前言

FOREWORD

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)向各行各業(yè)滲透，并衍生了不少與信息技術(shù)相關(guān)的交叉學(xué)科，計(jì)算機(jī)知識(shí)與技能已經(jīng)成為當(dāng)代具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才必須具備的基本素質(zhì)之一。如何做好計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)工作和計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)工作，已經(jīng)成為教育部門關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。

針對(duì)近年來社會(huì)對(duì)信息化技術(shù)應(yīng)用型人才需求的不斷提高，結(jié)合西部經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需求與特點(diǎn)，以及國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，青海大學(xué)在教育部對(duì)口支援政策的指導(dǎo)下，在教育部、青海省人民政府的支持和清華大學(xué)的幫助下，于2007年5月正式成立了計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系，并率先在青海省實(shí)現(xiàn)本科第一批次錄取零的突破，成為省內(nèi)高校第一個(gè)一本招生的專業(yè)。青海大學(xué)計(jì)算機(jī)系培養(yǎng)計(jì)劃中的課程體系由清華大學(xué)專家精心設(shè)計(jì)，課程內(nèi)容緊扣教育部最新制訂的“信息技術(shù)與應(yīng)用”培養(yǎng)方向，滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求。

青海大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系（以下簡稱“本系”）根據(jù)青海大學(xué)的實(shí)際情況，將專業(yè)方向設(shè)定成2006年計(jì)算機(jī)專業(yè)教指委提出的“信息技術(shù)方向”，目標(biāo)是培養(yǎng)應(yīng)用型計(jì)算機(jī)人才。這一方向是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)積極倡導(dǎo)和推動(dòng)的新專業(yè)方向，教育部也擬就這一方向展開專業(yè)試點(diǎn)工作。針對(duì)此現(xiàn)狀，本系希望能夠開辦一系列面向培養(yǎng)應(yīng)用性人才的特色課程，開辟一條具有挑戰(zhàn)性的課程探索與建設(shè)之路。

為了深入對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)信息技術(shù)方向的教學(xué)研究，促進(jìn)這個(gè)新的專業(yè)方向的教學(xué)實(shí)踐，需要開設(shè)一系列嶄新的課程，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求。“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)”課程就是該方向建設(shè)規(guī)范中所提出的一門全新課程，目標(biāo)是將匯編語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等傳統(tǒng)課程中的內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)并講授給學(xué)生，同時(shí)注重學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的環(huán)節(jié)，通過理論結(jié)合實(shí)際來鞏固對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)的認(rèn)識(shí)。這樣的一門介紹計(jì)算機(jī)原理的綜合性課程無論從教材方面還是課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都缺乏先例。本系開設(shè)這門課程，希望能夠不斷地探索和實(shí)踐將此課程建設(shè)成特色課程，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行深入研究，最終目標(biāo)是能把該特色課程建設(shè)成為西部地區(qū)乃至全國的示范性精品課程。

以“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)”命名的專業(yè)課程，目前在國內(nèi)高校中少有先例，也可以說這正是信息技術(shù)方向所追求教學(xué)內(nèi)容的一個(gè)特色。根據(jù)該方向的定位，本課程不討論平臺(tái)構(gòu)建本身，而是從不同角度或?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，扼要地介紹一些典型功能實(shí)現(xiàn)的基本原理。本課程的主要目的是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本原理，理解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，使學(xué)生熟悉計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，建立完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念，為學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解決實(shí)際問題奠定良好的基礎(chǔ)。

課程的主要任務(wù)是介紹計(jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件與操作系統(tǒng)平臺(tái)，內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)性能分析、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、CPU、高速緩存、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備，以及匯編語言程序設(shè)計(jì)、BIOS和操作系統(tǒng)等。在課程的教學(xué)過程中，逐步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的能力。

2011年，本課程獲批青海大學(xué)三類課程建設(shè)項(xiàng)目，并于2013年11月完成結(jié)題工作，課程建設(shè)已有初步成效。2013年底申報(bào)青海大學(xué)一類課程建設(shè)項(xiàng)目并再次獲批，使得本門課程的建設(shè)得到了有力的后續(xù)支持。為形成一本更加適合于本課程的教材，課程組成員先從講義撰寫做起，力圖梳理計(jì)算機(jī)組成原理、軟硬件架構(gòu)、操作系統(tǒng)、開發(fā)平臺(tái)等多方面的知識(shí)，形成完整的文稿。

本書共12章。第1章對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了概述，旨在介紹計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史和未來趨勢，并對(duì)計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)進(jìn)行大致了解，形成基本概念。第2章介紹指令系統(tǒng)和匯編語言，從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換和運(yùn)算基礎(chǔ)開始，對(duì)指令系統(tǒng)和指令格式進(jìn)行介紹和舉例，并給出一些匯編程序設(shè)計(jì)的示例。第3章介紹計(jì)算機(jī)中信息表示的方法，包括常見的數(shù)字、字符如何進(jìn)行編碼。第4章詳細(xì)講解了計(jì)算機(jī)五大功能部件的基本工作原理，包括總線、存儲(chǔ)器、CPU、輸入/輸出系統(tǒng)等，并進(jìn)一步通過延伸展望計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。第5章從操作平臺(tái)的角度介紹計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用、功能和發(fā)展歷程，探討操作系統(tǒng)的基本特性，并介紹一些常見的操作系統(tǒng)及其特點(diǎn)。第6章對(duì)進(jìn)程的管理機(jī)制進(jìn)行闡述，包括進(jìn)程的基本定義、狀態(tài)及轉(zhuǎn)換、進(jìn)程控制塊以及常見的進(jìn)程調(diào)度算法等。第7章進(jìn)一步對(duì)進(jìn)程同步的經(jīng)典問題展開討論，介紹了進(jìn)程和線程的聯(lián)系與區(qū)別，并對(duì)死鎖問題的產(chǎn)生和對(duì)策進(jìn)行了講解。第8章從存儲(chǔ)管理的角度入手對(duì)內(nèi)存管理的幾種方法由淺入深地進(jìn)行了介紹。第9章繼續(xù)講述了磁盤層面上的信息存儲(chǔ)管理，解析文件的構(gòu)成和文件系統(tǒng)的層次，并介紹了一些基本的磁盤調(diào)度算法。第10章對(duì)操作系統(tǒng)的外設(shè)管理功能進(jìn)行了介紹，從I/O控制方式入手，重點(diǎn)討論中斷技術(shù)的原理，并講解了設(shè)備分配的特點(diǎn)和驅(qū)動(dòng)程序的處理過程。第11章進(jìn)入上層應(yīng)用的平臺(tái)部分，介紹了系統(tǒng)初始化的過程以及Shell編程的基本語法結(jié)構(gòu)，使讀者接觸到與底層系統(tǒng)和上層開發(fā)銜接較為緊密的一種特殊腳本語言。第12章介紹了幾種主流的程序設(shè)計(jì)語言和開發(fā)工具，從平臺(tái)的角度完成最上層應(yīng)用的闡述，旨在使讀者了解完整平臺(tái)架構(gòu)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。本書每章后都配有相應(yīng)習(xí)題，供讀者對(duì)本章內(nèi)容進(jìn)行回顧。

本書出版受青海大學(xué)2015年度教材建設(shè)基金項(xiàng)目資助，由王曉英、曹騰飛、孟永偉、黃建強(qiáng)任主編，多名教師參與編寫。其中，第1章和第4章內(nèi)容主要由曹騰飛編寫，第2章和第3章主要由韓亮編寫，第5章主要由張玉安編寫，第6章和第7章主要由劉曉靜編寫，第8章主要由王曉英編寫，第9章和第12章主要由黃建強(qiáng)編寫，第10章和第11章主要由孟永偉編寫。此外，王璐、賈金芳、易爭鳴、吳利等人均參與了本書相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施以及通讀審核等工作。本書的編寫也得到了學(xué)校和各級(jí)部門的支持，在此一并表示感謝。

由于作者水平有限，時(shí)間倉促，書稿中難免有不妥和紕漏之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者

2016年6月