计算机操作系统（九）——其他.md

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其他

计算机系统层级（由上到下）：

1. 应用——用户
2. 语言处理——应用程序员的视图
3. 操作系统——语言处理程序设计者的视图
4. 计算机硬件——操作系统设计者的视图

存储程序计算机特点

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

程序员的计算机系统视图（由下到上）

1. 计算机硬件系统——机器指令（语言）
   1. 机器指令是计算机系统执行的基本命令，是中央处理器执行的基本单位
   2. 指令由一个或多个字节组成，包括操作码字段、一个或多个操作数地址字段、以及一些表征机器状态的状态字以及特征码
   3. 指令完成各种算术逻辑运算、数据传输、控制流跳转
   4. 分类
      1. 特权指令：只能被操作系统内核使用的指令
      2. 非特权指令：能够被所有程序使用的指令
      3. 用户程序并非能够使用全部的机器指令，那些与计算机核心资源相关的特殊指令会被保护
2. 操作系统与实用程序——扩展机器指令
   1. 资源管理：机器语言+广义指令（扩充了硬件资源管理）
   2. 文件系统：机器语言+系统调用（扩充了信息资源管理）
3. 数据库管理系统——数据库语言
4. 语言处理程序——高级语言（面向问题的语言）
5. 支撑软件——程序员（涵盖以上）

计算机程序执行过程：

1. 高级语言源程序通过转换程序，再通过编译程序和解释程序，变成目标代码程序
2. 汇编语言源程序通过汇编程序，变成目标代码程序
3. 目标代码程序通过连接程序，变成可执行程序，通过装入程序，变成内存执行程序
4. 同时进入数据库管理系统和操作系统，数据库管理系统同时进入文件系统和设备管理（属于操作系统）

P.S. 操作系统

1. 文件系统
2. 设备管理
3. 内存管理
4. 进程管理

指令执行过程

1. CPU根据PC取出指令，放入IR，并对指令译码，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行
2. 步骤
3. 取指：根据PC从存储器或高速缓冲存储器中取指令到IR
4. 解码：解译IR中的指令来绝对其执行行为
5. 执行：连接到CPU部件，执行运算，产生结果并写回，同时在CC里设置运算结论标志；跳转指令操作PC，其他指令递增PC值。

P.S. 在一条指令进行解码操作时，另一条指令可以开始取指；在进行执行操作时，另一条可以在执行解码，而第三条可以开始取指

多道程序同时计算：CPU速度与I/O速度不匹配的矛盾非常突出。只有让多道程序同时进入内存争抢CPU运行，才可以使得CPU和外围设备充分并行，从而提高计算机系统的使用效率

多道程序设计：指让多个程序同时进入计算机的主存储器进行计算

特点：

1. CPU与外部设备充分并行
2. 外部设备之间充分并行
3. 发挥CPU的使用效率
4. 提高单位时间的算题量

实现：

1. 进程：进入内存执行的程序建立管理实体
2. OS应能管理与控制进程程序的执行
3. OS协调管理各类资源在进程间的使用
   1. 处理器的管理和调度
   2. 主存储器的管理和调度
   3. 其他资源的管理和调度

实现要点：

1. 如何使用资源：调用操作系统提供的服务例程（如何陷入操作系统）
2. 如何复用CPU：调度程序（在CPU空闲时让其他程序运行）
3. 如何使CPU与I/O设备充分并行：设备控制器与通道（专用的I/O处理器）
4. 如何让正在运行的程序让出CPU：中断（中断正在执行的程序，引入OS处理）

操作系统的人机交互

1. 交互设备
   1. 传统的终端设备
   2. 新型的模式识别设备
2. 发展
   1. 交互式控制方式
      1. 行命令控制方式：1960年代开始使用
      2. 全屏幕控制方式：1970年代开始使用
   2. 强调人而不是技术是人机交互的中心
   3. WIMP界面
      1. 窗口（Windows）、图标（Icons）、菜单（Menu）、指示装置（Pointing Devices），图形用户界面
   4. 多媒体计算机
   5. 虚拟现实系统

处理器模式

1. 计算机通过设置处理器模式实现特权指令管理
2. 计算机一般设置0、1、2、3四种运行模式，建议分别对应：
3. 0：操作系统内核
4. 1：系统调用
5. 2：共享库程序
6. 3：用户程序等保护级别
7. 0模式可以执行全部指令；3模式只能执行非特权指令；其他每种运行模式可以规定执行的指令子集
8. 一般来说，现代操作系统只使用0和3两种模式，对应于内核模式和用户模式

处理器模式切换

1. 简称模式切换，包括“用户模式→内核模式”和“内核模式→用户模式”的转换
2. 中断、异常或系统异常等事件导致用户程序向OS内核切换，触发：用户模式→内核模式
3. 程序请求操作系统服务
4. 程序运行时发生异常
5. 程序运行时发生并响应中断
6. OS内核处理完成后，调用中断返回指令（如Inter的iret）触发：内核模式→用户模式