编程菜鸟到大佬之路：计算机操作系统（一）

计算机操作系统概述

计算机系统概览

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计算机系统

• 电子数字计算机， 是一种能够自行按照已设定的程序进行数据处理的电子设备。

• 电子数字计算机， 是软件与硬件相结合、 面向系统、 侧重应用的自动化求解工具。

• 计算机技术迅猛发展， 从科学计算、 数据处理等应用领域， 迅速扩展到实时控制、 辅助设计、 智能模拟等诸多领域。

• 今天计算机无所不在， 深入社会生活的各个领域， 深深改变了当今人类社会的组织行为。

计算机系统的组成

• 计算机系统： 包括硬件子系统和软件子系统
  • 硬件： 借助电、 磁、 光、 机械等原理构成的各种物理部件的有机组合， 是系统工作的实体。
    • CPU
    • 主存储器
    • I/O控制系统
    • 外围设备
  • 软件： 各种程序和文件， 用于指挥计算机系统按指定的要求进行协同工作。
    • 包括系统软件、 支撑软件和应用软件。
    • 关键系统软件是： 操作系统与语言处理程序。

计算机系统的用户视图

计算机硬件系统

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计算机硬件系统的组成

• 中央处理器

  • 运算单元
  • 控制单元

• 主存储器

• 外围设备

  • 输入设备
  • 输出设备
  • 存储设备
  • 网络通信设备

• 总线
  

存储程序计算机

• 冯·诺伊曼等人在1946年总结并明确提出，被称为冯·诺伊曼计算机模型。

• 存储程序计算机在体系结构上主要特点

  • 以运算单元为中心， 控制流由指令流产生。
  • 采用存储程序原理， 面向主存组织数据流。
  • 主存是按地址访问、 线性编址的空间。
  • 指令由操作码和地址码组成。
  • 数据以二进制编码。

• 存储程序计算机的结构是当今计算机硬件的经典结构和主流组织方式。
  

总线及其组成

• 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CPU、 内存、输入输出设备传递信息的公用通道。

• 计算机的各个部件通过总线相连接， 外围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。

• 按照所传输的信息种类， 总线包括一组控制线、 一组数据线和一组地址线。

总线的类型

• 内部总线： 用于CPU芯片内部连接各元件。

• 系统总线： 用于连接CPU、 存储器和各种I/O模块等主要部件。

• 通信总线： 用于计算机系统之间通信。
  

中央处理器（CPU）

• 中央处理器是计算机的运算核心（Core）和控制单元（Control Unit）。
  • 运算逻辑部件： 一个或多个运算器。
  • 寄存器部件： 包括通用寄存器、 控制与状态寄存器， 以及高速缓冲存储（Cache）。
  • 控制部件： 实现各部件间联系的数据、 控制及状态的内部总线； 负责对指令译码、发出为完成每条指令所要执行操作的控制信号、 实现数据传输等功能的部件。

处理器与寄存器

• 处理器

  • 运算单元
  • 控制单元
  • 内部总线
  • PC/IR/Flag
  • MAR/MDR

• 寄存器

  • Cache
  • IOAR/IODR
    

存储器的组织层次

外围设备及其控制

• 设备类型

  • 输入设备
  • 输出设备
  • 存储设备
  • 机机通信设备

• 设备控制方式

  • 轮询方式： CPU忙式控制+数据交换
  • 中断方式： CPU启动/中断+数据交换
  • DMA方式： CPU启动/中断， DMA数据交换