第1章e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C計算機與信息技術基礎大學計算機基礎Fundamentalsofuniversitycomputerscience第1章計算機與計算思維.pptx第2章操作系統基礎.pptx第3章WPS辦公軟件.pptx第4章多媒體技術及應用.pptx第5章數據庫基礎.pptx第6章計算機網絡和信息安全.pptx第7章數據結構與算法.pptx第8章Python語言ok.pptx第9章計算機新技術簡介.pptx全套可編輯PPT課件課前導讀2

本章從計算機的發展和應用領域開始，由淺入深地介紹計算機系統的組成、功能及常用的外部設備，然后詳細講述不同進制之間的數值轉換以及二進制數的運算、講述不同信息類型在計算機中的表示方法，最后還介紹了計算思維的概念。通過學習本章內容，讀者可以從整體上了解計算機的基本功能和基本工作原理。全套可編輯PPT課件e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第1章1.2計算機系統的基本構成1.3計算機的部件1.4數制及不同進制之間數值的轉換1.5計算機信息處理1.1計算機的發展和應用領域概述1.6計算思維概述全套可編輯PPT課件1.1.1計算機的發展和應用領域概述

計算機，是一種以高速進行運算，具有內部存儲能力，由程序控制操作過程的自動電子裝置。是20世紀最重大的發明之一。全套可編輯PPT課件1.1.1計算機的發展和應用領域概述時間發明者成果唐朝末期中國算盤1621年岡特（英）計算尺1642年帕斯卡（法）機械加法器1673年萊布尼茲（德）機械乘法器1834年查爾斯·巴貝奇(英)分析機1936年霍華德·艾肯(美)機電方法代替純機械方法1936年阿倫·圖靈(英)提出了計算機的抽象理論模型，發展了可計算性理論1946年JohnMauchly和J．P．Eckert(美國賓夕法尼亞大學

)ENIAC計算機1946年馮·諾依曼

(美籍匈牙利數學家)馮·諾依曼型計算機計算工具發展史全套可編輯PPT課件計算機發展著名的人物諾依曼（JohnvonNeumann，1903—1957），美籍匈牙利科學。主持研制出第二臺電子計算機EDVAC。采用了二進制數，并創立了“存儲程序”的設計思想，EDVAC也被認為是現代計算機的原型。“現代計算機之父”、“博弈論之父”。艾倫?圖靈（AlanTuring，1912—1954），英國數學家，他為計算機的誕生奠定了理論基礎，1936年提出了計算機的抽象理論模型，發展了可計算性理論。以他名字命名的圖靈獎也是當前計算機界最負盛名的獎項，有“計算機界諾貝爾獎”之稱。計算機科學之父。1.1.1計算機的發展和應用領域概述計算機發展著名的人物查爾斯?巴貝奇（1791—1871）英國數學家。①1822年設計了“差分機”；②1834年設計了“分析機”；③在他的分析機中已經具有輸入、處理、存儲、輸出及控制5個基本裝置的構思。計算機第一人。霍華德?艾肯（1900—1973），美國人，1936年他提出用機電方法實現巴貝奇分析機的想法，1944年他成功地制造了Mark2計算機，使巴貝奇的夢想變成了現實。成功研制出世界上第一臺大型自動數字計算機MarkⅠ。1.1.1計算機的發展和應用領域概述1.1.1計算機的發展和應用領域概述世界上第一臺計算機名叫埃尼阿克（ENIAC），1946年2月誕生于美國的賓夕法尼亞大學。18000多個電子管，占地面積約170m2

，30t,150kw,5000次/秒

1.電子計算機的產生

1.1.1計算機的發展和應用領域概述2.電子計算機的發展未來計算機

指具有人工智能的新一代計算機，運算速度極快，具有推理、聯想、判斷、決策、學習和人機交互能力等功能，軟件系統能夠處理知識和信息。神經網絡計算機生物計算機分子計算機光子計算機納米計算機量子計算機1.1.1計算機的發展和應用領域概述量子計算機量子通信和計算仍處于萌芽階段，但它們屬于中國希望在2030年前實現突破的技術“巨型項目”之一。中國科技大學潘建偉教授“量子之父”2018年6月，該中心的一個團隊宣布，他們創造了一項將18個量子連接在一起的糾纏量子位元的世界紀錄。潘建偉1.1.1計算機的發展和應用領域概述1.1.1計算機的發展和應用領域概述3.微型計算機的發展

微型計算機指的是個人計算機（PersonalComputer，PC），簡稱微機。其主要特點是采用微處理器（MicroProcessingUnit，MPU）作為計算機的核心部件，并由大規模、超大規模集成電路構成。隨著MMX（MultiMediaeXtension）微處理器的出現，使微機的發展在網絡化、多媒體化和智能化等方面跨上了更高的臺階。目前已向雙核和多核處理器發展。年份字長代表產品時鐘頻率集成度1971—1973年4位或8位Intel4004和Intel8008108kHz23001974—1977年8位Intel8080/8085Z80、M6800500kHz35001978—1984年16位8086/80286、8088、Z8000、M680005MHz2.9萬1985—1992年32位80386、8048616MHz27.5萬1993—2005年32位奔騰（pentium）系列微處理器時代3.4GHz1.25億2005年—今64位酷睿（core）系列微處理器時代，Core2Duo，Corei3/i5/i7/i92.66GHz5.82億1.1.1計算機的發展和應用領域概述Intel4004Intel8080Intel8086Intel

80386IntelpentiumCore系列1.1.1計算機的發展和應用領域概述1.1.1計算機的發展和應用領域概述4.

計算機的發展趨勢巨型化：發展高速、大存儲容量和強功能的超大型計算機微型化：大規模、超大規模集成電路的出現，使計算機微型化發展迅速。多媒體化：“以數字技術為核心的圖像、聲音與計算機、通信等融為一體的信息環境”的總稱。網絡化：

在一定的地理區域內，將分布在不同地點、不同機型的計算機和專門的外部設備由通信線路互聯組成一個規模大、功能強的網絡系統，在網絡軟件的協調下，共享信息、共享軟硬件和數據資源。智能化：在現代科學技術基礎上，用計算機來模擬人的感覺、行為及思維過程的機理，使計算機具備“視覺”、“聽覺”、“語言”、“思維”、“邏輯推理”等能力。

形形色色的計算機1.1.1計算機的發展和應用領域概述1.1.2計算機的應用領域科學計算信息處理實時控制(過程控制)計算機輔助系統（CAD\CAM\CBE\CAT）系統仿真人工智能(智能模擬)辦公自動化(OA)數據通信電子商務e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第1章1.2計算機系統的基本構成1.3計算機的部件1.4數制及不同進制之間數值的轉換1.5計算機信息處理1.1計算機的發展和應用領域概述1.6計算思維概述1.2.1馮·諾依曼計算機簡介（1）馮·諾依曼計算機的基本特征①采用二進制數表示程序和數據；

②能存儲程序和數據，并能由程序控制計算機的執行；③具備運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5個基本部分。

（2）馮·諾依曼計算機的工作過程

計算機工作時，操作人員首先通過輸入設備將程序和數據送入到存儲器中。啟動運行后，計算機從存儲器順序取出指令，送往控制器進行分析并根據指令的功能向各有關部件發出各種操作控制信號，最終的運算結果要送到輸出設備輸出。1.2.2現代計算機系統的構成

一個完整的現代計算機系統包括硬件系統和軟件系統兩大部分：

硬件系統包括了計算機的基本部件和各種具有實體的計算機相關設備；

軟件系統則包括了用各種計算機語言編寫的計算機程序、數據和應用說明文檔等。1.2.2現代計算機系統的構成計算機系統構成圖：計算機系統硬件系統軟件系統主機外部設備中央處理器

CPU控制器內（主）存儲器隨機存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）外（輔）存儲器

硬盤、光盤、軟盤輸入設備

鍵盤、鼠標、掃描儀輸出設備顯示器、打印機、繪圖儀系統軟件應用軟件操作系統語言處理程序服務程序（診斷、排錯、編輯等）數據庫管理程序專用應用軟件通用應用軟件運算器（ALU）高速緩沖存儲器（Cache）1.2.2現代計算機系統的構成將連接各部件的信息通道稱為系統總線（BUS，簡稱總線）。依據所傳送信號的性質，總線由：

地址總線AB（AddressBUS）數據總線DB（DataBUS）控制總線CB（ControlBUS）依據部件作用，總線一般由總線控制器、總線信號發送／接收器和導線等所構成。

ABMPUCBDB顯示器接口鍵盤接口內存儲器串行接口USB接口磁盤接口顯示器磁盤驅動器鍵盤并行接口鼠標器打印機掃描儀微型計算機的硬件系統結構示意圖在微機系統中，主板由微處理器、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、總線電路和基板組成，主板上安裝了基本硬件系統，形成了主機部分。其中的微處理器即采用超大規模集成電路工藝將運算器和控制器制作于同一芯片之中的CPU，其他的外部設備均通過相應的接口電路和主機總線相連，即不同的設備只要配接合適的接口電路（一般稱為適配卡或接口卡）就能以相同的方式掛接在總線上。一般在微機的主板上設有數個標準的插座槽，將一塊接口板插入到任一個插槽里，再用信號線將其和外部設備連接起來就完成了一臺設備的擴充。1.2.2現代計算機系統的構成1.2.2現代計算機系統的構成e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第1章1.2計算機系統的基本構成1.3計算機的部件1.4數制及不同進制之間數值的轉換1.5計算機信息處理1.1計算機的發展和應用領域概述1.6計算思維概述1.3.1計算機的部件

CPU是一個體積不大而集成度非常高、功能強大的芯片，也稱為微處理器。微處理器是微型計算機的心臟，它決定計算機的性能和檔次。微型計算機常用的微處理器芯片從最初的Intel4004，到現在的英特爾的酷睿系列處理器和AMD的銳龍系列處理器。1.3.2存儲器的組織結構和分類存儲器的組織結構

存儲器是存放程序和數據的裝置。存儲器的容量越大越好，工作速度越快越好，但二者和價格是互相矛盾的。為了協調這種矛盾，目前的微機系統均采用了分層次的存儲器結構，一般可將存儲器分為三層：主存儲器（Memory）、外存儲器（Storage）和高速緩沖存儲器（Cache）。現在一些微機系統又將高速緩沖存儲器設計為CPU芯片內部的高速緩沖存儲器和CPU芯片外部的高速緩沖存儲器兩級，以滿足速度和容量的需要。1.3.2存儲器的組織結構和分類2.主存儲器主存儲器分類：①只讀存儲器(ROM)ROM是一種只能讀出不能寫入的存儲器，其信息通常是廠家制造時在脫機情況或者非正常情況下寫入的。掉電后，ROM中的信息不會消失。

PROM：可編程的只讀存儲器，無法修改。

EPROM：光可擦除可編程的只讀存儲器。

EEPROM：電可擦除可編程的只讀存儲器。②隨機存儲器(RAM)RAM可隨時進行讀出和寫入，是對信息進行操作和存儲的場所，也就是計算機的工作區域。RAM空間越大，計算機所能執行的任務越復雜，相應的計算機的功能越強。關機、掉電或重新啟動后，RAM中的內容自動消失，且不可恢復。③高速緩沖存儲器(Cache)

高速緩沖存儲器Cache是為了提高DRAM與CPU之間的傳輸速率，在CPU和主存儲器之間增加了一層靜態存儲器SRAM。SRAM的存取速度要比DRAM快，但制造成本較高。增加Cache，目的是提高CPU的讀寫速度，而不是增加內存的容量。1.3.2存儲器的組織結構和分類3.輔助存儲器輔助存儲器屬于外部設備，也稱為外存，常用的有磁盤、光盤、磁帶等。磁盤分為軟磁盤和硬磁盤兩種（簡稱軟盤和硬盤）。軟盤容量較小，一般為1.2～1.44MB，目前已被淘汰。常見的硬盤分為機械硬盤（HardDiskDrive，HDD）和固態硬盤（SolidStateDrive，SSD）。常用的機械硬盤的容量為500GB～4TB甚至更大。為了在磁盤上快速地存取信息，在使用磁盤前要先進行初級格式化操作（目前基本由生產廠家完成），即在磁盤上用磁信號劃分出若干個有編號的磁道和扇區，以便計算機通過磁道號和扇區號直接尋找到要寫數據的位置或要讀取的數據。為了提高磁盤存取操作的效率，計算機每次要讀完或寫完一個扇區的內容。磁帶光盤傳統的機械式硬盤固態硬盤（SSD）3’軟盤5’軟盤1.3.2存儲器的組織結構和分類磁鼓各種各樣的U盤1.3.2存儲器的組織結構和分類存儲容量1Byte=8bit1KB=1024B可存放512個漢字1MB=1024KB可存放約50萬個漢字，一本300多頁的書，5M左右存放一首歌/一張較清照片，300M左右半小時視頻1GB=1024MB1000本書，200首歌/照片，大約3個視頻1TB=1024GB100萬本書（大型圖書館）1PB=1024TB1EB=1024PB5EB相當于至今全世界人類所講過的話語。1ZB=1024EB如同全世界海灘上的沙子數量總和。1YB=1024ZB。bit、Byte、Mega、Giga、Tera、Peta、Exa、Zetta、Yotta。1956年的一個5MB容量的硬盤……必須用飛機來運……1.3.2存儲器的組織結構和分類1.3.3常用總線標準要考察一臺主機板的性能，除了要看CPU的性能和存儲器的容量及速度外，采用的總線標準和高速緩存的配置情況也是一個重要的因素。總線的分類有：數據總線DB(DataBUS)用于在各部件之間傳遞數據(包括指令、數據等)。數據的傳送是雙向的，因而數據總線為雙向總線。其位數反映了CPU一次可以接收數據的能力。地址總線AB(AddressBUS)用于傳輸地址信號的總線。地址即存儲器單元號或輸入／輸出端口的編號。其包含的位數愈多，則其尋址范圍愈大，即可直接訪問的地址或端口就愈多，反之亦然。如16根地址線，其直接尋址范圍是64KB；20根地址線，其尋址范圍是1MB。控制總線CB(ControlBUS)用于在各部件之間傳遞各種控制信息。有的是微處理器到存儲器或外設接口的控制信號，如復位、存儲器請求、輸入／輸出請求、讀信號、寫信號等，有的是外設到微處理器的信號，如等待信號、中斷請求信號等。控制總線分類如下：1.3.3常用總線標準（1）ISA總線。工業標準結構（IndustrialStandardArchitecture，ISA）總線最早安排了8位數據總線，共62個引腳，主要滿足8088CPU的要求。后來又增加了36個引腳，數據總線擴充到16位，總線傳輸率達到8MB/s，適應了80286CPU的需求，成為AT系列微機的標準總線。（2）EISA總線。EISA（ExtendISA）總線的數據線和地址線均為32位，總線數據傳輸速率達到33MB/s，滿足了80386和80486CPU的要求，且采用雙層插座和相應的電路技術保持了和ISA總線的兼容。（3）VESA總線。視頻電子標準協會（VideoElectronicsStandardsAssociation，VESA，也稱VL-BUS）總線的數據線為32位，且留有擴充到64位的物理空間。VESA總線采用局部總線技術使總線數據傳輸速率達到132MB/s，支持高速視頻控制器和其他高速設備接口，滿足了80386和80486CPU的要求，且采用雙層插座和相應的電路技術，保持了和ISA總線的兼容。（4）PCI總線。外部設備互連（PeripheralControllerInterface，PCI）總線采用局部總線技術，在33MHz下工作時數據傳輸率為132MB/s，不受制于處理器且保持了和ISA、EISA總線的兼容。同時PCI還留有向64位擴充的余地，最高數據傳輸率為264MB/s，支持Intel80486、Pentium以及更新的微CPU產品。1.3.3常用總線標準1.3.4常用的輸入輸出設備1.鍵盤

依據鍵盤的結構形式，鍵盤分為有觸點和無觸點兩類。有觸點鍵盤采用機械觸點按鍵，價廉但易損壞。無觸點鍵盤采用霍爾磁敏電子開關或電容感應開關，操作無噪聲，手感好，壽命長，但價格較貴。1.3.4常用的輸入輸出設備2.顯示器

顯示器由監視器（Monitor）和裝在主機內的顯示控制適配器（Adapter）兩部分組成。監視器所能顯示的光點的最小直徑（也稱為點距）決定了它的物理顯示分辨率，常見的有0.33mm、0.28mm和0.20mm等。顯示控制適配器是監視器和主機的接口電路，也稱顯示卡。監視器在顯示卡和顯示卡驅動軟件的支持下可實現多種顯示模式，如分辨率為1024

768像素、1280

720像素、1920

1080像素等，乘積越大分辨率越高，但不會超過監視器的最高物理分辨率。1.3.4常用的輸入輸出設備3.鼠標

鼠標通過串行接口或USB接口和計算機相連。其上有2個或3個按鍵，稱為兩鍵鼠標或三鍵鼠標。鼠標上的按鍵分別稱為左鍵、右鍵和中鍵。鼠標的基本操作包括移動、單擊、雙擊和拖動等。1.3.4常用的輸入輸出設備1.左鍵單擊和雙擊單擊：按下后立即松開，用于選取對象（圖標、文件、菜單等）。雙擊：快速按兩下左鍵再松開，用于打開文檔或運行某個程序。2.右鍵單擊

鼠標右鍵的作用是彈出所選對象的“快捷菜單”。從“快捷菜單”中我們可以選擇相應功能，這樣可使我們的操作更方便、更快捷。3.鼠標的“拖動”

用鼠標指針點中對象（圖標、窗口、文件等），按住左鍵或右鍵不松手直接向某處移動。“拖動”的目的有兩種，一是移動程序窗口或圖標（用左鍵）；二是移動或拷貝文件（夾）（用右鍵）。鼠標的使用1.3.4常用的輸入輸出設備4.打印機打印機經歷了數次更新，雖然目前已進入了激光打印機（LaserPrinter）的時代，但點陣打印機（DotMatrixPrinter）的應用仍然很廣泛。點陣打印機工作噪聲較大，速度較慢；激光打印機工作噪聲小，普及型的輸出速度也在6頁/min，分辨率高達600dpi以上。此外還有一種常見的打印機是噴墨打印機，它的各項指標處于前兩種打印機之間。1.3.4常用的輸入輸出設備5．標準并行和串行接口為了方便外接設備，微機系統提供了用于連接打印機的8位并行接口和標準的RS232串行接口。并行接口也可用來直接連接外置硬盤、軟件加密狗和數據采集A/D轉換器等并行設備。串行接口可用來連接鼠標、繪圖儀、調制解調器（Modem）等低速（小于115kB/s）串行設備。1.3.4常用的輸入輸出設備6．通用串行接口目前微機系統還有通用串行接口（UniversalSerialBUS，USB），通過它可連接多達256個外部設備，傳輸速率可達2GB/s。USB自推出以來，已成功替代串行接口和并行接口，成為計算機和智能設備的標準擴展接口及必備接口之一。目前，帶USB接口的設備有掃描儀、鍵盤、鼠標、聲卡、調制解調器、攝像頭及各種智能手機、平板電腦等。e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第1章1.2計算機系統的基本構成1.3計算機的部件1.4數制及不同進制之間數值的轉換1.5計算機信息處理1.1計算機的發展和應用領域概述1.6計算思維概述1.4.1進位計數制

按進位的方法進行計數，稱為進位計數制。為了電路設計的方便，計算機內部使用的是二進制計數制，即“逢二進一”的計數制，簡稱二進制（Binary）。

人們最熟悉的是十進制，所以計算機的輸入/輸出也要使用十進制數據。此外，為了編制程序的方便，還常常使用到八進制和十六進制。1.4.1進位計數制1.十進制采用0~9共10個阿拉伯數字符號；逢十進一，借一當十。2.二進制采用0~1共2個阿拉伯數字符號；逢二進一，借一當二。3.八進制采用0~7共8個阿拉伯數字符號；逢八進一，借一當八。4.十六進制采用0~9，A~F共16個符號；逢十六進一，借一當十六。5.任意的K進制K進制用的數碼共有K個，其基數是K，相鄰兩位之間為“逢K進一”和“借一當K”的關系，

1.4.1進位計數制

基數某種進位計數制所使用的數碼的個數稱為“基數”。位權計算每個“數碼”在所在位上代表的數值時所乘的常數稱為“位權”。它是一個指數，以“基數”為“底”，其冪是數位的“序號”減1。例：(783.67)10

（1001.11)2

(732.5)8

(A8F.4D)16=7×102+8×101+3×100+6×10-1+7×10-2=1×23+1×20+1×2-1+1×2-2=7×82+3×81+2×80+5×8-1=10×162+8×161+15×160+4×16-1+13×16-21.4.2不同進制數之間的相互轉換DecimalBinaryOctalHexadecimal1.二、八、十六進制轉換成十進制:按位權展開1.4.2不同進制數之間的相互轉換2.十進制轉化為二（任意k）進制整數部分：連除基數，逆序取余；

小數部分：連乘基數，順序取整。

對于乘不盡的，要“四舍五入”（0舍1入，3舍4入，7舍8入）。例:

四舍五入的舉例：(11011.110001)2，保留4位小數：11011.1100(11011.110010)2，保留4位小數：11011.1101(11011.113337)8，保留4位小數：11011.1133(11011.113347)8，保留4位小數：11011.1134(11011.116677)16，保留4位小數：11011.1166(11011.116688)16，保留4位小數：11011.1167(11011.011110)2，保留4位小數：11011.****？1.4.2不同進制數之間的相互轉換1.4.2不同進制數之間的相互轉換3.二進制轉化成八進制和十六進制整數部分：從右向左進行分組。小數部分：從左向右進行分組。轉化成八進制時三位一組。轉化成十六進制時四位一組，不足補零。(11

0110

1110.1101

01)B=(36E.D4)H36ED4(1

101

101

110.110

101)B=(1556.65)O155665后邊補兩個零，變成01001.4.2不同進制數之間的相互轉換4.八進制和十六進制轉化為二進制每一個八進制數對應二進制的三位。每一個十六進制數對應二進制的四位。(2C1D)H=(0010

1100

0001

1101)B(64)H=(0110

0100)B2C1D64(7123)O=(111

001

010

011)B(144)O=(001

100

100)B

71231441.4.3二進制數的算術運算加法運算規則：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=0（進位）減法運算規則：0-0=0；1-1=0；1-0=1；0-1=1（借位）乘法運算規則：0×0=0；0×1=0；1×0=0；1×1=1

除法運算

二進制的除法是乘法的逆運算，與十進制除法類似。e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第1章1.2計算機系統的基本構成1.3計算機的部件1.4數制及不同進制之間數值的轉換1.5計算機信息處理1.1計算機的發展和應用領域概述1.6計算思維概述1.5.1數值信息的表示1．數的定點和

浮點表示1.5.1數值信息的表示01000001+65

符號位真值

機器數

這種數值位部分不變，僅用0和1表示其符號得到的數的編碼，稱為原碼。并將原來的數稱為真值，將其編碼形式稱為機器數。數的符號編碼：0表示正，1表示負11000001-65

原碼數值2.數的編碼表示1.5.1數值信息的表示101111101100000110111111-65

原碼反碼補碼1.正數的反碼、補碼和原碼同形；2.負數的反碼：為其原碼符號位不變，

其它按位求反；3.負數的補碼：先對原碼求其反碼，

再在末位加1。11000000

原碼—

反碼—

補碼反碼補碼1.5.1數值信息的表示例1：18–13=500010010[18]補+11110011[-13]補

100000101

例2：25-36=-11

00011001[25]補碼+

11011100[-36]補碼

11110101[25-36]補碼

10001010

[25-36]反碼

10001011[25-36]原碼結果符號位為1，是負數。由于負數的補碼與原碼不一致，所以再將其求補得到原碼，結果為10001011（即-11）補碼運算規則：[X]補+[Y]補=[X+Y]補結果符號位為0，為正數，其原碼與補碼相同3.補碼運算舉例1.5.1數值信息的表示4.計算機中數的浮點表示例1：256.8125=(100000000.1101)B=0.1000000001101×2

1001

00001001010000000011010000000000例2：-0.21875=(-0.00111)B=-0.111×2-1011111111000100000000000000000000-10原碼：10000010

反碼：11111101

補碼：11111110-0.111

原碼：11110000

反碼：10001111

補碼：100100001.5.2非數值數據的編碼1．十進制數字的編碼

為了精確地存儲和運算十進制數，可用若干位二進制數碼來表示一位十進制數，稱為二進制編碼的十進制數，簡稱二—十進制代碼（BinaryCodeDecimal，BCD）。8421碼是常用的一種，它利用了二進制數的展開表達式形式，即各位的位權由高位到低位分別是8、4、2、1，方便了編碼和解碼的運算操作。1.5.2非數值數據的編碼2．字母和常用符號的編碼

ASCII代碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國標準信息交換碼）是使用最廣泛的字符編碼方案。常用字符有128個，編碼從0到127。

每個字符占一個字節，用低7位，最高位為校驗位。例：大寫字母“C”的7位編碼是“100，0011”

若采用奇校驗，則校驗位為“0”

若采用偶校驗，則校驗位為“1”

b7b6b5b4b3b2b1

000

001

010

011

100

101

110

111

0000

NUL

DLE

SP

0

@

P

`

p

0001

SOH

DC1

!

1

A

Q

a

q

0010

STX

DC2

“

2

B

R

b

r

0011

ETX

DC3

#

3

C

S

c

s

0100

EOT

DV4

$

4

D

T

d

t

0101

ENQ

NAK

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E

U

e

u

0110

ACK

SYN

&

6

F

V

f

v

0111

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ETB

‘

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G

W

g

w

1000

BS

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h

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1001

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i

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1010

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^

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O

_

o

DEL1.5.2非數值數據的編碼1.5.2非數值數據的編碼3．漢字編碼(1)漢字輸入碼數字碼區位碼、電報碼拼音碼全拼/雙拼、微軟拼音碼智能ABC

字形碼五筆字形音形混合碼自然碼(2)顯示字形碼

點陣字形法、矢量法1.5.2非數值數據的編碼機內碼：漢字在計算機內部存儲、處理和傳輸用的信息編碼。國標碼：統一的國家信息交換編碼(GB2312—80)。一級漢字：3755個；二級漢字：3008個；圖形符號：682個。漢字分區：每個區94個漢字。

機內碼為對應的國標碼的每個字節的最高位為1。漢字滬國標碼27

06（0001101100000110B)漢字內碼（1001101110000110B）(3)漢字機內碼各種編碼之間的關系：區位碼先轉換成十六進制數表示（區位碼的十六進制表示）＋2020H＝國標碼；國標碼＋8080H＝機內碼舉例：以漢字“啊”為例，“啊”字的區位碼為16011、區號為16，位號為012、將區位號1601轉換為十六進制表示為1001H（區號16和位號分別轉換）3、1001H＋2020H＝3021H，得到國標碼為3021H4、3021H＋8080H＝B0A1H，得到機內碼為B0A1H1.5.2非數值數據的編碼e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第1章1.2計算機系統的基本構成1.3計算機的部件1.4數制及不同進制之間數值的轉換1.5計算機信息處理1.1計算機的發展和應用領域概述1.6計算思維概述1.6計算思維概述

計算思維就是通過嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看起來困難的問題重新闡釋成一個我們知道怎樣解決的問題。計算思維是一種科學的思維方法，所有人都應該學習和培養計算思維。但是學習的內容和要求是相對的，對不同人群應該有不同的要求。計算思維不是懸空的、不可捉摸的抽象概念，而是體現在各個學科中的一種思維。正如學習數學的過程就是培養理論思維的過程，學習物理的過程就是培養實證思維的過程，學習程序設計，其中的算法思維就是計算思維。在今后的學習中大家應更關注計算思維能力的訓練與提升。計算思維是思想，不是人造品。計算思維不只是將我們生產的軟硬件等人造物到處呈現，更重要的是計算的概念，被人們用來求解問題、管理日常生活，以及與他人進行交流和活動。計算思維是數學和工程互補融合的思維。人類試圖制造的能代替人完成計算任務的自動計算工具都是在工程和數學結合下完成的，這種結合形成的思維才是計算思維。具體來說，計算思維是與形式化問題及其解決方案相關的一個思維過程。這樣其解決問題的表達形式才能有效地轉換為信息處理；而這個表達形式是可表述的、確定的、機械的(不因人而異的)，解析基礎構建于數學之上，所以數學思維是計算思維的基礎。計算思維面向所有的人，所有的領域。計算思維是面向所有人的思維，而不只是計算機科學家的思維。如同所有人都具備“讀、寫、算”(簡稱3R)能力一樣，計算思維是必須具備的思維能力。周以真教授THANKSe7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5CFundamentalsofuniversitycomputerscience大學計算機基礎第1章計算機與計算思維第2章e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C操作系統基礎大學計算機基礎Fundamentalsofuniversitycomputersciencee7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第2章2.2微機操作系統的演化過程2.3Windows10使用基礎2.4Windows10的基本資源與操作2.5Windows10的附件2.6磁盤管理2.1操作系統概述2.7控制面板2.8Windows10系統管理2.9Windows10的網絡功能2.10國產操作系統簡介課前導讀72本章首先從操作系統的定義、功能、分類和微機操作系統的演化進程等方面進行講解，然后以Windows10為例，詳細講述Windows操作系統的基本功能和常用的操作，最后對國產的操作系統進行簡單的介紹。2.1.1操作系統的含義1．操作系統在計算機系統中的地位

操作系統處于用戶、應用軟件和計算機硬件系統之間。操作系統直接運行在裸機上，是對計算機硬件系統的第1次擴充。在操作系統的支持下，計算機才能運行其他軟件。

操作系統地位示意圖2.1.1操作系統的含義2．操作系統的作用從用戶的角度看，操作系統加上計算機硬件系統形成了一臺虛擬機（就是通常廣義上的計算機），為用戶提供了一個方便、有效、友好的使用環境。因此可以說，操作系統不僅是計算機硬件同其他軟件的接口，而且也是用戶同計算機的接口。

2.1.1操作系統的含義3．操作系統的定義

操作系統是管理軟硬件資源、控制程序執行、改善人機界面、合理組織計算機工作流程和為用戶使用計算機提供良好運行環境的一種系統軟件。比爾·蓋茨2.1.2操作系統的基本功能第一：從用戶角度來看，操作系統將裸機改造成了一臺功能更強、服務質量更高、用戶使用起來更加靈活方便、更加安全可靠的虛擬機，使用戶無須了解更多有關硬件和軟件的細節就能使用計算機，從而提高了工作效率；第二：是為了合理地使用系統包含的各種軟硬件資源，提高整個系統的使用效率。2.1.2操作系統的基本功能

具體地說，操作系統具有處理器管理、存儲管理、設備管理、文件管理和作業管理等功能。設備管理文件管理處理器管理存儲管理作業管理功能2.1.2操作系統的基本功能1．處理器管理處理器管理也稱進程管理。

進程是一個動態的過程，是正在運行的程序，是系統進行資源調度和分配的獨立單位。現代操作系統支持多任務處理，也就是說，能夠對多個進程進行管理。

什么進程能在什么時候占用CPU。2.1.2操作系統的基本功能相關的幾個概念：1.程序是用編程語言書寫的解決某個問題的指令序列。2.進程進程是－個動態的過程，是執行起來的程序。3.兩者的區別（1）程序是“靜止”的，進程是“活動”的。（2）程序可以脫離機器長期保存，而進程則不行。它是運行著的程序。（3）程序不具有并發特征，進程具有并發性，（4）進程與程序不是－－對應的。2.1.2操作系統的基本功能1．處理器管理進程在其生存周期內，由于受資源制約，其執行過程是間斷的，因此進程狀態也是不斷變化的。一般來說，進程有3種基本狀態（運行態、等待態、就緒態），如右圖所示。2.1.2操作系統的基本功能1．處理器管理死鎖：某個進程占有另一個進程需要的資源而同時請求對方的資源，并且在得到所需資源前不釋放其已占有的資源，那么就會導致死鎖的情況發生。發生死鎖會導致系統處于無效的等待狀態，因此必須終止其中的一個。2.1.2操作系統的基本功能2．存儲管理內存管理除了為各個作業及進程分配互不發生沖突的內存空間、保護放在內存中的程序和數據不被破壞外，還要組織最大限度的共享內存空間，甚至將內存和外存結合起來，為用戶提供一個容量比實際內存大得多的虛擬存儲空間。2.1.2操作系統的基本功能2．存儲管理內存管理存儲管理的基本功能有以下五個：（1）內存的分配與回收存儲管理根據用戶程序的需要分配存儲區資源，并適時進行回收。（2）存儲共享存儲管理可以讓內存中的多個用戶的多個程序實現存儲資源的共享。（3）內存保護保證進入內存的各道程序都在各自的存儲空間內運行，互不干擾。（4）地址轉換將程序的邏輯地址轉換為內存的物理地址。（5）擴充內存2.1.2操作系統的基本功能2．存儲管理-內存管理

雖然交換技術使得執行的程序大小不再受內存的限制，但駐留在磁盤中的程序和數據需要經過交換，再裝載到內存，從而極大影響了程序的運行效率。為了解決這個問題，采用了虛擬內存（virtualmemory）技術，即在硬盤上開辟一個比內存要大的空間，按照內存的結構進行組織，把被執行的程序裝載到這個區域中，當需要調入內存時，直接進行映射操作，從而減少數據交換過程，提高了程序執行效率。真正提高運行效率的方式只能是擴展內存。2.1.2操作系統的基本功能3．設備管理設備管理負責對接入本計算機系統的所有外部設備進行管理，主要功能有設備分配、設備驅動、緩沖管理、數據傳輸控制、中斷控制、故障處理等。一般情況下，經常采用緩沖、中斷、通道和虛擬設備等技術盡可能地使外部設備和主機并行工作，以解決CPU的快速和外部設備的慢速之間的矛盾，使用戶不必去涉及具體設備的物理特性和具體控制命令就能方便、靈活地使用這些設備。2.1.2操作系統的基本功能3．設備管理相關的服務：①設備調度：減少I/O完成所需要的平均等待時間。②緩沖區服務：協調速度、傳輸數據大小不一致的設備。③假脫機（spooling）：是用來保存設備輸出的緩沖，最常見的就是打印設備。先“假脫機”輸出到一個獨立的磁盤文件上，假脫機系統將相應的待送打印機的假脫機文件進行排隊打印。假脫機示意圖SPOOLING系統的組成2.1.2操作系統的基本功能3．設備管理設備分配的總原則是：

一方面要充分發揮設備的使用效率，同時又要避免不合理的分配方式造成死鎖、系統工作紊亂等現象，使用戶在邏輯層面上能夠合理方便地使用設備。

另一方面，要考慮設備的固有屬性和分配時的安全性。通常只采用先來先服務、優先級高者優先兩種分配算法。2.1.2操作系統的基本功能4．文件管理對文件的組織管理和操作都是由被稱為文件系統的軟件來完成的。文件系統由文件、管理文件的軟件和相應的數據結構組成。文件管理支持文件的建立、存儲、檢索、調用和修改等操作，解決文件的共享、保密和保護等問題，并提供方便用戶使用的界面，使用戶能實現對文件的按名存取，而不必關心文件在磁盤上的存放細節。文件系統是基于操作系統來實現的。2.1.2操作系統的基本功能（1）文件的概念

文件是存儲在外部存儲器上的一組有序數據的集合，通過一個名字來標記。

文件名由主名和擴展名兩部分組成，其命名規則也隨著操作系統的不同而不同。在Windows10中，主名和擴展名最多可達255個字符。

不允許使用的文件名有：

AUX,COM1,COM2,COM3,COM4,LPT1,LPT2,LPT3,LPT4,PRN,NUL,CON。因為這些名字在微軟系統中已有特定的含義。如：AUX表示音頻輸入接口；COM表示串行通訊端口，LPT表示打印機或其他設備；CON表示鍵盤或屏幕。2.1.2操作系統的基本功能（2）文件的操作權限

常見的文件操作權限有：只讀、只寫、執行、添加、刪除。

還可以對文件進行其它操作，如：解壓。（3）文件的存取①

順序存取

文件順序存取是指只能按照一個接一個信息單位進行存取。②隨機存取

需要先確定數據的地址信息，然后直接到文件的相應地址存取數據。本節前面講的按文件名存取文件的方式就是隨機方式。2.1.2操作系統的基本功能（4）文件系統的安全

無論什么原因導致文件系統損壞，要恢復全部信息不但困難而且費時，最要命的是在大多數情況下是不可能的

有許多有關文件系統安全的建議和方法，實際上，這些操作沒有多大意義。首先，作為保存文件的介質，無論是硬盤或CD，它們的可靠性是需要考慮的。其次，文件系統本身也存在不安全因素，號稱最好的操作系統UNIX也發生過安全問題。

為了更好地保護文件系統，采用的技術多是使用密碼、設置存取權限以及建立更復雜的保護模型等。但出于更高安全的考慮，備份（特別是異機備份）是最佳方法，也是目前最經常用的方法。2.1.2操作系統的基本功能5．作業管理將一次算題過程中或一個事務處理過程中要求計算機系統所完成的工作的集合，包括要執行的全部程序模塊和需要處理的全部數據，稱為一個作業（job）。作業管理是為處理器管理做準備的，包括對作業的組織、調度和運行控制。作業由程序、數據和作業說明書3個部分組成。2.1.2操作系統的基本功能5．作業管理①提交狀態。②后備狀態。③執行狀態。④完成狀態。作業狀態轉換2.1.2操作系統的基本功能作業調度算法的選擇原則有以下3個。（1）作業吞吐量。這是指讓系統運行盡可能多的作業。（2）充分利用資源。這是為了讓CPU、I/O設備都忙起來，不出現閑置。（3）對各作業公平、合理，使用戶滿意。為了做到這一點，要均衡考慮作業的執行時間和等待時間等因素。2.1.3操作系統的分類2.1.3操作系統的分類1．按同用戶交互的界面分類（1）命令行界面操作系統在命令行界面操作系統中，用戶只能在命令提示符后（如C:\>）輸入命令才能操作計算機。其界面不友好，用戶需要記憶各種命令，否則無法使用計算機，如MSDOS、NovellNetware等系統。（2）圖形界面操作系統圖形界面操作系統交互性好，用戶不需要記憶命令，可根據界面的提示進行操作，簡單易學，如Windows操作系統。2.1.3操作系統的分類2．按能夠支持的用戶數目分類（1）單用戶操作系統單用戶操作系統只允許一個用戶使用操作系統，該用戶獨占計算機系統的全部軟硬件資源。目前，在微型計算機上使用的MSDOS、Windows3.x和OS/2等屬于單用戶操作系統。（2）多用戶操作系統多用戶操作系統是在一臺主機上連接有若干臺終端，能夠支持多個用戶同時通過這些終端機使用該主機進行工作。典型的多用戶操作系統有UNIX、Linux和VAX/VMS等。2.1.3操作系統的分類3．按是否能夠運行多個任務分類（1）單任務操作系統單任務操作系統的主要特點是系統每次只能執行一個程序。例如，打印機在打印時，微機就不能再做其他工作了，如DOS操作系統。（2）多任務操作系統多任務操作系統允許同時運行兩個以上的程序。例如，在打印時，可以同時執行另一個程序。這類操作系統有WindowsNT、WindowsXP/2000、WindowsVista/7、Windows8/10、UNIX、Linux、MacOS等。2.1.3操作系統的分類4．按使用環境分類（1）批處理操作系統將若干作業按一定的順序統一交給計算機系統，由計算機自動地順序完成這些作業，這樣的操作系統稱為批處理操作系統。批處理操作系統的主要特點是用戶可以脫機使用計算機和成批處理，從而大大提高了系統資源的利用率和系統的吞吐量，如MVX、DOS/VSE、AOS/V等操作系統。

2.1.3操作系統的分類4．按使用環境分類（2）分時操作系統分時操作系統是一臺主機帶有若干臺終端，CPU按照預先分配給各個終端的時間片，輪流為各個終端服務，即各個用戶分時共享計算機系統的資源。如UNIX、XENIX、VAX/VMS等操作系統。（3）實時操作系統實時操作系統是對來自外界的信息在規定的時間內即時響應并進行處理的系統。它的兩大特點是響應的即時性和系統的高可靠性，如IRMX、VRTX等操作系統。2.1.3操作系統的分類5．按硬件結構分類（1）網絡操作系統連接在網絡上的計算機被稱為網絡工作站，簡稱工作站。工作站和終端的區別是前者具有自己的操作系統和數據處理能力，后者要通過主機實現運算操作。如：NetWare。（2）分布式操作系統當操作人員向系統發出命令后能迅速得到處理結果，但運算處理是在系統中的哪臺計算機上完成的操作人員并不知道，如Amoeba（阿米巴）操作系統。2.1.3操作系統的分類5．按硬件結構分類（3）多媒體操作系統多媒體操作系統是指“除具有一般操作系統的功能外，還具有多媒體底層擴充模塊，支持高層多媒體信息的采集、編輯、播放和傳輸等處理功能的系統”。

Windows

95以后的都屬于多媒體操作系統。/plus/2.1.3操作系統的分類6.按設備可移動性分類非移動設備操作系系統如Windows，大家都非常熟悉了。下面主要講可移動的操作系統。（1）Android

Android（安卓）是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統。這是谷歌（Google）公司收購了原開發商Android后，聯合多家制造商推出的面向平板電腦、移動設備、智能手機的操作系統。它是基于Linux開放的源代碼開發的，并且仍然是免費使用的系統。2.1.3操作系統的分類6.按設備可移動性分類（2）iOS

iOS是Apple公司為其生產的智能手機iPhone開發的操作系統。Apple公司最早在2007年1月9日的Macworld大會上公布了這個操作系統。原本這個操作系統名為iPhoneOS，因為iPad、iPhone、iPodtouch都使用iPhoneOS，所以2010WWDC大會上宣布改名為iOS。

2.1.3操作系統的分類（3）WindowsMobileWindowsMobile是微軟公司開發的適用于移動設備的Windows系統。此處的移動設備，如智能手機，也叫袖珍PC，即PPC（PacketPC）。

該操作系統的設計初衷是盡量接近于桌面版本的Windows——按照計算機操作系統的模式來設計WindowsMobile，以便能使得WindowsMobile同計算機操作系統一模一樣。，在繼任者WindowsPhone操作系統出現后，WindowsMobile系列正式退出了手機操作系統市場。2.1.3操作系統的分類（4）華為鴻蒙系統（英文：huaweiHarmonyOS,HongmengOS）。

在2019年8月9日，華為在東莞舉行華為開發者大會，正式發布操作系統鴻蒙OS。鴻蒙OS是一款“面向未來”的操作系統，一款基于微內核的面向全場景的分布式操作系統，現已適配智慧屏，未來它將適配手機、平板、電腦、智能汽車、可穿戴設備等多終端設備。2020年9月10日，華為鴻蒙系統升級至華為鴻蒙系統2.0版本

。余承東表示，2020年12月份將面向開發者提供鴻蒙2.0的beta版本2.1.3操作系統的分類除了按以上六類分類之外，還可以按其他方式分類：

如根據指令的長度分，操作系統還可以分為8bit（位）、16bit、32bit、64bit的操作系統；如目前的Windows10可分為32位和64的兩種。e7d195523061f1c01da5a1f0837ac25283df40ff0a16bfd61AE6AB84AD7EB485CA8019BF267F2027DE2BF09650313B56A435BB3664F8B916CA3777391AC088C283181605E184D6D6879568EB73EB808A103F0784C8DFC3E9CDD14B61FDDA6A8A6237D2DFE3BBAEC8979D824A43E015648F6CB3D1F8D3E352A4BDC9925C075CFF312C4A0BE75FDF5C內容導航第2章2.3Windows10使用基礎2.4Windows10的基本資源與操作2.5Windows10的附件2.6磁盤管理2.1操作系統概述2.7控制面板2.8Windows10系統管理2.9Windows10的網絡功能2.10國產操作系統簡介2.2微機操作系統的演化過程2.2.1DOS1.DOS

DOS（DiskOperati