（本科）第3章电子教案ppt课件.pptx

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1、课程主讲人：（本科）第3章电子教案ppt课件第第3 3章章 计算计算模型与计算原理模型与计算原理第第3 3章章计算模型与计算原理计算模型与计算原理3.1图灵机计算机理论模型3.2冯诺依曼型计算机3.3计算机集群系统3.4新型计算机系统研究3.5软件系统3.6操作系统3.1 图灵机计算机理论模型图灵机的思想图灵机举例图灵模型5有限状态有限状态 控制器控制器存储带存储带 一条无限长的工作带：工作带上的每个单元可以存放一一条无限长的工作带：工作带上的每个单元可以存放一个符号；所有允许出现的符号属于一个预先规定好的字母个符号；所有允许出现的符号属于一个预先规定好的字母表。表。图灵模型6 有限状态有限状

2、态 控制器控制器存储带存储带 一个读写头：读写头可以左移一个单元、右移一一个读写头：读写头可以左移一个单元、右移一个单元或者保持不动。个单元或者保持不动。图灵模型7有限状态有限状态 控制器控制器存储带存储带 一个控制器：控制器在每个时刻处于一定的状态，当读写一个控制器：控制器在每个时刻处于一定的状态，当读写头从工作带上读出一个符号后，控制器就根据这个符号和当头从工作带上读出一个符号后，控制器就根据这个符号和当时的机器状态，指挥读写头进行读写或者移动，并决定是否时的机器状态，指挥读写头进行读写或者移动，并决定是否改变机器状态。改变机器状态。用图灵模型计算1当前状态当前状态：Q1Q1 1 1 R

3、Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 1111111当前机器状态读入的符号应写入的符号读写头的动作机器转入的状态图灵机程序五元组Q1 1 1 R Q1图灵机运行前的准备图灵机运行前的准备（1）初始化存储带上）初始化存储带上的符号；的符号；当前字母表：当前字母表：1，B（2）设置好控制器的）设置好控制器的当前状态；当前状态；状态集合：状态集合：Q1,Q2,Q3（3）设置读写头的起）设置读写头的起始位置；始位置；（4）设置好控制器中）设置好控制器中的程序；的程序；用图灵模型计算2当前状态：当前状态：Q1Q1 1 1 R

4、Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 1111111Q1 1图灵机工作过程图灵机工作过程（1）读写头读出存储）读写头读出存储带上当前格中的符号；带上当前格中的符号；（2）根据当前状态和）根据当前状态和所读到的字符，找到匹所读到的字符，找到匹配的程序语句；配的程序语句；（3）根据相应的程序）根据相应的程序语句执行语句执行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“1”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q1” 读写头向读写头向“右右”移一步移一步1 R Q1用图灵模型计算3当前状态：

5、当前状态：Q1Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 1111111Q1 1图灵机工作过程图灵机工作过程（1）读写头读出存储）读写头读出存储带上当前格中的符号；带上当前格中的符号；（2）根据当前状态和）根据当前状态和所读到的字符，找到匹所读到的字符，找到匹配的程序语句；配的程序语句；（3）根据相应的程序）根据相应的程序语句执行语句执行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“1”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q1” 读写头向读写头向“右右”移一步移一步1 R

6、 Q1用图灵模型计算4当前状态：当前状态：Q1Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 1111111Q1 1图灵机工作过程图灵机工作过程（1）读写头读出存储）读写头读出存储带上当前格中的符号；带上当前格中的符号；（2）根据当前状态和）根据当前状态和所读到的字符，找到匹所读到的字符，找到匹配的程序语句；配的程序语句；（3）根据相应的程序）根据相应的程序语句执行语句执行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“1”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q1” 读写头向读

7、写头向“右右”移一步移一步1 R Q1用图灵模型计算5当前状态：当前状态：Q1Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 1111111Q1 11 R Q1用图灵模型计算6当前状态：当前状态：Q1Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 1111111Q1 B1 R Q2图灵机工作过程图灵机工作过程根据相应的程序语句执根据相应的程序语句执行行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“1”改变

8、自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q2” 读写头向读写头向“右右”移一步移一步Q21用图灵模型计算7当前状态：当前状态：Q2Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 11111111Q2 11 R Q2图灵机工作过程图灵机工作过程根据相应的程序语句执根据相应的程序语句执行行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“1”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q2” 读写头向读写头向“右右”移一步移一步用图灵模型计算8当前状态：当前状态：Q2Q1 1 1 R

9、Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 11111111Q2 11 R Q2图灵机工作过程图灵机工作过程根据相应的程序语句执根据相应的程序语句执行行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“1”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q2” 读写头向读写头向“右右”移一步移一步用图灵模型计算9当前状态：当前状态：Q2Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 11111111Q2 11 R Q2图

10、灵机工作过程图灵机工作过程根据相应的程序语句执根据相应的程序语句执行行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“1”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q2” 读写头向读写头向“右右”移一步移一步用图灵模型计算10当前状态：当前状态：Q2Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 11111111Q2 BB L Q3图灵机工作过程图灵机工作过程根据相应的程序语句执根据相应的程序语句执行行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“B”改变自身状态

11、到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q3” 读写头向读写头向“左左”移一步移一步Q311111111用图灵模型计算11当前状态：当前状态：Q3Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 11111111Q3 1B H Q3图灵机工作过程图灵机工作过程根据相应的程序语句执根据相应的程序语句执行行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“B”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q3” 读写头向读写头向“左左”移一步移一步11111111用图灵模型计算12当前状态：当前状

12、态：Q3Q1 1 1 R Q1Q1 B 1 R Q2Q2 1 1 R Q2Q2 B B L Q3Q3 1 B H Q3Q3 B B H Q3 Q3 BB H Q3图灵机工作过程图灵机工作过程根据相应的程序语句执根据相应的程序语句执行行3个动作；个动作； 在当前存储带方格上在当前存储带方格上写入写入“B”改变自身状态到下一个改变自身状态到下一个状态状态“Q3” 读写头读写头不动不动1111111计算过程的解释可以有多种的解释一种理解为计算了4+3，结果为7203.2 冯诺依曼型计算机计算机硬件结构中央处理器存储器存储程序思想冯诺依曼计算机结构的进化冯诺依曼型计算机存储程序的思想存储程序的思想计算

13、机内部采用二进制存储计算机应该按照程序自动顺序执行计算机的硬件构成冯诺依曼体系结构把需要的程序和数据送至计算机中。必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。能够按照要求将处理结果输出给用户。计算机的硬件系统控制器运算器存储器输入设备输出设备24冯诺依曼体系结构控制器按预先存放在计算机存储器中的程序的流程自动地连续取出指令并执行25运算器输出设备控制器输入设备存储器指令流控制命令数据流实例：计算机如何计算3+5的263 + 5输入命令 33 55 +取加法指令

14、取操作数加法运算8存储结果输出命令 88计算机硬件计算机硬件结构结构1、控制器控制器是指挥和协调整个计算机系统的部件，是计算机的控制中心。控制器从存储器中逐条取出指令、分析指令，然后根据指令要求完成相应操作，产生一系列控制命令，使计算机的各个部件协调工作，控制程序和部件的运行，完成指定任务。2、运算器运算器是完成算术运算和逻辑运算的基本部件，包括算术逻辑单元（ALU）、累加器、标志寄存器、通用寄存器等，有时候人们把ALU称为运算器。在控制器的控制下，运算器从内存中获得数据，完成程序指令指定的基于二进制数的算术和逻辑运算。算术运算包括加、减、乘、除等；逻辑运算包括比较、移位、与、或、非、异或等。

15、运算器和控制器是计算机中关系非常密切的两个器件，二者合称为中央处理单元（CPU），它们一般被集成在一个芯片上，成为一个表明计算机档次的重要标志性部件。计算机硬件计算机硬件结构结构3、存储器存储器是用来保存数据和程序，以及运算的中间结果和最后结果的记忆装置。存储器的基本操作包括写入或读出数据，向存储单元写入数据称为“写入”，从存储单元取出数据称为“读出”。存储器分为内存储器（也称内存、主存）和外存储器（也称外存、辅存）。内存通过总线与CPU相连，用来存放正在执行的程序和数据，外存需要通过接口电路与主机相连，用来存放暂时不执行的程序和数据。4、输入设备输入设备是指能够向计算机中输入数据的设备，将输

16、入信息转化为二进制编码。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、磁盘驱动器、触摸屏、光笔、纸带输入机等，用户可以通过输入设备对计算机进行操作控制。5、输出设备输出设备是指用来存储或显示计算机处理结果的设备。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、磁盘驱动器等，输出设备将处理结果，如数字、文字、图形、声音和视频等转换为用户熟悉的形式显示出来。控制器控制器运算器运算器存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备29CPU运算器控制器存储器存储器I/O设备设备输入设备输出设备中央处理器中央处理器中央处理器 (CPU) (CPU) 是执行所有工作、是执行所有工作、思考所有问题或进行所有处理的计算机思考所有

17、问题或进行所有处理的计算机部件部件 CPU CPU 的部件的部件算术逻辑单元算术逻辑单元 ；控制单元控制单元 ； 算术逻辑单元算术逻辑单元 (ALU) (ALU) 负责计算机执行负责计算机执行的所有数学与逻辑功能的所有数学与逻辑功能 控制单元控制计算机的所有其他部件控制单元控制计算机的所有其他部件中央处理器中央处理器中央处理器又称微处理器，它是微型计算机的核心部分，担负着计算机的运算及控制功能。CPU集成在一块超大规模集成电路芯片上，CPU的类型和型号可以衡量微机系统的性能。1、CPU的内部结构从原理来看，CPU的内部结构由控制器、算术逻辑单元和寄存器三大部分组成，分别负责计算机系统指令的执行

18、、数学与逻辑运算、数据存储与传送，以及对内外输入与输出的控制。（1）算术逻辑单元算术逻辑单元（ALU）是计算机的运算器，完成算术运算和逻辑运算两种操作。算术运算包括加、减、乘、除等运算，逻辑运算是通过比较完成的。中央处理器中央处理器（2）寄存器寄存器是微处理器作算术运算和逻辑运算时，用来临时寄存中间数据和地址的存储位置，它们的硬件组成类似于内存的存储单元，只是存取速度比内存更快，容量更小。许多计算机包括通用寄存器和专用寄存器。通用寄存器用于临时存储CPU正在操纵的数据。专用寄存器是计算机用于某一特殊目的的寄存器，包括指令寄存器和地址寄存器等。（3）控制器控制器的作用是协调和控制出现在CPU中的

19、所有操作。当计算机执行存放在内存中的用户程序时，控制器按照它们的执行顺序来获取、解释指令，输出命令或信号来指挥系统的其他部件。此外，为了启动在寄存器和输入输出设备之间的数据或指令传送，控制器必须和输入输出设备进行通信。2、CPU的性能指标CPU作为计算机系统的核心部件，一般通过其性能指标来衡量CPU的性能高低。主要包括时钟频率、总线宽度、制造工艺等。（1）主频、外频和倍频主频（CPU Clock Speed）是CPU工作的时钟频率，单位是兆赫或吉赫。CPU的工作是周期性的，它不断地执行取指令、执行指令等操作。这些操作需要精确定时，按照精确的节拍工作。主频由外频和倍频决定，主频=外频*倍频，外频

20、是系统总线的工作频率，倍频是指CPU外频与主频相差的倍数。（2）地址总线宽度地址总线宽度就是地址总线的位数，它决定了CPU可以访问的存储器容量，不同型号的CPU，其总线宽度不同，可以使用的内存最大容量也不一样。32位地址总线能使用的最大内存容量为4GB。2、CPU的性能指标（3）数据总线宽度数据总线宽度决定了CPU与内存、输入输出设备之间一次数据传输的信息量。Pentium以上的计算机，数据总线的宽度为64位，即CPU一次可以同时处理8B的数据。（4）工作电压工作电压的CPU正常工作所需的电压。早期CPU工艺落后，其工作电压一般为5V，随着CPU制造工艺与主频的提高，CPU的工作电压呈逐步下降

21、的趋势。2012年6月Intel发布的第三代智能酷睿i7处理器的工作电压仅为0.7V。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题，这对于笔记本式计算机尤其重要。（5）制造工艺CPU的制造工艺是指在硅材料上生产CPU时内部各元器件的连接线宽度，一般用m（微米）表示。其值越小则制作工艺越先进，可集成的晶体管就越多，CPU可以达到的频率也就越高。2012年6月Intel发布的第三代智能酷睿i7处理器的制造工艺为22nm（纳米）。存储器存储器存储器是由一些能表示二进制数0和1的物理器件组成的，这种器件称为记忆元件或存储介质。存储器中存储单元的总数称为该存储器的存储容量。常用的存储介质有半导体器件、磁性材料等

22、。存储器存储器）（缓存高速）（动态）（静态）（随机存取存储器）（只读存储器）主存储器（内储器cacheDRAMRAMSRAMRAMRAMROMh）RWCD（）RCD（）ROMCD（可擦写光盘一次性写入光盘只读光盘光存储器 ）（ 辅助存储器外存储器存储器磁带盘软盘硬盘磁盘磁鼓磁存储器U存储单位存储单位网易公开课可汗学院 计算数论 第3节课 计算存储空间（4）存储器性能恒量存储器性能的指标包括存取时间、存取周期和传输带宽。存取时间为一次存储操作需要的全部时间；例如，内存存取时间为纳秒级（ns）；硬盘存取时间为毫秒级（ms）。存取周期为连续2次存储操作的最小时间间隔；例如，寄存器为1个存取周期；DD

23、R3-1600内存为30个存取周期。传输带宽为单位时间内存储器达到的最大数据存取量；串行传输带宽单位为bit/s（位/秒）；并行传输单位为B/s（字节/秒）。从图 3 5可以了解CPU的处理速度远远高于内存及硬盘的处理速度，因此数据在计算机中分层次进行存储的，使用缓冲存储器解决速度不匹配的问题。高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动

24、进行的。内存CPUCPU能够直接存取的存储设备叫做内存能够直接存取的存储设备叫做内存计算机内存储器分为：计算机内存储器分为： 高速缓存高速缓存 (Cache),(Cache),位于位于CPUCPU内部内部随机访问存储器随机访问存储器 (RAM) (RAM) 只读存储器只读存储器 (ROM),(ROM),保存有保存有BIOSBIOS、开、开机自检程序机自检程序42（5）存储器数据查找内存数据查找程序和数据以字节为单位存放在内存中，每个内存单元都有一个地址，按内存地址查找程序或数据的称为寻址。寻址由操作系统控制，由硬件设备（CPU、内存、总线）执行。早期8086计算机采用20位地址，寻址空间为22

25、0=1048576（1MB）。目前CPU为64位，寻址空间为：264=16EB；但是，32位的Windows操作系统寻址空间为：232=4GB；采用32位操作系统时，内存寻址空间小于4GB（大约3.7GB，系统核心占用了一部分）。外存数据查找程序运行时，CPU不直接对外存的程序和数据寻址，而是在操作系统控制下，将程序和数据复制到内存，CPU只在内存中读取程序和数据。外存以“块”为单位进行数据存储和传输。例如，硬盘数据块称为“扇区”，U盘数据按“块”进行查找，光盘数据按“扇区”查找，但扇区结构与硬盘不同，网络数据在接收缓冲区查找。（6）存储器与文件磁盘与文件管理是存储体系的重要组成部分，是操作系

26、统的主要功能。文件和信息文件是存储在外部介质上的信息集合，是操作系统管理信息的基本单位，操作系统通过文件名管理文件，用户不必关心文件在磁盘上是如何存取的，只需关注文件名及文件内容即可。 磁盘信息的组织磁盘被划分成盘面、磁道和扇区，扇区是磁盘一次读写的基本单位，操作系统将磁盘组织成一个个簇块，每个簇块由若干个连续的扇区，操作系统以簇块为单位和内存交换信息。文件中的信息按簇块大小被分割，然后写入磁盘的一个个簇块上。由于文件大小不断变化及写入磁盘的先后次序不同，文件写入磁盘时，操作系统不能保证其写在连续的簇块上，管理文件需要文件分配表。文件分配表文件分配表（File Allocation Table

27、,FAT）是磁盘上记录文件存储的簇块之间衔接关系的信息区域，即磁盘上若干个特殊的扇区，磁盘上有多少个簇块，文件分配表就有多少项，表项的编号与磁盘簇块编号有一一对应的关系。FAT表项的内容指出了该簇块的下一簇块的编号。文件分配表形成一个簇链，前一个簇块指向后一个簇块，一直到结束为止。找到文件的第一个簇块就需要目录或文件夹。目录目录是磁盘上记录文件名字、文件大小、文件更新时间等文件属性的一个信息区域，该区域相当于一个文件清单。对应每个文件名，目录中都会记录它在磁盘上存储的第一个磁盘簇块的编号。由此找到第一个簇块，再由文件分配表找到文件的所有簇块，按先后顺序合并在一起，便可还原回原来的文件。磁盘的重

28、要信息区域每个磁盘都在使用之前都需要格式化，即划分磁盘上的各区域，建立文件分配表和根目录，因此可以说，磁盘被划分成保留扇区区域、文件分配表区域、根目录区域和数据区域。磁盘的第一个扇区被称为引导扇区，其间记录着保留扇区的大小、逻辑分区信息和其他系统信息。文件名文件名一般包括四部分：驱动器/路径/文件名.扩展名，扩展名一般13位，有约定俗成的意义，例如，.exe表示可执行文件，.c表示C语言的源程序文件等。在资源管理器中可以设置是否显示文件的扩展名。存储程序思想存储程序思想（1）存储程序的思想冯诺依曼提出程序和数据以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址确定。存储程序是指人们必须事

29、先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中一条条指令，加以分析并执行规定的操作。冯冯诺依曼计算机结构的进化诺依曼计算机结构的进化早期的计算机有很大的局限性，例如计算机存储空间小，程序功能也不强大，多数用于数值计算，没有操作系统，早期控制器是整个计算机的控制核心。目前的计算机结构基本遵循冯诺依曼的设计思想，但是结构上有一些变化，如连接线路变成了总线，运算器变成CPU，控制器部件由操作系统取代。目前计算机系统由程序进行控制，如进程管理、存储管理、设备管理和文件管理等由操作系统完成。外存计算机外存计算

30、机外存软盘软盘硬盘硬盘光盘光盘U U盘盘存储卡存储卡硬盘硬盘的物理结构盘片和磁头硬盘的数据结构磁道扇区柱面51磁道扇区柱面硬盘硬盘的常用术语容量/平均寻道时间/转速/缓存界面接口SATA (serial Advanced Technology Attachment) IDE (Integrated Device Electronics )SCSI (Small Computer System Interface)光盘光盘的特点:存储容量大价格便宜重量轻携带方便使用寿命长2022/5/1653CD-ROMI/O设备计算机输入设备计算机输入设备键盘键盘鼠标鼠标扫描仪扫描仪数码相机数码相机摄像头等摄

31、像头等计算机输出设备计算机输出设备显示器显示器音箱音箱打印机等打印机等输入设备扫描仪扫描精度光学分辨率最大分辨率色彩位数灰度级接口方式扫描幅面语音技术手写识别输出设备显示器CRT分辨率刷新率点距带宽LCD可视角度响应时间分辨率输出设备打印机针式打印机喷墨打印机激光打印机DPI幅面A4A3多媒体的呈现方式计算机集群系统计算机集群系统计算机集群系统是将2台以上的PC机，通过软件和网络，组成一个超级计算机群，协同完成大型计算任务。世界500强计算机中，有90以上的超级计算机采用集群结构，利用多台PC机组成一台超级计算机比设计超级计算机便宜很多。1、计算机集群系统的类型计算机集群系统的类型包括高可用集

32、群、负载均衡集群和高性能集群。（1）高可用集群（2）负载均衡集群（3）高性能计算集群2、计算机集群系统的关键技术（1）存储网络存储系统采用磁盘阵列（RAID），通过高速光纤通道互连。（2）高速通信网络大多采用10Gbit/s或更高速率的以太网作为内部数据传输网络。（3）集群调度和容错集群系统中，各种意外事故随时可能发生；集群系统必须进行任务备份和错误处理。计算机集群大多采用Hadoop分布式计算平台。Hadoop核心技术包括HDFS和MapReduce，HDFS（海杜普分布式文件系统）为海量数据提供分布式文件管理，MapReduce（映射/聚合）为海量数据提供分布式计算方法。新型计算机系统新型

33、计算机系统研究研究1、量子计算机量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。2、超导计算机超导现象是导体在接近绝对零度（-273.15）时，电流在某些介质中传输时所受阻力为0的现象。约瑟夫逊元件是由超导体绝缘体超导体组成的器件，当对两端施加电压时，电子会像通过隧道一样无阻挡地从绝缘介质中穿过，形成微小电流，而器件两端电压为0。用约瑟夫逊器件制造的计算机称为超导计算机。3、光子计算机光子计算机是以光子代替电子，光互连代替导线互连。光子传输不需要导线，在光线相交情况下，也不会相互影响；

34、只需要一小部分能量就能驱动，大大减少芯片的热量；并行处理能力强，具有超高速运算速度。能在高温下工作。4、生物计算机生物计算机运算过程是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当。信息存储量大，能模拟人脑思维；计算时间为10ps（皮秒）级；有自我修复的功能。软件系统软件系统计算机系统由硬件系统和软件系统组成，硬件提供了计算机应用的物质基础，但是，光有硬件而无软件的计算机，只有极少数的计算机专家才能使用它，也就是说它基本上处于“不能工作”的状态。计算机系统的组成计算机硬件系统控制器运算器存储器输入设备输出设备计算机软件系统系统软件应用软件裸机（硬件）操作系统其他系统软件

35、应用软件64计算机系统：由硬件系统和软件系统构成 某一专业领域的软件语言的编译系统等 用户通过操作系统使用计算机只有硬件的计算机裸机（硬件）操作系统其他系统软件应用软件计算机软件系统系统软件应用软件操作系统程序语言处理系统数据库管理系统服务程序：检查、诊断、排错通用程序：如：office 办公程序等专用程序：用户程序操作系统操作系统一个计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的，而软件系统则是由系统软件和应用软件组成，在系统软件中，最重要的就是操作系统，它是用户与计算机硬件间的接口。操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户的程序的集合。操作系统的操作系统的功能功能（1）处理机管理（2）存储管理（3）设备管理（4）文件管理（5）作业管理操作系统的操作系统的分类分类（1）批处理操作系统（2）分时操作系统（3）实时操作系统（4）网络操作系统（5）分布式操作系统（6）嵌入式操作系统几种典型的几种典型的操作系统操作系统1、DOS操作系统2、Windows 3、Mac OS4、Unix5、Linux6、智能手机操作系统Android