【學(xué)習(xí)】第3章計算機(jī)系統(tǒng)組成

1、第3章 計算機(jī)系統(tǒng)組成傳統(tǒng)意義的計算機(jī)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共同組成獨立的，不同的系統(tǒng)配置可形成功能差異很大的計算機(jī)系統(tǒng)。近年來，由于網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，對計算機(jī)概念的內(nèi)涵和外延又有了新的認(rèn)識。本章以常見的微機(jī)為例，主要介紹計算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)。 n計算機(jī)硬件硬件是可以感觸到的實體，主要包括運算器、控制器、內(nèi)存儲器、輸入器和輸出器五大部分，當(dāng)然也還包括電源、機(jī)箱等輔助部件。習(xí)慣上把運算器、控制器、內(nèi)存儲器和電源稱為主機(jī)，把輸入器、輸出器稱為外部設(shè)備。 n計算機(jī)軟件軟件是有重復(fù)使用價值的程序和相關(guān)文檔，主要包括操作系統(tǒng)軟件、編譯系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件等。 n由Intel公司的CPU和微軟公司的軟件為主組

2、成的計算機(jī)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的微型計算機(jī)系統(tǒng)。n本章重點介紹軟件系統(tǒng)。 3.1 計算機(jī)硬件系統(tǒng)介 n計算機(jī)硬件系統(tǒng)經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展歷程，它的高速、自動化運算特點現(xiàn)已得到充分發(fā)揮。但究其構(gòu)造原理，目前尚未跳出馮諾依曼計算機(jī)的基本框框，仍是以存儲為中心的計算機(jī)結(jié)構(gòu)。也就是說，把運算器、控制器、輸入器和輸出器通過各種信號線與內(nèi)存儲器聯(lián)系起來就構(gòu)成了一臺計算機(jī)硬件系統(tǒng)。 3.1.1 CPU介紹n隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，可以把復(fù)雜的運算器、控制器電路集成在一個芯片中稱為中央處理器（Central Processing Unit，CPU）。多數(shù)微機(jī)具有一個CPU，也有使用兩個或更多個CPU協(xié)調(diào)工作的計

3、算機(jī)。n1. 運算器運算器n計算機(jī)的運算功能主要靠算術(shù)邏輯運算部件（Arithmetic Logic Unit，ALU）完成。最簡單的運算器是由若干位組成的加法器。一般來講，加法器的位數(shù)越多，可完成的運算就越復(fù)雜；完成加法器運算的速度越快，計算機(jī)整體速度也越快。 n2. 控制器控制器n控制器的功能是按照計算機(jī)內(nèi)部的時鐘節(jié)拍，根據(jù)指令（Instruction），控制協(xié)調(diào)計算機(jī)各個部件工作。它主要由編碼電路和譯碼電路構(gòu)成。n3. 其他電路其他電路nCPU中有各種特殊命名的寄存器，用來存儲運算的中間結(jié)果，或正在執(zhí)行的指令代碼；包括各部件之間數(shù)據(jù)交換的通路，即內(nèi)部總線；甚至還包括與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)用的高速

4、緩沖存儲器。一些單片機(jī)芯片，例如MCS-51、MCS-96系列，幾乎包括了馮諾依曼計算機(jī)要求必備的五個基本部件電路。 3.1.1 內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器n內(nèi)存儲器具有記憶功能，它能把各種以二進(jìn)制碼表示的信息存儲起來，是計算機(jī)的主要工作存儲區(qū)。它可以把要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)事先存儲，然后在CPU的控制下自動執(zhí)行程序。nCPU可按照單元編號訪問內(nèi)存儲器中的每個單元。一個單元包括8位二進(jìn)制信息，也稱一個字節(jié)（Byte），單元編號從0開始，到2n-1。內(nèi)存容量就是計算機(jī)可使用內(nèi)存單元的總和，現(xiàn)在生產(chǎn)的微型計算機(jī)內(nèi)存容量一般在64MB以上。 n微型計算機(jī)的內(nèi)存儲器包括RAM和ROM兩部分。ROM用于存放內(nèi)容不變的

5、信息，例如計算機(jī)開始工作的引導(dǎo)程序、自檢程序等。這些程序在計算機(jī)出廠時就已裝入ROM中。nRAM用于存放現(xiàn)場程序和數(shù)據(jù)。RAM中的信息是由電路的狀態(tài)表示的，所以斷電后信息一般會立即丟失。由于軟件越來越復(fù)雜，需要內(nèi)存的容量也越來越大。 3.1.1 外存儲器外存儲器n1 硬磁盤n1968年IBM公司首次提出“溫徹斯特（Winchester）”技術(shù)。該技術(shù)要求，把整個磁盤機(jī)密封，使用高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，而不與盤片直接接觸，從而避免了磁頭與盤片的摩擦，提高了盤片的轉(zhuǎn)速。以后研發(fā)的提高磁頭靈敏度、盤片轉(zhuǎn)數(shù)、記錄密度等技術(shù)使現(xiàn)在的溫盤容量可達(dá)上百個GB。

6、n由于硬磁盤的讀寫速度較高、容量大，操作軟件常用部分硬盤存儲器代替內(nèi)存作虛擬內(nèi)存使用。2 磁盤陣列技術(shù)磁盤陣列技術(shù)n隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，程序越來越復(fù)雜，需要存儲的信息量越來越大，對數(shù)據(jù)的安全性要求越來越高，出現(xiàn)了以磁盤為中心的計算機(jī)系統(tǒng)模式。單個或少量磁盤同時工作滿足不了計算機(jī)對磁盤容量、速度、可靠性的需求，磁盤陣列是解決這些問題的一種新技術(shù)。n磁盤陣列（Disk Array）是由一個硬盤控制器來控制多個硬盤的相互連接，使多個硬盤的讀寫同步，減少錯誤，增加效率和可靠性的技術(shù)。使用此技術(shù)的設(shè)備分0、1、3、5四個等級。磁盤陣列3.1.1 外部設(shè)備接口與總線外部設(shè)備接口與總線n1. 外部設(shè)備接口功

7、能外部設(shè)備接口功能n計算機(jī)硬件接口是計算機(jī)中兩個相對獨立子系統(tǒng)之間的連接部分，包括外設(shè)與主機(jī)之間，外設(shè)與外設(shè)之間的連接。有時接口也稱為界面。n接口主要解決子系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)與控制信號。接口主要解決子系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)與控制信號。PC機(jī)實現(xiàn)這種傳遞的硬件通常做成獨立的接口板（卡），插在總線接口插槽里，通過輸出線纜與外部設(shè)備連接。接口卡也稱適配器。 n它的主要功能是如下。n(1) 地址譯碼 外部設(shè)備在計算機(jī)系統(tǒng)中的名稱如 LPT 、COM1等是通用的符號名稱，對它代表的某實際設(shè)備的控制要由具體接口及控制軟件，即驅(qū)動程序完成。外設(shè)與主機(jī)之間交換的二進(jìn)制信息都暫存在接口寄存器中，這些寄存器可能放在外設(shè)（

8、例如鍵盤）上，也可能放在適配器（如顯示器）上。主機(jī)以存取內(nèi)存單元的方式來存取外設(shè)的寄存器。因此要為每個外設(shè)寄存器設(shè)置地址（端口號），通過地址譯碼電路區(qū)別真正要訪問外設(shè)的寄存器。 n(2) 在主機(jī)與外設(shè)之間交換控制信息 控制信息主要包括設(shè)備“已準(zhǔn)備好”、“忙碌”、“完成”、“申請中斷”、“響應(yīng)中斷”、“啟動”、“停止”等信號。n(3) 支持主機(jī)各種中斷處理。n(4) 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換 8位字長與16位字長之間、模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換。n(5) 支持傳輸過程中的串行/并行轉(zhuǎn)換、錯誤校驗、協(xié)議等。 n2. USB接口接口nUSB（ Universal Serial Bus）接口使用特殊的接口線實現(xiàn)

9、了熱插拔。 n3 總線總線n總線就是信息傳輸?shù)墓簿€路，它由若干可控制門電路及連接的導(dǎo)線組成。在微機(jī)的主板上表現(xiàn)為若干個可插接各種部件的插槽。計算機(jī)均采用總線結(jié)構(gòu)將各部件（CPU、存儲器、I/O接口）組成為一個系統(tǒng)。 3.1.5 計算機(jī)指令系統(tǒng)計算機(jī)指令系統(tǒng)nCPU的控制器根據(jù)內(nèi)存中的每一條指令碼控制執(zhí)行部件運作，計算機(jī)才能工作。人們利用指令才可以直接指揮計算機(jī)工作。 n各種類型計算機(jī)指令的數(shù)目和形式差別很大，計算機(jī)可有幾條、幾十條，甚至上百條指令；n一些類型計算機(jī)指令的長度是固定的，更多類型計算機(jī)的指令長度是可變的，可用單字節(jié)、雙字節(jié)、三字節(jié)，或更多字節(jié)表示一條指令。n一般情況，一條指令一般

10、包括操作方法和操作對象（數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的地址）兩部分，個別的指令僅有操作方法而無操作對象。 n CPU執(zhí)行指令例子。n設(shè)數(shù)據(jù)區(qū)的0號單元存有無符號整數(shù)15，1號單元存有無符號整數(shù)23，利用指令把兩個單元的內(nèi)容對調(diào)。n其操作過程是，先把0單元內(nèi)容存到名為ah寄存器，再把1單元內(nèi)容存到名為al寄存器，然后分別存回1單元和0單元。 3.2 計算機(jī)軟件系統(tǒng)介紹 n軟件是有重復(fù)使用價值的程序和相關(guān)文檔。n計算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，不同的配置可形成功能差異很大的計算機(jī)系統(tǒng)。n由英特爾公司的CPU和微軟公司的軟件組成的計算機(jī)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的計算機(jī)系統(tǒng)。n計算機(jī)軟件主要包括操作系統(tǒng)軟件、編譯系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟

11、件。 n 3.2.1 操作系統(tǒng)n1 用戶工作方式n單機(jī)n分時n多終端n桌上微機(jī)n微機(jī)網(wǎng)絡(luò)（服務(wù)器/客戶端，服務(wù)器/瀏覽器，對等網(wǎng)）n因特網(wǎng)(1)單用戶單任務(wù)方式單用戶單任務(wù)方式n 單用戶單任務(wù)是最典型的計算機(jī)系統(tǒng)使用環(huán)境，其特點是一人獨占一臺計算機(jī)，執(zhí)行一個應(yīng)用程序。在這種環(huán)境下，CPU、內(nèi)存等計算機(jī)硬資源利用率低。早期的微型計算機(jī)常采用這種方式。其優(yōu)點是對計算機(jī)硬件要求低，管理計算機(jī)的軟件比較簡單，可靠性強(qiáng)，易于操作。支持這種使用環(huán)境的微機(jī)操作系統(tǒng)常見的有MS-DOS 3.0、CP/M及其各種變化版本等。 (2)單用戶多任務(wù)方式單用戶多任務(wù)方式n 隨著計算機(jī)硬件的不斷升級，CPU的速度的提高

12、、內(nèi)存容量的加大，用戶希望能同時（至少用戶感覺是同時）執(zhí)行多個應(yīng)用程序，即所謂執(zhí)行多任務(wù)。最先在大、中型計算機(jī)上實現(xiàn)了這種方式，以后微機(jī)上也實現(xiàn)了多任務(wù)管理，典型的微機(jī)操作系統(tǒng)有MS-DOS 6.0 及Windows等。(3)多用戶多任務(wù)方式多用戶多任務(wù)方式n 多用戶多任務(wù)是指在一臺大、中型主機(jī)（主要包括CPU、內(nèi)存）上，同時（實際上是分時）為多個用戶服務(wù)。每個用戶作為連接到主機(jī)上的終端，執(zhí)行自己的各種任務(wù)。典型的操作系統(tǒng)是UNIX及其變種XENIX、ONIX、VENIX等。目前在微機(jī)上流行的Linux操作系統(tǒng)也支持多用戶多任務(wù)操作。(4)使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)n由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，支持

13、各種環(huán)境的操作系統(tǒng)各異。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中功能強(qiáng)、資格老當(dāng)屬UNIX，而在微機(jī)上運行最多的是Windows NT（包括Windows 2000/XP） 以及大有發(fā)展前途的Linux操作系統(tǒng)。 2 硬件支撐環(huán)境 n 操作系統(tǒng)是管理計算機(jī)資源、方便用戶使用計算機(jī)資源的一套程序。這些程序必須在一定的硬件環(huán)境支持下才能正常工作，硬件環(huán)境越好，操作系統(tǒng)能提供的服務(wù)越多，換句話說，低檔計算機(jī)只能安裝和使用低版本的操作系統(tǒng)。為了能支持功能較強(qiáng)的操作系統(tǒng)，對計算機(jī)硬件部件提出以下一些功能要求。 (1)中央處理器（中央處理器（CPU）nCPU是計算機(jī)的硬件核心部件，CPU主要包括運算和控制兩部分，控制器中對于程序和

14、中斷的控制能力最為重要。n1)程序狀態(tài)字（PSW）。 CPU中一般設(shè)有若干個寄存器，這些寄存器擔(dān)負(fù)專門的工作。例如指令記數(shù)器中記載下一條要執(zhí)行的指令地址，16位的狀態(tài)寄存器中的每一位則記錄指令執(zhí)行后的狀態(tài)。 nC：算術(shù)運算中，最高位產(chǎn)生進(jìn)位時置1；nP：操作結(jié)果低8位為偶數(shù)個1時置1；nA：算術(shù)運算中，低字節(jié)中低4位產(chǎn)生進(jìn)位或錯位時置1；nZ：操作結(jié)果為0時置1；nS：若操作結(jié)果是負(fù)數(shù)時置1；nT：可由指令設(shè)置，1為可單步執(zhí)行指令；nI：可由指令設(shè)置，1為允許外部中斷請求；nD：可由指令設(shè)置，1為使用串操作指令時地址指針遞減；nO：運算結(jié)果以補(bǔ)碼表示超出范圍時置1。n其他位保留。1514131

15、211 109876543210O D ITSZAPC(2)中斷中斷nCPU要能在適當(dāng)?shù)闹噶钪芷趦?nèi)判斷是否有內(nèi)部或外部中斷請求，當(dāng)判斷有中斷請求并可能接受中斷請求后，自動轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。n在完成中斷服務(wù)后能自動繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。 n 支持硬件中斷優(yōu)先級別，若有幾個中斷源同時申請中斷，CPU首先響應(yīng)級別高的中斷申請，中斷級別高的中斷源可中斷低級別的中斷服務(wù)程序。例如，M68000有七級硬中斷、Intel 有二級硬中斷。(3)存儲器存儲器n 存儲器是計算機(jī)的核心部件，一般采用三級存儲體系以解決對存儲器的容量、速度和價格的需求矛盾。n 第一級是高速緩沖存儲器（簡稱緩存第一級是高速緩沖存儲器（簡

16、稱緩存Cache），也叫隱藏存儲器。它對于用戶是透明的，即操作系統(tǒng)把正在使用的一部分程序或即將要使用的一部分程序由內(nèi)存（主存）復(fù)制到緩存中，CPU直接對緩存讀寫，由于緩存的讀寫速度與CPU的執(zhí)行指令速度相匹配，從而充分發(fā)揮了CPU的高速控制、運算能力。目前緩存命中率可達(dá)90%以上。 n 第二級是主存儲器第二級是主存儲器，要執(zhí)行的程序代碼（包括要使用的數(shù)據(jù)）必須事先讀入內(nèi)存方可在CPU的控制下自動執(zhí)行。主存儲器越大，執(zhí)行程序就越方便。 n第三級是外部存儲器第三級是外部存儲器，一般指軟、硬磁盤、光盤等。這些介質(zhì)存放已編制好的程序或數(shù)據(jù)，較小的程序可一次裝（讀）入內(nèi)存，較大的程序需要采用程序覆蓋技術(shù)

17、，分段裝入內(nèi)存，不斷覆蓋掉已經(jīng)執(zhí)行完的程序段。(4) 操作系統(tǒng)的人操作系統(tǒng)的人機(jī)界面機(jī)界面n1) 圖形用戶接口（圖形用戶接口（GUI）n支持圖形命令方式的操作系統(tǒng)稱為窗口系統(tǒng)，最典型的是微機(jī)上使用的Windows（視窗）（Windows NT）和UNIX系統(tǒng)使用的X Windows（X 窗口）。 n1998年為GUI制定了圖形接口的標(biāo)準(zhǔn)部件，包括：n窗口：終端屏幕上的一個矩形區(qū)域，由標(biāo)題欄、菜單欄、邊框、控制按鈕、用戶區(qū)等組成。n菜單：一系列可選的命令。n對話框：包括顯示消息和輸入請求信息對話框。n命令按鈕：表示執(zhí)行某個具體命令的圖標(biāo)。n各種具有GUI接口形式的操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件都有類似的界面

18、風(fēng)格。 2)終端命令方式終端命令方式n 對于專業(yè)人員來講，使用已經(jīng)熟記的對于專業(yè)人員來講，使用已經(jīng)熟記的終端命令來指揮計算機(jī)工作效率最高。終端命令來指揮計算機(jī)工作效率最高。n例如：在DOS操作系統(tǒng)中，如下命令代表：ndir 列出當(dāng)前磁盤目錄ncopy x y 把x文件拷貝一份，但文件名改為y3 操作系統(tǒng)軟件功能n操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理4類資源：n存儲器存儲器 三級管理三級管理n處理器（處理器（CPU） 解決CPU（或多個CPU）與內(nèi)存儲器速度間的不匹配的矛盾。 nI/O設(shè)備 n程序和數(shù)據(jù)n操作系統(tǒng)對資源管理的主要功能包括監(jiān)視資源、管理策略、根據(jù)策略實施分配資源和用畢回收資源。 (1) 進(jìn)程管理進(jìn)程管

19、理n什么是作業(yè)、進(jìn)程 n指令指令（Instruction）是計算機(jī)執(zhí)行動作的最小單位，它指揮計算機(jī)完成一個簡單的操作 。n程序程序（Program）是一系列排列有序的指令和數(shù)據(jù)的集合稱為程序，它可以使計算機(jī)完成一套完整的功能。n作業(yè)作業(yè)（Job） 是用戶交由計算機(jī)執(zhí)行的一個或若干個相互關(guān)聯(lián)的程序。 n進(jìn)程進(jìn)程（Process， Linux把進(jìn)程也稱為任務(wù)task） 程序調(diào)入內(nèi)存后，必須根據(jù)現(xiàn)有的計算機(jī)環(huán)境條件決定是否能執(zhí)行，正在運行的程序和環(huán)境的結(jié)合構(gòu)成一個運行實體，該實體稱為進(jìn)程。n 對于操作系統(tǒng)而言，它在接受并執(zhí)行用戶作業(yè)時除了啟動程序外，還要創(chuàng)造為了執(zhí)行程序所需要的環(huán)境，即執(zhí)行進(jìn)程。程序

20、只要不被刪除就永程序只要不被刪除就永遠(yuǎn)存在，而進(jìn)程是程序執(zhí)行的一個過程。遠(yuǎn)存在，而進(jìn)程是程序執(zhí)行的一個過程。一個進(jìn)程有它的建立、執(zhí)行和撤消過程。操作系統(tǒng)為執(zhí)行同一個程序所建立的進(jìn)程在不同的資源環(huán)境下有可能不同，當(dāng)然執(zhí)行的最后結(jié)果應(yīng)當(dāng)是一樣的。 1）進(jìn)程狀態(tài)）進(jìn)程狀態(tài)n由于進(jìn)程是程序執(zhí)行的過程，因而它的狀態(tài)會隨著程序的執(zhí)行、資源環(huán)境的變化（其他進(jìn)程的建立肯定會影響對資源的使用）、各種預(yù)定或突發(fā)事件（隨機(jī)中斷）的發(fā)生等等，使得進(jìn)程狀態(tài)在不斷變化。進(jìn)程基本有四種狀態(tài)：n. 運行（Running）狀態(tài)。 進(jìn)程在處理機(jī)上正在執(zhí)行。n. 就緒（Ready）狀態(tài)。 進(jìn)程已獲得一切必要的資源，一旦獲得處理機(jī)即

21、可運行。 n. 等待（Bloked）狀態(tài)或睡眠狀態(tài)。 當(dāng)進(jìn)程所需的資源不足，或等待輸入/輸出完成的消息時，雖然操作系統(tǒng)可以把處理機(jī)分配給它，但仍不能繼續(xù)執(zhí)行，此時進(jìn)程處于等待狀態(tài)。n. 僵死（Zombie）狀態(tài)。 進(jìn)程終止，但記錄進(jìn)程狀態(tài)的記錄仍存在。2）進(jìn)程控制塊）進(jìn)程控制塊n進(jìn)程中的程序（包括數(shù)據(jù)）是靜態(tài)的，整個進(jìn)程是動態(tài)的，因此，操作系統(tǒng)若要控制進(jìn)程的活動過程，就必須開辟一部分存儲器空間來記錄有關(guān)進(jìn)程的信息。操作系統(tǒng)把這些信息放在進(jìn)程控制塊（Process Control Block ，簡稱PCB）中。nPCB是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同的操作系統(tǒng)可是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同的操作系統(tǒng)可采用不同結(jié)構(gòu)。

22、采用不同結(jié)構(gòu)。 3）進(jìn)程調(diào)度）進(jìn)程調(diào)度n 進(jìn)程本身沒有啟動或終止其他進(jìn)程的功能，切換進(jìn)程是靠操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度程序執(zhí)行的。當(dāng)一個進(jìn)程的已獲得除CPU之外的所有資源后，調(diào)度程序會根據(jù)某種算法啟動該進(jìn)程。 例如Linux 操作系統(tǒng)把CPU中寄存器的現(xiàn)狀保存到task_struct中。限制每個進(jìn)程每次占用CPU的時間（200毫秒），這樣即便某進(jìn)程出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象，也不會造成整個系統(tǒng)陷入死循環(huán)。 (2) 存儲管存儲管理n 所謂實存實存即實際存在的物理內(nèi)存物理內(nèi)存（Main Memory,主存儲器），管理這部分內(nèi)存時主要考慮在多任務(wù)情況下如何分配內(nèi)存以及當(dāng)實際內(nèi)存單元數(shù)量超出可編址范圍后如何管理編址范圍外

23、的內(nèi)存；所謂虛存即非實際存在的物理內(nèi)存，它是外存儲器（一般是硬磁盤）的一種虛擬映像，利用管理內(nèi)存的方法來管理這些硬盤空間。1）固定分區(qū)）固定分區(qū)n 操作系統(tǒng)將內(nèi)存中固定地址的存儲區(qū)存放專門的程序。例如MS DOS 操作系統(tǒng)把內(nèi)存的0號單元開始的1K字節(jié)定義為系統(tǒng)的中斷向量區(qū)，在這個區(qū)中存放可用的255個（有的位置暫時保留未用）中斷調(diào)用程序的起始地址。 n為了解決如何尋找大于1MB的地址，操作系統(tǒng)把大于1MB的內(nèi)存稱為擴(kuò)充內(nèi)存（Extended Memory）。擴(kuò)充內(nèi)存最前面的64KB為高內(nèi)存區(qū)HMA（High Memory Area），可以把操作系統(tǒng)調(diào)入HMA以增加可用的常規(guī)內(nèi)存使用區(qū)。64M

24、B內(nèi)存的主存儲器劃分方法可下圖。n 2）虛擬內(nèi)存管理）虛擬內(nèi)存管理nWindows 可以在磁盤分區(qū)中由用戶或自動選擇一定數(shù)量的磁盤空間作為虛擬內(nèi)存使用。Linux則在安裝系統(tǒng)時由用戶專門劃分一個磁盤分區(qū)（一般是實存的2倍）作為交換（swap ）分區(qū)，來實現(xiàn)虛擬內(nèi)存。 Linux的虛擬內(nèi)存采用分頁機(jī)制 (3) 文件管理文件管理n 不同的操作系統(tǒng)采用了不同的實際物理存儲格式。建立存儲格式的軟件是對磁盤進(jìn)行分區(qū)和格式化的程序。以Linux 為例，它采用ext2格式，這種格式可以兼容DOS操作系統(tǒng)的FAT、Windows的FAT32、Windows NT的NTFS以及CD-ROM的ISO9660等格式

25、。反之，多數(shù)其他文件系統(tǒng)不兼容ext2格式，例如DOS和Windows都不能訪問Linux文件系統(tǒng)。1）文件目錄和文件名文件目錄和文件名n 在DOS中把軟盤、光盤、硬盤分區(qū)都以盤符表示，其上的文件都各自存放在其根或各級子目錄中。Windows把文件都各自存放在其根或文件夾（各級子目錄）中。n而Linux中沒有盤符的概念，僅有統(tǒng)一的根目錄/（注意：反斜杠 在Linux中用作命令續(xù)行符）和根下的各級子目錄。軟盤、光盤、硬盤分區(qū)都以子目錄表示。2) dos 目錄目錄3) Windows 文件夾文件夾4) Windows 文件類型(4) 設(shè)備管理n 一般情況下，即使外部設(shè)備硬件上已一般情況下，即使外部

26、設(shè)備硬件上已裝入到計算機(jī)上，若未安裝其驅(qū)動程序，裝入到計算機(jī)上，若未安裝其驅(qū)動程序，操作系統(tǒng)也無法對它管理，因而不能使用。操作系統(tǒng)也無法對它管理，因而不能使用。n 在DOS、Windows、Linux采用不同的方式管理設(shè)備。 n 近來流行的“即插即用”技術(shù)，并非不需要驅(qū)動程序，只不過是操作系統(tǒng)中預(yù)先安裝了標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備驅(qū)動程序，許多外部設(shè)備廠依照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計硬件接口而已。當(dāng)硬件有較大改進(jìn)后，仍需要安裝廠家提供的驅(qū)動程序，以便操作系統(tǒng)管理該設(shè)備。4 操作系統(tǒng)的安全操作系統(tǒng)的安全n（1）用戶管理n（2）文件使用權(quán)限n（3）補(bǔ)救操作失誤n（4）防止惡意攻擊 操作系統(tǒng)應(yīng)用舉例n 3.2.2 計算機(jī)語言編譯

27、系統(tǒng)n 1 低級語言n 用一組易記的符號代表一個機(jī)器指令，如用“ADD 1，2”代表一次加法1+2，用“SUB 1，2”代表一次減法1-2，匯編語言中的一條指令一般與一條機(jī)器指令相對應(yīng)。機(jī)器語言和匯編語言都是面向具體計算機(jī)的面向具體計算機(jī)的語言語言，每一種類型的計算機(jī)都有自己的機(jī)器語言和匯編語言，不同機(jī)器之間互不相通。由于它們依賴于具體的計算機(jī)，被稱為“低級語言”。n 1 低級語言n真正的機(jī)器指令中,只包含0和1兩個代碼, 許多個0,1代碼放在一起,構(gòu)成了多種組合形式,每一種都可以指定一種操作。例如，有的機(jī)器中，讓10110110表示做加法的命令，用10110101表示做減法的命令。在這里做加

28、法還是做減法只指出了做何種操作，大多數(shù)操作還需要操作數(shù)。因此,對操作數(shù)的說明也應(yīng)該反映在指令當(dāng)中。 n 操作碼是用來表示機(jī)器待執(zhí)行的任務(wù)的說明。如加、減、乘、除、移位、傳送、輸出、停機(jī)等操作。地址碼是用來表示操作數(shù)在存儲器中所處的位置。如圖下所示：每個地址對應(yīng)著一個存儲單元,存儲單元之中的內(nèi)容就是具體的操作數(shù)值。事時上，存儲單元中存放的不僅僅是數(shù)據(jù)，指令也是存儲在存儲單元中的。不論是數(shù)據(jù)還是指令，它們的位置都是以地址的形式給出的。計算 f=ax+b n第一步：通過鍵盤或其它輸入方式將上表中的指令及數(shù)據(jù)代碼送入計算機(jī)09號單元之中。n第二步：啟動主機(jī)后，計算機(jī)便自動按照存儲器中存放指令的順序，有

29、序地逐條地執(zhí)行各條指令，完成序列中所有紙令的全部操作。n第三步： 當(dāng)機(jī)器執(zhí)行完最后一條指令后，機(jī)器停止工作。n 對于未經(jīng)過專門訓(xùn)練的用戶而言，用對于未經(jīng)過專門訓(xùn)練的用戶而言，用二進(jìn)制碼表示的指令很難掌握。二進(jìn)制碼表示的指令很難掌握。2 高級語言n20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了“高級語言”。它不依賴于具體的計算機(jī)，而是在各種計算機(jī)各種計算機(jī)上都通用的一種計算機(jī)語言上都通用的一種計算機(jī)語言。高級語言接近人們習(xí)慣使用的自然語言和數(shù)學(xué)語言，使人們易于學(xué)習(xí)和使用，人們認(rèn)為，高級語言的出現(xiàn)是計算機(jī)發(fā)展史上一次驚人的成就，使千萬非專業(yè)人員能方便地編寫程序，操縱使用計算機(jī)按人們的指令進(jìn)行工作。n。整理課件3 編譯系

30、統(tǒng)n計算機(jī)本身是不能直接識別高級語言。必須將高級語言的程序翻譯成計算機(jī)能識別的機(jī)器指令，計算機(jī)才能執(zhí)行。這個翻譯的工作是由“編譯系統(tǒng)編譯系統(tǒng)”軟件軟件來完成的。 n不同類型的計算機(jī)上使用的翻譯軟件是不同的。因此，在一臺計算機(jī)上能運行某一種高級語言程序的條件是：必須在此計算機(jī)系統(tǒng)上配有此語言的編譯系統(tǒng)。例如要在一臺微機(jī)上運行C語言程序，必須先將為該微機(jī)設(shè)計的C編譯系統(tǒng)裝入計算機(jī)內(nèi)。編譯過程n一般編譯分2次進(jìn)行：n 首先編譯器（程序）把用高級語言書寫的源代碼（字符、符號）通讀一遍，然后檢查有無語法錯誤，如有錯誤，分析出錯原因，并給出提示；n然后，對無語法錯誤的源程序進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，包括把符號指令轉(zhuǎn)為

31、二進(jìn)制指令碼，加入一些公用的程序段，分配內(nèi)存資源等工作，最后形成統(tǒng)一的一個或一組可執(zhí)行的程序，存到磁盤上。 n 有些編譯器不生成可執(zhí)行代碼文件，稱為解釋器，例如BASIC語言就可一邊解釋源程序，一邊執(zhí)行。n 有些編譯器可把已經(jīng)編譯后的程序反編譯成它的源程序，稱為反編譯器。n 反編譯器多數(shù)用來刨析可執(zhí)行程序，以發(fā)現(xiàn)程序的設(shè)計機(jī)密。n 整理課件4 源程序設(shè)計步驟n計算機(jī)的解題過程n無論多么復(fù)雜的應(yīng)用問題，深入到計算機(jī)硬件一級時，就只有加法和傳遞兩種算術(shù)運算（其效果相當(dāng)于加、減、乘、除）和與、或、非等邏輯運算了。因此，在此之前，需要做大量的工作。從拿到一個任務(wù)到得出正確的結(jié)果，要經(jīng)過以下幾個階段：

32、n(1) 建立數(shù)學(xué)模型n對于一個實際問題的解決，首先要將其數(shù)學(xué)化，將一個物理狀態(tài)或工作過程用數(shù)學(xué)形示表示出來。這部分工作常常由本領(lǐng)域的科技人員來完成。n(2) 確定計算方法n必須將數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步處理將其表示成只包含加、減、乘、除的算術(shù)運算和與、或、非邏輯運算的近似公式。 n例如，對于 SIN(X) 來說只能采用近 似計算的方法，所以計算機(jī)是按照下列公式來實現(xiàn)對 SIN ( X ) 的求值 n(3) 編制解題程序n所謂程序就是用計算機(jī)語言（包括機(jī)器語言和高級語言）寫出的具體的結(jié)題步驟。它告訴計算機(jī)做什么以及怎樣做。 n程序本身并不是機(jī)器所能識別的形式(或稱指令)，程序只是用一些由英文助記符規(guī)定的語句按一定的語法規(guī)則所描述的算法，機(jī)器只能識別機(jī)器指令。因此在執(zhí)行程序之前，還必須經(jīng)過一個叫編譯的過程，編譯的功能可以比喻成人和機(jī)器之間的翻譯，它把程序翻譯成機(jī)器所能讀懂的機(jī)器指令。運算序列的特征n有限性有限性：即序列的項數(shù)有限，且每一運算項都可在有限的時間內(nèi)完成; n確定性確定性：即序列