南京大学《大学计算机基础》课件-第1章计算机系统概论

汇报人：郑老师2023-12-31南京大学《大学计算机基础》课件-第1章计算机系统概论目录计算机的发展历程计算机的组成结构计算机的工作原理操作系统概述操作系统的功能目录常见的操作系统数据表示与数据压缩数据存储与文件系统数据处理与数据库系统01计算机的发展历程03代表性的机械计算机有帕斯卡加法器、莱布尼茨乘法器和英国“差分机”。01机械计算机时代始于17世纪，当时使用齿轮等机械部件制造计算装置。02这一时期的计算机主要用于解决复杂的数学问题，如航海和天文学计算。机械计算机时代这一时期的计算机采用电子管作为主要计算元件，体积庞大、耗能高、可靠性差。电子计算机时代经历了从真空管到晶体管的过渡，主要用于军事、科研和数据处理等领域。电子计算机时代始于20世纪初，标志性事件是ENIAC的诞生。电子计算机时代微型计算机时代始于20世纪70年代初，标志性产品是AppleI和IBMPC的发布。这一时期的计算机采用集成电路作为计算元件，体积小、耗能低、可靠性高。微型计算机广泛应用于商业、家庭和教育等领域，成为信息时代的代表。微型计算机时代网络计算机时代始于20世纪90年代初，标志性事件是互联网的普及。这一时期的计算机通过网络连接，实现资源共享和信息交流。网络计算机时代推动了电子商务、社交媒体和云计算等新兴领域的发展，深刻改变了人们的生活和工作方式。网络计算机时代02计算机的组成结构中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。CPU的性能指标包括主频、核心数、缓存大小等，主频越高、核心数越多，CPU的处理能力越强。CPU由运算器和控制器组成，运算器负责进行算术和逻辑运算，控制器负责协调各个部件的工作。CPU的制造工艺和设计架构也会影响其性能，先进的制造工艺和优秀的架构能够提高CPU的执行效率和能效。中央处理器存储器是计算机中用于存储数据和程序的部件。主存储器（RAM）是计算机断电后数据丢失的存储器，用于存放运行中的程序和数据。存储器按照存储速度和访问方式，存储器可以分为高速缓冲存储器（Cache）、主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、光盘等）。辅助存储器（硬盘、光盘等）是计算机永久性数据存储的介质，可以长期保存数据，即使断电也不会丢失。输入输出设备01输入输出设备是计算机中用于输入和输出数据的部件。02常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、摄像头等，用于将用户输入的数据传输给计算机。03常见的输出设备包括显示器、打印机、音响等，用于将计算机处理后的数据输出给用户。04输入输出设备的性能和特点也会影响计算机的整体性能和使用体验，例如显示器的分辨率和刷新率、打印机的打印质量和速度等。03计算机的工作原理123二进制数是计算机内部信息的表示方式，由0和1组成。二进制数的定义二进制数的运算包括加法、减法、乘法和除法，其运算规则与十进制数不同。二进制数的运算将十进制数转换为二进制数需要进行除2取余操作，将二进制数转换为十进制数需要进行按权展开操作。二进制数的转换二进制数的概念指令的定义指令是计算机执行操作的命令，由操作码和操作数组成。程序的定义程序是一系列指令的有序集合，用于完成特定的任务。指令的执行过程指令被计算机读取后，经过取指令、解码、执行和写回等步骤完成指令的执行。指令和程序运算器的组成运算器由算术逻辑单元、累加器、寄存器等组成，其中算术逻辑单元是运算器的核心部件。运算过程的特点计算机的运算过程具有高速、精确、自动化等特点，能够快速处理大量的数据和信息。运算器的功能运算器是计算机中用于进行算术运算和逻辑运算的部件，主要完成二进制数的加、减、乘、除等运算。计算机的运算过程04操作系统概述操作系统定义操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理和控制计算机硬件和软件资源，为用户和应用程序提供便利的接口。操作系统的主要功能包括资源管理、系统监控、用户界面等。适用于大规模数据处理，将作业放入队列中等待处理。批处理操作系统允许多个用户同时与系统交互，按时间片分配系统资源。分时操作系统适用于需要快速响应的控制系统，具有高度可靠性和实时性。实时操作系统操作系统分类操作系统能够同时处理多个任务或事件。并发性系统资源被多个进程共享，通过资源管理和调度实现公平合理的使用。共享性通过技术手段将物理实体或资源转换为逻辑上的表示或模拟。虚拟性操作系统需要具备稳定性和可靠性，确保系统的正常运行和数据的完整性。稳定性操作系统的基本特征05操作系统的功能操作系统定义操作系统是计算机系统中最重要的系统软件，负责管理计算机系统的硬件和软件资源，为用户提供便利的操作界面和开发环境。操作系统功能操作系统的主要功能包括资源管理、系统监控、用户界面和系统安全等方面。操作系统分类根据不同的分类标准，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系统等。操作系统概述操作系统负责进程的创建、调度和终止等操作，实现多任务并发执行和资源共享。进程管理内存管理文件管理设备管理操作系统负责内存的分配、回收和保护等操作，确保程序的正常运行和数据的安全性。操作系统提供文件存储、检索和管理等功能，方便用户对数据进行存储和使用。操作系统负责设备的驱动、分配和调度等操作，实现设备的正常工作和高效利用。操作系统的功能06常见的操作系统操作系统功能操作系统具有进程管理、内存管理、文件管理和设备管理等功能，确保计算机系统的稳定、高效运行。操作系统分类根据使用场景和功能，操作系统可分为桌面操作系统、服务器操作系统、移动操作系统等。操作系统定义操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机交互的接口。操作系统概述由微软公司开发的桌面操作系统，广泛应用于个人电脑和移动设备。Windows苹果公司开发的桌面操作系统，主要用于苹果电脑。macOS开源的桌面操作系统，具有高度的可定制性和灵活性。Linux常见的桌面操作系统WindowsServer微软公司开发的服务器操作系统，提供企业级应用和服务的支持。Unix/Linux传统的服务器操作系统，具有高可靠性和稳定性。LinuxServer开源的服务器操作系统，广泛应用于Web服务器、数据库服务器等领域。常见的服务器操作系统由谷歌公司开发的移动操作系统，广泛应用于智能手机和平板电脑。Android苹果公司开发的移动操作系统，主要用于苹果公司的iPhone、iPad等设备。iOS常见的移动操作系统07数据表示与数据压缩多媒体数据表示计算机内部使用不同的编码方式来表示图像、音频和视频等多媒体数据，例如JPEG、MP3和MPEG等。二进制表示法计算机内部采用二进制数制，因为二进制只有0和1两种状态，适合逻辑运算，易于物理实现且抗干扰能力强。数值数据表示计算机内部使用二进制补码表示法来表示整数，最高位为符号位，正数为0，负数为1。字符数据表示计算机内部采用ASCII码来表示字符，每个字符用一个字节表示，最高位为0。数据表示输入标题有损压缩无损压缩数据压缩无损压缩算法能够完全恢复原始数据，不会产生任何损失。常见的无损压缩算法有Huffman编码、LZ77和LZ78等。字典编码算法利用数据中重复出现的模式进行压缩，常见的字典编码算法有LZW和BWT等。最佳编码算法能够实现数据压缩的最佳效果，但计算复杂度较高。常见的最佳编码算法有霍夫曼编码和算术编码等。有损压缩算法会对数据进行一定程度的失真或简化，以换取更高的压缩比。常见的有损压缩算法有JPEG和MPEG等。字典编码最佳编码08数据存储与文件系统存储介质硬盘、SSD、U盘、光盘等，每种存储介质有其特点和适用场景。存储容量随着技术的发展，存储容量越来越大，满足用户对大量数据的存储需求。数据安全数据加密、备份、恢复等手段确保数据的安全性。存储技术RAID、快照、镜像等技术提高数据存储的可靠性和性能。数据存储文件管理方式目录结构、文件路径、文件名等，方便用户查找和管理文件。文件权限对文件的读、写、执行等操作进行权限控制，保护文件的安全。文件类型文本、图片、音频、视频等不同类型文件，满足用户多样化的需求。文件压缩与解压减小文件体积，节省存储空间，提高传输效率。文件系统09数据处理与数据库系统数据收集通过各种方式获取原始数据，如调查、观察、实验等。数据清洗对收集到的数据进行预处理，如去除重复、异常值，进行数据转换等。数据存储将处理后的数据存储在数据库或其他存储介质中，以便后续分析和处理。数据检索根据需要从数据库中检索数据，进行数据查询和提取。数据处理A