计算机系统概论计算机系统电子数字计算机,是一种能够自行按照已设定的程序进行数据处理的电子设备,是软件与硬件相结合、面向系统、侧重应用的自动化求解工具,计算机技术迅猛发展,从科学计算、数据处理等应用领域,迅速扩展到实时控制、辅助设计、智能模拟等诸多领域,今天计算机无所不在,深入社会生活的各个领域,深深改变了当今人类社会的组织行为 计算机系统的组成计算机系统包括硬件子系统和软件子系统;硬件是指借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合,是系统工作的实体,硬件系统有 CPU,主存储器,I/O 控制系统,外围设备;软件是指各种程序和文件,用于指挥计算机系统按指定的要求进行协同工作,包括系统软件、支撑软件和应用软件,关键系统软件是指操作系统与语言处理程序 计算机硬件系统计算机硬件系统的组成:
存储程序计算机冯·诺伊曼等人在1946年总结并明确提出,被称为冯·诺伊曼计算机模型,存储程序计算机在体系结构上主要特点有:以运算单元为中心,控制流由指令流产生,采用存储程序原理,面向主存组织数据流,主存是按地址访问、线性编址的空间,指令由操作码和地址码组成,数据以二进制编码 当今计算机硬件的经典结构和主流组织方式 总线及其组成总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是CPU、内存、输入输出设备传递信息的公用通道,计算机的各个部件通过总线相连接,外围设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统,按照所传输的信息种类,总线包括一组控制线、一组数据线和一组地址线 总线的类型
中央处理器(CPU)中央处理器是计算机的运算核心(Core)和控制单元(ControlUnit),主要包括:
处理器与寄存器存储器的组织层次外围设备及其控制设备类型包括有:输入设备,输出设备,存储设备和机机通信设备 设备控制方式有:
计算机软件系统计算机软件系统的组成系统软件包括:操作系统、实用程序、语言处理程序、数据库管理系统,其中操作系统实施对各种软硬件资源的管理控制,实用程序为方便用户所设,如文本编辑等,语言处理程序把用汇编语言/高级语言编写的程序,翻译成可执行的机器语言程序 支撑软件有接口软件、工具软件、环境数据库,支持用户使用计算机的环境,提供开发工具,支撑软件也可认为是系统软件的一部分 应用软件是用户按其需要自行编写的专用程序 计算机系统视图软件开发的不同层次
计算机程序的执行过程计算机操作技术的发展计算机的手工操作问题:手工操作速度与电子计算速度不匹配 装入程序的引进
引入高级语言后的计算机控制 简单批处理系统的操作控制引入作业控制语言,用户编写作业说明书,描述对一次计算机求解(作业)的控制,操作员控制计算机成批输入作业,成批执行作业,这一方式明显缩短了手工操作的时间,提高了计算机系统利用率,这一阶段,磁带的出现,使得卡片与纸带等机械输入方式得以进一步提高 操作系统与自动化操作控制电子计算速度与机械I/O速度的矛盾:你在输,我在等,在程序执行过程中能否同时输入作业,重叠时间,需要多道程序同时执行,程序切换需要高速的外存储设备,磁盘设备出现:计算机操作系统浓墨登场,实现了计算机系统的自动化控制 计算机操作系统操作系统的概念操作系统(OperatingSystem),简称OS,是计算机系统最基础的系统软件,管理软硬件资源、控制程序执行,改善人机界面,合理组织计算机工作流程,为用户使用计算机提供良好运行环境,简而言之,操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统程序集合. 从用户角度看,OS管理计算机系统的各种资源,扩充硬件的功能,控制程序的执行,从人机交互看,OS是用户与机器的接口,提供良好的人机界面,方便用户使用计算机,在整个计算机系统中具有承上启下的地位,从系统结构看,OS是一个大型软件系统,其功能复杂,体系庞大,采用层次式、模块化的程序结构 操作系统的组成
操作系统的类型
资源管理计算机系统的资源硬件资源:处理器、内存、外设 信息资源:数据、程序 管理计算机系统的软硬件资源:
屏蔽资源使用的底层细节驱动程序:最底层的、直接控制和监视各类硬件(或文件)资源的部分,职责是隐藏底层硬件的具体细节,并向其他部分提供一个抽象的、通用的接口,比如说:打印一段文字或一个文件,既不需知道文件信息存储在硬盘上的细节,也不必知道具体打印机类型和控制细节 资源的共享与分配方式
程序控制多道程序同时计算CPU速度与I/O速度不匹配的矛盾,非常突出,只有让多道程序同时进入内存争抢CPU运行,才可以够使得CPU和外围设备充分并行,从而提高计算机系统的使用效率 多道程序同时计算的宏观分析甲、乙两道程序,独占计算机单道运行时均需1小时,占用CPU时间18分钟,CPU利用率为30%,按多道程序设计方法同时运行,CPU利用率50%,由于要提供36分钟的CPU时间,大约运行72分钟。考虑到OS调度开销,实际花费时间还要长些,如80分钟,就处理两道作业而言,提高效率33%,就单道作业而言,延长执行时间20分钟,即延长了33%的时间 多道程序设计及优点多道程序设计:指让多个程序同时进入计算机的主存储器进行计算 多道程序设计的特点:
多道程序系统的实现
多道程序系统的实现要点
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