2019最新第二讲操作系统的硬件环境化学
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操作系统二章课件ppt课件
文件目录管理
文件控制块（FCB）：为了能对一个 文件进行正确的存取，必须为文件设 置用于描述和控制文件的数据结构， 称之为“文件控制块（FCB）”。文 件管理程序可借助于文件控制块中的 信息对文件进行各种操作。
索引结点：在检索目录文件的过程中 ，只用到了文件名，仅当找到一个目 录项（查找文件名与目录项中文件名 匹配）时，才需要从该目录项中读出 该文件的物理地址。也就是说，在检 索目录时不需要用到其他那些对该文 件进行描述的信息，而只有在检索到 某一目录项时，系统才需要从该目录 项中读出该文件的物理地址和文件的 属性。
链接分配
这是按单个物理块逐个进行的。每个物理块中（一般是最后一个单元）设有一个指针，指 向其后续连接的下一个物理块的地址，从而使得存放同一文件的物理块链接成一个链表。
索引分配
这是另一种对文件存储不连续分配的方法。系统为每个文件建立一张索引表，索引表中的 每一表项指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。
多处理器操作系统与并行计算
多处理器操作系统的基本 概念
并行计算的基本概念和技 术
多处理器操作系统的调度 和同步
并行算法的设计和实现
THANKS。
设备控制器向CPU发出中断请求
中断响应
CPU响应中断，保存现场，转入中断处理程序
中断处理与设备驱动程序
中断处理
处理中断事件，如读/写数据、状态处理等
中断返回
恢复现场，继续执行原程序
中断处理与设备驱动程序
设备驱动程序的功能
对设备控制器进行编程，实现I/O操作
设备驱动程序的层次结构
与设备无关的操作系统软件、设备驱动程序接口、设备驱动程序实现
微内核与宏内核的比较
微内核操作系统的优点 和缺点
2019精品计算机组成与系统结构化学
2019年9月2日星期一
网络教育学院
11
2．有效性
• 有效性是指利用指令系统提供的指令而编 写的程序能够高效率地运行
• 高效率主要表现在程序占据存储空间小， 执行速度快
• 通常，一个功能完善的指令系统必定有很 好的有效性
2019年9月2日星期一
网络教育学院
12
3．规整性
• 规整性是指指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据 格式的一致性
• 其数学含义为 （A1）OP（A2）→ A1
式中， • 两个地址码字段A1和A2分别指明参与操作的两个数在主存
或通用寄存器中的地址 • 地址A1兼做存放操作结果的地址
2019年9月2日星期一
网络教育学院
25
4. 三地址指令
• 指令中包括两个操作数地址码和一个结果 地址码
• 可使得在操作结束后，原来的操作数不被改变 • 其数学含义为
2019年9月2日星期一
网络教育学院
15
• 机器指令是用机器字来表示的
• 表示一条指令的机器字称为指令字（简称指令）
• 指令格式是指令字用二进制代码表示的结构形式 ，一般由两部分组成
操作码字段
地址码字段
• 操作码（Operation Code）字段
• 表征指令的操作特性与功能
• 地址码（Address Code）字段
4.1 指令系统概述 4.2 指令格式 4.3 指令分类 4.4 寻址方式 4.5 指令系统实例
2019年9月2日星期一
网络教育学院
3
4.1 指令系统概述
4.1.1 指令系统的发展 4.1.2 指令系统的性能要求
2019年9月2日星期一
网络教育学院
4
LEC2-操作系统的运行环境
Interrupt Cycle
Interrupt Cycle
Processor checks for interrupts If no interrupts fetch the next instruction for the current program If an interrupt is pending, suspend execution of the current program, and execute the interrupt handler
Operating System
Lecture Two Hardware and OS School of Software Nanjing University
本主题教学目标
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
复习计算机硬件系统的基本构成 复习处理器寄存器，着重掌握PSW、处理器状 复习处理器寄存器，着重掌握 、 态、特权指令 掌握中断和指令执行周期 掌握中断和中段源， 掌握中断和中段源，中断处理的基本准则 掌握中断响应和处理的过程 掌握中断优先级、 掌握中断优先级、终端屏蔽和多重中断处理 了解存储器的层次 掌握cache及其设计准则 掌握 及其设计准则 了解三种输入输出控制方式
Pentium的处理器状态 的
0级为操作系统内核级：处理I/O、存储管理、 级为操作系统内核级：处理 、存储管理、 级为操作系统内核级 和其他关键操作 1级为系统调用处理程序级：用户程序可以通过 级为系统调用处理程序级： 级为系统调用处理程序级 调用这里的过程执行系统调用， 调用这里的过程执行系统调用，但是只有一些 特定的和受保护的过程可以被调用 2级为共享库过程级：它可以被很多正在运行的 级为共享库过程级： 级为共享库过程级 程序共享，用户程序可以调用这些过程， 程序共享，用户程序可以调用这些过程，读取 它们的数据， 它们的数据，但是不能修改它们 3级为用户程序级 级为用户程序级
第2章 操作系统的硬件环境
－中断处理程序开始工作
－中断处理结束时，处理器检测到中断返回指令，被中断 程序的上下文环境从系统堆栈中被恢复,处理器状态恢复成 原来的状态。
2.3 缓冲技术与中断技术
－PSW和PC被恢复成中断前的值，处理器开始一个新的指令周 期，中断处理结束
多个中断处理问题 －正当处理一个中断时禁止中断，此时系统将对任何新发
中断逻辑与中断寄存器
－中断寄存器：有的大型计算机中为了区分和不丢失每个 中断信号，通常对应每个中断源都分别用一个固定的触发器 来寄存中断信号，这些触发器的全体称为中断寄存器
－中断扫描机构 ：处理器的控制部件中能检测中断的机 构
2.3 缓冲技术与中断技术
多级中断和中断屏蔽
－中断优先级：高优先级屏蔽低优先级 －同一中断级中有多个中断请求时，可采用固定的优先数和 轮转法来处理
提高存储系统效能的关键点就在于程 序的存储访问局部性原理
2.2 存储系统
存储分块 为了简化对存储器的分配和管理，在不少计算机系统中
把存储器分成块。在为用户分配主存空间时，以块为最小单 位 存储保护
常用的存储保护机构：界地址寄存器（界限寄存器）、 存储键
2.3 缓冲技术与中断技术
缓冲技术
中断系统
中断系统组成部分 －中断系统的硬件中断装置 －软件中断处理程序
2.3 缓冲技术与中断技术
中断装置一般要提供的基本功能 －提供识别中断源的方法 －提供查询中断状态的方法 －提供中断现场保护的能力 －提供中断处理程序寻址能力 －具有预定义的系统控制栈和中断处理程序入口地址映射
表等数据结构和它们在主存中的位置
操作系统（第四版）
第2章 操作系统的硬件环境
第2章操作系统的硬件环境
－中断处理结束时，处理器检测到中断返回指令，被中断 程序的上下文环境从系统堆栈中被恢复,处理器状态恢复成 原来的状态。
2.3 缓冲技术与中断技术
－PSW和PC被恢复成中断前的值，处理器开始一个新的指令周 期，中断处理结束
多个中断处理问题 －正当处理一个中断时禁止中断，此时系统将对任何新发
中断逻辑与中断寄存器
－中断寄存器：有的大型计算机中为了区分和不丢失每个 中断信号，通常对应每个中断源都分别用一个固定的触发器 来寄存中断信号，这些触发器的全体称为中断寄存器
－中断扫描机构 ：处理器的控制部件中能检测中断的机 构
2.3 缓冲技术与中断技术
多级中断和中断屏蔽
－中断优先级：高优先级屏蔽低优先级 －同一中断级中有多个中断请求时，可采用固定的优先数和 轮转法来处理
提高存储系统效能的关键点就在于程 序的存储访问局部性原理
2.2 存储系统
存储分块 为了简化对存储器的分配和管理，在不少计算机系统中
把存储器分成块。在为用户分配主存空间时，以块为最小单 位 存储保护
常用的存储保护机构：界地址寄存器（界限寄存器）、 存储键
2.3 缓冲技术与中断技术
缓冲技术
中断系统
中断系统组成部分 －中断系统的硬件中断装置 －软件中断处理程序
2.3 缓冲技术与中断技术
中断装置一般要提供的基本功能 －提供识别中断源的方法 －提供查询中断状态的方法 －提供中断现场保护的能力 －提供中断处理程序寻址能力 －具有预定义的系统控制栈和中断处理程序入口地址映射
表等数据结构和它们在主存中的位置
操作系统（第四版）
第2章 操作系统的硬件环境
第2章操作系统的硬件环境
操作系统第2章PPT课件(2024)
02
控制I/O操作
03
提高设备利用率
04
方便用户使用
25
I/O控制方式
优点
实现简单
缺点
CPU利用率低，无法处理并发I/O请求
2024/1/28
26
I/O控制方式
2024/1/28
优点
提高了CPU利用率，可处理并发I/O 请求
缺点
每次数据传送仍需CPU介入，中断次 数多
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I/O控制方式
优点
数据传输基本不需CPU介入，适用于块设备数据传
二级目录结构
在主目录下创建子目录， 将文件分类存放在不同的 子目录中。
多级目录结构
在二级目录结构的基础上 ，允许子目录嵌套，形成 多级目录结构。
19
文件存储空间管理
连续分配方式
为每个文件分配一块连续的存储空间 ，适用于固定大小的文件。
索引分配方式
为每个文件分配一个索引表，索引表 中记录文件所占用的各个磁盘块的地 址。
线性方式、链接方式、索引方式。
PCB的作用
作为独立运行基本单位的标志、能实现间断性运行方式、提供进程管理所需要 的信息、提供进程调度所依赖的信息、实现与其他进程的同步与通信。
2024/1/28
10
进程调度算法
先来先服务（FCFS）算法
按照进程到达的先后顺序进行调度。
短作业优先（SJF）算法
根据进程的运行时间长短进行调度，运行 时间短的优先调度。
功能
提供计算机运行的基本环境，管 理计算机资源，提供用户与计算 机之间的接口。
4
操作系统的历史与发展
第二代
批处理系统，实现内存管理、 外设管理、文件管理等。
第四代
操作系统(庞丽萍)第2章 操作系统的结构和硬件支持
由处理机外部事件引起的中断
由处理机内部事件引起的中断
中断与俘获
③ 中断与俘获的例
中断 clock 时钟 rk 磁盘 tty 终端 非法 指令 地址 越界
俘获
俘点 溢出 trap 指令
中断与俘获示意图
exit
fork
read 17
操作系统的结构和硬件支持——中断及其处理
3. 中断响应 (中断进入)
15
操作系统的结构和硬件支持——中断及其处理
(2) 按中断方式分类
① 强迫性中断 不是正在运行的程序所期待的中断。 如：输入输出中断、外中断、机器故障中断、程序性中断
② 自愿中断
是运行程序所期待的事件。 如：访管中断
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操作系统的结构和硬件支持——中断及其处理
(3) 按中断来源分类
① 中断
② 俘获
19
操作系统的结构和硬件支持——中断及其处理 ② 保护现场 当中断发生时，必须立即把现场信息保存在主存中，这一 工作称之为保护现场。 ③ 恢复现场 程序重新运行之前，把保留的该程序现场信息从主存中送 至相应的指令计数器、通用寄存器或一些特殊的寄存器中。 完成这些工作称为恢复现场。
20
操作系统的结构和硬件支持——中断及其处理
进入相应的中断服务例程
恢复被中断程序的现场
软件中断处理过程示意图
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操作系统的结构和硬件支持——小结
第2章 操作系统的结构和硬件支持 小结
操作系统的结构和硬件支持——小结
什么是操作系统虚拟机 操作系统的结构 区分处理机的态的目的 管态、用户态，二者的区别
中断的定义、类型
中断响应的定义、实质、所需的硬件支持 软件中断处理过程
8.3环境保护与绿色化学-课件2021-2022学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册
练习8.为了保护自然环境，提高人民的生活质量，必须重视处理“白色
污染”。该“白色污染”指的是( C )
A.冶炼厂的白色烟尘
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B.石灰窑的白色粉末
C.聚氯乙烯等塑料垃圾
D.白色建筑材料
【课堂检测】 1.判断正误
(1)化学工作者进行的环境质量监测工作可有可无，有污染治理就行( ×)
提示 环境质量监测工作是进行环境质量评价和污染治理的基础，非常必要。
原因是
C
。
(2)你认为减少酸雨产生可采取的措施是_________(填字母)。①少用煤作燃
料 ②把工厂的烟囱造高 ③先将燃料煤脱硫 ④在土壤中加熟石灰防止酸
化 ⑤开发新能源，避免含S、N的氧化物的大量排放A．①②③ B．②③④
练习5.汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。 治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金
学习重点
SO2等污染物的控制、消除和回收利用;污水处理的流程、方法及原理。
学习难点
“绿色化学”观念的形成和“绿色化学”思想的运用。
一、化学与环境保护
1.环境保护 (1)环境问题：主要是指由于人类_不__合__理__地开发和利用_自__然__资__源__而造 成的_生__态__环__境__破坏，以及_工__农__业__生__产__和_人__类__生__活__所造成的环境污染。 (2)环境保护的任务 ①环境监测：对污染物的_存__在__形__态__、_含__量__等进行_分__析__和_测__定__，为控 制和消除污染提供可靠的数据。 ②治理工业“三废”（废水、废气、废渣）。 ③寻找源头治理环境污染的生产工艺：杜绝污染物的排放，能从根本上 解决环境问题。
《操作系统基础》课程详细讲义(完整版)
《操作系统基础》课程讲义 曹效阳 第一部分 概论
第一章 引 论 前言 近代典型的操作系统： DOS WIN 32 WINDOWS95 WINDOWS2000 特点是：个人 PC，单用户系统（单任务/多用户） (WINDOWS NT UNIX LINUS ) 特点是：多用户/多任务系统 现代的 UNIX 系统： SOLARIX SVR4 SCO winserver2003-2008„„„„ 现代操作系统的主要特征： 1 多线程机制 2 微内核结构（ 内核线程 用户线程 3 C/S 模式 4 SMP 结构，对称多处理机制 5 分布式系统结构 6 网络系统结构
操作系统的层次结构：
应用程序 系统的服务程序 操作系统 计算机硬件 （用户接口）—>安全，程序，图形 （操纵，管理硬件设备）—>CPU 管理，存储管理，设备管理 作业管理，文件管理 （操作系统对象）—>处理器，存储器，外设，文件
1． 2 操作系统的形成和发展 计算机操作系统的作用： 1．系统资源管理：处理器的管理，存储器管理，设备管理，文件及作业管理。 2．合理调度资源，使用户方便，安全共享使用系统资源。 3．提供输入，输出接口，简化用户的输入，输出工作。 4．规定用户接口，发现并处理各种错误。
（运算器）
（输出）
（存储器）
（输出）
（控制器）
图-1 计算机的组成 计算机的资源（硬件与软件）包括： 1 处理器 2 内存 3 中断 4 通道 5 信号 6 消息 1 2 3 4 是非消耗性资源，而 5 6 是消耗性的资源 计算机的结构： 系统软件： 计算机管理，维护 ，控制和运行以及对程序提供编译，装载，网络通信等服务工作 应用软件： 为某一类的应用需要而设计的程序，用户为解决特定问题而编制的程序或系统
第一章 引 论 前言 近代典型的操作系统： DOS WIN 32 WINDOWS95 WINDOWS2000 特点是：个人 PC，单用户系统（单任务/多用户） (WINDOWS NT UNIX LINUS ) 特点是：多用户/多任务系统 现代的 UNIX 系统： SOLARIX SVR4 SCO winserver2003-2008„„„„ 现代操作系统的主要特征： 1 多线程机制 2 微内核结构（ 内核线程 用户线程 3 C/S 模式 4 SMP 结构，对称多处理机制 5 分布式系统结构 6 网络系统结构
操作系统的层次结构：
应用程序 系统的服务程序 操作系统 计算机硬件 （用户接口）—>安全，程序，图形 （操纵，管理硬件设备）—>CPU 管理，存储管理，设备管理 作业管理，文件管理 （操作系统对象）—>处理器，存储器，外设，文件
1． 2 操作系统的形成和发展 计算机操作系统的作用： 1．系统资源管理：处理器的管理，存储器管理，设备管理，文件及作业管理。 2．合理调度资源，使用户方便，安全共享使用系统资源。 3．提供输入，输出接口，简化用户的输入，输出工作。 4．规定用户接口，发现并处理各种错误。
（运算器）
（输出）
（存储器）
（输出）
（控制器）
图-1 计算机的组成 计算机的资源（硬件与软件）包括： 1 处理器 2 内存 3 中断 4 通道 5 信号 6 消息 1 2 3 4 是非消耗性资源，而 5 6 是消耗性的资源 计算机的结构： 系统软件： 计算机管理，维护 ，控制和运行以及对程序提供编译，装载，网络通信等服务工作 应用软件： 为某一类的应用需要而设计的程序，用户为解决特定问题而编制的程序或系统
《大学计算机基础》第2章-计算机系统(2019)【艾明晶】-文档资料
随机存储器
可读可写，掉电消失。
内 存
只读存储器
只读不写，掉电不失。
高速缓冲存 储器
速度快于内存，容量小于内存。
13
存储器— RAM
随机存储器RAM 通常所说的计算机内存就是指RAM。 内部结构：存储器由若干存储单元构成；每个存储单元 由若干（一般是8个）存储元组成。
存储元 存储元 存储元 存储元 存储元 存储元 存储元 存储元
控制器的结构简图
9
控制器
机器指令：按照一定格式构成的二进制代码串。 操作码 源操作数（或地址） 目的操作数地址
执行过程：
取指令 分析指 令 产生控 制信号 执行指 令
？
如何自动获取下 一条指令？
10
计算1+2=?
控制器 输 出 设 备
输 入 设 备
01 存储器 10 11
01 +10 =11 运算器
0x000001 0x000002 0x00000n
内存单元1 内存单元2 内存单元n
……
存储器内部结构图
14
RAM的外部结构与性能指标
外部结构：地址寄存器、地址译码器、读写控制电路
存储单元 地址总线 地 址 寄 存 器 地 址 译 码 器 数据总线
. . .
. . .
读/写命令
读/写 控制电路
硬盘的工作原理和性能指标
思考： 1、使用迅雷、 BT等下载影片， 对计算机系统会 有什么影响？ 2、整理磁盘碎 片有什么价值？ 3、什么状况容 易损坏硬盘？
4、被删除的文 件还能恢复吗？
5、CPU能直接 访问硬盘吗？
硬盘的选购和保养
传输率
“四防一清理”
可读可写，掉电消失。
内 存
只读存储器
只读不写，掉电不失。
高速缓冲存 储器
速度快于内存，容量小于内存。
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存储器— RAM
随机存储器RAM 通常所说的计算机内存就是指RAM。 内部结构：存储器由若干存储单元构成；每个存储单元 由若干（一般是8个）存储元组成。
存储元 存储元 存储元 存储元 存储元 存储元 存储元 存储元
控制器的结构简图
9
控制器
机器指令：按照一定格式构成的二进制代码串。 操作码 源操作数（或地址） 目的操作数地址
执行过程：
取指令 分析指 令 产生控 制信号 执行指 令
？
如何自动获取下 一条指令？
10
计算1+2=?
控制器 输 出 设 备
输 入 设 备
01 存储器 10 11
01 +10 =11 运算器
0x000001 0x000002 0x00000n
内存单元1 内存单元2 内存单元n
……
存储器内部结构图
14
RAM的外部结构与性能指标
外部结构：地址寄存器、地址译码器、读写控制电路
存储单元 地址总线 地 址 寄 存 器 地 址 译 码 器 数据总线
. . .
. . .
读/写命令
读/写 控制电路
硬盘的工作原理和性能指标
思考： 1、使用迅雷、 BT等下载影片， 对计算机系统会 有什么影响？ 2、整理磁盘碎 片有什么价值？ 3、什么状况容 易损坏硬盘？
4、被删除的文 件还能恢复吗？
5、CPU能直接 访问硬盘吗？
硬盘的选购和保养
传输率
“四防一清理”
【高中化学】环境保护与绿色化学 2022-2023学年高一化学(人教版2019必修第二册)
2.我国近海海域海水中一些元素含量普遍超标，富营养化十分严重，经常发生“赤
潮”现象。下列生活用品中能引起“赤潮”的是( B )
A.肥皂
B.含磷洗涤剂
C.加酶洗衣粉
D.化妆品
随堂演练
3.下列反应最符合绿色化学原子经济性要求的是( A ) A.乙烯聚合为聚乙烯高分子材料 B.甲烷与氯气制备一氯甲烷 C.以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜 D.用SiO2制备高纯硅 4.“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质 镁制硝酸镁的下列4个方案中，可行而且符合“绿色化学”要求的方案是( C )
随堂演练
5.活性炭联合脱硫脱硝技术(AC)是一种比较成熟的脱硫脱硝技术，可以在较低的温 度下，将废气中的SO2、NOx通过一系列反应生成铵盐，从而变废为宝，其工作示意 图如下所示：
(2)吸收塔加入NH3后，可脱除废气中的NO、NO2，写出NO和NO2分别和NH3反应的 化学方程式：__4_N__H_3_＋__6_N__O_=_=_=_5_N__2＋__6_H__2_O__、_8_N__H_3_＋__6_N_O__2_=_=_=_7_N_2_＋__1_2_H__2O____。
知识梳理
工农业生产和生活中产生的污水往往含有复杂的成分，任意排放会导致土壤和 水体的污染，必须经过多步处理才能达到排放标准。
化学与环境保护
常用的污水处理方法
物理法
盐析法 吸附法 萃取法 液膜分离技术 气提及蒸馏气提法
沉淀法 氧化还原法 离子交换法
生物法
活性污泥法 生物硫化床法 酶制剂处理法
方法二：2CH2==CH2＋O2―A→g 2
2× 44 2× 44
×100%
≈ 100%
试 (1)回已答知下原列子问利题用：率为：期望产物总质量 ×100%，试计算两种方法的原子利用 生成物的总质量
操作系统的硬件环境课件
C 指令转化为可执行的操作。
3
取指令
从内存中读取指令。
执行指令
根据指令执行不同的操作，如运算和 存储。
内存和存储器的区别
内存
临时存储数据，供CPU快速访问。
存储器
长期存储数据，如硬盘和光盘。
输入输出设备的种类及作用
1
键盘和鼠标
用于输入指令和操作。
显示器
2
用于显示计算机处理的结果。
2. 加载操作系统
3. 执行启动程序
中断和DMA的概念及作用
1 中断
打断CPU的正常运行，处理紧急事件。
2 DMA
直接存储器访问，减轻CPU负担，提高传输速度。
操作系统的硬件环境
本课件将介绍操作系统的硬件环境，包括计算机的硬件组成、CPU的工作原理、 内存和存储器的区别，以及输入输出设备的种类和作用。
计算机的硬件组成
主板
连接所有计算机组件，是计算机的核心。
CPU
控制计算机的运算和数据处理。
内存
临时存储数据，以供CPU快速访问。
硬盘
长期存储数据，用于操作系统和应用程序。
3
打印机
用于输出文档和图像。
硬盘和光盘的原理和区别
硬盘
通过磁性记录数据。
光盘
通过激光读取和写入数据。
主板和芯片组的作用
1 主板
连接计算机各个组件，提供数据传输和供电。
2 芯片组
控制数据流和协调各个硬件部件的工作。
BIOS的功能及启动过程
1
功能
提供计算机启动时的基本操作和设置。
启动过程
2
1. 自检硬件
第2课硬件系统我揭秘课件鲁教版初中信息技术第1册
13
下面是老师去买电脑，导购人员给老师提供的计算机的 配置信息，我们一起来看一下，分别是什么意思呢？
Intel core i5-7200U/8GB/128GB SSD+1TB/2GB独显
14
三、输入输出设备
15
课堂检测
1、计算机中对数据进行加工与处理的部件，通常称为 A A 运算器 B 控制器 C显示器 D 存储器
第二课
硬件系统我揭秘
1
2
自主学习 一个完整的计算机系统由（硬件系统和软件系统）两部分组成。 硬件系统主要包括（ 主机、显示器、键盘、 鼠标等） 主机内主要有（主板、CPU、存储器、显卡、声卡、网卡等 ）， 是计算机最重要的组成部分。
3
主机箱内部硬件
4
一、计算机硬件的平台——主板
5
二、计算机的大脑——CPU
中央处理器，简称CPU，是计算机的核心部件，主要由运 算器和控制器组成。
6
中央处理器，简称CPU，是计算机的核心部件，主要由 运算器和控制器组成。
7
CPU的性能主要体现在运行速度上，在其他配置相同的 条件下，主频越高，计算机的运算速度就越快。
8
三、存储器
什么是存储器？
存储器：是计算机用来存储数据的记忆设备。
8、下面属于计算机的输出设备的是( B )。 A.麦克风 B.显示器 C.鼠标 D.扫描仪
9、下列设备中是输入设备的是 ( A ) A.键盘 B.显示器 C.打印机 D.音响
18
2、微机计算机硬件系统中最核心的部件是 B
A 主板
B CPU C 内存储器 DI/O设备
3、下面列出的四种存储器中，易失性存储器是 A
A RAM
B ROM C PROM
下面是老师去买电脑，导购人员给老师提供的计算机的 配置信息，我们一起来看一下，分别是什么意思呢？
Intel core i5-7200U/8GB/128GB SSD+1TB/2GB独显
14
三、输入输出设备
15
课堂检测
1、计算机中对数据进行加工与处理的部件，通常称为 A A 运算器 B 控制器 C显示器 D 存储器
第二课
硬件系统我揭秘
1
2
自主学习 一个完整的计算机系统由（硬件系统和软件系统）两部分组成。 硬件系统主要包括（ 主机、显示器、键盘、 鼠标等） 主机内主要有（主板、CPU、存储器、显卡、声卡、网卡等 ）， 是计算机最重要的组成部分。
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主机箱内部硬件
4
一、计算机硬件的平台——主板
5
二、计算机的大脑——CPU
中央处理器，简称CPU，是计算机的核心部件，主要由运 算器和控制器组成。
6
中央处理器，简称CPU，是计算机的核心部件，主要由 运算器和控制器组成。
7
CPU的性能主要体现在运行速度上，在其他配置相同的 条件下，主频越高，计算机的运算速度就越快。
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三、存储器
什么是存储器？
存储器：是计算机用来存储数据的记忆设备。
8、下面属于计算机的输出设备的是( B )。 A.麦克风 B.显示器 C.鼠标 D.扫描仪
9、下列设备中是输入设备的是 ( A ) A.键盘 B.显示器 C.打印机 D.音响
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2、微机计算机硬件系统中最核心的部件是 B
A 主板
B CPU C 内存储器 DI/O设备
3、下面列出的四种存储器中，易失性存储器是 A
A RAM
B ROM C PROM
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用户程序A
用户程序B
控制和状态寄存器
用于控制处理器的操作 大部分对于用户是不可见的 一部分可以在某种特权模式（由OS使用）下访问
常见的控制和状态寄存器: 程序计数器（PC：Program Counter），记录将要取出的
指令的地址 指令寄存器（IR：Instruction Register），包含最近取出的
4、存储保护设施
对主存中的信息加以严格的保护，使操作系统及其 他程序不被破坏，是其正确运行的基本条件之一
多用户，多任务操作系统： OS给每个运行进程分配一个存储区域
问题： 多个程序同时在同一台机器上运行，怎样才能互不
侵犯？ 如何处理重定位？
保护的硬件支持
解决方案 依赖于 配有特殊硬件的CPU
闪存（flash memory）
2、存储器的层次结构
存储系统设计三个问题： 容量、速度和成本
容量：需求无止境
速度：能匹配处理器的速度
成本问题：成本和其他部件相比应在合适范围 之内
容量、速度和成本 三个目标不可能同时达到最优，要作权衡 存取速度快，每比特价格高 容量大，每比特价格越低，同时存取速度也越慢
1 1 1 1 1 1 987654 321 0
543210
T
S
I2 I1 0
XNZVC
条件位： C： 进位标志位 Z： 结果为零标志位
V： 溢出标志位 N： 结果为负标志位
I0 – I2：三位中断屏蔽位 S：CPU状态标志位，为1处于管态，为0处于目态 T：陷阱（Trap）中断指示位为1，
在下一条指令执行后引起自陷中断
在PSW中专门设置一位，根据运行程序使用指令 的权限而设置CPU状态
CPU的工作状态码——指明管态还是目态，用来 说明当前在CPU上执行的是操作系统还是一般用 户，从而决定其是否可以使用特权指令或拥有其 他的特殊权力
条件码——反映指令执行后的结果特征 中断屏蔽码——指出是否允许中断
例:微处理器M68000的程序状态字
一的存储键号 并将分配给该作业各存储块存储键也置成同样
键号 当OS挑选该作业运行时，OS将它的存储键号放
入程序状态字PSW存储键（“钥匙”）域中 每当CPU访问主存时，都将该主存块的存储键
与PSW中的“钥匙”进行比较 如果相匹配，则允许访问，否则，拒绝并报警
地址转换机制
同时有多个程序在内存 程序在内存的位置不是固定的而是随机的
指令执行的基本过程（2）
每个指令周期开始时，依据在程序计数器中的 指令地址从存储器中取一条指令
在取指完成后根据指令类别自动将程序计数器 的值变成下条指令的地址，自增1
取到的指令放在指令寄存器中 处理器解释并执行所要求的动作
5类指令
访问存储器指令： 处理器和存储器间数据传送
I/O指令： 处理器和I/O模块间数据传送和命令发送
能随意用普通方法写入数据（写入数据只能用特殊方法） 在微机中，一些常驻内存的模块以微程序形式固化在
ROM中，如:PC BIOS和CBASIC解释程序被固化于ROM 中
PROM：可编程只读存储器，使用特殊PROM写入器写入数 据
EPROM：电可擦写可编程只读存储器，用特殊的紫外线光 照射此芯片，以“擦去”信息，恢复原来状态，再使用特殊 EPROM写入器写入数据
处理器通过特殊的机制将处理器状态切换到操作系统运 行的特权状态（管态）
然后将处理权移交给操作系统中的一段特殊代码，这一 个过程称为陷入
• CPU如何知道当前运行的是操作系统还是一般应用 软件？有赖于处理器状态的标识
3、处理器的状态
根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设 置为不同状态
硬件可提供如下功能：
界地址寄存器（界限寄存器） 存储键 地址转换机制
界地址寄存器（界限寄存器）
界地址寄存器被广泛使用的一种存储保护技术 机制比较简单，易于实现 实现方法： 在CPU中设置一对下限寄存器和上限寄存器
存放用户作业在主存中的下限和上限地址 也可将一个寄存器作为基址寄存器，另一寄存器作为
主要用于各种算术逻辑指令和访存指令 地址寄存器（address register）用于存储数据及
指令的物理地址、线性地址或者有效地址，用于 某 种 特 定 方 式 的 寻 址 。 如 index register 、 segment pointer、stack pointer 条件码寄存器保存CPU操作结果的各种标记位 如算术运算产生的溢出、符号等等
限长寄存器（指示存储区长度） 每当CPU要访问主存，硬件自动将被访问的主存地址与
界限寄存器的内容进行比较，以判断是否越界 如果未越界，则按此地址访问主存，否则将产生程序
中断——越界中断（存储保护中断）
界地址寄存器 存储保护技术
存储键
每个存储块有一个由二进位组成的存储保护键 一用户作业被允许进入主存，OS分给它一个唯
第二讲 操作系统的硬件环境
讨论操作系统对运行硬件环境的要求 讨论操作系统设计者考虑的硬件问题
操作系统运行的硬件环境组成 中央处理器（CPU） 存储系统 中断机制 I/O系统 时钟以及时钟队列 其他
概述
任何系统软件都是硬件功能的延伸 操作系统直接依赖于硬件条件 OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合
解决方案：采用层次化的存储体系结构 当沿着层次下降时 每比特的价格将下降，容量将增大 速度将变慢，处理器的访问频率也将下降
层次化的存储体系结构
存储访问局部性原理
提高存储系统效能关键点：程序存储访问局部性原理
程序执行时，有很多的循环和子程序调用，一旦进入 这样的程序段，就会重复存取相同的指令集合
指令 程序状态字（PSW：Program Status Word），记录处理器
的运行模式信息等等
指令执行的基本过程（1）
两个步骤：
先从存储器中每次读取一条指令 然后执行这条指令 一个单条指令处理过程称为一个指令周期 程序的执行是由不断取指和执行的指令周期组成 仅当关机、出错或有停机相关指令时，程序才停止
处理器由运算器、控制器、一系列的寄 存器以及高速缓存构成
运算器实现指令中的算术和逻辑运算，是 计算机计算的核心
控制器负责控制程序运行的流程，包括取 指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等 等
寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、 地址以及指令信息的存储设备 在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度
一个简单二级存储系统的性能
3、存储分块
存储最小单位:“二进位”，包含信息为0或1 最小编址单位:字节，一个字节包含八个二进位 主流个人电脑
主存:128MB～512MB之间 辅助存储器:在20GB～70GB 工作站、服务器 主存:512MB ～ 4GB之间 硬盘容量:数百GB 为简化分配和管理，存储器分成块,称一个物理页（Page） 块的大小：512B、1K、4K、8K
多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态 管态：操作系统管理程序运行的状态，较高的特权级别，
又称为特权态（特态）、核心态、系统态 目态：用户程序运行时的状态，较低的特权级别，又称
为普通态（普态）、用户态
有些系统将处理器状态划分核心状态、管理状态和用 户程序状态（目标状态）三种
实例：x86系列处理器（1）
管态→目态 设置PSW(修改程序状态字) 可实现
二、存储系统
支持OS运行硬件环境的一个重要方面：
作业必须把它的程序和数据存放在内存中才能运行 多道程系统中，若干个程序和相关的数据要放入内存
操作系统要管理、保护程序和数据，使它们不至于受 到破坏 操作系统本身也要存放在内存中并运行
1、存储器的类型
对数据存取也有局部性，在较短的时间内，稳定地保 持在一个存储器的局部区域
处理器主要和存储器的局部打交道 在经过一段时间以后，使用的代码和数据集合会改变
设计多级存储的体系结构
原则：级别较低存储器比率小于级别较高存储器比率
假设两级存储器：
第I级包含1KB，存取时间为0.1μs
第II级包含1MB，存取时间为1μs
半导体存储器 实现 内存
存储器芯片的内部组织结构 静态存储器（SRAM） 异步动态随机存储器（DRAM） 同步动态随机存储器（SDRAM）
双倍数据速率SDRAM（DDR SDRAM）（开放标准） Rambus公司的SDRAM
存储器的类型
只读型存储器 ROM（ Read-Only Memory） ：只能从其中读取数据，但不
存取I级中的内容，直接存取
存取II级，首先被转移到I级，然后再存取
假设确定内容所在位置时间可以忽略
若在I级存储器中发现存取对象的概率是95%，则平均访 问时间为：
0.950.1s 0.050.1s 1s 0.15s
结果非常接近I级存储的存取时间
T1：I级存储器的存取时间 T2：II级存储器的存取时间
实现操作系统时必须理解的 计算机基本结构 操作系统管理的重要资源
简单的个人计算机中的部件
Monitor
Bus
一、中央处理器（CPU）
专门设计了一系列基本机制：
- 具有特权级别的处理器状态，能在不同 特权级运行的各种特权指令
- 硬件机制使得OS可以和普通程序隔离 实现保护和控制
1、CPU的构成与基本工作方式
算术逻辑指令（数据处理指令）： 执行数据算术和逻辑操作
控制转移指令： 指定一个新的指令的执行起点
处理器控制指令： 修改处理器状态，改变处理器工作方式
2、特权指令和非特权指令
特权指令：只能由操作系统使用的指令 使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须要区