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| 編輯推薦: |
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教材力图帮助学生建立系统平台的理念,形成总体认识,全面地了解和掌握计算机系统的层次结构及软硬件系统的工作原理。
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| 內容簡介: |
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《计算机系统平台》是依据教育部高等学校教学指导委员会2018年编制的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》,为“计算机系统平台”课程编写的。本教材力图帮助学生建立系统平台的理念,形成总体认识,全面地了解和掌握计算机系统的层次结构及软硬件系统的工作原理。全书共12章,包括计算机系统概述、指令系统与汇编程序设计、计算机信息表示、计算机组成原理、计算机操作系统、Shell编程、应用开发平台等内容。本教材可用作计算机科学与技术专业以及信息类相关专业的学生学习计算机系统基础知识的参考书。
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| 關於作者: |
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黄建强教授青海大学计算机技术与应用学院常务副院长专业:计算机科学与技术学历:博士研究领域:高性能计算、计算机体系结构研究成果:著有《计算机系统平台》,发表高水平论文80余篇,主讲《计算机系统平台》获得青海大学教学成果二等奖。
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| 目錄:
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目录
第1章计算机系统概述
1.1计算机的发展简史及未来展望
1.1.1计算机的基本概念及分类
1.1.2计算机的发展简史
1.1.3计算机元件的更新换代
1.1.4计算机未来展望
1.2计算机组成结构
1.2.1冯·诺依曼思想
1.2.2计算机硬件组成
1.2.3计算机软件系统
1.2.4计算机系统的层次结构
1.2.5计算机软件与硬件的逻辑等价性
1.2.6计算机的性能指标
1.3本章小结
习题1
第2章指令系统与汇编程序设计
2.1进位制及其转换
2.1.1进位制
2.1.2进制转换
2.1.3二进制数的运算
2.2指令系统和指令格式概述
2.2.1指令的一般格式
2.2.2操作数与操作类型
2.2.3CPU的寄存器
2.2.4寻址方式
2.3TEC 2008指令系统
2.3.1TEC 2008指令基础
2.3.2TEC 2008指令详解
2.4汇编程序设计举例
2.4.1顺序结构程序设计
2.4.2选择结构程序设计
2.4.3循环结构程序设计
2.4.4子程序调用
2.4.5TEC 2008汇编程序设计综合举例
2.5本章小结
习题2
第3章计算机信息表示
3.1数字的编码
3.1.1无符号数
3.1.2有符号数
3.1.3定点数与浮点数
3.2字符编码
3.2.1ASCII字符集及其编码
3.2.2汉字字符集及其编码
3.2.3Unicode字符集及其编码
3.3机器指令
3.4本章小结
习题3
第4章计算机组成原理
4.1总线
4.1.1总线的基本概念
4.1.2总线的分类
4.1.3总线的结构
4.1.4总线的连接方式
4.1.5总线仲裁
4.1.6总线标准
4.2存储器
4.2.1存储器的相关概念
4.2.2存储器的分类
4.2.3存储系统的层次结构
4.3中央处理器
4.3.1CPU的功能和组成
4.3.2指令周期
4.3.3时序控制信号
4.3.4指令流水
4.4输入输出系统
4.4.1输入输出系统概述
4.4.2I/O设备
4.4.3I/O接口
4.4.4程序查询方式
4.4.5程序中断方式
4.4.6直接存储器访问方式
4.4.7通道方式
4.5计算机体系结构
4.5.1计算机体系结构的类型
4.5.2计算机系统的性能提高
4.5.3冯·诺依曼结构与哈佛结构
4.6本章小结
习题4
第5章计算机操作系统概述
5.1操作系统的目标和作用
5.1.1作为用户/计算机接口的操作系统
5.1.2作为资源管理器的操作系统
5.1.3操作系统的易扩展性
5.2操作系统的发展过程
5.2.1手工操作(无操作系统)
5.2.2简单批处理系统
5.2.3多道批处理系统
5.2.4分时系统
5.2.5文件系统
5.3操作系统的基本特性
5.3.1并行性与并发性
5.3.2共享
5.3.3虚拟技术
5.3.4异步性
5.3.5持久性与可靠性
5.3.6实时性
5.4操作系统的主要功能
5.4.1进程管理
5.4.2处理器管理
5.4.3存储管理
5.4.4设备管理
5.4.5信息管理(文件系统管理)
5.4.6用户接口
5.5常见操作系统及分类
5.5.1Windows操作系统
5.5.2Linux操作系统
5.6本章小结
习题5
第6章进程的管理
6.1进程的概念
6.1.1进程的定义
6.1.2进程的特征
6.1.3程序的并发执行
6.2进程的状态及其转换
6.3进程控制
6.3.1进程控制块
6.3.2进程控制块的原语
6.4进程调度
6.4.1调度的基本概念
6.4.2调度的基本模型
6.4.3进程调度算法
6.5本章小结
习题6
第7章进程的同步与通信
7.1进程同步
7.1.1同步的概念
7.1.2硬件同步机制
7.1.3信号量机制
7.1.4经典进程同步问题
7.2线程
7.2.1线程的概念
7.2.2线程控制块
7.2.3线程的特点
7.2.4线程与进程的区别
7.3进程通信
7.3.1进程通信的概念
7.3.2进程通信的类型
7.3.3共享存储区系统
7.3.4消息传递系统
7.3.5管道通信系统
7.3.6客户机 服务器系统
7.4死锁
7.4.1死锁的定义
7.4.2产生死锁的条件
7.4.3死锁的对策
7.4.4死锁问题的经典示例: 哲学家就餐问题
7.5本章小结
习题7
第8章内存的管理
8.1存储管理概述
8.1.1地址空间
8.1.2程序的编译和链接
8.1.3程序的装载和重定位
8.2内存管理的方法
8.2.1固定分区存储管理
8.2.2动态分区存储管理
8.2.3移动、覆盖和交换技术
8.2.4分页存储管理
8.2.5多级页表
8.2.6分段存储管理
8.2.7段页式存储管理
8.2.8虚拟存储器管理
8.3本章小结
习题8
第9章信息存储的管理
9.1文件管理概述
9.1.1文件与文件系统
9.1.2文件的属性及分类
9.1.3文件系统的功能
9.1.4文件系统的层次结构
9.2文件的结构和存储方式
9.2.1文件的逻辑结构
9.2.2文件的物理结构
9.3文件目录
9.3.1文件目录的概念
9.3.2文件目录的结构
9.4文件系统的实现
9.4.1主流文件系统及其特点
9.4.2网络文件系统及其特点
9.4.3外存空间的管理
9.5文件的使用
9.5.1文件的主要操作
9.5.2文件的使用
9.5.3文件的共享
9.6磁盘调度
9.7本章小结
习题9
第10章外设的管理
10.1I/O设备
10.1.1设备的分类
10.1.2设备控制器
10.2I/O控制方式
10.2.1程序直接控制方式
10.2.2程序中断方式
10.2.3DMA方式
10.2.4通道方式
10.3I/O软件的层次结构
10.4缓冲技术
10.4.1单、双缓冲
10.4.2循环缓冲
10.4.3缓冲池
10.5设备分配
10.5.1数据结构
10.5.2设备分配策略
10.5.3设备独立性
10.5.4SPOOLing技术
10.6设备驱动程序
10.7本章小结
习题10
第11章系统初始化及Shell编程
11.1系统初始化
11.1.1计算机系统的初始化过程
11.1.2操作系统的初始化过程
11.2Shell编程
11.2.1Shell命令的使用
11.2.2Shell编程语法结构
11.3本章小结
习题11
第12章应用软件开发平台
12.1高级程序设计语言
12.2软件开发模型
12.3开发工具和开发环境
12.3.1集成开发环境IDE
12.3.2关系数据库
12.3.3移动终端应用软件开发平台
12.4开发平台中的可重用代码
12.4.1软件重用的基本概念
12.4.2可重用代码的抽象层次
12.4.3可重用代码的方法和技术
12.5本章小结
习题12
参考文献
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| 內容試閱:
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前言
随着信息技术的飞速发展,计算机应用技术已经向各行各业渗透,并衍生了不少与信息技术相关的交叉学科,计算机知识与技能已经成为当代具有创新能力的复合型人才必须具备的基本素质之一。如何做好计算机专业的基础教学工作和计算机专业人才培养工作等,已经成为教育部门关注的热点问题之一。
针对近年来社会对信息化技术应用型人才需求的不断提高,结合西部经济建设发展的需求与特点以及国家西部大开发战略,青海大学在教育部对口支援政策的指导下,在教育部、青海省人民政府的支持和清华大学的帮助下,于2007年5月正式成立了计算机技术与应用系,2024年更名为计算机技术与应用学院。并率先在青海省实现本科第一批次录取零的突破,成为省内高校第一个一本招生的专业。青海大学计算机系培养计划中的课程体系由清华大学专家精心设计,课程内容紧扣教育部最新制订的“信息技术与应用”培养方向,满足应用型人才的培养需求。
青海大学计算机技术与应用学院(以下简称本学院)至今已成立17年,本学院根据青海大学的实际情况,将专业方向设定成2006年计算机专业教指委提出的“信息技术方向”,目标是培养应用型计算机人才。这一方向是计算机科学与技术教学指导委会积极倡导和推动的新专业方向,教育部也拟就这一方向展开专业试点工作。针对此现状,本学院希望能够开办一系列面向培养应用型人才的特色课程,开辟一条具有挑战性的课程探索与建设之路。
为了深入对计算机科学与技术专业信息技术方向的教学研究,促进这个新的专业方向的教学实践,我们需要开设一系列崭新的课程,以适应社会对人才知识结构的需求。“计算机系统平台”课程就是该方向建设规范中所提出的一门全新课程,应当将“汇编语言程序设计”“计算机组成原理”“计算机体系结构”“操作系统”等传统课程中的内容进行有机整合,将计算机系统作为一个整体进行分析和学习并讲授给学生,同时注重学生动手实践的环节,通过理论结合实际来巩固对计算机系统平台的认识。本学院开设这门课程,希望能够通过不断地探索和实践将此课程建设成特色课程,对教学内容和教学方法进行深入研究,最终目标是能把该特色课程建设成为西部地区乃至全国的示范性精品课程。
以“计算机系统平台”命名的专业课程,可以说正是信息技术方向所追求教学内容的一个特色。根据该方向的定位,本课程不讨论平台构建本身,而是从不同角度或层面看“计算机系统平台”的含义,了解并掌握它们所提供的支撑功能,扼要地介绍一些典型功能实现的基本原理。本课程的主要目的是使学生掌握计算机系统结构的基本原理,理解计算机操作系统的结构和工作原理,使学生熟悉计算机的硬件系统和软件系统,建立完整的计算机系统的概念,为学生应用计算机系统解决实际问题打下良好的基础。
课程的主要任务是介绍计算机组成原理和计算机操作系统,包括计算机系统硬件与操作系统平台,内容涉及计算机性能分析、系统体系结构、CPU、高速缓存、存储器、外部设备,以及汇编语言程序设计、BIOS和操作系统等。在课程的教学过程中,逐步培养学生独立进行实验和应用的能力。
2011年,本课程获批青海大学三类课程建设项目,并于2013年11月完成结题工作,课程建设已有初步成效。2013年底申报青海大学一类课程建设项目并再次获批,使得本课程的建设得到了有力的后续支持。2015年申报了校级教材建设基金项目,完成教材出版。2017年11月获批立项青海大学精品课程建设项目。2020年获批校级虚拟仿真项目,并在2020年申请国家级虚拟仿真项目,基于硬件实验箱虚拟仿真及可视化的计算机组成原理试验开发。2021年申请获批系级课程孵化项目,并在2022年底答辩中获得优秀。2023年获批校级课程示范项目。为形成一本更加适合本课程的教材,课程组成员先从讲义撰写做起,力图梳理计算机组成原理、软硬件架构、操作系统、开发平台等多方面的知识,并形成完整的文稿。
本书共12章。第1章对计算机系统进行了概述,旨在介绍计算机的发展历史和未来趋势,并对计算机组成结构及性能指标进行大致了解,形成基本概念。第2章介绍指令系统和汇编语言,从二进制转换和运算基础开始,介绍指令系统和指令格式,并给出一些汇编程序设计的示例。第3章介绍计算机中信息表示的方法,包括常见的数字、字符如何进行编码。第4章详细讲解了计算机五大功能部件的基本工作原理,包括总线、存储器、CPU、输入输出系统等,并进一步通过延伸展望计算机系统结构的发展。第5章从操作平台的角度介绍计算机操作系统的目标、作用、功能和发展历程,探讨操作系统的基本特性,并介绍一些常见的操作系统及其特点。第6章阐述进程的管理机制,包括进程的基本定义、状态及转换、进程控制块以及常见的进程调度算法等。第7章进一步对进程同步的经典机制和经典问题展开讨论,介绍了进程和线程的联系与区别,并讲解了死锁问题的产生和对策。第8章从存储管理的角度入手由浅入深地讲解了内存管理的几种方法。接下来第9章继续讲述了磁盘层面上的信息存储管理,解析文件的构成和文件系统的层次,并介绍了一些基本的磁盘调度算法。第10章对操作系统的外设管理功能进行了介绍,从I/O控制方式入手,重点讨论中断技术的原理,并讲解了设备分配的特点和驱动程序的处理过程。第11章进入上层应用的平台部分,介绍了系统初始化的过程以及Shell编程的基本语法结构,使读者接触到与底层系统和上层开发衔接较为紧密的一种特殊脚本语言。第12章介绍了几种主流的程序设计语言和开发工具,从平台的角度完成最上层应用的阐述,旨在使读者了解到从底至顶的完整平台架构中的各个环节。本书每章后都配有相应习题,供读者对本章内容进行回顾。
本书的出版受青海大学2024年度教材建设基金项目资助,由黄建强主要负责组织编写,多名教师参与编写; 其中第1章和第4章内容主要由曹腾飞编写,第2章和第3章主要由边浩东编写,第5章主要由吴利编写,第6章、第7章、第10章和第11章主要由张国晶编写,第8章主要由黄建强编写,第9章和第12章主要由王晓英编写。此外,贾金芳、张丽君等均参与了本书相关内容的设计、实验的实施以及通读审核等工作。本书的编写也得到了学校和各级部门的支持,在此一并表示感谢。
由于作者水平有限,时间仓促,书稿中难免有不妥和纰漏之处,恳请读者批评指正。
作者2025年10月
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