)外設(shè)，并且支持熱拔插，真正做到了即插即用 ，是目前計(jì)算機(jī)中使用非常廣泛的接口，幾乎所有的外設(shè)都有USB接口 。HDMI接口適合影像傳輸?shù)膶Ｓ眯蛿?shù)字化接口，可同時(shí)傳送音頻和影像信號(hào)，最高數(shù)據(jù)傳輸速度為48Gbps（2.1版），同時(shí)無(wú)需在信號(hào)傳送前進(jìn)行數(shù)/?；蛘吣?數(shù)轉(zhuǎn)換。1.4.2 CPU中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制中心。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理數(shù)據(jù)。1

16、CPU的物理結(jié)構(gòu)運(yùn)算單元 運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的中心，它主要由算術(shù)邏輯部件（Arithmetic and Logic Unit，縮寫為ALU）、通用寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。ALU主要完成對(duì)二進(jìn)制信息的定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和各種移位操作，也可執(zhí)行地址運(yùn)算和轉(zhuǎn)換。控制單元 控制器是計(jì)算機(jī)的控制中心，它決定了計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)化。它不僅要保證程序的正確執(zhí)行，而且要能夠處理異常事件?？刂破饕话惆ㄖ噶羁刂七壿?、時(shí)序控制邏輯、總線控制邏輯、中斷控制邏輯等幾個(gè)部分。2CPU的性能指標(biāo)-1（1）字長(zhǎng)字長(zhǎng)是CPU的主要技術(shù)指標(biāo)之一，指的是CPU一次能并行處理的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)，由微處理器對(duì)外數(shù)據(jù)

17、通路的數(shù)據(jù)總線條數(shù)決定。（2）主頻主頻用來(lái)表示CPU的運(yùn)算、處理數(shù)據(jù)的速度。通常，主頻越高，CPU處理數(shù)據(jù)的速度就越快。（3）緩存 緩存也叫高速緩沖存儲(chǔ)器，是一種高速、小容量的存儲(chǔ)器，使用它是為了解決CPU與內(nèi)存速度不匹配的矛盾。高速緩沖存儲(chǔ)器位于CPU與內(nèi)存之間（一般集成在CPU內(nèi)部），存儲(chǔ)CPU即將訪問(wèn)的指令或數(shù)據(jù)，先于內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)。 2CPU的性能指標(biāo)-2（4）CPU擴(kuò)展指令集 CPU擴(kuò)展指令集指的是CPU增加的多媒體或者是3D處理指令，這些擴(kuò)展指令可以提高CPU處理多媒體和3D圖形的能力。著名的有MMX（多媒體擴(kuò)展指令）、SSE（因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流單指令擴(kuò)展）和3DNow!指令集。（

18、5）多線程 讓同一個(gè)處理器上的多個(gè)線程同步執(zhí)行并共享處理器的執(zhí)行資源，可最大限度地實(shí)現(xiàn)寬發(fā)射、亂序的超標(biāo)量處理，提高處理器運(yùn)算部件的利用率，緩和由于數(shù)據(jù)相關(guān)或Cache未命中帶來(lái)的訪問(wèn)內(nèi)存延時(shí)。（6）多核芯多核芯，也叫單芯片多處理器，其主導(dǎo)思想是將大規(guī)模并行處理器中的SMP（對(duì)稱多處理器）集成到同一芯片內(nèi)，各個(gè)處理器并行執(zhí)行不同的進(jìn)程。1.4.3存儲(chǔ)器1. 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器又稱內(nèi)存，內(nèi)存通常由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，也被稱作半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。按照工作方式，即是否能隨機(jī)存取，分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random Access Memory，簡(jiǎn)稱RAM）和只讀存儲(chǔ)器（Read-Only Memory，簡(jiǎn)稱ROM）

19、兩類。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（1）隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器是一種可以隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，也稱為讀寫存儲(chǔ)器。RAM有以下兩個(gè)特點(diǎn)：一是可以讀出，也可以寫入。讀出時(shí)并不損壞原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容，只有寫入時(shí)才修改原來(lái)所存儲(chǔ)的內(nèi)容；二是RAM只能用于暫時(shí)存放信息，一旦斷電，存儲(chǔ)內(nèi)容立即消失，即具有易失性。RAM是易失性存儲(chǔ)器，斷電后存儲(chǔ)器中的內(nèi)容立即消失。根據(jù)保存數(shù)據(jù)的機(jī)理不同可將RAM分為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM兩種。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器由于DRAM存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元件少，集成度高，功耗低，所以目前已成為大容量RAM的主流產(chǎn)品。DRAM利用電容來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每一個(gè)bit只需要一個(gè)晶體管另加一個(gè)電

20、容，電容的有電和沒(méi)電狀態(tài)分別表示0和1。由于電容不可避免的存在衰減現(xiàn)象，因此電容必須被周期性的刷新（預(yù)充電）以保持?jǐn)?shù)據(jù)，這是DRAM的一大特點(diǎn)。靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM用觸發(fā)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，接通代表1，斷開(kāi)表示0，并且狀態(tài)會(huì)保持到接收了一個(gè)改變信號(hào)為止，也就是SRAM不需要刷新。SRAM的特點(diǎn)是存取速度特別快。但如同DRAM一樣，一旦停機(jī)或斷電，它們也會(huì)丟掉信息。由于一個(gè)觸發(fā)器需要四到六個(gè)晶體管和其他零件，因此除了價(jià)格較貴外，SRAM芯片在外形上也較大。（2）只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）是只讀存儲(chǔ)器，顧名思義，它的特點(diǎn)是只能讀出原有的內(nèi)容，不能由用戶再寫入新內(nèi)容，一般用來(lái)存放

21、專用的固定的程序和數(shù)據(jù)。只讀存儲(chǔ)器是一種非易失性存儲(chǔ)器，一旦寫入信息后，無(wú)需外加電源來(lái)保存信息，不會(huì)因斷電而丟失。目前ROM主要采用可在線改寫內(nèi)容的快擦除ROM（Flash ROM）。2. 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器也叫外存、輔助存儲(chǔ)器、輔存，可以用來(lái)長(zhǎng)期存放程序和數(shù)據(jù)，一般只和內(nèi)存進(jìn)行信息交換。當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，外存里存儲(chǔ)的信息不會(huì)丟失，所以也稱它為永久性存儲(chǔ)器。外存儲(chǔ)器有硬盤、光盤、U盤、移動(dòng)硬盤和存儲(chǔ)卡等。(1) 硬盤硬盤是計(jì)算機(jī)中主要的存儲(chǔ)媒介之一，硬盤有機(jī)械硬盤、固態(tài)硬盤、固態(tài)混合硬盤。固態(tài)硬盤采用閃存顆粒來(lái)存儲(chǔ)，機(jī)械硬盤采用磁性碟片來(lái)存儲(chǔ)，混合硬盤是把磁性碟片和閃存集成到一起的一種硬盤。機(jī)械硬盤

22、硬盤由磁性盤片（存儲(chǔ)介質(zhì)）、主軸與電機(jī)、控制電路、伸縮臂以及伸縮臂上的磁頭等組成。 硬盤的磁性盤片由一個(gè)或者多個(gè)碟片組成，碟片的上下兩面都覆蓋有鐵磁性材料，通過(guò)磁性材料粒子的磁化來(lái)記錄數(shù)據(jù)，磁性材料粒子有兩種不同的磁化方向，分別用來(lái)表示“0”或“1” 。盤片的結(jié)構(gòu)一個(gè)硬盤通常由多個(gè)盤片組成，每個(gè)盤片被劃分為磁道和扇區(qū)。因?yàn)樯葏^(qū)的單位太小，因此把它捆在一起，組成一個(gè)更大的單位更方便進(jìn)行靈活管理，這就是“簇”。簇是硬盤存放信息的最小單位。通常連續(xù)的若干扇區(qū)形成一個(gè)簇。簇的大小是可以變化的，是由操作系統(tǒng)在“高級(jí)格式化”時(shí)規(guī)定的，因此管理也更加靈活。固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤（Solid State Drive

23、，縮寫為SSD），也可簡(jiǎn)稱固盤。固態(tài)硬盤是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列制成的硬盤，由控制單元和存儲(chǔ)單元組成。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致。固態(tài)硬盤的結(jié)構(gòu)固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)分為兩種，一種是采用閃存作為存儲(chǔ)介質(zhì)，另外一種是采用DRAM作為存儲(chǔ)介質(zhì)?；陂W存的固態(tài)硬盤是固態(tài)硬盤的主要類別，這也是通常所說(shuō)的SSD。其內(nèi)部構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，固態(tài)硬盤內(nèi)主體其實(shí)就是一塊PCB板，這塊PCB板上最基本的配件就是控制芯片，緩存芯片（部分低端硬盤無(wú)緩存芯片）和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的閃存芯片。主控芯片是固態(tài)硬盤的大腦，其作用一是合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的負(fù)

24、荷，二則是承擔(dān)了整個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，連接閃存芯片和外部SATA接口。不同的主控之間能力相差非常大，在數(shù)據(jù)處理能力、算法，對(duì)閃存芯片的讀取寫入控制上會(huì)有非常大的不同，直接導(dǎo)致固態(tài)硬盤產(chǎn)品在性能上差距高達(dá)數(shù)十倍。固態(tài)混合硬盤固態(tài)混合硬盤是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤?；旌嫌脖P是一塊基于傳統(tǒng)機(jī)械硬盤衍生出來(lái)的新硬盤，除了機(jī)械硬盤必備的碟片、馬達(dá)、磁頭等，還內(nèi)置了NAND閃存顆粒，這些顆粒將用戶經(jīng)常訪問(wèn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，可以達(dá)到如SSD（就是固態(tài)硬盤）效果的讀取性能?；旌嫌脖P的工作原理固態(tài)混合硬盤通過(guò)增加高速閃存來(lái)進(jìn)行資料預(yù)讀取，以減少?gòu)挠脖P讀取資料的次數(shù)，從而提高性能，還可減少硬盤的讀寫次數(shù)，從而使

25、硬盤耗電量降低，特別是使筆記本電腦的電池續(xù)航能力提高。由于一般混合硬盤僅內(nèi)置8GB的MLC閃存，因此成本不會(huì)大幅提高。同時(shí)混合硬盤亦采用傳統(tǒng)磁性硬盤的設(shè)計(jì)，沒(méi)有固態(tài)硬盤容量小的不足。(2) 移動(dòng)存儲(chǔ)器移動(dòng)存儲(chǔ)指便攜式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，指帶有存儲(chǔ)介質(zhì)且（一般）自身具有讀寫介質(zhì)的功能，不需要或很少需要其他裝置等的協(xié)助?，F(xiàn)代的移動(dòng)存儲(chǔ)主要有移動(dòng)硬盤、U盤和各種存儲(chǔ)卡。移動(dòng)硬盤移動(dòng)硬盤有如下特點(diǎn)：（1）容量大（2）體積?。?）速度高（4）使用方便（5）可靠性高移動(dòng)硬盤由硬盤和硬盤盒組成。移動(dòng)硬盤可以提供相當(dāng)大的存儲(chǔ)容量，是一種較具性價(jià)比的移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品。U盤U盤的組成很簡(jiǎn)單，主要由外殼+機(jī)芯組成。其中機(jī)芯

26、是一塊PCB，上面有USB主控芯片、晶振、貼片電阻、電容、Flash（閃存）芯片，以及USB接口和貼片LED（不是所有的U盤都有）等。U盤最大的優(yōu)點(diǎn)就是：小巧便于攜帶、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜、性能可靠。存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)卡，又稱為“數(shù)碼存儲(chǔ)卡”、“數(shù)字存儲(chǔ)卡”、“儲(chǔ)存卡”等，是用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、便攜式電腦、MP3和其他數(shù)碼產(chǎn)品上的獨(dú)立存儲(chǔ)介質(zhì)，一般是卡片的形態(tài)，故統(tǒng)稱為“存儲(chǔ)卡”。存儲(chǔ)卡大多使用閃存作材料，但由于形狀、體積和接口的不同又分為：SD卡、CF卡、MMC卡、XD卡、T-Flash卡、Mini-SD卡等。1.4.4 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。各類信息通過(guò)輸入設(shè)備輸入到

27、計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果則由輸出設(shè)備輸出。1. 輸入設(shè)備輸入設(shè)備是用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入命令、程序、數(shù)據(jù)、文本、圖形、圖像、音頻和視頻等信息的設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有鍵盤和鼠標(biāo)，其他的輸入設(shè)備還有數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、掃描儀、觸摸屏、手寫板、條形碼讀入器、攝像頭、麥克風(fēng)、游戲操縱桿等。鍵盤鍵盤是最常用也是最主要的輸入設(shè)備。鍵盤一般分為四個(gè)區(qū)：主鍵盤區(qū)、功能鍵區(qū)、控制鍵區(qū)和小鍵盤區(qū)。注意 正確的鍵盤指法。鼠標(biāo)鼠標(biāo)的工作原理是：當(dāng)用戶移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，借助于機(jī)電或光學(xué)原理，把鼠標(biāo)移動(dòng)的距離和方向分別轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)程序再把接收到的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為鼠標(biāo)水平和垂直方向的位移量，從而控

28、制屏幕上鼠標(biāo)的移動(dòng) 。掃描儀掃描儀是基于光電轉(zhuǎn)換原理設(shè)計(jì)的 ：掃描儀工作時(shí)先將光線照射到待掃描的稿件上，沒(méi)被吸收的光線被反射回來(lái)，然后由電荷耦合器件（CCD）接收并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)。 數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)照相機(jī)的區(qū)別是：所拍攝的圖像以數(shù)字形式記錄存儲(chǔ)下來(lái)，而不使用膠片。CCD像素的數(shù)目是數(shù)碼相機(jī)的一個(gè)非常重要的性能指標(biāo) ，CCD像素越多，影像分解的點(diǎn)越多，圖像的分辨率（清晰度）越高，圖像的質(zhì)量就越好。觸摸屏目前觸摸屏的使用十分廣泛，它可以應(yīng)用在個(gè)人便攜式數(shù)字設(shè)備，如平板電腦、智能手機(jī)、GPS等，也可應(yīng)用在公共場(chǎng)所的多媒體電腦或查詢終端，如銀行、郵局、火車站等

29、。游戲手柄游戲手柄也是一種常見(jiàn)的輸入部件，通過(guò)操縱其按鈕等，實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲虛擬角色的控制。游戲手柄的標(biāo)準(zhǔn)配置是由任天堂確立及實(shí)現(xiàn)的，它包括：十字鍵（方向），ABXY功能鍵，選擇及暫停鍵（菜單）這三種控制按鍵。2. 輸出設(shè)備輸出設(shè)備能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)的運(yùn)行結(jié)果或過(guò)程，以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表現(xiàn)出來(lái)。常用的輸出設(shè)備有顯示器和打印機(jī)等。顯示器常用的顯示器主要有兩種類型。一種是陰極射線管CRT顯示器，另一種是LCD顯示器。顯卡控制器顯示適配器又稱顯示控制器，是顯示器與主機(jī)的接口部件，以硬件插卡的形式插在主機(jī)板上。顯示控制器也叫顯卡，包括顯示控制電路、繪圖處理器、顯示存儲(chǔ)器和接口電路等部件。打印機(jī)打印機(jī)按

30、照工作原理可分為擊打式和非擊打式兩大類；按照工作方式可分為點(diǎn)陣打印機(jī)、針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)等。目前使用較廣的是針式打印機(jī)、激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī)。點(diǎn)陣式打印機(jī)一種擊打式打印機(jī)，其工作原理主要體現(xiàn)在打印頭上。 特點(diǎn)：耗材成本低能多層套打 打印質(zhì)量低工作噪聲大噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)通過(guò)將墨滴噴射到打印介質(zhì)上而形成文字或圖像。噴墨打印機(jī)是家庭使用最廣泛的打印機(jī)。跟點(diǎn)陣式打印機(jī)相比，其打印速度較快，分辨率高，打印的字符更清晰，印刷質(zhì)量較好，還可方便靈活地改變字符的尺寸和字體。激光打印機(jī)由計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)控制激光的發(fā)射，使得掃描在硒鼓表面的光線不斷變化，受到照射的地方電阻變小，電荷消失

31、，沒(méi)有光線射到的地方則仍保留有電荷，最終硒鼓表面形成了一幅由電荷組成的潛影。在硒鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)將打印紙送進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)電極時(shí)打印紙帶上了與硒鼓表面極性相同的電荷，紙張經(jīng)過(guò)帶有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印紙上形成圖像。打印機(jī)的性能指標(biāo)打印精度是打印機(jī)的分辨率，是衡量圖像清晰程度的指標(biāo)。打印速度，用每分鐘打印多少頁(yè)紙（PPM）來(lái)衡量的。色彩表達(dá)能力是指打印機(jī)可打印的不同顏色的總數(shù)。其他。包括打印成本、噪音、打印幅面大小、可打印字體的數(shù)目及種類、與主機(jī)的接口、功耗及節(jié)能效率等。目前，家用打印機(jī)的最大打印幅面一般為A4，與主機(jī)的接口也都兼具并行和USB兩種接口。END 謝謝！第2章 計(jì)算

32、機(jī)軟件與信息表示目錄2.1 軟件概述2.2 操作系統(tǒng)2.3 信息與信息表示2.1 軟件概述軟件是用戶與硬件之間的接口，用戶主要通過(guò)軟件與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流。沒(méi)有軟件的計(jì)算機(jī)硬件是無(wú)法正常工作的，通常被稱為“裸機(jī)”。計(jì)算機(jī)只有在安裝了軟件之后，才能發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。2.1.1 程序與軟件在形式上，軟件通常以程序、數(shù)據(jù)和文檔的形式存在，需要在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行來(lái)體現(xiàn)它的價(jià)值。軟件和程序的概念是有區(qū)別的程序是軟件的主體部分，指的是指揮計(jì)算機(jī)做什么和如何做的一組指令或語(yǔ)句序列數(shù)據(jù)是程序的處理對(duì)象和處理以后得到的結(jié)果文檔是跟程序開(kāi)發(fā)、維護(hù)及使用相關(guān)的資料，如設(shè)計(jì)文檔、用戶手冊(cè)等2.1.2 軟件的分類按照不同的原則

33、和標(biāo)準(zhǔn)，可以將軟件劃分為不同的種類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件商業(yè)軟件、共享軟件、免費(fèi)軟件和自由軟件1系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件（1）（1）系統(tǒng)軟件主要是指那些為用戶有效地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、給應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)與運(yùn)行提供支持、或者為用戶管理與使用計(jì)算機(jī)提供方便的一類軟件。包括：操作系統(tǒng)，如Windows、UNIX、Linux等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言處理系統(tǒng)，如匯編程序、編譯程序和解釋程序等數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，如ORACLE、Access等各種服務(wù)性程序，如基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS）、磁盤清理程序、備份程序等1系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件（2）（2）應(yīng)用軟件指為特定領(lǐng)域開(kāi)發(fā)，并為特定目的服務(wù)的一類軟件，應(yīng)用軟件可以再細(xì)分為：通用應(yīng)用軟件定制

34、應(yīng)用軟件通用應(yīng)用軟件類別功能流行軟件舉例文字處理軟件文字處理、桌面排版等WPS、Word、Acrobat等電子表格軟件表格定義、計(jì)算和處理等Excel等圖形圖像軟件圖像處理、幾何圖形繪制等AutoCAD、Photoshop、3D MAX、CoreDraw等網(wǎng)絡(luò)通信軟件電子郵件、網(wǎng)絡(luò)文件管理、Web瀏覽等Outlook Express、FTP、IE等演示軟件幻燈片制作等PowerPoint等媒體播放軟件播放數(shù)字音頻和視頻文件Media Player、暴風(fēng)影音等定制應(yīng)用軟件按照不同領(lǐng)域用戶的特定應(yīng)用要求而專門設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軟件專用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較高，只有一些機(jī)構(gòu)用戶需要購(gòu)買，因此價(jià)格比通用應(yīng)

35、用軟件貴得多2商業(yè)軟件、共享軟件、免費(fèi)軟件和自由軟件商業(yè)軟件作為商品進(jìn)行交易，一般售后服務(wù)較好共享軟件先使用后付費(fèi)免費(fèi)軟件（Freeware）不需要花錢即可得到使用權(quán)自由軟件（Free Software）可以自由使用，不受限制2.2 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)（OS）是管理計(jì)算機(jī)硬件的程序，它為應(yīng)用程序提供基礎(chǔ)，并且充當(dāng)計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)用戶之間的中介。一個(gè)比較公認(rèn)的定義是，操作系統(tǒng)是一直運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上的程序，通常稱為內(nèi)核，其他程序則是系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序。2.2.1 操作系統(tǒng)概述（1）1. 操作系統(tǒng)的基本概念操作系統(tǒng)是最靠近硬件的一層系統(tǒng)軟件，它是對(duì)硬件系統(tǒng)的第一次擴(kuò)充，使得硬件裸機(jī)被改造成為一臺(tái)功能完

36、善的虛擬機(jī)。從用戶角度看，硬件系統(tǒng)加上操作系統(tǒng)軟件后形成虛擬計(jì)算機(jī)，使得用戶的計(jì)算機(jī)使用環(huán)境更加方便、友好，因此，操作系統(tǒng)是用戶和計(jì)算機(jī)之間的接口。從應(yīng)用軟件角度看，沒(méi)有操作系統(tǒng)，其他軟件就無(wú)法直接運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件之上，因此，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件和其他軟件的接口，同時(shí)，操作系統(tǒng)擴(kuò)充了硬件的功能，給上層應(yīng)用程序提供更多的支持。2.2.1 操作系統(tǒng)概述（2）2. 操作系統(tǒng)的作用為計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的程序管理和分配各種軟硬件資源為用戶提供友善的人機(jī)界面為應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行提供一個(gè)高效率的平臺(tái)2.2.1 操作系統(tǒng)概述（3）3. 操作系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉啟動(dòng)過(guò)程大致為：加載系統(tǒng)程序初始化系統(tǒng)環(huán)境加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

37、加載服務(wù)程序等關(guān)閉過(guò)程為：保存用戶設(shè)置關(guān)閉服務(wù)程序通知其他聯(lián)機(jī)用戶保存系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并正確關(guān)閉相關(guān)外部設(shè)備等Windows NT內(nèi)核的啟動(dòng)（1）第一步：主板上的控制芯片組向CPU發(fā)出一個(gè)RESET信號(hào)，CPU復(fù)位第二步：運(yùn)行BIOS中的POST（Power-On Self Test，加電后自檢）程序第三步：若無(wú)異常，根據(jù)用戶指定的啟動(dòng)順序從軟盤、硬盤或光驅(qū)啟動(dòng)Windows NT內(nèi)核的啟動(dòng)（2）第四步：以從硬盤啟動(dòng)為例，BIOS將磁盤的第一個(gè)物理扇區(qū)加載到內(nèi)存，讀取并執(zhí)行位于硬盤第一個(gè)物理扇區(qū)的主引導(dǎo)記錄MBR（Master Boot Record），接著搜索MBR中的分區(qū)表，查找活動(dòng)分區(qū)的起

38、始位置，并將活動(dòng)分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)中的引導(dǎo)扇區(qū)分區(qū)引導(dǎo)記錄載入到內(nèi)存Windows NT內(nèi)核的啟動(dòng)（3）第五步：查找并初始化ntldr文件NT內(nèi)核操作系統(tǒng)的啟動(dòng)器（Windows Loader），將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給ntldr，由ntldr繼續(xù)完成操作系統(tǒng)的啟動(dòng)。第六步：進(jìn)入引導(dǎo)階段后，Windows依次加載內(nèi)核，初始化內(nèi)核，最后用戶登錄。2.2.2 操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)管理所有的計(jì)算機(jī)資源，包括硬件資源、軟件資源及數(shù)據(jù)資源，具體有以下四個(gè)方面的功能。處理器管理存儲(chǔ)管理文件管理設(shè)備管理1. 處理器管理（1）處理器管理的實(shí)質(zhì)是對(duì)處理器執(zhí)行“時(shí)間”的管理，即如何將CPU真正合理地分配給每個(gè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)C

39、PU進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。為了提高CPU的利用率，一般操作系統(tǒng)都采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，即多任務(wù)處理。從宏觀上看，系統(tǒng)中的多個(gè)程序是同時(shí)并發(fā)執(zhí)行的，從微觀上來(lái)看，任一時(shí)刻一個(gè)處理器僅能執(zhí)行一道程序，系統(tǒng)中各個(gè)程序交替執(zhí)行處理器管理（2）在多道程序或多用戶的情況下，需要解決處理器的分配調(diào)度策略、分配實(shí)施和資源回收等問(wèn)題，這就是處理器管理功能。在多道程序環(huán)境下，引入了進(jìn)程的概念。進(jìn)程是程序在處理器上的一次執(zhí)行過(guò)程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。進(jìn)程和程序的區(qū)別程序是一個(gè)靜態(tài)的概念，而進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。簡(jiǎn)單的講，進(jìn)程是一個(gè)執(zhí)行中的程序，兩個(gè)進(jìn)程可能對(duì)應(yīng)于同一個(gè)程序，它們所執(zhí)行的代碼雖然相同，但是

40、所處理的數(shù)據(jù)不同，運(yùn)行中所占用的軟硬件資源也不同。Windows中的進(jìn)程進(jìn)程的基本狀態(tài)就緒狀態(tài)已獲得了除處理器以外的所有資源，一旦獲得處理器就可以立即執(zhí)行運(yùn)行狀態(tài)獲得必要的資源并正在處理器上運(yùn)行等待狀態(tài)又稱阻塞狀態(tài)或睡眠狀態(tài)。正在執(zhí)行的進(jìn)程，由于發(fā)生某事件而暫時(shí)無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行（如等待輸入/輸出完成），此時(shí)進(jìn)程所處的狀態(tài)為等待狀態(tài)進(jìn)程的狀態(tài)圖常用的處理器調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法多級(jí)隊(duì)列調(diào)度算法優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法等線程現(xiàn)代操作系統(tǒng)擴(kuò)展了進(jìn)程的概念線程線程是進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)執(zhí)行單元，是相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)控制流序列。線程本身不擁有資源，但它可以與同屬一個(gè)進(jìn)

41、程的其他線程共享進(jìn)程擁有的全部資源。Windows操作系統(tǒng)采用了多線程的工作方式，線程是CPU的分配單位，優(yōu)點(diǎn)是能充分共享資源，減少內(nèi)存開(kāi)銷，提高并發(fā)性和加快切換速度。2. 存儲(chǔ)管理內(nèi)存是計(jì)算機(jī)中最重要的一種資源，所有運(yùn)行的程序都必需裝載在內(nèi)存中才能由CPU執(zhí)行。在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，如果要執(zhí)行的程序很大或很多，有可能導(dǎo)致內(nèi)存消耗殆盡，因此操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的分配與回收、內(nèi)存擴(kuò)充、地址映射、內(nèi)存保護(hù)與共享等功能。內(nèi)存的分配與回收當(dāng)用戶提出申請(qǐng)存儲(chǔ)空間時(shí)，存儲(chǔ)管理必須根據(jù)申請(qǐng)者的要求，按一定的策略分析存儲(chǔ)空間的使用情況，找出足夠的空閑區(qū)域給申請(qǐng)者使用，使不同用戶的程序和數(shù)據(jù)彼此

42、隔離，互不干擾及破壞。若當(dāng)時(shí)可使用的主存不能滿足用戶的申請(qǐng)時(shí)，則讓用戶程序等待，直至有足夠的主存空間。當(dāng)某個(gè)用戶程序工作結(jié)束時(shí)，要及時(shí)收回它所占的主存區(qū)域，使它們重新成為空閑區(qū)部分，以便再裝入其他程序。內(nèi)存擴(kuò)充大多數(shù)操作系統(tǒng)都采用了虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，即拿出一部分硬盤空間來(lái)充當(dāng)內(nèi)存使用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的基本原理是基于局部性原理：一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)不必將全部的代碼和數(shù)據(jù)都裝入內(nèi)存，而僅需將當(dāng)前要執(zhí)行的那部分代碼和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存，其余部分可以暫時(shí)留在磁盤上，當(dāng)要執(zhí)行的指令不在內(nèi)存時(shí)，才由操作系統(tǒng)自動(dòng)將它們從外存調(diào)入內(nèi)存虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)調(diào)度問(wèn)題決定哪些程序和數(shù)據(jù)應(yīng)被調(diào)入主存地址映射問(wèn)題在訪問(wèn)主存或輔存時(shí)如何把

43、虛擬地址變?yōu)橹鞔婊蜉o存的物理地址。此外還要解決主存分配、存儲(chǔ)保護(hù)與程序再定位等問(wèn)題替換問(wèn)題決定哪些程序和數(shù)據(jù)應(yīng)被調(diào)出主存更新問(wèn)題確保主存與輔存的一致性地址映射虛擬存儲(chǔ)技術(shù)可以使用戶感覺(jué)自己好像在使用一個(gè)比實(shí)際物理內(nèi)存大得多的內(nèi)存，由于虛擬內(nèi)存空間和實(shí)際物理內(nèi)存空間不同，進(jìn)程在使用虛擬內(nèi)存中的地址時(shí)，必須由操作系統(tǒng)協(xié)助相關(guān)硬件，把虛擬地址轉(zhuǎn)化為真正的物理地址。虛擬地址（又叫邏輯地址），對(duì)應(yīng)虛擬存儲(chǔ)空間物理地址，是存儲(chǔ)單元的真實(shí)地址，與地址總線相對(duì)應(yīng)Windows的頁(yè)式調(diào)度方式硬盤上有一個(gè)特殊的“分頁(yè)文件”，它是虛擬內(nèi)存所占用的硬盤空間每一個(gè)虛擬內(nèi)存頁(yè)面的大小是4KBWindows XP及之后的W

44、indows系列版本中，分頁(yè)文件的文件名是pagefile.sys，位于系統(tǒng)盤的根目錄下（通常情況下看不到，必須關(guān)閉資源管理器對(duì)系統(tǒng)文件的保護(hù)功能才能看到）Windows中可調(diào)節(jié)虛擬內(nèi)存大小內(nèi)存保護(hù)與共享在多道程序環(huán)境下，操作系統(tǒng)提供了內(nèi)存共享機(jī)制，使多道程序能共享內(nèi)存中的那些可以共享的程序和數(shù)據(jù)，從而提高了系統(tǒng)的利用率操作系統(tǒng)還必須保護(hù)各進(jìn)程私有的程序和數(shù)據(jù)不被其他用戶程序使用和破壞3 文件管理文件保存在外存上的一組相關(guān)信息的集合文件夾用于管理文件的一種結(jié)構(gòu)文件（1）文件名是存取文件的依據(jù)形式：Windows 10 的命名規(guī)則：文件名長(zhǎng)度最多可使用256個(gè)字符除開(kāi)頭外，文件名中可以使用空格和

45、漢字，但不能有以下符號(hào)：？ / * “ | :顯示時(shí)保留文件名的大小寫形式，但不以大小寫區(qū)分文件名文件名中可以有多個(gè)分隔符“.”，但最后一個(gè)分隔符后的字符串用于指定文件類型文件（2）常見(jiàn)的文件擴(kuò)展名文件類型擴(kuò)展名說(shuō)明可執(zhí)行文件EXE、COM可執(zhí)行的程序文件文本文件TXT存放不帶格式的純字符文件Office文件DOC、XLS、PPT辦公自動(dòng)化軟件Office中Word、Excel、PowerPoint創(chuàng)建的文件圖像文件BMP、JPG、GIF圖像文件，不同的擴(kuò)展名表示不同格式的圖像文件流媒體文件WMV、RM、QT能通過(guò)Internet播放的流式媒體文件，無(wú)須下載即可播放壓縮文件ZIP、RAR壓縮文

46、件，可以減少外存的使用空間音頻文件WAV、MP3、MID聲音文件，不同的擴(kuò)展名表示不同格式的音頻文件網(wǎng)頁(yè)文件HTM、ASP不同格式的網(wǎng)頁(yè)文件源程序文件C、CPP、BAS、ASM程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的源程序文件文件（3）文件屬性系統(tǒng)屬性隱藏屬性只讀屬性歸檔屬性文件夾（1）目錄結(jié)構(gòu)一般采用多級(jí)層次式結(jié)構(gòu)（樹(shù)狀結(jié)構(gòu)）文件夾（2）路徑絕對(duì)路徑：從根目錄開(kāi)始的完整目錄路徑相對(duì)路徑：只從當(dāng)前目錄開(kāi)始的目錄路徑文件夾屬性除了有存檔、只讀、隱藏等常規(guī)屬性外，在Windows中還有“壓縮”、“加密”和“編制索引”等高級(jí)屬性文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)的主要功

47、能包括：管理和調(diào)度文件的存儲(chǔ)空間提供文件的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方法實(shí)現(xiàn)文件從標(biāo)識(shí)到實(shí)際地址的映射實(shí)現(xiàn)文件的控制操作和存取操作實(shí)現(xiàn)文件信息的共享并提供可靠的文件保密和保護(hù)措施提供文件的安全措施Windows使用的文件系統(tǒng)FAT早期使用FAT16，現(xiàn)在一般使用FAT32NTFSWindows NT所采用的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立在保護(hù)文件和目錄數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)兼顧節(jié)省存儲(chǔ)資源、減少磁盤占用量exFAT超過(guò)4GB的U盤使用的一種文件系統(tǒng)ReFSNTFS文件系統(tǒng)的繼任者，在Windows 8.1和Windows Server 2012中開(kāi)始引入4.設(shè)備管理（1）設(shè)備管理應(yīng)具備的功能：設(shè)備分配設(shè)備處理緩

48、沖管理設(shè)備獨(dú)立性4. 設(shè)備管理（2）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序每個(gè)物理設(shè)備配置有驅(qū)動(dòng)程序，由驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)把邏輯設(shè)備的I/O操作轉(zhuǎn)換為具體物理設(shè)備的I/O操作設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)是在請(qǐng)求I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信程序與I/O設(shè)備的特性緊密相關(guān)與I/O控制方式緊密相關(guān)部分驅(qū)動(dòng)程序用匯編語(yǔ)言編寫，固化在ROM-BIOS中2.2.3常見(jiàn)操作系統(tǒng)目前用戶在PC上使用最多的操作系統(tǒng)是Windows，Linux也有一定的蹤影，但相對(duì)較少。而在服務(wù)器領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的是UNIX和Linux，其中UNIX主要用于大型設(shè)備和高端機(jī)上，在中小服務(wù)器端則是Linux的天下。形成這種局面往往與技術(shù)優(yōu)勢(shì)無(wú)關(guān)，而僅僅是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模效

49、應(yīng)的作用。1. WindowsWindows是由美國(guó)微軟公司開(kāi)發(fā)的一種在PC上廣泛使用的操作系統(tǒng)，支持多任務(wù)處理和圖形用戶界面。最新的Windows 10是為所有硬件提供一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)，構(gòu)建跨平臺(tái)共享的通用技術(shù)，包括從4英寸屏幕的“迷你”手機(jī)到80英寸的巨屏電腦，讓這些設(shè)備擁有類似的功能2. UNIX早期的UNIX用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，修改、移植都很不方便。從UNIX的第三版開(kāi)始，采用C語(yǔ)言重寫了內(nèi)核，成為當(dāng)時(shí)應(yīng)用面最廣、影響力最大的操作系統(tǒng)，可以應(yīng)用在從巨型機(jī)到普通PC機(jī)等多種不同的平臺(tái)上。自1980年代后期，UNIX開(kāi)始了商業(yè)化。目前在電信、金融、油田、移動(dòng)、證券等行業(yè)的關(guān)鍵性應(yīng)用領(lǐng)域仍處于壟斷地

50、位3. LinuxLinux是按照公開(kāi)的UNIX系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)POSIX重新編寫的一個(gè)全新的操作系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)思想與UNIX相似，但并沒(méi)有采用任何UNIX的源代碼Linux 1.0在發(fā)布時(shí)就正式采用了GPL（General Public License）協(xié)議，允許用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他途徑免費(fèi)獲得此軟件，并任意修改其源代碼4. Mac OSMac OS是運(yùn)行于蘋果Macintosh（簡(jiǎn)稱Mac）系列電腦上的操作系統(tǒng)，它是首個(gè)在商用領(lǐng)域成功的圖形用戶界面操作系統(tǒng)Mac OS的兩個(gè)系列：老舊且已不被支持的“Classic”Mac OS，終極版本是Mac OS 9，采用Mach作為內(nèi)核新的Mac OS X

51、（X為10的羅馬數(shù)字寫法），結(jié)合了BSD UNIX、OpenStep和Mac OS 9的元素5. 手機(jī)操作系統(tǒng)智能手機(jī)操作系統(tǒng)在嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上發(fā)展而來(lái)，除了具備嵌入式操作系統(tǒng)的功能，如進(jìn)程管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等外，還有針對(duì)電池供電系統(tǒng)的電源管理部分、與用戶交互的輸入/輸出部分、對(duì)上層應(yīng)用提供調(diào)用接口的嵌入式圖形用戶界面服務(wù)、針對(duì)多媒體應(yīng)用提供底層編解碼服務(wù)、針對(duì)移動(dòng)通信服務(wù)的無(wú)線通信核心功能及智能手機(jī)的上層應(yīng)用等。（1）Android是一種以Linux為基礎(chǔ)的開(kāi)源操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設(shè)備。Android系統(tǒng)是開(kāi)源的，版本并不統(tǒng)一Google開(kāi)發(fā)的Android原生系統(tǒng)的一些操

52、作習(xí)慣對(duì)于中國(guó)人來(lái)說(shuō)不適應(yīng)，因此在中國(guó)誕生了很多本土化的Android OS，如小米的MIUI、錘子的Smartisan OS、魅族的Flyme OS等，都屬于經(jīng)過(guò)優(yōu)化的Android系統(tǒng)（2）iOSiOS操作系統(tǒng)以Darwin為基礎(chǔ)，屬于類Unix的商業(yè)操作系統(tǒng)。iOS采用了偽后臺(tái)技術(shù)，任何第三方程序都不能在后臺(tái)運(yùn)行，另外在iOS中用于UI的指令權(quán)限最高，所以用戶的操作能立馬得到響應(yīng)，所以iOS的用戶體驗(yàn)更流暢。iOS系統(tǒng)的封閉性在一定程度上能夠帶來(lái)更為安全的保證，但是封閉式的開(kāi)發(fā)模式?jīng)Q定了iOS的影響力有限2.3 信息與信息表示2.3.1 信息信息（information）看不見(jiàn)也摸不著，

53、但是它的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了許多看得見(jiàn)摸得著的東西。信息的爆炸，使人類社會(huì)加速向前邁進(jìn)，成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的巨大推動(dòng)力。1. 信息的定義（1）信息奠基人香農(nóng)認(rèn)為：信息是用來(lái)消除隨機(jī)不確定性的東西這一定義常被人們看作是經(jīng)典性定義加以引用控制論創(chuàng)始人維納認(rèn)為： 信息是人們?cè)谶m應(yīng)外部世界，并使這種適應(yīng)反作用于外部世界的過(guò)程中，同外部世界進(jìn)行互相交換的內(nèi)容和名稱 也被作為經(jīng)典性定義加以引用1. 信息的定義（2）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)家認(rèn)為： 信息是提供決策的有效數(shù)據(jù)電子學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家認(rèn)為： 信息是電子線路中傳輸?shù)男盘?hào)我國(guó)著名的信息學(xué)專家鐘義信教授認(rèn)為： 信息是事物存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的直接或間接的表述1. 信息的定義（

54、3）美國(guó)信息管理專家霍頓給信息下的定義是： 信息是為了滿足用戶決策的需要而經(jīng)過(guò)加工處理的數(shù)據(jù)我們的理解：經(jīng)過(guò)加工以后的數(shù)據(jù)或者，信息是數(shù)據(jù)處理的結(jié)果2. 信息量單位（1）比特“二進(jìn)位數(shù)字”、“二進(jìn)位”或簡(jiǎn)稱為“位”信息的最小單位只有兩種取值，即0和1，且無(wú)大小之分比特在計(jì)算機(jī)中的表示與存儲(chǔ)比特的取值0和1表示的是兩種狀態(tài)（1）比特 計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制的原因運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單只需用兩種狀態(tài)表示數(shù)字，物理上容易實(shí)現(xiàn)可靠性高容易實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算（2）存儲(chǔ)容量和單位換算比特用小寫字母“b”表示比比特更大的計(jì)量單位：B（Byte，字節(jié)）、KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）和TB（太字節(jié)、兆

55、兆字節(jié)）內(nèi)存中： 1B（字節(jié)）=8b（比特） 1KB（千字節(jié)）=210B=1024B 1MB（兆字節(jié)）=220B=210KB=1024KB 1GB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）=230B=220KB=210MB=1024MB 1TB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）=240B=230KB=220MB=210GB=1024GB外存中： 1B=8b 1KB=103B=1000B 1MB=106B=103KB=1000KB 1GB=109B=106KB=103MB=1000MB 1TB=1012B=109KB=106MB=103GB=1000GB（2）存儲(chǔ)容量和單位換算 隨著人類所處理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，

56、比TB更大的計(jì)量單位還有PB、EB、ZB、YB、BB等。 1PB（拍字節(jié)）=1024TB 1EB（艾字節(jié)）=1024PB 1ZB（澤字節(jié)）=1024EB 1YB（堯字節(jié)）=1024ZB 1BB（Brontobyte，千億億億字節(jié)）=1024YB（3）比特的傳輸 在數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，信息的傳輸實(shí)際上就是比特的傳輸。 每秒鐘可傳輸?shù)亩M(jìn)位數(shù)目就表示比特的傳輸速率，傳輸速率的常用單位有：比特/秒（b/s），也稱“bps”（bits per second）千比特/秒（Kb/s），1Kb/s=103b/s=1000b/s兆比特/秒（Mb/s），1Mb/s=106b/s=1000Kb/s吉比特/秒（G

57、b/s），1Gb/s=109b/s=1000Mb/s太比特/秒（Tb/s），1Tb/s=1012b/s=1000Gb/s2.3.2 數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換1. 數(shù)制計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制在計(jì)算機(jī)的理論和應(yīng)用中還使用兩種輔助的進(jìn)位制八進(jìn)制和十六進(jìn)制。無(wú)論是十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制還是十六進(jìn)制，其共同之處都是進(jìn)位計(jì)數(shù)制。計(jì)算機(jī)中常用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制任何一種R進(jìn)制數(shù)N可以寫成按其權(quán)值展開(kāi)的多項(xiàng)式之和：2. 不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（1）R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)【例2.2】將二進(jìn)制數(shù)1011.11轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。解：(1011.11)2=123+022+121+120+12-1+12-2=8+2+1+0.5+0.25=11.7

58、5【例2.3】將八進(jìn)制數(shù)37.24轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。解：(37.24)8=381+780+28-1+48-2=24+7+0.25+0.0625=31.3125【例2.4】將十六進(jìn)制數(shù)B4.A轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。解：(B4.A)16=11161+4160+1016-1=176+4+0.625=180.6252. 不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)R進(jìn)制數(shù)整數(shù)“除R取余法”，小數(shù)“乘R取整法”【例2.5、2.6、2.7】將十進(jìn)制數(shù)130轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)。 (130)10=(202)8 (130)10=(82)16 (130)10=(10000010)22. 不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（3

59、）【例2.8、2.9、2.10】將十進(jìn)制小數(shù)0.325轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)（精確到4位小數(shù)）。(0.325)10(0.0101)2 (0.325)10(0.2463)8 (0.325)10(0.5333)162. 不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換（4）【例2.11、2.12、2.13】將十進(jìn)制小數(shù)130.325轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)（精確到4位小數(shù)）。 由例2.5和例2.8可知： （130.325）10（10000010.0101）2 由例2.6和例2.9可知： （130.325）10（202.2463）8 由例2.7和例2.10可知： （130.325）10（82.5333

60、）16二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的互換（1）二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的互換（2）二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)：“取三合一法”二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)：“取四合一法”【例2.14、2.15】將二進(jìn)制數(shù)10111010.11011轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)之間的互換（3）八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)：“取一分三法”十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)：“取一分四法”【例2.16】將八進(jìn)制數(shù)376.25轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。【例2.17】將十六進(jìn)制數(shù)5F.3C轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。3. 二進(jìn)制的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算加法：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0（向高位進(jìn)1）減法：0-0=0 1-0=1 1-1=