有關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識
本章主要內(nèi)容
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)
1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)概念
主要研究軟件、硬件功能分配，確定軟件、硬件界面，即從機(jī)器語言程序員或編譯程序設(shè)計(jì)者的角度所看到的物理系統(tǒng)的抽象。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類
Fly分類
SISD
SIMD
MISD
MIMD
2.CPU結(jié)構(gòu)及分類
CPU的結(jié)構(gòu)
運(yùn)算器
控制器
寄存器
輸入輸出總線
分類
16位
32位
64位
3.指令系統(tǒng)及其分類
指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念
指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)所有指令的集合。程序員用各種語言編寫的程序都有翻譯成以指令形式表示的機(jī)器語言后才能運(yùn)行，所以指令系統(tǒng)反映了計(jì)算機(jī)的基本功能，是硬件設(shè)計(jì)人員和程序員都能看到的機(jī)器的主要屬性。
分類
復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）：隨著硬件成本的不斷下降，軟件成本的不斷提高，使得人們熱衷于在指令系統(tǒng)中增加更多的指令和復(fù)雜的指令，來提高操作系統(tǒng)的效率，并盡量縮短指令系統(tǒng)與高級語言的語義差別，以便高級語言的編譯和降低軟件成本，同時(shí)為了保證程序兼容，新的計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)只能增加而不能減少，所以就使得指令系統(tǒng)越來越來復(fù)雜
精簡指令系統(tǒng)（RISC）：通過簡化指令使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡單合理，從而提高運(yùn)算速度！
RISC的特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)
4.存儲系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識
基本概念
存儲器主要用于存放計(jì)算機(jī)的程序和數(shù)據(jù)，存儲器系統(tǒng)指的是存儲器硬件設(shè)備以及管理該存儲器的軟、硬件設(shè)備。對存儲器的基本要求是增大容量、提高速度、降低價(jià)格。單一的存儲器硬件（主存儲器）難以滿足要求。所以就提出了多層次的存儲體系結(jié)構(gòu)（即：寄存器---Cache--主存—外存）
在計(jì)算機(jī)中存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序以及被程序所使用的數(shù)據(jù)（包括運(yùn)算結(jié)果）原存儲器稱為主存儲器。也就是我們所說的內(nèi)存
5.主存儲器的種類
按讀寫功能來分：是否需要定期刷新：
靜態(tài)：不停電情況下能長時(shí)間保留不變，速度快，但容量小，成本高
動態(tài)：不停電的情況下也要定期刷新，容量大，成本低，常用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常見的有：SDRAM、DDR等
可讀寫（RAM）
可擦寫只讀：
EPRM（可擦寫，用紫外線擦寫）
EERM（可用電擦寫）
FLASH（電讀寫，但只能以塊為單位，速度快，成本低，現(xiàn)在最常用）
可編程：ERM（通過編程一次性寫入）
只讀：RM（制造時(shí)一次性寫入）
6.存儲器容量的擴(kuò)展
位擴(kuò)展：位擴(kuò)展是對存儲器的位數(shù)進(jìn)行擴(kuò)充
字?jǐn)U展：是對存儲器的容量進(jìn)行擴(kuò)展
位、字?jǐn)U展：對位數(shù)和容量都進(jìn)行擴(kuò)展
7.多體交叉存儲
為了協(xié)調(diào)存儲器與CPU速度的，其工作原理是：將存儲器分成幾個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，這樣第一次就能進(jìn)行多個(gè)字的數(shù)據(jù)讀寫！
影響多體交叉效率的因素：
多體存儲的模值M
數(shù)據(jù)的分布情況
較移指令
8.Cache的基礎(chǔ)知識
基本概念
在多級存儲體系中，Cache處于CPU與存儲器之間，其目的是使程序員能使作一個(gè)速度與CACHE相當(dāng)而容量與主存相當(dāng)?shù)拇鎯ζ鳌?/p>
工作原理為：計(jì)算機(jī)執(zhí)行作業(yè)時(shí)，訪問存儲器的時(shí)間和空間的局部性原理
工作方式：當(dāng)存儲器接收到讀命令后，先在CACHE中查找此信息，若在（又叫命中），則從CACHE中取出，不中才從主存中取出
CACHE速度的計(jì)算
實(shí)際速度=cache的速度*命中率+（1-命中率）*主存的速度
9.虛擬存儲器
基本概念
虛擬存儲器通過增設(shè)地址映象表機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)程序在主存中的'定位，將程序分割成若干段或頁，用相應(yīng)的映象表指明該程序的某段或某頁是否已裝入主存。若已裝入，同時(shí)指明其要主存中的起始地址；若未裝入，就去輔存中調(diào)段或調(diào)頁，裝入主存后在映象表中建立好程序空間和實(shí)存空間的地址映象關(guān)系。
頁面失效替換算法
近期最少使用算法
隨機(jī)算法
先進(jìn)先出
10.總線、接口及輸入輸出系統(tǒng)
定義
總線：是從兩個(gè)或兩個(gè)以上源部件傳送信息到一個(gè)或多個(gè)部件的一組傳輸線,如果一根傳輸線僅用于連接一個(gè)源部件(輸出)和一個(gè)或多個(gè)目的部件(輸入)則不稱為總線；
接口：計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備,如磁盤驅(qū)動器,鍵盤和顯示器等,都是獨(dú)立的設(shè)備,這些獨(dú)立設(shè)備與主機(jī)相連時(shí),必須按照規(guī)定的物理互連特性,電氣特性等進(jìn)行連接,這些特性的技術(shù)規(guī)范稱為外設(shè)接口；
輸入輸出系統(tǒng)：輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出沒備、設(shè)備控制器及輸入輸出操作有關(guān)的軟硬件，輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段：
�。�1）程序控制I/
�。�2）直接存儲器訪問
�。�3）I/處理機(jī)
11.通道的分類及計(jì)算
通道處理機(jī)是IBM公司首先提出來的一種I/處理機(jī)方式。根據(jù)通道數(shù)據(jù)傳送方式的不同，可分為字節(jié)多路、選擇和數(shù)組多路三類通道。
字節(jié)多路通道：適用于連接大量低速設(shè)備，傳送一個(gè)字的時(shí)間短，但等待的時(shí)間長，可以多臺設(shè)備同時(shí)進(jìn)行工作
數(shù)組通道：連接多臺高速設(shè)備，開始尋址輔助時(shí)間長，但傳送速成率高，采用成組交叉方式工作，傳送定長塊，可以多臺設(shè)備進(jìn)行工作。
選對通道：優(yōu)先級高的磁盤等高速設(shè)備，獨(dú)占通道，傳送不定長塊！
最大流量的計(jì)算：
字節(jié)多路通道的最大流量為各個(gè)設(shè)備的流量之和數(shù)組和選擇通道的最大流量為其中所掛載設(shè)備的最大流量。
12.外存系統(tǒng)
基礎(chǔ)概念
計(jì)算機(jī)的內(nèi)存是動態(tài)RAM，當(dāng)停機(jī)后其數(shù)據(jù)將丟失，而且RAM的大小有限，所以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要一種能長久保存數(shù)據(jù)，且容量大的存儲設(shè)備，一般我們常說外存設(shè)備主要是指：磁盤、磁帶和光盤。
工作原理：對于磁盤之類的磁表面計(jì)錄方式是利用磁性材料的磁滯回歸線特征將數(shù)據(jù)記錄在磁性物體的表面。而對于光盤之類的設(shè)備是將數(shù)據(jù)以光學(xué)特征的形式存儲在盤片的表面。
技術(shù)指標(biāo)：
存儲密度：是指單位長度或面積磁層表面所存儲的二進(jìn)制數(shù)據(jù)量。
存儲容量：是指設(shè)備能存儲的信息的總量
均訪問時(shí)間：是指磁盤從發(fā)出讀寫命令到讀出或?qū)懭胄畔⑺ǖ臅r(shí)間。
13.重疊和流水
重疊（流水）是指通過控制機(jī)構(gòu)同進(jìn)解釋兩條（多條以至整個(gè)段）程序的方式，從而加快整個(gè)機(jī)器語言程序的解釋
流水線的吞吐率：流水線的最大吞吐率為流水線中最慢子過程經(jīng)過的時(shí)間。
提高吞吐率的手段：
多細(xì)分瓶頸子過程
重復(fù)設(shè)置套瓶頸段并聯(lián)
14.陣列處理機(jī)
定義：陣列處理機(jī)也稱并行處理機(jī)，它將大量重復(fù)設(shè)置的處理單元，按一定方式互連成陳列，在單一控制部件控制下對各自所分配的不同數(shù)據(jù)并行執(zhí)行同一指令規(guī)定的操作，是操作級并行的SIMD計(jì)算機(jī)，處理單元是不帶指令控制部件的算術(shù)邏輯部件。
特點(diǎn)是：
利用資源重復(fù)，而不是時(shí)間的重疊。
利用并行中的同時(shí)性，而不是并發(fā)性！
15.多處理機(jī)
定義：是具有兩臺以上的處理機(jī)，在操作系統(tǒng)控制下通過共享的主存或輸入/出子系統(tǒng)或高速通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。多處理機(jī)是屬于多控制流多數(shù)據(jù)流系統(tǒng)。
目的是：
用多臺處理機(jī)進(jìn)行多任務(wù)處理協(xié)同求解一個(gè)大而復(fù)雜的問題來提高速度。
依靠冗余的處理機(jī)及重組來提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性，可用性。
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