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操作系统期末论文 处理机简述 处理机是计算机系统中存储程序和数据，并按照程序规定的步骤执行指令的部件。处理机包括中央处理器，主存储器,输入-输出接口。处理机加接外围设备就构成完整的计算机系统。 处理机的处理能力有多种指标和参数。通常用每秒最快执行的百万条指令数(MIPS)来度量。对具有向量处理能力的处理机，则用每秒最多能给出的百万个浮点处理结果数（MFLOPS）来度量。此外，还常用处理数据率(PDR)来评价处理机的处理能力。处理数据率(PDR)的定义是执行每条指令传送的平均位数与指令处理平均速率的乘积。 处理机的操作是首先将用户程序和数据通过输入－输出设备输入到主存储器（主存）或辅助存储器。中央处理器从主存取出指令，完成对指令的解释，执行控制操作；若是运算型指令，还须从主存取出数据，由运算器完成运算。结果通常暂存在运算器或送回主存。 处理机执行程序过程涉及输入-输出操作、主存-辅存的信息交换，这些都要经过输入、输出接口部件。处理机与外界的这种信息交换有三种方式。①中断方式：即程序I／O。每传送一个位组（如一个字或字节）产生一次中断,由CPU执行相应的中断程序完成。这种方式主要用于慢速输入-输出设备。②直接存储器存取(DMA)方式:在硬件线路控制下直接在快速输入-输出设备和主存之间完成一条输入－输出指令规定的信息量交换。③通道控制方式：各通道各有自己的通道程序,实现输入-输出指令规定的主存和输入-输出设备之间的信息交换。 从系统结构角度，按处理机执行的指令流和与指令流相关的数据流的关系，有单指令流单数据流（SISD）处理机、单指令流多数据流（SIMD）处理机和多指令流多数据流（MIMD）处理机。SISD处理机的程序是按单一指令序列执行的，操作数据亦按对应的指令确定的单一顺序逐个处理。大多数处理机都属于这一类。SIMD和MIMD处理机又称并行处理机。并行处理机的目的在于提高处理机的数据处理能力。SIMD处理机以处理向量数据为主，故又称向量处理机。其中以单个指令执行部件和多个相同的运算处理器构成的处理机称为阵列（式）处理机。以生产流水线方式组织指令部件(称先行控制)和运算功能部件的SIMD处理机，称为流水线处理机。联想处理机则是采用按内容检索的联想存储器为主要特征的SIMD处理机。至于MIMD处理机，实际上是多处理机系统，它是多个相同的处理机通过公共主存储器相互耦合构成有多重处理能力的系统。 二、处理机调度简述 在多道程序设计系统中，内存中有多道程序运行，他们相互争夺处理机这一重要的资源。处理机调度就是从就绪队列中，按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程并发地执行。 处理机调度的功能 一般情况下，当占用处理机的进程因为某种请求得不到满足而不得不放弃CPU进入等待状态时，或者当时间片到，系统不得不将CPU分配给就绪队列中另一进程的时候，都要引起处理机调度。除此之外，进程正常结束、中断处理等也可能引起处理机的调度。因此，处理机调度是操作系统核心的重要组成部分，它的主要功能如下： （1）记住进程的状态，如进程名称、指令计数器、程序状态寄存器以及所有通用寄存器等现场信息，将这些信息记录在相应的进程控制块中。 （2）根据一定的算法，决定哪个进程能获得处理机，以及占用多长时间。 （3）收回处理机，即正在执行的进程因为时间片用完或因为某种原因不能再执行的时候，保存该进程的现场，并收回处理机。 处理机调度的功能中，很重要的一项就是根据一定算法，从就绪队列中选出一个进程占用CPU运行。可见，算法是处理机调度的关键。 处理机调度的性能准则 处理机调度，有许多不问的调度算法，不同的调度算法具有不同的特性。因此，在介绍算法之前，先介绍衡量一个算法的基本准则。 衡量和比较调度算法性能优劣主要有一下几个因素： （1）CPU利用率。CPU是计算机系统中最重要的资源，所以应尽可能使CPU保持忙，使这一资源利用率最高。 （2）吞吐量。CPU运行时表示系统正处于工作状态，工作量的大小是以每单位时间所完成的作业数目来描述的，这就叫吞吐量。 （3）周转时间。指从作业提交到作业完成所经过的时间，包括作业等待，在就绪队列中排队，在处理机上运行以及进行输入/输出操作所花时间的总和。 （4）等待时间。处理机调度算法实际上并不影响作业执行或输入/输出操作的时间，只影响作业在就绪队列中等待所花的时间。因此，衡量一个调度算法优劣常常简单的考察等待时间。 （5）响应时间。指从作业提交到系统作出相应所经过的时间。在交互式系统中，作业的周转时间并不一定是最好的衡量准则，因此，常常使用另一种度量准则，即响应时间。从用户观点看，响应时间应该快一点好，但这常常要牺牲系统资源利用率为代价。 三、单处理机调度相关算法 在操作系统中调度的实质是一种资源分配,因而调度算法是指:根据系