办公应用与计算思维案例教程教学课件汇总完整版电子教案

1、第1章 计算机组成及工作原理目录1.1 计算机概述1.2 微电子技术1.3 计算机组成与工作原理1.4 PC的组件1.1 计算机概述1.1.1 计算机发展历史1946年，美国宾夕法尼亚大学研制成大型电子数字积分计算机ENIAC。第一代电子管计算机（1946年1959年）第二代晶体管计算机（1959年1964年）第三代中小规模集成电路计算机（1964年1970年）第四代大规模、超大规模集成电路计算机（1970年至今）计算机的发展共经历了四代计算机使用的电子元器件 按照计算机的结构原理可分为模拟计算机、数字计算机和混合式计算机。按计算机用途可分为专用计算机和通用计算机。 较为普遍的一种分法是按照计

2、算机的运算速度、字长、存储容量等综合性能指标，可分为巨型机、大型机、小型机、微型机和嵌入式计算机等。1.1.2 计算机分类1. 巨型机 是一种超大型电子计算机，具有很强的计算和处理数据的能力，其主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高性能的软件系统。2. 大型机 又称大型主机，使用专用的处理器指令集、操作系统和应用软件。3. 小型机 小型机是指采用精简指令集处理器，性能和价格介于PC服务器和大型主机之间的一种高性能计算机。4. 微型机 由大规模集成电路组成的体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出（I/O）接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。

3、 主要包括台式机、电脑一体机、笔记本电脑、平板电脑和智能手机等。5. 嵌入式计算机 嵌入式技术是针对网络、通信、音频、视频、工业控制等的“专用”计算机技术，一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及应用程序等4个部分组成。1.2 微电子技术1.2.1 集成电路集成电路（Integrated Circuit，IC）又称微电路、微芯片、芯片，是把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。集成电路的分类 按集成度的高低可分为：小规模集成电路（SSI）：1亿。1.2.2 摩尔定律 当价格不变时，集成电路上可容纳的元

4、器件的数目每隔约18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 摩尔定律其实是一个预言，很大程度上是人类有意控制的结果。1.3 计算机的组成与工作原理1.3.1 冯诺依曼体系结构冯诺依曼设计思想计算机应包括运算器、存储器、控制器三个核心部件，以及输入和输出设备计算机的数制采用二进制程序每条指令一般具有一个操作码和一个地址码将编好的程序和原始数据送入存储器，计算机在不需操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令和执行指令，并最终完成整个任务1.3.2 五大基本部件 冯.诺依曼机的硬件系统主要由5大基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。1.运算器运算器的主要任务是执行算术运算（如加

5、、减、乘、除等）和逻辑运算（如与、或、非、比较、移位等），所以运算器也被称为算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，简称ALU）。运算器的核心部件是加法器和若干个寄存器，加法器用于运算，寄存器用于存储参加运算的各种数据以及运算后的结果。2.控制器控制器是整个计算机系统的指挥中心。控制器的主要特点是采用程序控制方式 。控制器主要由程序计数器（PC）、指令寄存器（IP）、指令译码器（ID）、时序控制电路以及微操作控制电路等组成。运算器和控制器是计算机的核心部件，现在它们被做在一块集成电路芯片中，称为中央处理器CPU。3.存储器存储器用来存储数据和程序，可分为内存储器和外存

6、储器两种 。内存储器也称主存储器、主存或内存，用来存放现行程序的指令和数据，可以直接与运算器和控制器交换信息。内存具有存取速度快、容量小的特点外存储器也称为辅助存储器、辅存或外存，用来存放需要长期保存的信息，不能直接与运算器、控制器交换信息，需要通过内存进行交换。外存的特点是存取速度较慢、存储容量大、成本低。 存储器的层次结构为了使整个计算机系统的存储器的性能/价格比达到最优，计算机往往采用层状的塔式结构4.输入输出设备输入设备是将数据输入到计算机中的设备,常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、麦克风等。输出设备是将计算机处理过的中间过程和最终结果，以人们能够识别的字符、表格、图形或图像等

7、形式表现出来，常见的输出设备有显示器、打印机、音响、绘图仪等。输入设备和输出设备统称为I/O设备（Input/Output）。1.3.3 计算机的工作原理1. 计算机基本工作原理存储程序和程序控制计算机基本工作原理计算机的基本工作过程就是不断地重复取指令、分析指令及取数、执行指令的过程，如此周而复始，直到遇到停机指令或外来事件的干预为止。2. 指令及指令系统指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。一条指令通常由操作码和操作数两部分组成。一台计算机的所有指令的集合称为该计算机的指令系统。根据指令系统设计架构的不同，分为复杂指令系统和精简指令系统两种。指令及指令系

8、统计算机工作的过程就是执行程序的过程。程序是一系列有序指令的集合，计算机执行程序就是执行这一系列的有序指令。3.指令的执行过程取指令-分析指令及取操作数-执行指令-保存结果1.4 PC的组件人们经常使用的台式机，简单地从外观上看，其硬件包括两部分：主机系统和外围设备。主机是指安装在PC机箱内部的一个整体，包括主板、硬盘、光驱、电源和风扇等。主板上安装了CPU、内存、总线和I/O控制器等。1.4.1 主板主板又叫母板，是微型计算机中最大的一块集成电路板。主板一般为矩形电路板，能提供一系列接合点，供处理器、显卡、声卡、硬盘、存储器、外围设备等部件连接1. 主板概述2.主板的重要芯片（1）芯片组：芯

9、片组（chipset）是主板的核心组成部分，几乎决定了这块主板的功能。（2）BIOS芯片：BIOS是基本输入输出系统，把一组程序固化到主板上的一个ROM芯片中。（3）CMOS芯片：主板上一块可读写的RAM芯片。（1）芯片组芯片组几乎决定着主板的全部功能，如能安装内存的最大容量、速度及可使用的内存条的类型。芯片组一般由两块大规模集成电路组成：南桥芯片和北桥芯片。北桥芯片和南桥芯片北桥芯片在主板芯片组中起主导作用，是存储控制中心，用于高速连接CPU、内存条、显卡，并与南桥芯片互连 。南桥芯片是输入/输出控制中心，主要负责I/O接口控制及高级电源管理等。北桥芯片和南桥芯片（2）BIOS芯片 BIOS

10、即“基本输入/输出系统”，是一组固化在计算机主板上的ROM（当前以Flash ROM为主）芯片中的机器语言程序。主要包含四个部分的程序：加电自检程序、系统启动自举程序、CMOS设置程序、主要I/O设备的驱动程序和中断服务程序。 加电自检程序计算机接通电源后，会自动运行固化在BIOS芯片上的程序，通常称为POST加电自检。完整的POST包括对CPU、内存、扩展内存、ROM、主板、CMOS芯片、串并口、显示卡、软硬盘子系统及键盘等设备的测试。自检中如果发现严重故障则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，不能给出任何提示或信号；如果发现非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理 。 系统启动自

11、举程序POST自检通过后，CPU将执行BIOS中的引导装入程序，按照CMOS中预先设定的启动顺序，依次搜寻硬盘、光盘或U盘，读入操作系统引导记录，然后将控制权交给引导记录，由引导记录完成操作系统的启动 CMOS设置程序CMOS设置程序主要用于对CPU、软硬盘驱动器、显示器、键盘等部件进行管理和设置，也可以排除系统故障或者诊断系统问题。开机时用特殊热键（一个或一组键）启动可进入CMOS设置界面。这个设置 CMOS参数的过程，习惯上也称为“CMOS设置”。 主要I/O设备的驱动程序和中断服务程序外设驱动程序中包含了计算机中所有可用外设的驱动程序，如果BIOS中不包含某种I/O设备的驱动程序，系统就

12、不支持该设备。BIOS中断服务程序是计算机系统软、硬件之间的一个可编程接口，用于程序软件功能与计算机硬件实现的衔接。（3）CMOS芯片CMOS是主板上一块可读写的RAM芯片，用来存放BIOS中的设置信息以及系统时间日期。CMOS是一种易失性存储器，需要使用电池供电，以保证其信息不丢失。BIOS与CMOS它们既相关又不同：BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段；而CMOS本身只是一块存储器，仅仅用来保存数据，对CMOS中各项参数的设定和修改需要通过BIOS的设定程序来实现。日常生活中我们经常听说的CMOS设置，完整的说法应该是“通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置”。3. 总

13、线与I/O接口（1）总线总线是各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起。总线的主要技术指标总线位宽是指总线能够同时传输的二进制数据的位数。总线工作频率以MHz为单位，工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽 。总线带宽是指单位时间内总线上可传输的最大数据量。总线带宽（MB/s）（总线位宽/8）总线工作频率（MHz）传输次数总线标准 常见的总线标准有：PCI总线、PCI-E总线等 。PCI总线是一种32位并行总线（可扩充为64位），可在主板上和其他系统总线（如ISA、EISA或MCA）相连接，系统

14、中的高速设备挂接在PCI总线上，而低速设备仍然通过ISA、EISA等低速I/O总线支持。PCI-E是串行总线，采用高速串行传输以点对点的方式与主机进行通信。每个设备都有自己的专用连接，独享带宽。（2）I/O接口各种外部设备通过接口与计算机主机相连，与外部设备相连的接口称为I/O接口。由于I/O设备的种类繁多，每种I/O设备的工作方式也不相同，因此每个I/O设备都有各自专用的控制电路，即I/O控制器。由I/O控制器上的控制电路延伸出来的插头或插座，就是I/O接口。通过I/O接口，可以把打印机、扫描仪、U盘、移动硬盘、数码相机等外部设备连接到主机上。 SATASATA是Serial ATA的缩写，

15、即串行ATA。它的主要功能是用作主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输。USB接口一个USB接口通过级联方式最大可以支持127个外设，并且支持热拔插，真正做到了即插即用 ，是目前计算机中使用非常广泛的接口，几乎所有的外设都有USB接口 。HDMI接口适合影像传输的专用型数字化接口，可同时传送音频和影像信号，最高数据传输速度为48Gbps（2.1版），同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换。1.4.2 CPU中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算和控制中心。它的功能主要是解释计算机指令以及处理数据。1

16、CPU的物理结构运算单元 运算器是计算机对数据进行加工处理的中心，它主要由算术逻辑部件（Arithmetic and Logic Unit，缩写为ALU）、通用寄存器组和状态寄存器组成。ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作，也可执行地址运算和转换。控制单元 控制器是计算机的控制中心，它决定了计算机运行过程的自动化。它不仅要保证程序的正确执行，而且要能够处理异常事件。控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个部分。2CPU的性能指标-1（1）字长字长是CPU的主要技术指标之一，指的是CPU一次能并行处理的二进制数位数，由微处理器对外数据

17、通路的数据总线条数决定。（2）主频主频用来表示CPU的运算、处理数据的速度。通常，主频越高，CPU处理数据的速度就越快。（3）缓存 缓存也叫高速缓冲存储器，是一种高速、小容量的存储器，使用它是为了解决CPU与内存速度不匹配的矛盾。高速缓冲存储器位于CPU与内存之间（一般集成在CPU内部），存储CPU即将访问的指令或数据，先于内存与CPU交换数据。 2CPU的性能指标-2（4）CPU扩展指令集 CPU扩展指令集指的是CPU增加的多媒体或者是3D处理指令，这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力。著名的有MMX（多媒体扩展指令）、SSE（因特网数据流单指令扩展）和3DNow!指令集。（

18、5）多线程 让同一个处理器上的多个线程同步执行并共享处理器的执行资源，可最大限度地实现宽发射、乱序的超标量处理，提高处理器运算部件的利用率，缓和由于数据相关或Cache未命中带来的访问内存延时。（6）多核芯多核芯，也叫单芯片多处理器，其主导思想是将大规模并行处理器中的SMP（对称多处理器）集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的进程。1.4.3存储器1. 内存储器内存储器又称内存，内存通常由半导体材料构成，也被称作半导体存储器。按照工作方式，即是否能随机存取，分为随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）

19、两类。半导体存储器（1）随机存储器随机存储器是一种可以随机读写数据的存储器，也称为读写存储器。RAM有以下两个特点：一是可以读出，也可以写入。读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容；二是RAM只能用于暂时存放信息，一旦断电，存储内容立即消失，即具有易失性。RAM是易失性存储器，断电后存储器中的内容立即消失。根据保存数据的机理不同可将RAM分为动态随机存储器DRAM和静态随机存储器SRAM两种。动态随机存储器由于DRAM存储单元的结构简单，所用元件少，集成度高，功耗低，所以目前已成为大容量RAM的主流产品。DRAM利用电容来存储数据，每一个bit只需要一个晶体管另加一个电

20、容，电容的有电和没电状态分别表示0和1。由于电容不可避免的存在衰减现象，因此电容必须被周期性的刷新（预充电）以保持数据，这是DRAM的一大特点。静态随机存储器SRAM用触发器存储数据，接通代表1，断开表示0，并且状态会保持到接收了一个改变信号为止，也就是SRAM不需要刷新。SRAM的特点是存取速度特别快。但如同DRAM一样，一旦停机或断电，它们也会丢掉信息。由于一个触发器需要四到六个晶体管和其他零件，因此除了价格较贵外，SRAM芯片在外形上也较大。（2）只读存储器ROM（Read Only Memory）是只读存储器，顾名思义，它的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容，一般用来存放

21、专用的固定的程序和数据。只读存储器是一种非易失性存储器，一旦写入信息后，无需外加电源来保存信息，不会因断电而丢失。目前ROM主要采用可在线改写内容的快擦除ROM（Flash ROM）。2. 外存储器外存储器也叫外存、辅助存储器、辅存，可以用来长期存放程序和数据，一般只和内存进行信息交换。当电源关闭时，外存里存储的信息不会丢失，所以也称它为永久性存储器。外存储器有硬盘、光盘、U盘、移动硬盘和存储卡等。(1) 硬盘硬盘是计算机中主要的存储媒介之一，硬盘有机械硬盘、固态硬盘、固态混合硬盘。固态硬盘采用闪存颗粒来存储，机械硬盘采用磁性碟片来存储，混合硬盘是把磁性碟片和闪存集成到一起的一种硬盘。机械硬盘

22、硬盘由磁性盘片（存储介质）、主轴与电机、控制电路、伸缩臂以及伸缩臂上的磁头等组成。 硬盘的磁性盘片由一个或者多个碟片组成，碟片的上下两面都覆盖有铁磁性材料，通过磁性材料粒子的磁化来记录数据，磁性材料粒子有两种不同的磁化方向，分别用来表示“0”或“1” 。盘片的结构一个硬盘通常由多个盘片组成，每个盘片被划分为磁道和扇区。因为扇区的单位太小，因此把它捆在一起，组成一个更大的单位更方便进行灵活管理，这就是“簇”。簇是硬盘存放信息的最小单位。通常连续的若干扇区形成一个簇。簇的大小是可以变化的，是由操作系统在“高级格式化”时规定的，因此管理也更加灵活。固态硬盘固态硬盘（Solid State Drive

23、，缩写为SSD），也可简称固盘。固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，由控制单元和存储单元组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。固态硬盘的结构固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，这也是通常所说的SSD。其内部构造十分简单，固态硬盘内主体其实就是一块PCB板，这块PCB板上最基本的配件就是控制芯片，缓存芯片（部分低端硬盘无缓存芯片）和用于存储数据的闪存芯片。主控芯片是固态硬盘的大脑，其作用一是合理调配数据在各个闪存芯片上的负

24、荷，二则是承担了整个数据中转，连接闪存芯片和外部SATA接口。不同的主控之间能力相差非常大，在数据处理能力、算法，对闪存芯片的读取写入控制上会有非常大的不同，直接导致固态硬盘产品在性能上差距高达数十倍。固态混合硬盘固态混合硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。混合硬盘是一块基于传统机械硬盘衍生出来的新硬盘，除了机械硬盘必备的碟片、马达、磁头等，还内置了NAND闪存颗粒，这些颗粒将用户经常访问的数据进行储存，可以达到如SSD（就是固态硬盘）效果的读取性能。混合硬盘的工作原理固态混合硬盘通过增加高速闪存来进行资料预读取，以减少从硬盘读取资料的次数，从而提高性能，还可减少硬盘的读写次数，从而使

25、硬盘耗电量降低，特别是使笔记本电脑的电池续航能力提高。由于一般混合硬盘仅内置8GB的MLC闪存，因此成本不会大幅提高。同时混合硬盘亦采用传统磁性硬盘的设计，没有固态硬盘容量小的不足。(2) 移动存储器移动存储指便携式的数据存储装置，指带有存储介质且（一般）自身具有读写介质的功能，不需要或很少需要其他装置等的协助。现代的移动存储主要有移动硬盘、U盘和各种存储卡。移动硬盘移动硬盘有如下特点：（1）容量大（2）体积小（3）速度高（4）使用方便（5）可靠性高移动硬盘由硬盘和硬盘盒组成。移动硬盘可以提供相当大的存储容量，是一种较具性价比的移动存储产品。U盘U盘的组成很简单，主要由外壳+机芯组成。其中机芯

26、是一块PCB，上面有USB主控芯片、晶振、贴片电阻、电容、Flash（闪存）芯片，以及USB接口和贴片LED（不是所有的U盘都有）等。U盘最大的优点就是：小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。存储卡存储卡，又称为“数码存储卡”、“数字存储卡”、“储存卡”等，是用于手机、数码相机、便携式电脑、MP3和其他数码产品上的独立存储介质，一般是卡片的形态，故统称为“存储卡”。存储卡大多使用闪存作材料，但由于形状、体积和接口的不同又分为：SD卡、CF卡、MMC卡、XD卡、T-Flash卡、Mini-SD卡等。1.4.4 输入输出设备输入输出设备是计算机系统的重要组成部分。各类信息通过输入设备输入到

27、计算机中，计算机的处理结果则由输出设备输出。1. 输入设备输入设备是用来向计算机输入命令、程序、数据、文本、图形、图像、音频和视频等信息的设备。常用的输入设备有键盘和鼠标，其他的输入设备还有数码相机、数码摄像机、扫描仪、触摸屏、手写板、条形码读入器、摄像头、麦克风、游戏操纵杆等。键盘键盘是最常用也是最主要的输入设备。键盘一般分为四个区：主键盘区、功能键区、控制键区和小键盘区。注意 正确的键盘指法。鼠标鼠标的工作原理是：当用户移动鼠标时，借助于机电或光学原理，把鼠标移动的距离和方向分别转换成脉冲信号输入计算机，计算机中运行的鼠标驱动程序再把接收到的脉冲信号转换为鼠标水平和垂直方向的位移量，从而控

28、制屏幕上鼠标的移动 。扫描仪扫描仪是基于光电转换原理设计的 ：扫描仪工作时先将光线照射到待扫描的稿件上，没被吸收的光线被反射回来，然后由电荷耦合器件（CCD）接收并进行光电转换，转换成计算机可以处理的数字信号传送到计算机。 数码相机与传统照相机的区别是：所拍摄的图像以数字形式记录存储下来，而不使用胶片。CCD像素的数目是数码相机的一个非常重要的性能指标 ，CCD像素越多，影像分解的点越多，图像的分辨率（清晰度）越高，图像的质量就越好。触摸屏目前触摸屏的使用十分广泛，它可以应用在个人便携式数字设备，如平板电脑、智能手机、GPS等，也可应用在公共场所的多媒体电脑或查询终端，如银行、邮局、火车站等

29、。游戏手柄游戏手柄也是一种常见的输入部件，通过操纵其按钮等，实现对游戏虚拟角色的控制。游戏手柄的标准配置是由任天堂确立及实现的，它包括：十字键（方向），ABXY功能键，选择及暂停键（菜单）这三种控制按键。2. 输出设备输出设备能够将计算机的运行结果或过程，以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常用的输出设备有显示器和打印机等。显示器常用的显示器主要有两种类型。一种是阴极射线管CRT显示器，另一种是LCD显示器。显卡控制器显示适配器又称显示控制器，是显示器与主机的接口部件，以硬件插卡的形式插在主机板上。显示控制器也叫显卡，包括显示控制电路、绘图处理器、显示存储器和接口电路等部件。打印机打印机按

30、照工作原理可分为击打式和非击打式两大类；按照工作方式可分为点阵打印机、针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。目前使用较广的是针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。点阵式打印机一种击打式打印机，其工作原理主要体现在打印头上。 特点：耗材成本低能多层套打 打印质量低工作噪声大喷墨打印机喷墨打印机通过将墨滴喷射到打印介质上而形成文字或图像。喷墨打印机是家庭使用最广泛的打印机。跟点阵式打印机相比，其打印速度较快，分辨率高，打印的字符更清晰，印刷质量较好，还可方便灵活地改变字符的尺寸和字体。激光打印机由计算机发送来的数据信号控制激光的发射，使得扫描在硒鼓表面的光线不断变化，受到照射的地方电阻变小，电荷消失

31、，没有光线射到的地方则仍保留有电荷，最终硒鼓表面形成了一幅由电荷组成的潜影。在硒鼓转动的同时，传动系统将打印纸送进来，经过电极时打印纸带上了与硒鼓表面极性相同的电荷，纸张经过带有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印纸上形成图像。打印机的性能指标打印精度是打印机的分辨率，是衡量图像清晰程度的指标。打印速度，用每分钟打印多少页纸（PPM）来衡量的。色彩表达能力是指打印机可打印的不同颜色的总数。其他。包括打印成本、噪音、打印幅面大小、可打印字体的数目及种类、与主机的接口、功耗及节能效率等。目前，家用打印机的最大打印幅面一般为A4，与主机的接口也都兼具并行和USB两种接口。END 谢谢！第2章 计算

32、机软件与信息表示目录2.1 软件概述2.2 操作系统2.3 信息与信息表示2.1 软件概述软件是用户与硬件之间的接口，用户主要通过软件与计算机进行交流。没有软件的计算机硬件是无法正常工作的，通常被称为“裸机”。计算机只有在安装了软件之后，才能发挥其强大的功能。2.1.1 程序与软件在形式上，软件通常以程序、数据和文档的形式存在，需要在计算机上运行来体现它的价值。软件和程序的概念是有区别的程序是软件的主体部分，指的是指挥计算机做什么和如何做的一组指令或语句序列数据是程序的处理对象和处理以后得到的结果文档是跟程序开发、维护及使用相关的资料，如设计文档、用户手册等2.1.2 软件的分类按照不同的原则

33、和标准，可以将软件划分为不同的种类系统软件和应用软件商业软件、共享软件、免费软件和自由软件1系统软件和应用软件（1）（1）系统软件主要是指那些为用户有效地使用计算机系统、给应用软件开发与运行提供支持、或者为用户管理与使用计算机提供方便的一类软件。包括：操作系统，如Windows、UNIX、Linux等程序设计语言处理系统，如汇编程序、编译程序和解释程序等数据库管理系统，如ORACLE、Access等各种服务性程序，如基本输入/输出系统（BIOS）、磁盘清理程序、备份程序等1系统软件和应用软件（2）（2）应用软件指为特定领域开发，并为特定目的服务的一类软件，应用软件可以再细分为：通用应用软件定制

34、应用软件通用应用软件类别功能流行软件举例文字处理软件文字处理、桌面排版等WPS、Word、Acrobat等电子表格软件表格定义、计算和处理等Excel等图形图像软件图像处理、几何图形绘制等AutoCAD、Photoshop、3D MAX、CoreDraw等网络通信软件电子邮件、网络文件管理、Web浏览等Outlook Express、FTP、IE等演示软件幻灯片制作等PowerPoint等媒体播放软件播放数字音频和视频文件Media Player、暴风影音等定制应用软件按照不同领域用户的特定应用要求而专门设计开发的软件专用性强，设计和开发成本相对较高，只有一些机构用户需要购买，因此价格比通用应

35、用软件贵得多2商业软件、共享软件、免费软件和自由软件商业软件作为商品进行交易，一般售后服务较好共享软件先使用后付费免费软件（Freeware）不需要花钱即可得到使用权自由软件（Free Software）可以自由使用，不受限制2.2 操作系统操作系统（OS）是管理计算机硬件的程序，它为应用程序提供基础，并且充当计算机硬件和计算机用户之间的中介。一个比较公认的定义是，操作系统是一直运行在计算机上的程序，通常称为内核，其他程序则是系统程序和应用程序。2.2.1 操作系统概述（1）1. 操作系统的基本概念操作系统是最靠近硬件的一层系统软件，它是对硬件系统的第一次扩充，使得硬件裸机被改造成为一台功能完

36、善的虚拟机。从用户角度看，硬件系统加上操作系统软件后形成虚拟计算机，使得用户的计算机使用环境更加方便、友好，因此，操作系统是用户和计算机之间的接口。从应用软件角度看，没有操作系统，其他软件就无法直接运行在计算机硬件之上，因此，操作系统是计算机硬件和其他软件的接口，同时，操作系统扩充了硬件的功能，给上层应用程序提供更多的支持。2.2.1 操作系统概述（2）2. 操作系统的作用为计算机中运行的程序管理和分配各种软硬件资源为用户提供友善的人机界面为应用程序的开发和运行提供一个高效率的平台2.2.1 操作系统概述（3）3. 操作系统的启动和关闭启动过程大致为：加载系统程序初始化系统环境加载设备驱动程序

37、加载服务程序等关闭过程为：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，并正确关闭相关外部设备等Windows NT内核的启动（1）第一步：主板上的控制芯片组向CPU发出一个RESET信号，CPU复位第二步：运行BIOS中的POST（Power-On Self Test，加电后自检）程序第三步：若无异常，根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动Windows NT内核的启动（2）第四步：以从硬盘启动为例，BIOS将磁盘的第一个物理扇区加载到内存，读取并执行位于硬盘第一个物理扇区的主引导记录MBR（Master Boot Record），接着搜索MBR中的分区表，查找活动分区的起

38、始位置，并将活动分区的第一个扇区中的引导扇区分区引导记录载入到内存Windows NT内核的启动（3）第五步：查找并初始化ntldr文件NT内核操作系统的启动器（Windows Loader），将控制权转交给ntldr，由ntldr继续完成操作系统的启动。第六步：进入引导阶段后，Windows依次加载内核，初始化内核，最后用户登录。2.2.2 操作系统的功能操作系统管理所有的计算机资源，包括硬件资源、软件资源及数据资源，具体有以下四个方面的功能。处理器管理存储管理文件管理设备管理1. 处理器管理（1）处理器管理的实质是对处理器执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务，实现对C

39、PU进行动态管理。为了提高CPU的利用率，一般操作系统都采用多道程序设计技术，即多任务处理。从宏观上看，系统中的多个程序是同时并发执行的，从微观上来看，任一时刻一个处理器仅能执行一道程序，系统中各个程序交替执行处理器管理（2）在多道程序或多用户的情况下，需要解决处理器的分配调度策略、分配实施和资源回收等问题，这就是处理器管理功能。在多道程序环境下，引入了进程的概念。进程是程序在处理器上的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程和程序的区别程序是一个静态的概念，而进程是一个动态的概念。简单的讲，进程是一个执行中的程序，两个进程可能对应于同一个程序，它们所执行的代码虽然相同，但是

40、所处理的数据不同，运行中所占用的软硬件资源也不同。Windows中的进程进程的基本状态就绪状态已获得了除处理器以外的所有资源，一旦获得处理器就可以立即执行运行状态获得必要的资源并正在处理器上运行等待状态又称阻塞状态或睡眠状态。正在执行的进程，由于发生某事件而暂时无法继续执行（如等待输入/输出完成），此时进程所处的状态为等待状态进程的状态图常用的处理器调度算法先来先服务调度算法最短作业优先调度算法时间片轮转调度算法多级队列调度算法优先级调度算法多级反馈队列调度算法等线程现代操作系统扩展了进程的概念线程线程是进程内的一个执行单元，是相对独立的一个控制流序列。线程本身不拥有资源，但它可以与同属一个进

41、程的其他线程共享进程拥有的全部资源。Windows操作系统采用了多线程的工作方式，线程是CPU的分配单位，优点是能充分共享资源，减少内存开销，提高并发性和加快切换速度。2. 存储管理内存是计算机中最重要的一种资源，所有运行的程序都必需装载在内存中才能由CPU执行。在多任务操作系统中，如果要执行的程序很大或很多，有可能导致内存消耗殆尽，因此操作系统存储管理的主要任务是实现对内存的分配与回收、内存扩充、地址映射、内存保护与共享等功能。内存的分配与回收当用户提出申请存储空间时，存储管理必须根据申请者的要求，按一定的策略分析存储空间的使用情况，找出足够的空闲区域给申请者使用，使不同用户的程序和数据彼此

42、隔离，互不干扰及破坏。若当时可使用的主存不能满足用户的申请时，则让用户程序等待，直至有足够的主存空间。当某个用户程序工作结束时，要及时收回它所占的主存区域，使它们重新成为空闲区部分，以便再装入其他程序。内存扩充大多数操作系统都采用了虚拟存储技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用虚拟存储技术的基本原理是基于局部性原理：一个进程在运行时不必将全部的代码和数据都装入内存，而仅需将当前要执行的那部分代码和数据装入内存，其余部分可以暂时留在磁盘上，当要执行的指令不在内存时，才由操作系统自动将它们从外存调入内存虚拟存储技术的关键点调度问题决定哪些程序和数据应被调入主存地址映射问题在访问主存或辅存时如何把

43、虚拟地址变为主存或辅存的物理地址。此外还要解决主存分配、存储保护与程序再定位等问题替换问题决定哪些程序和数据应被调出主存更新问题确保主存与辅存的一致性地址映射虚拟存储技术可以使用户感觉自己好像在使用一个比实际物理内存大得多的内存，由于虚拟内存空间和实际物理内存空间不同，进程在使用虚拟内存中的地址时，必须由操作系统协助相关硬件，把虚拟地址转化为真正的物理地址。虚拟地址（又叫逻辑地址），对应虚拟存储空间物理地址，是存储单元的真实地址，与地址总线相对应Windows的页式调度方式硬盘上有一个特殊的“分页文件”，它是虚拟内存所占用的硬盘空间每一个虚拟内存页面的大小是4KBWindows XP及之后的W

44、indows系列版本中，分页文件的文件名是pagefile.sys，位于系统盘的根目录下（通常情况下看不到，必须关闭资源管理器对系统文件的保护功能才能看到）Windows中可调节虚拟内存大小内存保护与共享在多道程序环境下，操作系统提供了内存共享机制，使多道程序能共享内存中的那些可以共享的程序和数据，从而提高了系统的利用率操作系统还必须保护各进程私有的程序和数据不被其他用户程序使用和破坏3 文件管理文件保存在外存上的一组相关信息的集合文件夹用于管理文件的一种结构文件（1）文件名是存取文件的依据形式：Windows 10 的命名规则：文件名长度最多可使用256个字符除开头外，文件名中可以使用空格和

45、汉字，但不能有以下符号：？ / * “ | :显示时保留文件名的大小写形式，但不以大小写区分文件名文件名中可以有多个分隔符“.”，但最后一个分隔符后的字符串用于指定文件类型文件（2）常见的文件扩展名文件类型扩展名说明可执行文件EXE、COM可执行的程序文件文本文件TXT存放不带格式的纯字符文件Office文件DOC、XLS、PPT办公自动化软件Office中Word、Excel、PowerPoint创建的文件图像文件BMP、JPG、GIF图像文件，不同的扩展名表示不同格式的图像文件流媒体文件WMV、RM、QT能通过Internet播放的流式媒体文件，无须下载即可播放压缩文件ZIP、RAR压缩文

46、件，可以减少外存的使用空间音频文件WAV、MP3、MID声音文件，不同的扩展名表示不同格式的音频文件网页文件HTM、ASP不同格式的网页文件源程序文件C、CPP、BAS、ASM程序设计语言的源程序文件文件（3）文件属性系统属性隐藏属性只读属性归档属性文件夹（1）目录结构一般采用多级层次式结构（树状结构）文件夹（2）路径绝对路径：从根目录开始的完整目录路径相对路径：只从当前目录开始的目录路径文件夹属性除了有存档、只读、隐藏等常规属性外，在Windows中还有“压缩”、“加密”和“编制索引”等高级属性文件系统操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。文件系统的主要功

47、能包括：管理和调度文件的存储空间提供文件的逻辑结构、物理结构和存储方法实现文件从标识到实际地址的映射实现文件的控制操作和存取操作实现文件信息的共享并提供可靠的文件保密和保护措施提供文件的安全措施Windows使用的文件系统FAT早期使用FAT16，现在一般使用FAT32NTFSWindows NT所采用的文件系统结构，建立在保护文件和目录数据的基础上，同时兼顾节省存储资源、减少磁盘占用量exFAT超过4GB的U盘使用的一种文件系统ReFSNTFS文件系统的继任者，在Windows 8.1和Windows Server 2012中开始引入4.设备管理（1）设备管理应具备的功能：设备分配设备处理缓

48、冲管理设备独立性4. 设备管理（2）设备驱动程序每个物理设备配置有驱动程序，由驱动程序负责把逻辑设备的I/O操作转换为具体物理设备的I/O操作设备驱动程序的特点是在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信程序与I/O设备的特性紧密相关与I/O控制方式紧密相关部分驱动程序用汇编语言编写，固化在ROM-BIOS中2.2.3常见操作系统目前用户在PC上使用最多的操作系统是Windows，Linux也有一定的踪影，但相对较少。而在服务器领域占主导地位的是UNIX和Linux，其中UNIX主要用于大型设备和高端机上，在中小服务器端则是Linux的天下。形成这种局面往往与技术优势无关，而仅仅是网络规模效

49、应的作用。1. WindowsWindows是由美国微软公司开发的一种在PC上广泛使用的操作系统，支持多任务处理和图形用户界面。最新的Windows 10是为所有硬件提供一个统一平台，构建跨平台共享的通用技术，包括从4英寸屏幕的“迷你”手机到80英寸的巨屏电脑，让这些设备拥有类似的功能2. UNIX早期的UNIX用汇编语言开发，修改、移植都很不方便。从UNIX的第三版开始，采用C语言重写了内核，成为当时应用面最广、影响力最大的操作系统，可以应用在从巨型机到普通PC机等多种不同的平台上。自1980年代后期，UNIX开始了商业化。目前在电信、金融、油田、移动、证券等行业的关键性应用领域仍处于垄断地

50、位3. LinuxLinux是按照公开的UNIX系统标准POSIX重新编写的一个全新的操作系统。它的设计思想与UNIX相似，但并没有采用任何UNIX的源代码Linux 1.0在发布时就正式采用了GPL（General Public License）协议，允许用户可以通过网络或其他途径免费获得此软件，并任意修改其源代码4. Mac OSMac OS是运行于苹果Macintosh（简称Mac）系列电脑上的操作系统，它是首个在商用领域成功的图形用户界面操作系统Mac OS的两个系列：老旧且已不被支持的“Classic”Mac OS，终极版本是Mac OS 9，采用Mach作为内核新的Mac OS X

51、（X为10的罗马数字写法），结合了BSD UNIX、OpenStep和Mac OS 9的元素5. 手机操作系统智能手机操作系统在嵌入式操作系统基础之上发展而来，除了具备嵌入式操作系统的功能，如进程管理、文件系统、网络协议栈等外，还有针对电池供电系统的电源管理部分、与用户交互的输入/输出部分、对上层应用提供调用接口的嵌入式图形用户界面服务、针对多媒体应用提供底层编解码服务、针对移动通信服务的无线通信核心功能及智能手机的上层应用等。（1）Android是一种以Linux为基础的开源操作系统，主要使用于便携设备。Android系统是开源的，版本并不统一Google开发的Android原生系统的一些操

52、作习惯对于中国人来说不适应，因此在中国诞生了很多本土化的Android OS，如小米的MIUI、锤子的Smartisan OS、魅族的Flyme OS等，都属于经过优化的Android系统（2）iOSiOS操作系统以Darwin为基础，属于类Unix的商业操作系统。iOS采用了伪后台技术，任何第三方程序都不能在后台运行，另外在iOS中用于UI的指令权限最高，所以用户的操作能立马得到响应，所以iOS的用户体验更流畅。iOS系统的封闭性在一定程度上能够带来更为安全的保证，但是封闭式的开发模式决定了iOS的影响力有限2.3 信息与信息表示2.3.1 信息信息（information）看不见也摸不着，

53、但是它的价值远远超过了许多看得见摸得着的东西。信息的爆炸，使人类社会加速向前迈进，成为推动社会进步的巨大推动力。1. 信息的定义（1）信息奠基人香农认为：信息是用来消除随机不确定性的东西这一定义常被人们看作是经典性定义加以引用控制论创始人维纳认为： 信息是人们在适应外部世界，并使这种适应反作用于外部世界的过程中，同外部世界进行互相交换的内容和名称 也被作为经典性定义加以引用1. 信息的定义（2）经济管理学家认为： 信息是提供决策的有效数据电子学家、计算机科学家认为： 信息是电子线路中传输的信号我国著名的信息学专家钟义信教授认为： 信息是事物存在方式或运动状态的直接或间接的表述1. 信息的定义（

54、3）美国信息管理专家霍顿给信息下的定义是： 信息是为了满足用户决策的需要而经过加工处理的数据我们的理解：经过加工以后的数据或者，信息是数据处理的结果2. 信息量单位（1）比特“二进位数字”、“二进位”或简称为“位”信息的最小单位只有两种取值，即0和1，且无大小之分比特在计算机中的表示与存储比特的取值0和1表示的是两种状态（1）比特 计算机内部采用二进制的原因运算规则简单只需用两种状态表示数字，物理上容易实现可靠性高容易实现逻辑运算（2）存储容量和单位换算比特用小写字母“b”表示比比特更大的计量单位：B（Byte，字节）、KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节、千兆字节）和TB（太字节、兆

55、兆字节）内存中： 1B（字节）=8b（比特） 1KB（千字节）=210B=1024B 1MB（兆字节）=220B=210KB=1024KB 1GB（吉字节、千兆字节）=230B=220KB=210MB=1024MB 1TB（太字节、兆兆字节）=240B=230KB=220MB=210GB=1024GB外存中： 1B=8b 1KB=103B=1000B 1MB=106B=103KB=1000KB 1GB=109B=106KB=103MB=1000MB 1TB=1012B=109KB=106MB=103GB=1000GB（2）存储容量和单位换算 随着人类所处理的数据量越来越大以及大数据技术的发展，

56、比TB更大的计量单位还有PB、EB、ZB、YB、BB等。 1PB（拍字节）=1024TB 1EB（艾字节）=1024PB 1ZB（泽字节）=1024EB 1YB（尧字节）=1024ZB 1BB（Brontobyte，千亿亿亿字节）=1024YB（3）比特的传输 在数字通信和网络技术中，信息的传输实际上就是比特的传输。 每秒钟可传输的二进位数目就表示比特的传输速率，传输速率的常用单位有：比特/秒（b/s），也称“bps”（bits per second）千比特/秒（Kb/s），1Kb/s=103b/s=1000b/s兆比特/秒（Mb/s），1Mb/s=106b/s=1000Kb/s吉比特/秒（G

57、b/s），1Gb/s=109b/s=1000Mb/s太比特/秒（Tb/s），1Tb/s=1012b/s=1000Gb/s2.3.2 数制与数制转换1. 数制计算机内部采用二进制在计算机的理论和应用中还使用两种辅助的进位制八进制和十六进制。无论是十进制、二进制、八进制还是十六进制，其共同之处都是进位计数制。计算机中常用的进位计数制任何一种R进制数N可以写成按其权值展开的多项式之和：2. 不同进制数的相互转换（1）R进制数转十进制数【例2.2】将二进制数1011.11转换为十进制数。解：(1011.11)2=123+022+121+120+12-1+12-2=8+2+1+0.5+0.25=11.7

58、5【例2.3】将八进制数37.24转换为十进制数。解：(37.24)8=381+780+28-1+48-2=24+7+0.25+0.0625=31.3125【例2.4】将十六进制数B4.A转换为十进制数。解：(B4.A)16=11161+4160+1016-1=176+4+0.625=180.6252. 不同进制数的相互转换（2）十进制数转R进制数整数“除R取余法”，小数“乘R取整法”【例2.5、2.6、2.7】将十进制数130转换为二进制数、八进制数、十六进制数。 (130)10=(202)8 (130)10=(82)16 (130)10=(10000010)22. 不同进制数的相互转换（3

59、）【例2.8、2.9、2.10】将十进制小数0.325转换为二进制数、八进制数、十六进制数（精确到4位小数）。(0.325)10(0.0101)2 (0.325)10(0.2463)8 (0.325)10(0.5333)162. 不同进制数的相互转换（4）【例2.11、2.12、2.13】将十进制小数130.325转换为二进制数、八进制数、十六进制数（精确到4位小数）。 由例2.5和例2.8可知： （130.325）10（10000010.0101）2 由例2.6和例2.9可知： （130.325）10（202.2463）8 由例2.7和例2.10可知： （130.325）10（82.5333

60、）16二进制数与八进制数、十六进制数之间的互换（1）二进制数与八进制数、十六进制数之间的互换（2）二进制数八进制数：“取三合一法”二进制数十六进制数：“取四合一法”【例2.14、2.15】将二进制数10111010.11011转换为八进制数、十六进制数。二进制数与八进制数、十六进制数之间的互换（3）八进制数二进制数：“取一分三法”十六进制数二进制数：“取一分四法”【例2.16】将八进制数376.25转换为二进制数。【例2.17】将十六进制数5F.3C转换为二进制数。3. 二进制的运算算术运算加法：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0（向高位进1）减法：0-0=0 1-0=1 1-1=