大學計算機（WPSOffice）第1章計算機與信息社會大學計算機大學計算機Contents.目錄第1章計算機與信息社會1.1

計算與計算工具1.2計算自動化1.3

計算思維及計算思維能力培養(yǎng)1.1計算與計算工具1.1.1什么是計算計算是一種符號變換，從一個符號串按照一定的規(guī)則變換成另一個符號串的過程。符號變換的規(guī)則由程序來決定。第1章計算機與信息社會1.1計算與計算工具1.1.2計算工具的演變1.手動計算工具遠古的人們用石頭、刻痕、手指或繩結來計數(shù)。后來用“籌碼”來改進計算工具。中國古代科學家祖沖之最先算出了圓周率小數(shù)點后的第7位，使用的工具正是算籌。第1章計算機與信息社會1.1計算與計算工具1.1.2計算工具的演變算盤可以說是世界上第一種手動式計算器，可以存儲數(shù)字，而珠算口訣則是最早的體系化的算法，一直沿用至今。第1章計算機與信息社會1622年，英國數(shù)學家威廉·奧特瑞德（WilliamOughtred）根據(jù)對數(shù)表設計了計算尺。18世紀末，以發(fā)明蒸汽機聞名于世的瓦特（JamesWatt)

，成功地制出了第一把名副其實的計算尺。1.1計算與計算工具1.1.2計算工具的演變帕斯卡發(fā)明的機械計算器2.機械計算機1642年，法國數(shù)學家帕斯卡發(fā)明了加法器，它采用類似鐘表傳動裝置的齒輪旋轉進位方式執(zhí)行運算，但只能做十進制加、減法運算。第1章計算機與信息社會1.1計算與計算工具1.1.2計算工具的演變1673年，著名的德國數(shù)學家萊布尼茨改進了帕斯卡的設計，發(fā)明了乘法機。這是第一臺可以進行四則運算的機器。1822年，英國數(shù)學家巴貝奇發(fā)明了差分機。1834年，巴貝奇設計了一種程序控制的通用分析機。

第1章計算機與信息社會1.1計算與計算工具1.1.2計算工具的演變分析機描繪出有關程序控制方式計算機的雛形，其設計思想為現(xiàn)代電子計算機的產生奠定了基礎。

（a）差分機（b）分析機巴貝奇設計的差分機和分析機第1章計算機與信息社會1.1計算與計算工具1.1.2計算工具的演變3.機電計算機1938年德國科學康拉德·祖思（KonradZuse）設計制造了第一臺采用二進制的Z-1型計算機。此后他研制了Z系列計算機。其中，Z-3型計算機是世界第一臺通用程序控制機電式計算機。1944年，美國科學家霍華德·艾肯（HowardAiken）成功地研制出世界上第一臺大型自動順序控制計算機Mark-I。1947年，艾肯又研制出運算速度更快的機電式計算機MARK-Ⅱ。1949年，艾肯又研制出電子管計算機MARK-Ⅲ。第1章計算機與信息社會1.1計算與計算工具1.1.3電子計算機的產生1.萌芽期的電子計算機1939年，阿塔納索夫提出設計計算機的三原則：采用二進制進行運算；采用電子技術來實現(xiàn)控制和運算；采用把計算功能和存儲功能相分離的結構。1939年，阿塔納索夫和他的學生克利福特·貝瑞設計并試制了數(shù)字電子計算機的樣機—ABC計算機（Atanasoff-BerryComputer），但未能完工。第1章計算機與信息社會1.1計算與計算工具1.1.3電子計算機的產生2.第1臺電子計算機1946年2月，世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機“埃尼阿克”（electronicnumericalintegratorandcalculator，ENIAC）在美國賓夕法尼亞大學研制成功。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.1圖靈機模型1.圖靈機的組成為了模擬人的這種運算過程，圖靈構造出一臺假想的機器，該機器由以下幾個部分組成。①一條無限長的紙帶（Tape）。②一個讀寫頭（Head）。③一套控制規(guī)則表（Table）。圖靈機就是根據(jù)程序的命令以及它的內部狀態(tài)進行紙帶的讀寫、移動。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.1圖靈機模型2.圖靈機的工作過程圖靈機的動作完全由3個因素確定：機器所處的當前狀態(tài)、讀寫頭所在方格的符號和轉換規(guī)則。每個轉換規(guī)則由以下4元組說明。（current_state,symbol,action,next_state）其含義是當前圖靈機處于current_state狀態(tài)時，讀寫頭掃描到紙帶格式里的符號為symbol，則執(zhí)行動作action，并轉移到next_state狀態(tài)。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.1圖靈機模型狀態(tài)當前符號（讀）輸出符號（寫）動作下一個狀態(tài)S0或空格1

GS10左移一位PP0或空格1

GP10左移一位PG

停機

下面以計算x＋1的圖靈機為例，分析圖靈機的工作過程。圖靈機的控制規(guī)則如表所示。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.1圖靈機模型設x=37，計算過程如下。①將原始數(shù)據(jù)x以二進制的形式寫在無限長的紙帶上，并假定讀寫頭開始位于右邊第一個方格。②讀到的方格符號為1，所以該方格中寫入0，讀寫頭向左移動一位，同時圖靈機進入P狀態(tài)。③處于P狀態(tài)時，讀寫頭讀到0，所以該方格改寫為1，同時圖靈機進入G狀態(tài)，立即停機。此時記錄在無限長的紙帶上的結果為100110，即x=38，完成x+1運算。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.2馮?諾依曼體系結構電子離散變量自動計算機（EDVAC）方案，其基本思想有以下幾點。①方案指出了現(xiàn)代計算機應由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5個部分組成，并描述了這5部分的職能和相互關系。②方案建議計算機中應該采用二進制數(shù)而不是十進制數(shù)，并預言二進制數(shù)的采用將極大簡化機器的邏輯線路。③方案提出了計算機的基本工作原理應該是存儲程序和程序控制。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展1.第一代電子計算機（1946—1958年）第一代電子計算機使用的主要邏輯元件是電子管，也稱電子管時代。內存儲器采用磁鼓、磁芯，外存儲器使用磁帶、紙帶、卡片等。計算機體積龐大、運算速度低（一般每秒幾千次到幾萬次）、成本高、可靠性差、內存容量?。ㄒ话銥閹浊ё止?jié)）。沒有系統(tǒng)軟件，用機器語言和匯編語言編寫程序，計算機主要用于科學計算，從事軍事和科學研究方面的工作。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展IBM（InternationalBusinessMachinesCorporation）公司于1952年推出了程序控制的計算機701，1955年又推出了702，后來形成了700/7000系列。第1章計算機與信息社會1.2計算自動化1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展1958年，中國科學院計算所研制成功我國第一臺小型電子管通用計算機——103機，標志著我國第一臺計算機的誕生。103機第1章計算機與信息社會1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展2.第二代電子計算機（1958—1964年）1958年，IBM國際商業(yè)機器公司制成了第一臺全部使用晶體管的計算機RCA501，從而宣告計算機進入了第二代的發(fā)展階段。1959年IBM公司又生產出全部晶體管化的計算機IBM7090。IBM7090計算機1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展1965年我國研制成功的第一臺大型晶體管計算機—109乙機。在兩年后又推出109丙機，它運行了15年，在我國“兩彈一星”研制中發(fā)揮了重要作用。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展第二代計算機使用的主要邏輯元件是晶體管，內存儲器采用磁芯，外存儲器使用磁帶和磁盤。軟件方面開始使用管理程序，后期使用操作系統(tǒng)并出現(xiàn)了FORTRAN、COBOL、ALGOL等一系列高級程序設計語言。計算機的應用擴展到數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等方面。計算機的運行速度已提高到每秒幾十萬次，體積已大大減小，可靠性和內存容量也有較大的提高。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展3.第三代電子計算機（1964—1970年）1964年4月，最早采用集成電路的通用計算機系列IBM360問世，如圖所示，標志著計算機進入了第三代，即集成電路計算機時代。IBM360計算機1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展第三代計算機主要以中、小規(guī)模集成電路為邏輯元件，內存儲器開始采用半導體元件代替磁芯，存儲容量達到幾兆字節(jié)，運行速度提高到每秒幾十萬次到幾百萬次，體積進一步變小，成本進一步降低，而可靠性和性能進一步提高。軟件方面，操作系統(tǒng)進一步完善，高級語言數(shù)量增多，使計算機的功能越來越強。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展4.第四代電子計算機（1971年至今）這個時期計算機的主要邏輯元件是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，存儲器采用半導體存儲器，外存儲器采用大容量的軟盤、硬盤、光盤、U盤等。軟件方面，操作系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，同時發(fā)展了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信軟件等。計算機的運行速度可達到每秒上千萬次到萬億次，可靠性又有了很大提高，功能更加完備。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展第四代計算機的發(fā)展過程中，一個值得注意的發(fā)展趨勢是計算機微型化、巨型化、網(wǎng)絡化和智能化。第四代計算機的一個重要標志是微處理器（microprocessor）和微型計算機（microcomputer）的誕生。1971年美國英特爾（Intel）公司推出第一個微處理器芯片Intel4004。以這類微處理器為核心的電子計算機是微型計算機，也稱為個人計算機（personalcomputer，PC）。1981年，IBM公司推出第一臺個人計算機IBMPC。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展超級計算機（supercomputer，又稱巨型計算機或高性能計算機）成為第四代計算機的另一個引人注目的成就。1964年誕生的CDC6600被公認為世界上第一臺巨型計算機。1975年，美國CRAY公司研制成功巨型計算機CRAY-1，實現(xiàn)了超高速每秒1億次運算。超級計算機CRAY-11.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展2010~2015年連續(xù)6屆TOP500榜單上，我國高性能計算機“天河二號”一直排名第一。2016~2017年，完全采用中國設計和制造的處理器的“神威·太湖之光”計算機4次名列榜首，成為全球運行速度最快的高性能計算機。

“神威·太湖之光”高性能計算機1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展網(wǎng)絡化可以更好地管理網(wǎng)上的資源，它把整個互聯(lián)網(wǎng)虛擬成一臺空前強大的一體化信息系統(tǒng)，實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享，從而讓用戶從中享受可靈活控制的、智能的、協(xié)作式的信息服務，并獲得前所未有的使用方便性和超強能力。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.3現(xiàn)代計算機的發(fā)展計算機智能化是指使計算機具有模擬人的感覺和思維過程的能力。智能化的研究包括目標檢測、自然語言處理、定理自動證明、智能機器人等。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.4未來新型計算機1.量子計算機量子計算機是遵循量子力學規(guī)律進行高速運算、存儲及處理量子信息的物理裝置，是一種可以實現(xiàn)量子計算的機器。我國量子計算研究走在了世界的前列，2020年12月又成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”。量子計算原型機“九章”1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.4未來新型計算機2.光子計算機光子計算機用光束代替電子進行計算、傳輸和存儲。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對復雜度高、計算量大的任務實現(xiàn)快速的并行處理。1.2計算自動化第1章計算機與信息社會1.2.4未來新型計算機3.生物計算機生物計算機是以生物界處理問題的方式為模型的計算機。生物系統(tǒng)的信息處理過程基于生物分子的計算和通信過程，因此生物計算又常稱為生物分子計算，其主要特點是極大規(guī)模并行處理及分布式存儲。1.3計算思維及計算思維能力培養(yǎng)第1章計算機與信息社會1.3.1計算思維的概念與本質1．計算思維的概念2006年，美國卡內基·梅隆大學周以真（JeannetteM.Wing）教授認為，計算思維（computationalthinking，CT）是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。1.3計算思維及計算思維能力培養(yǎng)第1章計算機與信息社會1.3.1計算思維的概念與本質2．計算思維的本質抽象（abstraction）：將現(xiàn)實世界中的問題轉化為計算機可以理解和處理的抽象形式。抽象1.3計算思維及計算思維能力培養(yǎng)第1章計算機與信息社會1.3.1計算思維的概念與本質2．計算思維的本質自動化（automation）：利用計算機技術實現(xiàn)任務的自動執(zhí)行和處理。在計算機科學中，通過將任務的執(zhí)行過程自動化，大大提高了任務的執(zhí)行效率和質量。1.3計算思維及計算思維能力培養(yǎng)第1章計算機與信息社會1.3.2計算思維能力培養(yǎng)學會認知（learntoknow）。學會做事（learntodo）。學會做人（learntobe）。學會共處（learntolivetogether）。計算機教學不但培養(yǎng)大學生對計算機的感知能力，而且使大學生掌握利用計算機進行問題求解的方法，展現(xiàn)計算機學科獨特的思維方式，這是今后應用計算機技術解決專業(yè)問題的重要基礎。第2章

計算機系統(tǒng)大學計算機大學計算機Contents.目錄第2章計算機系統(tǒng)2.1

計算機系統(tǒng)組成2.2計算機的工作原理2.3

微型計算機體系結構2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)計算機的硬件組成遵循馮·諾依曼體系結構，由控制器、運算器、存儲器、輸入設備和輸出設備5個基本部分組成。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)1.運算器又稱算術邏輯單元(ALU)，它接受由內存儲器送來的二進制數(shù)據(jù)并對其進行算術運算和邏輯運算。2.控制器是整個計算機的控制中心，由指令寄存器(IR)、指令計數(shù)器(PC)、地址寄存器(AR)、指令譯碼器(ID)、時序信號發(fā)生器、微操作控制部件和中斷處理部件組成。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)3.存儲器由內存儲器和外存儲器兩個部分組成。（1）內存儲器用于存放原始數(shù)據(jù)、程序以及計算機運算結果。它由大量的基本存儲元件組成，每一個基本存儲元件存儲一位二進制數(shù)據(jù)“0”或“1”。位稱為比特(bit，b)，是數(shù)據(jù)存儲的最小單位。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)3.存儲器內存儲器組織結構：內存儲器被劃分成許多存儲單元，每個存儲單元可存放8位二進制數(shù)，稱為一個字節(jié)(byte，B)。每個存儲單元編號，稱為存儲單元的地址。字：由字節(jié)組成字(word，W)，是CPU一次處理信息的單位。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)3.存儲器內存分類：易失性存儲器：當電源斷電后，存儲器所存儲的數(shù)據(jù)便會消失，如隨機存取存儲器(RAM)，信息可讀寫，內存主要由這種存儲器構成。非易失性存儲器：即使掉電，存儲器所存儲的數(shù)據(jù)也不會消失，如只讀存儲器(ROM)，信息只可讀不可寫，用于存放系統(tǒng)的初始化、自檢、引導程序。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)3.存儲器（2）外存儲器是指計算機存儲系統(tǒng)中不直接向CPU提供程序和數(shù)據(jù)的各種存儲設備，用于彌補內存容量的不足，屬于外部設備的范疇。外存為非易失性存儲器，如硬盤、光盤。外存儲器的特點是存儲容量大，存取速度比內存慢，系統(tǒng)斷電后其保存的信息不會丟失。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)3.存儲器（3）存儲容量以字節(jié)為單位。存儲容量是指存儲系統(tǒng)所能容納的二進制數(shù)據(jù)的總和，通常用字節(jié)來計算。1?KB?=1024?B=210B1?MB?=1024?KB=220B1?GB?=1024?MB=230B1?TB?=1024?GB=240B1?PB?=1024?TB=250B1?EB?=1024?PB=260B1?ZB=1024?EB=270B1?YB?=1024?ZB=280B換算關系：2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.1計算機硬件系統(tǒng)4.輸入設備和輸出設備輸入：從外部設備將信息（包括原始數(shù)據(jù)、程序等）傳送到計算機內存儲器的過程稱為輸入。輸出：從計算機內部向外部設備傳送信息的過程稱為輸出。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.2計算機軟件系統(tǒng)1.系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)：為了控制和管理計算機的各種資源，方便用戶使用計算機而配置的一種系統(tǒng)軟件。語言處理程序：用匯編語言或高級語言編寫的程序要經(jīng)過翻譯以后才能被計算機執(zhí)行，這種翻譯程序稱為語言處理程序。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：指提供各種數(shù)據(jù)管理服務的計算機軟件系統(tǒng)。支撐軟件：用于支持軟件開發(fā)、調試和維護的軟件。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.2計算機軟件系統(tǒng)2.應用軟件應用軟件是為滿足用戶不同領域、不同問題的應用要求而開發(fā)的軟件。應用軟件可以拓寬計算機系統(tǒng)的應用領域，擴大硬件的功能，又可以根據(jù)應用的不同領域和不同功能劃分為若干子類，例如，辦公軟件、財務軟件、CAD軟件等。2.1計算機系統(tǒng)的組成2.1.3計算機硬件和軟件之間的關系2.2計算機的工作原理2.2.1指令和程序計算機所能直接執(zhí)行的全部指令的集合，就是計算機的指令系統(tǒng)（instructionset）。以二進制編碼表示的指令叫機器指令，它通常包括操作碼和操作數(shù)兩大部分，操作碼表示計算機執(zhí)行什么操作，操作數(shù)指明參加操作的數(shù)的本身或操作數(shù)所在的地址。計算機的解題程序必須用計算機能識別的語言來描述，因此程序是指令的有序集合，用指令描述的解題步驟就叫程序。2.2計算機的工作原理2.2.2指令的執(zhí)行過程2.2計算機的工作原理2.2.2指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程分為以下4個步驟。①?取指令。按照程序計數(shù)器的地址(0100H)，從內存儲器中取出指令(070740H)，并送往指令寄存器。②?分析指令。對指令寄存器中存放的指令(070740H)進行分析，由譯碼器對操作碼(07H)進行譯碼，將指令的操作碼轉換成相應的控制電位信號。由地址碼(0740H)確定操作數(shù)地址。2.2計算機的工作原理2.2.2指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程分為以下4個步驟。③?執(zhí)行指令。由操作控制電路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。如加法指令，取內存單元(0740H)的值1EH和累加器的值相加，結果還是放在累加器中。④?一條指令執(zhí)行完成，程序計數(shù)器加1或將轉移地址碼送入程序計數(shù)器，然后回到①。2.3微型計算機體系結構2.3.1微型計算機的總線結構總線為CPU和其他部件之間提供信息傳輸通道。包括地址總線（address?bus，AB）數(shù)據(jù)總線（data?bus，DB）控制總線（control?bus，CB）2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件1.主板主板(main?board)又稱系統(tǒng)板。主板上有芯片組、CPU插槽、內存插槽、擴展插槽、各種外設接口以及BIOS和CMOS芯片等。2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件主流的CPU:Intel系列產品AMD系列產品2.CPUCPU是微型計算機的核心器件，在微機系統(tǒng)中特指微處理器芯片。2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件（1）隨機存取存儲器靜態(tài)RAM(SRAM）：靜態(tài)RAM利用其中觸發(fā)器的兩個穩(wěn)態(tài)表示所存儲的1和0，這類存儲器集成度低、價格高，但存取速度快。動態(tài)RAM(DRAM)：動態(tài)RAM集成度高、價格低，但由于要周期性地刷新，所以存取速度慢。3.內存儲器2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件（2）只讀存儲器可擦除可編程ROM(EPROM)：可以用紫外線來擦除，擦除后就可以再寫入信息。電可擦除可編程ROM(EEPROM)：寫入數(shù)據(jù)時，仍要利用一定的編程電壓，只需用廠商提供的專用刷新程序就可以改寫內容。閃速存儲器(flash?memory)：一種改進的EEPROM，EEPROM擦除信息時是按字節(jié)進行的，而Flash是按塊擦除信息。3.內存儲器2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件（3）高速緩沖存儲器速度快、價格高位置介于CPU和內存之間用于提高整個系統(tǒng)的運行速度3.內存儲器2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件（1）硬盤存儲器4.外存儲器

2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件（2）光盤存儲器光盤的基片是一種對激光具有耐熱性的有機玻璃，在基片上涂上金屬合金或稀土金屬化合物形成存儲介質。光盤的記錄原理是將聚焦的激光射在記錄介質上，對其微小的區(qū)域進行加熱，打出微米級的小孔（凹坑），或引起幾何變形，或產生結晶狀態(tài)變化。用這種小孔的有無、或用記錄介質上狀態(tài)的變化與不變化來代表二進制的“1”和“0”。4.外存儲器2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件（3）移動硬盤與U盤移動硬盤是在標準IDE接口硬盤的基礎上加裝USB或1394接口使之成為移動存儲工具。具有高速、大容量、輕巧便捷等優(yōu)點U盤是一種小體積的移動存儲裝置，攜帶更方便，可靠性高。固態(tài)硬盤(SSD)也是以閃存芯片為存儲介質的，其存儲原理與U盤相同，多用于平板電腦和筆記本電腦。4.外存儲器2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件（4）存儲器的層次結構在層次存儲結構中，金字塔越往上走，容量越小，成本越高，但訪問速度越快。2.3微型計算機體系結構2.3.2微型計算機的組成部件鍵盤和鼠標—輸入設備。鍵盤是微型計算機必備的標準輸入設備；鼠標也是一種輸入設備。顯示器和打印機—輸出設備。顯示器是用來顯示字符和圖形的輸出設備；打印機能將計算機的數(shù)據(jù)打印在紙上。5.輸入輸出設備2.3微型計算機體系結構2.3.3微型計算機的主要性能指標通常所說的計算機運算速度(平均運算速度)是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用MIPS(百萬條指令每秒)作單位。微型計算機一般采用微處理器的主頻來描述運算速度，時鐘頻率越高，運算速度就越快。1.運算速度2.3微型計算機體系結構2.3.3微型計算機的主要性能指標2.字長字長是指計算機一次所能處理的二進制數(shù)的位數(shù)。字長越長，計算機的硬件代價相應也增大。內存容量的大小反映了計算機即時存儲信息的能力。內存容量越大，系統(tǒng)功能就越強大，能處理的數(shù)據(jù)量就越龐大。3.內存儲器容量2.3微型計算機體系結構2.3.3微型計算機的主要性能指標4.外存儲器容量外存容量通常是指內置硬盤的容量。外存容量越大，可存儲的信息就越多，可安裝的應用軟件就越豐富。第3章數(shù)據(jù)在計算機中的表示大學計算機大學計算機Contents.目錄第3章數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.1

數(shù)制與二進制運算3.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.3

字符編碼3.4

多媒體數(shù)據(jù)編碼3.1數(shù)制與二進制運算3.1.1數(shù)制也稱計數(shù)制，是用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。1.進位計數(shù)制按進位的原則進行計數(shù)的方法稱為進位計數(shù)制。如果用r個基本符號(0，1，2，…，r-1)表示數(shù)值，則稱其為基r數(shù)制。r稱為該數(shù)制的基數(shù)數(shù)制中每一數(shù)字位置上對應的固定值稱為權例如，(938.25)10=9×102+3×101+8×100+2×10-1+5×10-23.1數(shù)制與二進制運算3.1.1數(shù)制數(shù)制是用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。任意一個r進制數(shù)N可表示為3.1數(shù)制與二進制運算3.1.1數(shù)制2.二進制數(shù)為什么要用二進制：技術實現(xiàn)簡單可靠；運算規(guī)則簡單；適合邏輯運算。表記符號為0和1，基數(shù)是2；進位規(guī)則是“逢二進一”。運算規(guī)則：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=103.1數(shù)制與二進制運算3.1.1數(shù)制3.八進制數(shù)表記符為0~7，基數(shù)是8；進位規(guī)則是“逢八進一”。例如，八進制數(shù)216.47按權展開的多項式為(216.47)8=2×82+1×81+6×80+4×8-1+7×8-23.1數(shù)制與二進制運算3.1.1數(shù)制4.十六進制數(shù)表記符為0~9、A~F，基數(shù)是16；進位規(guī)則是“逢十六進一”。例如，十六進制數(shù)1DB5.1A按權展開的多項式為(1DB5.1A)16=1×163+13×162+11×161+5×160+1×16-1+10×16-2為書寫方便，通常還用B來表示二進制，用O或Q來表示八進制，用H來表示十六進制。例如：FD57H，1101001B。3.1數(shù)制與二進制運算3.1.2數(shù)制之間的轉換1.二進制數(shù)、八進制數(shù)、十六進制數(shù)與十進制數(shù)的轉換將r進制數(shù)按權展開后，再求和，即得r進制數(shù)對應的十進制數(shù)。(110.101)2=(1×22+1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3)10=(6.625)10(123)8=1×82+2×81+3×80=(83)10(3A5.4)16=3×162+10×161+5×160+4×16-1=(933.25)10十進制整數(shù)轉換成二進制數(shù)，采用除以2取余法；十進制小數(shù)轉換成二進制數(shù)，采用乘2取整法。(18)10=(10010)2(0.625)10=(0.101)23.1數(shù)制與二進制運算3.1.2數(shù)制之間的轉換2.二進制與八進制、十六進制的轉換一位八進制數(shù)字可用3位二進制數(shù)字表示。

八進制01234567二進制000001010011100101110111一位十六進制數(shù)字可用4位二進制數(shù)字表示。

十六進制01234567二進制00000001001000110100010101100111十六進制89ABCDEF二進制100010011010101111001101111011113.1數(shù)制與二進制運算3.1.2數(shù)制之間的轉換2.二進制與八進制、十六進制的轉換八進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換十六進制數(shù)與二進制數(shù)的轉換(245.36)8=(010100101.011110)2=(10100101.01111)2(10111.1011)2=(010111.101100)2=(27.54)8

(5DF7.3E)8=(101110111110111.0011111)2(10010101111.011111)2=(4AF.7C)16

加法運算0+0=0，0+1=1+0=1，1+1=10(進位)減法運算0-0=0，0-1=1(借位)，1-0=1，1-1=0乘法運算0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1除法運算：運算規(guī)則與十進制除法相似3.1數(shù)制與二進制運算3.1.3二進制數(shù)的運算1.二進制數(shù)的算術運算與運算：按位與運算,兩位均為1，則結果為1；兩位中有一位為0，則結果為0?；蜻\算：按位或運算,若兩位中有一位為1，則結果為1；兩位均為0，則結果為0。非運算：取反操作，0變1，1變0。異或運算：兩位不相同結果為1；相同結果為0。3.1數(shù)制與二進制運算3.1.3二進制數(shù)的運算2.二進制數(shù)的邏輯運算3.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.1機器數(shù)與真值機器數(shù):計算機內存放的符號數(shù)值化的數(shù)。真值數(shù)：機器外部由正負號表示的數(shù)。D7D6D5D4D3D2D1D0+3500100011D7=0，表示正數(shù)-3510100011D7=1，表示負數(shù)3.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.2有符號數(shù)的表示方法正數(shù)的原碼，其符號位為0，其他位保持不變；負數(shù)的原碼，其符號位為1，其他位保持不變。一個數(shù)的原碼就是其機器數(shù)。1.原碼A=+27，[A]原=00011011B=-37，[B]原

=10100101[+0]原=00000000[-0]原

=100000003.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.2有符號數(shù)的表示方法正數(shù)的反碼與原碼相同負數(shù)的反碼，其符號位為1，其他位求反2.反碼A=+27，[A]反=00011011B=-37，[B]反

=11011010[+0]反=00000000[-0]反

=111111113.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.2有符號數(shù)的表示方法正數(shù)的補碼與原碼相同負數(shù)的補碼，其符號位為1，其他位求反加13.補碼A=+27，[A]補=00011011B=-37，[B]補

=11011011[+0]補=00000000[-0]補

=000000003.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.2有符號數(shù)的表示方法以時鐘為例，標準時間8點，鐘表時間10點，校正方法：3.補碼12進制系統(tǒng)逆時鐘：10-2=8順時鐘：10+10=12(丟失)+8=8可見對于256進制系統(tǒng)：254是-2的補碼，即二進制數(shù)11111110。256進制系統(tǒng)逆時鐘：10-2=8順時鐘：10+254=256(丟失)+8=83.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.2有符號數(shù)的表示方法例3-1?假定機器字長為8位二進制，分析有符號數(shù)71+65的結果。3.補碼[71+65]補碼

=[71]補碼

+[65]補碼

[71+65]補碼

=[71]補碼

+[65]補碼

=10001000（溢出）3.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.3實數(shù)在計算機中的表示把小數(shù)點約定在某一固定位置上的機器數(shù)稱為定點數(shù)。如果小數(shù)點約定在數(shù)的最右端，則該數(shù)為定點整數(shù)。如果小數(shù)點約定在符號位和數(shù)值的最高位之間，則該數(shù)為定點小數(shù)。1.定點數(shù)3.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.3實數(shù)在計算機中的表示小數(shù)點的位置是浮動的數(shù)。將實數(shù)規(guī)格化；規(guī)格化的數(shù)分為階碼和尾數(shù)。2.浮點數(shù)任意一個二進制實數(shù)N表示為：N=M×2E

M—N的尾數(shù)，用二進制定點小數(shù)表示。E—N的階碼，用二進制定點整數(shù)表示。3.2數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示3.2.4二—十進制碼用二進制編碼表示一個十進制數(shù)值數(shù)據(jù)就稱為二-十進制碼，也稱為數(shù)值編碼，簡稱BCD碼。常見的BCD碼是8421碼。十進制數(shù)8421BCD碼十進制數(shù)8421BCD碼00000810001000191001200101000010000300111100010001401001200010010501011300010011601101400010100701111500010101(259)BCD

=0010?0101?10013.3字符編碼3.3.1ASCII碼西文字符數(shù)據(jù)在計算機內的二進制表示形式，即美國標準信息交換代碼(American?Standard?Code?for?Information?Interchange，ASCII)?！癆”的ASCII碼值3.3字符編碼3.3.2漢字編碼1.漢字國標碼GB2312—1980收錄了7445個字符，包括6763個漢字和682個其他符號。94個區(qū)，區(qū)號為1~94。1-9區(qū)682個符號，16~55區(qū)3755個常用漢字，按拼音順序排列；二級字庫為56-87區(qū)，包括3008個符號，按筆畫數(shù)排列。每區(qū)94個漢字或符號，位號為1~94，對應94個漢字或94個符號。3.3字符編碼3.3.2漢字編碼2.漢字機內碼漢字機內碼是漢字在計算機內的存儲表示。用兩個連續(xù)的字節(jié)來存放。英文字符的機內代碼是7位ASCII碼，最高位為“0”（即b7=0），漢字機內碼中兩個字節(jié)的最高位均為“1”。機內碼=國標碼+80H

例如:“啊”的國標碼為3021H，漢字機內碼為B0A1H。3.3字符編碼3.3.2漢字編碼3.漢字輸入碼漢字輸入碼是將漢字輸入到計算機內(變成漢字機內碼)的編碼，也稱為外碼。常見的有拼音碼、五筆字型碼等。3.3字符編碼3.3.2漢字編碼4.漢字輸出碼漢字輸出碼就是漢字的字型碼，由漢字的字模信息組成。將漢字看成一個圖形，將圖形按n×n點陣數(shù)值化的編碼稱為漢字的n×n點陣字模。

例如，對于一個16×16點陣的漢字字模，需要16×16個二進制位來存儲其字模，即需要32B。所有漢字的字模的集合稱為字庫。3.3字符編碼3.3.3Unicode編碼Unicode編碼為每種語言中的每個字符設定了統(tǒng)一并且唯一的二進制編碼，以滿足跨語言、跨平臺進行文本轉換和處理的要求。使用4B的數(shù)字編碼來表達每個字母、符號或文字。例如，已知“漢”字和“嚴”字的Unicode編碼分別是27721和20005，采用十六進制分別是6C49和4E25。3.3字符編碼3.3.3Unicode編碼Unicode普遍使用的方式是UTF-8，它是以8個二進制位為單元對Unicode字符進行編碼，為變長編碼系統(tǒng)，即不同的字符可使用不同數(shù)量的字節(jié)編碼。從Unicode到UTF-8的編碼方式如下：3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.1音頻編碼1.聲音的數(shù)字化把模擬的聲波轉換成離散的數(shù)字信號。音頻信號的數(shù)字化處理過程3個步驟：取樣、量化和編碼。取樣：每隔一定時間在聲波上取一個幅度值。量化：將每個取樣得到的幅度值以數(shù)字存儲。編碼：將取樣和量化后的數(shù)字數(shù)據(jù)以一定的格式記錄下來。3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.1音頻編碼1.聲音的數(shù)字化取樣頻率：是指每秒鐘的取樣次數(shù)，取樣越高，數(shù)字音頻的質量越好，但數(shù)據(jù)量越大。通常取樣頻率不應低于聲音信號最高頻率的兩倍，稱為無損數(shù)字化頻率。量化位數(shù)：是指存放取樣點幅度值的二進制位數(shù)，也稱為取樣精度。它決定了音頻信號數(shù)字化后的表示范圍。聲道數(shù)：是指聲音通道的個數(shù)。有單聲道、雙聲道。雙聲道產生兩個波形，存儲空間是單聲道的兩倍。3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.1音頻編碼1.聲音的數(shù)字化假定需要還原的模擬聲音頻率是22050Hz，則其數(shù)字取樣頻率取44100?Hz，采樣精度為16位，雙聲道立體聲模式，1min所需數(shù)據(jù)量為44100Hz×2B(16位采樣精度)×2(雙聲道)×60s=10MB/min3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.1音頻編碼2.聲音文件格式數(shù)字音頻信息在計算機中是以文件的形式保存的。WAV格式WMA?格式MP3格式RA格式MID格式3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.2圖像編碼矢量圖形或幾何圖形，簡稱圖形(graphics)：矢量圖形處理不存儲圖像數(shù)據(jù)的每一點，而是存儲圖像內容的輪廓部分。比較適合存儲各種圖表和工程設計圖點陣圖像或位圖圖像，簡稱圖像(image)：位圖圖像方法即位映射，是將一幅圖像分割成若干行×若干列的柵格，柵格的每一點(稱為像素)的顏色值都單獨記錄。較適合于圖像和照片。3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.2圖像編碼1.圖像的數(shù)字化數(shù)字化過程一般也要經(jīng)過取樣、量化和編碼等處理步驟。取樣：要用多少點來描述一幅圖像。與圖像分辨率有關。量化：指要使用多大范圍的數(shù)值來表示圖像取樣之后的每一個點。該范圍包括了圖像上所能使用的顏色總數(shù)，稱為顏色深度。編碼：將取樣和量化的數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成二進制數(shù)碼表示的形式，與圖像文件所采用的格式以及壓縮存儲格式有關。3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.2圖像編碼1.圖像的數(shù)字化如果圖像的每個像素只有黑白兩種顏色，這種圖像稱為二值圖像。在真彩色圖像中，每個像素由3個顏色通道的數(shù)值組成，通過不同的組合，可以得到各種不同的顏色?；叶葓D像是一種只包含亮度信息而不包含顏色信息的圖像。3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.2圖像編碼1.圖像的數(shù)字化圖像的分辨率和顏色深度決定了圖像文件的大小，計算公式：圖像字節(jié)數(shù)=列數(shù)×行數(shù)×顏色深度/8一幅像素大小為1024×768的真彩色圖片，其圖像數(shù)據(jù)所需的存儲空間大?。?024×768×24/8B=2359296B=2304KB3.4多媒體數(shù)據(jù)編碼3.4.2圖像編碼2.圖像文件格式數(shù)字化后的圖像數(shù)據(jù)量大，必須采用編碼技術來壓縮信息。圖像文件的格式是計算機存儲這幅圖的方式與壓縮方法。BMP格式GIF格式JPG格式PNG格式WMF格式第4章操作系統(tǒng)基礎大學計算機大學計算機Contents.目錄第4章操作系統(tǒng)基礎4.1

操作系統(tǒng)概述4.2操作系統(tǒng)的功能4.3

常用操作系統(tǒng)4.1操作系統(tǒng)概述第4章操作系統(tǒng)基礎4.1.1操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)是管理計算機軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源，控制程序執(zhí)行，合理組織計算機工作流程，并為用戶使用計算機提供良好運行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。它不僅是硬件與其他軟件的接口，也是用戶和計算機之間進行交互的界面。第4章操作系統(tǒng)基礎4.1.2操作系統(tǒng)的特點

1.并發(fā)性并發(fā)性是指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內發(fā)生。在操作系統(tǒng)中，并發(fā)性是指計算機系統(tǒng)中如果存在著多個運行的程序（多道程序），操作系統(tǒng)應該具有處理和調度多個程序同時運行的能力。4.1操作系統(tǒng)概述第4章操作系統(tǒng)基礎2.共享性共享是指系統(tǒng)中的資源可供內存中多個并發(fā)執(zhí)行的進程（線程）共同使用，而不是被一個進程所獨占，也稱資源共享或資源復用。（1）互斥共享方式。在一個時間段內只允許一個進程（線程）訪問的臨界資源或獨占資源。（2）同時訪問方式。系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時間內由多個進程“同時”對它們進行訪問。4.1操作系統(tǒng)概述4.1.1操作系統(tǒng)的特點第4章操作系統(tǒng)基礎3.虛擬性虛擬性把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物，或把物理上的多個實體變成邏輯上的一個對應物。操作系統(tǒng)的虛擬性提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，使得一臺計算機可以成為擁有許多真實設備的多臺邏輯上的虛擬機，使用戶能夠更加高效地利用系統(tǒng)資源。4.1操作系統(tǒng)概述4.1.1操作系統(tǒng)的特點第4章操作系統(tǒng)基礎4.隨機性操作系統(tǒng)允許多個并發(fā)程序共享資源，使得每個程序的運行過程受到其他程序制約，令程序的運行不是一氣呵成，運行時間、運行順序及同一程序或數(shù)據(jù)的多次運行結果等均具有隨機性。4.1操作系統(tǒng)概述4.1.1操作系統(tǒng)的特點4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.1處理器管理1.進程的概念進程是一個具有一定獨立功能的程序關于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動，是操作系統(tǒng)進行資源調度和分配的實體。進程具有生命周期，可以并發(fā)執(zhí)行，由于系統(tǒng)資源是有限的，進程受到其他進程的制約和影響。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.1處理器管理1.進程的概念進程和程序是兩個不同的概念，程序是是靜態(tài)的，可以脫離計算機長期保存；進程是動態(tài)的，強調執(zhí)行過程，從創(chuàng)建到被調度執(zhí)行，然后結束，當程序執(zhí)行完畢，進程也就不存在了。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.1處理器管理1.進程的概念多道程序并發(fā)執(zhí)行第4章操作系統(tǒng)基礎2.進程的狀態(tài)三個狀態(tài)：執(zhí)行（占用CPU并在運行）、就緒（已經(jīng)具備運行的條件，但CPU正忙于其它進程）、阻塞（進程正在等待某種資源或存在與其它進程之間有關的操作）。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎3.進程管理操作系統(tǒng)必須對進程從創(chuàng)建到消亡這個生命周期的每個環(huán)節(jié)進行管理控制，對進程的管理任務主要包括創(chuàng)建進程、撤銷進程、阻塞進程、喚醒進程和進程調度。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎3.進程管理（1）創(chuàng)建進程進程控制塊（ProcessingControlBlock，PCB），是操作系統(tǒng)核心中一種數(shù)據(jù)結構，它存放著操作系統(tǒng)用于描述進程情況及控制進程運行時所需的全部信息。進程創(chuàng)建是操作系統(tǒng)執(zhí)行程序的需要或者用戶或進程要求創(chuàng)建一個新的進程。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎3.進程管理（2）撤銷進程進程撤銷，也叫終止進程，釋放進程占有的資源只是撤銷進程過程的一部分。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎3.進程管理（3）阻塞進程正在運行的進程請求操作系統(tǒng)提供服務，由于某種原因，操作系統(tǒng)并不能立即滿足該進程的要求（如I/O操作、等待其它進程提供數(shù)據(jù)、啟動某種操作），導致該進程暫時無法繼續(xù)執(zhí)行，此時該進程便放棄處理機而處于暫停狀態(tài)，亦即進程的執(zhí)行受到阻塞。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎3.進程管理（4）喚醒進程當被阻塞進程所需要的事件發(fā)生時，如I/O操作已完成或其所需要的數(shù)據(jù)已到達，則由相關進程（例如，提供數(shù)據(jù)的進程）執(zhí)行喚醒原語，將等待該事件的進程喚醒。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎3.進程管理（5）進程調度調度即指選擇，當有多個進程處于就緒狀態(tài)，請求使用CPU時，必須按照一定的原則（調度算法）合理、有效地選擇進程占用CPU，這就是進程調度。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎進程調度算法：先來先服務算法（FirstComeFirstServed，F(xiàn)CFS）。按先進先出（FirstInFirstOut）原則管理就緒狀態(tài)的進程隊列，先就緒的進程先獲得CPU。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎進程調度算法：時間片輪轉算法（RoundRobin，RR）。按照先來先服務原則調度進程，但進程只能使用CPU的一個時間片，即使進程還沒有完成，也必須釋放CPU給下一個進程，并到就緒進程隊列末尾重新等待調度。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎進程調度算法：優(yōu)先級調度算法（HighestPriorityFirst，HPF）。根據(jù)進程間優(yōu)先級（Priority）的高低確定占用CPU的次序，始終將CPU分配給就緒隊列中具有最高優(yōu)先級的就緒進程。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎進程調度算法：多級反饋隊列輪轉算法（Multi-stageFeedbackQueuerotation，MFQ）：把就緒進程按優(yōu)先級排成多個隊列，賦給每個隊列不同的時間片，一般高優(yōu)先級進程的時間片比低優(yōu)先級進程的時間片小。調度時按時間片輪轉策略先選擇高優(yōu)先級隊列的進程投入運行。若高優(yōu)先級隊列中還有其他進程，則按照轉法依次調度執(zhí)行。只有高優(yōu)先級就緒隊列為空時，才從低一級的就緒隊列中調度進程。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.1處理器管理第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.2存儲管理存儲管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，它負責管理計算機系統(tǒng)的內存儲器，其根本任務是根據(jù)程序的請求向程序動態(tài)分配內存，并且在程序不再需要內存時對它們進行釋放與回收。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.2存儲管理1.存儲管理功能當程序運行時，操作系統(tǒng)將程序代碼調入內存并創(chuàng)建一個進程。（1）內存的分配和回收（2）內存空間的共享（3）存儲保護（4）內存空間的擴充（5）地址變換4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.2存儲管理2.虛擬存儲管理虛擬存儲管理通過對內存和外存進行統(tǒng)一管理，使得用戶能夠使用的存儲空間遠遠大于實際內存空間，即邏輯空間可以大于物理空間。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.3文件管理1.文件組織結構（1）文件的邏輯結構這是從用戶觀點出發(fā)，所觀察到的文件組織形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結構，它獨立于存儲的物理特性，又稱為文件組織。（2）文件物理結構又稱為文件的存儲結構，是指文件在外存上的存儲組織形式，這與存儲介質的存儲特性有關。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.3文件管理2.文件組織結構常見的文件系統(tǒng)有3種：FAT32、NTFS和exFAT。①FAT32：32位文件分配表。②NTFS：新技術文件系統(tǒng)。③exFAT。即擴展文件分配表。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.3文件管理2.文件命名每個文件都有一個文件名，系統(tǒng)按文件名對文件進行識別和管理。文件名分為兩部分：文件主名和擴展名，兩者之間用句點“.”隔開。主文件名≤255個字符，擴展名≤4個字符不允許使用\、/、:、*、?、"、<、>、|等字符。4.2操作系統(tǒng)的功能4.2.3文件管理2.文件命名通配符：字符“?”和“*”通常用作通配符“?”代表一個任意的字符“*”代表0個或多個任意字符。通配符常用于表示執(zhí)行同樣命令的一組文件。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.3文件管理3.文件夾為了有效地管理和使用文件，文件系統(tǒng)允許用戶在磁盤上創(chuàng)建文件夾（也稱為目錄），將文件分門別類地存放在不同的文件夾中。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.3文件管理4.文件路徑描述文件所在位置的方式就是路徑。路徑分為絕對路徑和相對路徑：絕對路徑是從根文件夾開始直到文件的描述。相對路徑是相對于當前盤當前文件夾來設置的路徑。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.4設備管理1.設備類型①按傳輸速率分類，可分為低速設備、中速設備和高速設備。②按信息交換的單位分類，可分為塊設備（BlockDevice）和字符設備（CharacterDevice）。塊設備中信息的存取以數(shù)據(jù)塊為單位。③按設備的共享屬性分類，可分為獨占設備、共享設備和虛擬。獨占設備是指在一段時間內只允許一個用戶（進程）訪問的設備；共享設備是指在一段時間內允許多個進程同時訪問的設備。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.4設備管理2.設備管理的實現(xiàn)方式（1）緩沖區(qū)管理在內存中開辟I/O緩沖區(qū)，用于臨時存放I/O操作的數(shù)據(jù)。（2）設備分配與回收設備分配是指根據(jù)進程的請求，將合適的設備分配給進程使用。設備回收是指當進程完成對設備的操作后，將設備交還給操作系統(tǒng)。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.4設備管理2.設備管理的實現(xiàn)方式（3）設備驅動調度操作系統(tǒng)中用于管理和調度外部設備的一種機制。（4）設備中斷處理當設備向CPU發(fā)出中斷請求時，CPU會暫停當前正在運行的程序，并將控制權轉移給中斷處理程序。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎4.2.4設備管理2.設備管理的實現(xiàn)方式（5）虛擬設備技術通過將一個物理設備虛擬化為多個邏輯設備，使得多個進程可以同時訪問同一個物理設備。4.2操作系統(tǒng)的功能第4章操作系統(tǒng)基礎第4章操作系統(tǒng)基礎4.3.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)1.單用戶操作系統(tǒng)。在一個計算機系統(tǒng)內一次只能支持一個用戶使用計算機。2.批處理操作系統(tǒng)系統(tǒng)將用戶的作業(yè)成批輸入系統(tǒng)并暫存在外存中組成作業(yè)隊列，然后按照一定的調度原則自動從隊列中選擇一個或多個作業(yè)裝入內存進行處理。第4章操作系統(tǒng)基礎4.3.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)3.分時操作系統(tǒng)允許若干個聯(lián)機用戶通過各自的終端以交互方式共用一臺計算機。4.實時操作系統(tǒng)能及時響應外部驅動事件的請求，并以足夠快的速度予以處理，處理的結果又能在規(guī)定的時間之內控制監(jiān)控的生產過程或對處理系統(tǒng)做出快速響應，并控制所有實時任務。第4章操作系統(tǒng)基礎4.1.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)5.網(wǎng)絡操作系統(tǒng)用于管理網(wǎng)絡通信和資源共享，協(xié)調各主機上任務的執(zhí)行，并向用戶提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡接口的軟件集合。6.分布式操作系統(tǒng)由多臺分散的計算機經(jīng)互連網(wǎng)絡連接而成的系統(tǒng)，每臺計算機既高度自治，又相互協(xié)同，能在系統(tǒng)范圍內實現(xiàn)資源管理，任務分配，能并行地運行分布式程序。第4章操作系統(tǒng)基礎4.3.1操作系統(tǒng)的分類4.3常用操作系統(tǒng)7.嵌入式操作系統(tǒng)運行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中，對整個嵌入式系統(tǒng)以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進行統(tǒng)一協(xié)調、調度和控制的操作系統(tǒng)。第4章操作系統(tǒng)基礎4.3.2Windows操作系統(tǒng)1.Windows文件管理文件資源管理器是Windows系統(tǒng)提供的文件資源管理工具，可以用它查看本機的所有與文件相關的資源。特別是通過它提供的樹狀文件系統(tǒng)結構，能夠更清楚、更直觀地了解計算機的文件和文件夾。4.3常用操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎2.Windows的程序管理Windows是多任務的操作系統(tǒng)，它的應用程序非常多，包括兩部分：一是在安裝操作系統(tǒng)期間內置的應用程序；二是用戶根據(jù)工作需要添加的應用程序。Windows將程序的運行同樣置于操作系統(tǒng)的管理下，通過任務管理器實現(xiàn)對程序的管理。4.3常用操作系統(tǒng)4.3.2Windows操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎3.Windows的系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的設置以及系統(tǒng)工具的使用，旨在對硬件和軟件進行重新配置，優(yōu)化系統(tǒng)的性能，提高操作效率。Windows系統(tǒng)管理是通過控制面板實現(xiàn)的。4.3常用操作系統(tǒng)4.3.2Windows操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎4.Windows的設備管理設備管理是通過Windows設置實現(xiàn)的。Windows設置實質上是一個管理工具，提供了計算機所安裝的硬件的圖形視圖，可以通過設置管理計算機中的設備，如添加或刪除指定設備、查看和更改設備屬性、更新設備驅動程序等。4.3常用操作系統(tǒng)4.3.2Windows操作系統(tǒng)4.3常用操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎4.3.3其他常用操作系統(tǒng)1.UNIX系統(tǒng)是功能強大的一種多用戶、多任務的計算機操作系統(tǒng)，支持多種處理器架構，按照操作系統(tǒng)的分類，屬于分時操作系統(tǒng)。2.Linux系統(tǒng)多用戶、多任務并且支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。開放源代碼，功能與UNIX完全兼容。4.3常用操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎4.3.3其他常用操作系統(tǒng)3.MacOS和iOS系統(tǒng)MacOS是蘋果公司為Mac系列計算機開發(fā)的專屬操作系統(tǒng)，是首個在商用領域成功的圖形用戶界面操作系統(tǒng)。iOS（iPhoneOS）是蘋果公司為其移動設備所開發(fā)的專用移動操作系統(tǒng)，支持設備包括iPhone、iPad和iPodtouch。4.3常用操作系統(tǒng)第4章操作系統(tǒng)基礎4.3.3其他常用操作系統(tǒng)4.Android系統(tǒng)基于Linux系統(tǒng)內核的自由及開放源代碼的操作系統(tǒng)，主要用于移動設備。5.華為鴻蒙系統(tǒng)華為公司開發(fā)的面向全場景的分布式操作系統(tǒng)，可按需擴展，將人、設備、場景有機地聯(lián)系在一起，有著更廣泛的系統(tǒng)安全，主要用于物聯(lián)網(wǎng)，特點是低時延。第5章WPS文字處理大學計算機大學計算機Contents.目錄5.1

文字處理概述5.2WPS文檔編輯與排版5.3

WPS文字的表格與圖形功能5.4

長文檔編輯與操作5.5

文檔審閱與郵件合并第5章WPS文字處理5.1文字處理概述5.1.1辦公軟件的發(fā)展1989年，WPS1.0版本正式發(fā)布。1997年10月，WPS97問世。1999年，金山辦公軟件公司發(fā)布了WPS2000，增加了電子表格、演示文稿等功能。2001年5月，WPS更名為WPSOffice。2011年，推出了全新的WPS移動版，支持Android和iOS等移動平臺。2023年4月，金山辦公軟件公司正式發(fā)布了具備大語言模型能力的生成式人工智能應用工具—WPSAI。第5章WPS文字處理5.1文字處理概述5.1.2文字處理軟件的功能文字處理是辦公軟件的基本功能之一，主要涉及文檔的創(chuàng)建、編輯、排版和輸出。①文檔創(chuàng)建與編輯。②格式設置。③頁面設置。④樣式設置。⑤表格處理。第5章WPS文字處理⑥插入對象。⑦自動更正與拼寫檢查。⑧批注與修訂。⑨打印輸出。5.2WPS文檔編輯與排版5.2.1特殊文本對象的輸入1．符號的插入單擊“插入”選項卡中的“符號”按鈕，打開“符號”對話框。從“字體”“子集”下拉列表中選擇需插入符號的字體和所屬子集。選擇符號后，單擊“插入”按鈕，即可將該符號插入到指定位置。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.1特殊文本對象的輸入2．公式的插入與編輯單擊“插入”選項卡中的“公式”按鈕，在下拉列表中選擇“插入新公式”命令。也可以在“公式”下拉列表中選擇“公式編輯器”命令，此時彈出“公式編輯器”對話框，在其中利用公式模板編輯公式。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.1特殊文本對象的輸入還可以單擊“插入”選項卡中的“附件”按鈕，在下拉列表中選擇“對象”命令，此時彈出“插入對象”對話框，在其中的“對象類型”列表框中選擇“WPS公式3.0”選項。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.2查找與替換1．查找文本單擊“開始”選項卡中的“查找替換”按鈕，打開“查找和替換”對話框。在“查找內容”文本輸入框中輸入需要查找的文本。2．替換文本單擊“開始”選項卡中的“查找替換”按鈕，打開“查找和替換”對話框。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.2查找與替換3．復雜的替換操作（1）模糊查找與替換在“查找與替換”對話框中單擊“高級搜索”按鈕，選中“使用通配符”復選框，利用通配符“?”和“*”實現(xiàn)模糊查找與替換。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.2查找與替換3．復雜的替換操作（2）格式查找與替換在“查找與替換”對話框中利用“特殊格式”按鈕批量修改字符格式。例如，將文檔中所有數(shù)字字符修改為“Arial”字體格式。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.3字符排版1．使用“字體”工具在“開始”選項卡中的“字體”工具中，用戶能完成絕大部分的字符格式設置，如字體、字號、字體顏色、上下標、各種文字效果等。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.3字符排版2．使用“字體”對話框在“開始”選項卡中單擊“字體”對話框啟動器按鈕，在打開的“字體”對話框中進行設置。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.4段落排版1．設置對齊方式對齊方式是段落內容在文檔的左右邊界之間的橫向排列方式。常用的對齊方式包括：左對齊、居中對齊、右對齊、兩端對齊和分散對齊。在設置段落對齊方式的過程中，應先選擇要設置對齊方式的段落或將光標定位到段落中，再單擊“開始”選項卡中相應的對齊方式按鈕。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.4段落排版2．設置段落縮進常見的縮進方式有4種：文本之前縮進、文本之后縮進、首行縮進和懸掛縮進。單擊“開始”選項卡中的“減少縮進量”或“增加縮進量”按鈕，可進行文本之前縮進量的增加或減少，但如果需要設置其他縮進或設置精確縮進量，則必須使用“段落”對話框。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.4段落排版3．設置段間距和行間距設置段間距和行間距的方法與設置縮進方法類似，可在“段落”對話框的“間距”選項區(qū)域中進行設置。還可以使用“開始”選項卡中的“行距”按鈕快速設置行間距。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.5其他排版1．項目符號和編號（1）添加項目符號或編號在文檔中選擇要添加項目符號或編號的若干段落，單擊“開始”選項卡中的“項目符號”按鈕或“編號”按鈕，或者單擊其下拉按鈕，從“項目符號”或“編號”中進行選擇。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.5其他排版1．項目符號和編號（2）自定義添加項目符號或編號如果內置的“項目符號”和“編號”中沒有符合要求的類型，則可以單擊“項目符號”或“編號”按鈕的下拉按鈕。（3）刪除項目符號和編號添加的項目符號或編號若要全部刪除，則選擇已添加項目符號或編號的段落后，再次單擊“開始”選項卡中的“項目符號”按鈕或“編號”按鈕即可。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.5其他排版2．設置首字下沉單擊“插入”選項卡中的“首字下沉”按鈕，打開“首字下沉”對話框中，選擇下沉類型，設置字體、下沉行數(shù)以及下沉后的文字與正文之間的距離，再單擊“確定”按鈕，即可完成設置。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.5其他排版3．分欄選中要分欄的文本，單擊“頁面”選項卡中的“分欄”下拉按鈕，在下拉列表中選擇一種分欄方式。若設置超過3欄的文檔分欄，則需選擇下拉列表中的“更多分欄”命令，在“分欄”對話框中，可設置欄數(shù)、欄寬和間距、分隔線、應用范圍等。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.5其他排版4．設置邊框與底紋單擊“開始”選項卡中的“邊框”下拉按鈕，在下拉列表中選擇“邊框和底紋”命令，打開“邊框和底紋”對話框。第5章WPS文字處理5.2WPS文檔編輯與排版5.2.5其他排版5．添加水印單擊“頁面”選