計(jì)算機(jī)發(fā)展概述第一章計(jì)算機(jī)導(dǎo)論【ch01】計(jì)算機(jī)發(fā)展概述.pptx【ch02】數(shù)制與編碼.pptx【ch03】計(jì)算機(jī)系統(tǒng).pptx【ch04】操作系統(tǒng).pptx【ch05】文字處理(Word).pptx【ch06】電子表格處理(Excel).pptx【ch07】演示文稿制作(PowerPoint).pptx【ch08】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ).pptx【ch09】信息安全技術(shù)基礎(chǔ).pptx【ch10】新興技術(shù).pptx全套可編輯PPT課件01計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史PARTONE每個(gè)人都有兩只手，可以用作簡(jiǎn)單的計(jì)算工具，在古代方便了人們的交易。隨著人類生活和生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，兩只手計(jì)數(shù)顯然是不夠的，促使其他計(jì)算工具出現(xiàn)，如相繼出現(xiàn)了結(jié)繩、算籌、算盤等手動(dòng)計(jì)算工具。中國(guó)是四大文明古國(guó)之一，先輩們深知數(shù)學(xué)在生活中的重要性，中國(guó)計(jì)算工具的持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)了先輩們?cè)谒阈g(shù)研究中的不懈努力。早期計(jì)算工具（a）手指（b）結(jié)繩（c）算籌（d）算盤手動(dòng)計(jì)算工具信息數(shù)據(jù)就是一些符號(hào)編碼，好的計(jì)算工具將有利于信息數(shù)據(jù)的處理①。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，算籌得到普遍的應(yīng)用，籌算計(jì)數(shù)法已采用十進(jìn)制，這種計(jì)數(shù)法對(duì)世界數(shù)學(xué)的發(fā)展具有重要意義。后來，中國(guó)發(fā)明了世界上第一種手動(dòng)式計(jì)數(shù)器——算盤，并實(shí)現(xiàn)了珠算四則運(yùn)算的全部口訣化。在14～16世紀(jì)，歐洲開始文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了一些有意義的計(jì)算工具，如：計(jì)算問題的解決方法和結(jié)果首先取決于問題的抽象描述及信息數(shù)據(jù)的表示，也與對(duì)信息數(shù)據(jù)可完成的操作密切相關(guān)。1621年，英國(guó)數(shù)學(xué)家岡特根據(jù)對(duì)數(shù)表發(fā)明了計(jì)算尺。01計(jì)算尺1642年，法國(guó)科學(xué)家帕斯卡發(fā)明了人類歷史上第一臺(tái)機(jī)械式計(jì)算器，即加法器。02加法器1673年，德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨制作了可進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算的四則運(yùn)算計(jì)算器。03四則運(yùn)算計(jì)算器早期計(jì)算工具隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算工具得到了進(jìn)一步發(fā)展，如：19世紀(jì)20年代，英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇設(shè)計(jì)了用于完成復(fù)雜計(jì)算過程的機(jī)械，由于技術(shù)限制未能制作出實(shí)樣。01差分計(jì)算器和分析機(jī)1938—1944年，德國(guó)人康拉德·楚澤設(shè)計(jì)并制造了該系列計(jì)算機(jī)。02機(jī)電方式的計(jì)算機(jī)Z1～Z31944年，美國(guó)人霍華德·艾肯在IBM公司的資助下制造了著名的MARKⅠ。MARKⅠ用穿孔紙帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的齒輪傳動(dòng)裝置。03最早的自動(dòng)計(jì)算機(jī)早期計(jì)算工具1936年，數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家艾倫·麥席森·圖靈（1912—1954年）發(fā)表了一篇題為《論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用》的論文，該論文中提出了一種可以進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算的虛擬機(jī)——圖靈機(jī)。它是一種形式化的數(shù)學(xué)模型，也稱為理想計(jì)算機(jī)。圖靈的設(shè)計(jì)思想為后來采用離散信息編碼進(jìn)行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了重要依據(jù)①。理想計(jì)算機(jī)艾倫·麥席森·圖靈圖靈將圖靈機(jī)設(shè)計(jì)為三個(gè)部分：控制邏輯單元、磁頭（讀/寫頭）和紙帶（輸入和輸出）。手動(dòng)計(jì)算工具紙帶上移動(dòng)磁頭后的執(zhí)行方式和控制邏輯單元中的新運(yùn)行狀態(tài)是由磁頭在紙帶的當(dāng)前移動(dòng)位置記錄的數(shù)字編碼及控制邏輯單元中的當(dāng)前操作狀態(tài)決定的。計(jì)算結(jié)果由指令集（規(guī)則）與它們②共同確定。艾倫·麥席森·圖靈被稱為“計(jì)算機(jī)科學(xué)”之父、“人工智能”之父。它們是指磁頭在紙帶的當(dāng)前移動(dòng)位置記錄的數(shù)字編碼，以及控制邏輯單元中的當(dāng)前操作狀態(tài)。它們和指令集共同確定本次計(jì)算結(jié)果（重寫記錄在紙帶當(dāng)前位置的數(shù)字編碼）。

這里計(jì)算結(jié)果還包含兩項(xiàng)內(nèi)容：紙帶上移動(dòng)磁頭后的執(zhí)行方式和控制邏輯單元中的新運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)輸入、輸出的內(nèi)容進(jìn)行特定編碼，形式上就可以將一臺(tái)計(jì)算機(jī)變?yōu)槟軌蛱幚砣魏尉幋a的圖靈機(jī)，稱為通用圖靈機(jī)。通用圖靈機(jī)可以完成人們形式化描述的任何可行算法。圖靈機(jī)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)有相似的指令執(zhí)行過程。圖靈機(jī)是一種形式化理想計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型，顯然計(jì)算機(jī)科學(xué)是以數(shù)學(xué)和電子科學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。理想計(jì)算機(jī)1946年2月，ENIAC（電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院研制成功。馮·諾依曼（1903—1957年）在認(rèn)真總結(jié)ENIAC成功技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1945年3月發(fā)表了一篇全新的電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案報(bào)告《存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案》（又稱EDVAC方案）。按照該方案，馮·諾依曼和賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院合作，于1952年設(shè)計(jì)研制了電子計(jì)算機(jī)——EDVAC，它也被稱為電子離散變量自動(dòng)計(jì)算機(jī)。電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生馮·諾依曼電子計(jì)算機(jī)從開始發(fā)展時(shí)起，按照所處理的數(shù)據(jù)類型可分為模擬計(jì)算機(jī)（analoguecomputer）和數(shù)字計(jì)算機(jī)（digitalcomputer）。其主要區(qū)別在于計(jì)算機(jī)中信息的表示形式和處理方式不同。電子計(jì)算機(jī)按使用范圍分類，可以分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通過存儲(chǔ)程序方式，人類世界和計(jì)算機(jī)世界實(shí)現(xiàn)了交互，計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生是20世紀(jì)重大的科技成果之一。現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)大多遵循馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。從EDVAC誕生時(shí)起，它使用的主要邏輯電路一直沿用至今，邏輯代數(shù)的應(yīng)用已成為設(shè)計(jì)電子計(jì)算機(jī)的重要手段。人們通常按硬件所采用的電子邏輯器件將電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展劃分成四個(gè)階段。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段互聯(lián)網(wǎng)（一般指Internet）的發(fā)展過程中產(chǎn)生了大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)的用戶，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)技術(shù)之一就是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)是由一些使用公用語言互相通信的計(jì)算機(jī)連接而成的全球網(wǎng)絡(luò)，即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及單個(gè)計(jì)算機(jī)按照一定的通信協(xié)議組成的國(guó)際計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)是公共信息的載體，這種大眾媒體的傳播速度比其他任何通信媒介都快。根據(jù)用戶數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的類型，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展可分為初始階段、推廣階段、普及階段和發(fā)展階段四個(gè)階段?；ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展的四個(gè)階段互聯(lián)網(wǎng)電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展摩爾定律由戈登·摩爾提出，定律的內(nèi)容：當(dāng)價(jià)格保持不變時(shí)，集成電路上可容納的元件數(shù)量將每18～24個(gè)月翻一番，性能將提升一倍。在信息產(chǎn)業(yè)中，該定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。戈登·摩爾摩爾定律①1965年，作為仙童半導(dǎo)體研發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任的戈登·摩爾被邀請(qǐng)為《電子》雜志35周年撰寫觀察和評(píng)論報(bào)告——《讓集成電路填充滿更多的元件》。戈登·摩爾在總結(jié)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)：每種新芯片的容量大約是其前代產(chǎn)品的兩倍，每種芯片都是在上一代芯片生產(chǎn)后的18～24個(gè)月內(nèi)生產(chǎn)出來的。戈登·摩爾（科學(xué)家，企業(yè)家，1929一），英特爾公司的創(chuàng)始人之一。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展未來新的計(jì)算機(jī)在未來的新計(jì)算機(jī)中，人們所追求的是一種更接近人類的人工智能計(jì)算機(jī)。它了解人類的語言、文字和圖形，人們不需要編寫程序，通過說話即可向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令并驅(qū)動(dòng)它工作。新一代計(jì)算機(jī)是一種結(jié)合了信息獲取、存儲(chǔ)、處理和人工智能的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它不僅可以進(jìn)行一般信息處理，還可以面向知識(shí)處理。它具有形式推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和解釋的能力，有助于人類開辟未知領(lǐng)域并獲得新知識(shí)。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展2PARTTWO計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)與類型計(jì)算機(jī)自出現(xiàn)以來發(fā)展迅速，在社會(huì)各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，這與計(jì)算機(jī)所具有的特點(diǎn)是分不開的。計(jì)算機(jī)具有的特點(diǎn)如下。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)由電子電路組成的高速計(jì)算機(jī)可以每秒數(shù)千次至數(shù)億億次的極高速度運(yùn)行，這是計(jì)算機(jī)的顯著特征之一。許多復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算過去通過手動(dòng)方式需要數(shù)年或數(shù)十年才能計(jì)算出來，現(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)只需要幾天甚至幾秒就可以完成。01運(yùn)算速度快一些尖端科學(xué)技術(shù)，如人造衛(wèi)星、宇宙飛船、深海探測(cè)等，在計(jì)算時(shí)要求得到高度準(zhǔn)確的結(jié)果。電子計(jì)算機(jī)的有效數(shù)字可達(dá)十幾位、幾十位甚至上百位，可以精確地進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。02計(jì)算精度高計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，并且可以在需要時(shí)準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)。硬盤的存儲(chǔ)容量單位已經(jīng)從MB、GB發(fā)展到了TB、PB，甚至更高。03記憶能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大除算術(shù)運(yùn)算之外，電子計(jì)算機(jī)還可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算，如判斷單詞和符號(hào)、證明邏輯、進(jìn)行推理等。這是其他任何工具無法比擬的。04具有邏輯判斷力計(jì)算機(jī)不僅存儲(chǔ)信息數(shù)據(jù)，還存儲(chǔ)可自動(dòng)執(zhí)行的程序，并且能夠在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行程序①。這是計(jì)算機(jī)和其他任何計(jì)算工具之間最重要的區(qū)別。05具有在程序控制下自動(dòng)運(yùn)行程序的能力隨著電子技術(shù)不斷發(fā)生重大變化，電子設(shè)備的可靠性也在不斷提高。在計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，采用新結(jié)構(gòu)可以使其更加可靠。計(jì)算機(jī)的以上特點(diǎn)正是促進(jìn)其迅速發(fā)展并獲得廣泛應(yīng)用的根本原因。06可靠性高電子計(jì)算機(jī)被稱為具有馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，EDVAC方案的核心內(nèi)容是存儲(chǔ)程序的方法，計(jì)算機(jī)能夠在程序控制下自動(dòng)執(zhí)行程序。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的種類很多，可以從不同的角度進(jìn)行分類。計(jì)算機(jī)按用途可分為通用計(jì)算機(jī)（GeneralPurposeComputer）和專用計(jì)算機(jī)（SpecialPurposeComputer）。通用計(jì)算機(jī)具有功能多、配置齊全、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可解決多種問題。專用計(jì)算機(jī)配備軟件和硬件來解決具體問題，具有單一功能，但可以高速、可靠地解決具體問題。計(jì)算機(jī)通常按照運(yùn)算速度、字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、軟件配置及用途等多方面的綜合性能指標(biāo)進(jìn)行分類。電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）曾將計(jì)算機(jī)分為以下六大類。計(jì)算機(jī)的類型超級(jí)計(jì)算機(jī)（SuperComputer）超級(jí)計(jì)算機(jī)又稱巨型計(jì)算機(jī)，是一種高性能計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度超過每秒1萬億次，具有運(yùn)算速度快、使用效率高、硬件和軟件齊全、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。它主要用于天氣預(yù)報(bào)、科學(xué)模擬、流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算、核能研究、電子設(shè)計(jì)、地質(zhì)數(shù)據(jù)分析（如石油勘探）等領(lǐng)域。超快計(jì)算速度是超級(jí)計(jì)算機(jī)最突出的特點(diǎn)，智能超級(jí)計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的方向之一。例如，我國(guó)研制的神威·太湖之光安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心，曾連續(xù)多次在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中排名第一，峰值浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)每秒12.5億億次。目前，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（OakRidgeNationalLaboratory，ORNL）的新一代IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit已經(jīng)達(dá)到了每秒20億億次的峰值浮點(diǎn)運(yùn)算速度。神威·太湖之光計(jì)算機(jī)的類型小型超級(jí)計(jì)算機(jī)（Mini-superComputer）小型超級(jí)計(jì)算機(jī)又稱臺(tái)式超級(jí)計(jì)算機(jī)、小巨型計(jì)算機(jī)，其價(jià)格相對(duì)較低，發(fā)展迅速。大型主機(jī)（Mainframe）大型主機(jī)或稱大型計(jì)算機(jī)，它包括通常所說的大型計(jì)算機(jī)和中型計(jì)算機(jī)。其在運(yùn)算速度和規(guī)模上不如巨型計(jì)算機(jī)，結(jié)構(gòu)也比巨型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單，而價(jià)格比巨型計(jì)算機(jī)低很多。大型計(jì)算機(jī)屬于大型商業(yè)服務(wù)器，如已經(jīng)涉及日常業(yè)務(wù)活動(dòng)的有云服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、郵件服務(wù)器、Web服務(wù)器等。常用的大型計(jì)算機(jī)有IBMZ系列等。它是事務(wù)處理、商務(wù)處理、信息管理、大型數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)通信的主要支柱計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的類型小型計(jì)算機(jī)（MiniComputer）小型計(jì)算機(jī)是指使用精簡(jiǎn)指令集處理器，性能和價(jià)格介于小型超級(jí)計(jì)算機(jī)和大型主機(jī)之間的一種高性能64位計(jì)算機(jī)。在運(yùn)算速度和結(jié)構(gòu)規(guī)模方面，它比大、中型計(jì)算機(jī)差，但在功能方面與大、中型計(jì)算機(jī)很接近。小型計(jì)算機(jī)具有體積小、價(jià)格低、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，可用于一般企業(yè)和學(xué)校，如IBMP系列、HP9000系列?，F(xiàn)在，小型計(jì)算機(jī)主要用于UNIX和Linux服務(wù)器。計(jì)算機(jī)的類型工作站（WorkStation）這里的工作站不是指網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的工作站，而是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)之間的高端微型計(jì)算機(jī)。工作站的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量介于個(gè)人計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)之間。此外，其還具有專用性較強(qiáng)、兼容性較差的特點(diǎn)。工作站主要用于圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等專業(yè)領(lǐng)域。工作站一般配備大屏幕顯示器、大容量存儲(chǔ)器，速度快，具有很強(qiáng)的通信功能。典型的工作站包括HPApplo工作站、Sun工作站和中國(guó)的華盛工作站。計(jì)算機(jī)的類型微型計(jì)算機(jī)（MicroComputer）微型計(jì)算機(jī)又稱個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer，PC）。微型計(jì)算機(jī)具有體積小、功耗低、可靠性高、靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。微型計(jì)算機(jī)是目前增長(zhǎng)最快、使用最廣泛、效率最高的常用計(jì)算機(jī)。其性能和電路集成度幾乎每18個(gè)月翻一番，產(chǎn)量每年增加數(shù)倍，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，價(jià)格每年下降約30%。目前，便攜式筆記本計(jì)算機(jī)和袖珍型計(jì)算機(jī)由于尺寸的進(jìn)一步減小而具有廣闊的應(yīng)用前景。計(jì)算機(jī)的類型3PARTTHREE計(jì)算機(jī)的應(yīng)用信息管理是指對(duì)信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、利用、傳播等一系列活動(dòng)的統(tǒng)稱。信息是一種資源，信息管理是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主導(dǎo)方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的計(jì)算機(jī)主要用于信息管理。管理信息所使用的系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的三個(gè)發(fā)展階段：電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)（ManagementInformationSystem，MIS）和決策支持系統(tǒng)（DecisionSupportSystem，DSS）。其中，DSS基于數(shù)據(jù)庫、模型庫和方法庫，幫助管理決策者改進(jìn)決策，并提高運(yùn)營(yíng)策略的正確性和有效性。信息管理計(jì)算機(jī)的高速度、大存儲(chǔ)容量和連續(xù)運(yùn)算的特性常?？奢o助解決科學(xué)和工程技術(shù)中遇到的、大量復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算問題（如用于衛(wèi)星的飛行軌跡計(jì)算、天氣預(yù)報(bào)、空間探索等），甚至可通過計(jì)算擇優(yōu)選擇最佳解決方案。這類科學(xué)計(jì)算的案例很多，如貴州500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meterApertureSphericalTelescope，F(xiàn)AST）在2016年建成，其早期數(shù)據(jù)中心在2018年進(jìn)行擴(kuò)容。FAST的新裝置正式投用后，每天處理的數(shù)據(jù)計(jì)算分析量達(dá)40TB以上。由于其計(jì)算架構(gòu)采用自主開發(fā)的分布式架構(gòu)，系統(tǒng)在引入多CPU并行計(jì)算技術(shù)后，單臺(tái)服務(wù)器單個(gè)1GB數(shù)據(jù)文件在3min內(nèi)可完成計(jì)算處理，比擴(kuò)容前提速近百倍。科學(xué)計(jì)算計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造及輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)效果的一種技術(shù)。01計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD）計(jì)算機(jī)輔助制造是指利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工過程控制。其輸入信息是加工零件的工藝路線和工藝數(shù)據(jù)，輸出信息是刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。一些企業(yè)集成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，以及計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ComputerAidedTest，CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（ComputerAidedEngincering，CAE），形成了完整的集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS），可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試與管理有機(jī)集成，形成一個(gè)高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，即形成所謂的“無人”生產(chǎn)線和“無人”工廠。02計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造及輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是指使用計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助教學(xué)工作，具有交互性、多樣性、個(gè)別性、靈活性等特點(diǎn)。它可以通過動(dòng)畫和視頻的可視化教學(xué)過程，通過人機(jī)對(duì)話為不同的學(xué)生選擇不同的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度方式，改變統(tǒng)一的教學(xué)模式，有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，還可以使用計(jì)算機(jī)來輔導(dǎo)學(xué)生，如回答問題、更正作業(yè)及準(zhǔn)備考試題目。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)為學(xué)生提供了良好的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，集成了多媒體、超文本、人工智能和知識(shí)庫等計(jì)算機(jī)技術(shù)。它的使用可以有效縮短學(xué)習(xí)時(shí)間，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)最佳教學(xué)效果。03計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ComputerAidedInstruction，CAI）計(jì)算機(jī)過程控制計(jì)算機(jī)過程控制是指實(shí)時(shí)檢測(cè)、采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和判定，按最優(yōu)值進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程。過程控制的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是其高實(shí)時(shí)性。在需要精確控制的各種任務(wù)中，如導(dǎo)彈巡航和攔截、衛(wèi)星發(fā)射和回收等，沒有計(jì)算機(jī)的快速響應(yīng)和調(diào)整，任務(wù)將無法成功。通常過程控制系統(tǒng)采用反饋控制的形式，主要控制參數(shù)有電壓、電流、溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度等。利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，不僅大大提高了生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是提高了控制的準(zhǔn)確性，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率。近年來，計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、電力、輕工等各個(gè)領(lǐng)域，并取得了很高的效益。企業(yè)管理、計(jì)劃、調(diào)度、生產(chǎn)過程控制和營(yíng)銷管理，實(shí)現(xiàn)從原材料存儲(chǔ)到產(chǎn)品交付的全自動(dòng)化。人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是指用計(jì)算機(jī)來“模仿”人類的智能，使計(jì)算機(jī)具有識(shí)別各種語言文字和語音、識(shí)別人臉和指紋、搜索圖形和圖像、審核內(nèi)容和身份等能力，并能進(jìn)行推理和擁有適應(yīng)環(huán)境的能力。具有專業(yè)知識(shí)的專家系統(tǒng)的出現(xiàn)及具有一定思考能力的機(jī)器人的出現(xiàn)，是人工智能研究不斷進(jìn)步的標(biāo)志。人工智能系統(tǒng)仿真是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，對(duì)設(shè)想的或?qū)嶋H的系統(tǒng)建立適當(dāng)模型，并對(duì)模型進(jìn)行完善實(shí)驗(yàn)及觀察行為的過程，以獲得正確決策所需的各種信息。系統(tǒng)仿真用于了解系統(tǒng)的行為，評(píng)估不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作策略對(duì)系統(tǒng)的影響，是解決設(shè)計(jì)問題的有效手段。例如，在設(shè)計(jì)大型商貿(mào)大廈之前，先用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)建筑模型，可以使用仿真模型來理解設(shè)計(jì)布局，觀察每個(gè)房間的光傳輸、人們?cè)谶^道中的分流，以及模擬和研究每層的結(jié)構(gòu)性缺陷和開裂破碎過程。這為設(shè)計(jì)人員提供了許多有價(jià)值的參數(shù)，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，并通過系統(tǒng)仿真優(yōu)化了程序，節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試成本，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。系統(tǒng)仿真（SystemSimulation）計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展使計(jì)算、理論和實(shí)驗(yàn)成為三大并行科研方法，三者相輔相成，相對(duì)獨(dú)立。近年來，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的快速發(fā)展引發(fā)了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)領(lǐng)域的裂變與重構(gòu)，包括金融、零售、電信、咨詢、教育及房地產(chǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源的信息融合、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)豐富了人類生活的空間，能使人們的形象思維和計(jì)算思維得到同步發(fā)展。例如，在汽車產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程中，人們可以通過產(chǎn)品的實(shí)體建模與造型，看到該產(chǎn)品的三維立體效果。汽車開發(fā)工程中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高了市場(chǎng)反應(yīng)能力。01虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）計(jì)算機(jī)應(yīng)用新的發(fā)展趨勢(shì)Google眼鏡于2012年4月發(fā)布，開啟了可穿戴計(jì)算機(jī)的新時(shí)代?？纱┐饔?jì)算機(jī)未來通過與物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)結(jié)合，發(fā)展前景廣闊。例如，計(jì)算機(jī)翻譯消除了不同語言之間的差異，通過整合人工智能技術(shù)，以達(dá)到“信、達(dá)、雅”的程度。智能可穿戴設(shè)備是人們最終的追求目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)還需要大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)。02可穿戴的計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)的，軟件、硬件可裁剪的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其種類繁多、形態(tài)多樣。嵌入式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。03嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystems）計(jì)算機(jī)應(yīng)用新的發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)艾倫·麥席森·圖靈在1936年發(fā)表了論文，證明了人們需要的計(jì)算都能夠在一種虛擬計(jì)算設(shè)備——圖靈機(jī)上執(zhí)行，圖靈機(jī)的數(shù)學(xué)模型稱為理想計(jì)算機(jī)。基于馮·諾依曼模型的計(jì)算機(jī)采用0、1二進(jìn)制符號(hào)編碼，計(jì)算機(jī)由五部分組成，即控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。馮·諾依曼指出程序必須存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)的基本工作過程就是周而復(fù)始地自動(dòng)取指令、分析指令和執(zhí)行指令。摩爾定律的內(nèi)容：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元件的數(shù)目每隔18～24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。該定律說明人類對(duì)各種計(jì)算設(shè)備的社會(huì)需求始終是強(qiáng)烈的，需求將帶動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)飛速發(fā)展。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高、記憶能力強(qiáng)和存儲(chǔ)容量大、具有邏輯判斷力、具有在程序控制下自動(dòng)地運(yùn)行程序的能力、可靠性高。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用：信息管理，科學(xué)計(jì)算，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造及輔助教學(xué)，計(jì)算機(jī)過程控制，人工智能，系統(tǒng)仿真。計(jì)算機(jī)科學(xué)目前劃分出了許多研究領(lǐng)域，如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等。感謝觀看計(jì)算機(jī)導(dǎo)論數(shù)制與編碼第二章計(jì)算機(jī)導(dǎo)論01常用進(jìn)制及轉(zhuǎn)換PARTONE主要介紹二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中常用的數(shù)學(xué)進(jìn)制，以及它們和十進(jìn)制之間的等值轉(zhuǎn)換方法。具體內(nèi)容如下：01非十（二、八、十六）進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成十進(jìn)制數(shù)；02非二（八、十、十六）進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù)；03二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成八進(jìn)制數(shù)；04二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成十六進(jìn)制數(shù)；05十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)成八（或十六）進(jìn)制數(shù)；06八進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。在計(jì)算機(jī)中，各種數(shù)據(jù)（包括數(shù)值、文字、圖形、聲音、動(dòng)畫、視頻）都是以二進(jìn)制編碼的形式存在的；二進(jìn)制編碼是以0和1序列組成的編碼。非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)方法：該位數(shù)碼乘以該位權(quán)，然后累加求和。公式：∑（數(shù)碼x該位權(quán)）。非二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)方法：整數(shù)除以2取余，小數(shù)乘以2取整。01十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)方法：1位展3位（將1位八進(jìn)制數(shù)寫成3位二進(jìn)制數(shù)，3位二進(jìn)制數(shù)的權(quán)分別是22、21、20）。02八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)方法：1位展4位（將1位十六進(jìn)制數(shù)寫成4位二進(jìn)制數(shù)，這4位的權(quán)分別是23、22、21、20）。03十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)方法：3位并1位（以小數(shù)點(diǎn)為中心將3位二進(jìn)制數(shù)寫成1位八進(jìn)制數(shù)）。二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)4位并1位（以小數(shù)點(diǎn)為中心將4位二進(jìn)制數(shù)寫成1位十六進(jìn)制數(shù)）。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)方法：十進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)→八進(jìn)制數(shù)。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)→二進(jìn)制數(shù)→十六進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換方法：先轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)進(jìn)制數(shù)。01八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)02十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)02二進(jìn)制數(shù)的基本運(yùn)算PARTTWO二進(jìn)制數(shù)碼的1、0既可以代表數(shù)字，進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算；也可以代表邏輯1和邏輯0兩種邏輯狀態(tài)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算是沒有進(jìn)位的運(yùn)算。由于二進(jìn)制數(shù)只有1、0兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，運(yùn)算規(guī)則非常簡(jiǎn)單，因此易于用電子方式實(shí)現(xiàn)，可靠性好。算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算是“逢2進(jìn)1”的運(yùn)算，包括加、減、乘、除四種運(yùn)算。二進(jìn)制數(shù)加、減、乘法的運(yùn)算法則如下。二進(jìn)制數(shù)加、減、乘法的運(yùn)算法則邏輯運(yùn)算邏輯1和邏輯0兩種邏輯狀態(tài)可以代表電路的通與斷、電平的高與低、邏輯代數(shù)的真與假。基本的邏輯運(yùn)算有三種，即與、或、非，在此基礎(chǔ)上，推演出了異或、與非、或非、同或等邏輯運(yùn)算。計(jì)算機(jī)中的邏輯運(yùn)算是按位進(jìn)行的，位與位之間的運(yùn)算是沒有進(jìn)位或借位的。與運(yùn)算又稱邏輯與，通常用符號(hào)“&”表示。它表示參與運(yùn)算的所有邏輯變量的值為1時(shí)，其邏輯與的結(jié)果為1，否則為0。01與運(yùn)算（邏輯乘）或運(yùn)算又稱邏輯或，通常用符號(hào)“|”表示。它表示參與運(yùn)算的所有邏輯變量的值為0時(shí)，其邏輯或的結(jié)果為0，否則為1。02或運(yùn)算（邏輯加）邏輯非運(yùn)算通常用符號(hào)“～”表示。它表示當(dāng)給定的邏輯變量的值為0時(shí)，其邏輯非的結(jié)果為1；當(dāng)給定的邏輯變量的值為1時(shí)，其邏輯非的結(jié)果為0。03非運(yùn)算（求反運(yùn)算）異或運(yùn)算通常用符號(hào)“^”來表示，是沒有進(jìn)位的運(yùn)算，即兩個(gè)邏輯變量的值不同，運(yùn)算結(jié)果為1；兩個(gè)邏輯變量的值相同，則運(yùn)算結(jié)果為0。04異或運(yùn)算邏輯運(yùn)算邏輯1和邏輯0兩種邏輯狀態(tài)可以代表電路的通與斷、電平的高與低、邏輯代數(shù)的真與假?；镜倪壿嬤\(yùn)算有三種，即與、或、非，在此基礎(chǔ)上，推演出了異或、與非、或非、同或等邏輯運(yùn)算。計(jì)算機(jī)中的邏輯運(yùn)算是按位進(jìn)行的，位與位之間的運(yùn)算是沒有進(jìn)位或借位的。3PARTTHREE定點(diǎn)數(shù)的編碼現(xiàn)實(shí)生活中數(shù)值有大小、正負(fù)之分，也有整數(shù)和小數(shù)之分。計(jì)算機(jī)中該如何用二進(jìn)制數(shù)表示整數(shù)呢？在表示過程中應(yīng)該遵循什么原則？本節(jié)將介紹以下內(nèi)容：01無符號(hào)整數(shù)的表示；02有符號(hào)整數(shù)的表示；03有符號(hào)整數(shù)加減法的運(yùn)算。無符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)無符號(hào)整數(shù)主要指無正負(fù)號(hào)的整數(shù)。在計(jì)算機(jī)中，若二進(jìn)制數(shù)的最高位表示符號(hào)位（非數(shù)值位），則該數(shù)為有符號(hào)數(shù)；若最高位不表示符號(hào)位，則該數(shù)為無符號(hào)數(shù)。無符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的每一位都用來表示數(shù)的大小。1字節(jié)（8位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)0～28-1，共28個(gè)整數(shù)。2字節(jié)（16位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)0～216-1，共216個(gè)整數(shù)。4字節(jié)（32位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)0～232-1，共232個(gè)整數(shù)。8字節(jié)（64位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)0～264-1，共264個(gè)整數(shù)。有符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)有符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)用最高位表示符號(hào)位（通常0表示正，1表示負(fù)），所以數(shù)的表示范圍發(fā)生變化。1字節(jié)（8位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)-27～27-1，共28個(gè)整數(shù)。2字節(jié)（16位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)-215～215-1，共216個(gè)整數(shù)。4字節(jié)（32位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)-231～231-1，共232個(gè)整數(shù)。8字節(jié)（64位二進(jìn)制數(shù)）：相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)-263～263-1，共264個(gè)整數(shù)。有符號(hào)二進(jìn)制小數(shù)對(duì)于有符號(hào)二進(jìn)制小數(shù)，根據(jù)小數(shù)點(diǎn)后數(shù)據(jù)的位數(shù)是否固定，分為定點(diǎn)表示法和浮點(diǎn)表示法。這里僅介紹定點(diǎn)表示法。二進(jìn)制數(shù)的最高位表示符號(hào)位，用0與1分別表示正數(shù)和負(fù)數(shù)（采用此規(guī)則為正邏輯，不同的計(jì)算機(jī)也可采用負(fù)邏輯），其余位用來表示數(shù)的大小。以1字節(jié)的8位二進(jìn)制有符號(hào)數(shù)為例，有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的存儲(chǔ)。有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的存儲(chǔ)有符號(hào)整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼正數(shù)的符號(hào)位用“0”表示，負(fù)數(shù)的符號(hào)位用“1”表示，其余數(shù)位表示數(shù)值本身，這種利用直觀編碼表示法得到的編碼稱為原碼。01原碼正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是在原碼的基礎(chǔ)上，符號(hào)位不變（仍為1），其余數(shù)位按位取反，即0→1，1→0。利用這種編碼表示法得到的編碼稱為反碼。02反碼正數(shù)的補(bǔ)碼同原碼（也同反碼），負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是在反碼的基礎(chǔ)上最末位加1。利用這種編碼表示法得到的編碼稱為補(bǔ)碼。03補(bǔ)碼有符號(hào)整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼在補(bǔ)碼系統(tǒng)中，即兩個(gè)正數(shù)相加得到負(fù)數(shù)的結(jié)果，產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因是兩個(gè)數(shù)相加后的數(shù)值超出了加法器所允許的字長(zhǎng)，數(shù)值的最高位在計(jì)算時(shí)向符號(hào)位產(chǎn)生了進(jìn)位，這種現(xiàn)象稱為溢出。04溢出補(bǔ)碼系統(tǒng)加法的思考有符號(hào)整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼時(shí)鐘與計(jì)算機(jī)補(bǔ)碼系統(tǒng)加法運(yùn)算對(duì)比為了加強(qiáng)對(duì)補(bǔ)碼的理解，需要了解模的概念。生活中有很多地方會(huì)應(yīng)用到模，如鐘表，每12小時(shí)就又從0開始計(jì)量，其模是12，對(duì)于4點(diǎn)，4=12-8=12+（-8），可以認(rèn)為，12點(diǎn)加4小時(shí)或12點(diǎn)加（-8）小時(shí)都是一樣的，這里的4和（-8）是一對(duì)互補(bǔ)的數(shù)。模表示一種計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)數(shù)范圍。在計(jì)算機(jī)中，不同字長(zhǎng)的運(yùn)算器，其模不同，1字節(jié)（8個(gè)二進(jìn)制位）的模是2?，計(jì)量范圍是-2?～0～（2?-1）。05模移碼當(dāng)數(shù)的真值用補(bǔ)碼表示時(shí)，由于符號(hào)位和數(shù)值部分一起編碼，與習(xí)慣上的表示法不同，因此人們很難從補(bǔ)碼的形式上直接判斷其真值的大小。例如：看上去好像11100001>00011111，其實(shí)正好相反。若對(duì)每個(gè)真值加上一個(gè)2?可得4PARTFOUR浮點(diǎn)數(shù)的編碼數(shù)的浮點(diǎn)表示法數(shù)的浮點(diǎn)表示法是指小數(shù)點(diǎn)的位置不固定的表示方法。任意一個(gè)數(shù)，用十進(jìn)制數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)記數(shù)法表示為M×10n，十進(jìn)制數(shù)M是一個(gè)小數(shù)點(diǎn)左邊只有1位有效（非0）數(shù)字的小數(shù)，M的整數(shù)部分只能是1～9這九個(gè)有效整數(shù)之一。二進(jìn)制數(shù)也有類似的規(guī)范化表示法M×2E，由于二進(jìn)制數(shù)小數(shù)點(diǎn)左邊的1位非0有效數(shù)字只有1，在存儲(chǔ)時(shí)忽略1，這樣，原來的表示法M×2E中M表示純小數(shù)部分，小數(shù)部分的位數(shù)增加1位，提高了表示精度。2的指數(shù)E決定著實(shí)際數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)的位置。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)而言，E稱為階碼，M稱為尾數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)的兩種表示格式在字長(zhǎng)一定的情況下，浮點(diǎn)表示法所能表示的數(shù)值范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定點(diǎn)表示法，因此數(shù)的精度就降低了。當(dāng)階碼的位數(shù)增加時(shí)，數(shù)的表示范圍增加，尾數(shù)的位數(shù)相應(yīng)減少了，精度也隨之降低。因此，階碼的位數(shù)和尾數(shù)的位數(shù)分配一定要得當(dāng)，以便既能保證足夠大的數(shù)值范圍，又能保證有所要求的數(shù)值精度。精度是指浮點(diǎn)數(shù)中數(shù)值的有效位數(shù)。對(duì)于字長(zhǎng)相同的定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)來說，浮點(diǎn)數(shù)雖然擴(kuò)大了數(shù)的表示范圍，但這是以降低精度為代價(jià)的，即數(shù)軸上各點(diǎn)的排列更稀疏了。浮點(diǎn)運(yùn)算包括階的運(yùn)算和尾數(shù)的運(yùn)算兩部分，比定點(diǎn)運(yùn)算更復(fù)雜。定點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出數(shù)的表示范圍時(shí)，發(fā)生溢出；而在浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果超出尾數(shù)的表示范圍卻不一定溢出，只有當(dāng)階碼也超出所能表示的范圍時(shí)，才發(fā)生溢出。階碼5PARTFIVEBCD碼BCD碼又稱二進(jìn)碼十進(jìn)數(shù)（或二-十進(jìn)制代碼），也就是十進(jìn)制數(shù)0～9十個(gè)數(shù)字中的每個(gè)都用4位二進(jìn)制數(shù)來表示，是一種二進(jìn)制的數(shù)字編碼形式。BCD碼這種編碼形式利用了4個(gè)二進(jìn)制位來存儲(chǔ)1個(gè)十進(jìn)制的數(shù)字，使二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換直觀、方便、快捷。由于十進(jìn)制數(shù)共有0、1、2、…、9十個(gè)數(shù)，因此，至少需要4位二進(jìn)制碼來表示1位十進(jìn)制數(shù)。4位二進(jìn)制編碼總共可以有16（24）個(gè)編碼組合，在這16個(gè)組合中，可以任選10個(gè)來表示10個(gè)十進(jìn)制數(shù)。BCD碼可分為有權(quán)碼和無權(quán)碼兩類。有權(quán)BCD碼有8421碼、2421碼、5421碼等幾種。無權(quán)BCD碼有余3碼、余3循環(huán)碼等。6PARTSIXASCII碼ASCⅡ碼ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）是使用一種統(tǒng)一的方式表示數(shù)字字符、字母字符及常用符號(hào)的一種國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)編碼方式，主要用于文本數(shù)據(jù)編碼。ASCII碼規(guī)定使用8位（1字節(jié)）二進(jìn)制數(shù)碼組合來表示128或256種可能的字符，所以稱為單字節(jié)編碼。ASCII碼可以在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備之間傳遞信息。擴(kuò)展ASCII碼由于標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼只能表示128個(gè)符號(hào)，字符數(shù)目有限，不能滿足現(xiàn)實(shí)中的符號(hào)要求，因此將標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼的最高位也用作編碼位，這樣就又多出了128個(gè)符號(hào)，這些符號(hào)稱為擴(kuò)展ASCII碼。擴(kuò)展ASCII碼與字符對(duì)照表擴(kuò)展ASCII碼擴(kuò)展ASCII碼與字符對(duì)照表7PARTSEVEN漢字編碼為了能夠?qū)Σ煌瑖?guó)家和地區(qū)的語言、符號(hào)進(jìn)行編碼，采用了擴(kuò)展ASCII碼，不同的國(guó)家和地區(qū)制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)，由此產(chǎn)生了GB2312、Big5、JIS編碼標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)展ASCII碼使用2字節(jié)來代表一個(gè)字符的各種文字延伸編碼方式，稱為ANSI編碼，又稱MBCS編碼（多字節(jié)字符集）。在簡(jiǎn)體中文系統(tǒng)中，ANSI編碼的代表有GB2312編碼；在日文操作系統(tǒng)中，ANSI編碼的代表有JIS編碼。在中文Windows中，漢字符號(hào)要轉(zhuǎn)碼成GB2312編碼格式存儲(chǔ)。GBK編碼是在GB2312—1980標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的漢字內(nèi)碼擴(kuò)展規(guī)范，與GB2312編碼兼容，存儲(chǔ)漢字時(shí)，只需要把文本保存為ANSI編碼即可。漢字的特點(diǎn)是象形文字，單字單音，而且數(shù)目非常龐大，字形復(fù)雜，編碼要比ASCI碼復(fù)雜得多，漢字在輸入、輸出、存儲(chǔ)和處理過程中所使用的漢字編碼均不相同。根據(jù)應(yīng)用目的的差異，漢字編碼可分為外碼、交換碼、機(jī)內(nèi)碼和字形碼、Unicode碼五種方式。外碼外碼又稱輸入碼，是用來將漢字輸入到計(jì)算機(jī)中的一組鍵盤符號(hào)，即通過鍵盤輸入的各種字符符號(hào)序列。常用的輸入碼有拼音碼、五筆字形碼、自然碼、表形碼、認(rèn)知碼、區(qū)位碼和電報(bào)碼等。漢字的輸入方式（又稱輸入法）多種多樣，輸入碼則與漢字輸入法對(duì)應(yīng)，如使用拼音輸入ni，表示“你”這個(gè)漢字，那么“n”“i”兩個(gè)鍵盤序列就是漢字“你”的外碼。輸入碼只是一種識(shí)別漢字的編碼方式，通過輸入碼可以在輸入法程序中找到合適的漢字，無論某一個(gè)漢字的輸入碼如何變化，其機(jī)器碼（存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制代碼）都是不變的。當(dāng)輸入輸入碼后會(huì)通過對(duì)應(yīng)的輸入法程序?qū)h字轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼。交換碼計(jì)算機(jī)中以二進(jìn)制代碼的方式表示一個(gè)漢字，而二進(jìn)制代碼使用起來并不方便，所以需要使用一種方便的編碼來與二進(jìn)制代碼進(jìn)行映射，于是產(chǎn)生了交換碼。漢字的交換碼又稱國(guó)標(biāo)碼，采用GB2312編碼標(biāo)準(zhǔn)。GB2312編碼標(biāo)準(zhǔn)中收錄了6763個(gè)常用漢字（其中一級(jí)漢字3755個(gè)，二級(jí)漢字3008個(gè)），以及英、俄、日文字母與其他符號(hào)687個(gè)，一共7000多個(gè)符號(hào)。區(qū)位碼構(gòu)成示意表機(jī)內(nèi)碼漢字的機(jī)內(nèi)碼是計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)和處理漢字的代碼，簡(jiǎn)稱內(nèi)碼。機(jī)內(nèi)碼描述的是計(jì)算機(jī)中漢字的實(shí)際表示方式。無論用何種漢字外碼將漢字輸入計(jì)算機(jī)，為存儲(chǔ)和處理方便，都需將各種輸入碼轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度一致的漢字機(jī)內(nèi)碼。漢字的機(jī)內(nèi)碼編碼規(guī)則：在國(guó)標(biāo)碼的基礎(chǔ)上，把2字節(jié)的最高位由“0”改為“1”。相當(dāng)于在原有區(qū)位碼的基礎(chǔ)上加上（1000000010000000）2，即加上（8080）16。機(jī)內(nèi)碼（十六進(jìn)制數(shù)）=國(guó)標(biāo)碼（十六進(jìn)制數(shù)）+（8080）16或機(jī)內(nèi)碼（十六進(jìn)制數(shù)）=區(qū)位碼（十六進(jìn)制數(shù)）+（A0A0）16在計(jì)算機(jī)中，若最高位為1，則視為漢字編碼；若最高位為0，則視為ASCII碼。因此，同一個(gè)漢字的交換碼和機(jī)內(nèi)碼并不相同，而同一個(gè)ASCII碼字符的交換碼和機(jī)內(nèi)碼則相同。字形碼計(jì)算機(jī)在處理字符時(shí)，不僅需要知道字符的編碼，還需要知道字符的形狀結(jié)構(gòu)。所以，需要將每個(gè)字符的形狀在計(jì)算機(jī)中表示出來，這樣就產(chǎn)生了字形碼。漢字的字形碼是漢字輸出碼，是漢字顯示、打印的圖形編碼，又稱字模碼。為了將漢字在顯示器或打印機(jī)上輸出，把漢字按圖形符號(hào)設(shè)計(jì)成點(diǎn)陣圖，就得到了相應(yīng)的點(diǎn)陣代碼，即字形碼。字形碼是點(diǎn)陣代碼的一種，點(diǎn)陣使用行列排列密集的點(diǎn)表示形狀。同一個(gè)漢字在不同的點(diǎn)陣字體庫中編碼不同，即每一個(gè)字符都有自己的點(diǎn)陣，點(diǎn)陣中的二進(jìn)制數(shù)碼，0表示無色，1表示有色，因此每個(gè)字符都可以用二進(jìn)制數(shù)碼表示。顯示字庫存儲(chǔ)漢字字形點(diǎn)陣。顯示一個(gè)漢字一般采用16×16點(diǎn)陣、24×24點(diǎn)陣或48×48點(diǎn)陣。已知漢字點(diǎn)陣的大小，可以計(jì)算出存儲(chǔ)一個(gè)漢字所需占用的字節(jié)空間。Unicode碼不同ANSI（一種字符代碼）編碼之間互不兼容，當(dāng)信息在國(guó)際間交流時(shí)，無法將屬于兩種語言的文字編碼存儲(chǔ)在同一段ANSI編碼的文本中。

ANSI編碼的一個(gè)缺點(diǎn)是，同一個(gè)編碼值在不同的編碼體系中代表不同的字。同樣是文字，英文字母與漢字的編碼規(guī)則不同，英文字母用的是單字節(jié)ASCII碼，漢字采用的是雙字節(jié)漢字機(jī)內(nèi)碼?？偨Y(jié)

本單元主要介紹了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)數(shù)制（簡(jiǎn)稱數(shù)制）對(duì)常用計(jì)數(shù)制的轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行了深入探討。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，各種信息都是用二進(jìn)制數(shù)來表示和存儲(chǔ)。因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)只有兩個(gè)數(shù)碼0和1，因此二進(jìn)制數(shù)表示信息的數(shù)碼序列長(zhǎng)，而且不符合日常生活習(xí)慣，這就需要用八、十、十六進(jìn)制數(shù)來輔助描述。計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)分為數(shù)值型與非數(shù)值型。數(shù)值型數(shù)據(jù)又分為有符號(hào)數(shù)和無符號(hào)數(shù)，無論是整數(shù)還是小數(shù)，不同類別的計(jì)算機(jī)根據(jù)自身的情況，可以采用定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與計(jì)算。計(jì)算機(jī)針對(duì)不同的使用環(huán)境采用不同的編碼，主要包括有權(quán)碼與無權(quán)碼（8421碼、5421碼、2421碼、余3碼、余3循環(huán)碼、格雷碼等）。對(duì)于非數(shù)值型的字符數(shù)據(jù)，主要有標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼與擴(kuò)展ASCII碼。漢字采用雙字節(jié)存儲(chǔ)，漢字從輸入到存儲(chǔ)，再到顯示，涉及的編碼有外碼、交換碼、字形碼等。ASCI碼規(guī)定了從0～127共計(jì)128個(gè)數(shù)字來代表信息的規(guī)范編碼，其中包括34個(gè)控制碼，一個(gè)空格碼和94個(gè)形象碼。形象碼中包括英文大小寫字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。為了對(duì)多種不同符號(hào)進(jìn)行編碼，提出了擴(kuò)展ASCII碼。在不同計(jì)算機(jī)間交換文件時(shí)，就有必要區(qū)分兩類不同的文件。第一類文件中每一個(gè)字都是ASCII碼形象碼或空格碼，這類文件稱為ASCI碼文本文件，簡(jiǎn)稱文本文件，通常可在不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間直接交換。第二類文件是含有控制碼或非ASCII碼的文件，通常不能在不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間直接交換，這類文件一般統(tǒng)稱為二進(jìn)制文件。總結(jié)感謝觀看計(jì)算機(jī)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第三章計(jì)算機(jī)導(dǎo)論01計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成PARTONE計(jì)算機(jī)是一種能夠接收信息、存儲(chǔ)信息，并按照存儲(chǔ)在其內(nèi)部的程序?qū)π畔⑦M(jìn)行加工、處理，將處理結(jié)果輸出的高度自動(dòng)化電子設(shè)備。按此定義，傳統(tǒng)意義上的PC屬于計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在廣泛流行的智能手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、智能電器、可穿戴設(shè)備等都屬于計(jì)算機(jī)范疇。計(jì)算機(jī)和能夠在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。目前市場(chǎng)上的多種智能設(shè)備2PARTTWO硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)是指組成計(jì)算機(jī)的各種物理設(shè)備，也就是人們看得見、摸得著的實(shí)際物理器件或者裝置。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。這五部分協(xié)同完成數(shù)據(jù)的處理過程：控制器從存儲(chǔ)器中取出指令并執(zhí)行，輸入設(shè)備采集數(shù)據(jù)并存入存儲(chǔ)器，按照指令要求由運(yùn)算器對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，輸出設(shè)備輸出運(yùn)算結(jié)果。目前市場(chǎng)上的多種智能設(shè)備運(yùn)算器和控制器是中央處理器（CPU）的重要構(gòu)成部分，除此之外，CPU中還包含多種寄存器和計(jì)數(shù)器。目前，占據(jù)市場(chǎng)主流的高端CPU（IntelCOREi7系列和AMDRyzen7系列）。目前市場(chǎng)上的多種智能設(shè)備運(yùn)算器和控制器計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器主要包括內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩類。存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器又稱主存儲(chǔ)器，在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中起著舉足輕重的作用，其一般采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元，由電信號(hào)驅(qū)動(dòng)。內(nèi)存儲(chǔ)器包括隨機(jī)存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory，ROM）及高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache，簡(jiǎn)稱高速緩存）。RAM是計(jì)算機(jī)中最為重要的存儲(chǔ)器，既支持讀取又支持寫入。它由半導(dǎo)體集成電路芯片制成，直接為CPU提供指令和數(shù)據(jù)存取服務(wù)。目前，主流內(nèi)存條是雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DoubleDataRateSynchronousDynamicRandomAccessMemory，DDRSDRAM），簡(jiǎn)稱DDR。目前，DDR的主流型號(hào)有DDR3、DDR4。內(nèi)存條外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器通常是指除內(nèi)存儲(chǔ)器之外的其他存儲(chǔ)器，常見的有磁性介質(zhì)存儲(chǔ)器和光介質(zhì)存儲(chǔ)器，如硬盤、軟盤、磁帶、U盤等，能長(zhǎng)期保存信息。外存儲(chǔ)器的讀寫由機(jī)械部件帶動(dòng)，速度與讀寫內(nèi)存儲(chǔ)器相比慢很多。硬盤是計(jì)算機(jī)主要的存儲(chǔ)媒介之一。硬盤有固態(tài)硬盤（SSD，新式硬盤）、機(jī)械硬盤（HDD，傳統(tǒng)硬盤）、混合硬盤（HHD，基于傳統(tǒng)機(jī)械硬盤的新硬盤）。其中，固態(tài)硬盤采用閃存顆粒來存儲(chǔ)，機(jī)械硬盤采用磁性碟片來存儲(chǔ)，混合硬盤是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤。絕大多數(shù)硬盤是機(jī)械硬盤，被永久性地密封固定在硬盤驅(qū)動(dòng)器中。機(jī)械硬盤截面及工作原理存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備是用戶和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的主要裝置之一，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)之外的信息采集、轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部。鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫輸入板、游戲桿、語音輸入裝置等都屬于輸入設(shè)備。輸出設(shè)備輸出設(shè)備用于接收計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)，通過外圍設(shè)備等將各種計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以人或者其他設(shè)備能夠理解的形式表現(xiàn)出來，如數(shù)字、字符、圖像、聲音等。顯示器、打印機(jī)、音響等都屬于輸出設(shè)備。在計(jì)算機(jī)中，CPU、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備之間是采用電子線路連接的。如果將各部件和每一種設(shè)備都分別用一組線路與CPU直接連接，那么連線將會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐罚c各部件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線路稱為總線?？偩€是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)傳輸或交換的通道，如果將CPU比喻成計(jì)算機(jī)的“心臟”，那么總線結(jié)構(gòu)就等于計(jì)算機(jī)神經(jīng)系統(tǒng)?？偩€的英文單詞是Bus，因此總線也被形容為“公共汽車”。與公共汽車越大可以乘坐的人越多一樣，總線寬度越大傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也就越大，目前總線寬度有32位和64位，通常用頻率來衡量總線傳輸?shù)乃俣?，單位為Hz?？偩€結(jié)構(gòu)3PARTTHREE軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩個(gè)部分。系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備，支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行的各種程序的集合。系統(tǒng)軟件的主要功能是調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立的硬件，使它們可以協(xié)調(diào)工作。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、編譯軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等屬于系統(tǒng)軟件。應(yīng)用軟件是為滿足用戶不同領(lǐng)域、不同問題的應(yīng)用需求而提供的軟件。辦公自動(dòng)化軟件、即時(shí)通信軟件、企業(yè)管理軟件等屬于應(yīng)用軟件。

初識(shí)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)（OperationSystem，OS）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最底層的軟件，它負(fù)責(zé)管理整個(gè)計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，是計(jì)算機(jī)硬件與軟件及用戶之間交互的橋梁。從資源管理的角度來看，操作系統(tǒng)具有處理器管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理、作業(yè)管理五項(xiàng)功能。編程語言與編譯軟件高級(jí)語言是以人類的日常語言為基礎(chǔ)的一種編程語言，使用人們易于接受的文字來表示，從而使程序編寫更容易。目前比較流行的C、C++、Java、C#、Python、PHP、JavaScript、Go、Objective-C、Swift等都屬于高級(jí)語言。高級(jí)語言易于編寫、可讀性強(qiáng)，但CPU并不能直接執(zhí)行這些指令，需要軟件將程序員編制的高級(jí)語言源程序翻譯成機(jī)器語言，而完成這種翻譯工作的軟件根據(jù)其工作方式的不同，稱為解釋軟件或者編譯軟件。機(jī)械硬盤截面及工作原理數(shù)據(jù)庫軟件數(shù)據(jù)庫軟件也稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，DBMS），它是一種操縱和管理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)軟件，用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)。常見的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有微軟公司的SQLServer，Oracle公司的產(chǎn)品MySQL、Oracle等。應(yīng)用軟件通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)存儲(chǔ)、檢索和操作數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自己的業(yè)務(wù)功能。我們經(jīng)常使用的QQ、淘寶、京東等應(yīng)用軟件，其數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，應(yīng)用軟件的意義就在于提供最簡(jiǎn)單的操作界面及流程幫助用戶使用數(shù)據(jù)。如淘寶搜索商品功能（讀取數(shù)據(jù)）、商品加入購物車功能（寫入數(shù)據(jù)）、評(píng)價(jià)商品功能（寫入數(shù)據(jù)）等?？偨Y(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成，按照馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，硬件系統(tǒng)又包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大組成部分。軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、編譯軟件、硬件驅(qū)動(dòng)程序等控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運(yùn)行的各種程序都屬于系統(tǒng)軟件。辦公自動(dòng)化軟件、即時(shí)通信軟件、企業(yè)管理軟件等根據(jù)用戶工作和生活場(chǎng)景需要，利用編程語言編制的計(jì)算機(jī)軟件屬于應(yīng)用軟件。感謝觀看計(jì)算機(jī)導(dǎo)論操作系統(tǒng)第四章計(jì)算機(jī)導(dǎo)論01操作系統(tǒng)概述PARTONE操作系統(tǒng)的發(fā)展無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)ENIAC每一秒可以執(zhí)行5000次的加法運(yùn)算，其體積相當(dāng)龐大，功耗非常大，而且真空管的損耗率相當(dāng)高。計(jì)算機(jī)的操作是由程序員采用人工方式直接操作計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，即程序員事先將已穿孔（對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù)）的紙帶（或者卡片）裝入紙帶輸入機(jī)（或者卡片輸入機(jī)），再啟動(dòng)它們，將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)果之后，才讓下一個(gè)用戶運(yùn)行程序。這個(gè)時(shí)期，計(jì)算機(jī)的使用具有以下特點(diǎn)：01用戶獨(dú)占全機(jī)，也就是說，計(jì)算機(jī)及其全部資源只能由當(dāng)前用戶獨(dú)占。02CPU等待人工操作，也就是說，在用戶（程序員）進(jìn)行裝帶、卡，卸帶、卡等操作的時(shí)候，CPU是空閑的。脫機(jī)輸入/輸出方式為了解決人機(jī)矛盾及CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，出現(xiàn)了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)。該技術(shù)是事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶（或者卡片）裝入紙帶輸入機(jī)（或者卡片機(jī)）；在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，把紙帶（或者卡片）上的程序和數(shù)據(jù)輸入磁帶；當(dāng)CPU運(yùn)行時(shí)，再根據(jù)需要從磁帶上將其高速地調(diào)入內(nèi)存儲(chǔ)器。類似的，當(dāng)CPU需要輸出這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，可以由CPU直接高速地把數(shù)據(jù)從內(nèi)存送到磁帶上；然后在另一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，將磁帶上的結(jié)果通過相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出。脫機(jī)I/O的工作模式操作系統(tǒng)的發(fā)展單道批處理系統(tǒng)20世紀(jì)50年代，第二代計(jì)算機(jī)用晶體管代替真空管，體積大大減小，功耗顯著降低，可靠性大幅增加，但是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還是非常昂貴。為了能夠充分地利用CPU資源，通常把一批作業(yè)（一個(gè)以上的程序）以脫機(jī)方式輸入磁帶，在監(jiān)督程序的控制下，這批作業(yè)依次連續(xù)運(yùn)行。其自動(dòng)處理過程如下：由監(jiān)督程序?qū)⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存儲(chǔ)器，并把運(yùn)行控制權(quán)交給該作業(yè)；當(dāng)該作業(yè)處理完成時(shí)，又把控制權(quán)交還給監(jiān)督程序；監(jiān)督程序把磁帶上的第二個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，依此順序，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)接一個(gè)的作業(yè)，直至磁帶上的所有作業(yè)全部完成，這就形成了早期的批處理系統(tǒng)。由于批處理系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理都是成批進(jìn)行的，且在內(nèi)存儲(chǔ)器中始終只保持一個(gè)作業(yè)（當(dāng)前正在運(yùn)行的作業(yè)才能駐留在內(nèi)存儲(chǔ)器中，作業(yè)的執(zhí)行順序?yàn)橄冗M(jìn)先出），故稱其為單道批處理系統(tǒng)。批處理系統(tǒng)中的監(jiān)督程序就是早期的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的發(fā)展多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：01提高了CPU的利用率當(dāng)內(nèi)存儲(chǔ)器中僅有一個(gè)程序時(shí)，該程序在運(yùn)行中發(fā)出I/O請(qǐng)求后，CPU被閑置，必須在其I/O完成以后CPU才能繼續(xù)運(yùn)行；I/O設(shè)備的低速性，使CPU的利用率明顯降低。當(dāng)內(nèi)存儲(chǔ)器中有多個(gè)作業(yè)時(shí)，a作業(yè)執(zhí)行的過程中發(fā)生I/O請(qǐng)求，此時(shí)CPU就可以調(diào)用b作業(yè)了，CPU不再閑置，使作業(yè)在CPU、I/O設(shè)備等多種資源間輪流穿插執(zhí)行。02提高了內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備利用率為了能運(yùn)行較大的作業(yè)，通常內(nèi)存儲(chǔ)器具有較大容量。事實(shí)上，80%以上的作業(yè)屬于中小型作業(yè)，因此在單道批處理系統(tǒng)環(huán)境下，勢(shì)必造成內(nèi)存空間的浪費(fèi)。對(duì)于系統(tǒng)中所配置的多種類型的I/O設(shè)備，在單道批處理系統(tǒng)環(huán)境下也不能充分利用。多道作業(yè)并行運(yùn)行可以有效解決資源利用率問題。操作系統(tǒng)的發(fā)展03增加了系統(tǒng)的吞吐量單位時(shí)間內(nèi)完成的總工作量增加，CPU和其他資源保持“忙碌”狀態(tài)，僅當(dāng)作業(yè)運(yùn)行完成或運(yùn)行不下去時(shí)才進(jìn)行切換，系統(tǒng)開銷小。04延長(zhǎng)了平均周轉(zhuǎn)時(shí)間作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間是指從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始直至其完成并退出為止所經(jīng)歷的時(shí)間。多道批處理系統(tǒng)中，作業(yè)要排隊(duì)依次進(jìn)行處理，因而作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間被延長(zhǎng)了。05無交互能力用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)，直至作業(yè)完成，用戶都不能與自己提交的作業(yè)進(jìn)行交互。操作系統(tǒng)的發(fā)展多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：02共享主機(jī)早期計(jì)算機(jī)的價(jià)格相當(dāng)昂貴，不能每人獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī)，只能多個(gè)用戶共享一臺(tái)主機(jī)。采用分時(shí)系統(tǒng)，用戶在使用時(shí)能夠像自己獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣，不僅可以隨時(shí)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，而且感覺不到其他用戶的存在。03便于用戶上機(jī)多道批處理系統(tǒng)中，用戶必須把自己的作業(yè)郵寄或親自送到機(jī)房，很不方便。利用分時(shí)系統(tǒng)，用戶能通過終端直接將作業(yè)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，并合理地對(duì)作業(yè)運(yùn)行進(jìn)行控制。01人機(jī)交互增強(qiáng)新編的程序都可能存在錯(cuò)誤或不合理之處，人們希望能邊運(yùn)行邊修改，或者運(yùn)行過程中需要進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出，即人機(jī)交互，多個(gè)終端滿足了這樣的交互需求。操作系統(tǒng)的發(fā)展分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)具有如下特征：01多路性允許一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)連接多臺(tái)終端，宏觀上實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶同時(shí)工作；微觀上，每個(gè)用戶作業(yè)輪流獨(dú)占一個(gè)時(shí)間片。02獨(dú)立性每一個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾，每個(gè)用戶都感覺自己在獨(dú)占主機(jī)。03及時(shí)性用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。04交互性可以通過終端和系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話。操作系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)（RealTimeSystem）是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件請(qǐng)求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要為滿足及時(shí)響應(yīng)、與工作現(xiàn)場(chǎng)同步等系統(tǒng)需求，進(jìn)行資源調(diào)度、任務(wù)控制等協(xié)調(diào)工作。常見的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有兩種：01實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集工作現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并及時(shí)處理所采集的數(shù)據(jù)，如飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)、火炮的自動(dòng)控制系統(tǒng)等都屬于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。02實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的請(qǐng)求增加、刪除、修改、查詢信息，并在系統(tǒng)能夠達(dá)到的最短時(shí)間內(nèi)對(duì)用戶的請(qǐng)求做出響應(yīng)。飛機(jī)和火車訂票系統(tǒng)就屬于實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperatingSystem，NOS）是通常運(yùn)行在服務(wù)器上的操作系統(tǒng)，它基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件集合，包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、安全、資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件。在其支持下，網(wǎng)絡(luò)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠互相通信和共享資源。其主要特點(diǎn)是與網(wǎng)絡(luò)的硬件相結(jié)合來完成網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中[通常是一個(gè)局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（LAN）、一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)或其他網(wǎng)絡(luò)]的多臺(tái)計(jì)算機(jī)可以共享文件和打印機(jī)訪問。流行的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有Linux、UNIX、BSD、WindowsServer、MacOSXServer、NovellNetWare等。操作系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)（mbeddedOperatingSystem）是用在嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)，其應(yīng)用非常廣泛。嵌入式操作系統(tǒng)包括嵌入式設(shè)備專用的嵌入式操作系統(tǒng)（經(jīng)常是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如VxWorks、eCOS）、某些功能縮減版本的Linux（如Android、Tizen、MeeGo、webOS）及其他操作系統(tǒng)。有時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)指的是一個(gè)自帶固定應(yīng)用軟件的泛用程序。在許多最簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)就是指其上唯一的應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)的發(fā)展云計(jì)算操作系統(tǒng)云計(jì)算操作系統(tǒng)又稱云計(jì)算中心操作系統(tǒng)、云操作系統(tǒng)，是以云計(jì)算、云存儲(chǔ)技術(shù)作為支撐的操作系統(tǒng)，是云計(jì)算后臺(tái)數(shù)據(jù)中心的整體管理運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。常見云操作系統(tǒng)有VMware、WindowsAzure。操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：01操作系統(tǒng)是用戶和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的橋梁操作系統(tǒng)位于用戶和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，使用戶可以快速、準(zhǔn)確、可靠地操作計(jì)算機(jī)硬件及運(yùn)行自己的程序。用戶有三種方式使用計(jì)算機(jī)：命令方式、程序調(diào)用方式、圖形化界面操作方式。02操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多種硬件和軟件資源，包括處理機(jī)、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備和文件，操作系統(tǒng)的作用就是管理這些系統(tǒng)資源。03操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象操作系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的第一次擴(kuò)充，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，隱藏了硬件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的抽象模型；隨著抽象層次的提高，抽象接口提供的功能越來越強(qiáng)大。操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的功能01進(jìn)程控制和管理包括進(jìn)程創(chuàng)建、運(yùn)行、阻塞、終止等。進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。02進(jìn)程同步和互斥進(jìn)程同步是協(xié)作進(jìn)程需要在某些位置上協(xié)調(diào)它們的工作次序而等待或傳遞信息所產(chǎn)生的制約關(guān)系。進(jìn)程互斥是訪問臨界資源的兩個(gè)進(jìn)程，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)使用臨界資源時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程必須等待的制約關(guān)系。處理器管理處理器管理的硬件對(duì)象是處理器，其主要工作是處理中斷事件和處理器調(diào)度。處理器管理具體包括如下內(nèi)容：處理器管理處理器管理的硬件對(duì)象是處理器，其主要工作是處理中斷事件和處理器調(diào)度。處理器管理具體包括如下內(nèi)容：03進(jìn)程通信和死鎖進(jìn)程通信是指在進(jìn)程之間傳輸數(shù)據(jù)。進(jìn)程通信有三種方式：共享內(nèi)存模式、消息傳遞模式、共享文件模式。兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程在執(zhí)行過程中，由于相互競(jìng)爭(zhēng)資源或者彼此通信而造成阻塞，若無外力作用，它們則無法繼續(xù)推進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為進(jìn)程死鎖。04線程控制和管理進(jìn)程控制就是操作系統(tǒng)使用一些特定功能的程序段來創(chuàng)建、撤銷進(jìn)程及完成進(jìn)程狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。05處理器調(diào)度處理器調(diào)度是指根據(jù)特定的選擇算法從就緒進(jìn)程隊(duì)列中選擇可以使用處理器的過程，分為高級(jí)調(diào)度、中級(jí)調(diào)度、低級(jí)調(diào)度等。操作系統(tǒng)的功能存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理的硬件對(duì)象是內(nèi)部存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存），其功能包括內(nèi)存分配與回收、地址映射、內(nèi)存保護(hù)、內(nèi)存擴(kuò)充，具體內(nèi)容如下：01內(nèi)存分配與回收操作系統(tǒng)根據(jù)分配策略為多道程序分配內(nèi)存，同時(shí)對(duì)程序釋放的存儲(chǔ)空間進(jìn)行回收。02地址映射地址映射是指由程序邏輯地址到內(nèi)存物理地址的變換過程。地址映射通常需要硬件支持。03內(nèi)存保護(hù)多個(gè)程序運(yùn)行的環(huán)境下，內(nèi)存保護(hù)確保了每個(gè)程序都在自己的內(nèi)存空間中運(yùn)行，互不干擾。內(nèi)存保護(hù)一般由硬件完成。04內(nèi)存擴(kuò)充利用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存空間，為用戶提供一個(gè)比實(shí)際物理內(nèi)存更大的存儲(chǔ)空間。操作系統(tǒng)的功能設(shè)備管理設(shè)備管理的硬件對(duì)象是I/O設(shè)備，其功能包括設(shè)備分配、緩沖管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、設(shè)備獨(dú)立性設(shè)置等。設(shè)備管理不但要管理實(shí)際I/O設(shè)備（如磁盤機(jī)、打印機(jī)），而且要管理設(shè)備控制器，以及管理設(shè)備控制方式，如管理程序、管理中斷、直接存儲(chǔ)器存?。―irectMemoryAccess，DMA）、管理通道等。文件管理文件管理的對(duì)象是文件。文件是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上的一組具有名稱的信息集合。文件管理的功能主要包括：提供文件邏輯組織方法、提供文件物理組織方法、提供文件的存取方法、提供文件的使用方法、實(shí)現(xiàn)文件的目錄管理、實(shí)現(xiàn)文件的存取控制、實(shí)現(xiàn)文件的存儲(chǔ)空間管理等。操作系統(tǒng)的功能作業(yè)管理作業(yè)管理的對(duì)象是作業(yè)。每個(gè)用戶請(qǐng)求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成的一個(gè)獨(dú)立操作稱為作業(yè)。作業(yè)管理包括作業(yè)的輸入和輸出、作業(yè)的調(diào)度與控制。操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶需要來控制作業(yè)運(yùn)行。作業(yè)管理作業(yè)管理的對(duì)象是作業(yè)。每個(gè)用戶請(qǐng)求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成的一個(gè)獨(dú)立操作稱為作業(yè)。作業(yè)管理包括作業(yè)的輸入和輸出、作業(yè)的調(diào)度與控制。操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶需要來控制作業(yè)運(yùn)行。操作系統(tǒng)的功能用戶接口01命令接口命令接口通過提供一組聯(lián)機(jī)命令和作業(yè)控制語言，讓用戶直接或間接地控制自己的作業(yè)。02程序接口程序接口提供一組系統(tǒng)調(diào)用，供用戶程序或其他系統(tǒng)程序調(diào)用。03圖形接口通過提供圖標(biāo)、窗口和菜單等元素，用戶可方便地通過鼠標(biāo)和少量的鍵盤操作，得到操作系統(tǒng)的服務(wù)。操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)分類方法按照應(yīng)用范圍，操作系統(tǒng)可以分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)。例如，Windows7屬于桌面操作系統(tǒng)，WindowsServer2016屬于服務(wù)器操作系統(tǒng)，Android屬于嵌入式操作系統(tǒng)。按支持的用戶數(shù)分類按照同時(shí)支持的用戶數(shù)分類，操作系統(tǒng)可以分為單用戶操作系統(tǒng)、多用戶操作系統(tǒng)。例如，MS-DOS屬于單用戶操作系統(tǒng)，UNIX、Linux屬于多用戶操作系統(tǒng)。按應(yīng)用范圍分類根據(jù)操作系統(tǒng)的源代碼是否公開，操作系統(tǒng)可以分為開源操作系統(tǒng)和閉源操作系統(tǒng)。Linux、FreeBSD屬于開源操作系統(tǒng)，MacOSX和Windows則是閉源操作系統(tǒng)。按硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類根據(jù)支持的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)可分為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、多媒體操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。例如，NovellNetWare、WindowsServer、OS/2屬于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，Amiga屬于多媒體操作系統(tǒng)。按源碼開放程