20140710-大学计算机第4讲-现代计算机-复杂环境下程序执行

幻灯片1大学计算机-计算思维导论李旻先minxianli@南京理工大学计算机科学与工程学院幻灯片2第4讲现代计算机：复杂环境下程序执行理解“复杂环境下程序是如何被执行的”---有助于理解资源受约束条件下问题解决方案的构造---有助于建立问题求解的大思维---有助于理解并建立各学科具体问题求解的计算环境，实现跨学科的共同创新幻灯片3内容提要基本目标: 理解现代计算机系统的工作思维基本思维：存储体系磁盘存取操作系统作业与进程程序执行的管理与控制；资源组合利用体系化、管理分工合作协同化、外存程序内存进程化、硬件不足功能软件化 幻灯片42.3 现代计算机：复杂环境下程序的执行 2.3.1 现代计算机系统的构成现代计算机系统的构成 ----硬件、软件、数据与网络幻灯片52.3.1 现代计算机系统的构成现代计算机系统包括了什么?现代计算机系统由硬件、软件、数据和网络构成 网络改变着人们的工作、生活甚至是思维习惯数据是根本内存CPU各种电路板主电路板主机箱输出设备输入设备软件正在占领全世界网络数据软件硬件--外部设备--主电路板/接口电路板硬件核心输入输出设备幻灯片6个人计算机是一种什么结构? 个人计算机计算机硬件由主机和外部设备两大部分构成。

幻灯片7 个人计算机●主电路板●接口电路板幻灯片8个人计算机●本质：冯.诺依曼计算机幻灯片9软件起什么作用?计算机软件由系统软件和应用软件两大类构成:系统软件是用于对计算机进行管理、控制、维护，或者编辑、制作、加工用户程序的一类软件。

应用软件则是用于解决各种实际问题、进行业务工作的软件OracleSQL ServerDB2HadoopGFS …...C/C++/Visual C++Java, Php, JSPPythonFORTRANBASIC/VBPASCAL……应用程序/软件包Cloud Application语言处理系统WebSphere WebLogic Tomcat OSGi GAE…... VMWare VSPhere XEN OpenCloud OpenStack Amazon EC2 Eucalyptus计算机硬件(裸机)幻灯片10现代计算机：复杂环境下程序的执行2.3.2 现代计算机的存储体系现代计算机的存储体系----内存 vs. 外存 vs. 存储体系----存储体系环境下程序执行面临的问题幻灯片11前讲的冯.诺依曼计算机还有什么问题?冯.诺依曼计算机(前讲)解决了：程序装载在内存，便可被CPU执行永久存储问题?存储容量问题?存储?存储器价格问题?外存：硬盘/软盘盘面:磁道:扇区一个扇区存放512个字节。

大学计算机-计算思维导论 1 第5讲现代计算机-复杂环境下程序执行1、快速浏览---本讲视频都讲了什么?【视频5.1 现代计算机系统的构成】计算机系统仅仅包含硬件吗？还包括什么…？什么是软件？有哪些类别的软件呢？请看本视频。

【视频5.2现代计算机的存储体系】对现代计算机演进过程的理解，需要首先理解存储体系。

从最初的冯.诺依曼计算机(第4讲讲授)发展到今天的计算机，其最根本的促进因素是“存储和执行程序环境”的变化，而最基本的环境就是“CPU-内存-外存”存储体系。

内存、外存的特点与分工是什么？怎样才能说是存储体系呢？视频中说这也体现了“不同性能资源的组合优化”思维，这种思维在现实生活中有用吗？--请看视频5.2。

【视频5.3操作系统对计算机资源的分工-合作与协同管理思想】存储体系是需要自动管理的，只有有效的管理才能使不同类别的存储资源—速度较低容量较大可永久保存的外存和速度较快容量较小具电易失性的内存，做到协调一致而无需使用者关心。

如何做到？这就需要操作系统。

什么是操作系统呢？直觉上，操作系统是非常复杂的，也是难于理解和把握的。

但如果按照课程视频给出的理解方式“分工-合作与协同”来理解“管理各种资源以便执行应用程序”的操作系统(其本身也是一组程序)，你是否觉得操作系统也很容易理解呢…视频中说“分工-合作与协同”是“化简复杂问题，进行复杂问题求解的重要思维”，你认同吗？【视频5.4操作系统对几种资源的分工管理】视频5.4是对视频5.3的分工-合作与协同思维的深化讲解。

既讲授了分工-合作与协同这种一般思维中的“分工管理”，又简要讲解了操作系统--对不同类别资源的分工管理的内涵。

本段视频中给大家介绍的磁盘管理—化整为零与还零为整的思维，在计算学科当中有广泛的应用，在计算机中它怎么做的呢？【视频5.5操作系统对资源的合作与协同管理】视频5.5是对视频5.3的分工-合作与协同思维的深化讲解。

既讲授了分工-合作与协同这种一般思维中的“合作与协同管理”，又简要讲解了操作系统--不同类别资源如何合作与协同地完成应用程序的执行这一任务。

第5章现代计算机：复杂环境下程序执行1、关于现代计算机系统，下列说法正确的是_____。

(A)计算机就是一个主机箱、一个显示器、一个键盘和一个鼠标；(B)计算机不仅仅是主机箱、显示器、键盘和鼠标，还包括扫描仪、打印机、各种数码设备；(C)计算机不仅仅是如(B)一样的硬件设备，其最重要的部分是软件，安装在该计算机的各种各样的软件才能体现出该计算机功能的强弱；(D)人们认为，计算机不仅仅包括硬件和软件，还包括网络和数据，很多的软件都可通过网络来使用，人们的注意力已经从关注软硬件转移为关注各种各样的数据；(E)上述都不正确。

答案：D解释：本题考核现代计算机系统相关知识；计算机不仅仅包括硬件（主机箱、显示器、键盘和鼠标，还包括扫描仪、打印机、各种数码设备）和软件，还包括网络和数据，很多的软件都可通过网络来使用，人们的注意力已经从关注软硬件转移为关注各种各样的数据。

所以D正确。

具体内容请参考第五章视频之“现代计算机系统的构成”以及第五章课件。

2、关于普通计算机的主机箱中有什么，下列说法正确的是_____。

(A)主机箱中有电源，还有一块电路板--即主板。

主板上有一个微处理器(CPU)；(B)主机箱中有电源和主板。

主板上有微处理器和内存(条)；(C)主机箱中有电源和主板。

主板上有微处理器和内存(条)；还有各种磁盘驱动器被连接到主板上进而接受CPU 的控制；(D)主机箱中有电源，主板。

主板上有微处理器和内存(条)；还有各种磁盘驱动器被连接到主板上进而接受CPU 的控制；主板上还有若干个插槽，这些插槽可用于各种外部设备的接口电路板与主板的连接；主板上也有若干已做好的接口，直接用于连接各种外部设备。

答案：D解释：本题考核计算机的主机箱相关内容；主机箱中有电源，主板。

主板上有微处理器和内存(条)；还有各种磁盘驱动器被连接到主板上进而接受CPU的控制；主板上还有若干个插槽，这些插槽可用于各种外部设备的接口电路板与主板的连接；主板上也有若干已做好的接口，直接用于连接各种外部设备。

1.计算机能够自动、准确、快速地按照人们的意图进行运行的最基本思想是__A___。

A、存储程序和程序控制B、采用操作系统C、采用CPU作为中央核心部件D、采用超大规模集成电路2若一台计算机的字长为4个字节，这意味着它__B___。

A、能处理的字符串最多位4个英文字母组成B、在CPU中作为一个整体加以传送处理的代码位32位C、在CPU中运行的结果最大位2的32次方D、能处理的数值最大为4位十进制数99993磁盘存储器存、取信息的最基本单位是_B____。

A、磁道B、字节C、字长D、扇区4下列四个不同进制的无符号数中，数值最小的是_____。

A、202OB、96HC、150D 5389D、10010110B5我们经常说40X光驱，指的是光驱的__C___。

A、类型C、存取速度D、都不是6通常情况下，在开机启动时按下___D__键可以进入BIOS设定界面。

A、F1B、AltC、EscD、Delete7在下列选项中，B_____属于微型计算机的内存。

A、软盘B、RAMC、CD-ROMD、U盘8现在___D__显卡已经成了个人计算机的基本配置和市场主流。

A、ISAB、AGPC、以上都不对D、PCI-E9Cache与_____封装在一个芯片中。

A、RAMB、ROMC、CPU10计算机主机的组成有CPU和_____。

A、显示器B、外部设备C、主机箱D、内存储器11HUB又称__D___，是一种多端口的中继器。

A、网桥B、交换机C、路由器D、集线器12__A__是超文本传输协议，用于规定在WWW上浏览网页时所遵循的规则和操作，使浏览器有统一的规则和标准，从而增强了网页的适用性，允许传输任意类型数据。

A、HTTPB、TCP/IPC、FTPD、TELNET13___A__是局域网络系统中的核心计算机，为网络用户提供各种网络服务和共享软硬件资源。

A、服务器B、交换机C、工作站14在下面的服务中，_____不属于Internet标准的应用服务。

《大学计算机基础》重要知识点汇总五121.操作系统的程序程序是指编程人员要求计算机完成某项任务时所应该采取的顺序步骤，是可实现某一具体功能的一组有序指令的集合。

程序是一个静态的概念，是一串操作序列，因此程序只有经过计算机执行才能得到最后的结果。

122.操作系统的进程进程是并发执行程序在某个数据集合上的执行过程，是系统资源分配和调度的基本单位。

它是一个动态概念。

程序准备执行时，系统才开始创建相应的进程，并为该进程准备内存资源、CPU计算资源等；在程序执行过程中，进程的状态可能会随时变化；程序执行完毕，系统撤销相应的进程，并收回原来准备的各种资源。

因此进程是系统分配资源的单位。

进程由三部分组成：进程控制块（PCB，Process Control Block）、有关程序段和与该程序段相关的数据结构集合。

进程的程序段部分描述进程所要完成的功能。

数据结构集是程序在执行时必不可少的工作区和操作对象。

这两部分是进程完成所需功能的基础。

123.进程与程序的关系（1）进程是一个动态概念，而程序则是一个静态概念。

程序是指令的有序集合，没有任何执行的含义。

而进程则强调执行的过程，它动态地创建，并被调度执行后消亡。

举例来说，如果把程序比作菜谱上描述做菜的方法和步骤，则进程可看作是按照菜谱做菜的实际过程。

（2）进程具有并发特性，而程序没有。

在不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的，各进程的执行速度也各不相同。

而程序不反映执行过程，所以不具有并发特性。

（3）进程是竞争计算机系统资源的基本单位，是系统中独立存在的实体。

（4）进程的存在必然需要程序的存在，但两者并非一一对应。

由于进程是程序的执行过程，所以程序是进程的组成部分，多个进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。

而未被执行的程序不对应任何进程。

124.操作系统的进程控制块进程控制块用于存放进程的管理和控制信息。

它是系统对进程进行管理和控制的最重要的数据结构，每个进程的唯一标识就存储在进程控制块中。

大学计算机-计算思维导论 1第4讲冯.诺依曼计算机器-程序执行1、快速浏览---本讲视频都讲了什么?【视频4.1 图灵机的思想与模型简介】计算机是遵循一个理论模型来实现的，这个理论模型就是“图灵机”。

图灵机是一种用数学方法表达的计算机，它很好地解释了指令、程序与程序执行的概念，阐述了怎样实现“自动计算”。

数学上图灵机采用一个五元组来表达程序，采用状态转换图来直观地反映程序的执行过程。

理解一些“图灵机”的知识对理解程序及程序执行很有帮助……。

【视频4.2冯诺依曼计算机思想与构成】冯.诺依曼计算机是按照图灵机模型实现的计算机。

运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，各司其职，相互协作完成程序的执行。

这五大部件各具有什么功能呢？为什么要将“运算”和“存储”分离呢？冯.诺依曼计算机体现的是“存储程序”的思想，这种思想的内涵是什么呢，它的价值又体现在哪里呢？--请看视频4.2。

这一节要理解：这里的存储器是指主存储器或内存储器。

运算器和控制器被集成到一块芯片上，被称为中央处理单元(CPU)。

【视频4.3自动存取存储器的工作原理】“存储程序”遇到的第一个问题就是“数据”和“程序”如何实现自动存自动取。

在第2讲中我们知道数据和程序都可以被表达成0和1(通过二进制和编码)，那么只要解决了如何自动存取0和1便解决了数据和程序的自动存取问题。

存储器在自动存取“数据”和“程序”的时候可以类比“学生宿舍管理”，请看视频是如何类比解释存储器的相关概念的… …。

这一节的重点是理解如下几个概念：存储器，存储单元，地址。

存储器是通过“地址”访问“存储单元”的内容，一个存储单元对应一个地址，即所谓按地址访问。

进而要理解存储容量，地址空间和存储字长等概念。

【视频4.4机器指令与机器级程序】“存储程序”遇到的第二个问题就是“程序”如何来表达？数据和程序都可以通过进位制和编码被表达成0和1串，存储在存储器中。

机器能够识别和执行的指令被表达成0和1，用机器指令编写的求解具体问题的程序被表达成0和1。