操作系统课件第0章计算机系统概述.pptx

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1、第第0章章存储管理存储管理本章要点本章要点 计算机系统及其结构 指令的执行 计算机硬件 中断 0.1计算机系统及其结构计算机系统及其结构 计算机系统计算机系统：计算机系统的最外层是使用计算机的人，最内层便是硬件。人与计算机硬件之间的接口界面是计算机软件（分为系统软件、支撑软件以及应用软件）。在计算机上配置的各种软件中，操作系统是最重要的，它将各种软、硬件资源管理并优化起来为上层应用提供接口和方便，在计算机系统中起到指挥管理作用。计算机系统计算机系统 计算机系统由一个或多个CPU和若干设备控制器通过共同的总线相互连接。该总线实现了对共享内存的访问。每个设备控制器负责一种特定类型的设备。0.2计算

2、机硬件计算机硬件计算机硬件框图计算机硬件框图从逻辑结构上讲，典型的冯从逻辑结构上讲，典型的冯诺依曼计算机是以运算诺依曼计算机是以运算器为中心的，而现代计算机已转化为以存储器为中器为中心的，而现代计算机已转化为以存储器为中心心计算机计算机各部件的功能各部件的功能l运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。的中间结果暂存在运算器内。l存储器用来存放数据和程序。存储器用来存放数据和程序。l控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。以及处理运算结果。l输入设备用来将人们熟悉的

3、信息形式转换为机器输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标、扫描能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标、扫描仪等。仪等。l输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息系统形式，如显示器输出、打印机输出等。息系统形式，如显示器输出、打印机输出等。中央处理器中央处理器中央处理器是计算机的大脑，在很大程度上决定了一台计算机的性能。CPU从内存中提取指令并执行它们。CPU在每个工作的基本周期中首先从内存中提取指令，之后对其解码以确定其类型和操作数，最后执行。重复该过程取指、解码并执行下一指令直至所有程序执行完毕。CPU内部结

4、构内部结构存储器存储器存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储器系统采用了分层结构基于不同的处理方式来进行存储，如图所示。图中从顶层至底层，价位越来越低，速度越来越慢，容量越来越大，CPU的访问频度也越来越少。I/O系统系统I/O系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成I/O软件将用户编制的程序（或数据）输入主机，将运算结果输送到用户，其间最重要的任务是实现输入输出系统与主机工作的协调。I/O系统的硬件组成是多种多样的，在带有接口的I/O系统中，一般包括接口模块及I/O设备两大部分。总线总线总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。如图为以存储为中心的双总线结构。指

5、令的执行计算机启动过程如下计算机启动过程如下：在计算机主板上安装在计算机主板上安装BIOS程序，内置底层程序，内置底层I/O软件，包括软件，包括键盘、显示器、磁盘的键盘、显示器、磁盘的I/O以及其他过程。以及其他过程。在计算机启动时，在计算机启动时，BIOS开始运行。它首先检查开始运行。它首先检查RAM数量、数量、键盘和其他设备是否安装并正常启动，接着扫描键盘和其他设备是否安装并正常启动，接着扫描ISA和和PCI总线并找出连接其上的所有设备，若现有设备不同于上次启总线并找出连接其上的所有设备，若现有设备不同于上次启动，则配置新设备；动，则配置新设备；然后，然后，BIOS依照依照CMOS存储器中

6、的设备清单决定启动何存储器中的设备清单决定启动何种设备。默认情况从硬盘启动。启动设备上的第一个扇区被种设备。默认情况从硬盘启动。启动设备上的第一个扇区被读入内存并执行，启动时按照分区表检查程序，将活动分区读入内存并执行，启动时按照分区表检查程序，将活动分区的第二个启动装载模块读入操作系统并执行；的第二个启动装载模块读入操作系统并执行；最后，操作系统询问最后，操作系统询问BIOS，获得配置信息，当获得全部，获得配置信息，当获得全部的设备驱动程序后，操作系统将其调入内核，初始化相关表的设备驱动程序后，操作系统将其调入内核，初始化相关表单，创建需要的进程并在每个终端上启动图形用户界面单，创建需要的进

7、程并在每个终端上启动图形用户界面。启动计算机启动计算机 中央处理器执行的程序是由一组保存在存储器中的指令组成的。中央处理器执行的程序是由一组保存在存储器中的指令组成的。最简单的指令处理包括两个步骤：最简单的指令处理包括两个步骤：处理器从存储器中一次读（取）一条指令，然后执行每条指令。程处理器从存储器中一次读（取）一条指令，然后执行每条指令。程序执行是由不断重复的取指令和执行指令的过程组成的。指令执行序执行是由不断重复的取指令和执行指令的过程组成的。指令执行可能涉及很多操作，这取决于指令自身。可能涉及很多操作，这取决于指令自身。0.3指令的执行指令的执行 所有计算机都提供了允许其他模块（所有计算

8、机都提供了允许其他模块（I/O、存储器）中、存储器）中断处理器正常处理过程的机制。断处理器正常处理过程的机制。上上表列出了最常见的中断类别。表列出了最常见的中断类别。类别类别说明说明程序中断程序中断由指令执行的结果产生，例如算术溢出、除数为0、执行非法的机器指令以及访问非法地址。时钟中断时钟中断I/O中断中断硬件故障中断硬件故障中断由处理机的计时器产生，允许操作系统以一定规律执行函数。由I/O控制器产生，用于通知处理机一个操作的正常完成或出现了错误。由诸如掉电或存储器奇偶错误之类的故障产生。0.4中断中断 中断发生时需要处理很多事件，包括处理器硬件中的事件以及软件中中断发生时需要处理很多事件，

9、包括处理器硬件中的事件以及软件中的事件。的事件。上上图显示了一个典型的中断处理所要处理的事件序列。图显示了一个典型的中断处理所要处理的事件序列。中断与指令周期中断与指令周期 为适应中断产生的情况，在指令周期中要增加一个中断阶段，如图为适应中断产生的情况，在指令周期中要增加一个中断阶段，如图15所示。在中断阶段中，处理器检查是否有中断发生，即检查是否出现中所示。在中断阶段中，处理器检查是否有中断发生，即检查是否出现中断信号。如果没有中断，处理器继续运行，并在取指阶段取当前程序的断信号。如果没有中断，处理器继续运行，并在取指阶段取当前程序的下一条指令；如果有中断，处理器挂起当前程序的执行，并执行一

10、个中下一条指令；如果有中断，处理器挂起当前程序的执行，并执行一个中断处理程序。断处理程序。这个中断处理程序通常是操作系统的一部分，它确定中断的性质，并这个中断处理程序通常是操作系统的一部分，它确定中断的性质，并执行所需要的操作。执行所需要的操作。中断与指令周期中断与指令周期 为适应中断产生的情况，在指令周期中要增加一个中断阶段，如图为适应中断产生的情况，在指令周期中要增加一个中断阶段，如图15所示。在中断阶段中，处理器检查是否有中断发生，即检查是否出现中所示。在中断阶段中，处理器检查是否有中断发生，即检查是否出现中断信号。如果没有中断，处理器继续运行，并在取指阶段取当前程序的断信号。如果没有中断，处理器继续运行，并在取指阶段取当前程序的下一条指令；如果有中断，处理器挂起当前程序的执行，并执行一个中下一条指令；如果有中断，处理器挂起当前程序的执行，并执行一个中断处理程序。断处理程序。这个中断处理程序通常是操作系统的一部分，它确定中断的性质，并这个中断处理程序通常是操作系统的一部分，它确定中断的性质，并执行所需要的操作。执行所需要的操作。中断处理中断处理 计算机操作系统（第计算机操作系统（第4版）版）P13/1 2 5 6 8思考