计算机系统基础实验报告册.docx

学 生 实 验 报 告理工类课程名称：计算机系统根底 3专业班级：学生学号：学生姓名：所属院部：软件工程学院指导教师：张正20232023 学年第二学期金陵科技学院教务处制试验报告书写要求试验报告原则上要求学生手写，要求书写工整。假设因课程特点需打印的，要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。纸张一律承受 A4 的纸张。试验报告书写说明试验报告中一至四项内容为必填项，包括试验目的和要求；试验仪器和设备；试验内容与过程；试验结果与分析。各院部可依据学科特点和试验具体要求增加工程。填写留意事项（1） 细致观看，准时、准确、照实记录。（2） 准确说明，层次清楚。（3） 尽量承受专用术语来说明事物。（4） 外文、符号、公式要准确，应使用统一规定的名词和符号。（5） 应独立完成试验报告的书写，严禁抄袭、复印，一经觉察， 以零分论处。试验报告批改说明试验报告的批改要准时、认真、认真，一律用红色笔批改。试验报告的批改成绩承受百分制，具体评分标准由各院部自行制定。试验报告装订要求试验批改完毕后，任课教师将每门课程的每个试验工程的试验报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的试验大纲。试验工程名称：计算机系统根底学问 试验学时：3同组学生姓名：试验地点：1216 教室试验日期：2023.05.18.试验成绩：批改教师：批改时间：试验一计算机系统根底学问一、 试验目的及要求1. 了解计算机的进展历史及应用；把握计算机系统的组成及工作原理；生疏微型计算机硬件和软件组成；把握衡量计算机性能的重要指标；把握计算机中信息的表示；把握常用信息编码。2. 学习相关资料了解计算机的进展历史及应用，把握计算机系统组成及工作原理。在试验前完成自己姓名的各种编码，在试验时通过“信息与编码”程序上机验证。翻开一个网页，对其编码方式进展转换。二、 试验仪器和设备1. PIII 以上配置的计算机，安装有 windows 2023 server /7/8.1 操作系统，LA N 环境；2. 装有字符信息与二进制信息与编码软件。三、 试验预备“信息与编码.exe”文件，运行后界面如图 1-1 所示。（1） 二进制串转换成字符：可以将输入的二进制串逐字节转换成 16 进制和十进制，并可从 ASCII 码表中找到对应的字符留意：只限于可显示字符，不行显示字符用“”代替显示， 录入的二进制串中不允许有空格。（2） 字符转换成 N 进制：可得到输入的英文字符的ASCII 码值包括二进制、十六进制和十进制。（3） 汉字转换：可得到输入的汉字的内码二进制、十六进制、区位码和国标码。四、 试验内容与步骤1. 计算机进展及系统组成图 1-1通过学习课本及网络资源内容，答复以下问题的答案。（1） 计算机领域的最高奖项是什么？ 图灵奖。（2） “图灵机”模型是由哪位科学家提出的？ 阿兰·麦席森·图灵。（3） “图灵机”的根本思想是什么？图灵的根本思想是用机器来模拟人们用纸笔进展数学运算的过程。（4） “图灵机”由哪几局部组成？1. 一条无限长的纸带 TAPE2.一个读写头 HEAD3.一套掌握规章 TABLE4.一个状态存放器。（5） 什么是“图灵测试”？图灵测试是一种测试机器是不是具备人类智能的方法。（6） 你知道IBM 公司研制的计算机“深蓝”与国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫进展的那场人机大战吗？最终谁获胜了吗？知道 ；电脑。（7） 计算机科学的奠基人是谁？ 图灵。（8） 第一台计算机问世时间是什么时候？1946 年 2 月。（9） 计算机的分为几代？从规律元件、存储器、运算速度、有否操作系统、编程语言、主要用途等方面来总结规律元件：4 代 ；微处理器更：5 代。（10） 计算机分为哪几类？通用计算机和专用计算机。（11） 计算机有哪些技术？计算机技术包括:运算方法的根本原理与运算器设计、指令系统、中心处理器(CPU) 设计、流水线原理及其在CPU 设计中的应用、存储体系、总线与输入输出。（12） 什么是信息、数据、信息技术？信息是事物运动的状态与方式，是物质的一种属性。数据是科学试验、检验、统计等所获得的和用于科学争论、技术设计、查证、决策等的数值。信息技术是有关数据与信息的应用技术。其内容包括：数据与信息的采集、表示、处理、安全、传输、交换、显现、治理、组织、存储、检索等。（13） 现代信息技术的内容是什么？现代信息技术包括ERP、GPS、RFID。（14） 现代信息技术的特点是什么？多种形式，多种路径，图文并茂，传输速度快。（15） 计算机在信息社会中的应用有哪些类型？ 信息传播 ；通讯 ；计算处理。（16） CAD/CAM/CIMS/AI/EC 的含义是什么？计算机关心设计； 计算机关心制造 ；计算机集成制造系统； 人工智能 ；电子商务。（17） 计算机系统由哪两局部组成？两者之间的关系是什么？软件和硬件 ；软件通过硬件实现功能，硬件受控于软件，在一个系统中两者缺一不行。（18） 冯·诺依曼计算机的主要特点是什么？ 存储程序。（19） 计算机硬件各局部的功能是什么？1. 运算器 运算器又称算术规律单元Arithmetic Logic Unit 简称 ALU。它是计算机对数据进展加工处理的部件，包括算术运算加、减、乘、除等和规律运算与、或、非、异或、比较等。2. 掌握器 掌握器负责从存储器中取出指令，并对指令进展译码；依据指令的要求， 按时间的先后挨次，负责向其它各部件发出掌握信号，保证各部件协调全都地工作， 一步一步地完成各种操作。掌握器主要由指令存放器、译码器、程序计数器、操作 掌握器等组成。硬件系统的核心是中心处理器Central Processing Unit，简称 CPU。它主要由掌握器、运算器等组成，并承受大规模集成电路工艺制成的芯片，又称微处理器芯片。3. 存储 存储器是计算机记忆或暂存数据的部件。计算机中的全部信息，包括原始的输入数据。经过初步加工的中间数据以及最终处理完成的有用信息都存放在存储 器中。而且，指挥计算机运行的各种程序，即规定对输入数据如何进展加工处理的一系列指令也都存放在存储器中。存储器分为内存储器内存和外存储器外存 两种。4. 输入设备 输入设备是给计算机输入信息的设备。它是重要的人机接口，负责将输入的信息包括数据和指令转换成计算机能识别的二进制代码，送入存储器保存。5. 输出设备 输出设备是输出计算机处理结果的设备。在大多数状况下，它将这些结果转换成便于人们识别的形式。（20） 存储器容量单位有哪些，它们之间的关系是什么？1KB=1024B； 1MB=1024KB ；1GB=1024KB； 1TB=1024GB。（21） 简述计算机工作原理。计算机的根本原理是存贮程序和程序掌握。预先要把指挥计算机如何进展操作的指 令序列称为程序和原始数据通过输入设备输送到计算机内存贮器中。每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进展什么操作，然后送到什么地址去等步 骤。（22） 计算机软件的分类是什么？ 系统软件； 应用软件。（23） 计算机编程语言的进展经过了哪些过程？ 机器语言； 汇编语言 ；高级语言。（24） 编译与解释的区分是什么？ 笔译 ；口译。（25） 主板的功能是什么？1. 将不同电压的用电器连接在一起，并供给相应的电源；2. 将不同功能的用电器连接在一起，使它们相互传递信息；3. 接收外来数据，并给其它设备处理；4. 将内部设备处理的数据集中，并传递给外界；5. 平衡电脑中的数据、能源、速度、温度、电流等。（26） CPU 的主要性能指标是什么？1. 主频即CPU 的时钟频率(CPU Clock Speed)。一般说来，主频越高，CPU 的速度越快。由于内部构造不同，并非全部的时钟频率一样的CPU 的性能都一样。2. 内存总线速度(Memory-Bus Speed) 指 CPU 与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。3. 扩展总线速度(Expansion-BusSpeed) 指安装在微机系统上的局部总线如 VESA或PCI 总线接口卡的工作速度。4. 工作电压(Supply Voltage) 指 CPU 正常工作所需的电压。早期 CPU 的工作电压一般为 5V，随着 CPU 主频的提高，CPU 工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。5. 地址总线宽度打算了CPU 可以访问的物理地址空间，对于486 以上的微机系统， 地址线的宽度为 32 位，最多可以直接访问 4096 MB 的物理空间。6. 数据总线宽度打算了 CPU 与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。7. 内置协处理器含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进展简单计算的软件系统，如高版本的AUTO CAD 就需要协处理器支持。8. 超标量是指在一个时钟周期内CPU 可以执行一条以上的指令。Pentium 级以上 C PU 均具有超标量构造；而 486 以下的 CPU 属于低标量构造，即在这类CPU 内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。9. L1 高速缓存即一级高速缓存。内置高速缓存可以提高CPU 的运行效率，这也正是 486DLC 比 386DX-40 快的缘由。内置的 L1 高速缓存的容量和构造对CPU 的性能影响较大， 这也正是一些公司力争加大L1 级高速缓冲存储器容量的缘由。不过高速缓冲存储器均由静态 RAM 组成，构造较简单，在 CPU 管芯面积不能太大的状况下，L1 级高速缓存的容量不行能做得太大。10. 承受回写(Write Back)构造的高速缓存它对读和写操作均有效，速度较快。而承受写通(Write-through)构造的高速缓存，仅对读操作有效（27） 内存的类型及其特点是什么？sdr; ddr ; ddr2 ;频率高 ;速度快.（28） 外存的类型及其特点是什么？外存速度慢、存储内容断电后不丧失 外存的数据调到内存中处理，处理后的数据由写回外存。（29） 总线与接口的概念及功能是什么？总线Bus是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组 成的传输线束， 依据计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和掌握总线，分别用来传输数据、数据地址和掌握信号。总线是一种内部构造，它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计 算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线构造来连接各个功能部件的。接口是一套标准，满足这个标准的设备，我们就可以把他们组装到一起，从而实现该设备的功能。（30） 微型计算机常见的根本输入输出设备有哪些？输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、视频头等等输出设备：显示器又叫监视器、打印机、音箱等。（31） 显示器的主要技术指标有哪些？扫描方式 、刷频率、点距、带宽、亮度和比照度、亮度和比照度。（32） 针式、喷墨、激光打印机的特点各是什么？针式打印机是用机械冲击的原理用打印针打击色带而将文字或图案留在纸上的，受 限于工作方式，一来声音会较大，二来精细度受到针大小的限制不会很细腻，所以一般用来打印文档，但是也是由于这个工作原理，它是目前唯一能打印一式多联单 的打印机。一般为单色，也有多色带的机型，不过很少 ；喷墨打印机用掌握墨水喷出的方式来实现文字或图片输出的，墨水成为这种打印机 用得最多的耗材，随着技术的进步，墨滴可以做得更细，墨水可以做得颜色更好， 保存时间更长，所以一般用来打相片，但是用机械方式运行墨盒，所以打印速度很难提高 ；激光打印机用扫描的方式使打印机内硒鼓相应部份带电沾上墨粉后压到纸上，纸经 高温后墨水溶化并凝固成文字或图案，由于它是转一次成一页，所以速度最快，黑 白的打印效果也是最好的，常用于文档打印。现在也有彩色的激光打印机，但是体 积较大，价格较贵，颜色也不如喷墨的，而且不能放入专用的相片打印纸，不过即使能放入，也不会有喷墨的效果好。（33） 什么是Unicode 编码？Unicode 码扩展自ASCII 字元集。在严格的ASCII 中，每个字元用7 位元表示，或者电脑上普遍使用的每字元有 8 位元宽；而 Unicode 使用全 16 位元字元集。这使得 Unicode 能够表示世界上全部的书写语言中可能用於电脑通讯的字元、象形文字和其他符号。（34） 为什么电子邮件中会消灭乱码？由于发件人和收件人所使用的字符编码不同。（35） 在互联网上使用最广的一种unicode 的实现方式是什么？ UTF-8。（36） 汉字编码中现在主要使用的编码方式是什么？数字编码、拼音码、字形码、音形码。2. 信息与编码按表 2-1 格式在试验总结中完成自己姓名的各种编码，并用“信息与编码”软件上机验证软件使用说明见试验环境介绍。通过该任务的学习，要把握二进制、八进制和十六进制之间的转换规章；英文和汉字字符在计算机中的表示规章。工程1姓名2汉语拼音3汉语拼音字母的 ASCII 码二进制4ASCII 码十六进制4D656E675869616E676875695ASCII 码十进制7710111010388105971101031041171056汉字的内码二进制1100001111001111 110011111110100110111011110101007汉字内码十六进制C3CFCFE9BBD48汉字国标码C3CFCFE9BBD49区位码354747732752表 2-1信息与编码编码010011010110010101101110011001110101100001101001011000010110111001100111011010000111010101101001(说明：（1） 前两项填入自己姓名及汉语拼音；（2） 第3 项通过查教材ASCII 码表见表2-2，每个字符可得到7 位二进制编码，再在最高位加“0”得到 8 位二进制编码，为了便于阅读，每8 位之间应留空格；（3） 将第3 项二进制串每 4 位对应一位 16 进制码见二进制、十六进制、八进制、十进制之间关系表 2-3，可以得到第 4 项。留意：由于每一个字符对应 8 位二进制编码，8 位二进制编码对应 2 位十六进制编码，为了便于阅读，每两位十六进制编码之间应留空格；（4） 将第 4 项每一个十六进制码转换成十进制即可得到第 5 项，这个数字也就是对应字符在ASCII 码表中的挨次号。例如字符“Z”在表中就是第 90 个字符；（5） 第 6 项通过“信息与编码”软件获得；（6） 将第 6 项二进制串转换成十六进制即得到第7 项；（7） 将第6 项每一个 8 位二进制串最高位“1”去掉变为7 位，再将这7 位二进制转换为10 进制，相邻两个 8 位转换的结果合并就成四位或五位数即是汉字国标码第 8 项为了便利，表中两个局部略有分隔（8） 将第 8 项得到的每个局部减去 32，得到的就是区位码第 9 项。表 2-2ASCII 表表中前 32 个字符表格左边其次、三列从NULUS及最终一个字符DEL 为掌握符， 它们不行显示，用于计算机设备的操作掌握以及在数据通信时进展传输掌握。要求特别留意后 面括号中的数字表示该字符在表中的序号，从0 开头：（1） NUL0：空（2） BS8：退格（3） HT9：横向列表4LF10：换行5CR13：回车6DEL128：删除表 2-3二进制、八进制、十六进制、十进制之间的关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000000081000108100011191001119200102210101012A300113311101113B401004412110014C501015513110115D601106614111016E701117715111117F工程编码1姓名孟祥辉2汉语拼音MengXianghui3汉语拼音字母的 ASCII 码二进制4ASCII 码十六进制4D656E675869616E676875695ASCII 码十进制7710111010388105971101031041171056汉字的内码二进制1100001111001111 110011111110100110111011110101007汉字内码十六进制C3CFCFE9BBD48汉字国标码C3CFCFE9BBD49区位码354747732752个人信息与编码参照上述表 2-101001101011001010110111001100111(Meng)0101100001101001011000010110111001100111(Xiang)011010000111010101101001(hui)3. 网页编码方式转换。该任务主要让学生了解计算机中信息存取编码方式的不全都，将会导致所查看内容的乱码，以及如何解决这个问题。通过 IE 扫瞄器任意翻开一个中文网页如图 2-2 所示，在网页空白处单击右键，弹出快捷菜单，选择编码菜单项，觉察默认状态下，网页编码方式是简体中文，现在选择其他编码方式，如繁体中文如图 2-3 所示，会觉察整个网页内容是乱码如图2-4 所示。图 2-2 翻开中文网页图 2-3 编码方式设置图 2-4 乱码网页五、 试验心得通过本次试验我了解了计算机的进展历史及应用；把握了计算机系统的组成及工作原理；生疏了微型计算机硬件和软件组成；把握了衡量计算机性能的重要指标；把握了计算机中信息的表示和常用信息编码的计算方法。试验工程名称：进程管道通信试验学时：5同组学生姓名：试验地点：1216 教室试验日期： 2023.05.25./06.01.试验成绩：批改教师：批改时间：试验二进程管道通信一、 试验目的及要求1. 调用fork函数创立子进程，观看父子进程的并发执行过程，区分挨次执行和并发执行；明确进程和程序的区分；2. 调用pipe函数在父子进程间建立管道通信，把握linux管道通信的机制。二、 试验仪器和设备1.操作系统: Linux可在 VMware 虚拟机内安装 ubuntu； 2.编译器: GCC；3.编程语言: C 语言。三、 试验预备1. 生疏 Linux 操作系统，把握 Shell 的根本命令；2. 会使用 Vi 编辑器；翻开：vi 文件名 ；进入输入模式：在指令模式按 i 键； 保存退出：按 esc 键，：wq3. 把握 GCC 编译器的根本用法；gcc 源程序 o 可执行文件4. 复习进程的根本概念；4. 预习如下系统调用的含义与用法：所需头文件#include <sys/types.h>/ 供给类型 pid_t 的定义#include <unistd.h>函数说明建立一个的进程函数原型函数返回值错误代码pid_t fork(void)0：返回给子进程子进程的ID(大于 0 的整数)：返回给父进程-1：出错，返回给父进程，错误缘由存于errno 中EAGAIN：内存缺乏ENOMEM：内存缺乏，无法配置核心所需的数据构造空间fork 函数ü getpid 和 getppid 函数头文件#include <sys/types.h>#include <unistd.h>函数说明函数原型pid_tgetpid(void ) pid_tgetppid(void )返回值进程 ID父进程ID所需头文件#include<unistd.h>函数说明建立一个管道函数原型函数返回值错误代码int pipe(int filedes2)0：成功-1：出错，错误缘由存于errno 中EMFILE 进程已用完文件描述词最大量。EFAULT 参数 filedes 数组地址不合法。ENFILE 系统已无文件描述词可用。ü pipe 函数所需头文件#include <unistd.h>函数说明执行文件函数原型int execv(const char *path, char *const argv)函数返回值成功：函数不会返回出错：返回-1，失败缘由记录在error 中ü execv 函数ü dup2 函数所需头文件#include <unistd.h>函数说明复制一个文件的描述符函数原型int dup2( int oldfd, int targetfd )函数返回值成功：函数返回出错：返回-1，失败缘由记录在error 中四、 试验内容及步骤：依据下述步骤进展试验：1. 创立一个进程。1) 在 Vi 编辑器中，编辑如下代码，其主要功能是使用 fork( )创立一个进程：#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int mainpid_t pid; int x = 1;pid = fork;if (pid = 0) /* Child */printf(“hello ,child : x=%dn“, +x); return 0;/* Parent */ if(pid>0)printf(“hello, parent: x=%dn“, -x); return 0;在 Linux 上编译并运行这个程序，观看得到的结果。屡次运行，看看结果有什么不同，尝试解释这种现象。2) 理解 fork 生成进程时父子进程各自的行为：#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int mainfork;fork;printf(“hello, worldn”);return 0;在 Linux 上编译运行这个程序，观看得到的结果会输出几次 hello world，并解释为什么。3) 编制一段程序，使用系统调用fork创立三个子进程，在各个子进程中再使用系统调用fork进一步创立子进程，如此重复，构造一棵具有图1外形的进程家族树。分别使用系统调用getpid和getppid猎取当前进程和父进程的进程标识号并分别填入图1中相应的进程节点；。图 1 进程家族树2. 在父子进程之间建立管道进展通信。1) 调用pipe函数，在父进程和子进程间建立一条管道进展通信。例如如下：int pipe_fd2;char r_buf10,w_buf6; int r_num;if(pipe(pipe_fd)<0)/建立管道printf(“pipe create error!n“); return 0;printf(“pipe_fd0 is %d,pipe_fd1 is %dn“,pipe_fd0,pipe_fd1); if(pid=fork=0) /子进程close(pipe_fd1); /关闭写端r_num=read(pipe_fd0,r_buf,6); /从管道读端读数据printf(“read number is %d,read data is %sn“,r_num,r_buf); close(pipe_fd0);/关闭读端/父进程if(pid>0)close(pipe_fd0); /关闭读端strcpy(w_buf,“hello“);if(write(pipe_fd1,w_buf,6)!=-1)/向管道写端写数据printf(“write piepe over!n“);close(pipe_fd1);/关闭写端.2) 调用 execv 函数在子进程中执行另一个程序。例如如下： if(execv(“/tmp/fork/hello“,NULL)<0)printf(“execv error!n“); return 0;hello 源程序如下： int mainprintf(“hello,I am hello process!my id is %d.my parent”s id is %dn“,getpi d,getppid);return 0;3) 在 hello 程序中添加如下代码，验证子进程继承了父进程的文件描述符表。char r_buf10; close(4); read(3,r_buf,10); printf(“%sn“,r_buf); close(3);4) 把 hello 程序改成如下，从键盘输入一个字符串到 r_buf，再把输出到屏幕。int mainchar r_buf10; scanf(“%s“,r_buf);/read(STDIN_FILENO,r_buf,6); printf(“%sn“,r_buf);return 0;5) 在子进程中，没有调用 execv 加载 hello 程序前，调用 dup2 函数标准输入重定向到管道读端。验证 hello 程序的 scanf 函数或 read 函数是从管道读端读取数据而非标准输入键盘。dup2(pipe_fd0,STDIN_FILENO);*五、 试验心得.通过本次试验，我对Linux操作系统有了肯定的了解，并调用了fork函数创立子进程，了解了父子进程的并发执行过程，知道了挨次执行和并发执行的区分；明确了进程和程序的区分；调用了pipe函数在父子进程间建立管道通信，把握linux管道通信的机制。