操作系统（Operating System）知识点复习——第一章计算机系统概述

目录

0.前言

1.介绍

2.寄存器（Registers）

3.指令执行

4.中断（Interrupt）

5.存储层次结构（The Memory Hierarchy ）

6.高速缓冲存储器（Cache Memory）

7.I/O通信技术（I/O Communication Techniques ）

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0.前言

  本系列文章旨在记录操作系统的知识点，可用于期末复习，笔者理解尚浅，文中不正之处静待批正。加粗高亮部分为重点。

1.介绍

计算机包括：

硬件（处理器、内存、I/O设备······）+软件（浏览器、杀毒软件······）

操作系统的作用：

乘上：给系统用户提供了一系列服务

启下：控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源

计算机系统的四个主要结构元素：处理器（Processor），主存（Main Memory），I/O模块，系统总线（System Bus）

2.寄存器（Registers）

什么是寄存器：在CPU中的存储器（Memory inside CPU）

分类：用户可见寄存器（User-visible registers）和控制状态寄存器（Control and status registers）

控制状态寄存器包括：

Program Counter (PC)：存放下一条指令的地址

Instruction Register (IR)：存放当前将要执行的指令

Program Status Word (PSW)：运算器的一部分，存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息，称为状态标志；另一类是存放控制信息，称为控制状态。

3.指令执行

 

 指令的执行包括两部分：

①Fetch：处理器从内存中读取命令

②Execute：处理器执行指令

执行周期：

①CPU中的PC持有下一条将要被取的指令的地址

②被取出的指令反正IR中

③PC递增

4.中断（Interrupt）

中断的作用：①提高CPU利用率；②避免CPU被独占；③计数

中断产生时，附带提供一个中断的编号，类似身份证，然后根据这个编号可以查找exception table来得出对应服务程序ISR的地址，也就是中断的PC

多中断（Multiple Interrupts ）：中断服务时遇到新中断产生

多中断的两种模型：

 

5.存储层次结构（The Memory Hierarchy ）

电脑存储的限制：容量（Capacity）、速度（Speed）、价格（Price）

如何平衡这三者：存储层次结构

Level 1：板上存储器（Inboard Memory）

Level 2：板外存储器（Outboard Memory）

Level 3：离线存储器（Off-line Storage）

从上至下：

• 容量增加
• 访问时间增加（速度变慢）
• 花费减少
• 处理器对存储器的访问频率减少

获得更大更快的内存：获得更大的容量（larger, cheaper, slower memories）；获得更快的速度（smaller, more expensive, faster memories ）

6.高速缓冲存储器（Cache Memory）

利用局部性原理在快速与慢速内存之间添加缓存

缓存原则：

1. 缓存中有一些主存的副本
2. 处理器先检查缓存

• 若找到，则使用。不需要访问内存
• 若未找到，则包含信息的内存块将移动到缓存中，然后给处理器

7.I/O通信技术（I/O Communication Techniques ）

方法一：Programmed I/O（可编程）

缺点：耗时

方法二：Interrupt-Driven I/O（中断驱动）

优点：无需等待，比方法一高效

缺点：仍要消耗大量处理器时间

方法三：Direct Memory Access / DMA（直接内存访问）

优点：减轻了处理器对交换的责任