第三章 计算机系统分层结构
第三章 计算机网络体系结构ppt课件
图1 OSI参考模型
最顶层
最底层
.
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
（A）
（P） （S） （T） （N）
（DL） （PH）
通信子网
.
OSI中数据流动过程
用户看到的据流向
向实 际 数 据 流
向实 际 数 据 流
实际数据流向
.
2.3 OSI-RM 各层主要功能概述
1、物理层
2.1 网络体系结构及协议概念
2.1.1 网络体系结构的概念
计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术 中的关键。
计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题。 例如：①支持多种通信介质；②支持多厂商和异种机互 联，其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范；③支 持多种业务，如远程登录、数据库、分布式计算等；④ 支持高级人机接口。
服务数据单元是指（N）实体为完成（N） 服务用户请求的功能所设置的数据单元
.
2.4.3 、服务原语： 在OSI-RM中，上层使用下层的服务，必须通过下
层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
请求：用户要求服务做某项工作
服务原语
指示：用户被告知某事件发生了 响应：用户表示对某事件的响应
确认：用户实体收到关于它的请求答复
● 数据链路层协议分为两类：
● 面向字符型的主要特点是利用已定义好的一组 控制字符完成数据链路控制功能。
● 面向比特型的数据链路层，其规程传送信息的单 位称为帧。帧分为控制帧和信息帧。
.
1、数据链路层的功能
传输链路 传输链路是用于传输数据的通信信道，由双绞线、
光纤、 同轴电缆、微波、卫星通信等构成。 信道分为链路与通路两种：
计算机系统概论第三章
第三章数字逻辑结构在第一章中，我们提到计算机是由数量巨大的非常简单的结构所组成。
例如，Intel的Pentium Ⅳ微处理器，2000年推向市场，是由超过4千2百万个MOS晶体管制造的。
IBM Power PC 750 FX，2002年推出，是由超过3千8百万个MOS晶体管组成。
在本章中，我们将解释MOS晶体管作为逻辑单元的工作原理，如何将这些晶体管连接起来组成逻辑门，以及逻辑门是如何被互相连接起来而组成更大的制造计算机所需的单元。
在第四章，我们将把这些更大的单元连接起来组成计算机。
首先介绍晶体管。
3.1 晶体管今天的大多数计算机，或者说是大多数微处理器（所对应的计算机的核心）是由MOS 晶体管组成的。
MOS是金属氧化物半导体的英文缩写。
关于半导体的电子特性超出了本书的范围，它位于本书所描述的最底层的抽象之下，也就是说，如果晶体管出现差错，我们就受其控制，无法解决该问题了。
不过，也不太可能遇到晶体管出现问题的情况。
在此，我们只需了解MOS晶体管的两种类型：P型和N型。
它们都是进行逻辑运算的，其工作原理与墙上的电开关类似。
图3.1显示了最基本的电子电路，包括电源、一个墙上的开关和一盏灯。
为了让灯发光，电子必须流动；而为了使电子流动，必须存在一个从电源到灯、再回到电源的闭合电路。
通过操作开关可以控制电路的合与开，进而使灯打开或关闭。
我们使用一个N型或P型半导体晶体管来代替开关，控制电路的闭合。
图3.2是一个N 型晶体管的示意图，（a）单独出现的晶体管（b）出现在电路中的晶体管。
注意，在图3.2a 中的晶体管有三个终端，它们分别被称为栅极、源极和漏极，其命名原因不在本书范围之内。
如果N型晶体管的栅极被加以2.9伏电压，从源极到漏极的连接就相当于一段电线。
使用电子术语来说就是：在源极和漏极之间存在一个闭合回路，即导通。
如果N型晶体管的栅极被加以0伏电压，在源极和漏极之间的连接就被断开，在源极和漏极之间存在一个断路，即截止。
第三章计算机网络的层次结构
第3章 计算机网络的层次结构
TCP/IP与OSI/RM的比较 除表现结构上的不同之外，还需要说明几点。 （1）层次性是否严格 OSI/RM最大的贡献在于它作为一种理论模型， 有清晰的层次结构，并且用服务、接口和协议 三个基本概念作为每一层的核心。 TCP/IP是实践中形成的，是经验的总结，虽然T CP/IP模型也分层次，但是层次间的依赖关系不 像OSI/RM那样强。
第3章 计算机网络的层次结构
1.物理层 物理层（Physical Layer）的功能是解决 “物理连接”的标准问题，而不是物理线路的 敷设问题，具体可以有以下3点： 以下3 （1）它建立在传输介质之上，并不考虑传输 介质的具体敷设问题，而只关心介质两端的连 接，或者说它只关心链路两端点的物理特性。
第3章 计算机网络的层次结构 3.3 TCP/IP体系结构
3.3.1 TCP/IP模型 TCP/IP协议是事实上的工业标准 ，其中以TCP、 IP协议为主。 TCP/IP模型共划分了四个层次： 网络接口层、网络层、传输层、应用层。 网络层、传输层是核心层次，向上支持各 种应用，向下要进行数据的传输，加入了网络 接口层。
第3章 计算机网络的层次结构
6. 表示层 表示层处理两个应用实体间数据交换的语法问题， 解决数据交换中存在的数据格式不一致和数据表 示方法不同等问题。
第3章 计算机网络的层次结构
7. 应用层 应用层主要进行应用管理和系统管理，直接 为用户服务，在信息网络用户之间形成一个交换 信息的界面━━用户应用程序，如电子邮件、文 件传输等。简单地说，就是接收用户数据。
第3章 计算机网络的层次结构
（2）可靠性第一还是效率第一 可靠性是指网络正确地传输数据的能力。 OSI/RM以可靠性第一作为其基本宗旨; TCP/IP模型则以效率第一作为其基本宗旨. （3）主机负担重还是通信子网负担重 OSI/RM系统中通信子网负担较重，主机负担较轻， 即OSI/RM对主机的要求不高。 在TCP/IP模型中主机的负担较重。
简述计算机系统的结构
简述计算机系统的结构
计算机系统的结构可以分为以下几个层次：
1. 硬件层：计算机系统的物理设备，包括处理器、内存、硬盘、输入设备和输出设备等。
2. 操作系统层：管理计算机硬件资源的软件，提供文件管理、进程管理、设备管理等基本功能。
3. 应用软件层：运行在操作系统之上的软件，包括办公软件、游戏、浏览器等。
4. 用户界面层：用户与计算机系统交互的接口，包括命令行界面、图形用户界面等。
5. 网络通信层：支持计算机系统之间的通信和数据交换，包括网络协议、通信接口等。
这些层次之间相互协作，共同构成了一个完整的计算机系统。
其中，硬件层是计算机系统的基础，操作系统层是计算机系统的核心，应用软件层是计算机系统
的功能体现，用户界面层是计算机系统与用户之间的桥梁，网络通信层则是计算机系统与外部世界之间的联系纽带。
计算机系统结构前四章知识总结
计算机系统结构前四章知识总结第一章计算机系统结构的基本概念1、层次结构：计算机系统由硬件/器件和软件组成，按功能划分成多级层次结构。
每一级对应一种机器：第0级和第1级是具体实现机器指定功能的中央控制部分；第2级是传统机器语言及其；第3级是操作系统机器；第4级是汇编语言机器；第5级是高级语言机器；第6级是应用语言机器。
2、计算机系统结构：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。
但按照计算机层次结构，不同程序者所看到的计算机有不同的属性。
主要研究软件、硬件功能分配和对软、硬件界面的确定。
3、计算机组成：计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
4、计算机实现：是指计算机组成的物理实现。
5、透明性：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，成为透明性现象。
6、由上往下设计（自上而下设计）：首先确定用户级虚拟机器的基本特征、数据类型和基本命令等，而后再逐级向下设计，直到由硬件执行或解释那级为止。
7、由下往上设计（自下而上设计）：根据硬件技术条件，特别是器件水平，首先把微程序机器级和传统机器研制出来。
在此基础上，再设计操作系统、汇编语言、高级语言等虚拟机器级。
最后设计面向应用的虚拟机器级。
8、系列机：是指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
9、软件兼容：即同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各挡机器，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。
10、兼容机：不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。
11、模拟：是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。
12、仿真：用程序直接解释另一种机器指令系统的方法。
13、虚拟机和宿主机：在A计算机上要实现B计算机的指令系统，通常采用解释方法来完成，即B机器的每一条指令用一段A机器的指令进行解释执行，如同A机器上也有B机器的指令系统一样，A机器称为宿主机，B机器称为虚拟机。
第三章 计算机网络体系结构-基本概念
6.网络体系结构 6.网络体系结构 1 2 3 4 网络体系结构的概念 网络体系结构的功能 网络体系结构的特点 网络体系结构的种类
网络体系结构的概念
计算机网络各层,对等进程通信的协议的集合称 计算机网络的体系结构(architecture) 为计算机网络的体系结构 (architecture) 计算机网络的体系结构 (architecture),它是 计算机网络及其部件所应完成功能的比较精确的 定义.从功能的角度描述计算机网络的结构. 体系结构只定义网络及其部件通过协议应当完成 的功能,不定义协议的实现细节和各层协议之间 的接口关系.
语法(Syntax):规定通信双方"如何讲",
3. 1
基本概念
2. 协议的分层结构
(1)协议分层结构 协议分层结构的思想是用一个模块的集合来完成 协议分层结构的思想是用一个模块的集合来完成 不同的通信功能,以简化设计的复杂性. 不同的通信功能,以简化设计的复杂性.大多数的 网络都按照层或级的方式来组织, 网络都按照层或级的方式来组织,每一层完成特定 的功能,每一层都建立在它的下层之上. 的功能,每一层都建立在它的下层之上.
网络协议的重要性: 网络协议的重要性:
没有协议就没有网络,每一种计算机网络都有 一套协议支持着.由于计算机网络的种类多,所以 协议的种类也很多. 所有协议的目的和功能是一样的,都是保证网 络上的信息能畅通无阻,准确无误地传输到目的地.
3. 1
基本概念
什么是网络协议? 什么是网络协议?
网络协议就是使计算机网络能协同工作实现信息 就是使计算机网络能协同工作实现信息
计算机网络应用技术
第3章 计算机网络体系结构
本章要点
了解网络体系结构分类,功能特点. 了解网络体系结构分类,功能特点. 掌握OSI参考模型的结构和各层功能. 掌握OSI参考模型的结构和各层功能. OSI参考模型的结构和各层功能 掌握TCP/IP体系结构的层次和功能. 掌握TCP/IP体系结构的层次和功能. TCP/IP体系结构的层次和功能 掌握IP地址管理和子网划分的方法. 掌握IP地址管理和子网划分的方法. IP地址管理和子网划分的方法
计算机系统层次结构
开发和运行程序需什么支撑？
• 最早的程序开发很简单（怎样简单？） – 直接输入指令和数据，启动后把第一条指令地址送PC开始执行 • 用高级语言开发程序需要复杂的支撑环境（怎样的环境？） – 需要编辑器编写源程序 – 需要一套翻译转换软件处理各类源程序 • 编译方式：预处理程序、编译器、汇编器、链接器
应用程序 指令集体系结构 计算机硬件
应用程序
汇编程序
操作系统 指令集体系结构 计算机硬件
现代（传统）计算机系统的层次
• 现代计算机用高级语言编程
第三代程序设计语言（3GL）为过程式 语言，编码时需要描述实现过程，即“ 如何做”。
应用程序 语言处理系统 操作系统 指令集体系结构
计算机硬件 第四代程序设计语言（4GL） 为非过程 化语言，编码时只需说明“做什么”， 不需要描述具体算法实现细节。 语言处理系统包括：各种语 言处理程序（如编译、汇编、 可以看出：语言的发展是一 链接）、运行时系统（如库 个不断“抽象”的过程，因 函数，调试、优化等功能）
ISA是计算机 组成的抽象
功能转换：上层是下层的抽象，下层是上层的实现 底层为上层提供支撑环境！
计算机系统的不同用户
最终用户工作在由应用程序提供的最上面的抽象层 系统管理员工作在由操作系统提供的抽象层 应用程序员工作在由语言处理系统（主要有编译器和汇编器）的抽象层 语言处理系统建立在操作系统之上 系统程序员（实现系统软件）工作在ISA层次，必须对ISA非常了解 编译器和汇编器的目标程序由机器级代码组成 操作系统通过指令直接对硬件进行编程控制 ISA是对硬件 ISA处于软件和硬件的交界面（接口） 的抽象
所有软件功 能都建立在 ISA之上
ISA是最重要的层次！ 那么，什么是ISA呢？
计算机系统的多级层次结构
计算机系统的多级层次结构计算机系统是由硬件和软件两部分组成的，硬件指的是计算机的物理部分，包括计算机主机、外围设备等；而软件指的是计算机内部的程序和指令，包括操作系统、应用软件等。
为了使计算机系统运行更加高效，计算机系统被设计成了多级层次结构。
第一层次：硬件层次。
这一层次是计算机系统最底层的结构，包括计算机主机、外围设备等。
计算机主机是计算机的核心，它包括中央处理器、内存、硬盘、显卡等，负责处理所有的数据和指令。
外围设备包括键盘、鼠标、打印机等，用来向计算机主机输入或输出数据。
第二层次：操作系统层次。
操作系统是计算机系统的核心软件，它控制着计算机的所有硬件和软件资源。
操作系统有多种类型，如Windows、Linux、Unix等，它们对用户和软件提供了接口，让用户和软件可以与计算机进行交互和操作。
第三层次：高级语言层次。
高级语言是计算机程序员用来编写程序和指令的语言，如Java、C++、Python等。
高级语言比机器语言和汇编语言更加容易理解和编写，程序员使用高级语言编写程序，然后将程序交给编译器转换成机器语言。
第四层次：应用程序层次。
这一层次包括各种各样的应用软件，如文字处理软件、图像处理软件、音视频播放软件等。
应用软件是用户可以直接使用的软件，用户可以利用它们完成各种各样的任务。
在多级层次结构中，每个层次都依赖于下一层次的结构，同时也提供接口供下一层次进行调用。
这样设计的目的是使计算机的各个部分能够协同工作，从而实现更加高效和稳定的计算机系统运行。
总之，计算机系统的多级层次结构是将各个部分有机地联系在一起，是计算机系统能够高效、稳定地运行的重要保障。
在计算机系统的发展过程中，多级层次结构不断完善和改进，带来了更加稳定、高效的计算机系统。
计算机组成原理分层结构
计算机组成原理分层结构
计算机组成原理可以分为五层结构，从上至下分别是应用程序层、操作系统层、高级语言层、汇编语言层和硬件系统层。
应用程序层是最上层，即我们使用的各种软件应用程序，如浏览器、办公软件、游戏等。
操作系统层是直接管理计算机硬件资源的层次，包括了操作系统内核和系统服务程序，负责管理计算机的进程、内存、存储、输入输出等硬件资源。
高级语言层是编程语言的高层次表示，如C、Java等，将程序员编写的高级语言程序转换成汇编语言程序。
汇编语言层是将汇编语言程序转换成机器语言程序的层次，可以通过汇编器将汇编语言翻译成机器语言指令，此时程序已经可以在计算机上运行。
硬件系统层是计算机的最底层，包括了计算机内部各部件的组成和工作原理，涵盖了硬件电路、控制器、系统总线等。
计算机系统层次结构
计算机系统层次结构
计算机系统由硬件和软件两大部分所构成，而如果按功能再细分，可分为7层（如图所示）。
第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。
第一级是微程序级。
这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序，一般是直接由硬件直接执行的。
第二级是传统机器级，这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。
第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。
第四级是汇编语言级，这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。
第五级是高级语言级，这集的机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。
第六级是应用语言级，这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。
把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的工作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作用。
1/ 1。
计算机体系结构
计算机体系结构
计算机体系结构是指计算机系统中由硬件和软件组成的总体架构，它是计算机系统结构的核心。
其组成部分有如下：
一、中央处理单元(CPU)：
CPU是计算机系统的核心单元，它负责执行程序指令、执行运算、管理程序的运行等功能。
CPU可以分为两个部分，一部分是控制单元，另一部分是运算单元。
控制单元负责管理指令的执行，运算单元负责计算和记录数据。
二、主存储器：
主存储器是计算机内部最重要的一部分，它把程序和数据存储在一个可以轻易访问的位置。
主存储器中存储的数据和指令会被CPU提取，然后被执行。
三、输入设备：
输入设备是将外部信息传入到计算机系统中的设备，它可以帮助用户将文字、图片、声音、视频等信息输入到计算机系统中。
常见的输入设备有鼠标、键盘、扫描仪、摄像头等。
四、输出设备：
输出设备是将计算机中处理后的结果传送到外部的设备，它可以帮助用户将文字、图片、声音、视频等信息输出到外部。
常见的输出设备有显示器、打印机、喇叭等。
五、存储设备：
存储设备是一个用于存储数据或信息的设备，它能够在计算机系统和外部之间进行数据的传输，以便保存和备份数据。
常见的存储设备有U盘、硬盘、闪存盘等。
六、网络设备：
网络设备是一种连接计算机网络的电子设备，它可以帮助构建和维护网络。
由于网络设备可以提高网络的可靠性和安全性，所以它也被称为“神奇的桥梁”。
常见的网络设备有路由器、交换机、集线器等。
计算机体系结构是一种复杂而完备的系统架构，它具有功能完善、稳定可靠、计算能力强等特点。
以上就是计算机体系结构的主要组成部分。
说明计算机系统的层次结构
说明计算机系统的层次结构
计算机系统的层次结构是指计算机硬件和软件组成的层次化结构。
计算机系统的层次结构从低到高分为五层：物理层、数字逻辑层、微程序层、指令集体系结构层和操作系统层。
物理层是计算机系统的最底层，它包括了计算机硬件的各种组件，如CPU、内存、硬盘、显示器等。
数字逻辑层是物理层之上的一层，它包括了计算机中的各种数字逻辑电路，如门电路、寄存器、计数器等。
数字逻辑层的主要任务是对物理层的硬件进行控制和管理，以实现计算机指令的执行。
微程序层是数字逻辑层之上的一层，它是计算机指令执行的关键。
在微程序层中，指令被翻译成微指令，然后在控制单元中执行。
微程序层对于指令执行的速度和灵活性起着至关重要的作用。
指令集体系结构层是微程序层之上的一层，它是计算机指令集的抽象层次。
在这一层中，计算机指令的操作码、寄存器等被规定。
指令集体系结构层决定了计算机的指令集和寻址方式等重要特性。
操作系统层是计算机系统的最高层，它是计算机系统的管理者。
操作系统层包括了各种系统软件，如操作系统、驱动程序、应用软件等。
操作系统层负责管理计算机的各种资源，如内存、CPU、输入输出设备等，为用户提供方便的计算环境。
总之，计算机系统的层次结构是一个由低到高、层层递进的结构，每一层都承担着不同的任务和职责。
只有各个层次之间的紧密协作和相互配合，才能使计算机系统正常运行。
计算机体系结构
第一章1、计算机系统多级层次结构从高到低：（6级）应用程序计算机、高级语言、汇编语言、操作系统、机器语言、微机程序控制、（0级）硬联逻辑计算机。
第0级由硬件实现，第1级由微程序（固件）实现，2—6级机器由软件实现。
2、透明性现象：一种本来存在的有差异的事物或属性，从某种角度来看似乎不再存在。
3、计算机组成是计算机系统的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。
4、计算机系统结构是计算机系统的软、硬件的界面；系统结构、组成和实现所包含的具体内容第随不同机器而变化的，且三者之间的界限越来越模糊。
5、系统结构分类①按“流”分：SISD单指令流单数据流，SIMD单指令流多数据流，MISD多指令流单数据流，MIMD多指令流多数据流。
Flynn分类法：按指令流（机器执行的指令序列）和数据流（指令流调用的数据序列，include输入数据和中间结果）的多倍性（指在系统最受限制的原件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数）概念进行分类。
缺点：对于标量及向量流水计算机应属于哪一类系统，不是很明确。
②按“并行级”和“流水线”分类：程序控制部件PCU的个数是K，算术逻辑部件ALU/处理部件PE的个数是d，每个ALU包含基本逻辑线路ELC 的套数是w。
T系统型号=（k，d，w）。
③按“并行度”分类：WSBS字串位串，WPBS字并位串，WSBP字串位并，WPBP字并位并。
6、*Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高取决于这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例。
实际上定义了加快某部分功能处理后，整个系统所获得的性能改进或执行时间的加速比的大小。
加速比与两个因素有关：一是计算机执行某个人物的总时间中可被改进部分的时间所占的百分比，Fe=可改进部分占用的时间/改进前整个任务的执行时间，它总小于1；二是改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高倍数，Se=改进前改进部分的执行时间/改进后改进部分的执行时间，它总大于1。
计算机系统结构(ComputerArchitecture)
02 中央处理器(CPU)
CPU的基本组成
运算器
执行算术和逻辑运算操作，处理数据。
寄存器
存储数据和指令，提供快速访问。
控制器
控制计算机各部件协调工作，发出控制信号。
指令集
一组指令集合，用于实现计算机的基本操作。
CPU的主要功能
数据处理
执行算术和逻辑运算，处理数据。
指令执行
解释和执行程序中的指令。
通道方式：通过独立的通道处 理输入输出操作，提高系统的 效率。
I/O设备的发展趋势
高速化
提高设备的传输速度，满足大数据处理的需 求。
智能化
设备具有更高的自主性和智能性，能够自动 完成更多的任务。
网络化
设备通过多个设备共享物理设备 的资源，提高设备的利用率。
CPU的发展趋势
多核化
通过增加核心数量提高处理能力。
并行化
采用多线程、多进程等技术提高并行 处理能力。
微处理器定制化
根据特定应用需求定制处理器。
节能环保
降低功耗，提高能效比，实现绿色计 算。
03 存储器系统
存储器的基本组成
数据存储单元
用于存储二进制数据，通常由晶体管组成。
地址存储单元
用于存储存储单元的地址，通过地址码来识别存 储单元。
计算机系统结构 (computerarchitecture)
contents
目录
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 计算机系统结构的发展趋势
01 计算机系统概述
计算机系统的基本组成
01
02
03
硬件
包括中央处理器、存储器、 输入输出设备等，是计算 机系统的物理基础。
大学计算机第3章 操作系统基础知识
5/82
第三章 操作系统基础知识
单道批处理系统 作业成批进入系统，但完成一个 作业后才选择另一个作业。 用
户 结 果
机
作
磁带 作 入
读卡机 机
输入磁带
监 督 程 序 机 操作系统
输 磁带
机 入磁带
机
作
作
机
第三章 操作系统基础知识
任一时刻只允许 只允许一个程序 单道批处理系统: 任一时刻只允许一个程序 在系统中执行。 在系统中执行。一个程序执行结束后才能执行 下一个程序。 下一个程序。
吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章操作系统基础知识982多道批处理系统批处理系统多道程序设计技术多道批处理操作系统输出机输入机作业1作业2作业n输入井结果1结果2结果k输出井内存cpu进程1进程2进程n主机后备队列内存中有多个进程交替运行算法作业预先在外存中排成后备队列由作业调度程序从后备队列中选若干个作业装入内存交替运行
吉林大学公共计算机教学与研究中心制作
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第三章 操作系统基础知识
3.1.2 常见操作系统简介
DOS操作系统 1. DOS操作系统 DOS 是 磁 盘 操 作 系 统 (Disk Operating ystem)，是一种单用户 单任务的微型机操 单用户、 System) ， 是一种 单用户 、 单任务 的微型机操 作系统。 作系统。 主要功能：命令处理、文件管理和设备管 主要功能：命令处理、文件管理和 理。 主要特点：系统开销小 运行效率高 开销小, 效率高, 主要特点 ： 系统 开销小 , 运行 效率高 , 但 资源管理功能简单 字符型用户界面, 功能简单， 资源管理功能简单，字符型用户界面, 操作不 太方便。 太方便。
计算机系统的层次结构
第一章 概 论
５.网络操作系统（Ｎｅｔｗｏｒｋ ＯＳ）
网络操作系统除了具有基本类型操作系统中所应具备的 管理功能和服务功能外，还具有网络管理和服务功能，这主 要包括：①网络资源共享，系统提供资源共享操作供节点计 算机用户或作业方便地使用本地的或远地的其它节点计算机 上的可共享资源。②网络通信，不同节点计算机的用户或作 业可以相互交换信息，系统提供文件传输和电子邮件服务， 一个文件可以被传输到其它节点计算机上，以方便文件共享， 用户也可以发送一份电子邮件给其它节点计算机用户或接受 其他节点计算机用户发来的电子邮件，就像打电话一样方便。 ③作业迁移，一个作业可以从一个节点计算机上迁移到其他 工作负荷较轻或适宜于处理该作业的节点计算机上运行。
第一章 概 论
① 作业标识语句ＪＯＢ。ＪＯＢ标识一个作业的开始， 它作为作业卡片迭的第一张。
∥ＪＯＢ ｊｏｂｎａｍｅ ［ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ］ 其中： ∥
ｊｏｂｎａｍｅ为作业名，由字母打头的１～８个字 符；
parameters是可选参数，它可以是帐号、用户名、作 业优先数、作业运行的估计时间等。
第一章 概 论
第一章 概 论
多道程序系统的实现需要硬件和软件的共同支持。在硬件 技术中主要引入了中*断和通道。所谓中断，从概念上说是指 意外事件或异步事件对ＣＰＵ的打断。意*外事件如电源掉电 或硬件故障，异步事件则是无一定时序关系的随机事件，例* 如外部设备完成Ｉ／Ｏ传输，用户通过终端发出命令请求等。 一旦意外事件或*异步事件发生，中断部件便向ＣＰＵ发出中 断请求，暂停ＣＰＵ的当前工作。*通道则是一种专门用于控 制外部设备的简单处理机，亦称Ｉ／Ｏ处理机，它联*接着主 机和外设，具有向内存直接存取数据的能力。作为处理机， 它执行专门*的通道指令，并可独立于ＣＰＵ，与ＣＰＵ同时 工作。当现行程序需要Ｉ／Ｏ*传输时，ＣＰＵ只要命令通道 去完成就行了，同时ＣＰＵ可以继续执行现行程*序的后续工 作或执行其它程序。
计算机系统的层次结构38页PPT
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
计算机系统结构图
硬 件 系 统 主机 存储系统 外部设备
运算器(产生控制信号,控制整个计算机工作) 控制器(执行算术运算和逻辑运算)
只读存储器(ROM) 随机存取存储器(RAM)
输入设备(鼠标、键盘、扫描仪、手写板、数码相机等) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、音箱等) 外存储器(硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘、移动存储设备等)
运算器
存储器
装在主板上
内存储器 硬盘驱动器 软盘驱动器 外存储器 光盘驱动器 U盘及其它移动设备 ……
装 在 主 机 箱 相机等 显示器、打印机、绘图仪、音箱等
微机硬件系统逻辑结构与物理部件对应简图
操作系统
计 算 机 系 统
软 件 系 统
系统软件
DOS操作系统 Windows操作系统 网络操作系统(UNIX，Linux)
编译程序 解释程序 汇编程序
语言处理程序 数据库管理系统 …… 文字处理程序 图形处理软件 多媒体处理软件 财务软件 辅助设计软件 ……
应用软件
——计算机系统组成原理简图
控制器 CPU
计算机系统结构自考笔记
计算机系统结构自考笔记一、计算机系统结构概述。
1. 计算机系统的层次结构。
- 从底层到高层：硬件、操作系统、系统软件、应用软件。
- 各层次的功能及相互关系。
例如，硬件为软件提供运行平台，软件控制硬件资源的使用等。
2. 计算机系统结构的定义。
- 经典定义：程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
- 包括指令系统、数据类型、寻址技术、I/O机制等方面的属性。
3. 计算机系统结构的分类。
- 按指令流和数据流的多倍性分类。
- 单指令流单数据流（SISD）：传统的单处理器计算机。
- 单指令流多数据流（SIMD）：如阵列处理机，适合进行数据并行处理。
- 多指令流单数据流（MISD）：较少见的结构。
- 多指令流多数据流（MIMD）：多处理器系统，如对称多处理机（SMP）。
- 按存储程序原理分类。
- 冯·诺依曼结构：程序和数据存储在同一存储器中，按地址访问。
- 哈佛结构：程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的地址空间。
二、数据表示与指令系统。
1. 数据表示。
- 数据类型。
- 数值型数据（整数、浮点数）：不同的表示格式，如定点数的原码、反码、补码表示；浮点数的IEEE 754标准表示。
- 非数值型数据（字符、字符串、逻辑数据等）。
- 数据的存储方式。
- 大端存储与小端存储：大端存储是高位字节存于低地址，小端存储是低位字节存于低地址。
2. 指令系统。
- 指令格式。
- 操作码：表示指令的操作类型，如加法、减法等操作。
- 地址码：指出操作数的地址或操作数本身。
有零地址、一地址、二地址、三地址等指令格式，每种格式的特点及适用场景。
- 指令类型。
- 数据传送指令：在寄存器、存储器等之间传送数据。
- 算术运算指令：加、减、乘、除等运算。
- 逻辑运算指令：与、或、非等逻辑操作。
- 控制转移指令：如无条件转移、条件转移、子程序调用与返回等，用于改变程序的执行顺序。
三、存储系统。
1. 存储器层次结构。
- 高速缓冲存储器（Cache） - 主存储器 - 辅助存储器的层次结构。
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PF
CF
奇偶（偶/奇）
进位（是/否）
PE
CY
PO
NC
3．总线
所谓总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路， 它分时接收各部件送来的信息，并发送信息到有关部件。
由于多个部件连接在一组公共总线上，可能会出现多个部件争 用总线，因此需设置总线控制逻辑以解决总线控制权的有关问题。
总线分类:
CPU内部总线用来连接CPU内的各寄存器与ALU ; 系统总线用来连接CPU、主存储器与I/O接口，它通常包括 三组：数据总线、地址总线和控制总线。 按总线传送的方向可将总线分为单向总线和双向总线。
CPU是计算机的核心组成部分
3.1.1
CPU的组成
• 由算术逻辑部件ALU 、控制器、各种寄存器（寄 存器群）和CPU内部总线（连接部件） • 另：Cache
•
1．ALU部件
ALU的功能是实现数据的算术与逻辑运算 两个输入端口，参加运算的两个操作数，通常 来自CPU中的通用寄存器或ALU总线。 控制信号：ADD,SUB,OR,AND等 输出：运算结果
时序控制方式就是指微操作与时序信号之间采取何种关系，
它不仅直接决定时序信号的产生，也影响到控制器及其他部件的组 成，以及指令的执行速度。
1．同步控制方式
同步控制方式是指各项操作由统一的时序信号进行同步控制。 同步控制的基本特征是将操作时间分为若干长度相同的时钟 周期（也称为节拍），要求在一个或几个时钟周期内完成各个微 操作。在CPU内部通常是采用同步控制方式 。 同步控制方式的优点是时序关系简单，结构上易于集中，相应 的设计和实现比较方便。
计算机系统结构
系统的层次结构
★★
5层
翻译(编译器)
1.4~ 系 统结构
面向问题语言层
4层
汇编语言层
翻译(汇编器)
面向用户的语言 符号化的机器语言 机器与人的界面 硬件--- 机器语言 硬件/固件(微程序)
3层
操作系统层
部分解释(操作系统)
2层
指令系统层
微体系结构层
直接执行/解释(微程序)
1层
第3章
（2）多组内总线结构（单向）
采用三总线结构的CPU数据通路
为了提高CPU的工作速度，一种方法是在CPU内部设置多组内总 线，使几个数据传送操作能够同时进行，即实现部分并行操作。
B U S（总线）
DRin DRout
DR
R0in R0out ARin
IRin
IRout IR A码
PSW ADD SUB AND OR
1．指令的分段执行过程
任何一条指令的执行都要经过读取指令、分析指令和执行指 令3个阶段。
（1）取指令 （2）分析指令 （3）执行指令 执行阶段还可细分为:
① 取操作数 ② 执行操作 ③ 形成下一条指令地址
此外，CPU还应该对运行过程中出现的某些异常情况 或输入/输出请求进行处理 。
模型机数据通路结构图
2．指令之间的衔接方式
指令之间的衔接方式有两种：串行的顺序安排方式与并行的 重叠处理方式。
3.1.3
时序控制方式
执行一条指令的过程可分为几个阶段，而每一阶段又分为若干 步基本操作，每一步操作则由控制器产生一些相应的控制信号实现。 因此，每条指令都可分解为一个控制信号序列，指令的执行过程就 是依次执行一个确定的控制信号序列的过程。
(2)暂存器暂存从主存储器读出的数据 ,暂 存器没有寄存器号，因此不能直接编程访 问它们，是透明的。（ALU的两个输入） （3）指令寄存器IR（Instruction Register） 用来存放当前正在执行的一条指令。执行 指令时，需根据PC中的指令地址从主存读 取指令送到IR中。 （4）程序计数器PC（Program Counter） 存放当前或下一条指令在主存中的地址， 因此又称为指令计数器或指令指针 IP（Instruction Pointer）。
移位器
R0 R1
R1in R1out
AR
ARout
ALU
AC Y
PCin PC
PCout
C码
ACin Yin
Rn
Rnin 红色箭头 是微命令 Rnout CS
R/ W
CU
部的 结构示意图
微命令序列(微指令)
3.1.2
指令执行过程
CPU的主要功能就是执行存放在存储器中的指令序列，即 程序。
4．CPU内部数据通路
CPU内部寄存器及ALU之间通常用总线方式传送数据信息。介绍 两种常见的结构。
（1）单总线数据通路结构（双向）
采用单总线结构的CPU数据通路
CPU数据通路结构只采用一组内总线，它是双向总线。通用 寄存器组、其他寄存器和ALU均连在这组内总线上。 CPU内各寄存器间的数据传送必须通过内总线进行，ALU通过内 总线得到操作数，其运算结果也经内总线输出。
微体系结构层—CPU组织
在微体系结构层 ，是从寄存器级分析 CPU的 结构和功能。
本章主要内容： CPU的基本组成和功能 算术逻辑部件ALU和运算方法 CPU模型机 组合逻辑控制器原理
微程序控制器原理
. 学习目的和要求： 认识CPU在计算机中的位置； 要求掌握CPU与各个部分的协调工作原理；
2.寄存器 • CPU 中的寄存器包括存放控制信息的寄存器， 如指令寄存器(IR)、程序计数器(PC)和状态 字寄存器(FR)；以及存放所处理数据的寄存 器，如通用寄存器和暂存器。 (1)通用寄存器本身在逻辑上只具有接收信 息、存储信息和发送信息的功能。可为ALU提 供操作数并存放运算结果(MUL,DIV)，也可用 作变址寄存器(SI,DI)、地址指针和计数器 (CX)等。
. 重点：整机构成,三级时序,两类控制器； . 难点：运算器, 微程序控制和设计。
第5章CPU
3.1 CPU（Central Process Unit） 的组成和功能
3.1.CPU的组成和功能
计算机的工作就是不断执行指令序列的过程。 CPU的主要功能是从主存储器中取出指令、 分析指令和执行指令，即按指令控制计算机各部件 操作，并对数据进行处理。
（5）状态寄存器存放当前程序的运行状态和 工作方式，其内容称为程序状态字PSW （Program State Word），PSW是参与 控制程序执行的重要依据。(P144)
标志位的值
标志名 OF DF IF SF ZF AF 溢出（是/否） 方向（增量/ 减量） 中断（允许/关闭） 符号（正/负） 零（是/否） 辅助进位（是/否） 标志为1 OV DN EI NG ZR AC 标志为0 NV UP DI PL NZ NA