计算机系统概述

大学计算机系统概述，第一章内容

计算机系统概述

• 操作系统定义
• 操作系统特征
  • 并发
  • 共享
  • 最基本特征
  • 虚拟
    • 时分复用
    • 空分复用
  • 异步
• 操作系统目标和功能
  • 操作系统作为计算机系统资源的管理者
  • 操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口
  • 操作系统用作扩充机器
• 操作系统发展和分类
  • 手工阶段
    • 用户独占全机
    • CPU利用不充分
  • 批处理阶段
    • 单道批处理系统
      • 自动性
      • 顺序性
      • 弹道性
    • 多道批处理系统
      • 特点
        • 多道
        • 宏观上并行
        • 微观上串行
      • 问题
        • 如何分配处理器
        • 多道程序的内存分配问题
        • I/O设备如何分配
        • 如何组织和存放大量的程序和数据
      • 优点
        • 资源利用率高
        • 系统吞吐量大
      • 缺点
        • 用户响应时间较长
        • 不提供人机交互
  • 分时操作系统
    • 同时性
    • 交互性
    • 独立性
    • 及时性
  • 实时操作系统
    • 硬实时系统
    • 软实时系统
  • 网络操作系统和分布式计算机系统
    • 网络操作系统
      • 网络中各种资源的共享及各台计算机之间的通信
    • 分布式计算机系统
      • 分布性
      • 并行性
• 操作系统内核
  • 时钟管理
    • 计时
    • 进程切换
  • 中断机制
    • 保护和恢复终端现场的信息，转移控制权到相关处理程序
  • 原语
    • 处于操作系统最底层，是最接近硬件的部分
    • 这些程序的运行具有原子性，其操作只能一气呵成
    • 这些程序的运行时间较短，而且调用频繁
  • 系统控制的数据结构及处理
    • 进程管理
    • 存储器管理
    • 设备管理
• 中断
  • 内中断（异常）
    • 自愿中断
      • 指令中断
    • 强迫中断
      • 硬件故障
      • 软件中断
  • 外中断（强迫中断）
    • 外设请求
    • 人的干预
  • 过程
    • 1. 关中断
    • 2. 保存断点
    • 3. 中断服务程序寻址
    • CPU进入中断周期，由硬件自动完成
    • 4. 保存现场和屏蔽字
    • 5. 开中断
    • 6. 执行中断服务程序
    • 7. 关中断
    • 8. 恢复现场和屏蔽字
    • 9. 开中断
    • 中断服务程序完成
    • 10. 中断返回
• 系统调用
  • 类别
    • 内存管理
    • 设备管理
    • 文件管理
    • 进程控制
  • 例子（用户态->核心态）
    • 1. 系统调用
    • 2. 发生一次中断
    • 3. 用户程序中产生了一个错误状态
    • 4. 用户程序中企图执行一条特权指令
    • 5. 从核心态转向用户态由一条指令实现，这条指令也是特权指令（中断返回）
• 大内核和微内核
  • 微内核作用
  • 微内核最大问题是性能问题