第一章--計算機系統(tǒng)

指令周期

計算機完成一條指令所花費的時間稱為一個指令周期

考慮到所有的器件中存儲器的速度很慢，CPU訪問一次內存所花的時間較長，因此，通常用內存中讀取一個指令字的最短時間來規(guī)定CPU周期，也稱為機器周期。（即是cpu訪問一次存儲器所需時間）

計算機工作的過程就是取指令、分析指令、執(zhí)行指令3個基本動作的重復。考慮到所有的器件中存儲器的速度很慢，CPU訪問一次內存所花的時間較長，因此，通常用內存中讀取一個指令字的最短時間來規(guī)定CPU)周期，也稱為機器周期。由于指令執(zhí)行時取指令必須訪問存儲器，所以占用一個機器周期。分析指令是由指令譯碼電路完成的，所占用的時間極短，無須分配一個完整的機器周期，一般是在取指周期后期〈取指結束之前的很短時間內）就可以完成。指令的執(zhí)行和指令中的操作數(shù)有關，比較復雜:可能不訪問存儲器（無操作數(shù))﹔訪問一次存儲器（單地址直接尋址等)﹔訪問兩次或多次存儲器等。因此，指令執(zhí)行可能會是一個機器周期到幾個機器周期
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程序

順序程序具有順序性、封閉性和可再現(xiàn)性，并發(fā)程序具有并發(fā)性

多道程序設計技術是指允許多個程序同時進入內存并運行。即同時把多個程序放入內存，并允許它們交替在CPU中運行，多個程序可共享系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源。多個程序并發(fā)執(zhí)行時多道程序系統(tǒng)的特點。

程序查詢方式是指程序主動查詢輸入/輸出設備是否準備好:如果準備好，CPU執(zhí)行IO操作;否則,CPU會一直查詢并等待設備準備好后執(zhí)行IO操作。

計算機在執(zhí)行程序的過程中，當出現(xiàn)異常情況或者特殊情況時，CPU停止當前程序的運行，轉而執(zhí)行對這些異常情況或者特殊情況進行處理的程序，處理結束之后再返回到現(xiàn)行程序的斷點處繼續(xù)運行，該過程就是中斷。

進程

進程是程序的執(zhí)行過程，是控制程序管理下的基本的多道程序單位。

一般來說，一個進程的活動情況至少可以劃分為運行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、阻塞（等待〉狀態(tài)、創(chuàng)建狀態(tài)和終止狀態(tài)5種。其中，就緒、運行和陽塞3種基本狀態(tài)之間在一定條件下是可以相互轉化的。進程在就緒狀態(tài)下〈已獲得除CPU以外的所有所需運行資源），一旦分配到CPU，就轉化為運行狀態(tài)。

進程是可以并發(fā)執(zhí)行的程序的執(zhí)行過程，它具有動態(tài)性、共享性、獨立性、制約性和并發(fā)性5種屬性。

一個進程正在等待某一事件〈如等待輸入輸出操作的完成、等待某系統(tǒng)資源、等待其他進程來的信息等）的發(fā)生而暫時停止執(zhí)行。在這種狀態(tài)下，即使把CPU分配給它，該進程也不能運行，即處于等待狀態(tài)，又稱為阻塞狀態(tài)或封鎖狀態(tài)。

進程控制塊〈PCB)是由系統(tǒng)為每個進程分別建立的，用以記錄對應進程的程序和數(shù)據(jù)的存儲情況，記錄進程的動態(tài)信息。系統(tǒng)根據(jù)PCB而感知進程的存在，根據(jù)PCB中的信息對進程實施控制管理。當進程結束時，系統(tǒng)即收回它的PCB,進程也隨之消亡。因此可以說，PCB是一個進程存在的唯一標志。進程創(chuàng)建完成后即進入就緒狀態(tài)，處于就緒狀態(tài)的進程可以有多個;處于運行狀態(tài)的進程當運行時間片用完后將轉換為就緒狀態(tài)。

處于等待〈陽塞）狀態(tài)的進程，如果它等待的事件已經發(fā)生，即條件得到滿足，就轉為就緒狀態(tài)。進程創(chuàng)建完成后會進入就緒狀態(tài);處于運行狀態(tài)的進程，分配給它的時間片用完，就讓出CPU而轉為就緒狀態(tài);處于就緒狀態(tài)的進程，一旦分配到CPU，就轉化為運行狀態(tài)。

當處于運行狀態(tài)的進程申請新資源而又不能立即被滿足時即進入阻塞狀態(tài)。
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一個正在運行的進程由于所申請的資源得不到滿足，進程將從運行狀態(tài)變遷為等待〈阻塞〉狀態(tài)，需要調用阻塞進程原語。

喚醒進程原語是把進程從等待隊列里移出到就緒隊列并設置進程為就緒狀態(tài)。當一個進程在運行過程中釋放了系統(tǒng)資源后進入就緒狀態(tài)，調用喚醒進程原語。

當一進程在運行狀態(tài)下結束時，釋放進程占有的資源，調用撤銷進程原語。

進程調度就是按一定策略動態(tài)地把CPU分配給處于就緒隊列中的某一進程并使之執(zhí)行的過程。進程調度亦可稱為處理器調度或低級調度，相應的進程調度程序可稱為分配程序或低級調度程序。因此，進程調度僅負責對CPU進行分配。

程序與進程不是一一對應

進程是指一個具有一定獨立功能的程序關于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動。簡單地說，進程是可以并發(fā)執(zhí)行的程序的執(zhí)行過程，它是控制程序管理下的基本的多道程序單位。進程與程序有關，但它與程序又有本質的區(qū)別。
①進程是程序在處理機上的一次執(zhí)行過程，它是動態(tài)的概念。而程序只是二組指委的有岸集合其本身沒有任何運行的含義，它是一個靜態(tài)的概念。
②進程是程序的執(zhí)行過程，是一次運行活動。而程序是可以作為一種軟件資源長期保存的，它的存在是水久的。③進程是程序的執(zhí)行過程，因此，進程的組成應包括程序和數(shù)據(jù)。
4一個程序可能對應多個進程。
5—個進程可以包含多個程序。
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外存

外存儲器的容量一般比較大且能夠移動，外存中的數(shù)據(jù)被讀入內存中，才能被cpu讀取，cpu不能直接訪問外存

內存

虛擬內存的作用同物理內存一樣，只不過是從硬盤存儲空間劃出的部分，來完成內存的工作，由于不是真正的內存，所以被稱為虛擬內存。計算機所支持的最大內存是由該計算機的地址位數(shù)決定的，也就是計算機的最大尋址能力。例如，32位機的尋址能力為2的32次方，大約為4G。所以虛擬內存的大小受計算機地址位數(shù)的限制。

虛擬存儲器是對主存的邏輯擴展，虛擬存儲器的空間大小取決于計算機的訪存能力而不是實際外存的大小。

所謂虛擬存儲器，就是采用一定的方法將一定的外存容量模擬成內存，同時對程序進出內存的方式進行管理，從而得到一個比實際內存容量大得多的內存空間，使得程序的運行不受內存大小的限制。因此，虛擬存儲器是對內存（主存）的擴展。虛擬存儲器的容量與物理主存大小無關，而受限于計算機的地址結構和可用磁盤容量。

所謂虛擬存儲器，就是采用一定的方法將一定的外存容量模擬成內存，同時對程序進出內存的方式進行管理，從而得到一個比實際內存容量大得多的內存空間，使得程序的運行不受內存大小的限制。

請求分頁式存儲管理、請求分段式存儲管理和請求段頁式存儲管理技術均采用虛擬存儲管理技術。
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原碼反碼補碼

根據(jù)符號位和數(shù)值位的編碼方法不同，機器數(shù)有原碼、補碼和反碼3種表示。整數(shù)在計算機中存儲和運算通常采用的格式是補碼。

機器數(shù)中正數(shù)的原碼、反碼、補碼均相同。負數(shù)的反碼是對該數(shù)的原碼除符號位外各位取反;補碼是在該數(shù)的反碼的最后（即最右邊）一位上加1。不管是正數(shù)還是負數(shù)，其補碼的符號位取反即是偏移碼。
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文件

一個計算機系統(tǒng)中有成千上萬個文件，為了便于對文件進行存取和管理，計算機系統(tǒng)建立文件的索引，即文件名和文件物理位置之間的映射關系，這種文件的索引稱為文件目錄。

文件是指一組帶標識（標識即為文件名〉的具有完整邏輯意義的相關信息的集合。文件屬性包括文件類型、文件名稱、文件長度、文件的物理地址、文件的建立時間等。
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io方式

IO方式包括程序查詢、程序中斷、直接存儲器存取〈DMA）和通道控制等。通道控制方式可以做到一個通道控制多臺設備與內存進行數(shù)據(jù)交換，因而，通道方式進一步減輕了CPU的工作負擔，增加了計算機系統(tǒng)的并行工作程度。

直接內存存取〈Direct Memory Access.,DMA)是IO設備與主存儲器之間由硬件組成的直接數(shù)據(jù)通路，用于高速IO設備與主存之間的成組數(shù)據(jù)傳送。
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緩沖區(qū)

緩沖技術是為了協(xié)調吞吐速度相差很大的設備之間數(shù)據(jù)傳送而采用的技術。為了緩和CPU和I/O設備速度不匹配的矛盾，提高CPU和LO設備的并行性，在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，幾乎所有的I/O設備在與處理器交換數(shù)據(jù)時都用了緩沖區(qū)，并提供獲得和釋放緩沖區(qū)的手段。

緩存

高速緩沖存儲器（Cache)是介于CPU和內存〈主存）之間的一種小容量、可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間速度不匹配的問題。高速緩沖存儲器一般用速度高的SRAM元件組成，其速度與CPU相當，但價格較高。

寄存器是高速存儲區(qū)域，用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算結果，是訪問速度最快的存儲器。

cpu

CPU主要包括運算器和控制器兩部分。運算器負責對數(shù)據(jù)進行加工處理，也就是對數(shù)據(jù)進行算術運算和邏輯運算;控制器負責對程序所規(guī)定的指令進行分析，控制并協(xié)調輸入、輸出操作或對內存的訪問。

總線

總線帶寬可理解為總線的數(shù)據(jù)傳輸率，即單位時間內總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常用每秒傳輸信息的字節(jié)數(shù)來衡量，單位可用MBps(C兆字節(jié)每秒)表示。

總線按功能層次可以分為片內總線〈內部總線〉、系統(tǒng)總線和通信總線3類。片內總線是指芯片內部的總線，如在CPU芯片內部寄存器與寄存器之間、寄存器與邏輯單元ALU之間都由片內總線連接。

:計算機中CPU通過總線與內存、外設等連接。cpu不經過總線就能直接訪問的是寄存器

CPU不能直接訪問計算機內存和各種輸入輸出設備，需要通過總線來訪問。CPU包括運算器和控制器兩部分，它們都包含有寄存器或高速存儲區(qū)域。
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計算機基本結構

計算機基本結構的設計采用馮.諾依曼提出的思想和原理，人們把符合這種設計的計算機稱為馮.諾依曼機。馮.諾依曼思想中指出計算機硬件由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成。

:一個完整的計算機系統(tǒng)應包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成;軟件系統(tǒng)又分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。計算機的功能不僅取決于硬件系統(tǒng)，而且在更大程度上是由所安裝的軟件系統(tǒng)所決定的。計算機內部用二進制來表示指令和數(shù)據(jù)，不用十進制。

“存儲程序"思想是馮·諾依曼等人在1946年6月首先提出來的，它可以簡要地概括為以下幾點:①計算機（指硬件）由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成;
②計算機內部用二進制來表示指令和數(shù)據(jù);
③需將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲器中，然后再啟動計算機工作。

計算機系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)由主機和外設組成，主機包括中央處理器〈運算器和控制器〉和主存儲器《內存儲器），外設包括外存儲器、輸入設備、輸出設備。軟件系統(tǒng)又分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。
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操作系統(tǒng)

實時操作系統(tǒng)是指當外界事件或數(shù)據(jù)產生時，系統(tǒng)能夠接收并以足夠快的速度予以處理和響應，能夠控制所有任務協(xié)調一致運行。目前有3種典型的實時系統(tǒng):過程控制系統(tǒng)〈如工業(yè)生產自動控制、航空器飛行控制和航天器發(fā)射控制）、信息查詢系統(tǒng)〈如倉庫管理系統(tǒng)、圖書資料查詢系統(tǒng)）和事務處理系統(tǒng)〈如飛機或鐵路訂票系統(tǒng)、銀行管理系統(tǒng))。

允許多個聯(lián)機用戶同時使用一臺計算機系統(tǒng)進行計算的操作系統(tǒng)稱為分時操作系統(tǒng)。分時系統(tǒng)把中央處理器的時間劃分成時間片，輪流分配給每個聯(lián)機終端用戶，每個用戶只能在極短時間內執(zhí)行，若程序未執(zhí)行完，則等待分到下次時間片時再執(zhí)行。這樣，系統(tǒng)的每個用戶的每次要求都能得到快速響應，且用戶感覺好像自己獨占計算機。

操作系統(tǒng)的功能和任務主要有處理機管理（進程管理)﹑存儲管理、設備管理、文件管理和用戶接口。不包括數(shù)據(jù)庫管理。

分布式計算機系統(tǒng)是指由多臺分散的計算機經網絡互連而成的系統(tǒng)，系統(tǒng)的處理和控制功能分布在各個計算機上。

允許多個聯(lián)機用戶同時使用一臺計算機系統(tǒng)進行計算的操作系統(tǒng)稱為分時操作系統(tǒng)。分時操作系統(tǒng)具有以下特點:多路性〈又稱同時性，終端用戶感覺上好像獨占計算機》、交互性、獨立性（終端用戶彼此獨立，互不干擾）和及時性〈快速得到響應）。

實時操作系統(tǒng)是指當外界事件或數(shù)據(jù)產生時，系統(tǒng)能夠接收并以足夠快的速度予以處理和響應，能夠控制所有任務協(xié)調一致運行。
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地址重定位

在進行地址變換時，必須修改程序中所有與地址有關的項，也就是說要對程序中的指令地址以及指令中有關地址的部分（稱為有效地址）進行調整，這個調整過程稱為地址重定位。
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地址重定位建立用戶程序的邏輯地址與物理地址之間的對應關系，實現(xiàn)方式包括靜態(tài)地址重定位和動態(tài)地址重定位。靜態(tài)地址重定位是在程序執(zhí)行之前由操作系統(tǒng)的重定位裝入程序完成，程序必須占用連續(xù)的內存空間，且一旦裝入內存后，程序不便于移動。動態(tài)地址重定位在程序執(zhí)行期間進行，由專門的硬件機構來完成，通常采用一個重定位寄存器，在每次進行存儲訪問時，將取出的邏輯地址加上重定位寄存器的內容形成物理地址。動態(tài)地址重定位的優(yōu)點是不要求程序裝入固定的內存空間，在內存中允許程序再次移動位置，而且可以部分地裝入程序運行，同時也便于多個作業(yè)共享同一程序的副本。

固定分區(qū)存儲管理采用靜態(tài)地址重定位;可變分區(qū)、頁式、段式、段頁式、請求頁式、請求段式、請求段頁式存儲管理均采用動態(tài)地址重定位。
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動態(tài)地址重定位不要求程序裝入固定的內存空間，在內存中允許程序再次移動位置，而且可以部分地裝入程序運行，同時也便于多個作業(yè)共享同一程序的副本。

連續(xù)存儲管理

連續(xù)存儲管理也稱為界地址存儲管理，基本特點是內存空間被劃分成一個個分區(qū)，一個作業(yè)占一個分區(qū)，即系統(tǒng)和用戶作業(yè)都以分區(qū)為單位享用內存。在分區(qū)分配方式中，分區(qū)的大小可以是固定的（稱為固定分區(qū)》，也可以是可變的，稱為可變分區(qū)或動態(tài)分區(qū)。
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尋址方式

直接尋址中指令的地址碼部分給出的是操作數(shù)的真正地址。間接尋址是相當于直接尋址而言的，指令的地址碼給出的不是操作數(shù)的真正地址，而是操作數(shù)有效地址所在的存儲單元的地址，也就是操作數(shù)地址的地址。

尋址方式是指找到當前正在執(zhí)行指令的數(shù)據(jù)地址以及下一條將要執(zhí)行指令的地址的方法。尋找方式被分為指令尋址和數(shù)據(jù)尋址兩大類。其中，指令尋址分為順序尋址和跳躍尋址兩種。常見的數(shù)據(jù)尋址有立即尋址〈所需的操作數(shù)由指令的地址碼部分直接給出)、直接尋址（指令的地址碼部分給出操作數(shù)在存儲器中的地址)、隱含尋址（操作數(shù)的地址隱含在指令的操作碼或者某個寄存器中）、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、基址尋址、變址尋址、相對尋址和堆核尋址。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机二级（c语言）重难点归纳--公共基础部分--计算机系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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