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第一章认识计算机
1.1计算思维概述
1.2冯诺依曼体系结构
1.3计算机硬件组成
1.4计算机软件
1.5计算机操作系统
第一章认识计算机
1.1计算思维概述
1.计算思维能力概念
计算思维能力的核心是问题求解能力。
- 发现问题
- 寻求解决问题的思路
- 分析比较不同的方案
- 验证方案
计算机的出现为计算思维的实现提供了高效的手段。
2.计算机与计算思维的关系
计算机是工具，帮助提升人的能力；
计算思维是人类思维活动，有助于计算机解决更为复杂的问题。
1.2冯诺依曼体系结构
1945年，冯•诺依曼提出了计算机共同遵守的基本规则，被称为"冯•诺依曼体系结构〞
冯诺依曼体系结构：
- 五大基本部件
- 采用二进制数表示指令和数据
- 存储程序原理
1.冯•诺依曼计算机组成--运算器为核心
五大构成部件：
- 输入设备：程序和数据送至计算机中
- 运算器：完成各种算术、逻辑运算
- 存储器：长期记忆程序、数据、结果的能力
- 输出设备：按照要求将处理结果输出给用户
- 控制器：根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作
2.现代计算机组成---以存储器为中心
进制仅是一种计算策略，任何进制都有存在的价值。
采用二进制存储，计算机采用二进制的原因：
- 简单：技术实现、运算控制
- 可靠：抗干扰
3.计算机的工作原理：存储程序+程序控制
指令与程序
指令是对计算机进行程序控制的最小单位。
计算机所识别的指令集合称为计算机的指令系统。
- 指令系统：CISC (20世纪90年代前）、RISC (ARM)。
- 不同的CPU架构，采用不同的指令集。
程序是完成一项特定任务的一组指令序列。
1.3计算机硬件组成
计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
1.硬件系统
2.软件系统
- 硬件与软件的关系：
- 硬件：物理实体，决定性能。
- 软件：逻辑实体，决定功能。
- 相互依赖协同工作、相互促进协同发展 。
- 五大部件及对应配件
- 输入设备---键盘、鼠标、扫描仪、麦克风
- 输出设备---显示器、打印机、音箱
- 存储器---内存条、硬盘
- 运算器
- 控制器
运算器与控制器在计算机中合为一体称之为CPU。
- 辅助配件：网卡、声卡、显卡、主板（将不同配件链接起来的集成电路）、主机箱。
- 总线：总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。
- 主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路与总线相连接，形成了计算机硬件系统。
早期PC，CPU/RAM/IO都是在一条总线上，所有部件必须在同步的模式下工作，该模式要求不同部件间的速度尽量匹配。
后期，CPU提升速度较为明显，与不同部件间的差异也越来越大，CPU在大多数情况下处于等待状态。
引用南桥芯片与北桥芯片解决不同部件之间速度不匹配的关系，进一步提升计算机的处理能力。
北桥芯片主要用于链接CPU、内存、显卡等高速设备，主要控制 CPU内存显卡等高速设备。
南桥芯片主要负责和外部设备之间的相互通信，负责I/O总线之问的通信。
1.4计算机软件
1.软件
软件：与计算机系统操作有关的程序和文档。
程序：指完成特定功能的指令序列以及所处理的数据。
文档：与软件开发、维护和使用有关的文字材料，是软件的必要的组成部分。
（1）软件的分类
分为系统软件和应用软件。
系统软件指控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统。
应用软件指为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而开发的软件。
（2）软件开发模型
软件开发模型是软件开发的全部过程、活动、任务和管理的结构框架。
它能清晰、直观地表达软件开发全过程，明确规定要完成的主要活动和任务，是软件项目研发的基础。
（3）软件开发模型开发过程主要阶段
- 系统需求分析
- 总体设计
- 详细设计
- 程序编码
- 测试
- 运行维护
（4）常见开发模型
- XP开发模型
- 快速开发模型
- 螺旋模型
- 演化模型
- 瀑布模型
1.5计算机操作系统
1.操作系统
（1）含义：操作系统简称OS，负责管理和控制计算机系统中的全部软件、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，为用户应用程序的运行提供一个友好的界面和良好的工作环境。
（2）地位：是系统硬件之上的第一层软件，为其他软件提供单向支撑作用。
（3）目标：向用户提供方便、简单的使用环境；提高系统资源的利用。
2.操作系统的基本功能
（1）处理机管理
处理机管理的主要任务是对中央处理机的分配和运行实施有效的管理，提高CPU的利用率。
措施：
- 进程控制
- 迸程调度
- 迸程通信
- 迸程同步
（2）存储器管理
程序只有装入主存时才有可能被处理机执行，存储器管理为更多的任务分配所需的存储空间。
措施：
- 内存分配
- 存储保护
- 存储扩充
（3）文件管理
文件管理是操作系统中实现文件统一管理的一组软件、被管理的文件以及为实施文件管理所需要的一些数据结构的总称。
从系统角度来看，文件系统是对文件存储器的存储空间进行组织，分配和回收，负责文件的存储，检索，共享和保护。工作：
- 文件存储空间的管理。
- 文件保护。
- 目录管理。
- 文件操作管理。
（4）设备管理
设备是计算机中的重要资源，设备管理的主要任务是控制设备和CPU之间的I/O操作。
措施：
- 缓冲区管理
- 设备分配
- 设备处理
- 虛拟设备
- 设备独立性
3.用户接口
操作系统提供两种形式的接口供用户使用。
(1）命令接口
提供一组命令供用户直接或问接控制自己的作业。
(2） 程序接口
提供一组系统调用供用户应用程序和其他系统程序调用操作系统的功能。
4.常见的操作系统
（1）手机操作系统
安卓操作系统
- Google发布基于Linux平台的开源移动手机平台。
- 硬件厂商：摩托罗拉、三星、LG、联想，中兴等。
- 优点：具备触摸屏、高级图形显示和上网功能，界面强大。
- 缺点：由于跨平台的优势导致了安卓系统的不兼容性；开放性带来的不安全。
IOS操作系统
- 最初为iPhone设计，后来用到iiPad、Apple TV等产品。
- 硬件厂商：苹果公司。
- 优点：全触摸设计。第三方软件多。
- 特点：系统封闭。
- IOS产品的封闭性，所有的APP都运行在iPhone， iPad等iOS产品当中，有着很高的硬件利用效率。
Windows Mobile
- Microsoft开发的用于Pocket PC 和Smartphone 的软件平台。将Windows 桌面扩展到了个人设备中。
- 硬件厂商：HTC、三星电子、LG、山寨厂商。
- 优点：界面和操作都和Windows十分接近，各种保存在电脑或手机里的信息、资料可以轻松实现共享，有大量的应用软件可供用户选择。
- 缺点：占用系统资源高、容易系统崩溃。
（2）计算机操作系统
主流：Windows系统、Linux系统和Mac OS系统
Windows系统
微软公司开发的窗口化操作系统。Mac OS操作系统
苹果计算机公司为它的Macintosh计算机设计的操作系统。Linux
Linux是一种自由和开放源码的操作系统，存在多种不同的Linux版本（都使用Linux内核）。Linux可安装在各种计算机硬件设备中，比如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制合、台式计算机、大型机和超级计算机。
世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。
