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【冲刺】2025年同济大学085400电子信息《408计算机学科专业基础之计算
第一章计算机系统概述
计算机系统概述是研究计算机硬件、软件及其相互关系的基础学科。在现代社会，计算机已成为不可或缺的工具，深刻地影响着人们的工作、学习和生活。本章将从计算机的发展历程、基本组成、工作原理以及应用领域等方面对计算机系统进行概述。
(1)计算机的发展历程可以追溯到20世纪40年代。从最初的电子管计算机到晶体管计算机，再到集成电路计算机，计算机的体积不断缩小，性能不断增强。随着微处理器的出现，计算机进入了个人电脑时代，使得计算机技术得以普及。如今，计算机技术正朝着智能化、网络化、移动化等方向发展。
(2)计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件包括中央处理器（CPU）、内存、输入设备、输出设备等。软件则包括系统软件和应用软件。硬件是计算机系统的物质基础，而软件则是计算机系统发挥功能的关键。计算机硬件和软件的协同工作，使得计算机能够执行各种复杂的任务。
(3)计算机系统的工作原理可以概括为输入、处理、输出和存储。用户通过输入设备将信息输入计算机，计算机经过处理后输出结果，并将处理过程中产生的数据存储在存储设备中。这个过程涉及到了数据传输、数据存储、数据处理等多个环节。计算机系统的工作原理决定了计算机的性能和功能，也是计算机科学与技术研究的核心问题之一。
第二章计算机组成原理
第二章计算机组成原理
计算机组成原理是计算机科学与技术的基础课程，它研究计算机系统的硬件结构、工作原理以及各部件之间的相互关系。以下是计算机组成原理的主要内容。
(1)计算机硬件系统是计算机系统实现各种功能的实体，主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备、总线系统等组成。其中，CPU是计算机的心脏，负责执行各种指令，完成数据处理和运算。存储器负责暂时存储数据和指令，分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。输入输出设备是实现人与计算机交互的桥梁，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。总线系统则是各部件之间数据传输的通道，包括数据总线、地址总线和控制总线。
(2)中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，主要由控制器、运算器和寄存器组成。控制器负责解释指令、控制数据流向以及协调各部件的工作。运算器负责执行算术运算和逻辑运算。寄存器是CPU内部的高速存储单元，用于暂存指令、数据和地址。CPU的工作原理涉及指令周期、总线周期、时钟周期等概念。指令周期是指执行一条指令所需的时间，包括取指令、分析指令、执行指令和存储结果等阶段。总线周期是指数据在总线上传输所需的时间，而时钟周期是CPU工作频率的倒数，决定了CPU的处理速度。
(3)计算机组成原理还涉及到并行处理、流水线技术、缓存技术、中断处理等方面。并行处理技术可以使计算机同时执行多条指令，提高处理速度。流水线技术将指令执行过程分解为多个阶段，使得多个指令可以在不同阶段同时进行。缓存技术通过设置高速缓存，减少CPU访问主存储器的时间，提高系统性能。中断处理机制允许计算机在执行过程中，对突发事件做出响应，如输入输出操作、异常情况等。这些技术在提高计算机系统性能、降低能耗等方面发挥着重要作用。在计算机组成原理的学习中，要深入了解这些技术的原理、优缺点以及在实际应用中的体现。
第三章操作系统原理
第三章操作系统原理
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件资源、控制程序执行以及提供用户接口。以下是操作系统原理的主要内容。
(1)操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理。进程管理负责创建、调度、同步和终止进程，确保多个进程高效地运行。例如，Windows操作系统中的进程管理器（TaskManager）可以显示当前系统中所有进程的运行状态，帮助用户监控和管理进程。内存管理负责分配和回收内存资源，保证进程的内存需求得到满足。在现代操作系统如Linux中，内存管理通过虚拟内存技术实现，可以有效扩展可用内存空间。文件管理负责存储、检索、更新和删除文件，提供统一的文件访问接口。以Unix系统为例，其文件系统采用分层结构，便于用户和管理员进行文件管理。
(2)进程调度策略是操作系统设计中的重要内容。常见的进程调度策略包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度和轮转调度等。FCFS策略按照进程到达的顺序进行调度，适用于进程数量较少的情况。SJF策略优先调度执行时间最短的进程，提高系统吞吐量。优先级调度则根据进程的优先级进行调度，高优先级进程得到优先执行。轮转调度（RoundRobin）策略将CPU时间分割成多个时间片，轮流分配给各个进程，适用于多道程序设计环境。例如，在Linux系统中，进程调度采用CFS（CompletelyFairScheduler）算法，
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