大学计算机基础第3版参考课件-第13讲-TOY计算机模拟

2018/10/8今日目标❑建模和模拟冯氏结构的机器执行指令◆一个名字叫TOY 的计算机❑计算思维的本质是两个“A ”，抽象（Abstract ）和自动化（Automatic ）◆前者对应着建模，后者对应着模拟什么是抽象？⏹艺术中的抽象☐绘画2w1画家的职责不是借助具体形象反映现实,而是以抽象的形象表达科学的真实毕加索《牛》幻灯片 3w1 举几个抽象的例子艺术：抽象画、音乐北京上海地铁图wang, 2011/10/11什么是抽象？⏹艺术中的抽象☐绘画⏹生活中的抽象☐地铁图45The London Underground Map (1928)Harry Beck6The LondonUnderground Map (1928)The LondonUnderground Map (1933)by Harry Beck7北京地铁图8w2幻灯片 9w2 举几个抽象的例子艺术：抽象画、音乐北京上海地铁图wang, 2011/10/11计算机组成结构的抽象（实体抽象）控制器运算器输入设备输出设备存储器计算机组成结构的抽象（实体抽象）14计算的抽象（概念抽象）⏹什么是计算？☐从一个符号串变换成另一个符号串☐Peter J. Denning ：Computation is a sequence of representations .⏹图灵机导致了计算的形式概念什么是模拟？（百度百科）⏹模拟是对真实事物或者过程的虚拟。

☐场景游戏就是对现实世界的虚拟⏹模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。

16今日目标⏹建模和模拟一个名字叫TOY 的计算机☐冯氏结构☐执行指令⏹建模（抽象）已由冯诺依曼完成了⏹下面我们用Python 程序来虚拟实现这台机器的自动化执行指令的过程控制器运算器输入设备输出设备存储器Let’s GO！18☐主存单元（房间）✓大小：一个字节(8bit)(房间大小）☐存储容量（房间数量）☐主存地址：每个主存单元有一个编号（房间号）✓编号从0开始，依次加1✓地址码的长度决定系统支持的最大主存容量内存......00000001 (10110110)⏹哪种数据结构适合用来模拟主存？☐主存↔列表✓1000个元素↔1000个主存单元✓元素编号↔主存地址✓元素类型：整数20mem = [0]*1000mem 用于模拟主存，共1000个主存单元⏹用哪种数据结构来模拟寄存器？☐通用寄存器组（R0,R1……R9）↔列表☐程序计数器↔变量pReg ☐指令计寄存器↔变量iReg ✓类型统一为整型，可根据需要转换21= [0]*1000 mem = [0]*1000reg = [0]*10 pReg = 0iReg = 0mem 用于模拟主存，共1000个主存单元CPU 寄存器24address = int(flds[0])= int(flds[1]) 如何将硬盘程序里指令加载入内存？lin: ‘100031012'try:[‘100', '031012']地址：100指令：031012flds = lin.split()address = int (flds[0])instruc = int (flds[1]) mem[address] = instruc if first:pReg = addressfirst = False except : pass载入一条指令TOY计算机之执行程序请键入以下程序并运行33run('D:sum100.mml')mem def run('D:\\sum100.mml')print(mem[11])= [0]*1000; reg = [0]*10;pReg = 0; iReg = 0printMachineState ():def loadProgram (file):def cycle ():def run (fileName):‘prog1.mml')print(mem[105])教材第142~144页run(‘sum100.mml')print(mem[11])。

大学计算机基础(第3版)（一）引言：大学计算机基础（第3版）是一本系统介绍计算机基础知识的教材。

本文将从五个主要方面对该教材进行概述和阐述：计算机硬件基础、操作系统概述、程序设计基础、数据结构基础和计算机网络基础。

通过这些方面的深入学习，读者可以建立起对计算机基础知识的全面理解。

正文：1. 计算机硬件基础1.1 计算机的基本组成部分：中央处理器、内存、输入输出设备等。

1.2 计算机的工作原理：运算、存储和控制。

1.3 计算机的性能指标：主频、存储容量、带宽等。

1.4 计算机的发展历程：从机械计算机到现代计算机的演变。

1.5 计算机硬件的选购和维护：如何选择适合自己需求的计算机硬件，并保持其正常运行。

2. 操作系统概述2.1 操作系统的定义和作用：控制和管理计算机硬件资源，为用户和应用程序提供服务。

2.2 操作系统的分类：批处理系统、分时系统、实时系统等。

2.3 操作系统的核心功能：进程管理、内存管理、文件管理、设备管理等。

2.4 操作系统的发展历程：从单道批处理系统到分布式操作系统的演变。

2.5 常见的操作系统：Windows、Linux、macOS等的特点和应用领域。

3. 程序设计基础3.1 程序设计的基本概念：算法、流程图、程序等。

3.2 编程语言的种类和选择：C、Java、Python等的特点和适用场景。

3.3 程序设计的基本语法：变量、运算符、控制结构等。

3.4 常见的程序设计范例：求解最大公约数、排序算法等。

3.5 调试和测试程序：排查和修复程序中的错误，并进行测试保证程序的正确性。

4. 数据结构基础4.1 数据结构的定义和分类：线性结构、树形结构、图形结构等。

4.2 常见的数据结构：数组、链表、堆栈、队列等的特点和应用场景。

4.3 数据结构的操作和算法：插入、删除、查找等基本操作及相关算法。

4.4 数据结构的存储表示：顺序存储、链式存储、索引存储等方法。

4.5 数据结构的应用：图像处理、数据库管理、网络搜索等领域的应用案例。

第1章电脑系统基础选择题1.电脑的发展经历了机械式电脑、〔 B 〕式电脑和电子电脑三个阶段。

〔A〕电子管〔B〕机电〔C〕晶体管〔D〕集成电路2.英国数学家巴贝奇1822年设计了一种程序控制的通用〔 D 〕。

〔A〕加法器〔B〕微机〔C〕大型电脑〔D〕分析机3.美国宾夕法尼亚大学1946年研制成功了一台大型通用数字电子电脑〔 A 〕。

〔A〕ENIAC 〔B〕Z3 〔C〕IBM PC 〔D〕Pentium4.爱德华·罗伯茨1975年发明了第一台微机〔 C 〕。

〔A〕Apple II 〔B〕IBM PC/XT 〔C〕牛郎星〔D〕织女星5.1981年IBM公司推出了第一台〔 B〕位个人电脑IBM PC 5150。

〔A〕8 〔B〕16 〔C〕32 〔D〕646.中国大陆1985年自行研制成功了第一台PC兼容机〔 C 〕0520微机。

〔A〕联想〔B〕方正〔C〕长城〔D〕银河7.摩尔定律指出，微芯片上集成的晶体管数目每〔 C 〕个月翻一番。

〔A〕6 〔B〕12 〔C〕18 〔D〕248.第四代电脑采用大规模和超大规模〔 B 〕作为主要电子元件。

〔A〕微处理器〔B〕集成电路〔C〕存储器〔D〕晶体管9.电脑朝着大型化和〔 C〕化两个方向发展。

〔A〕科学〔B〕商业〔C〕微机〔D〕实用10.电脑中最重要的核心部件是〔A 〕。

〔A〕CPU 〔B〕DRAM 〔C〕CD-ROM 〔D〕CRT11.电脑类型大致可以分为：大型电脑、〔 A 〕、嵌入式系统三类。

〔A〕微机〔B〕服务器〔C〕工业PC 〔D〕笔记本微机12.大型集群电脑技术是利用许多台单独的〔 D 〕组成一个电脑群。

〔A〕CPU 〔B〕DRAM 〔C〕PC 〔D〕电脑13.〔 C〕系统是将微机或微机核心部件安装在某个专用设备之内。

〔A〕大型电脑〔B〕网络〔C〕嵌入式〔D〕服务器14.冯结构电脑包括：输入设备、输出设备、存储器、控制器、〔 B 〕五大组成部分。

01计算机基础知识Chapter计算机的发展与应用计算机系统的组成计算机硬件系统计算机软件系统计算机系统的层次结构计算机的工作原理计算机的指令系统计算机的工作过程01数制与数制转换020304计算机中数值的表示计算机中非数值的表示计算机中的编码计算机中的信息表示02操作系统基础Chapter操作系统的概念与功能操作系统的定义01操作系统的功能02操作系统的作用03由微软公司开发，是目前使用最广泛的操作系统之一，具有图形化用户界面和丰富的应用软件支持。

Windows 操作系统macOS 操作系统Linux 操作系统移动设备操作系统由苹果公司开发，专门为Mac 电脑设计，具有优雅的界面设计和强大的多媒体处理能力。

一种自由和开放源代码的类UNIX 操作系统，具有高度的可定制性和强大的命令行功能。

如iOS 和Android ，专门为手机和平板电脑等移动设备设计，具有触摸屏操作和丰富的移动应用支持。

常见的操作系统介绍01020304包括图标操作、任务栏操作、开始菜单操作等。

桌面操作包括窗口的打开、关闭、移动、缩放等。

窗口操作包括文件的创建、打开、保存、复制、移动、删除等。

文件管理提供对系统和硬件的设置和控制，如显示设置、声音设置、网络设置等。

控制面板Windows 操作系统基本操作Linux操作系统基本操作命令行操作文件管理系统管理网络配置03办公软件应用基础Chapter页面布局与打印设置页面大小、页边距、纸张方向，打印预览与打印等。

插入图片、表格、图表、超链接等；文本编辑与排版输入、修改、删除文本，设置字体、段落格式等；Word 界面介绍包括菜单栏、工具栏、编辑区、文档基本操作Word 文字处理软件Excel电子表格软件数据输入与编辑工作簿与工作表基本操作创建、打开、保存、关闭工作簿，选择、添加、删除工作表等；Excel界面介绍格式化工作表设置单元格格式、条件格式，调整行高列宽，添加边框和底纹等；数据处理与分析0102PowerPoint界…演示文稿基本操作文本编辑与排版插入对象幻灯片设计030405PowerPoint演示文稿软件办公软件的高级应用使用Word的邮件合并功能批量生成个性化文档；邮件合并录制和运行宏，实现自动化操作；使用分栏、首字下沉、文本框等高级排版功能提升文档美观度；使用Excel的数据透视表和数据透视图功能进行复杂数据分析；使用母版统一幻灯片风格，设置交互式演示文稿等。

图1-3 计算机硬件系统各部分联系示意图
、CPU、内存和输入/输出设备接口等组件构成的子系统称为主机，
出设备以外的所有电路部件，是一个能够独立工作的系统。

主机箱一般制成，具有防尘、防静电、防干扰等作用，是微机最重要的组成部
、内存条、硬盘、光驱以及电源等设备。

主机箱的外观与内部结构分别如图图1-4 主机箱外观图1-5 主机箱内部结构
图1-6 主板结构。

中央处理器（Central Processing Unit，CPU）通常也称为微处理器，，是整个计算机系统的核心，也是系统最高的执行
常被人们称作计算机的心脏。

CPU主要由运算器、控
存器组和内部总线等构成，其外观如图1-7所示。

运算器。

运算器是计算机对数据进行加工处理的核心部。

253第10章信息科学前沿技术本章介绍信息技术发展的一些前沿技术，包括云计算、物联网、各种计算模式、人工智能、数据挖掘、大数据、生物信息学、3D 打印技术等。

10.1 云计算 继个人计算机、互联网之后，云计算（Cloud Computing ）被看做第三次信息技术浪潮，它将给人们的生活方式、生产方式及社会商业模式带来根本性改变。

云计算是通过互联网以服务的方式提供动态、可伸缩的、虚拟化的、资源的计算模式。

云计算的思想是在20世纪60年代由麦卡锡提出，是指把计算能力作为一种像水、电、煤气一样的公用事业提供给用户的理念。

它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，取用方便、费用低廉。

云计算模式应用实例如图10-1所示。

图10-1 云计算模式云计算包括软件即服务、平台即服务及基础架构即服务3种服务模式。

（1）软件即服务（SaaS ）。

一种通过Internet 提供软件的模式，用户无须购买软件，而是向提供商租用软件。

消费者使用应用程序，但并不掌控操作系统、硬件或运作的网络基础架构。

例如金山本章资源254 云杀毒、360云杀毒等。

（2）平台即服务（PaaS）：将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。

因此，PaaS也是SaaS模式的一种应用。

平台通常包括操作系统、编程语言的运行环境、数据库和Web服务器，用户在此平台上部署和运行自己的应用。

用户不能管理和控制底层的基础设施，只能控制自己部署的应用。

例如，客户的计算机不需要安装Windows，而是使用云服务器给客户端计算机提供windows桌面等，用户不管在哪个客户端都可以获得完全相同的个性化桌面。

（3）基础架构即服务（IaaS）：通过网络向用户提供计算机（物理机和虚拟机）、存储空间、网络连接、负载均衡、防火墙等基本计算资源，用户在此基础上部署和运行各种软件，包括操作系统和应用程序。

消费者掌控运行应用程序的环境（也拥有主机部分掌控权），但并不掌控操作系统、硬件或运作的网络基础架构。