計算機系統(tǒng)平臺

前言

　　“十五”期間，教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導(dǎo)委員會編制了《高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范》（試行），后簡稱《規(guī)范》. “計算機系統(tǒng)平臺”是其中信息技術(shù)專業(yè)方向的建議課程之一。本教材是參照《規(guī)范》附錄2.4A和2.4B的內(nèi)容編寫成的教科書?！　“凑铡兑?guī)范》建議的，“計算機系統(tǒng)平臺”這門課的前導(dǎo)課程有“信息技術(shù)概論”、“信息技術(shù)應(yīng)用數(shù)學入門”和“程序設(shè)計與問題求解”，后續(xù)可有“計算機網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)”、 "Web系統(tǒng)與技術(shù)”、“應(yīng)用集成原理與工具”和“系統(tǒng)管理與維護”等。開設(shè)課程的時間最早可以安排在一年級下學期，比較合適的是二年級上學期，但不要晚于二年級下學期。這是我們編寫這本教材時考慮的一個基本定位。　　從對信息技術(shù)專業(yè)方向人才培養(yǎng)的定位出發(fā)（見《規(guī)范》2.4節(jié)），我們力求內(nèi)容的實用性。這種實用性，不僅體現(xiàn)在著重于基本概念及其關(guān)系的描述，不限于過于細節(jié)的討論，而且還體現(xiàn)在一種問題引導(dǎo)的陳述方式。在這種方式下，一些關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)生所針對實際問題的背景得到了強調(diào)，從而有可能促進學生的思考，加深對技術(shù)的理解。我們追求內(nèi)容深度和廣度的平衡，以及表述的簡潔和嚴謹。讀者也許能體會到，本教材在具有一般可讀性的同時，有些內(nèi)容需要仔細推敲才能真正讀懂，盡管沒完全懂也不一定影響后續(xù)內(nèi)容的學習。　　以“計算機系統(tǒng)平臺”為書名的教材，應(yīng)該說還不多見。可以說這也正是信息技術(shù)方向所追求教學內(nèi)容的一個特色。按照《規(guī)范》，信息技術(shù)方向的基本目標是圍繞社會中各種組織機構(gòu)（以及個人）的信息化需求，通過對計算技術(shù)的選擇、應(yīng)用和集成，創(chuàng)建優(yōu)化的信息系統(tǒng)并對其運行實行有效的技術(shù)維護和管理。我們理解，“系統(tǒng)集成”是上述文字蘊涵的一個要義。所謂“系統(tǒng)集成”，大致上說就是讓各種相關(guān)技術(shù)協(xié)同發(fā)揮作用以實現(xiàn)某種功能或目標的過程。如何進行有效的系統(tǒng)集成？過去幾十年來人們的實踐告訴我們，根據(jù)普遍的需求構(gòu)建通用的平臺，讓滿足特殊需求的系統(tǒng)集成在這樣的平臺上來進行是一條行之有效的技術(shù)路線?！　∧敲?，到底什么是平臺？一般地講，平臺就是滿足一類不同事物的共同需求，能夠使那些事物方?便?地?在?其上形?成、存?在、運行與展現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施。在生活中，火車站的月臺就是一個平臺，它支持各種火車的?？俊⒓铀佑?、旅客的上下車等。在工程中，造船廠的船塢就是一個平臺，如果沒有它上面的各種基本設(shè)施，一條船的建造不是不可能，但會麻煩很多。在計算機中，打開機箱，看到的上面有一個個插槽的主板就是一個平臺，借助于它，各種配置的計算機就能夠方便地構(gòu)成。我們常常會聽到的軟件開發(fā)平臺也是這個意思，即一整套基礎(chǔ)軟件工具和環(huán)境，可能是很通用的（例如Java) ，也可能是相對比較專用的（或者說面向領(lǐng)域的，例如Weblogic) ，使得開發(fā)軟件變得容易起來。當談到軟件的時候，常常也區(qū)別“軟件開發(fā)平臺”和“軟件運行平臺”，有些只是開發(fā)平臺（例如C語言編譯器），另一些則只是運行平臺（例如操作系統(tǒng)），還有些則二者兼任（例如整個Java體系）.　　根據(jù)信息技術(shù)方向的定位，本教材不討論平臺構(gòu)建本身，而是從不同的角度或?qū)用婵础坝嬎銠C系統(tǒng)平臺”的含義，了解并掌握它們所提供的支撐功能，感受我們能在上面做哪些事情；當然也會扼要地介紹一些典型功能實現(xiàn)的基本原理。為此，全書分成五篇共9章進行介紹?！　〉谝黄徽拢榻B計算機操作運行平臺，基本出發(fā)點是想回答這樣的問題：當我們買來了一臺計算機，上面已經(jīng)裝了操作系統(tǒng)，但還沒有任何應(yīng)用程序，此時能做些什么呢？取決于不同類型的用戶，能做的事情有所不同。普通用戶能做的就是進行各種配置，以及安裝所需的應(yīng)用軟件；對于具有程序開發(fā)能力的用戶，則還可以直接利用操作系統(tǒng)提供的函數(shù)編寫程序。這一章的目的就是在不涉及實現(xiàn)細節(jié)的情況下使讀者對操作系統(tǒng)有一個初步但實實在在的概念?！　〉诙?、3章，介紹計算機的硬件組成和計算機中信息的表示。由于本教材的定位不在于使讀者對計算機原理有系統(tǒng)的了解，硬件部分的介紹主要就是結(jié)合PC的結(jié)構(gòu)，從應(yīng)用的角度給予介紹。在信息表示方面也類似，主要介紹二進制和典型信息在計算機中的編碼，希望學生建立起的概念是：任何形式的信息都可以用0、1字符串編碼。　　第三篇由第4~6章構(gòu)成，集中講計算機軟件平臺。第4章介紹操作系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基本原理。一個安裝操作系統(tǒng)的具體例子則放到了附錄中。第5章介紹計算機系統(tǒng)初始化的過程和Shell編程，前者在于加深讀者對操作系統(tǒng)運行過程的理解，后者在于對操作系統(tǒng)作為一個平臺所提供的功能的理解。第6章是對應(yīng)用程序開發(fā)平臺的簡要介紹。具體的應(yīng)用程序開發(fā)平臺有很多，我們只是從“平臺”的概念出發(fā)，解釋它們的共性內(nèi)容，即它們一般能為程序員提供的方便和設(shè)施，包括集成環(huán)境，預(yù)先實現(xiàn)的應(yīng)用程序庫接口等?！　〉谒钠?、8章，講計算機網(wǎng)絡(luò)平臺。第7章是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)概念與知識，第8章是典型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。同樣，我們不追求系統(tǒng)介紹網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的原理，也不在于詳細介紹各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的功能，重點在于從使用和維護的角度，介紹所涉及的各種配置及其功能表現(xiàn)的機制和基本原理。 第五篇也只有一章。一方面，我們將視野放開，離開常見的PC類計算機，介紹在企業(yè)和機構(gòu)中常會用到的大型服務(wù)器和集群相關(guān)的概念，以及路由器和交換機等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。另一方面，按照《規(guī)范》的要求，信息技術(shù)方向的學生希望能在大型計算機設(shè)施的運行和維護方面具有競爭力，我們特別對機房設(shè)施及其相關(guān)要求進行了一定的介紹?！　∪缤兑?guī)范》中所論述的，信息技術(shù)是當代計算機學科發(fā)展的一個重要方向，計算機平臺技術(shù)是該方向的一個核心內(nèi)容。然而，如何根據(jù)信息技術(shù)的人才培養(yǎng)定位，編寫出一本這樣的教材來，對我們是一個挑戰(zhàn)。本教材的構(gòu)思來源于對《規(guī)范》中信息技術(shù)方向的理解，基本內(nèi)容主要來自作者多年講授計算機相關(guān)課程的教學實踐，并根據(jù)《規(guī)范》的要求進行了適應(yīng)性調(diào)整。盡管如此，鑒于作者的學識水平以及對信息技術(shù)人才知識結(jié)構(gòu)的理解所限，書中定有不少欠妥甚至謬誤之處，謹盼讀者不吝指正。同時我們也意識到，將原本在傳統(tǒng)計算機專業(yè)的幾門課的內(nèi)容抽取一部分成為一門課，對教師也是一個挑戰(zhàn)。我們歡迎使用本教材的教師不僅能給教材提意見，而且也能將自己講授課程的體會和經(jīng)驗與我們交流。

內(nèi)容概要

這是一本從一個新的視角——平臺角度來詮釋計算機系統(tǒng)的教材。本書從讀者熟悉的計算機操作平臺人手，逐步深入到計算機硬件、計算機軟件、計算機網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施和環(huán)境等幾個層面。主要內(nèi)容涉及操作系統(tǒng)功能及實現(xiàn)機制、計算機組成、信息表示、計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及基礎(chǔ)支持機制，以及機房設(shè)備與管理等。    本書深入淺出，內(nèi)容面寬但有層次感，按照教育部《高等學校計算機科學與技術(shù)本科專業(yè)規(guī)范（信息技術(shù)方向）》的培養(yǎng)目標和規(guī)格要求，圍繞規(guī)范要求的知識點來組織內(nèi)容。因此，適合作為計算機專業(yè)信息技術(shù)方向的本科學生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，同時也適合作為其他計算機相關(guān)專業(yè)的選修課教材，本書還可作為希望全面了解計算機系統(tǒng)的其他專業(yè)人員自學使用。

作者簡介

　　張麗，1996年和2000年分別獲得哈爾濱工業(yè)大學計算機軟件學士學位和計算機體系結(jié)構(gòu)碩士學位，2004年獲得北京大學計算機體系結(jié)構(gòu)理學博士學位?，F(xiàn)為北京工業(yè)大學副教授。早期主講課程包括計算機網(wǎng)絡(luò)、c語言程序設(shè)計、匯編語言、操作系統(tǒng)等，曾獲黑龍江省教學成果二等獎。近期主講互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計、操作系統(tǒng)分析、離散數(shù)學等課程。在教育部高等學校計算機教指委主辦的計算機教育優(yōu)秀論文評比中獲二等獎。參與并完成多項國家自然科學基金等研究項目。　　李曉明，1986年獲得美國史蒂文斯理工學院計算機科學博士學位。現(xiàn)為北京大學教授、博士生導(dǎo)師，網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)研究所所長：教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導(dǎo)委員會副主任，計算機科學與技術(shù)專業(yè)教學指導(dǎo)分委員會主任。主持了教育部《高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》和《計算機科學與技術(shù)專業(yè)（信息技術(shù)方向）規(guī)范與專業(yè)建設(shè)研究報告》的編寫，多年從事計算機領(lǐng)域的教學和科研工作，講授過的課程包括互聯(lián)網(wǎng)與Web技術(shù)概論、網(wǎng)絡(luò)信息體系結(jié)構(gòu)、并行處理技術(shù)、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機操作系統(tǒng)和計算概論等。

書籍目錄

第一篇　計算機操作平臺　第1章　操作系統(tǒng)    1.1　終端用戶的操作系統(tǒng)平臺  　  1.1.1　操作系統(tǒng)界面    　1.1.2　操作系統(tǒng)平臺的基本功能　    1.1.3　操作系統(tǒng)平臺的配置    1.2　程序員的操作系統(tǒng)平臺  　  1.2.1　程序員的操作系統(tǒng)界面    　1.2.2　基本的系統(tǒng)調(diào)用    1.3　操作系統(tǒng)存在的必要性　    1.3.1　操作系統(tǒng)的來歷  　  1.3.2　計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)    　1.3.3　屏蔽硬件的利與弊    1.4　常見操作系統(tǒng)及分類　    1.4.1  Windows操作系統(tǒng)  　  1.4.2  Linux操作系統(tǒng)    　1.4.3　操作系統(tǒng)分類    復(fù)習題    討論    實驗第二篇　計算機硬件平臺　第2章　計算機硬件組成  　2.1　計算機組成結(jié)構(gòu)　  2.2  總線  　2.3　存儲器　  2.4  中央處理器CPU  　2.5　輸入輸出系統(tǒng)    　2.5.1　外圍設(shè)備　    2.5.2　驅(qū)動程序  　  2.5.3　外設(shè)與主機信息傳送的控制方式　  2.6　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  　  2.6.1　計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型    　2.6.2　計算機性能的提高    復(fù)習題    練習題    討論    實驗　第3章　信息表示  　3.1　進位制及其轉(zhuǎn)換    　3.1.1  進位制　    3.1.2　數(shù)的進制轉(zhuǎn)換  　  3.1.3　二進制數(shù)的運算　  3.2　數(shù)字的編碼  　  3.2.1  原碼    　3.2.2  補碼　    3.2.3　反碼  　  3.2.4　移碼    　3.2.5　小數(shù)的表示    3.3  字符編碼　    3.3.1  簡單字符的編碼——ASCII碼  　  3.3.2  漢字字符的編碼——GB2312    　3.3.3  字符的統(tǒng)一碼——Unicode　  3.4　機器指令  　3.5　匯編語言和高級語言　  復(fù)習題  　練習題　  討論第三篇　計算機軟件平臺　第4章　操作系統(tǒng)的內(nèi)部實現(xiàn)機制  　4.1　進程的管理    　4.1.1　進程概念的引入　    4.1.2　進程的狀態(tài)  　  4.1.3　進程的調(diào)度    　4.1.4　進程的同步與互斥　    4.1.5　進程間的通信　……　第5章　系統(tǒng)初始化及Shell編程　第6章　應(yīng)用軟件開發(fā)平臺第四篇　計算機網(wǎng)絡(luò)平臺　第7章　網(wǎng)絡(luò)平臺的服務(wù)　第8章　網(wǎng)絡(luò)平臺基礎(chǔ)知識第五篇　設(shè)施與環(huán)境平臺　第9章　計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施　附錄A Fedora 9安裝過程參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　操作系統(tǒng)　　按下電源開關(guān)啟動計算機，通常看到的是一幅美麗的背景圖案，上面有一些小圖標和菜單。單擊這些圖標或菜單，計算機就會為用戶做一些事情，如播放一段音樂或彈出一個可以輸入文字的編輯框。當然，在看到美麗的圖案之前，一般要經(jīng)過或長或短的一段等待，并按提示在屏幕上出現(xiàn)的對話框中輸入正確的用戶名和密碼。不過，如果計算機是新買來的，而且沒有預(yù)裝操作系統(tǒng)（這種情況目前已經(jīng)很少見了），情況就不同了。那時按下電源按鈕，計算機只會在屏幕上出現(xiàn)幾個英文字母，然后就不動了。這時，用戶會被告知需要安裝一個操作系統(tǒng)，如Windows或Linux。在成功安裝操作系統(tǒng)之后，就可以看到上述圖景，開始使用計算機了。從這里得出一個事實：沒有安裝操作系統(tǒng)的計算機是沒法兒用的。那么操作系統(tǒng)是什么呢?為什么一定要安裝操作系統(tǒng)呢?　　實際上，不帶操作系統(tǒng)的計算機也是非常能干的，它可以做很多事情。但是，向它發(fā)號施令卻非常復(fù)雜。因此，用戶必須有一個助手幫忙才能比較方便地控制它。這就好像是用戶得到了一個神話世界中非常能干的精靈，但是，必須有懂咒語的人幫忙，才能讓精靈為用戶做事。操作系統(tǒng)就好像是那個懂咒語的人，而計算機就是精靈。用戶通過用鼠標單擊菜單，或通過鍵盤輸入命令，讓操作系統(tǒng)得知用戶的需求。然后，操作系統(tǒng)就會用計算機能懂的方式命令計算機為用戶做事。也就是說，實際上干活的還是計算機那一堆硬邦邦的部件。但是，操作系統(tǒng)隔離了操控那些部件的復(fù)雜性，將計算機能做的事情以一種比較明了的方式呈現(xiàn)給用戶，為用戶提供了一個操控計算機的平臺。有了它，用戶不需要知道計算機內(nèi)部的各個部件都是干什么的，都在干什么，也不需要知道怎樣控制和使用它們。

編輯推薦

　　“信息技術(shù)”是高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)辦學的一個重要方向，其目標是培養(yǎng)在各類組織機構(gòu)中承擔信息化建設(shè)任務(wù)的專業(yè)人員。信息技術(shù)人才注重計算機技術(shù)在各組織機構(gòu)信息化中的應(yīng)用，從事信息化系統(tǒng)的建設(shè)，并對復(fù)雜信息系統(tǒng)進行有效管理。根據(jù)美國勞工部的預(yù)測，信息技術(shù)人才將是未來10年社會需求最大的一類科技人才。作為信息技術(shù)方向的專業(yè)基礎(chǔ)課教材之一，《計算機系統(tǒng)平臺》有如下特色：　　·從平臺的角度描述計算機系統(tǒng)的各個層次，包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和機房設(shè)施建設(shè)，強調(diào)應(yīng)用性；　　·以一《計算機系統(tǒng)平臺》的篇幅涵蓋了計算機組成原理、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等幾門計算機科學與技術(shù)專業(yè)傳統(tǒng)課程的核心內(nèi)容；　　·從平臺表面深入到內(nèi)部實現(xiàn)，使讀者能夠知其所以然，從而更加深刻地理解平臺的各種表象和行為；　　·內(nèi)容廣而不淺，敘述深入淺出，示例豐富多樣，用淺顯的話語解釋復(fù)雜的實現(xiàn)機理。

圖書封面

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