一计算机系统知识.doc

1、 1.计算机系统知识 1.1 硬件知识 1.1.1 计算机组成 计算机部件 ： 运算器、控制器、存储器、输入 /输出设备。 CPU 功能：程序控制、操作控制、时间控制、数据处理。 运算器：由累加器（ ACC）、算术 /逻辑运算单元（ ALU）、寄存器组、多路转换器数据总线组成。主要完成数据加工。 控制器：由程序计数器（ PC）、指令寄存器（ IR）指令译码器（ ID）、时序产生器、状态 /条件寄存器、位操作信号发生器组成。 指令系统 ： 操作码（唯一）和地址码（多个）组成。 指令寻址方式： 顺序寻址方式 ， 跳跃寻址方式 。 操作数寻 址方式： 隐含寻址 ， 立即寻址 ， 直接寻址 ， 间接寻

2、址 ， 寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式 ， 相对寻址方式 ， 基址寻址方式 ， 变址寻址方式 ， 块寻址方式 。 CICS 复杂指令系统计算机 ： 增强指令功能，实现软件功能硬件化。 RICS 精密指令系统计算机 ： 使 用频率高、 条数少 、 长度固定 、 格式种类少 、 寻址方式种类少 的指令 ； 只有存取数据的指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行 。采用硬布线控制逻辑优化编译程序。 处理器的性能 （指标：主频与字长 ， 数据总线宽度 ； 地址总线宽度 ； 可寻空间 ； 处理器芯片的集成度 ） 紧耦合系统： 各处理机之 间通过快速总线或开关阵列相连，共享内存，整体系统由一个

3、统一的 OS 管理（一个 OS核心）。 松耦合系统： 各处理机带有各自的存储器、 I/O 设备和操作系统，通过通道或通信线路相连每个处理机上独立运行 OS。 双机系统： 用于控制重要过程，要求高度可靠，具有较高冗余。 阵列处理机 （并行处理机） ： 是种单指令流多数据流处理机。特点：资源重复、连接模式、专用性、复合性。 同步： 1.1.2 存储器 位置分：内存、外存； 材料分：磁存、半导体存、光存； 工作分：读写存、只读存； 访问分：地址、内容； 寻址分：随机、顺序、直接 存储介质 ：磁盘（硬盘、软盘）、光盘 主存 类型 ： RAM、 ROM、 PROM 可编程只读存储 、 EPROM 可擦除

4、可编程 存储 、 E2PROM 电可擦可编程只读存储 、闪速存储器 。 容量 ：字存储单元、字符存储单元。 性能 指标：存储容量、存取时间、存储周期、存储带宽。 主存配置 (交叉存取、多级主存 ) 辅存 ：（外存） 容量 大，长期保存，方便 。 性能指标：存储密度、存储容量、平均存储时间、数据传输串。 存储系统 相关联存储器：按内容访问，工作原理是索引关键字。 虚拟存储器 ： 由主存、辅存、存储管理单元、操作系统中存储管 理软件组成。分页式虚拟存储器（页表硬件少，查表速度快，主存零头少，分页无逻辑意义，不利存储保护）、段式虚拟存储器（界限分明，支持程序模块化设计，易于编译、修改、保护。段长度不

5、一，主存 利用率不高，产生内存碎片，段表庞大，查表速度慢 ）、段页式虚拟存储器（ 地址变换速度较慢 ）。 高速缓存 （ Cache）： 介于 CPU 和主存之间的小容量存储器，存储速度比主存快。为 解决 CPU 和主存之间速度不匹配而采用。能高速地向 CPU 提供指令和数据，从而加快了程序的执行速度。高速缓冲工作原理要求它保持最新数据。 地址映像方法： A 直接映像（主 存块与 Cache 块对应固定关系，地址变换简单，灵活性差）， B 全相联映像（ 全部对应 ，无限制，灵活，但无法从主存块号中直接获取 Cache 的块号，变换复杂，速度慢 ） C 组相联映像（组采用直接映像，块采用全映像）

6、替换算法： 目标是使 Cache 获得最高命中率，分 近期最少使用（ LRU）算法 、 随机替换 、先进先出算法 、优化替换算法。 1.1.3 输入输出结构和设备 中断 ：以字（节）为单位进行输入输出的，每完成一个字（节）的输入输出，控制器便要向 CPU 请求一次中断 处理方法：多中断信号法、中断软件查询法、菊花链法、总线仲裁法、中断向量表法。 中断按优先级处理。 DMA（直接存储）： 数据传输基本单位是数据块，所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反，仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需 CPU 干预，数据传送 在控制器的控制下完成的。 通道 ：是 DMA 方式的发展，进一步减少

7、 CPU 的干预，即把对一个数据快的读（写）为单位的干预，减少为对一组数据块的读（写）及有关的控制和管理为单位的干预，同时实现了 CPU、通道和输入输出设备三者的并行工作，有效提高整个系统资源利用率。 SCSI（小型计算机系统接口）： 将高速磁盘驱动器连接到诸如工作站或网络服务器这样高档 PC 机去时用的最流行的接口。 I/O 接口 ：内存与接口独立编址，内存与接口统一编址。 输入输出设备类型和特征 （鼠标、键盘、显示器、打印机、扫描仪） 1.2 操作系统知识 1.2.1 基本概念 操作系统的功能及分类 功能：进程管理、存储管理、设备管理、文件系统。 分类： 批处理操作系统 、 分时操作系统

8、、 实时操作系统 、 网络操作系统 、 分布式操作系统 。 多道程序 （使系统具备）：多道性、无序性、宏观上并行、微观上串行、调度性 。 内核和中断控制 ： 程序中断 、 时钟中断 、 I/O 中断 、 硬件失效中断 。 进程和线程 ： 进程和线程是是用来管理系统资源并行活动的并发程序。 同一个进程通过一个或者多个线程对线程运行。 所有的线程共享同一个虚拟内存空间以及其他资源。 创建新的进程需要进行内存的拷贝操作，这就额外的增加了系统负担，而线程则不需要这个拷贝过程。不同的线程共享同样的存储空间，共享数据方便，同步操作较好，但同一个进程中的某个线程的故障会影响其它的线程，因为所有的线程共享同一

9、个虚拟内存空间以及其他资源。 1.2.2 处理机管理、存储管理、设备 管理、文件管理 进程的状态及转换 状态： 运行状态 、 阻塞状态 、 就绪状态 转换： 就绪运行：处理机调度。运行就绪：时间片用完。运行阻塞：请求某种事情发生。 阻塞就绪：等待的事情已经发生 进程调度算法 ：分时轮转、优先级、抢占。 死锁 ：若系统中存在一组进程（两个或多个），它们中的每一个进程都占用了某种资源而又都在等待该组进程中的另一个进程所占用的资源，这种等待永远不能结束，则说系统出现了死锁，或说这组进程处于死锁状态。形成死锁的起因是系统提供的资源数比进程要求的资源数少，或者是若干个进程要求资源的 总数大于系统能提供的

10、资源数。这时进程间就会出现竞争资源，如果对进程竞争处理的资源管理或分配不当就会引起死锁。 存储管理方案 （ P153） 文件管理 ： 文件、文件系统、 文件目录、文件使用、文件存储器管理。 作业调度算法 ：先来先服务、短作业优先、高响应比优先。 1.3 系统管理 1.3.1 系统配置技术 系统构架模式 (2 层、 3 层及多层 C/S 和 B/S 系统 ) 高可用性配置方法 RAID 技术 1.3.2 系统性能 性能设计 ： 系统调整、响应特性 。 性能指标 ：响应时间、吞吐量、运行周期。 性能评估 ： 可靠性、可维护、可扩充、可移植、可用、可重用。 1.3.3 系统可靠性 可靠性度量 ： MTBF平均故障间隔时间 、 MTTF平均无故障时间 、可用性、故障率。 可靠性设计 ：失效安全、软失效、部件可靠性的分配及估计 、 系统可靠性的分配及估计 可靠性指标和可靠性评估， RAS：可靠性、可用性、可维护性。