操作系统原理课件作者周苏教学课件第1章节硬件基础.ppt

1.9 启动计算机 计算机启动过程中，BIOS首先检查所安装的RAM数量，键盘和其他基本设备是否已安装并正常响应。接着，它开始扫描系统总线（ISA和PCI）并找出连接在上面的所有设备。其中有些设备是典型的遗留设备（即在即插即用技术发明之前设计的），并且有固定的中断级别和I/O地址（也许能用在I/O卡上的开关和跳接器设置，但是不能被操作系统修改）。这些设备被记录下来，即插即用设备也被记录下来。如果现有的设备状况和系统上一次启动时的不同，则针对新的设备进行配置。 识别外围设备。计算机能识别与之相连接的外围设备，并检查设备的设置。 1.9 启动计算机 BIOS针对存储在CMOS存储器中的设备清单决定启动设备。用户可以在系统刚启动时进入BIOS配置程序，对设备清单进行修改。通常，如果存在软盘，则系统试图从软盘启动。如果失败则试用CD-ROM，看看是否存在可启动CD-ROM。如果软盘和CD-ROM都没有，系统就从硬盘启动。 加载操作系统。将操作系统从硬盘（启动设备）读取并复制到RAM中。 启动设备上的第一个扇区被读入内存并执行。这个扇面中包含一个对保存在启动扇面末尾的分区表进行检查的程序，以确定哪个分区是活动的。然后，从该分区读入第二个启动装载模块。来自活动分区的这个装载模块被读入操作系统，并启动之。 1.9 启动计算机 检查配置文件并对操作系统进行定制。微处理器读取配置数据，并执行由用户设置的启动程序。 操作系统询问BIOS以获得配置信息。对于每种设备，系统检查对应的设备驱动程序是否存在。如果没有，系统要求用户插入含有该设备驱动程序的CD-ROM（由设备供应商提供）。一旦有了全部的设备驱动程序，操作系统就将它们调入内核。然后初始化有关表格，创建需要的任何背景进程，并在每个终端上启动登录程序或GUI。 1.9 启动计算机 由于RAM是易失存的，而ROM 和EEPROM的容量又太小，所以操作系统存储在计算机的硬盘上。在引导过程中，操作系统的一个副本被传送到RAM中，计算机在执行输入、输出或存储等操作时，就能够按需要从RAM中快速访问操作系统（图1-20）。 图1-20 引导程序将操作系统复制到RAM中， 以便处理器可以直接访问操作系统 Thanks！ 1.5.3 存储器访问的局部性原理 在软件中还可以有效地增加额外的存储层次。例如，一部分内存可以作为缓冲区（buffer），用于临时保存从磁盘中读出的数据。这种技术有时称为磁盘高速缓存。可以通过两种方法提高性能： 磁盘成簇写。即采用次数少、数据量大的传输方式，而不是次数多、数据量小的传输方式。选择整批数据一次传输可以提高磁盘的性能，同时减少对处理器的影响。 一些注定要“写出”的数据也许会在下一次存储到磁盘之前被程序访问到。在此情况下，数据能够迅速地从软件设置的磁盘高速缓存中取出，而不是从缓慢的磁盘中取回。 1.6 高速缓存 尽管高速缓存对操作系统是不可见的，但它与其他存储管理硬件相互影响。此外，很多用于虚拟存储的原理也可以用于高速缓存。 在全部指令周期中，处理器在取指令时至少访问一次存储器，而且通常还要多次访问存储器用于取操作数或保存结果。处理器执行指令的速度受存储周期（从存储器中读一个字或写一个字到存储器中所花的时间）的限制。由于处理器和内存的速度不匹配，这个限制已经成为很严重的问题。 1.6 高速缓存 理想情况下，内存的构造技术可以采用与处理器中的寄存器相同的构造技术，这样内存的存储周期才跟得上处理器周期。但这样做成本太高。实际解决方法是利用局部性原理，即在处理器和内存之间提供一个容量小而速度快的存储器，称为高速缓存。 1.6 高速缓存 高速缓存试图使访问速度接近现有最快的存储器，同时保持价格便宜的大存储容量（以较为便宜的半导体存储器技术实现）。图1.16 a）说明了这个概念。图中有一个相对容量大而速度比较慢的内存和一个容量较小且速度较快的高速缓存。高速缓存包含一部分内存数据的副本。当处理器试图读取存储器中的一个字节或字时，要进行一次检查以确定这个字是否在高速缓存中。如果在，则该字节从高速缓存传递给处理器；如果不在，则先将由固定数目的字节组成的一块内存数据读入高速缓存，然后该字节从高速缓存传递给处理器。 图1-16 高速缓存和内存 1.6 高速缓存 由于访问局部性现象的存在，当一块数据被取入高速缓存以满足一次存储器访问时，很可能紧接着的多次访问的数据是该块中的其他字节。 1.6 高速缓存 图1-16 b）描述了高速缓存的多级使用。L2缓存较慢，但通常容量比L1缓存的大；L3缓存又比L2缓存慢，比L2缓存的容量大。 此外，当启动某个任务的时候，计算机预测CPU可能会需要哪些数据，并将这些数据预先送到高速缓冲存储器区域。当指令需要数据的时候，CPU首先检查高速缓冲存储