南京大學(xué)《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》課件-第1章計算機系統(tǒng)概論

匯報人：鄭老師2023-12-31南京大學(xué)《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》課件-第1章計算機系統(tǒng)概論目錄計算機的發(fā)展歷程計算機的組成結(jié)構(gòu)計算機的工作原理操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的功能目錄常見的操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)存儲與文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)01計算機的發(fā)展歷程03代表性的機械計算機有帕斯卡加法器、萊布尼茨乘法器和英國“差分機”。01機械計算機時代始于17世紀(jì)，當(dāng)時使用齒輪等機械部件制造計算裝置。02這一時期的計算機主要用于解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，如航海和天文學(xué)計算。機械計算機時代這一時期的計算機采用電子管作為主要計算元件，體積龐大、耗能高、可靠性差。電子計算機時代經(jīng)歷了從真空管到晶體管的過渡，主要用于軍事、科研和數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域。電子計算機時代始于20世紀(jì)初，標(biāo)志性事件是ENIAC的誕生。電子計算機時代微型計算機時代始于20世紀(jì)70年代初，標(biāo)志性產(chǎn)品是AppleI和IBMPC的發(fā)布。這一時期的計算機采用集成電路作為計算元件，體積小、耗能低、可靠性高。微型計算機廣泛應(yīng)用于商業(yè)、家庭和教育等領(lǐng)域，成為信息時代的代表。微型計算機時代網(wǎng)絡(luò)計算機時代始于20世紀(jì)90年代初，標(biāo)志性事件是互聯(lián)網(wǎng)的普及。這一時期的計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)資源共享和信息交流。網(wǎng)絡(luò)計算機時代推動了電子商務(wù)、社交媒體和云計算等新興領(lǐng)域的發(fā)展，深刻改變了人們的生活和工作方式。網(wǎng)絡(luò)計算機時代02計算機的組成結(jié)構(gòu)中央處理器（CPU）是計算機的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)。CPU的性能指標(biāo)包括主頻、核心數(shù)、緩存大小等，主頻越高、核心數(shù)越多，CPU的處理能力越強。CPU由運算器和控制器組成，運算器負(fù)責(zé)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算，控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個部件的工作。CPU的制造工藝和設(shè)計架構(gòu)也會影響其性能，先進(jìn)的制造工藝和優(yōu)秀的架構(gòu)能夠提高CPU的執(zhí)行效率和能效。中央處理器存儲器是計算機中用于存儲數(shù)據(jù)和程序的部件。主存儲器（RAM）是計算機斷電后數(shù)據(jù)丟失的存儲器，用于存放運行中的程序和數(shù)據(jù)。存儲器按照存儲速度和訪問方式，存儲器可以分為高速緩沖存儲器（Cache）、主存儲器（RAM）和輔助存儲器（硬盤、光盤等）。輔助存儲器（硬盤、光盤等）是計算機永久性數(shù)據(jù)存儲的介質(zhì)，可以長期保存數(shù)據(jù)，即使斷電也不會丟失。輸入輸出設(shè)備01輸入輸出設(shè)備是計算機中用于輸入和輸出數(shù)據(jù)的部件。02常見的輸入設(shè)備包括鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀、攝像頭等，用于將用戶輸入的數(shù)據(jù)傳輸給計算機。03常見的輸出設(shè)備包括顯示器、打印機、音響等，用于將計算機處理后的數(shù)據(jù)輸出給用戶。04輸入輸出設(shè)備的性能和特點也會影響計算機的整體性能和使用體驗，例如顯示器的分辨率和刷新率、打印機的打印質(zhì)量和速度等。03計算機的工作原理123二進(jìn)制數(shù)是計算機內(nèi)部信息的表示方式，由0和1組成。二進(jìn)制數(shù)的定義二進(jìn)制數(shù)的運算包括加法、減法、乘法和除法，其運算規(guī)則與十進(jìn)制數(shù)不同。二進(jìn)制數(shù)的運算將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)需要進(jìn)行除2取余操作，將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)需要進(jìn)行按權(quán)展開操作。二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的概念指令的定義指令是計算機執(zhí)行操作的命令，由操作碼和操作數(shù)組成。程序的定義程序是一系列指令的有序集合，用于完成特定的任務(wù)。指令的執(zhí)行過程指令被計算機讀取后，經(jīng)過取指令、解碼、執(zhí)行和寫回等步驟完成指令的執(zhí)行。指令和程序運算器的組成運算器由算術(shù)邏輯單元、累加器、寄存器等組成，其中算術(shù)邏輯單元是運算器的核心部件。運算過程的特點計算機的運算過程具有高速、精確、自動化等特點，能夠快速處理大量的數(shù)據(jù)和信息。運算器的功能運算器是計算機中用于進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算的部件，主要完成二進(jìn)制數(shù)的加、減、乘、除等運算。計算機的運算過程04操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的核心軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計算機硬件和軟件資源，為用戶和應(yīng)用程序提供便利的接口。操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、系統(tǒng)監(jiān)控、用戶界面等。適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，將作業(yè)放入隊列中等待處理。批處理操作系統(tǒng)允許多個用戶同時與系統(tǒng)交互，按時間片分配系統(tǒng)資源。分時操作系統(tǒng)適用于需要快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，具有高度可靠性和實時性。實時操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)能夠同時處理多個任務(wù)或事件。并發(fā)性系統(tǒng)資源被多個進(jìn)程共享，通過資源管理和調(diào)度實現(xiàn)公平合理的使用。共享性通過技術(shù)手段將物理實體或資源轉(zhuǎn)換為邏輯上的表示或模擬。虛擬性操作系統(tǒng)需要具備穩(wěn)定性和可靠性，確保系統(tǒng)的正常運行和數(shù)據(jù)的完整性。穩(wěn)定性操作系統(tǒng)的基本特征05操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源，為用戶提供便利的操作界面和開發(fā)環(huán)境。操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的主要功能包括資源管理、系統(tǒng)監(jiān)控、用戶界面和系統(tǒng)安全等方面。操作系統(tǒng)分類根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，操作系統(tǒng)可以分為批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和終止等操作，實現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行和資源共享。進(jìn)程管理內(nèi)存管理文件管理設(shè)備管理操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配、回收和保護(hù)等操作，確保程序的正常運行和數(shù)據(jù)的安全性。操作系統(tǒng)提供文件存儲、檢索和管理等功能，方便用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和使用。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備的驅(qū)動、分配和調(diào)度等操作，實現(xiàn)設(shè)備的正常工作和高效利用。操作系統(tǒng)的功能06常見的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)具有進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理和設(shè)備管理等功能，確保計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。操作系統(tǒng)分類根據(jù)使用場景和功能，操作系統(tǒng)可分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、移動操作系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，負(fù)責(zé)管理計算機硬件和軟件資源，提供用戶與計算機交互的接口。操作系統(tǒng)概述由微軟公司開發(fā)的桌面操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于個人電腦和移動設(shè)備。Windows蘋果公司開發(fā)的桌面操作系統(tǒng)，主要用于蘋果電腦。macOS開源的桌面操作系統(tǒng)，具有高度的可定制性和靈活性。Linux常見的桌面操作系統(tǒng)WindowsServer微軟公司開發(fā)的服務(wù)器操作系統(tǒng)，提供企業(yè)級應(yīng)用和服務(wù)的支持。Unix/Linux傳統(tǒng)的服務(wù)器操作系統(tǒng)，具有高可靠性和穩(wěn)定性。LinuxServer開源的服務(wù)器操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等領(lǐng)域。常見的服務(wù)器操作系統(tǒng)由谷歌公司開發(fā)的移動操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于智能手機和平板電腦。Android蘋果公司開發(fā)的移動操作系統(tǒng)，主要用于蘋果公司的iPhone、iPad等設(shè)備。iOS常見的移動操作系統(tǒng)07數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)壓縮多媒體數(shù)據(jù)表示計算機內(nèi)部使用不同的編碼方式來表示圖像、音頻和視頻等多媒體數(shù)據(jù)，例如JPEG、MP3和MPEG等。二進(jìn)制表示法計算機內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)制，因為二進(jìn)制只有0和1兩種狀態(tài)，適合邏輯運算，易于物理實現(xiàn)且抗干擾能力強。數(shù)值數(shù)據(jù)表示計算機內(nèi)部使用二進(jìn)制補碼表示法來表示整數(shù)，最高位為符號位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1。字符數(shù)據(jù)表示計算機內(nèi)部采用ASCII碼來表示字符，每個字符用一個字節(jié)表示，最高位為0。數(shù)據(jù)表示輸入標(biāo)題有損壓縮無損壓縮數(shù)據(jù)壓縮無損壓縮算法能夠完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，不會產(chǎn)生任何損失。常見的無損壓縮算法有Huffman編碼、LZ77和LZ78等。字典編碼算法利用數(shù)據(jù)中重復(fù)出現(xiàn)的模式進(jìn)行壓縮，常見的字典編碼算法有LZW和BWT等。最佳編碼算法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的最佳效果，但計算復(fù)雜度較高。常見的最佳編碼算法有霍夫曼編碼和算術(shù)編碼等。有損壓縮算法會對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度的失真或簡化，以換取更高的壓縮比。常見的有損壓縮算法有JPEG和MPEG等。字典編碼最佳編碼08數(shù)據(jù)存儲與文件系統(tǒng)存儲介質(zhì)硬盤、SSD、U盤、光盤等，每種存儲介質(zhì)有其特點和適用場景。存儲容量隨著技術(shù)的發(fā)展，存儲容量越來越大，滿足用戶對大量數(shù)據(jù)的存儲需求。數(shù)據(jù)安全數(shù)據(jù)加密、備份、恢復(fù)等手段確保數(shù)據(jù)的安全性。存儲技術(shù)RAID、快照、鏡像等技術(shù)提高數(shù)據(jù)存儲的可靠性和性能。數(shù)據(jù)存儲文件管理方式目錄結(jié)構(gòu)、文件路徑、文件名等，方便用戶查找和管理文件。文件權(quán)限對文件的讀、寫、執(zhí)行等操作進(jìn)行權(quán)限控制，保護(hù)文件的安全。文件類型文本、圖片、音頻、視頻等不同類型文件，滿足用戶多樣化的需求。文件壓縮與解壓減小文件體積，節(jié)省存儲空間，提高傳輸效率。文件系統(tǒng)09數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集通過各種方式獲取原始數(shù)據(jù)，如調(diào)查、觀察、實驗等。數(shù)據(jù)清洗對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如去除重復(fù)、異常值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。數(shù)據(jù)存儲將處理后的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫或其他存儲介質(zhì)中，以便后續(xù)分析和處理。數(shù)據(jù)檢索根據(jù)需要從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和提取。數(shù)據(jù)處理A