计算机系统平台课程教材建设

1《计算机系统平台》

定位、构思与内容简要北京工业大学张丽2主要内容读者定位表述风格特别考虑与“计算机导论”的区别与“计算机文化基础”的区别组织形式各章知识点和学习要求3读者定位计算机专业（信息技术方向）本科生基础教材遵循《计算机科学与技术本科专业规范（信息技术方向）》希望综合了解计算机系统各个层次的科技人员4信息技术方向人才出口企事业单位信息化建设工程技术人员机构信息化的规划与实施企业需要什么？怎样提高信息化的效率目前计算机系统有什么？能做什么？信息化系统的技术维护与管理熟练使用系统从维护角度提高系统的性能、稳定性信息系统集成工程技术人员对各种软硬件技术的综合理解和应用5信息技术人才的知识需求1了解计算机系统:知其然熟悉计算机系统的现状：功能、性能熟练使用系统：管理/维护目前计算机系统有什么？能做什么？6信息技术人才的知识需求2理解计算机系统:知其所以然明白原理从维护角度提高系统的性能、稳定性提高信息化的效率：选择最佳方案听得懂，能比较各种设计与方案：硬件/软件不一定要了解各种设计细节理解系统行为和性能实现的原理不强调理论上的分析和计算7教材内容的定位1介绍计算机系统基本情况、功能基本硬件功能/指标硬件基本构成、各部分功能是什么操作系统功能运行、管理基本开发平台开发环境、组件、框架、语言网络平台基本服务DNS、DHCP机房基本设备8教材内容的定位2介绍计算机系统的基本原理基本硬件原理存储器、CPU操作系统原理进程、I/O系统、存储管理网络服务实现机制DNS、Web服务原理和机制的描述、非理论分析介绍管理级的使用Shell脚本的使用机房管理9表述风格深入浅出介绍性、描述性从本质说起能够看进去、能够看得懂在没有教师讲解，没有考试压力的情况下也可以看懂例1：十进制转换成二进制表示,苹果装箱例2：进程的概念和表示10十进制转换成二进制表示减权定位法将要转换的十进制数和相近的权值比较，从中减去刚好比该数小的权值，并确定与该权值对应的数位上的数码为1依次类推，直到余数是0为止，未被记1的数位上的系数均记为0除基取余法除（以）基（数）取余（数），先余为低，后余为高比较容易忘，也不好理解，需要复习11进位制与苹果装箱189个苹果10个装一箱,10个小箱再装大一号箱子，以此类推（十进制）把箱子数按从大到小顺序写在一起（十进制数）8个箱子、9个苹果89（十进制）12进位制与苹果装箱22个装一箱，2个小一号箱装入大一号的箱子（二进制）1111111号2号1号1号4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号5号4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号13进位制与苹果装箱389个苹果2个装一箱，2个小一号箱装入大一号的箱子（二进制）1个6号箱子、1个4号箱子、1个3号箱子、1个苹果1011001（二进制）4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号6号5号4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号5号4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号4号3号2号1号1号2号1号1号3号2号1号1号2号1号1号14第一种求法：从小箱装起891244222200p0p1p21121p3521p4220p511p6208910=p6p5p4p3p2p1p0=10110012

先求剩几个苹果，然后逐步装箱，求小一号箱子的个数，直到装完除基取余法15第二种求法：从大箱装起先求最大号箱子，逐步向小的求89:26=64<89<27：可装满一个6号箱，不够装满7号箱6号箱：26:1:89-26=255号箱：25:0:24<25<25

4号箱：24:1:25-24=93号箱：23:1:23<9<24

，9-23=12号箱：22:0:20<1<21

1号箱：21:00号箱：20:18910=10110012

减权定位法16进程的概念和表示之一

（常规抽象）进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动进程(或任务)是可以和别的计算共同执行的计算进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位进程是一抽象实体，当它执行某个任务时，将要分配和释放各种资源

17进程的概念和表示之二

（常规抽象）行为的规则叫程序，程序在处理机上执行时所发生的活动称为进程一个进程是一系列逐一执行的操作，而操作的确切含义则有赖于以何种详尽程度来描述进程进程是进程映象的执行它是程序的一次执行，它是处理机执行一组程序的运动轨迹。进程是由程序，数据和进程控制块组成18进程的概念和表示之三Process：过程程序执行的过程程序：菜谱进程：按照菜谱炒菜的过程为什么不继续用程序的概念，要引入进程？多道程序环境下以同一程序的两个运行实例为例（例如同时开两个浏览器窗口）19进程的概念和表示之三（续1）用炒菜的过程引出并解释进程的相关概念同时炒两锅菜菜谱：程序原材料：数据厨师的手：计算机厨师的大脑：操作系统区分两锅菜、两个炒菜过程每个锅编号：第一锅、第二锅：进程号按照每个锅将原材料分开放好：进程独立的数据空间记住每锅下一步要做的工作：进程的下一条指令地址将菜谱记住，加快速度：将程序放入内存中进程各自的空间20进程的概念和表示之三（续2）怎样感知和控制两个炒菜过程厨师的大脑中需要记录多少个锅、每个锅的编号为每锅菜记录原材料放在什么地方采用的是哪一个菜谱进行到菜谱的那一步了：进程控制块厨师的大脑根据记录控制手在多锅之间转换，以便同时炒好多个菜进程调度21进程的概念和表示之三（续3）进程标识符用户标识符进程间通信信息各种定时器信息文件系统信息虚拟内存信息处理器环境信息……图4-1进程控制块structtask_struct{ volatilelongstate; /*-1unrunnable,0runnable,>0stopped*/ unsignedlongflags; /*perprocessflags,definedbelow*/ … volatilelongneed_resched; … longcounter; longnice; …… structlist_headrun_list; unsignedlongsleep_time;…… pid_tpid; ……/*filesysteminformation*/ structfs_struct*fs;……/*signalhandlers*/ spinlock_tsigmask_lock;/*Protectssignalandblocked*/ ……};图4-2Linux的task_struct结构22进程的概念和表示之三（续4）用炒菜的过程引出进程的相关概念进程怎样表示？进程号、PCB进程有什么作用？分配资源进程由什么组成？程序、数据、PCB23特别考虑技术之外的内容我国计算机产业发展采用Linux操作系统24技术之外的内容1成功的不同方式与因素开发Windows2000的艰辛历程专访Linus外设：键盘布局：市场的先机Windows桌面系统的成功：苹果公司命名（英文）：发展25技术之外的内容2我国计算机产业的发展中国计算机产业发展大事记我国自主研发的操作系统我国自主研发的计算机采用Linux操作系统开源我国操作系统的发展前景26与“计算机导论”的区别导论引导计算机科学领域需要解决的问题入门，引起学生的兴趣后续还有专门的组成原理、操作系统等课程给出解决方案计算机系统平台基础课程完整的：提出问题、介绍解决方案27与“计算机文化基础”的区别文化基础介绍计算机系统的基本知识基本使用，普及了解不需了解原理、机制计算机系统平台介绍系统的实现原理、机制，更好更合理地控制系统28本书组织形式从平台的视角平台满足一类不同事物的共同需求，能够使那些事物方便地在其上形成、存在、运行与展现的基础设施火车站的月台支持各种火车的停靠，加水加油，旅客的上下造船厂的船坞主板软件运行平台：操作系统软件开发平台:一整套基础软件工具和环境29本书组织形式从平台的视角平台外观认识、熟悉操作系统外观平台的功能、平台所能提供的服务使用、管理、配置操作系统功能平台功能/服务的实现机制、原理高性能地管理、合理地使用配置合适的DNS服务器地址、安全地删除文件30应用软件计算机系统平台层次硬件平台

软件开发平台操作（系统）平台网络平台31应用软件计算机系统平台层次硬件平台（第2、3章）

软件开发平台（第6章）操作（系统）平台（第1、4、5章）

网络平台（第7、8章）设施与环境平台（第9章）终端用户计算机普及的直接驱动力信息技术人才管理和配置系统信息技术人才管理和配置系统信息技术人才企业信息化建设、软件需求、开发管理信息技术人才企业信息化建设、硬件规划、管理信息技术人才企业信息化建设（基本硬件购置、理解上层平台机制）32全书章节1第一篇：计算机操作平台第1章计算机操作平台—操作系统第二篇计算机硬件平台第2章计算机硬件组成第3章信息表示第三篇计算机软件平台第4章操作系统的内部实现机制第5章系统初始化及Shell编程第6章应用软件开发平台33全书章节2第四篇计算机网络平台

第7章网络平台的服务第8章网络平台基础知识第五篇设施与环境平台

第9章计算机系统基础设施

34第一篇计算机操作平台第1章操作系统从熟悉的场景开始以Linux操作系统为例概览操作系统外貌、功能从终端以及程序员两种不同用户角度计算机系统的层次结构操作系统的作用常见操作系统及操作系统分类Linux、Windows:体会多样性35第1章操作系统

覆盖规范知识点PT.os.1操作系统概述PT.os.2Windows与Unix家族操作系统之间的比较PT.os.10实时与嵌入式系统目录**注：类似于PT.OS.1这样的符号对应教指委《规范》中相应知识点的标注符号36第1章知识点及学习要求1基本概念理解平台的概念掌握什么是操作系统掌握计算机系统的层次结构熟悉操作系统操作系统的功能、作用操作系统的分类操作系统领域常见的名词术语37第1章知识点及学习要求2复习题体现知识点及学习要求操作系统平台与终端用户的接口有哪几种形式？操作系统平台提供给终端用户的基本功能有哪些？除了书上提到的，你还知道哪些？Shell是什么？38第1章知识点及学习要求3技术之外的内容讨论题同样是设计和开发程序，操作系统的设计和开发者的工作与应用程序员有什么不同？为什么？你认为教学版软件和实用版软件有何区别？动手实践实验题自学并动手实践操作系统基本文件操作命令、查看进程、系统日志、配置文件39第二篇计算机硬件平台计算机到底是怎样工作的？第2章计算机硬件组成计算机部件构成、各主要部件的设计原理和构成存储器中央处理器（CPU）外围设备总线计算机系统结构第3章信息表示软件和各种数据在计算机硬件上记录的基本形式受硬件制约，与硬件自身有一定关系40第2章计算机硬件组成

覆盖规范知识点PT.ao.2汇编级机器组织PT.ao.3存储系统的组织与体系结构PT.ao.4接口构成与通信PT.ao.5功能组织PT.ao.6多处理机结构及其替代体系结构PT.ao.7性能提升41第2章计算机硬件组成

学习要求1掌握计算机组成结构掌握计算机的基本工作过程掌握各部件的基本功能及其之间协作关系总线掌握总线的基本概念和功能公共通路：公交汽车了解常见的总线标准42第2章计算机硬件组成

学习要求2存储器掌握存储器的存储原理及多样性保持状态、多种存储介质和方法各有优劣掌握存储系统层次结构了解存储器的性能指标熟悉各种常见的内存ROM、RAM、BIOS、CMOS43第2章计算机硬件组成

学习要求3中央处理器CPU了解基本概况外观、引脚、影响速度的因素、参数了解基本术语主频、流水、超标量、寄存器、缓存44第2章计算机硬件组成

学习要求4输入输出系统了解外设的制造原理硬盘、光驱、显示器、打印机、鼠标、键盘了解基本术语磁道、扇区、硬盘接口、光驱线速度、显示器分辨率、鼠标采样频率、编码键盘等掌握外设与主机通信的方式程序控制、中断、DMA等掌握控制和使用外设的方法操作系统通过驱动程序45第2章计算机硬件组成

学习要求5计算机系统结构了解计算机常见新型系统结构了解计算机性能提高的方法手段流水、超标量、多处理器、多计算机系统（集群）46第3章信息表示

知识点及学习要求1覆盖规范知识点：PT.ao.1机器级数据表示进位制了解进位制的概念掌握不同进位制表示之间的转换了解二进制运算数字的编码了解原码、补码、定点数、浮点数的概念47第3章信息表示

知识点及学习要求2字符编码了解字符编码的本质、现状了解几种常见的字符编码方式ASCII码、GB2312、Unicode机器指令了解机器指令的格式、与CPU之间的关系汇编语言和高级语言掌握汇编语言的概念了解高级语言的概念及其产生、发展原因掌握汇编语言与高级语言之间的关系48第三篇计算机软件平台软件运行平台第4章操作系统的内部实现机制了解操作系统各种外在表现的实质内涵为什么多个任务能够在一个CPU的计算机上执行能够用正确合理的方法使用该平台第5章系统初始化及Shell编程操作系统脱机用户接口的使用软件开发平台第6章应用软件开发平台开发工具、环境、中间件等49第4章操作系统的内部实现机制

覆盖规范知识点PT.os.4并发（进程管理）PT.os.5调度与分派（进程管理）PT.os.6存储管理PT.os.7设备管理PT.os.8安全与防护PT.os.9文件系统50第4章操作系统的内部实现机制

学习要求1进程管理掌握进程的概念掌握并发的概念了解进程的状态如Linux的zombie状态产生掌握进程调度的概念和基本方法帮助理解多任务、多用户系统的行为了解进程同步和互斥的概念了解进程间通信方式掌握线程的概念51第4章操作系统的内部实现机制

学习要求2内存管理掌握内存管理的基本思路掌握页式内存管理的方法按区（块、页）分配进一步理解存储系统的层次结构掌握虚拟内存管理的思想和方法预装入、按需装入、LRU算法、垃圾淘汰队列为其他类似问题提供解决思路52第4章操作系统的内部实现机制

学习要求3信息存储的管理掌握磁盘空间的管理和分配方式理解磁盘碎片的产生掌握文件的概念和管理目录、文件名的组织有助于理解各种文件管理工具的机制，如文件恢复软件、掌握合理的文件清除方式53第4章操作系统的内部实现机制

学习要求4信息存储的管理掌握文件的操作和保护机制有助于理解文件系统的行为，如文件的打开和关闭，有助于正确使用文件系统掌握虚拟文件系统的概念和机制理解多文件系统的支持，如为什么Linux需要mount文件系统54第4章操作系统的内部实现机制

学习要求5外设管理掌握实现多样外设访问的机制统一接口，思想掌握驱动程序的概念和基本结构直接控制式、中断方式了解设备的分配方式掌握提高外设访问性能的方法虚拟设备、中断、缓冲55第5章系统初始化及Shell编程

覆盖规范知识点SA.os.1操作系统安装PT.os.12脚本语言编程56第5章系统初始化及Shell编程

学习要求1计算机系统初始化了解计算机启动过程掌握术语：BIOS、引导扇区、引导装载程序了解操作系统的启动过程有助于理解操作系统内部实现机制57第5章系统初始化及Shell编程

学习要求2CMOS设置掌握基本的CMOS设置操作系统安装掌握基本的操作系统安装过程进一步理解操作系统的实现机制引导装载程序、引导扇区、操作系统58第5章系统初始化及Shell编程

学习要求3Shell编程了解Shell的机制理解Shell的本质、多个Shell版本的原因、Shell的配置文件掌握基本的Shell命令掌握基本Shell脚本的编写脱机管理系统59第6章应用软件开发平台

学习要求1了解各种高级程序设计语言软件开发的基础开发工具和开发环境了解各种开发工具的基本功能和作用了解集成开发环境开发平台中的可重用代码理解重用的概念了解各种重用代码的名称和作用函数、类、组件、框架等60第四篇计算机网络平台所有联网的计算机构成一个大的网络平台，共同提供服务了解网络平台的概念和服务第7章网络平台的服务掌握网络平台的基本知识第8章网络平台基础知识61第7章网络平台的服务

覆盖规范知识点SA.os.4服务器服务FTP、HTTP、电子邮件SA.os.5客户机服务SA.os.6支持62第7章网络平台的服务

学习要求1了解网络平台的概念、功能了解实现网络平台服务的基本架构C/SB/SP2P了解网络平台提供的几种典型的服务Web服务电子邮件服务FTP服务掌握服务的功能及实现的机制63第7章网络平台的服务

学习要求2Web服务掌握Web服务的构成Web服务器、HTTP协议、浏览器相关术语：URL、HTML、动态网页了解Web服务性能提高的方式掌握基本概念，如代理服务器、镜像服务器等为配置Web服务器、网站建设（管理开发）提供足够的支持64第7章网络平台的服务

学习要求3电子邮件服务邮件服务器、用户代理、SMTP协议、POP3协议MIME及BASE64编码邮件地址、Webmail为配置邮件服务器提供足够的支持FTP服务FTP服务器、客户端、FTP协议基本术语：控制连接、数据连接、主动模式、被动模式（内网配置）65第8章网络平台基础知识

覆盖规范知识点SA.os.2配置SA.os.3维护SA.os.4服务器服务DHCP协议、域名解析、SNMP网管协议SA.os.6支持66第8章网络平台基础知识

学习要求1了解网络平台实现的基本机制掌握网络平台的基