一.冯诺依曼计算机

1.1

对第一台电脑提出：

　　（1）二进制代替十进制；

　　（2）程序与数据一起放入内存中运行。

1.2示例：控制（操作码）与数据信息（操作数）

1.3一个典型的PC总线（Bus）结构

 1.4华硕P5VD2-MX

（1）主芯片组：VIA P4M890/VIA VT8237A
（2）内存规格内存类型DDRII
（3）总线频率(MHz) FSB 1066MHz
（4)扩展插槽
　　①显卡插槽PCI-E 16X
　　②PCI 插槽2条PCI 插槽
　　③1条PCI-E 1X
（5）IDE 插槽二个IDE插槽
（6）FDD 插槽一个
（7）SATA接口2个,支持RAID 0，1，JBOD功能
（8）USB 接口8个USB2.0接口
（9）PS/2鼠标，PS/2键盘接口
（10）并口串口1个
（11）外接端口音频接口

二.南桥、北桥芯片

　　2.1 北桥芯片（North Bridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（Host Bridge）。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名。

　　负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM、DDR、SDRAM、RDRAM以及DDRII等）和最大容量、/PCI/AGP/PCIE插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。

　　2.2  南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。这些技术一般相对来说比较稳定，所以不同芯片组中可能南桥芯片是一样的，不同的只是北桥芯片。

三.PC中的设备I/O端口设置 

　　引自Siberschatz A.《操作系统概念》P427

 四.时钟（Clock）

4.1 外频 

（1）也称系统时钟频率，是由主板上的振荡器输出的时钟频率，经过倍频放大后用作各部件的工作频率，即同步信号。

（2）频率范围是几百兆HZ，乘以一个小的整数来获得高达1000MHZ或更高的频率。

4.2 CPU主频

　　外频*倍频系数。时钟周期：1/CPU主频。

4.3 IPS（CPU平均每秒执行指令数）

 　　MIPS（CPU平均每秒执行兆指令数）

4.4 时钟也称定时器（timer），既不是块设备也不是字符设备

4.5 时钟硬件

（1）两类时钟

　　①连接到电源线（110V或220v），电压周期产生中断，频率50HZ或60HZ。如今较罕见。

　　②三部分：晶体振荡器、计数器和存储寄存器。

（2）晶振典型的频率范围是几百兆HZ，乘以一个小的整数来获得高达1000MHZ或更高的频率。

（3）当计数器为0时，产生一个CPU中断。

（4）几种可编程模式

　　①一次完成模式(one-shot mode)：当时钟启动时，它把存储寄存器的值复制到计数器中，然后，来自晶体的每一个脉冲使计数器减1。当计数器变为0时，产生一个中断，并停止工作，直到软件再一次显示地启动它。

　　②方波模式(square-ware mode)：当计数器变为0并且产生中断之后，存储寄存器的值自动复制到计数器中，并且整个过程无限期地再次重复下去。这些周期性的中断称为时钟滴答(clock tick)。

　　③优点：中断频率由软件控制。如果采用500MHz的晶体，则计数器每隔2ns脉动一次，若是32位无符号寄存器，中断可以被编程为从2ns到8.6s发生一次。

　　④通常包含二到三个独立的可编程时钟。

（5）Windows的时间原点是1980-1-1，每次时钟滴答都使实际时间增加一个计数。

（6）对UNIX而言，当前时间都要转换成自1970-1-1上午12时UTC以来的时钟滴答数

五.磁盘

六.中断

引自William Stallings第6版P11

6.1 中断的分类

（1）程序中断

　　在某些条件下由指令执行的结果产生，例如算法溢出、除0、试图执行一条非法机器指令、缺页中断、地址越界等。

（2）时间中断

　　CPU内部计时器产生。

（3）I/O中断

　　由I/O控制器产生，用于发信号通知一个操作的正常完成或各种错误条件。

（4）硬件故障中断 

 　　由诸如掉电或存储器奇偶错误之类的故障产生。

6.2 中断的分类——微机中的中断

（1）可屏蔽中断

　　I/O中断

（2）不可屏蔽中断

　　机器内部故障、掉电中断

（3）程序错误中断

　　溢出、除零

（4）软件中断

 　　Trap指令或INT中断

6.3 IBM370中的中断

（1）机器故障中断

　　如电源故障，机器电路检验错等

（2）输入输出中断

　　I/O设备和通道数据传输状态

（3）外部中断

　　时钟中断，操作员控制台中断，多机系统中其他机器的通信要求中断，各种外设或传感器发来的实时中断

（4）程序中断

　　程序中的问题引起，溢出、存储保护等

（5）访管中断

　　每当CPU执行访管指令或陷阱指令时，引起中断并操作系统相应模块提供服务 

6.4 中断处理过程

（1）设备给处理器发一个中断信号

（2）处理器处理完当前指令后响应中断，延迟非常短（要求处理器没有关闭中断）

（3）处理器处理完当前指令后检测到中断，判断出中断来源并向中断设备发送确认中断信号，确认信号使得该设备将中断信号恢复到一般状态

（4）处理器为软件处理中断做准备：保存中断点的程序执行上下文环境，通常包括程序状态字PSW、程序计数器PC、其它通用寄存器，通常保存在系统控制栈中。

　　处理器状态被切换到管态（即内核态）。

（5）处理器根据中断源查询中断向量表，获得与该中断相联系的处理程序入口地址，并将PC置成该地址，处理器开始一个新的指令周期，控制转移到中断处理程序

（6）中断处理程序开始工作，包括检查I/O相关的状态信息，操纵I/O设备或在设备与主存之间传送数据等等

（7）中断处理程序结束时，处理器检测到中断返回指令，被中断程序的上下文环境从系统堆栈中恢复。

　　处理器状态恢复成目态（即用户态）。

（8）PSW和PC恢复成中断前的值，处理器开始一个新的指令周期，中断处理结束。

6.5 程序的执行过程

七.内核态、用户态与系统功能调用

7.1 计算机的运行模式（处理器工作状态）

（1）内核态（Kerner mode）

　　①管态、核心态，或超级用户模式

　　②任何硬件的完全访问权，可执行任何机器指令，并且可以访问系统中任何存储器位置。

（2） 用户态（User mode）

　　①目态

　　②只使用机器指令的一个子集。特别地，那些会影响机器的控制或可进行I/O操作的指令，在用户态中程序是禁止的。只能访问私有地址空间。

（3） 区别

　　核心态的程序由硬件保护，不能修改和更换

（4）处理器通常用某个寄存器中的一个模式位来区分

　　当设置了模式位，则进程运行在“内核态”，反之运行在“用户态”。

 7.2 系统功能调用read

C程序的UNIX系统调用：count=read(fd,buffer,nbytes);

（1）count返回读取的字节数

　　①等于或小于nbytes

　　②-1：出错

（2）执行步骤

　　①为执行系统调用命令做准备

　　　　·用户程序现场保留

　　　　·系统调用命令的编号等参数放入指定的存储单元

　　②执行系统调用

　　　　·访问系统调用入口表，找到相应子程序的入口地址，转到执行

　　③完成后的处理

　　　　·恢复现场，并把系统调用的返回参数送入指定存储单元，以供用户程序使用

 7.3 系统调用说明

（1）源程序->编译程序->安排“访管指令”->设置一些参数（功能号）->中断并置为管态->OS分析访管指令参数（注：syscall编号）->依据功能号找到子程序入口地址->系统调用子程序->（完成后）CPU置为目态->返回read库过程->恢复现场->返回用户调用程序。

（2）访管指令也称为“陷阱”（TRAP），不是特权指令。

（3）库函数与系统调用

　　①示例：CreateProcess库函数，NTCreateProcess系统调用

　　②目的：可移植性；实际的系统调用比API更注重细节和困难。　

（4）三类常用API（Application Programming Interface,应用程序编程接口）：Win32 API、POSIX API、Java API

（5）系统调用

 八.操作系统分类

8.1 从使用机种角度

（1）大型机操作系统
　　OS390，渐被Linux等UNIX的变体所替代
（2）服务器操作系统
　　Solaris，FreeBSD，Linux，Win Server 200X
（3）多处理机操作系统(并行系统)
　　Windows，Linux
（4）个人计算机操作系统
　　Linux，FreeBSD，Windows Vista，Macintosh
（5）掌上计算机操作系统、嵌入式操作系统
　　Symbian OS，Plam OS，WinCE，Android，Windows Phone，IOS
　　区别：没有硬盘

（6）特殊目的系统

　　①实时操作系统

　　　　·使计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。

　　　　·实时过程控制：工业控制、军事控制

　　　　·实时通信(信息)处理：电讯(自动交换),银行，飞机订票，股市行情。

　　②嵌入式操作系统

　　③掌上型操作系统

8.2 计算机机种分类

　　大型机（mainframe)
　　小型机（minicomputer)
　　工作站（workstation)
　　服务器（server)
　　微型机（microcomputer/personal computer）
　　掌上型机（Handheld)
　　嵌入式机（Embedded)

8.3 从功能发展角度

（1）无软件
（2）编译器
（3）批处理系统(Batch Systems)
（4）多道程序系统(MultiProgramming Systems)
（5）分时系统(多任务，多用户) (Time-Sharing Systems)
（6）分布式系统(建构在网络之上)(网络OS)(Distributed Systems)
（7）网络操作系统
（8）集群式系统(Clustered Systems)
（9）实时操作系统

（10）嵌入式操作系统(Embeded System)

　　掌上计算机或PDA（个人数字助理）.Palm OS和Windows CE

（11）智能卡操作系统

　　有些面向Java

（12）多媒体操作系统

8.5 实时操作系统（Real-time OS）

（1）定义

　　①使计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。

　　②实时过程控制：工业控制、军事控制

　　③实时通信(信息)处理：电讯(自动交换),银行，飞机订票，股市行情。

（2）目标

　　①及时性。对外部请求在严格时间范围内作出反应

　　②高可靠性。

　　　　·硬实时系统：必须在规定时间内完成（工业控制、军事）

　　　　·软实时系统：偶尔违反时限（如多媒体播放）

8.6 分时操作系统

（1）“时间片轮转”的处理机调度策略

（2）这种调用策略是把处理机时间划分成一个个很短的“时间片”，对提出请求的每个联机用户终端，系统轮流分配一个时间片给其使用。

（3）分时系统-时间片   时间片=△t/M

　　①△t：用户要求响应时间（用户可忍受时间）

　　②M：系统可容纳的最大用户数

（4）分时系统特点

　　①多路性（多用户）

　　②交互性

　　③独立性（伪独立性，并行，独占）

　　④及时性

（5） 示例-分时系统

　　若时间片为100ms,系统中有10个用户,请问每个用户平均响应时间?(即从用完一个时间片到获得下一个时间片所需的时间间隔)0.01？

（6）分时的交互能力+批处理能力

（7）“前台”+“后台”

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