现代计算机-复杂环境下程序执行1

1、幻灯片1大学计算机-计算思维导论naming李旻先 HYPERLINK mailto:minxianli minxianli南京理工大学计算机科学与工程学院幻灯片2第4讲现代计算机：复杂环境下程序执行理解“复杂环境下程序是如何被执行的”-有助于理解资源受约束条件下问题解决方案的构造-有助于建立问题求解的大思维-有助于理解并建立各学科具体问题求解的计算环境，实现跨学科的共同创新 幻灯片3内容提要基本目标：理解现代计算机系统的工作思维四住空间青理撵外加快控制内存鼻曲罩的调度与控胴 匕PU执行森今谈我内存回收段内存资源组合利用体系化、管理分工合作协同化、外存程序内存进程化、硬件不足功能软件化 幻灯片

2、42.3 现代计算机：复杂环境下程序的执行现代计算机系统的构成现代计算机系统的构成-硬件、软件、数据与网络幻灯片5现代计算机系统的构成现代计算机系统包括了什么 ？现代计算机系统由硬件、软件、数据和网络构成硬件-外部设备， 软件软件连接着一切，软件控制着一切软件正在占领全世界幻灯片6个人计算机是一种什么结构 ？个人计算机计算机硬件由主机和外部设备两大部分构成。幻灯片7个人计算机主电路板接口电路板幻灯片8个人计算机本质：冯.诺依曼计算机幻灯片9软件起什么作用？计算机软件由系统软件和应用软件两大类构成：系统软件是用于对计算机进行管理、控制、维护，或者编辑、制作、加工用户程序的一类 软件。应用软件则是

3、用于解决各种实际问题、进行业务工作的软件OracleSQL ServerDB2HadoopGFS ,. C/C+/Visual C+ Java, Php, JSP Python FORTRAN BASIC/VBPASCAL ,应用程序/软件包Cloud Application语言处理系统工具软数据库管理系统WebSphere WebLogic Tomcat OSGi GAE, .VMWareVSPhere XEN OpenCloud OpenStack Amazon EC2 Eucalyptus中间件，如应用服务器,AndroidCloud OS, Mobile OS操作系统：Unix,Lin

4、ux,Windows,iOS嵌入式/移动式（设备裸机）网络化/互联化一其他硬件计算机硬件（裸机）幻灯片10现代计算机：复杂环境下程序的执行现代计算机的存储体系现代计算机的存储体系- 内存 vs. 外存 vs. 存储体系-存储体系环境下程序执行面临的问题 幻灯片11前讲的冯.诺依曼计算机还有什么问题？冯.诺依曼计算机（前讲）解决了：程序装载在内存，便可被CPUa行永久存储问题？旋转存储容量问题？4A一个存储单元 的地址编码工 AnAQ4T三态控制地址译码器存储矩阵输出缓冲罂存储单元（内容） .（存储字）（存储位）一个存储单元的输出Dm，工存储速度问题？存储器价格问题？外存：硬盘/软盘盘面：磁道：

5、扇区一个扇区存放512个字节。内存：RAM/ROM地址：存储单元1、2、4或8个字节幻灯片13什么是存储体系？存储体系要解决什么矛盾 ？存储体系不同性能资源的组合优化特性：速度CPROM特性：速度快、j IU I”按存储单小、元读写 储;进行交换灯片12 什么是幻灯片14存储体系环境下，程序怎样被执行 内存？什么是外存？编译它们在计算机系统中的作用是什么内存（主存）与外存（辅存）内T.00000100 OOOQ1COD苴术、逻辑装移位运算眄钟与节 拍发生需信号控制寄存器00000000 00000011M。ooQoioaoDOOQDOOD 000000000。00。0 000000。00000

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8、文件名与文件内容）磁盘扇区、磁盘块文件夹（目录）文件分配表 文件内容及磁盘扇区存储示例霓样英但总面+ j )的E冶日J我阳里应+ 4 3.5软强国。回” .亲茹代-口城区 O Dcajmsit and ettngi 3 Doriloadstacijmerts a rd $e 曲 吗注匚 nduaift.lug.tHt -记争本HpMCrH:Ed2lm.】DonhadsElDwlf Probr文件的SHE曰招式 =（ZJ VtiHjAction Rcitiion Action Action Action det io ii Action Action Action Rcition Actiion

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19、dsSexvilv 00 |SkO CffDOlKl4aagectjoglxt 丁 | 目，J*电雪30:06:开阔I国,一 SI磁盘扇区的存储内容：以十六进制显示每一字节的0/1信息（专用软件进行读取）。CanmaM Pfgpt I nagerrjag.tt - D. J1 系场(C!)文件内容：以文本文件阅读器打开并显示的文本文件的内容，每一字节按ASCII码解读（记事本”打开）。幻灯片22磁盘上的几个重要区域分别是什么 ？磁盘的重要区域NTFS系统的主文件表MFT,即文件分配表.支件日嗣指口提*a位置电ir（d营业工具心造取姓）困口（她相助中口* pm汽的 石用隹冷勃总：笨飒 t田中中

20、刍由O弱Q 急4 I卜口回beeooi9.0 KB2000d M2 16:.0 2QW-12-122000-iM2 115. SHU J&LuqF 旭E-4XI MB2DD6-12-12 1S:5. 2DC5-1I2-12 1 G 5. 20DB-12-12 1 B 5. SH135制 FTI1 72 3MSI2cl畸-1721 秋5心皿16 5|2006-1 *12 1B 5.6HIB2914561 smft isnmapg.okB2006-1 2-12 1 5:5. 2DE6-1I2-12 1 B 5. 2DDB-12-12 1 G 5. ETh.114.1TIBDCj SMFTMir4.

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28、偏移fit 字向页面1E进制 ANSI ASCIIIE进利 2516=400W Brl (+f-)： -2215 Bn(*f-)： 356232Bi1(+n 20974 761 11磁盘的四个主要区域保留扇区文件分配表区域 根目录区域数据区域?青用相应软件查询一张磁盘的保留扇区、文件分配表扇区和根目录扇区？并依据相关信息依次读取一个文件的相关扇区内容并解析!幻灯片23磁盘上的区域受到病毒攻击后会产生什么后果 计算机病毒攻击的目标幻灯片24 讲了什么？ROM BIOS目曰H+n fi 干,H-ti-FmI和系统引导, aanoi ma m na控制与执行机构，卜操作系统匈如同同回回引分息统区强信

29、系等逻区cCPU内存(RAM)目录或51文ft B2文件二82文科口一一1文ftF-91文 G-*-70文 fl- H Fr E 工5件表目户目件 文配根用的文分录建录司3回回3回 00300330030331+00-03Q)0n)03- 曙用第242638；)End千；43国K酶回国回同回回文件分表FAT39000BO003033Dc003外存（磁盘i译一乡33000000333003回国00OB05源程序E川Hirtt同M定义麦ma；品臭我=rrt比宏堂安 be山郡/南t HS值唱工弟留取值过程中也可在运行过程中新4 = 8；/网白赋值蛤电=上/序上也遁缭b“配F南G赋值弟心啦年 ffiM

30、K xinun并赋值培峰钟w 即叫I:f如胆/何丁加rcMjIlt的值机器语言程序程序如何存储在外存上面？程序如何装载到内存中 ？装载到哪里？0000Q10000001000000100000000100100001100000010100001000000001000000011000000101100001000000011000001010000001100000110ac : cclau w n11dxiL 7|0才金0但.3ICXM-4ICXiAT1口解尊IQJMz 予折IO2*- 4J一个存储单元 的地址编码:&地址译码器（存储位）三态控制输出缓冲器存储单元（内容） （存储字）一个

31、存储单元的输出D。D0内存被分成不同的块（或页），一般而言，内存的一页和磁盘的一块相等或为其倍数。存储单元个数：2n由An-1, ,A1,A0等n位二进制数编码每一个地址幻灯片27内存管理 运算器内存空间管理内存空间分配内存与外存信息的自动交换内存空间回收控制器CPU内存储器拜虔茶帽美信息JabMEiDGimDm(na 皿的 MQaMOWJMLapBQDIDGimDmDIL 口。岫0|口口切口皿1口口 aoKoiQpwnwuL 州风。如“口如0| 口口皿口皿“I QQlOQIgMMLWn apiqEi|DEiCKIODLOaL 口。的MD口 MQmQIQ 如MOm岫如白帆Mi gpiQtiDD

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33、内存中待执行程序段落的地址送控制器的PC陛序计数器）内存中的多个程序，执行哪一个程序 ？程序执行切换中的状态/环境保护问题 幻灯片29现代计算机：复杂环境下程序的执行2.3.5操作系统对资源的合作与协同管理操作系统对资源的合作与协同管理程序vs.进程-任务vs.作业vs.进程-操作系统进程vs.应用程序进程-协同完成应用程序的执行幻灯片30操作系统对资源的合作与协同管理什么是程序和进程？几个需要区分的-被定义为不同的名字概念程序（文彳）-存储在磁盘上的程序文件进程一装入内存中的程序操作套坑调度与控制公PU樵行哪一个进程展算器-r-拽制舞等待运行-7-1：、：；:一1.mmAeiYe*哈麻fla

34、w附dNflMvHtdv血幽嗨(血vnHUCM!第KMamtip-.Mfflji oocawMCilM OMiWiWwwunvrPHFF+痴fAW， 中师轴4慢她g审E1立 安阈明例岭 WWTHto 4hw6W1 HaNfMWfai*ataEtn., .加利出好忡xradadcMMUr.(JCT?to(iliDti_j mat hi) MW *WVWtA8JIStIDVJJ *AM1 JMiJlCTaoaopaHWuitrooo&i加加山城rqmW叩3 E呻EDH?编总赤慎E咻血血0阳单就时颇汕曲曲程序进程 幻灯片31什么是任务-作业和进程？几个需要区分的-被定义为不同的名字-概念任务：大粒度

35、的工作，一个应用程序的完整的执行。一个任务由多个进程来完成 作业：小粒度的工作，不同的作业由不同的进程来完成用户请求 执行程序运算控制内存,装载调用处理机管理”执行相应作业调用程序装载执行相应作业内存空间管理调用内存管理”执行相应作业*内存空间分配 、内存与外存信息的自动交换段内存000001内存回收分工：操作系统对内存的管 理与控制一使用哪一段内存合作：操作系统 对任务、作 业和进程的管理与控制任务与作业管理调用“进程管理” 执行相应作业程序 进程 作业 幻灯片32操作系统进程和应用程序进程是一种什么关系？几个需要区分的-被定义为不同的名字-概念操作系统的进程：为使应用程序顺利执行而做的辅助

36、性管理性工作的进程。操作系统的进程也存储在内存中，也需要调度CPU来执行；CPU在操作系统进程和多个应用程序进程之间来回切换应用程序的进程：应用程序本身的进程运算调用处理机管理”执行相应作业用户请求执行程序任务与作业管理幻灯片33应用程序的执行过程及其管理 进程管理控制内存,装载调用程序装载执行相应作业内存空间管理调用内存管理”执行相应作业*内存空间分配 、内存与外存信息的自动交换分工：操作系统对内存的管 理与控制一使用哪一段内存合作：操作系统 对任务、作 业和进程的管理与控制调用“进程管理” 执行相应作业000001段内存内存回收操作系统的进程应用程序的进程运算调用处理机管理”执行相应作业用

37、户请求执行程序T任务与作业管理控制装载调用程序装载执行相应作业内存空间管理调用内存管理”执行相应作业*内存空间分配一、内存与外存信息的自动交换分工：操作系统对内存的管 理与控制一使用哪一段内存合作：操作系统 对任务、作 业和进程的管理与控制内存,in调用“进程管理” 执行相应作业000001段内存内存回收作业调度幻灯片34协同完成“应用程序执行”这一任务的逻辑步骤是怎样的协同完成“应用程序执行”用户键入 待运行程 序的命令幻灯片35协同完成“应用程序执行”这一任务的逻辑步骤是怎样的 协同完成“应用程序执行”幻灯片36现代计算机：复杂环境下程序的执行计算机系统的工作过程计算机系统的工作过程幻灯片

38、37计算机系统的工作过程计算机是怎样装载操作系统的？计算机系统工作过程合作：操作系统对任务、 业和进程的管理与控制00操作系统在啦件 的读堰由开、美网保 存,赊，复W艇上吊啾咬件”用户请求执行程序调用处理机管理”执行相应作业调用程序装载执行相应作业00RAMROMfr程序CPU控制台操作系统应用程序/数据电源应用程序 操作系统 外存像布数据数据幻灯片38操作系统是如何进入管理状态的操作系统引导过程及命令执行过程弓I导程序用户键入命令基本输入输出部分外部命令需要找到程序并装内部命令直接执行磁盘文件管理部分外部命令执行命令解释器II幻灯片39操作系统启动阶段和关闭阶段要做哪些事情操作系统的启动和关

39、闭保存用户设置 关闭服务程序 通知其他联机用户 保存系统运行状态将内存内容写回外存中 正确关闭相关设备初始化系统环境加载设备驱动程序加载服务程序等加载系统程序，如程序 管理器/命令解释器等幻灯片40操作系统的两种界面风格？操作系统界面：联机命令接口要熟悉操作系统提供的各种命令幻灯片41操作系统界面：图形用户界面操作系统提不符 C参数 A :表7K A驱开关-/Q表示快速格式化开关-/V:MyDisk 设置 名为MyDisk的卷标开关-/F:1.44格式化为 1.44Mb命令名-Format格式化磁盘要熟悉用鼠标和键盘操作菜单/对话框的各种方法幻灯片42现代计算机：复杂环境下程序的执行现代计算机

40、的演进现代计算机的演进幻灯片43现代计算机的演进操作系统如何高效地利用资源？CPU管理-分时一台主机一个CPU执行多个程序（来自于多个用户的多个终端）M/ DocumentsI My Computer2007$ ,363_COPAti-i.m1;My Nrtwofk PcesRtfcyoeBnTntem!tTpkfef弋My &jetxrth：PteC2560ThrkVangr cdjco/tyCertt% Acchat 7.0 Profeswa II He Edr Veiv Favoae|QBack 。苗5 Tools Het Q Search . FcX0 A X力-frl*C:V Go 1I Mdersx1V My Compute*ATf.namnATIOAT Colapse 团 bca 5Axe 2CT. 0pm 8OD0 Coctro! Peel Ja