計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)

前言

　　“十五”期間，教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編制了《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范》（試行），后簡(jiǎn)稱《規(guī)范》. “計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)”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(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)”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(xué)入門”和“程序設(shè)計(jì)與問(wèn)題求解”，后續(xù)可有“計(jì)算機(jī)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(hù)”等。開(kāi)設(shè)課程的時(shí)間最早可以安排在一年級(jí)下學(xué)期，比較合適的是二年級(jí)上學(xué)期，但不要晚于二年級(jí)下學(xué)期。這是我們編寫這本教材時(shí)考慮的一個(gè)基本定位?！　膶?duì)信息技術(shù)專業(yè)方向人才培養(yǎng)的定位出發(fā)（見(jiàn)《規(guī)范》2.4節(jié)），我們力求內(nèi)容的實(shí)用性。這種實(shí)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(guò)于細(xì)節(jié)的討論，而且還體現(xiàn)在一種問(wèn)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(duì)實(shí)際問(wèn)題的背景得到了強(qiáng)調(diào)，從而有可能促進(jìn)學(xué)生的思考，加深對(duì)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(jiǎn)潔和嚴(yán)謹(jǐn)。讀者也許能體會(huì)到，本教材在具有一般可讀性的同時(shí)，有些內(nèi)容需要仔細(xì)推敲才能真正讀懂，盡管沒(méi)完全懂也不一定影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)?！　∫浴坝?jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)”為書名的教材，應(yīng)該說(shuō)還不多見(jiàn)?？梢哉f(shuō)這也正是信息技術(shù)方向所追求教學(xué)內(nèi)容的一個(gè)特色。按照《規(guī)范》，信息技術(shù)方向的基本目標(biāo)是圍繞社會(huì)中各種組織機(jī)構(gòu)（以及個(gè)人）的信息化需求，通過(guò)對(duì)計(jì)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(duì)其運(yùn)行實(shí)行有效的技術(shù)維護(hù)和管理。我們理解，“系統(tǒng)集成”是上述文字蘊(yùn)涵的一個(gè)要義。所謂“系統(tǒng)集成”，大致上說(shuō)就是讓各種相關(guān)技術(shù)協(xié)同發(fā)揮作用以實(shí)現(xiàn)某種功能或目標(biāo)的過(guò)程。如何進(jìn)行有效的系統(tǒng)集成？過(guò)去幾十年來(lái)人們的實(shí)踐告訴我們，根據(jù)普遍的需求構(gòu)建通用的平臺(tái)，讓滿足特殊需求的系統(tǒng)集成在這樣的平臺(tái)上來(lái)進(jìn)行是一條行之有效的技術(shù)路線。　　那么，到底什么是平臺(tái)？一般地講，平臺(tái)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(yùn)行與展現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施。在生活中，火車站的月臺(tái)就是一個(gè)平臺(tái)，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(gè)平臺(tái)，如果沒(méi)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(huì)麻煩很多。在計(jì)算機(jī)中，打開(kāi)機(jī)箱，看到的上面有一個(gè)個(gè)插槽的主板就是一個(gè)平臺(tái)，借助于它，各種配置的計(jì)算機(jī)就能夠方便地構(gòu)成。我們常常會(huì)聽(tīng)到的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)也是這個(gè)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(duì)比較專用的（或者說(shuō)面向領(lǐng)域的，例如Weblogic) ，使得開(kāi)發(fā)軟件變得容易起來(lái)。當(dāng)談到軟件的時(shí)候，常常也區(qū)別“軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)”和“軟件運(yùn)行平臺(tái)”，有些只是開(kāi)發(fā)平臺(tái)（例如C語(yǔ)言編譯器），另一些則只是運(yùn)行平臺(tái)（例如操作系統(tǒng)），還有些則二者兼任（例如整個(gè)Java體系）.　　根據(jù)信息技術(shù)方向的定位，本教材不討論平臺(tái)構(gòu)建本身，而是從不同的角度或?qū)用婵础坝?jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)”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(dāng)然也會(huì)扼要地介紹一些典型功能實(shí)現(xiàn)的基本原理。為此，全書分成五篇共9章進(jìn)行介紹。　　第一篇包含一章，介紹計(jì)算機(jī)操作運(yùn)行平臺(tái)，基本出發(fā)點(diǎn)是想回答這樣的問(wèn)題：當(dāng)我們買來(lái)了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，上面已經(jīng)裝了操作系統(tǒng)，但還沒(méi)有任何應(yīng)用程序，此時(shí)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(jìn)行各種配置，以及安裝所需的應(yīng)用軟件；對(duì)于具有程序開(kāi)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(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的情況下使讀者對(duì)操作系統(tǒng)有一個(gè)初步但實(shí)實(shí)在在的概念?！　〉诙?、3章，介紹計(jì)算機(jī)的硬件組成和計(jì)算機(jī)中信息的表示。由于本教材的定位不在于使讀者對(duì)計(jì)算機(jī)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(jìn)制和典型信息在計(jì)算機(jī)中的編碼，希望學(xué)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?！　〉谌傻?~6章構(gòu)成，集中講計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)。第4章介紹操作系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基本原理。一個(gè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)初始化的過(guò)程和Shell編程，前者在于加深讀者對(duì)操作系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的理解，后者在于對(duì)操作系統(tǒng)作為一個(gè)平臺(tái)所提供的功能的理解。第6章是對(duì)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)的簡(jiǎn)要介紹。具體的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)有很多，我們只是從“平臺(tái)”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(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序庫(kù)接口等?！　〉谒钠?、8章，講計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。第7章是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)概念與知識(shí)，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(shí)現(xiàn)的原理，也不在于詳細(xì)介紹各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的功能，重點(diǎn)在于從使用和維護(hù)的角度，介紹所涉及的各種配置及其功能表現(xiàn)的機(jī)制和基本原理。 第五篇也只有一章。一方面，我們將視野放開(kāi)，離開(kāi)常見(jiàn)的PC類計(jì)算機(jī)，介紹在企業(yè)和機(jī)構(gòu)中常會(huì)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(jī)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(xué)生希望能在大型計(jì)算機(jī)設(shè)施的運(yùn)行和維護(hù)方面具有競(jìng)爭(zhēng)力，我們特別對(duì)機(jī)房設(shè)施及其相關(guān)要求進(jìn)行了一定的介紹?！　∪缤兑?guī)范》中所論述的，信息技術(shù)是當(dāng)代計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的一個(gè)重要方向，計(jì)算機(jī)平臺(tái)技術(shù)是該方向的一個(gè)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(lái)，對(duì)我們是一個(gè)挑戰(zhàn)。本教材的構(gòu)思來(lái)源于對(duì)《規(guī)范》中信息技術(shù)方向的理解，基本內(nèi)容主要來(lái)自作者多年講授計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)踐，并根據(jù)《規(guī)范》的要求進(jìn)行了適應(yīng)性調(diào)整。盡管如此，鑒于作者的學(xué)識(shí)水平以及對(duì)信息技術(shù)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解所限，書中定有不少欠妥甚至謬誤之處，謹(jǐn)盼讀者不吝指正。同時(shí)我們也意識(shí)到，將原本在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)的幾門課的內(nèi)容抽取一部分成為一門課，對(duì)教師也是一個(gè)挑戰(zhàn)。我們歡迎使用本教材的教師不僅能給教材提意見(jiàn)，而且也能將自己講授課程的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)與我們交流。

內(nèi)容概要

這是一本從一個(gè)新的視角——平臺(tái)角度來(lái)詮釋計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的教材。本書從讀者熟悉的計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)人手，逐步深入到計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)施和環(huán)境等幾個(gè)層面。主要內(nèi)容涉及操作系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)機(jī)制、計(jì)算機(jī)組成、信息表示、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及基礎(chǔ)支持機(jī)制，以及機(jī)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(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)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(biāo)和規(guī)格要求，圍繞規(guī)范要求的知識(shí)點(diǎn)來(lái)組織內(nèi)容。因此，適合作為計(jì)算機(jī)專業(yè)信息技術(shù)方向的本科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，同時(shí)也適合作為其他計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他專業(yè)人員自學(xué)使用。

作者簡(jiǎn)介

　　張麗，1996年和2000年分別獲得哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)軟件學(xué)士學(xué)位和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)碩士學(xué)位，2004年獲得北京大學(xué)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)為北京工業(yè)大學(xué)副教授。早期主講課程包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、匯編語(yǔ)言、操作系統(tǒng)等，曾獲黑龍江省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。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(jì)、操作系統(tǒng)分析、離散數(shù)學(xué)等課程。在教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)教指委主辦的計(jì)算機(jī)教育優(yōu)秀論文評(píng)比中獲二等獎(jiǎng)。參與并完成多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金等研究項(xiàng)目。　　李曉明，1986年獲得美國(guó)史蒂文斯理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)為北京大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)：教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主任。主持了教育部《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》和《計(jì)算機(jī)科學(xué)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(bào)告》的編寫，多年從事計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作，講授過(guò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和計(jì)算概論等。

書籍目錄

第一篇　計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)　第1章　操作系統(tǒng)    1.1　終端用戶的操作系統(tǒng)平臺(tái)  　  1.1.1　操作系統(tǒng)界面    　1.1.2　操作系統(tǒng)平臺(tái)的基本功能　    1.1.3　操作系統(tǒng)平臺(tái)的配置    1.2　程序員的操作系統(tǒng)平臺(tái)  　  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(lái)歷  　  1.3.2　計(jì)算機(jī)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(jiàn)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(xí)題    討論    實(shí)驗(yàn)第二篇　計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)　第2章　計(jì)算機(jī)硬件組成  　2.1　計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)　  2.2  總線  　2.3　存儲(chǔ)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(dòng)程序  　  2.5.3　外設(shè)與主機(jī)信息傳送的控制方式　  2.6　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  　  2.6.1　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型    　2.6.2　計(jì)算機(jī)性能的提高    復(fù)習(xí)題    練習(xí)題    討論    實(shí)驗(yàn)　第3章　信息表示  　3.1　進(jìn)位制及其轉(zhuǎn)換    　3.1.1  進(jìn)位制　    3.1.2　數(shù)的進(jìn)制轉(zhuǎn)換  　  3.1.3　二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算　  3.2　數(shù)字的編碼  　  3.2.1  原碼    　3.2.2  補(bǔ)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(jiǎn)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(jī)器指令  　3.5　匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言　  復(fù)習(xí)題  　練習(xí)題　  討論第三篇　計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)　第4章　操作系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制  　4.1　進(jìn)程的管理    　4.1.1　進(jìn)程概念的引入　    4.1.2　進(jìn)程的狀態(tài)  　  4.1.3　進(jìn)程的調(diào)度    　4.1.4　進(jìn)程的同步與互斥　    4.1.5　進(jìn)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(kāi)發(fā)平臺(tái)第四篇　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)　第7章　網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的服務(wù)　第8章　網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)基礎(chǔ)知識(shí)第五篇　設(shè)施與環(huán)境平臺(tái)　第9章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施　附錄A Fedora 9安裝過(guò)程參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　操作系統(tǒng)　　按下電源開(kāi)關(guān)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，通?？吹降氖且环利惖谋尘皥D案，上面有一些小圖標(biāo)和菜單。單擊這些圖標(biāo)或菜單，計(jì)算機(jī)就會(huì)為用戶做一些事情，如播放一段音樂(lè)或彈出一個(gè)可以輸入文字的編輯框。當(dāng)然，在看到美麗的圖案之前，一般要經(jīng)過(guò)或長(zhǎng)或短的一段等待，并按提示在屏幕上出現(xiàn)的對(duì)話框中輸入正確的用戶名和密碼。不過(guò)，如果計(jì)算機(jī)是新買來(lái)的，而且沒(méi)有預(yù)裝操作系統(tǒng)（這種情況目前已經(jīng)很少見(jiàn)了），情況就不同了。那時(shí)按下電源按鈕，計(jì)算機(jī)只會(huì)在屏幕上出現(xiàn)幾個(gè)英文字母，然后就不動(dòng)了。這時(shí)，用戶會(huì)被告知需要安裝一個(gè)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(kāi)始使用計(jì)算機(jī)了。從這里得出一個(gè)事實(shí)：沒(méi)有安裝操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)是沒(méi)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(shí)際上，不帶操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)也是非常能干的，它可以做很多事情。但是，向它發(fā)號(hào)施令卻非常復(fù)雜。因此，用戶必須有一個(gè)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(gè)神話世界中非常能干的精靈，但是，必須有懂咒語(yǔ)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(gè)懂咒語(yǔ)的人，而計(jì)算機(jī)就是精靈。用戶通過(guò)用鼠標(biāo)單擊菜單，或通過(guò)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(huì)用計(jì)算機(jī)能懂的方式命令計(jì)算機(jī)為用戶做事。也就是說(shuō)，實(shí)際上干活的還是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(gè)操控計(jì)算機(jī)的平臺(tái)。有了它，用戶不需要知道計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各個(gè)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(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)辦學(xué)的一個(gè)重要方向，其目標(biāo)是培養(yǎng)在各類組織機(jī)構(gòu)中承擔(dān)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(jì)算機(jī)技術(shù)在各組織機(jī)構(gòu)信息化中的應(yīng)用，從事信息化系統(tǒng)的建設(shè)，并對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)進(jìn)行有效管理。根據(jù)美國(guó)勞工部的預(yù)測(cè)，信息技術(shù)人才將是未來(lái)10年社會(huì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)》有如下特色：　　·從平臺(tái)的角度描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)層次，包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和機(jī)房設(shè)施建設(shè)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性；　　·以一《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)》的篇幅涵蓋了計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等幾門計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)傳統(tǒng)課程的核心內(nèi)容；　　·從平臺(tái)表面深入到內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，使讀者能夠知其所以然，從而更加深刻地理解平臺(tái)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(yǔ)解釋復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)機(jī)理。

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