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计算机操作系统;教学安排;第一章操作系统导论;1.1计算机的基本工作原理;1.1计算机的基本工作原理;CPU
中央处理器:CentralProcessingUnit
计算机的大脑
功能:执行指令;机器指令
机器指令是计算机运行的最小的功能单元,是指挥计算机硬件运行的命令
算术运算指令、逻辑运算指令、移位操作指令、数据传送指令、输入输出指令、转移指令等;控制单元(ControlUnit)
能够正确并且自动地连续执行指令
能正确并分步完成每一条指令的功能
读取指令→分析指令→控制执行
响应并处理中断;1取指令。CPU的控制器从主存储器中取出一条指令并放入指令
寄存器(IR)。程序计数器(PC)用于指示当前指令在主存中
的位置。当一条指令被取出后,PC的内容会根据指令的长度自
动递增,以便指向下一条指令。
2分析指令。控制器取出指令后,计算机进入指令译码阶段。控
制单元(CU)对指令进行译码,确定指令的类型和所需操作
数的位置等信息。
3执行指令。译码完成后,CPU进入执行指令阶段。算术逻辑单
元(ALU)根据控制单元的指令执行相应的算术或逻辑运算。
如果指令需要访问存储器,CPU将进行访存操作,以获取或存
储数据。;执行单元(ExecutionUnit)
CPU的“计算器”
分为不同的功能部件,包括算术逻辑单元(ALU,+-*/)、移位器、乘法器、除法器、分支单元等
来自控制单元的信号选择不同的功能部件;计算机体系结构;1.2操作系统的发展历史;1.2操作系统的发展历史;程序员把作业(卡片或磁带)提交给负责调度
的操作员(系统管理员);
操作员把作业“成批”地输入到计算机;
常驻内存的批处理管理程序自动地识别、装入
一个作业,并运行之,然后再取下一个作业。;程序的调试比较困难;
由于慢速的输入输出处理仍然直接由
主机来完成,使得CPU和I/O设备使用
忙闲不均:对计算为主的作业,外设
空闲;对I/O为主的作业,CPU空闲。;通道:用于控制I/O设备与内存间的数据传输,
有专用的I/O处理器,启动后可独立于CPU运行,
实现CPU与I/O的并行工作。
中断:指CPU在收到外部中断信号后,停止原来
工作,转去处理该中断事件,在完成后回到原来
断点继续工作。;60年代中-70年代中:多道批处理系统;CPU;需要解决的问题:
内存管理,系统必须给多个作业分配内存;
内存保护,避免一个程序中的bug造成整个
系统崩溃,或者是破坏了其他程序的执行;
CPU调度,系统必须在多个作业中不断地
进行切换,选择其中的一个去使用CPU;
系统必须去管理各个并行运行的作业之间的
交互关系。;多道批处理系统;;一些分时操作系统;后来,Thompson和Ritchie等人开始为PDP-7编写一个新的操作系统。在写好了文件系统和一组基本的软件工具以后,他们编写了一个PDP-7的汇编器,这样他们就能够直接在PDP-7上编程了。到了1970年,操作系统的基本元素都已经完成了,他们给系统起了一个名字UNIX(UNICS:UNiplexedInformationandComputingService);
1970年夏,研究小组得到了一台新机器PDP-11,因此把Unix系统从PDP-7移植到PDP-11,这项工作非常繁琐,因为整个系统都是用汇编语言来编写的。研究小组开始考虑用高级语言来重写整个系统,以提高系统的可移植性和可懂性;
于是Thompson发明了B语言,但这种语言过于简单,数据无类型。1972年,Ritchie发明了著名的C语言,因此两人把整个系统用C语言重写了。
由于两人的杰出工作,1984年他们获得了ACM图灵奖。;Unix是用高级语言编写的,能够在不同的硬件
平台之间移植,是一种能够在笔记本电脑、PC
机、工作站甚至是巨型机上运行的操作系统;
Unix是现代操作系统的代表,Unix运行时的安全
性、可靠性以及强大的计算能力赢得了广大用户
的信赖,已经成为一种不断发展的、商业化的操
作系统;
Unix获得了广泛的发展:Berkeley大学的BSD系
统(BerkeleySoftwareDistribution)、Tanenbaum
的MINIX系统、LinusTorvalds的Linux系统、
IBM的AIX系统、Sun的Solaris系统等等。;Linux
1970,BellLab,K.Thompson和DennisRitchie,UNIX.早期版本(Version6),在ATT许可下,源码公开;后期版本(=Version7),商业系统;
AndrewS
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