大学计算机基础-北航计算机学院教学试验中心-北京航空航天大学

大学计算机基础

―.二一■一~~—

教学课件

北京航空航天大学

1

第2章计算机系统

2.1计算机硬件系统

2.2计算机软件系统

2.3操作系统

2.4Windows7操作系统

4学时

本章重点

■人与计算机的关系

■硬件系统工作原理

■软件系统重要概念

■操作系统的功能

2.1计算机硬件系统

♦2.1.1运算器

♦2.1.2控制器

♦2.1.3存储器

♦2.1.4输入设备

♦2.1.5输出设备

♦2.1.6硬件连接

4

计算机硬件系统

■什么是计算机？

计算机是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处

理和计算，并输出结果信息的机器系统。

■计算机由哪几部分组成？

计算机是由硬件和软件两部分组成。硬件是实体，软件是灵

魂。

■计算机和人有何种关系？

计算机是人造自动机。人类发明计算机的初衷是处理数学运

算。

计算机和人

■计算机和人息息相关

计算机的很多设计原理和工作流程都是观察、仿照和模拟人

类活动而抽象获得的。

人是总存

针算的7

计算机部件人类器官

输入设备眼睛

运算器大脑

控制器大脑

存储器大脑

6

输出设备口、手

计算机硬件系统

■冯•诺依曼体系结构

＞控制流

,数据流

7

2.1.1运算器

■运算器一一决定计算机是否聪明

运算器又称算术逻辑部件（ArithmeticandLogicUnit,

ALU）,主要用于算术运算和逻辑运算。

＞内部结构：ALU、寄存器、控制电路

»执行操作：算术运算（+-X+）、逻辑运算（与或非）、

移位操作（左移、右移）

A性能指标：字长和运算速度。

数据总线

ALU

j寄存器Al|寄存器B

8

运算器的结构示意图

2.1.2控制器

■控制器一一指挥计算机有序工作

控制器指挥和协调计算机各部件有条不紊的工作。

＞内部结构：指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、操

作控制器(0C)和程序计数器(PC)o

辐……辐

控制信号

控制器的结构简图

9

控制器

A机器指令：按照一定格式构成的二进制代码串。

操作码源操作数（或地址）目的操作数地址

＞执行过程:

10

计算1+2=?

控制器

add输

输

出

入

01存储器设

设

程序和数据11备

备1011

01

1011

01

+10

11

2.1.3存储器

■存储器一一帮助计算机记忆信息

存储器是存取程序和数据的部件。

＞类型划分：依据CPU是否可以直接访存将存储器划

分为内存和外存。

随机存储器

］只读存储器

_______)Z________________________，

高速缓冲存储器

硬盘

7

■11光*盘周1

_______)___________________•

快速闪存

存储器一内存

(1)内存

内存可以被CPU直接访问。内存容量小、速度快、掉电后

RAM信息全部消失。

随机存储器可读可写，掉电消失。

只读存储器只读不写,掉电不失。

高速缓冲存

速度快于内存，容量小于内存。

13

存储器一RAM

■随机存储器RAM

通常所说的计算机内存就是指RAM。

＞内部结构：存储器由若干存储单元构成；每个存储单元

由若干（一般是8个）存储元组成。

0x000001存储元存储元存储兀存储元存储元存储兀存储元存储兀内存单元1

0x000002内存单元2

・・・・・・

OxOOOOOn内存单元n

存储器内部结构图

14

RAM的外部结构与性能指标

A外部结构：地址寄存器、地址译码器、读写控制电路

地

地

址

址

寄

地址总线、译

存

码

器

器

读/写命

t读/写控制电路

内存储器的结构简图

»性能指标：存储容量和存取速度

1KB=1O24B1MB=1O24KB

1GB=1O24MB1TB=1O24GB

15

其他类型内存

■只读存储器ROM

ROM中存放计算机系统管理程序，是由厂家固化的，用户无

法修改，掉电后信息不丢失。

■高速缓冲存储器Cache

Cache是为了解决CPU和RAM速度不匹配而设计的。它产生的

理论依据是局部性原理（时间局部性和空间局部性）。

16

存储器一外存

(2)外存

外存必须通过接口才能与CPU互访。外存容量大、速度慢、

掉电后信息不丢失。

硬盘利用磁粒子极性记录数据

光盘利用激光照射技术记录数据

利用新型EEPROM记录数据

17

外存一硬盘

■硬盘

硬盘是主要的外存设备。

＞内部结构：硬盘是由磁盘片、读写控制电路和驱动机构

组成。

空气过滤片

磁盘片

主轴-

磁头

磁头转动装置

磁头臂

磁盘控制电源接口

SCSI接白，电缆的另一端

连接到主板的SCSI接口18

硬盘的工作原理和性能指标

＞工作原理：根据电磁学原理，使得磁性材料被磁化时具

有两种极性来记录二进制信息O

A性能指标：容量和转速

扇区

硬盘容量=磁头数（H）X柱面数（C）义磁道扇区数（S）X

每扇区字节数（B）

<]

硬盘的选购和保养

如何选购硬盘?如何保养硬盘?

3

“四防一清理”

防灰尘

防震动

防高温

防潮湿

及时清理碎片

20

存储器一光盘

IVii

gl

Illi

＞工作原理：通过激光照射染料层呈现结晶和非结晶两种

状态记录二进制信息。

A类型划分：只读型和可记录型。

种类典型原理

只读型CD-ROM,结晶和非结晶间不能互换

DVD-ROM

可记录型CD-R,CD-RW结晶和非结晶间可以互换

DVD-R,DVD-RW

＞性能指标：容量和倍速，一倍速率二150KB/秒。

21

存储器一快速闪存

■快速闪存

Flash是一种非易失型半导体存储器，即掉电后信息不丢失

且存取速度快，采用USB接口，支持热插拔。

最新指标

•USB3.0接口

•4.8Gb传输率

•128G容量

22

存储器系统

■存储器系统两大层次

•Cache—主存：解决CPU和

,寄存器主存速度不匹配问题

一级高速缓看\CPU内部•主存一辅存：解决存储器

•»系统容量问题

/二级高速缓存

CPU外部

/主存储器

/辅存（软盘、硬盘、光盘）)

内存储器外存储器

访问速度快访问速度慢

信息暂时性信息永久性

23

相对价格高相对价格低

2J.4输入设备

■输入/输出设备一一感知现实世界

输入/输出设备是计算机与外部世界进行信息交换的中介,

是人与计算机联系的桥梁。

＞输入设备：将信息输入计算机

＞输出设备：将结果反馈给人

••I....♦-■*,；：：（

计算机s>iosnf==>外设:

24

典型的输入设备

脚踏鼠标手触输入语音识别

姿态25

传感

2J.5输出设备

多屏幕显示器全息投影

26

2.1.6硬件连接

IAS计算机的结构基于总线结构的计算机的示意图

27

<]

硬件连接一总线

■总线

总线是一组连接各个部件的公共通信线。

总线种类定义传输内容特点

数据总线一组用来在存储器、运算器、控制数据信号双向总线

器和I/O部件之间传输数据信号的

公共通路。

地址总线一组CPU向主存储器和I/O接口传地址信号单向总线

送地址信息的公共通路。

控制总线一组用来在存储器、运算器、控制控制信号双向总线

器和I/O部件之间传输控制信号的

公共通路。

28

2.2计算机软件系统

♦2.2.1软件概念

♦2.2.2软件分类

29

2.2.1软件概念

■计算机软件

计算机软件是为运行、管理和维护计算机而编制的

各种指令、程序和文档的总称。

30

软件概念

■基本概念

A程序

程序是按照一定顺序执行的、能够完成某一任务的指

令集合。

解决问题数据的组

的方法织形式

31

软件概念

竞鼠“乘坐火车©家透群景短路役”的但务。假微

嗡口〜么共5个车站，起点，。辂点，，错求也从起点刻辂点

的獴短路接。

靠一步，模型抽象:

确定利用图论中最短路径算法检索结果

第二步，算法分析：确定利用一维和二维数组结构存储图中信息

第三步，程序编写：编写程序令计算机执行

源点中间顶点终点路径长度

04100

01,2470

01,3490

03,2460

32

程序设计语言

＞程序设计语言

程序设计语言是由单词、语句、函数和程序文件等组成。

程序设计语言是软件的基础和组成。

rC需级语者

最接近人类语言

汇编指令■/容易使用

A

机器指令使用助记符，易于移植

直接用二进制,较易掌握♦需要翻译

效率较低

,无需翻译♦需要翻译♦

/效率高♦通用性差

♦使用繁琐33

程序设计语言类型

计算“1+2=?”的三种程序设计语言

执行

顺序机器语言汇编语言语句含义高级语言语句含义

定义整型

10110000将1传送至AL寄

1MOVAL,1Inta=1;变量a,并

00000001存器

赋值为1

定整型

10110010将2传送至BL寄变含Xb,并

200000010MOVBL,2存器Intb=2;

赋值为2

将寄存器BL的内

定义整型

10001010容与寄存器AL的

3ADDAL,BLIntc=a+b;变量C,并

11011000内容相加，结果

赋值为a+b

保存在AL中

将寄存器AL中的

10100010内容传送到内存

400000110MOV[06H],AL

00000000地址为06H的存

储单元中

511110100HLT停止操作

34

222软件分类

软件分类操作系统

程序设计语言

系

统

软语言处理程序

件

数据库管理程序

软

件系统辅助处理程序

系

统

办公软件套件

应

用

软多媒体处理软件

件

Internet工具软件

35

2.3操作系统

♦2.3.1操作系统的概念

♦2.3.2操作系统的功能

♦2.3.3操作系统的发展

♦2.3.4典型操作系统

36

2.3.1操作系统的概念

■操作系统一一赋予计算机生命ffc1

操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、

硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信

息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作

环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动

操作系统的概念

OperatingSystem直译为掌控整个局势的一种系统。

硬件系统的第一次扩充

系统软件管理各种软

硬件资源

提供简单易用人机的通讯

的工作界面桥梁38

2.3.2操作系统的功能

为什么要使用操作系统?

(1)他是神奇的魔幻家

操作系统的功能

(2)他是优秀的管理者

内存管理■底1整一CPU管理

3礴设■零…

操作系统

外设管理IO管理

40

操作系统的功能

程序设计语言

人编写高级语言程序

编译器和汇编器

机器语言程序

操作系统（加载器、文件、内可

计算机执行进程

操作系统（CPU调度、进程管理］

CPU上执行

操作系统（文件、输入输出）

41

结果

操作系统一进程

»操作系统中的重要概念

(1)进程

进程是指进行中的程序。它是程序的一次执行过程,

是系统调度和资源分配的独立单位。

一小桂再

后就变我进福,42

操作系统一进程

为什么要使用进程？

——为了让多个程序同时加载到计算机中，能够并发执行。

用户独占、

43

操作系统一线程

(2)线程

线程是细化了的进程，是CPU调度和分配的基本单位。

代码数据文件

线程资源

线程

钱程共隶属迷德

的各种/

44

操作系统一线程

为什么要使用线程？

是为了提高系统并发性，二是进程存在缺陷。

进程线程

系统开销小系统开销大

占用资源少占用资源多

并发条件低并发条件高

45

线程和进程的关系

线程和进程的关系是什么？

/线程共享进程的公共资源

/线程必须依赖于进程

/线程间可以并发执行

/一个进程］:少有一个线程,也可有多个线程

㊀

场景描述

进程：整条马路线

线程：白色虚线分

割的各车道

46

内核态和用户态

(3)内核态和用户态

操作系统分为内核态和用户态。

内核态：拥有计算机中所有的软硬件资源。

用户态：访问的资源的数量和权限均受到限制。

47

2.3.3操作系统的发展

＞操作系统的发展

人工简单批多道批分时操实时操网络操

操作处理处理作系统作系统作系统\

箱

箱

照

箱

2OI2OI2O12OI2OI箱2OI

4O5O6O.7O7O7O

48

操作系统的发展

产生解决

种类特点优点缺点

时间方法

世

人工20用户操作•用户负责计算机调度•人机速度差弁自殊，应用

纪一切•用户负责作业编排顺序无法调和监控程

年40

操作代

应

单

世

简用

监控程序•监控程序负责完成作业・CPU被一道作业独占,

道

20多

纪

处技

批帮你做事调入、启动运行、输出结利用效率极低

50术

代

理果等工作。•用户无法控制程序

年•用户不直接和计算机打

交道。

世

道

多20多个作业•宏观并行：内存同时驻•无人机父互能力应用时

纪

处

批

年60和平共存留多道作业，并发执行。•作业周转时间长分切换

代

理•微观串行：各独立作业技术

在CPU上交叉运行。

49

操作系统的发展

产生解决

种类特点优点缺点

时间方法

分时20世多个终端•多路调制性：多个终端・可靠性不图应用时

操作纪70有序竞争连接一台主机，分时共学•及时性不强序可测

系统年代主机资源。技术

•独占性：各终端用户在

感觉上独占主机。

•交互性：用户可与主机

会话0

实时20世规定时间•及时响应•系统开销大应用网

操作纪70内必须完­局可靠络技术

系统年代成指定任•高安全

务

网络20世多台计算•具备并行处理能力•依赖网络质量

操作纪70机分布式•提供多种网络服务

系统年代完成复杂

工作50

2.3.4典型操作系统

操作系统诞生于20世纪60年代，出现在IBM704大型机上。微

开天辟地型计算机的操作系统则诞生于20世纪70年代一CP/M。它能够

进行文件管理，具有磁盘驱动装置，可控制磁盘的I/O,显示

器的显示以及打印的输出。

DOS是美国微软公司于1981年为IBMPC开发的磁盘操作系统。

早期霸主DOS全称是DiskOperationSystem,它采用命令行形式，靠

输入命令来进行人机对话，并通过命令的形式把指令传给计

算机。

Windows是美国微软公司于1985年推出的基于图形用户界面

当代大亨的操作系统。因其生动形象的用户界面，简单方便的操作方

法，吸引着成千上万的用户，成为目前装机普及率最高的一

种操作系统。最新的版本是Windows7。

典型操作系统

UNIX是贝尔实验室于1969年开发的多用户操作系统，最早用

天皇巨星在PDP-7和PDP-11小型机。UNIX结构简练、功能强，可移植

性和兼容性都比较好，因而它被认为是开放系统的代表。

Linux星由芬兰赫尔辛基大学学生LinusTorvolds于1991年

B.—.

编目的，是7H一种自由和开放源码的类Uni飞操"一一一'可

可爱企鹅以通过Internet免费狄敢Linux源彳隹马，)

改和添加新功能。目蛇世界上运算最模

运行的露是Linux操作系统。

MacOS是苹果公司设计3访1专用于Macintosh等苹果机的

噪作系统。Mac基于Unix彩编写，是「首个在商一业领域成功的

天使化身窗形用户界面操作家铳。’它具有较强的图形处理能“,科

用于桌面出版和多媒体应用等领域，但通常无法在普通计算

+n

匕安装。目前最新版本为MACOSX(OS10)o

2.4Windows7操作系统

♦2.4.1操作和设置Windows7

♦2.4.2软件和硬件管理

♦2.4.3Windows7网络配置与应用

♦2.4.4系统维护与优化

53

2.4.1操作和设置Windows7

■Windows7操作系统——王者归来

Windows7操作系统继承了部分Vista特性，在加强安全性

、稳定性的同时，重新对性能组件进行了完善和优化，部分

功能、操作方式也回归质朴，特别是实现了上千处新增功能

和技术创新，使得Windows7成为微软产品的巅峰之作。

•硬件植健需求降假

哈Window・!《感计算机发展我势

•，视中❷市场

54

Windows7—桌面设计

＞桌面设计一一张扬个性

Window7通过WindowsAero和DWM等技术的应用，使桌面

呈现出一种半透明的3D效果

（1）桌面外观设置

右击桌面-〉【个性化】命令-〉

选择所需Aero主题

55

【个性化】设置面板

Windows7—桌面设计

（2）桌面背景设」

【个性化】设置面板->

【桌面背景】图标-》选择

所需系统图片

自定义桌面背景

56

Windows7—桌面设计

（3）桌面小工具使用

【选项】选择【样

式】按钮

按钮

设置时钟小工具属性

①右击桌面-〉【小工具】命令->直接拖拽至桌面即可

②鼠标悬停在小工具上-》单击【选项】按钮->设置各种

属性

57

Windows7—资源管理器

＞资源管理器一一全新亮相

资源管理器是Windows系统提供的资源管理工具，它提供

树形文件系统结构，能够让使用者更清楚地认识计算机

中的文件和文件夹。Windows7的资源管理器以新界面、

新功能带给用户新体验。

Windows7—费源管理器

.地址栏：Windows7资源管理器默认地址栏使用“级联按钮”

取代传统的纯文本方式。Windows7的地址栏将不同层级路径

由不同按钮分割，用户通过单击按钮即可实现目录跳转。

.检索栏：Windows7资源管理器将检索功能移植到顶部，方便

用户使用。

•导航窗格：Windows7资源管理器内提供了“收藏夹”、“库

”、“计算机”和“网络”等按钮，用户可以使用这些链接

快速跳转到目的节点。

•详细信息栏：Windows7资源管理器提供更加丰富详细的文件

信息［用户还可以直接在“详细信息栏”中修改文件属性并

添加标记。

59

Windows7—库

（2）库

库是Windows7系统最大的亮点之一，它彻底改变了文件

管理方式，从死板的文件夹方式变为灵活方便的库方式。

库和文件夹有本质区别，库并不是存储文件本身，而仅保

存文件快照（类似于快捷方式）。

右击目标文件-＞选择【包

含到库中】命令-＞选择库

类型

60

添加文件到库

Windows7—检索文件

（3）检索文件

Windows7将检索栏集成到了资源管理器的各种视图中

（窗口右上角），便于查找和定位。

＞文件检索

文件检索

在资源管理器中定位检索范围-＞在检索栏中输入检索关

61

键字-＞匹配记录以高亮显示

Windows7—检索文件

＞检索条件设置

Windows7中利用搜索筛选器可以轻松设置检索条件,

缩小检索范围。

＞计算机＞本地磁＞

添力索辨选器

组织▼共享▼藕容性文件新建文件夹

修改日期：大小:

名称修改日即A

家庭组|=i

pagefile.sys2012/61

hiberfil.sys2012/6/

d计算机

.md2012/2/

他本i崛S(C:)三

autoexec.bat2009/6/

.本地磁盘(D:)

config.sys2009/6/▼

夕本地磁盘(E:)

in

20个对象

文件夹搜索筛选器

在检索栏中直接单击搜索筛选器-〉选择需要设置参数的选项-＞

直接输入恰当条件即可

62

Windows7—检索文件

＞组合检索

除了筛选器外，用户还可以通过运算符（包括空格、AND、

OR、NOT、＞或。组合出任意多的搜索条件，使得检索过

程更加灵活、高效。

AND:表示查找同时包含表达式中各词语的文件，如“大基

AND实验”

OR:表示查找包含表达式中任意一个词语的文件，如“大

基OR实验”

＞或〈:表示查找某个条件大于耍小于某个数值的文件，如“

大小”＞300k%____________

使用美东运算符的助拽索

时，运算符/

Windows7—检索文件

A模糊检索

模糊搜索是使用通配符（*或？）代替一个或多

个位置字符来完成检索操作的方法。

*:代表任意数量的任意字符，如*.jpg。

?：仅代表某一位置上的一个字符（字母或数字），如

windows?,doc。

64

Windows7—查找程序

(4)查找程序

Windows7在【开始】菜单中提供【检索程序和文件】命令

,使得查找程序一键完成。【开始】菜单中的搜索主要用于

对程序、控制面板和Windows7小工具的查找，使用前提是

知道程序全称或名称关键字。

B

®强力卸我电胭上的软件

buaa

MicrosoftWord2010

露

MicrosoftPowerPoint2010

黑罔片

■FTPServer

◎AdobeDreamweaverCS5.5在【检索程序和文件】栏

WindRiverWorkbench3.0

■计宜机

命令提示符中输入检索关键字即可

0控制面板

•VMwareWorkstation

eclipse

默认程序

为

MicrosoftExcel2010

朝骷和支持

煽

CenatekRamDiskNT

>所有程序

65

Windows7搜索程序功能<>

2.4.2软件和硬件管理

■软件和硬件管理

＞软件管理

面对Windows7,用户最关心的问题就是以往使用的应用

程序是否可以继续正常运行。因此，Windows7的兼容性

非常重要。

（1）手动解决兼容性问题

Windows7的系统代码是建立在Vista基础上的，如果安

装和使用的应用程序是针对旧版本Windows开发的，为避

免直接使用出现不