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第一章计算机概论ChapterOne第1章计算机概论第2章计算机系统第3章操作系统第4章数制与信息编码第5章办公信息处理第6章课件第7章多媒体第8章计算机网络第9章WEB设计基础第10章算法与程序设计第11章计算思维与计算机新技术01.引言contents目录02.计算机的诞生和发展历史03.计算机的分类及应用PART1引言计算机的发明■人的计算速度很低

◆祖冲之计算π至小数点后7位数用了15年

◆

计算30×30的行列式需要几个人年

◆

中国第一棵原子弹研制时，数百位科学家在大礼堂打算盘■早期的计算工具

◆算筹春秋战国时期 世界上最早的计算工具

◆算盘中国唐代第一种手动式计数器沿有至今

◆计算尺1622年 手动式，上世纪70年代被计算器取代 可进行加、减、乘、除、指数、三角函数◆加法器1642年 机械式，只能做加法

计算机的发明◆

计算器1673年 德国GottfriedLeibniz，机械式 可进行加、减、乘、除和开方◆

差分机和分析机

查尔斯.巴贝奇

1812年差分机1834年分析机

分析机：体现了现代电子计算机的结构、设计思想，被称为现代通用计算机的雏形。PART2计算机的诞生和发展历史1.1计算机的诞生和发展历史计算机的诞生1.图灵机2.第一台计算机ENIAC3.冯·诺依曼体系结构计算机计算机的分代新一代计算机按构成的物理器件划分成四代：1.电子管2.晶体管3.集成电路4.大规模和超大规模集成电路1.生物计算机2.量子计算机3.光子计算机计算机的诞生图灵机的出现为电子计算机的诞生奠定了理论基础阿兰·图灵（AlanMathisonTuring，1912—1954）英国科学家（1）图灵机模型它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色，用作无限存储。有一个读写头，能在纸带上读写和移动，读写头有一组内部状态，还有一些固定的程序。1.图灵机(Turingmachine，TM)计算机的诞生例：图灵机计算4+3=710（2）图灵测试机器能有智能吗？

换一句话来，通过什么样的测试机器才能称拥有智能？无法判断对方是人还是计算机，那么就可以认为计算机具有同人相当的智力测试场景

计算机的诞生计算机的诞生11

图灵机的能力=高级程序设计语言=现代通用计算机

邱奇、图灵和哥德尔断言：

一切直觉上能行可计算的函数都可用图灵机计算，反之亦然。世界上的问题

可计算的：图灵机可计算的就是可计算的不可计算的：反之亦然图灵的贡献图灵机模型：解决了可计算问题计算机的理论问题图灵测试：回答了什么样的机器具有智能人工智能的理论基础美国计算机学会ACM于1966年创立了“图灵奖”计算机科学之父人工智能之父每秒5千次加减运算没有存储器采用十进制2.第一台计算机ENIAC1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学，表明电子计算机时代的到来计算机的诞生计算机的诞生人类第二台计算机：EDVAC（离散变量自动电子计算机）1945年，冯·诺依曼参与研制并且发表了“关于EDVAC的报告草案”，包含以下几点：3.冯·诺依曼体系结构计算机冯·诺依曼思想123用二进制表示数据。采用存储程序思想，即把程序和数据一起存入计算机内部。计算机由5个部分组成：运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备。冯·诺依曼体系结构奠定了现代计算机体系结构和工作原理70多年来，计算机虽然从性能、运算速度、体积等方面发生了翻天覆地的变化，但其基本结构一直没有变化，仍然属于冯·诺依曼体系结构计算机。计算机的诞生计算机的分代计算机的分代电子管晶体管集成电路大规模集成电路01020304生物计算机量子计算机光子计算机采用生物工程技术产生的蛋白质分子作元件从而制成的生物芯片，信息以波的形式传送。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光束代替电子进行计算和存储，它以不同波长的光代表不同的数据，以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。新一代计算机PART3计算机的分类及应用计算机的应用领域计算机的发展趋势计算机的分类1.2计算机的分类及应用按综合性能指标分类超级计算机（巨型机或大型机）：速度最快、处理能力最强

我国最快：神威·太湖之光

峰值达到每秒12.54亿亿次

浮点运算

工作站：和微型计算机相比较它的性能更高，尤其是在图形处理，任务并行方面的能力更强。具有高分辨率、大容量内外存，图形功能较强微型计算机：

桌面型计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备

服务器：网络环境中对外提供服务的计算机系统按用途分类通用机专用机嵌入式计算机：系统的应用软件和硬件一体化，数量超过PC计算机的分类科学计算的特点是计算工作量大、数值变化范围大，应用于航空航天领域、生物工程、人工智能等高尖端领域。1.科学计算计算机辅助设计（CAD）计算机辅助制造（CAM）计算机辅助教学（CAI）计算机集成制造（CIMS）4.辅助功能过程控制是利用计算机及时采集检测数据，按最优值迅速地对控制对象进行自动调节或自动控制。3.过程控制多媒体技术是利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和实现人机交互作用的技术。5.多媒体技术人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是计算机模拟人类的智能活动，实现人工智能的根本途径是机器学习。6.人工智能数据处理涉及的数据量大，但计算方法较简单，随着计算机科学的不断发展，数据处理已经成为计算机应用最广泛的领域。2.数据处理计算机的应用领域巨型化微型化网络化智能化计算机的发展趋势经过70多年的发展，计算机科学及其应用领域几乎无所不在，并由此形成了独特的计算机文化。计算机的普及、计算机文化的形成及发展以及计算思维的研究和应用对社会产生了深远的影响。知识点总结1、计算机的诞生和发展。计算机的诞生（图灵机、ENIAC、冯·诺依曼机）计算机的分代新一代计算机2、计算机的分类及应用计算机的分类计算机的应用领域发展趋势谢谢各位！第二章计算机系统2.1计算机系统概述contents目录2.2计算机硬件系统和工作原理2.3计算机软件系统2.4微型计算机硬件系统2.5智能手机硬件系统2.1计算机系统概述2.2.1计算机硬件系统现代计算机体系结构冯·诺依曼机：“存储程序”的概念五十多年来，计算机系统基本结构没有变。

美籍匈牙利数学家冯.诺依曼2.2计算机硬件系统和工作原理2.2.1计算机硬件系统存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器运算器ALU又称为算术逻辑单元，由加法器、寄存器、累加器等逻辑电路组成。功能是对二进制编码进行算术运算（加减乘除）和逻辑运算（与、或、非、移位等）2.2.1计算机硬件系统控制器CU是计算机的核心部件。由指令寄存器、程序计数器、指令译码器、时序控制电路及微操作控制电路等组成。功能：取指令分析（翻译）指令发控制信号存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。每个记忆单元由8位二进制位组成。2.2.1计算机硬件系统1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字节Byte76543210位Bit输入设备与输出设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。2.2.2计算机基本工作原理33指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。操作码

地址码

数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令

其它指令

If……Goto……＋－×÷AndOr……CPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等指令

结构分类计算机基本工作原理一条指令的执行过程分为以下3步骤：①取指令按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。③执行指令由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。一条指令执行完成，指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后回到①。2.3计算机软件系统程序设计语言的发展（1）机器语言：由“0”、“1”二进制代码按一定规则组成的、能被机器直接理解、执行的指令集合。

缺点：编程工作量大，难学、难记、难修改；

不同计算机的指令系统不同，机器语言通用性差优点：代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。例如，计算A=15+10的机器语言程序如下：1011000000001111 ：把15放入累加器A中0010110000001010 ：10与累加器A的值相加，结 果仍放入A中11110100 ：结束，停机程序设计语言的发展（2）汇编语言：使用反映机器指令功能的助记符代替机器语言的符号语言。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等等。

优点：克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质量高、占存储空间少，执行速度快的优点。缺点：仍然依赖于机器，通用性差。特点：源程序必须通过汇编程序翻译成机器语言。常用于过程控制等编程。例如，计算A=15+10的汇编语言程序：MOV A，15

：把15放入累加器A中ADD A，10

：10与累加器A相加，结果存入A中HLT

：结束，停机程序设计语言的发展（3）高级语言：接近于自然语言和数学公式的程序设计语言。优点：接近算法语言，易学、易掌握，可读性好，可维护性强，可靠性高；可移植性好，重用率高自动化程度高，编程效率高。缺点：源程序要通过翻译程序翻译成机器语言，代码不最优。例如，计算A=15+10的BASIC语言程序如下：A=15+10 ‘15与10相加的结果放入A中PRINTA ‘输出AEND ‘程序结束常用的高级程序设计语言Fortran：1954年推出，适用于科学和工程计算。C、C++：1972年推出C语言，1983年加入面向对象的概念，改名为C++。语言简练、功能强，适用面广。BASIC：初学者语言，1964年推出；1991年微软推出可视化的、基于对象的VisualBasic开发环境，发展到现在的VB.NET开发环境，则是完全面向对象、功能更强大。Java：1995年推出，是一种新型的跨平台的面向对象设计语言，具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性。C#：以其简单的可视化操作，高运行效率，强大的操作能力，面向组件编程的支持。Python:一种面向对象的解释型程序设计语言，1989年诞生。Python语法简洁清晰、易学易读，具有丰富和功能强大的类库以支持应用开发所需的各种功能。41系统设置软件：对系统进行全面设置、优化和保护 Windows优化大师：系统检测、系统优化、系统清理、系统维护诊断程序：识别并且改正计算机系统存在的问题“管理|设备管理器”：所有设备的详细情况备份程序：把硬盘上的文件复制到其他存储设备上“控制面板|系统和安全|备份和恢复”反病毒程序：消除或防御电脑病毒和恶意软件 MicrosoftSecurityEssentials文件压缩程序：压缩较大的文件，产生另一较小容量的文件 WinRAR，7-Zip实用程序为某一专门的应用目的而开发的软件。1.办公软件包2.图形和图象处理软件3.数据管理4.Ineternet服务软件5.娱乐与学习软件42应用软件主机的基本组成：2.4微型计算机硬件系统主板45芯片组：

CPU是大脑，芯片组是心脏

由南桥，北桥组成主板的板载功能就是将某一些接口卡的功能集成到主板上。最常见的就是集成声卡和网卡的功能。例：三合一主板

PC99技术规范了主板各接口必须采用有色标识，以方便识别。主板46是主板的核心，决定了主板的功能和档次，由北桥和南桥芯片组成。北桥芯片（MemoryControlHub，MCH）负责与CPU的联系，决定主板支持的CPU的类型、内存的类型等。位置：CPU和内存插槽最近北桥芯片决定了主板的性能，人们常用北桥芯片的代号来称呼主板，如使用Intel915北桥芯片的主板称为915主板。南桥芯片（I/OControlHub，ICH）负责与I/O总线的通信，如PCI总线、USB、IDE、SATA等，以及负责管理音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。位置：离CPU插槽较远的下方芯片组47主频：CPU的时钟频率，即CPU的工作频率。一般与运算速度成正比，也与Cache等有关。外频：系统的时钟频率，也可以说系统总线的工作频率前端总线FSB：是CPU与北桥之间的连线，是CPU与外界交换数据的唯一通道。高速缓冲存储器核心数量

提高CPU主频已走到拐点。随着频率越高，耗电越多，热量越大，问题越多。多核心可以较低主频，提高性能。制造工艺

CPU内电路与电路之间的距离，单位是微米和纳米。CPU48内存随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)如BIOS高速缓冲存储器(Cache)外存磁介质,软盘和硬盘光盘Flash存储器内存储器（主存储器）,速度快，容量小，价格较高，可由CPU直接访问。外存储器（辅助存储器）,速度慢，容量大，价格低，CPU不可以直接访问。CPURAM外存数据访问存储器49只读存储器,可读，不可写；掉电后数据不会丢失BIOS(BasicInputOutputSystem)即基本输入输出系统。是被固化到主板ROM芯片上的程序。BIOS主要功能:识别各种硬件(包括型号)引导操作系统进行硬件最直接的操作，如读文件等。引导操作系统过程自检。检查电脑硬件是否良好。初始化，读取CMOS里设置的参数,对硬件进行设置。引导操作系统。开机自检执行ROM中的启动程序加载操作系统执行操作系统ROM50高速缓存(Cache),CPU的速度很快而内存速度较慢，怎么办？Cache，它集成在CPU内部，高速，容量小。高速缓冲存储器Cache51外存储器，大容量、能长期保存数据，价格便宜。外存磁盘:软盘和硬盘光盘：CD,DVDFlash存储器：U盘和各种Flash卡外存储器52硬盘(HardDisk)微机中最主要的辅存，容量大。盘片：一个硬盘有多个盘片，每盘片有上下两个面，都可以保存数据。磁道：盘片上不同半径的同心圆为磁道。扇区：一个磁道被划分为多个扇区。柱面：不同盘片相同磁道构成的圆柱面即柱面。存储容量＝盘片数×磁道（柱面）数×扇区数×每扇区字节数。主要性能指标硬盘53硬盘接口

IDE接口是一种并行接口连接IDE硬盘

连接CD或DVD驱动器

SATA接口是一种串行接口，速率高

SATAⅡ接口：SATAⅡ是在SATA的基础上发展起来的，其主要特征是外部传输率从SATA的1.5Gbps进一步提高到了3Gbps。

硬盘接口54硬盘种类55

CD的容量一般为680MDVD的容量为4.7G--50G光驱：CD-ROM光驱：只能读取CD光盘。DVD-ROM光驱：可以读取CD和DVD光盘COMBO光驱：“康宝”是一种集合了CD、DVD的读取和CD的刻录。DVD刻录光驱：包括了CD、DVD的读取和CD、DVD的刻录。光驱的数据读取速率用倍速来表示，CD最高为64倍速,DVD为20倍速。光盘56U盘移动硬盘移动存储设备57

总线是各部件（或设备）之间传输数据的公用通道

共享总线带宽

如：USB总线

PCI总线独享总线带宽如：AGP总线PCI-e总线南桥

芯片设备1设备3设备2总线总线BUS58地址总线:传输地址信息数据总线:传输数据信息控制总线:传输控制信息内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件外部总线：连接计算机和外部设备连接对象传输内容并行总线:通信速度快、实时性好串行总线:简易、方便、灵活通信方式

总线BUS59常见的总线有：ISAPCIPCI-EAGP微机总线系统60PCI是一种32位数据的并行总线（可扩展为64位），优点是结构简单、成本低、设计容易。PCI-E是替代PCI的最新的总线。AGP是显卡的专用扩展插槽。61

将来：串行总线肯定会逐渐取代并行总线原因：并行总线高频率的条件下容易出错串行总线：RS232、PS/2、USB、SATA等

速度串行总线与并行总线62

各种接口

USB接口：

USB1.1最高传输速率可达12Mbps很少见到

USB2.0传输速率可达480Mbps普遍IEEE1394：支持的设备有DV、移动硬盘、音响设备可以达到400Mbps，将来会800Mbps，1Gbps，1.6GbpsPS/2接口串行口并行口接口63

基本输入和输出设备键盘、鼠标、触摸屏、显示器、打印机

新型数码设备数码相机、数码摄像机、摄像头、投影仪

其它应用广泛的设备：磁卡、IC卡、射频卡等许多卡片的读写设备条形码扫描器指纹识别器等输入和输出设备64连接

①

基本输入设备PS/2（紫色）口键盘

USB口“蓝牙”技术无线键盘PS/2（绿色）口鼠标

USB口“蓝牙”技术无线鼠标连接

鼠标

机械式的

光电式的

光电鼠标更精确、耐用、容易维护

控制鼠标指针：轨迹球和触摸板触摸板轨迹球（笔记本电脑）输入和输出设备65②

基本输出设备CRT性能价格比高，技术成熟分类

LCD将取代CRT分辨率像素的数量如1024×7681280×1024指标

颜色质量每一个像素占用的位数，真彩色是24位刷新频率(CRT)屏幕刷新速度(Hz)

刷新频率越高，闪动就越少

不闪动至少需要75Hz显示器输入和输出设备66②

基本输出设备打印速度每分钟打印页数(ppm)指标

分辨率每英寸的点数(dpi)针色打印机9针、24针等，用于银行、超市分类

喷墨打印机黑白、彩色，打印成本高，小批量打印激光打印机速度最快，可达80ppm以上质量最高，可达1200dpi以上打印机输入和输出设备2.5智能手机硬件系统智能手机可以被看作袖珍的计算机。它有处理器、存储器、输入输出设备（键盘、显示屏、USB接口、耳机接口、摄像头等）及I/O通道。手机通过空中接口协议（例如GSM、CDMA、PHS等）和基站通信，既可以传输语音，也可以传输数据。第三章操作系统OperatingSystem3.1操作系统概述contents目录3.2操作系统的分类3.3操作系统的功能及原理3.4Windows操作系统PART1操作系统概述操作系统的定义操作系统的发展历史操作系统的组成3.1操作系统概述计算机最重要的基础性系统软件从用户的角度从程序员角度从设计人员的角度操作系统体现为其提供的各项服务操作系统主要是指用户登录的界面或者接口操作系统是指各式各样模块和单元之间的联系3.1.1操作系统的定义定义：操作系统（OperatingSystem，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统管理着计算机硬件资源，同时按照应用程序的资源请求，分配资源。编译程序驱动程序……操作系统裸机各种应用程序3.1.2操作系统的发展历史单道批处理多道程序系统没有操作系统，人们通过各种按钮来控制计算机，后来出现了汇编语言，操作人员通过有孔的纸带将程序输入计算机进行编译。作业按照作业说明书的控制要求在监督程序的控制下自动运行，消除了人工干预，而监督程序就是操作系统的雏形。采用允许多个程序同时进入内存并运行的方法。从宏观上看，多个程序处于已经开始运行，尚未结束运行的状态，它们同时运行；从微观上看，在某个时刻，CPU里只有一道程序运行，它们交替执行。手工操作3.1.3操作系统的组成对CPU的使用进行管理的进程调度程序01对内存分配进行管理的内存管理程序02对输入输出设备进行管理的设备管理程序03对外存中信息进行管理的文件系统04一组管理和控制系统资源的程序手工操作最初的计算机没有操作系统，手工操作计算机的过程如下：

1.装卡（建立作业）：安装卡片或纸带，按下控制台按钮装入程序。

2.用“拨开关”的方式控制程序的执行过程。

3.通过“看氖灯”来观察程序的运行情况。

4.卸带取卡（作业衔接）：前一程序运行结束，手工安装下一个作业的卡片。显然，这样的操作过程会带来严重的人机矛盾，即高速的CPU等待缓慢的人工干预，导致机器闲置。也就是高速CPU与低速I/O设备所产生的矛盾。批处理系统单道批处理系统具体的又分为联机和脱机两种不同的工作方式：联机单道批处理系统是由主机直接控制低速外设的输入输出过程脱机单道批处理系统则是由卫星机控制脱离主机运行，控制低速外设的输入输出过程单道批处理系统的特点：批处理（脱机控制）特性，即在作业运行过程中，不允许用户对其进行干预单道性，即处理机中至始至终只有一道用户程序运行输入设备输入设备磁盘外围机（卫星机）外围机（卫星机）磁盘主机（处理机）多道程序系统当一道程序因某种原因（如I/O请求）而暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。操作系统在引入多道程序设计技术后，使得系统具有了“宏观上并行、微观上串行”的特点，一方面充分发挥CPU和外设的并行性，提高了各类资源的利用率，另一方面增加了系统的吞吐量（系统单位时间的计算量）。程序A程序B程序C状态时间tCPU资源I/O资源CPU资源等待等待等待I/O资源CPU资源等待CPU资源等待CPU资源t1t2t3t4t5t6PART2操作系统的分类功能角度划分实时系统主要是指计算机能实时响应外部事件的请求，在规定的时间内处理作业，并控制所有实时设备和实时任务协调一致工作的操作系统。其处理方式是系统管理员将用户的作业组合成一批作业，输入到计算机中形成一个连续的作业流，系统自动依次处理每个作业，再由管量员将作业结果交给对应的用户。是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。借由网络达到互相传递数据与各种消息，分为服务器及客户端。批处理系统网络操作系统分时系统可以实现用户的人机交互需要，多个用户共用一台主机，在一定程度上节约了资源。借助于通信线路将多个终端连接起来，多个用户轮流的占用主机上的一个时间片处理作业。3.2操作系统的分类根据操作系统能支持的用户数和任务来划分单用户单任务3.2操作系统的分类单用户多任务多用户多任务3.2操作系统的分类MicrosoftWindows嵌入式系统MacOSUnix在服务器系统上有很高的使用率运行于苹果Macintosh系列计算机上的操作系统某些功能缩减版本操作系统，广泛应用于智能手机等移动终端设备的操作系统作为个人计算机的主流操作系统，其优异的人机操作性是重要因素Windows操作系统界面友好，窗口制作优美，操作动作易学，多代系统之间有良好的传承，计算机资源管理效率较高，效果较好。因此，本章后续将着重介绍此款操作系统。根据操作系统的应用领域划分LinuxiOSAndroidPART3操作系统的功能及原理处理器管理存储管理文件管理设备管理操作系统的功能及原理为了更加合理的分配计算机的各个资源板块，协调计算机系统的各个组成部分，就需要充分发挥计算机操作系统的职能，对各个资源板块的使用效率和使用程度进行一个最优的调整，使得各个用户的需求都能够得到满足。进程进程作为处理器调度的核心对象，是指一个程序与其数据一起在计算机上执行时所发生的活动。一个程序被加载到内存，系统就创建一个进程，程序执行结束后，进程就消亡了。因此，进程具有动态性，是有生命周期的。同时，进程具有并发性，当一个程序同时被执行多次时，系统就会创建多个进程。3.3.1处理器管理3.3.1处理器管理进程的三种状态及切换就绪状态，进程已获得除处理器外的所需资源，只是在等待分配处理器资源，只要分配了处理器进程就可执行。执行状态就绪状态挂起状态进程调度时间片完I/O请求I/O完成运行状态，进程占用处理器资源，处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。挂起状态，系统由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。进程与程序进程是动态的，程序是静止的。进程包括程序和程序处理的对象（数据集），进程能得到程序处理的结果。进程和程序并非一一对应的，一个程序运行在不同的数据集上就构成了不同的进程。3.3.1处理器管理进程与线程为了提高进程的并发性，引入了线程（Thread）的概念。线程是细化的进程，一个进程可以包含多个线程，此时线程作为处理器调度的基本单位。为各个进程分配内存空间并在进程消亡时回收内存空间结合硬件实现信息的物理地址至逻辑地址的变换保护已占内存空间的作业不被非法访问和破坏提供虚拟存储功能，大大地扩展程序的可运行空间存储分配地址映射存储保护存储扩张存储管理的对象是计算机的内存储器，主要由操作系统中的内存管理模块来完成。内存管理模块对内存的管理是使用一种优化算法对内存管理进行优化处理，以提高内存的利用率3.3.2存储管理3.3.2存储管理虚拟内存每个进程拥有独立的逻辑地址空间，内存被分为大小相等的多个块,称为页(Page)。一部分没有加载到物理内存的内容，存放在磁盘（外存）中，虚拟内存实际上可以比物理内存大。当访问虚拟内存时，如果虚拟内存的页并不存在于物理内存中，会产生缺页中断，然后从磁盘中取得缺的页放入内存，如果内存已满，还会根据某种算法将磁盘中的页换出。01234102磁盘虚拟内存物理内存3.3.3文件管理在现代计算机系统中，用户的程序和数据，操作系统自身的程序和数据，甚至各种输出输入设备，都是以文件形式出现的。重要性文件管理主要涉及文件的逻辑组织和物理组织，目录的结构和管理。逻辑组织是从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构物理组织又称为文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。管理目标操作系统中实现文件统一管理的一组软件、被管理的文件以及为实施文件管理所需要的一些数据结构的总称。从系统角度来看，文件系统是对文件存储器的存储空间进行组织，分配和回收，负责文件的存储，检索，共享和保护。从用户角度来看，文件系统主要是实现"按名取存"，用户只要知道所需文件的文件名，而无需知道这些文件究竟存放在什么地方。文件系统常用的文件操作删除文件创建文件读文件须在相应系统调用中给出文件名和应读入的内存目标地址。此时，系统要查找目录，找到指定目录项，再利用目录中的读指针进行读操作。系统首先要为新文件分配必要的外存空间，并在文件系统的目录中，为之建立一个目录项，目录项中应该记录新文件的文件名及其在外存的地址等属性。在删除文件时，系统应先从目录中找到要删除文件的目录项，使之成为空项，然后回收该文件所占用的存储空间。写文件须在相应系统调用中给出文件名和应写入的内存目标地址。此时，系统要查找目录，找到指定目录项，再利用目录中的写指针进行写操作。设备管理缓冲管理设备分配设备处理为达到缓解CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，达到提高CPU和I/O设备利用率，提高系统吞吐量的目的，许多操作系统通过设置缓冲区的办法来实现。基本任务是根据用户的I/O请求，为他们分配所需的设备。如果在I/O设备和CPU之间还存在设备控制器和通道，则还需为分配出去的设备分配相应的控制器和通道。设备处理程序又称设备驱动程序。其基本任务是实现CPU和设备控制器之间的通信。3.3.4设备管理设备独立性和虚拟设备磁盘管理应用程序独立于具体使用的物理设备，在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备，而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。由于在访问磁盘中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最少。PART4Windows操作系统Windows的特点友好的人机交互程序和进程管理Windows中的文件外部设备管理安全设置功能Windows操作系统Windows95MicrosoftWindows操作系统是美国微软公司研发的一套操作系统，它问世于1985年，起初仅仅是MS-DOS模拟环境，后续的系统版本由于微软不断的更新升级，不但易用，也成为了当前应用最广泛的操作系统。此外，还有WindowsServer服务器企业级操作系统，以及Windows系统针对手持设备的特点进行了多次调整和优化，先后形成了WindowsCE，WindowsMobile，WindowsPhone等移动版本的系统。Windows2000WindowsXPWindowsVistaWindows7Windows10Windows83.4.1Windows操作系统的特点对硬件支持良好Windows操作系统支持多种硬件平台对于硬件生产厂商宽泛、自由的开发环境，激励了这些硬件公司选择与Windows操作系统相匹配，也激励了Windows操作系统不断完善和改进，同时，硬件技术的提升，也为操作系统功能拓展提供了支撑。支持的应用软件较多由微软公司控制接口和设计，公开标准，因此，有大量商业公司在该操作系统上开发商业软件。Windows操作系统应用软件门类全，功能完善，用户体验性好，客户只需要使用这些基于系统开发出来商业软件就可以享受多媒体带来的快乐。0203人机操作性优异操作系统是人与计算机硬件沟通的平台，没有良好的人机操作性，就难以吸引广大用户使用。Windows操作系统界面友好，窗口制作优美，操作动作易学，多代系统之间有良好的传承，计算机资源管理效率较高，效果较好。013.4.2友好的人机交互控制面板（演示）Windows设置（演示）系统设置剪贴板是系统内存中的一个临时存储区，它可以实现程序和文件之间的信息传递。（演示）截取屏幕上的内容“个性化”可以实现系统中跟显示相关的各种设置（演示）个性化的显示打开“获取帮助”界面可使用Windows系统提供的帮助。（演示）帮助系统演示演示程序管理任务管理器本机已安装应用程序的查看和卸载；“程序和功能”命令链接到控制面板，可启用或关闭Windows系统程序。进程选项卡中可以查看或终止所有在运行的软件和系统功能进程；性能选项卡可以查看当前系统中的各项资源使用情况。3.4.3程序和进程管理3.4.4Windows中的文件Windows目录结构用户在Windows操作系统中创建文件夹（目录），从而将外存空间中所有文件组织成树状目录结构。树根为根文件夹（通常是磁盘分区），树中每个分支节点都是文件夹，叶节点为文件。在Windows10中，可通右键“开始”菜单按钮，选择“文件资源管理器”窗口查看文件及其目录。文件基本操作文件命名文件属性查看文件删除在Windows操作系统中，文件名不区分大小写；不得超过255个英文字符或127个汉字；名称中不能含有？、/

\*<

>|等字符；且同一个文件夹下，不能有两个相同名称的文件或者文件夹。文件的扩展名决定文件的类型。文件除了文件名外，还有文件大小、占用空间、所有者信息等，这些信息称为文件属性。查看和设置文件属性（演示）删除文件通常可以使用键盘上的Del键，文件会被送入回收站，回收站中的文件可以还原；但是，如果删除文件时同时按下Shift+Del键，则文件不经过回收站，被直接被物理删除。文件查找快捷方式如果确切知道需要查找的文件地址，根据文件路径依次打开相应的文件夹，在该子目录中找到对应名称的文件。如果不清楚文件所在位置，则需要利用Windows系统的搜索功能。（演示）快捷方式是指向文件的映射图标，并不是文件本身。因此，删除快捷方式，并不会对文件本身产生实质性的影响；而删除或移动文件，则指向该文件的快捷方式将失效。（演示）3.4.4Windows中的文件支持文件系统NTFS它是windows桌面系统下的标准文件系统，磁盘分区需要选择此格式。NTFS文件系统属于日志类的文件系统，它使用NTFS日志记录数据。在windows10系统中可以管理最大256TB的单个文件大小。它是FAT文件系统的扩展。是微软专门为闪存盘设计的文件系统，用以解决FAT32不支持4GB以上文件系统的问题。ReFS文件系统是专为Windows10ProforWorkstations（工作站）系统打造的。ReFS文件系统是NTFS文件格式的继承者，专注于容错以及大数据运算，自带容错。exFATReFSFAT32很多U盘上都是FAT32格式，它可以支持容量达8TB的卷，但是单个文件大小不能超过4GB。3.2操作系统的分类3.4.5外部设备管理磁盘分区把硬盘划分成几个分区，一方面是便于管理，另一方面可以在不同的分区中安装不同的操作系统。磁盘格式化格式化是为了从逻辑上划分磁道和扇区，并建立文件分配表以便系统按指定的格式存储文件。磁盘碎片整理通过系统软件或者专业的磁盘碎片整理软件对磁盘在长期使用过程中产生的碎片和凌乱文件重新整理，可提高计算机的整体性能和运行速度。磁盘清理计算机使用一段时间后，会产生许多的垃圾文件，删除这些无有的文件，可释放磁盘空间。磁盘管理添加设备磁盘管理管理设备设备管理器加强Windows用户账户认证和访问控制权限控制3.4.6安全设置功能进行Windows系统备份使用WindowsBitLocker进行驱动器加密开启Windows防火墙谢谢各位！第4章数制与信息编码01.

引言contents目录02.数制与转换03.数值编码与运算04.字符编码PART1引言数据和信息数据是反应事物属性的记录，是信息的具体表现形式。数据是信息的载体，信息是有意义的数据。数据经过加工处理后称为信息，而信息需要经过数字化变成数据才能存储和处理。当与人告别时，可以通过文本写“再见”，通过语音说“Byebye”，通过图像表情包来“挥手”……等不同的数据形式来表达相同的信息内容数据：星球出现的位置和时间等信息：星球运动的规律模拟数据和数字数据模拟数据，指取值范围是连续的变量或者数值。数字数据是指转换成离散数字（如：0和1序列）的文本、数字、声音、图像、视频等0×0=01×1=10×1=01×0=0计算机为什么采用二进制编码抗干扰能力强可靠性高技术上容易实现0102运算规则简单通用性强03数据转换数值西文汉字声音、图像、视频十/二进制转换ASCII码输入码/机内码模/数转换数值西文汉字声音、图像、视频二/十进制转换西文字形码汉字字形码数/模转换输入设备输出设备内存各种处理PART2数制与转换非进位计数制非进位计数制是指表示数值大小的数码和它在数值中所处的位置没有任何关系结绳记事罗马计数法I(1)、V(5)、X(10)、

L(50)、C(100)、D(500)、M(1000)相同数字并列时就表示相加不同数字并列时，小数放在大数的右边则作为加数小数放在大数的左边则作为减数进位计数制十进制数的表示，如8852.67的位权展开式进位计数制：在一个数中，同一数码处在不同的位置上表示的数值大小是不相同的8852.67=8×103+8×102+5×101+2×100+6×10-1+7×10-2基数10权数码进位计数制进位制十进制二进制八进制十六进制

基数102816

数码0,1,2,…,90,10,1,2,…,70,1,2,…,9,A,B,…,F位权10i2i8i16i

规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一

角标D（Decimal）B（Binary）O（Octal）H（Hexadecimal）

常用的进位计数制进位计数制R进制数用r个基本符号（0,1,2,…,r-1）表示数码N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mR进制数N展开式可表示为：114七进制数6532.1的位权展开式？6532.1

=6×73+5×72+3×71+2×70+1×7-1非十进制数转换为十进制数二进制位权表示：例如：(1001.01)B=1×23+0×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2

=(9.25)D非十进制数转换为十进制数

r进制转化成十进制展开式表示，即数码乘以各自权的累加和101.11(B)=22+20+2-1+2-2=5.7571(O)=781+180=57(2507.23)O=2×83+5×82+0×81+7×80+2×8-1+3×8-2

=(1347.2969)D101A(H)=1163+1160+10＝4106(2B3F.2)H=2×163+11×162+3×161+15×160+2×16-1=(11071.125)D进制表示符号BbinaryOoctalDdecimalHhexadecimal

十进制数转换为非十进制数2178余数

0.125

整数

289……0低

×2

高

244……1

0.250

222……0

×2

211……0

0.50

25……1

×2

22……1

1.01低

21……0

0……1高

整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。

除基取余，先余为低(位)，后余为高(位)。小数部分：乘以r取整数，整数从左到右排列。乘基取整，先整为高(位)，后整为低(位)例：(178.125)D=(10110010.001)B十进制数转换为非十进制数整数部分：除基取余，先余为低(位)，后余为高(位)。小数部分：乘基取整，先整为高(位)，后整为低(位)例：(139.634)D≈(213.5045)O（精确到4位小数）8139余数

0.634

整数

817……3低

×8

高

82……1

5.0725

0……2高

×8

0.576

0

×8

4.608

4低

×8

4.8645三舍四入

×8

6.9126

二进制、八进制、十六进制数之间的转换

八进制

对应二进制

十六进制对应二进制

十六进制

对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111二进制、十进制、八进制和十六进制转换表二进制、八进制、十六进制数之间的转换二进制转化成八(十六)进制

整数部分：从右向左按三(四)位进行分组小数部分：从左向右按三(四)位进行分组不足补零八（十六）进制转化为二进制一位八进制数对应三位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数PART3数值编码与运算整数在计算机中的表示问题：数值在计算机中二进制形式存放，

则正负符号、小数点如何表示？

10001100

符号位解决符号问题:最高位符号位，“0”表示正，“1”表示负数,其余位为数值位。-12机器数和真值问题：内存中有一个字节的数是10001100，它究竟表示数值-12还是140呢?机器数：把符号“数字化”的数，是数字在计算机中的二进制表示形式。真值：直接用“+”、“-”来表示的二进制数10001100机器数10001100

真值-0001100

有符号数运算

00001000……8的机器数+10000101……-5的机器数

10001101……运算结果为-13计算：设机器字长为8位，求8-5=?问题：若符号位参加运算，结果错；若考虑符号位，则运算变得复杂；怎么解决？引入数的编码（原码、反码和补码）数的编码[+5]原=00000101[+127]原=01111111[-5]原=10000101[-127]原=11111111实质：是对带符号数的不同编码常用：原码、反码、补码正数的符号位用“0”表示，负数的符号位用“1”表示，数值部分是X绝对值的二进制数表示。原码[+5]反=00000101[+127]反=01111111[-5]反=11111010[-127]反=10000000反码补码[+5]

补=00000101[+127]

补=01111111[-5]

补=11111011[-127]

补=10000001正数的反码和原码相同，负数的反码是在其原码的基础上，符号位不变，其余各个位取反。正数的补码和原码、反码相同，即负数的补码由反码加1而得数的编码主要原因1使用补码，可以将符号位和数值位统一处理使用补码，还扩展了数的表示范围在计算机系统中，数值一律用补码来表示。2例：8-5=?例：-1-127=?补码与原码的转换过程几乎是相同的已知：-55的补码为：10111001

原码为？N位有符号整数的取值范围为？？3补码原理1模为122模为256假设时钟的时针处于8点位置，则“8点+7点”(顺时针加7)和“8点减5点”(逆时针减5)是等价的。(8-5)mod256=(8+251)mod256=3。也就是说，在“模为256”的前提下，“减去5”和“加上251”是等价的。模是指计量系统的计数范围。8-5=?解决小数点问题：定点数和浮点数128SS

定点整数

SS小数点无符号位小数点

纯小数

问题：若一个数占1个字节1.有符号数最大值多少？超出该值称为什么?2.无符号数最大值多少？3.若占2个字节的有符号数最大值为多少？定点数:解决小数点问题：定点数和浮点数

当要存放很大或很小的数怎么办？解决的方法浮点数(指数形式)存放解决小数点问题：浮点数130在数学中，一个实数可以用指数形式表示：

N=±d×10±p

例如:1233.14=1.23314×103=12331.4×10-1=…式中:d是尾数，前面的“±”表示数符；

p是阶码，前面的“±”表示阶符。110.011(B)=0.110011×2+3=1.10011×2+2=11001.1×2-2=…同样，任意二进制浮点数的表示形式：

N=±d×2±p规格化数机内存储规格化数=±1.xx…xxx×2±p阶符

阶码数符尾数定点整数定点小数pd1位7位1位23位单精度32位尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围

标准IEEE754，新规定d“隐藏位技术”解决小数点问题：浮点数例:写出十进制数-100.875作为单精度浮点数在计算机中的表示。确定符号位：该数是负数，所以符号位为1。将十进制数转换成二进制数：(100.875)D=(1100100.111)B。规格化数：(1100100.111)B=(1.100100111×26)。阶码：(6+127)D=(133)D=(10000101)B。存储尾数：舍弃规格化数小数点前的“1”，尾数共23位，为10010011100000000000000。1位8位23位11000010110010011100000000000000符号位阶码尾数二进制数的算术运算和逻辑运算问题：最初的运算器只有加法器，

如何实现：－、×、÷四则运算？减法：加一个负数乘法：加法和移位除法：减法和移位例：设机器字长为8位，已知X=+10011，Y=-01011，分别求X+Y和X-Y的值。

00010011

+11110101 100001000

溢出位(舍弃) [X+Y]补=[X]补+[Y]补=00010011+11110101

00010011

+00001011

00011110

[X-Y]补=[X]补+[-Y]补=00010011+00001011二进制数的算术运算和逻辑运算例：设机器字长为8位，已知X=+1010000，Y=+1011010，求X+Y的值。

01010000+01011010

10101010两个正数相加得到了一个负数,原因是？[X+Y]补=[X]补+[Y]补=01010000+01011010逻辑运算

L＝L＝A×BL＝A＋B逻辑数据的表示：

二进制0/1逻辑代表真/假，对/错，是/非逻辑非(反)逻辑与（乘）逻辑或（加）逻辑运算AF=Ā0110逻辑非的真值表逻辑与的真值表逻辑或的真值表ABF=A×B000010100111ABF=A+B000011101111逻辑异或的真值表ABF=A+B000011101111如何判断X=10110001B的最低位是否为1？如何比较两个数是否相同？PART4字符编码西文字符编码中文字符编码Unicode字符集编码条码我校学生用9位编码，原因？

学号的含义？什么是编码？用一定位数的数字或代码唯一地表示某些信息举例你常用到那些编码？邮政、电话、身份证等西文字符：ACSII码

(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)

用7位二进制编码，最高位00~127共可表示128个字符‘A’～‘Z’26‘a’～’z’26‘0’～’9’10

其他键盘字符、控制键<=128为什么用7位？0～32、127为非图形字符，其余94个图形字符EBCDIC扩展二十进制编码8位常用字符和规律用7位二进制编码，最高位0换行0AH 10

回车0DH 13

空格20H 32‘0’～‘9’30H～39H48～57‘A’～‘Z’41H～5AH65～90‘a’～‘z’61H～7AH97～122例如：“a”字符的编码为01100001，对应的十进制数是97；问题：存放了0110001计算机怎么知道是字符还是数值？扩展ASCII码用8位二进制编码，最高位1第0~127号字符和标准ASCII码相同，128~255号字符各厂商制定了不同的规范，其中，最广泛使用的ISO8859字符集，其包含了十多套字符集与编码系统。例如：ISO8859-1字符集，也称为拉丁-1字符集(Latin-1CharacterSet)增加的字符主要包括带重音符号(用于法文)和带变音符(用于德文)的拉丁字母以及制表符；汉字编码(1)输入码 音码类：全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类：五笔字型法、郑码输入法、表形码等。输入码“zi”国标码5756H机内码D7D6H汉字字形码“han”输入设备输入“字”输出设备输出“字”汉字编码(2)国标码(GB2312－80)国家标准局颁布的《信息交换用汉字编码字符集"基本集》代号为GB2312-80）规定的汉字交换码作为国家标准汉字编码。每个汉字占两个字节，为什么？最高位0，27×27=16129输入码“zi”国标码5756H机内码D7D6H汉字字形码“han”输入设备输入“字”输出设备输出“字”汉字编码(2)国标码(GB2312－80)有7445个字符符号:汉字符号6763个,非汉字符号682个一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。输入码“zi”国标码5756H机内码D7D6H汉字字形码“han”输入设备输入“字”输出设备输出“字”汉字编码(2)区位码汉字94×94的矩阵（ASCII码94个图形字符）即94个区和94个位，由区号和位号构成汉字的区位码

。输入码“zi”国标码5756H机内码D7D6H汉字字形码“han”输入设备输入“字”输出设备输出“字”“字”位于55区54位，所以，“字”的区位码为5554(3736H)。汉字编码汉字的国标码与区位码的关系：每个汉字的区号和位号各加32(20H)就构成了国标码加32的原因：为了与ASCII码兼容，每个字节值大于32（0～32为非图形字符码值）输入码“zi”国标码5756H机内码D7D6H汉字字形码“han”输入设备输入“字”输出设备输出“字”(3)机内码内存中有两个字节分别为57H和56H，那它到底是代表一个中文“字”还是两个西文字符“W”和“V”呢?汉字机内码，简称“内码”，指计算机内部存储、处理和传输汉字时所用的编码。ASCII01010111010101105756H

WV

“字”的国标码01010111010101105756H

字+8080H“字”的机内码1101011111010110D7D6HASCII码、国标码和机内码的关系(为了在计算机内部能够区分是汉字编码还是ASCII码，将国标码每个字节最高位设置为1(80H10000000B)，转换为机内码点阵：汉字字形点阵的代码有16×16、24×24、32×32、48×48等编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差思考：24×24点阵一个汉字占多少字节？矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反(4)汉字字形码Unicode字符集编码国际标准，统一地表示世界上的主要文字。

1.Unicode编码方式每个字符占用2个字节，最多可表示216(65536)个字符

2.Unicode的实现方式(UTFUnicodeTranslationFormat)分为三种转换格式：

UTF-8：以8位序列来编码的，用一个或几个字节来表示一个字符。与ASCII码兼容。

UTF-16：两个字节或称16位编码

UTF-32：四个字节或称32位编码UTF-8编码格式UCS-4第一字节第二字节第三字节第四字节0X00000000~0X0000007F0xxxxxxx

0X00000080~0X000007FF110xxxxx10xxxxxx

0X00000800~0X0000FFFF1110xxxx10xxxxxx10xxxxxx

0X00010000~0X0010FFFF11110xxx10xxxxxx10xxxxxx10xxxxxx11101001011100010101101“中”的UTF-8编码条码在日常生活中的应用宽度调节法是指条码中的条和空由宽窄两种单元组成的编码方法模块组配编码法中条形码的条和空由标准宽度的模块组成。一个模块宽度的“条”表示二进制“1”，一个模块宽度的“空”表示二进制“0”窄单元(无论条和空)表示逻辑值“0”，宽单元(无论条和空)表示逻辑值“1”，宽单元是窄单元的2~3倍。1.一维条形码条形码是将宽度不等的多个黑条(简称条)和白条(简称空)按照一定的编码规则组合起来的图案，用以表达一组信息的图形标识符。一维条码可以分为两种体系第一种是国际通用的EAN商品条形码体系，包括商品条形码(EAN-13码、EAN-8码)、储运条形码(DUN-14码与DUN-16码)、EAN128码等。第二种是企业内部管理使用的条形码，包括ITF交叉二五码、Code39码、Codebar(库德巴条码)、Code128码等。EAN-13条码中间分隔符左边的字符按左手编码标准，右边的字符按右手编码标准中间分隔符固定编码“01010”

起始符，编码固定为“101”,表示条码开始位置终止符，编码固定为“101”,表示条码结束位置条形码是如何实现纠错功能的?如果条码扫反了，条码器能够自动识别吗?条码在日常生活中的应用二维码可以分为两类：①堆叠式/行排式二维条码，又称堆积式二维条码或层排式二维条码，其编码原理是建立在一维条码基础之上，按需要堆积成二行或多行。如：Code16K、Code49、PDF417等。②矩阵式二维码又称棋盘式二维条码，它在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“0”。如：QRCode、汉信码、MaxiCode、DataMatrix和AztecCode等。2. 二维码二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的。几种常用的二维码QR二维码项目一项目二项目三QR码可以分为两个部分：功能图形(包括①②③④)，功能图形起到定位和校正图形的作用编码区域(包括⑤⑥⑦)，而编码区域记录了具体的数据信息、纠错信息和版本信息。QR二维码结构示意图①为位置探测图形：每个位置探测图形由7×7的“回”字型模块组成，使得无论从哪个方向扫描二维码都会自动校正为正确方向②为分隔符：区分位置探测图形和编码数据区③为校正图形：一个5×5模块，用来作为固定的参照图形，在图像有一定程度污损的情况下，扫码器可以通过它同步图像模块的坐标映像。④为定位图形：辅助