計算機系統平台

^[1]  本書是依據教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會2006年編制的《高等學校計算機科學與技術專業規範（信息技術方向）》，為“計算機系統平台”課程編寫的。力圖幫助學生建立系統平台的理念，形成總體認識，從底層到頂層瞭解和掌握計算機系統的層次結構及軟硬件系統的工作原理，全書共分為12章，包括計算機系統概述、指令系統與彙編程序設計、計算機信息表示、計算機組成原理、計算機操作系統、Shell編程、應用開發平台等內容。本教材可作為計算機科學與技術專業教材，也可作為其他相關專業的學生學習計算機系統基礎知識的教材。

第1章 計算機系統概述 1

1.1 計算機的發展史及未來展望 1

1.1.1 計算機的基本概念及分類 1

1.1.2 計算機的發展簡史 1

1.1.3 微型計算機的誕生與發展 2

1.1.4 計算機未來展望 3

1.2 計算機組成結構 4

1.2.1 馮·諾依曼思想 4

1.2.2 計算機硬件組成 5

1.2.3 計算機軟件系統 7

1.2.4 計算機系統的層次結構 7

1.2.5 計算機軟件與硬件的邏輯等價性 8

1.2.6 計算機的性能指標 8

本章小結 9

習題1 9

第2章 指令系統與彙編程序設計 11

2.1 進位制及其轉換 11

2.1.1 進位制 11

2.1.2 進制轉換 12

2.1.3 二進制數的運算 15

2.2 指令系統和指令格式概述 17

2.2.1 指令的一般格式 19

2.2.2 操作數與操作類型 20

2.2.3 CPU的寄存器 21

2.2.4 尋址方式 23

2.3 指令系統舉例 25

2.3.1 Intel 8086/8088指令系統 25

2.3.2 TEC-2008指令系統 36

2.4 彙編程序設計舉例 40

本章小結 42

習題2 42

第3章 計算機信息表示 46

3.1 數字的編碼 46

3.1.1 無符號數 46

3.1.2 有符號數 46

3.1.3 定點數與浮點數 49

3.2 字符編碼 51

3.2.1 ASCII字符集及其編碼 51

3.2.2 漢字字符集及其編碼 51

3.2.3 Unicode字符集及其編碼 53

3.3 機器指令 55

本章小結 56

習題3 56

第4章 計算機組成原理 58

4.1 總線 58

4.1.1 總線的基本概念 59

4.1.2 總線的類型與結構 59

4.1.3 總線的連接方式 61

4.1.4 總線仲裁 62

4.1.5 總線標準 63

4.2 存儲器 64

4.2.1 存儲器相關概念 64

4.2.2 存儲器分類 65

4.2.3 存儲系統層次結構 66

4.3 中央處理器（CPU） 72

4.3.1 CPU的功能和組成 72

4.3.2 指令週期 75

4.3.3 時序控制信號 75

4.3.4 指令流水 76

4.4 輸入/輸出系統 78

4.4.1 輸入/輸出系統概述 78

4.4.2 I/O設備 84

4.4.3 I/O接口 85

4.4.4 程序中斷方式 87

4.5 計算機系統結構 90

4.5.1 計算機系統的結構類型 91

4.5.2 計算機系統的性能提高 94

4.5.3 計算機系統的發展 94

本章小結 100

習題4 100

第5章 計算機操作系統概述 104

5.1 操作系統的目標和作用 104

5.1.1 作為用户/計算機接口的操作系統 105

5.1.2 作為資源管理器的操作系統 106

5.2 操作系統的發展過程 107

5.2.1 手工操作（無操作系統） 107

5.2.2 簡單批處理系統 108

5.2.3 多道批處理系統 108

5.2.4 分時系統 110

5.3 操作系統的基本特性 111

5.3.1 並行與併發（Concurrence） 111

5.3.2 共享（Sharing） 111

5.3.3 虛擬技術 111

5.3.4 異步性 112

5.4 操作系統的主要功能 112

5.5 常見操作系統及分類 113

5.5.1 Windows操作系統 113

5.5.2 Linux操作系統 114

本章小結 115

習題5 115

第6章 進程的管理 117

6.1 進程的概念 117

6.1.1 進程的定義 117

6.1.2 進程的特徵 118

6.1.3 程序的併發執行 118

6.2 進程的狀態及其轉換 119

6.3 進程控制 120

6.3.1 進程控制塊 120

6.3.2 進程控制塊的原語 121

6.4 進程調度 122

6.4.1 調度的基本概念 122

6.4.2 調度的基本模型 123

6.4.3 進程調度算法 124

本章小結 127

習題6 127

第7章 進程的同步與通信 129

7.1 進程同步 129

7.1.1 同步的概念 129

7.1.2 信號量機制 129

7.1.3 經典進程同步問題 131

7.2 線程 134

7.2.1 線程的概念 134

7.2.3 線程的特點 135

7.2.3 線程與進程的區別 135

7.3 進程通信 136

7.3.1 進程通信的概念 136

7.3.2 進程通信的類型 136

7.3.3 共享存儲區系統 137

7.3.4 消息傳遞系統 139

7.3.5 管道通信系統 143

7.4 死鎖 145

7.4.1 死鎖的概念 145

7.4.2 產生死鎖的條件 145

7.4.3 死鎖的對策 146

7.4.4 死鎖問題的經典示例：哲學家就餐問題 146

本章小結 148

習題7 148

第8章 內存的管理 151

8.1 存儲管理概述 151

8.1.1 地址空間 151

8.1.2 程序的裝入與重定位 152

8.1.3 程序的鏈接 155

8.2 內存管理的方法 156

8.2.1 固定分區存儲管理 157

8.2.2 動態分區存儲管理 158

8.2.3 覆蓋和交換技術 159

8.2.4 分頁存儲管理 160

8.2.5 分段存儲管理 162

8.2.6 段頁式存儲管理 164

8.2.7 虛擬存儲器管理 165

本章小結 172

習題8 172

第9章 信息存儲的管理 176

9.1 文件管理概述 176

9.1.1 文件與文件系統 176

9.1.2 文件的屬性及分類 177

9.1.3 文件系統的功能 178

9.1.4 文件系統的層次結構 178

9.2 文件的結構和存儲方式 179

9.2.1 文件的邏輯結構 179

9.2.2 文件的物理結構 181

9.3 文件目錄 183

9.3.1 文件目錄的概念 183

9.3.2 文件目錄結構 184

9.4 文件系統的實現 185

9.4.1 主流文件系統及其特點 185

9.4.2 網絡文件系統及其特點 186

9.4.3 外存空間管理 187

9.5 文件的使用 190

9.5.1 文件主要操作 190

9.5.2 文件的使用 192

9.5.3 文件共享 193

9.6 磁盤調度 195

本章小結 197

習題9 198

第10章 外設的管理 199

10.1 設備的分類 199

10.2 I/O控制方式 200

10.2.1 程序直接控制方式 200

10.2.2 程序中斷方式 201

10.2.3 DMA方式 202

10.2.4 通道方式 203

10.3 緩衝技術 205

10.3.1 單緩衝和雙緩衝 206

10.3.2 循環緩衝 206

10.3.3 緩衝池 207

10.4 設備分配 208

10.4.1 數據結構 208

10.4.2 設備分配策略 209

10.4.3 設備獨立性 210

10.4.4 SPOOLing技術 210

10.5 設備驅動程序 212

本章小結 213

習題10 213

第11章 系統初始化及Shell編程 215

11.1 系統初始化 215

11.1.1 計算機系統初始化過程 215

11.1.2 操作系統初始化過程 216

11.2 Shell編程 218

11.2.1 Shell命令的使用 219

11.2.2 Shell編程語法結構 224

本章小結 228

習題11 228

第12章 應用軟件開發平台 230

12.1 高級程序設計語言 230

12.2 軟件開發模型 231

12.3 開發工具和開發環境 235

12.2.1 集成開發環境IDE 236

12.3.2 關係型數據庫 237

12.3.3 移動終端應用軟件開發平台 238

12.4 開發平台中的可重用代碼 239

12.4.1 軟件重用的基本概念 239

12.4.2 可重用代碼的抽象層次 239

12.4.3 可重用代碼的方法和技術 240

本章小結 241

習題12 242

參考文獻 243

王曉英，博士、教授、青海大學計算機技術與應用系副主任；主講課程：計算機系統平台，離散數學