《ch计算机系统》课件

《计算机系统》课程介绍本课程介绍计算机系统的基本概念，主要内容涵盖计算机硬件结构、操作系统、汇编语言、程序设计、网络等计算机系统基本概念硬件软件计算机系统由硬件和软件组成硬件是指计算机系统的物理部分，软件是指计算机系统中的程序和数据，例如操作系统、应用程序等例如CPU、内存、硬盘等软件用于控制硬件，执行用户指令数据指令数据是计算机系统处理和存储的基本元素，例如数字、文本、图像指令是计算机系统执行的基本操作，例如加减乘除、数据移动等、音频等计算机的硬件组成计算机硬件系统由多个相互关联的部件组成，协同工作以实现信息的处理和输出这些主要部件包括中央处理器（CPU）、存储系统、输入输出系统和总线系统CPU负责执行指令，是计算机的核心部件存储系统用于存储数据和指令输入输出系统用于与外部世界交互总线系统用于连接各个部件，实现数据传输中央处理器CPU核心组成核心功能

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22.中央处理器包含运算器、控制执行指令、处理数据、控制系器和高速缓存统运行指令集性能指标

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44.计算机理解的语言，包含各种主频、核心数、缓存大小等影操作指令响CPU性能存储系统内存硬盘固态硬盘网络存储SSD NAS内存是计算机系统中用于存储硬盘是用于存储大量数据的长SSD是一种基于闪存的存储设NAS是一种用于在网络上共享数据的核心组件之一，提供对期存储设备，可用于保存操作备，速度比传统硬盘更快，但存储设备，可以用于存储和共CPU的快速访问，并保存正在系统、应用程序、文件和数据存储容量通常较小它们通常享数据，并提供远程访问功能运行的程序和数据它通常比内存速度慢，但可用于提高系统性能和启动速度以存储更多数据输入输出系统输入设备输出设备键盘、鼠标、扫描仪等将外部信息转换为计算显示器、打印机、扬声器等将计算机处理后的机可识别的形式，用于向系统提供数据和指令信息转换为人类可理解的形式，用于向外部展示信息接口通信接口接口是连接输入输出设备与计算机的桥梁，用网络接口卡（NIC）负责与网络连接，用于实现于实现数据传输和控制计算机之间的数据通信总线系统类型•地址总线传输数据地址•数据总线传输数据•控制总线传输控制信号特点总线具有带宽、速度和并发性等特点，影响计算机系统的性能总线设计和技术直接影响计算机系统的数据传输效率和整体性能定义总线是计算机系统中不同部件之间传输数据、控制信号和地址信息的共享通路总线就像高速公路，为数据、指令和控制信号提供传输路径，连接CPU、内存、外设等操作系统概述操作系统是计算机系统中最重要的软件之一它管理计算机硬件资源，并为应用程序提供一个一致的接口进程管理进程调度内存管理分配处理器时间，管理并发进程，提分配和回收内存空间，防止进程冲突高系统效率，优化内存利用率进程通信同步与互斥进程之间进行数据交换，实现协同工协调多个进程访问共享资源，防止数作，完成复杂任务据竞争，保证数据一致性内存管理内存分配内存保护12将可用内存空间分配给不同的进程和数据结构防止进程访问其他进程的内存空间，确保数据安全内存共享虚拟内存34允许多个进程共享相同的内存区域，提高效率利用硬盘空间扩展物理内存，提高系统容量文件管理文件组织目录结构文件搜索访问控制文件管理是操作系统核心功能文件系统采用层次化的目录结操作系统提供搜索功能，帮助权限管理确保数据安全，不同之一，负责存储、组织和访问构，方便用户管理大量文件用户快速找到所需文件用户拥有不同访问权限文件输入输出管理设备管理数据传输管理连接到计算机的各种输入输出设备，如负责数据在系统内部和外部设备之间的传输键盘、鼠标、打印机等，包括数据的读写、缓冲和控制中断处理错误处理处理来自输入输出设备的中断请求，并将其识别和处理输入输出设备可能出现的错误，转换为系统可以处理的信号保证系统的正常运行安全与保护访问控制数据加密访问控制是保护计算机系统的重要机制数据加密是保护数据机密性的重要手段，通过用户身份验证和授权，它可以限制对通过将数据转换为不可读的密文来防止数敏感数据的访问，防止未经授权的访问和据泄露和非法访问对敏感数据进行加密修改处理，确保数据的安全性多任务与并行多任务处理并行处理并发与并行操作系统可以同时运行多个程序，提高系统利用多个处理器或核心同时执行任务，加快并发是指多个任务在逻辑上同时执行，而并效率程序执行速度行是指多个任务在物理上同时执行虚拟化技术硬件虚拟化操作系统虚拟化创建虚拟机，模拟实际硬件环境为多个操作系统提供独立的运提供虚拟机，运行多个操作系统，隔离应用程序，提高系统安全行空间，提高资源利用率性例如，VMware和VirtualBox分布式系统分布式系统云计算多台计算机协同工作，共同完成任务提供可扩展的计算、存储、网络等服务，为用户提供按需使用资源的能力分布式数据库分布式服务将数据分散存储在多个节点上，提高通过网络调用其他节点的服务，完成数据存储容量和可用性复杂的任务存储系统存储系统是计算机系统中负责数据存储和管理的子系统它包括存储设备、存储控制器和存储管理软件等存储设备磁盘固态硬盘

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22.磁盘是计算机系统中主要的存储设备之一它通常使用磁性材料固态硬盘（SSD）使用闪存芯片来存储数据，与传统硬盘相比，来存储数据，具有较高的容量和较快的读取速度SSD的速度更快，功耗更低，噪音更小，但成本更高光盘磁带

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44.光盘使用光学技术来存储数据，包括CD、DVD和Blu-ray等类磁带是一种较旧的存储设备，其使用磁性带材来存储数据，容量型光盘通常用于存储音频、视频和软件等数据，其容量和读取大但读取速度较慢磁带通常用于备份数据和存档数据速度取决于具体类型技术RAID冗余磁盘阵列数据冗余和性能提升RAID，全称为Redundant ArrayRAID通过数据镜像或奇偶校验等of IndependentDisks，是将多个方式实现数据冗余，即使磁盘发磁盘驱动器组合成一个逻辑驱动生故障，也不影响数据访问，同器，以提高数据存储可靠性和性时提高读写速度能的一种技术不同级别的RAIDRAID分为多个级别，每个级别有不同的数据冗余和性能特点，例如RAID

0、RAID

1、RAID5等磁盘调度算法先来先服务最短寻道时间优先FCFSSSTF按请求到达的顺序进行调度，简单易实现，但可能导致磁盘臂频选择距离当前磁头最近的请求，繁移动能够减少平均寻道时间，但可能造成“饥饿”现象扫描循环扫描SCAN C-SCAN磁头从一端扫描到另一端，处理只向一个方向扫描，到达一端后所有请求，然后反向扫描，避免“立即返回另一端开始扫描，提高饥饿”现象效率存储管理存储分配内存保护

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22.管理内存分配，包括连续分配防止程序访问其他程序的内存、分页式分配、分段式分配空间，保证系统安全和稳定页面置换内存碎片管理

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44.当内存空间不足时，将内存中内存分配过程中会产生碎片，的页面换出到磁盘上，需要时需要使用内存压缩等技术进行再调入处理存储虚拟化资源整合虚拟化可以将多个物理存储设备整合为一个逻辑存储池，提高存储资源利用率，降低成本简化管理虚拟化可以将复杂的操作简化为更简单的操作，例如创建、删除和管理存储卷，提高管理效率云存储数据存储和管理弹性扩展安全性和可靠性将数据存储在远程服务器上，用户通过网络根据需求调整存储空间，无需预先购买物理提供数据加密、备份和灾难恢复功能，确保访问和管理数据存储设备数据安全和高可用性嵌入式系统嵌入式系统是指专门用于执行特定任务的计算机系统这些系统通常是定制的，并针对其特定应用进行了优化实时系统实时操作系统工业控制医疗设备实时操作系统专门设计用于在严格的时间限实时系统广泛用于工业自动化，例如机器人医疗设备依赖于实时系统来执行关键任务，制内处理事件控制和过程控制例如心电图仪和呼吸机多媒体系统数字媒体处理多媒体硬件多媒体系统处理音频、视频、图包括音频卡、视频卡、摄像头、像等数字媒体内容麦克风等多媒体软件网络多媒体音频编辑器、视频编辑器、播放网络多媒体技术将数字媒体内容器等软件与网络技术结合数据中心服务器集群网络基础设施数据中心的核心是服务器集群，提供高速网络连接，确保数据传输的效率高性能计算和存储能力和可靠性供电系统冷却系统稳定可靠的供电系统，保障数据中心高效的冷却系统，控制服务器的温度的正常运行，确保其稳定运行大数据技术数据量巨大数据类型多样

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22.大数据通常是指无法用传统数大数据包含各种类型的数据，据库技术进行存储、管理和分包括结构化、半结构化和非结析的数据集构化数据数据处理速度快应用领域广泛

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44.大数据需要实时处理，以便快大数据在许多领域都有应用，速获取信息并做出决策例如商业智能、医疗保健、金融和安全物联网系统智能家居工业物联网智慧城市农业物联网智能家居通过传感器、网络和工业物联网将传感器和网络连智慧城市利用物联网技术改善农业物联网利用传感器和数据智能设备实现自动化和远程控接到工业设备，实现实时监控城市基础设施，例如交通管理分析提高农业生产效率，例如制，例如照明、温度、安全和、数据分析和生产优化、能源效率和环境监测灌溉控制、病虫害监测和作物娱乐系统管理人工智能系统机器学习深度学习人工智能的核心技术之一，让计算机从数据中学习和预测机器学习的一个分支，使用多层神经网络学习复杂模式常见应用包括图像识别、自然语言处理、推荐系统等在图像识别、语音识别、机器翻译等领域取得巨大进展计算机系统发展趋势与未来计算机系统技术不断发展，未来将更加智能化、高效化和个性化云计算、大数据、人工智能等新技术将推动计算机系统的发展，并带来新的应用场景和商业模式。