第1章+计算机与信息技术2012 (1)_图文

大学计算机信息科技教程

主要介绍
计 算 机 与 信 息 技 术

1.1 计算机基础知识
1.2 数制及其转换 1.3 数据在计算机内的表示 1.4 数据在磁盘上的存储 1.5 中文操作系统Windows XP
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1.1
计 算 机 与 信 息 技 术

计算机基础知识

1.1.1 计算机的发展
1.1.2 微型计算机的硬件系统 1.1.3 微型计算机的软件系统

1.1.4 程序存储和程序控制
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1.1.1
计 算 机 与 信 息 技 术

计算机的发展

(中国唐末)算盘→(1622年英国)计算尺 →(1642年法国)机械计算机→(1944年美国) 继电器计算机。
20世纪最伟大的发明创造之一是电子 计算机。世界上第一台数字电子计算机是 1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生的, 取名ENIAC。
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第一台计算机 ENIAC
计 算 机 与 信 息 技 术
推出年代 基本组成 运算速度 重量 耗电量 占地面积 应用范围
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1946年2月 17468个电子管、6万个电阻器、 1万个电容器和6千个开关组成 每秒5000次加法 约30吨 174千瓦 160平方米 科学计算(导弹轨迹)
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第一台计算机 ENIAC
计 算 机 与 信 息 技 术

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第一代计算机(1946-1957年)
计 算 机 与 信 息 技 术

主要特点是:
⑴ 逻辑部件:采用电子管,体积大,耗电多, 速度低,成本高。 ⑵ 存储部件:采用磁鼓作为内存储器。 ⑶ 系统软件:基本没有,使用机器语言和符号 语言编制程序。 ⑷ 应用范围:主要用于科学计算。
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第二代计算机(1958-1964年)
计 算 机 与 信 息 技 术

主要特点是:
⑴ 逻辑部件:采用晶体管,体积小,速度快,功 耗低,性能稳定。 ⑵ 存储部件:内存储器主要采用磁芯,外存储器 主要采用磁盘和磁带。 ⑶ 系统软件:使用高级语言(如, FORTRAN、 COBOL、ALGOL等)编制程序,出现了管理 程序(操作系统的前身)。 ⑷ 应用范围:从科学计算逐步扩展到数据处理、 自动控制等。
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第三代计算机(1965-1970年)
计 算 机 与 信 息 技 术

主要特点是:
⑴ 逻辑部件:采用中、小规模集成电路,体积 更小,价格更低,可靠性更高,计算速度更 快。 ⑵ 存储部件:采用半导体存储器作为内存储器, 使得存储容量和存取速度大幅度提高。 ⑶ 系统软件:出现了操作系统、结构化程序设 计等。 ⑷ 应用范围:进一步拓展到文字处理、企事业 管理等。
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第四代计算机(1971-至今)
计 算 机 与 信 息 技 术

主要特点是:
⑴ 逻辑部件:采用大规模集成电路、超大规模集 成电路,性能大幅度提高,价格大幅度下降。
⑵ 存储部件:半导体存储器集成度越来越高,外 存储器还采用光盘、移动存储等。 ⑶ 系统软件:出现了数据库技术、网络通信技术、 多媒体技术等。 ⑷ 应用范围:社会生活的各个领域。
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当代的计算和计算机
计 算 机 与 信 息 技 术
⑴ 桌面计算:流行应用是字、表、图、库、网、 多媒体、游戏娱乐等。在Windows、Mac OS或Linux操作系统环境下工作。 ⑵ 服务器计算:主要运行一些复杂的、高性能 的计算。其特点是一台服务器中有着多个处 理器(CPU),能支持大容量的内存、磁盘阵 列,有效的吞吐能力,可扩性相对较强。 ⑶ 嵌入式计算:是指在其他设备中“嵌入”了 计算机芯片,使得被嵌入的设备具有一定的 “智能”,因而被嵌入的设备具有更广泛的 应用。 11 大学计算机信息科技教程(第二版) 2012-12-29

计算机发展的方向
计 算 机 与 信 息 技 术
⑴ 微型化:集成度越来越高,计算机体积越来 越小,如:笔记本型、掌上型电脑 等。 ⑵ 巨型化:指计算机的存储容量更大、运算速 度更高、功能更强。 ⑶ 网络化:使计算机之间或计算机用户之间能 进行通信交往、协同工作或资源共享(硬件资 源、软件资源以及数据与信息资源)。 ⑷ 智能化:使计算机有知识、会学习、会思维、 能推理。
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计算机发展的方向
计 算 机 与 信 息 技 术
苹果笔记本

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计算机发展的方向
计 算 谷歌的集装箱 式数据中心 机 与 信 息 技 术

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INTEL微处理器发展

计 算 机 与 信 息 技 术

年份 1971 1974 1981

型号 4004 8080 8088

速度 (Hz) 1M 2M 4.77M

集成度 年份 (晶体管) 2300 4500 29000 1995 1997 1999

型号 奔腾pro 奔腾Ⅱ 奔腾Ⅲ

速度 (Hz) 150M 233M 450M

集成度 (晶体管) 550万 750万 950万

1982 1985
1989 1993

80286 80386
80486 奔腾

6M 16M
25M 60M

13.4万 27.5万
120万 310万

2000 2003
2006 2008

奔腾Ⅳ 迅驰
酷睿 酷睿i5

1.4G 1.6G
1.66G 2.53G

4200万 7700万
2.91亿/143 平方毫米 700系列 7.74亿
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1.1.2 微型计算机的硬件系统
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一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件 系统两大部分组成。 计算机硬件是指组成一台计算机的各种物理 设备的总称。目前微型计算机的硬件系统一般 由中央处理器、内存储器、外部存储器、输入 输出设备、接口、BIOS和总线等部件组成。

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台式电脑和笔记本电脑
计 算 机 与 信 息 技 术

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台式电脑界面
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从外部看,台式PC主要有以下部件:
? 主机箱、显示器、键盘、鼠标。

主机箱中最重要的部件:主板
其他连接设备有:
? 音箱、打印机、扫描仪等。

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Dell 台式电脑
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主板(Mother Board)
计 算 机 与 信 息 技 术
? 主板(Mother Board),又称底板,是PC中最

重要的一块电路板,为PC中其他部件提供插 槽和接口等。主板上已集成了南北桥芯片组

(Chipset)、BIOS芯片,而CPU、内存条、
声卡、显示卡等部件是通过插槽安装在主板 上,软驱、硬盘、光驱等设备在主板上也有 各自的接口。某些主板集成了声卡、显示卡、 网卡、MODEM卡等部件,以降低整机成本。
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主板结构

PCI-E插槽

USB口

并行口 PS/2口

PCI 插槽 锂电池 BIOS

CPU

内存 插槽

SATA插座

芯片组

IDE插座

软盘插座

主板
计 算 机 与 信 息 技 术

PS/2 接口

串行口

并行口 显示器 接口

USB口

网卡 输出口

声卡 输出口
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中央处理器(CPU)
计 算 机 与 信 息 技 术 CPU是计算机 系统中必备的最核 心的部件,主要由 运算器、控制器两 个部件以及一些寄 存器、高速缓存组 成。
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CPU=运算器+控制器
计 算 机 与 信 息 技 术
? 运算器:负责对数据进行算术运算和逻辑 运算。
? 控制器:它从存储器中取出指令,进行译 码,分析指令,根据指令功能发出相应的 控制信号,控制其它部件去执行指令规定 的任务。

? 寄存器:用来暂时存放当前正在被使用的 数据,其余大量的数据则存放在存储器部 件中。
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高速缓冲存储器(Cache)
计 算 机 与 信 息 技 术
? Cache是CPU和内存之间的一种“高速缓冲存储

器”,为提高存取内存的速度而设计的。
?CPU 在读写数据时,首先访问Cache,找到想 要的数据便直接载入寄存器(称为“命中”),找不 到才访问速度相对较慢的内存(称为“未命中”)。

两种类型(封装在CPU内)
? 一级缓存:L1 Cache ? 二级缓存:L2 Cache

使用Cache能显著地提高计算机的工作速度。
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芯片组Chipset
计 算 机 与 信 息 技 术
?芯片组是固化在主板上的核心部件

?北桥芯片(North Bridge)
负责与CPU的联系并控制内存、AGP数据在北桥 内部传输,提供对CPU的类型和主频、系统的前端总 线频率、内存类型和最大容量、AGP插槽等支持,整 合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。

? 南桥芯片(South Bridge)
负责I/O总线之间的通信,如PCI总线、USB、 LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时 时钟控制器、高级电源管理等。
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内存储器
计 算 机 与 信 息 技 术
? 内存储器简称内存或主存,是临时存放数据

的记忆部件。 ? 内存按其工作方式的不同,分为随机存储器 和只读存储器。

内存条(SDRAM、DDR)

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内存储器
计 算 机 与 信 息 技 术
? 随机存储器RAM:随机读写,断电后信息丢失(占大量)。

? 只读存储器ROM:存放着生产厂商事先写入的程序和数

据,一般只能读出而不能随意写入,如用于存放BIOS的相 关信息(占少量)。
? 存储器的基本单位:字节,1 Byte = 8 bit (二进制位)

1 KB = 1024 B (即210); 1 MB = 1024 KB (即220); 1 GB = 1024 MB (即230);1 TB = 1024 GB (即240)
? 内存地址:每个存储单元都有一个唯一的序号,称为地

址。CPU凭借地址,才能准确无误地存取存储器中的数据。
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外存储器
计 算 机 与 信 息 技 术
? 外存储器简称外存或辅存,能长期保存用户

的信息,但存放在外存中的数据必须先调入 内存后,才能由CPU进行处理。 ? 常用的外存有磁盘、光盘、闪存、移动硬盘 等。

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软盘与软盘驱动器
计 算 机 与 信 息 技 术

写保 护口

3.5英寸盘
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3.5英寸软盘驱动器
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软盘片-写保护口
计 算 机 与 信 息 技 术

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硬盘 (Hard Disk)
计 算 机 与 信 息 技 术

硬盘几大指标
? 容量:80~2TB ? 转速:5400~7200转/分 ? 缓存:2M~16M ? 传输速率:100MB/s以上 ? 接口:IDE、SATA、

USB、SCSI、IEEE1394
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光盘与光盘驱动器
计 算 机 与 信 息 技 术 光盘驱动器
CD-ROM驱动器:单速为150KB/s ,40速即乘40 DVD-ROM驱动器:单速为1350KB/s

光盘片

CD-ROM: 只读光盘,容量为 650MB~700MB CD-R:一次写入式光盘 CD-RW:可擦写光盘 DVD:单面容量为4.7G,单面双层的容量为8.5GB, 双面双层的容量高达17GB。
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光盘与驱动器
计 算 机 与 信 息 技 术

CD-ROM

CD刻录机

DVD刻录机
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CD片
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CD-ROM 驱动器
计 算 机 与 信 息 技 术

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闪存 (Flash Memory)
计 算 机 与 信 息 技 术 具备无需驱动器和额外电源、体积小、 即插即用、寿命长(可反复擦写100万次以 上)的优点 。

朗科优盘
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爱国者CF卡

Winward (金盛怡)SM卡

Sony记忆棒
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移动硬盘
计 算 机 与 信 息 技 术
移动硬盘是一种 大容量的可移动的存 储器。具有容量大、 读写速度快、携带方 便、支持热插拔等优 点。目前移动硬盘主 要采用一个2.5英寸硬 盘外加移动硬盘盒组 成,也是使用USB接 口。
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移动硬盘和硬盘盒
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输入输出设备
计 算 机 与 信 息 技 术
? 输入设备是指具有向计算机系统输入信息功

能的设备 ? 输出设备是指能从计算机系统中输送出信息 的设备

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键盘 (Keyboard)
计 算 机 与 信 息 技 术

防水键盘

多媒体键盘

无线键盘
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人体工程学键盘
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鼠标器(Mouse)
计 算 机 与 信 息 技 术

光电

无线
机械

USB
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扫描仪(Scanner)
计 算 机 与 信 息 技 术
? 类型:手持式、滚筒式 ? ? ? ?

和平板式三种 分辨率DPI:每一英寸 长度的点数。 色彩位数:共可表示颜 色数目。 感光元件:使用CCD能 达到较高分辨率 接口:SCSI、EPP和 USB
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显示器(Video)
计 算 机 与 信 息 技 术
? 显象管:球面、平面直角、纯平、液晶 ? 尺寸:14 ~ 22英寸 ? 点距:0.24 ~0.28MM,越小越好

? 分辩率:屏幕水平方向和垂直方向显示的点

数,如:800×600、1024×768、…
? 刷新频率:CRT≥ 75Hz ? 响应速度:像素由亮转暗并由暗转亮所需的

时间。CRT:1ms,LCD:<10ms
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显示器图片
计 算 机 与 信 息 技 术
CRT显示器
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LCD显示器
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打印机(Printer)
计 算 机 与 信 息 技 术 打印机类型
? 针式打印机: 打印针头击打色带 ? 喷墨打印机: 墨水通过喷头 ? 激光打印机: 采用电子照相原理

主要技术指标
? DPI:每英寸打印的点数

? 色彩调和:黑白或彩色
? PPM:每分钟打印页数 ? 打印纸规格:A4、A3等。
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各种打印机图片
计 算 机 与 信 息 技 术
喷墨打印机
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针式打印机 激光打印机

一体机(扫描、复印、传真、打印)
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总线
计 算 机 与 信 息 技 术
? 总线是一组连接各个部件之间的公共通信线。

PC中各个部件的信息传输都是通过“总线” 这个公共的通道来实现的。 ? 目前PC主板上常见的总线结构与插槽有以下 几种:
PCI总线 ? AGP总线 ? PCI-E总线
?

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PCI
计 算 机 与 信 息 技 术

插槽

是Intel公司在开发奔腾CPU时设计的一种总线 总线标准(数据传输宽度):32位,可扩展到64


数据传输率:133MB/s 用途:插入 声卡、显卡、Modem卡、网卡等

ISA 插槽
总线标准:16位 数据传输率:8MB/s 已淘汰,目前主板上已无该插槽。
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PCI-Express插座
计 算 机 与 信 息 技 术
总线标准:64位 数据传输率:4GB/s (16X)

用途:插PCI-E设备,目前主要插PCI-E显卡 PCI-E是一种采用点对点串行连接方式的
高速总线。2004年6月,在915主板上出现了 PCI-E总线,淘汰了AGP总线。PCI-E总线的优 点是速度快、向下兼容 (16X插槽可以插16X以

下的设备)、支持“热插拔”等。
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AGP插座(图形加速端口总线)
计 算 机 与 信 息 技 术 总线标准:32/64位,可扩展到64位 数据传输率:1064 MB/s 用途:插高速图形显示卡,可以使3D图 形在普通个人电脑上以更快的速度显示。

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外部设备接口
计 算 机 与 信 息 技 术
? 外部设备接口主要解决高速的主机与低速的

外部设备之间的速度匹配问题。 ? 由于外部设备品种繁多,物理性能相差极大, 数据交换的方式不同,因此在PC的主板上往 往配置不同的接口,主要有以下几种:

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PS/2 接口
计 算 机 与 信 息 技 术
?分别接键盘和鼠标器

键盘 ? 打字机键区:字母、数字、符号 ? 功能键区:F1~F12 ? 小键盘键区:Num Lock键控制上下档 ? 全屏幕键区:Insert、Delete、Home、End、→、←、↑、↓ 鼠标 ? 类型:机械、光电 ? 接口:COM、PS/2、USB

PS/2 接口

串行口
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并行口

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显示器 接口

网卡 输出口

声卡 输出口 51

并行口
计 算 机 与 信 息 技 术
? ? ? ?

一般提供1个外接插口 一次可传送8位二进制 设备名:“LPT1”、“LPT2”、… 一般用于连接打印机,又称为打印口

串行口
? ? ? ?

一般提供2个外接插口 一次只可传送1位二进制 设备名:“COM1”、“COM2”… 一般连接速度较慢的设备,如Modem、鼠标 器等(目前串口已较少使用)
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USB 接口
计 算 机 与 信 息 技 术 特点
? 支持热插拔 ? 最多可以同时接127台输入输出设备

? 传输速率快, USB1.1为12Mbps

USB2.0可达480Mbps

连接设备
移动存储设备,如打印机、扫描仪、移动 存储、数码设备等。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 53

IDE 插座(ATA接口并行方式)
计 算 机 与 信 息 技 术
? 一般有2个IDE插座,每个IDE可接2个

硬盘或2个光盘驱动器。
? 分主(Master)、从(Slave)盘,使用跨

线柱设置。

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SATA (Serial ATA)插座
计 算 机 与 信 息 技 术
? 是一种串行连接方式的硬盘接口。由于IDE接

口受到传输速度的限制(最高不会超过 200MB/s),Intel在2000年首先提出了SATA

的设计构想,随即便和IBM、DELL、希捷、
迈拓等主要存储技术厂商成立了SATA工作组 并将SATA确定为硬盘接口新标准。SATA具 有结构简单、支持“热插拔”以及传输速率快 的优点,如SATAII带宽已达300M/s以上。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 55

BIOS-基本输入/输出系统
计 算 机 与 信 息 技 术
集成在主板上的一块ROM芯片,其中保存着本系 统最重要的基本输入/输出程序以及系统信息设置 主要功能有: (1) 自检:检查PC的显示卡、键盘和内存等设备 的工作状态是否良好。 (2) 初始化:对硬件设置的一些参数与实际硬件 设置进行比较,如果不符合,会影响系统的启动。 (3) 引导程序:从软盘或硬盘的起始扇区读取引 导记录,再由引导记录把操作系统装入内存。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 56

常见BIOS芯片
计 算 机 与 信 息 技 术
目前较流行的主板BIOS主要有 Award

BIOS、AMI BIOS、Phoenix BIOS三种类型。

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CMOS-互补金属氧化物半导体
计 算 机 与 信 息 技 术
? CMOS 是 微 机 主 板 上 的 一 块 可 读 写 的

RAM芯片,目前已做到了BIOS芯片中。
? 保存系统的硬件配置和用户对某些参数

的设定。比如,硬盘的参数、软驱的规 格、启动的顺序、密码的设置等。
? 由主板的锂电池供电。
? CMOS一般有128~256字节的容量。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 58

CMOS 设置
计 算 机 与 信 息 技 术
在开机时按住<DEL>键不放进入设置主画面:

2012-12-29

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1.1.3 微型计算机的软件系统
计 算 机 与 信 息 技 术 计算机软件
程序及其有关的资料和文档。

计算机软件的功能
? 提高计算机资源的使用效率

? 扩大计算机的功能
? 为用户提供开发工具或开发环境等

软件分类
系统软件和应用软件。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 60

系统软件
计 算 机 与 信 息 技 术
系统软件是指管理、监控和维护计算机资
源(包括软件资源和硬件资源),并支持计算机工 作和服务的一系列软件。 系统软件是计算机系统中最基础的软件。

系统软件主要包括操作系统、语言处理程
序、设备驱动程序和实用工具等。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 61

操作系统
计 算 机 与 信 息 技 术
作用 管理计算机系统中各种资源,控制程序的运 行和提供服务,使其他系统软件、应用软件能够 在计算机上得以正确地运行。 ? 主要功能 CPU管理、存储器管理、设备管理、文件管 理和进程管理等五个方面。 ? 常用的OS MS-DOS、Windows、Linux、Mac OS 、 UNIX等。
?
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 62

语言处理程序-机器语言
计 算 机 与 信 息 技 术
以二进制代码表示的指令集合,CPU直接 能识别和执行的语言。 例:X=3+5 00010010 取 3 00100100 加 5 10001010 存 X

优点:占用内存少、 执行速度快 缺点:不易阅读和记忆、编程困难易出错
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 63

语言处理程序-汇编语言
计 算 机 与 信 息 技 术
用记忆码来表示机器指令,用符号地址来 表示指令中操作数或操作地址。 例:X=3+5 LOAD 3 ADD 5 SAVE X 优点:与机器语言相比,较为直观、易理解和 记忆

缺点:汇编语言也是面向机器的语言,编程与 查错困难,而且通用性也不强。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 64

语言处理程序-高级语言
计 算 机 与 信 息 技 术
高级语言又称算法语言。
特点:面向用户和过程。其语句的表达接近人 们常使用的自然语言(英语)和数学语言,一条 语句不是完成单一的机器指令操作,而是完成 多项操作。

常用的高级语言:
FORTRAN、COBOL、VB、C、Java等。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 65

源程序
计 算 机 与 信 息 技 术
?

源程序
用汇编语言和高级语言所编制的程序。

?

语言处理程序
把由汇编语言或高级语言编制成的 源程序

翻译 或 解释 成为计算机硬件能直接执行的 目 标程序。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 66

两种语言处理程序
计 算 机 与 信 息 技 术
? 编译程序(Compiler) 将源程序一次全部翻译成目标程序,再经 过装配连接,最终成为能直接运行的可执行程序 (相当于笔译)。

? 解释程序(Interpreter)
将源程序逐句解释翻译成一组机器指令,解 释一句,执行一句,直至程序执行完毕(相当于 口译)。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 67

设备驱动程序
计 算 机 与 信 息 技 术
?

设备驱动程序
告诉计算机如何使用新配置的外围设备。

?

即插即用(Plug and Play,PnP)设备

目前的PC设备,如声卡、光驱、显示卡等, 操作系统能自动识别并安装相应的驱动程序。
?

非即插即用设备
必须由用户自己安装对应的驱动程序。

2012-12-29

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实用工具
计 算 机 与 信 息 技 术

控制分配和使用计算机资源的系统软 件。
? 磁盘分区工具:如PQ-Magic ? 磁盘备份与恢复工具:如Norton Ghost ? 网络下载工具:如FlashGet ? 系统诊断程序:如SiSoftware Sandra

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应用软件
计 算 机 与 信 息 技 术
专门为某一应用目的而编制的软件系统,这 类软件能解决特定的问题。 ? 办公自动化:如 WPS、Word、Excel ? 演示文稿:如 PowerPoint、Freelance Graphics ? 网页制作:如 FrontPage、Dreamweaver ? 图形动画:如 PhotoShop、Flash ? 数据管理:如 Access、Visual FoxPro ? 网页浏览:如 IE、Netscape Navigator ? 其他软件:如教育、游戏、翻译、多媒体方面软件
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1.1.4
计 算 机 与 信 息 技 术

程序存储和程序控制

美籍匈牙利数学家冯· 诺依曼(Von Neumann) 的思想体系:
? 计算机应基本包括控制器、运算器、存储器、

输入设备和输出设备五大部件。
? 计算机内部的数据和指令均以二进制存储。 ? 用户编制的程序和数据应存放在内存储器中,

计算机能按人的意图(即人编制的程序),自动地 高速地从存储器中逐条取出指令和相应的数据, 完成运算并输出结果。
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1.2 数制及其转换
计 算 机 与 信 息 技 术 1.2.1 常用的计数制 十进制计数
? 基本数码:0、1、2、…、9 ? 特点:逢十进一

? 展开式:

(N)10=an*10n+an-1*10n-1+ … +a1*101+a0*100
? 例:2345=2*103 + 3*102 + 4*101 + 5*100
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二进制计数
计 算 机 与 信 息 技 术
? 基本数码:0、1
? 特点:逢二进一 ? 展开式: (N)2=an*2n+an-1*2n-1+ … +a1*21+a0*20 ? 例: (10101)2= 1*24 + 0*23 + 1*22 + 0*21 + 1*20 =16+4+1 =(21)10
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十六进制计数
计 算 机 与 信 息 技 术
? 基本数码:0、1、…、9、A、B、C、D、

E、F ? 特点:逢十六进一 ? 展开式: (N)16=an*16n+an-1*16n-1+…+a1*161+a0*160 ? 例: (2EC)16=2*162 + E*161 + C*160 =2*256+14*16+12*1 =(748)10
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三种进位制对照
计 算 机 与 信 息 技 术
十进制数 二进制数 十六进制数 十进制数 二进制数 十六进制数

0 1 2 3 4 5

0 1 10 11 100 101

0 1 2 3 4 5

9 10 11 12 13 14

1001 1010 1011 1100 1101 1110

9 A B C D E

6 7 8
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110 111 1000

6 7 8

15 16

1111 10000

F 10

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1.2.2 数制间的转换
计 算 机 与 信 息 技 术
? 二进制数转换成十进制数

只要写出二进制数的展开式,计算相应 的值,即可转换成对应的十进制数。

例:将二进制数10110111转换成等值的十进制数
10110111B = 1*27+0*26+1*25+1*24+0*23 +1*22+1*21+1*20 = 128+32+16+4+2+1 = 183

结果为: 10110111B = 183D = 183
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十六进制数转换成十进制数
计 算 机 与 信 息 技 术
只要写出十六进制数的展开式,计算相应 的值,即可转换成十进制数。

例:将十六进制数F261转换成等值的十进制数
F261H=15*163+2*162+6*161+1×160 =15*4096+2*256+96+1 =62049

结果为: F261H = 62049
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十进制数转换成二进制数(除二取余)
计 算 机 与 信 息 技 术 例:将十进制数307转换成等值的二进制数
2 307 2 153 2 76 2 38 2 19 2 9 2 4 2 2 2 1 0
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………余 1 ………余 1 ………余 0 ………余 0 ………余 1 ………余 1 ………余 0 ………余 0 ………余 1

低位

结果为:
307 = 100110011B

高位
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十进制数转换成十六进制数(除十六取余)
计 算 机 与 信 息 技 术

例:将十进制数894转换成等值的十六进制数
16 894 16 55 ………余 14 16 3 ………余 7 0 ………余 3 低位

高位

结果为:894 = 37EH
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二进制与十六进制间的转换
计 算 机 与 信 息 技 术
? 十六转二:将十六进制的每一个数位,分别转

换为4个二进制数位,并依次顺序排列即可。 例:将十六进制数7BA转换成等值的二进制数 7 B A = 0111 1011 1010 ? 二转十六:只需将二进制数从低位起每4位组 成一组,就可转换成一个等值的十六进制数。 例:将二进制数1011001011101转换成等值的 十六进制数 1 0110 0101 1101 = 165D
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1.3 数据在计算机内的表示
计 算 机 与 信 息 技 术

1.3.1 数值数据的表示方式
1.3.2 西文字符的表示方式 1.3.3 汉字信息处理技术

1.3.4 多媒体数据的表示
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 81

1.3.1 数值数据的表示方式
计 算 机 与 信 息 技 术
计算机内部为什么使用二进制

1. 二进制在物理器件中容易实现
在物理世界中具有两个稳定状态的物理器件很多,比如 开关的“开”与“关”、电容器的“充电”与“放电” 等。

2. 二进制数运算规则简单
加法:0+0 = 0,0+1 = 1,1+0 = 1,1+1 = 0并进位 减法:0-0 = 0,1-0 = 1,1-1 = 0,0-1 = 1并借位 乘法:0×0 = 0,0×1 = 0,1×0 = 0,1×1 = 1 除法:0÷1 = 0,1÷1 = 1
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二进制加减法运算示例
计 算 机 与 信 息 技 术
例1:计算101100B+11110B 101100 +) 1 1 1 1 0 1001010 例2:计算101100B-11110B 101100 -) 1 1 1 1 0 1110
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二进制乘法运算示例
计 算 机 与 信 息 技 术
例3:计算1011B×101B 1011 ×) 101 1011 0000 1011 110111

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定点数的表示
计 算 机 与 信 息 技 术
定点数是指,一个数的小数点隐含地位于 指定的位置上。若隐含的小数点固定在有效数 的最右边,用于表示整数;若隐含的小数点固 定在有效数的最左边,用于表示小于1的纯小 数。 假设某计算机使用2个字节(16个二进制位) 表示一个数值数据,那么它用来表达定点整数 N的范围为(负数仍用原码表示): | N | ≤ 215-1
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定点数示例1
计 算 机 与 信 息 技 术
例1:十进制数为168,等值的二进制数为

10101000,在机内的表示如下:
214 213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 符号位: 0 表示正

隐含的小数点位置

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定点数示例2
计 算 机 与 信 息 技 术
例2:十进制数为 -0.168,等值的二进制数为
-0.00101011,在机内的表示如下:
2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10 2-11 2-12 2-13 2-14 2-15

1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 隐含的小数点位置

符号位: 1 表示负

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浮点数的表示
计 算 机 与 信 息 技 术
浮点数是指,将一个数表示为指数部分和 尾数部分。在一般的浮点表示方法中,任何一 个数可表示成:N = M×RE
其中: M为尾数,E阶码,R为阶码的基数。 若使用2个字节表示一个浮点数,前8位表示阶 码(包括阶符),后8位表示尾数(包括尾符,即 整个浮点数的符号),那么它用来表达浮点数N 的范围(除0外)为:2-7 ≤ | N | ≤ (1-2-7)×2127
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浮点数示例
计 算 机 与 信 息 技 术
例:十进制数为 -123.45,等值的二进制数为

-1111011.01110011 (即 -0.11110110111×27)
在机内的表示如下:
26 25 24 23 22 21 20 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7

0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1
阶符: 0表示正
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阶码

尾符: 1表示负

尾数

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1.3.2 西文字符的表示方式
计 算 机 与 信 息 技 术
? EBCDIC码:使用8个二进制数(1个字节)表示1

个字符,可以表示28 即256个字符(IBM大型机 上使用)。
? Unicode码:使用16个二进制数(2个字节)表示

1个字符,可以表示216 即65000多个不同的字 符。
? ASCII码:使用7个二进制数表示1个字符,可

以表示27即128个字符。由于存储器基本单位是 字节,1个字符使用一字节的低7位,最高位不 用,用0表示。例:A 用 0100 0001表示
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ASCII 码表
计 算 机 与 信 息 技 术
高位 低位

000
NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF VT FF CR SO SI

001
DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US

010
SP ! " # $ % & ' ( ) * + , . /

011
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ?

100
@ A B C D E F G H I J K L M N O

101
P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _

110
` a b c d e f g h i j k l m n o

111
p q r s t u v w x y z { | } ~ DEL

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

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1.3.3 汉字信息处理技术
计 算 机 与 信 息 技 术 汉字信息处理技术包括:
? 汉字信息的输入:如何将汉字送入计算机内。
? 汉字信息的处理:汉字在机内如何被识别、

检索、变换以及使汉字和西文字符共存等。
? 汉字信息的输出:如何将机内用二进制数(内

码)表示的汉字转换成汉字原有形式显示或打印。

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汉字信息的输入
计 算 机 与 信 息 技 术
各种汉字编码方案大体上可分为以下四类: ? 数字编码法:以数字作为汉字的编码。如:区 位码、电报码等。 ? 字音编码法:基于汉语拼音的编码。如:全拼、 双拼、智能ABC等。 ? 字形编码法:根据汉字的字形信息分解归类 而给出的编码。如:五笔字型、表形码、仓颉码 等。 ? 形音编码法:字音、字形、数字结合方式的编 码。如:全息码、大众码等。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 93

汉字信息的处理-国标码
计 算 机 与 信 息 技 术
1981年国家标准局正式颁布了《信息交换 用汉字编码字符集· 基本集》(GB2312-80),称 为汉字交换码或国标码该字符集中规定了6763 个汉字(一级汉字共3755个,以拼音为序;二级 汉字共3008个,以部首为序)和682个基本图形 字符的编码,共7445个。

国标码采用2个字节进行编码,与ASCII码一 样每个字节的最高位恒为0,而且可显示字符也 是从33(21H)开始。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 94

汉字信息的处理-区位码
计 算 机 与 信 息 技 术
将国标码分为94个区(01 ~ 94),每个区设 有94个位(01 ~ 94),每个汉字或图形符号由 区号和位号唯一确定。 区位码使用十进制编码,区号和位号均从1 开始。 区位码转换为国标码:先将区位码的区号 和位号分别转换为十六进制,然后再分别加上 20H。例如,汉字“乐”的区位码是3254,国 标码是40H56H。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 95

汉字信息的处理-GBK
计 算 机 与 信 息 技 术
1993年,以我国大陆为主,联合日本、韩
国、香港地区和台湾地区经过各自使用的字符 集进行相互认同与合并,确定了20902个中日 韩统一的汉字,其中包括简体汉字、繁体汉字 以及大量的冷僻汉字,称为“CJK字符集”或

称“GBK大字符集”,在Windows 95以后的
版本中开始使用。

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汉字信息的处理GB18030-2000
计 算 机 与 信 息 技 术
2000年3月我国又颁布了《信息技术信息 交换用汉字编码字符集基本集的扩充》 (GB18030-2000),共收录了27484个汉字, 为解决人名、地名用字问题提供了方案,为汉 字研究、古籍整理等领域提供了统一的信息平 台。

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汉字信息的处理-内码
计 算 机 与 信 息 技 术
在计算机内存储和处理汉字信息时使用的 编码。如:国标内码、BIG5内码等。
对任何一个汉字来说,其汉字内码是唯一 的,尽管该汉字的外码有不同的编码。 例如,输入“赵”这个汉字,全拼的输入 码为zhao,五笔字型的输入码是fhq,但进入 计算机后被转换成“赵”这个汉字的内码。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 98

汉字信息的处理-内码(续)
计 算 机 与 信 息 技 术
汉字“乐”的国标码为40H56H,第1个 字节为十六进制40,与ASCII码的“@”编码一 样,第2个字节为十六进制56,与ASCII码的 “V”编码相同。

内码:将国标码的每个字节中最左边的空 闲位(最高位)置成1(即加上80H)。 例如: “乐”的国标码为40H56H,其内 码为C0HD6H。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 99

计 算 机 与 信 息 技 术

? ?

内码 = 国标码 + 128(80H):

国标码 机内码 30H=00110000B 10110000B=B0H 21H=00100001B 10100001B=A1H ? “啊”的国标码为:30H21H ? 内码为:B0HA1H

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汉字信息的输出
计 算 机 与 信 息 技 术
? 汉字库:存放汉字的字形码的存储空间以及读

取程序。当输出时,通过汉字内码到汉字库的映 照,就很方便地找到相应的汉字字形码。 ? 汉字字形码分为两大类: (1) 点阵字形:将一方块划分为许多小方格,组 成一个点阵,每一个小方格就是点阵中的一个点。 (2) 轮廓字形:采用一组直线和曲线来描绘出汉 字笔画的轮廓,记下每一直线和曲线的数学描述 公式。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 101

汉字信息的输出-点阵
计 算 机 与 信 息 技 术
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
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00,80 00,80 20,80 10,80 11,FE 05,02 09,44 0A,48 10,40 10,40 60,A0 20,A0 21,10 21,08 22,04 0C,03
102

1.3.4 多媒体数据的表示方式
计 算 机 与 信 息 技 术
多媒体数据,如图像、视频、音频等,与西文字符 和汉字符号的表示方式是完全不同的。
图像的表示主要有位图编码和矢量编码两种表示方 式。 视频由一系列“帧”组成,每个帧实际上是一幅静 止的图像,然而需要连续播放才会变成动画(一般每秒 钟要连续显示30帧左右)。 音频往往用波形文件、MIDI音乐文件或压缩音频文 件方式来表示。

说明:详见“6.1.2 多媒体基本元素”这一小节叙
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103

1.4
计 算 机 与 信 息 技 术

数据在磁盘上的存储

磁盘主要分为两种:软盘与硬盘。软盘的 圆形薄膜片上存储的数据是按磁道和扇区组织

存储的。
磁道

扇区

3.5英寸软盘容量
=512个字节×18个扇区×80个磁道×2面,约1.44MB。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 104

磁盘-硬盘
计 算 机 与 信 息 技 术
硬盘通常有多片存储碟片叠在一起,碟片 的每面都有一个读写磁头,每面上的磁道称为

柱面,每面的磁道数称为柱面数。因此,硬盘
上存储的数据是按磁头号、柱面和扇区组织存 储的。硬盘的存储容量=512个字节×每磁道扇 区数×柱面数×磁头数。

主机对磁盘读写数据时是以扇区为基本单位
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 105

1.4.1
计 算 机 与 信 息 技 术

硬盘分区-分区的作用

(1) 安装多操作系统:不同的操作系统安装在不同
的分区中,实现多操作系统启动。

(2) 便于文件的分类管理:可以将不同类型、不同
用途的文件分别存放在不同分区的逻辑盘中,以利于 分类管理,避免相互干扰。

(3) 有利于病毒的防治:分区破坏后,可以从其他
逻辑盘的备份中得到恢复。

(4) 减少磁盘空间的浪费:分区后,一个大的物理
硬盘变成了多个逻辑小盘,文件分配的基本单位簇也 变小了,节省了文件分配的存储空间。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 106

1.4.1
计 算 机 与 信 息 技 术

硬盘分区软件-FDISK

FDISK:是DOS的一条命令,可以将一个物理 硬盘划分成一个基本分区(C盘)和一个扩展分区, 扩展分区又可继续划分多个逻辑驱动器或称逻辑 盘(D盘、E盘、F盘等)。

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1.4.1
计 算 机 与 信 息 技 术

硬盘分区软件-PQMagic

PQMagic:除了FDISK命令的所有功能外,还 具有更灵活的功能,比如,隐藏与重现硬盘分区、 分区的合并与拆分、分区的顺序与大小改变等。

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108

1.4.2
计 算 机 与 信 息 技 术

主引导记录和引导记录

主引导扇区:位于硬盘的0磁头0柱面1扇区,它不属
于任何分区。主引导扇区上存放主引导记录,即由主引 导程序和分区表两部分组成。

主引导程序:查看分区表,找到活动分区(作为操作
系统引导)后,读入该分区的引导记录到内存。

分区表:含有本分区的有关信息,如分区的起始和结
束的磁头号、柱面号、扇区号,总的扇区数,是否为活 动分区,使用的是哪一种文件系统格式(FAT16、 FAT32、 NTFS)等。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 109

引导扇区
计 算 机 与 信 息 技 术
分区完成后,各分区的逻辑盘必须格式化后才能使 用。格式化的功能是在逻辑盘上产生四个区域,即引导 扇区、文件分配表、文件目录表和数据区。

引导扇区:是本分区的第一个扇区,其中存放引导记
录,由引导程序和本逻辑盘有关的一些参数组成。

引导程序:当主引导程序将引导记录读入内存后,引
导程序开始运行,它首先将操作系统调入内存并将控制 权交给操作系统,完成引导程序的任务。

逻辑盘的参数:主要有磁头数、每个磁道的扇区数、
每个簇的扇区数、根目录项的数目、操作系统版本等。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 110

1.4.3
计 算 机 与 信 息 技 术

文件分配表FAT

FAT表位置:位于引导扇区之后,占据若干个扇区。 FAT表作用:描述分区上每一个簇是如何分配的。 簇号:0 1 2 3 4 5 … 100 101 102 …
0 文件名: 0 3 F1 100 102 结束 F1 F2 F3



结束 坏簇 结束



F1

F2

FAT16:每一个表项使用16个二进制数,一个硬盘最多
只有216 = 65536 个簇。 FAT32:每一个表项使用32个二进制数,一个簇占用的 扇区大大减少,但支持的最大逻辑分区为32GB,单个文 件容量最大不能超过 4 GB 。
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1.4.3
计 算 机 与 信 息 技 术

文件分配表NTFS

NTFS是Windows NT标准的一种文件系统。它是建 立在保护文件和目录数据基础上,同时照顾节省存储资 源、减少磁盘占用量的一种先进的文件系统。

与FAT相比,NTFS 的特点主要体现几个方面:
(1) NTFS支持的分区大小可以达到2TB,而FAT32支持 分区的大小最大为32GB。 (2) NTFS是一个可恢复的文件系统,通过使用标准的处 理日志和恢复技术来保证分区的一致性。当发生系统失 败事件时,NTFS使用日志文件和检查点信息自动恢复文 件系统的一致性。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 112

1.4.3
计 算 机 与 信 息 技 术

文件分配表NTFS

(3) NTFS支持对分区、文件夹和文件的压缩。 (4) NTFS采用了更小的簇,一般为4KB。而FAT32每个 簇的大小约为4KB~16KB(取决于分区大小)。 (5) NTFS可以为共享资源、文件夹以及文件设置访问许 可权限。与FAT32文件系统下对文件夹或文件进行访问 相比,安全性要高得多。 (6) NTFS可以进行磁盘配额管理。

需 注 意 的 是 , NTFS 格 式 只 有 在 Windows 2000 、 Windows XP以后的操作系统中才能使用,而DOS、 Windows 98不认识NTFS格式。
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1.4.4 文件目录表和数据区
计 算 机 与 信 息 技 术
文件目录表位置:处于文件分配表之后,占用若干个
表项。

文件目录表作用:当逻辑盘根目录下新创建了一个文
件或文件夹时,文件目录表的一个表项就记录了新建文 件或文件夹的有关信息。

文件目录表内容:文件名或文件夹名、属性(存档、
只读、系统、隐藏)、建立或修改的日期与时间、起始簇 号、文件长度等。

数据区:真正意义上存储文件数据的地方,数据区占
据磁盘上绝大部分空间。
2012-12-29 大学计算机信息科技教程(第二版) 114

磁盘上读取文件的流程
计 算 机 与 信 息 技 术
在FDT表找到某文件的起始簇号 → i

从数据区的i簇中将数据读出

FAT表的簇号i 表项中内容 → i

N

为“结束”标志?

Y
读文件完成
大学计算机信息科技教程(第二版) 115

2012-12-29


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