计算机操作系统.pdf

自定义数据表示包括标识符数据表示和数据描述符两类。任何时候都只是“执行k”与“分析k+1"重叠。就是说，即使“分析k+1”比“执行k"提前结束，“执行k+1”也不紧接在“分析k+1”之后与“执行k”重叠进行；同样,即使“执行k"比“分析k+1"提前结束，“分析k+2”也不紧接在“执行k”之后与“分析k+1"重叠进行。称这种指令分析部件和指令执行部件在任何时候都只有相邻的两条指令在重叠解释的方式为“一次重叠”。“一次重叠”的好处是节省硬件,计算机内指令分析部件和指令执行部件均只需一套,也简化了控制。 计算机操作系统是计算机科学的核心组成部分，它管理并协调计算机硬件和软件资源，提供公共服务给应用程序。在计算机系统的层次结构中，固件和虚拟机翻译技术扮演着关键角色，它们实现了低级到高级的转换，使软件能在不同的硬件平台上运行。计算机系统结构、组成和实现涉及到如何在硬件和软件之间分配功能，这通常依赖于Amdahl定律，该定律描述了系统性能改进的可能性和限制。 数据表示是操作系统中的重要一环。自定义数据表示允许程序员根据需求定义数据类型，简化指令系统和编程，同时便于一致性校验和硬件的数据类型转换。例如，向量、数组和堆栈数据表示则支持高效处理大量数据。浮点数的表示则涉及到尾数的基规格化和下溢处理，这对于科学计算至关重要。 寻址方式和指令系统是操作系统硬件层面的基础。程序在主内存中的定位技术通过寻址方式得以实现，而指令系统的设计和优化直接影响到计算机的执行效率。CISC（复杂指令集计算机）虽然功能强大，但可能导致设计复杂和执行缓慢。相比之下，RISC（精简指令集计算机）通过简化指令集提高了执行速度和效率。 存储、中断、总线和I/O系统构成了操作系统与硬件交互的关键组件。并行主存系统通过提高存储效率来提升整体性能。中断系统允许计算机对突发事件做出响应，中断源可以是硬件或软件。总线系统则负责不同组件间的通信，同步和异步通信方式确保了信息传输的可靠性。I/O系统中，通道和不同类型的通道技术如字节多路和数组多路，负责数据的输入输出。 存储体系包括虚拟存储器和高速缓存（Cache）。虚拟存储器通过页式、段式或段页式管理，解决了物理内存有限的问题。替换算法如FIFO、LRU和PFF算法用于优化空间利用率。Cache存储器则通过预取算法提高访问速度，三级存储体系（物理地址Cache、虚地址Cache和全Cache）进一步完善了存储架构。 在处理机设计方面，标量处理机采用重叠方式和流水线技术提高效率，如一次重叠方法减少了硬件需求。流水线分为标量和向量两种，其中向量处理机和阵列处理机通过向量流水处理和SIMD（单指令多数据）技术，实现了数据并行处理，以提升大规模计算的性能。脉动阵列处理机则是阵列处理机的一种形式，其结构特点限制了应用范围，但可以通过改进设计来增加通用性。 多处理机系统包括紧耦合和松耦合结构，它们通过不同的互连网络实现处理器间的通信和并行计算。这些多处理机系统的设计目标是优化资源利用，提高系统整体性能和可靠性。 计算机操作系统是一个复杂的系统，涵盖了从硬件设计到软件优化的多个层面，涉及数据表示、指令系统、存储管理、处理机架构以及多处理器并行计算等多个关键知识点。理解并掌握这些内容对于理解和设计高效、可靠的计算机系统至关重要。