操作系统

操作系统

一、简述

操作系统：在硬件的基础之上，够通过响应用户输入的指令达到控制硬件的效果，从而满足用户需求的一层软件。

• 带有图形界面的操作系统被称为 GUI
• 基于文本、命令行的通常称为 Shell

例如：Windows、Linux、OS X …

二、计算机硬件

CPU

CPU 是计算机的大脑，和内存进行交互并从中提取指令并执行。

执行周期：从内存中提取第一条指令、解码并决定它的类型和操作数，执行，然后再提取、解码执行后续的指令。

每个 CPU 都有一组可以执行的特定指令集。即，x86 和 ARM 的 CPU 不能交叉执行程序。

通用寄存器：由于访问内存获取执行或数据要比执行指令花费的时间长，因此所有的 CPU 内部都会包含一些寄存器来保存关键变量和临时结果。

程序计数器：指示下一条需要从内存提取指令的地址，提取指令后，程序计数器将更新为下一条需要提取的地址。

堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端。堆栈指针会包含输入过程中的有关参数、局部变量以及没有保存在寄存器中的临时变量。

程序状态字寄存器：由操作系统维护的8个字节(64位) long 类型的数据集合。它会跟踪当前系统的状态。

多线程

多线程允许 CPU 保持两个不同的线程状态并且在纳秒级的时间完成切换。每个线程对操作系统来说都像是一个单个的 CPU。

多核芯片

多核芯片在其上有效地承载了四个微型芯片，每个微型芯片都有自己的独立CPU。

内存

结构越靠上存储器速度越高，容量越小，成本越高。

寄存器

位于 CPU 中，和 CPU 材料相同。

通用寄存器：由于访问内存获取执行或数据要比执行指令花费的时间长，因此所有的 CPU 内部都会包含一些寄存器来保存关键变量和临时结果。

程序计数器：指示下一条需要从内存提取指令的地址，提取指令后，程序计数器将更新为下一条需要提取的地址。

堆栈指针：指向内存中当前栈的顶端。堆栈指针会包含输入过程中的有关参数、局部变量以及没有保存在寄存器中的临时变量。

程序状态字寄存器：由操作系统维护的8个字节(64位) long 类型的数据集合。它会跟踪当前系统的状态。

高速缓存

多数由硬件控制，当应用程序需要从内存中读取关键词的时候，高速缓存的硬件会检查所需要的高速缓存行是否在高速缓存中。

时钟周期：振荡器两个脉冲之间的时间量。每秒脉冲数越高，计算机处理器处理信息的速度就越快。

主存

随机存储器（RAM）：内存中最重要的一种，表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器关闭时，内存中的信息会丢失。

ROM：内容一旦存储后就不会再被修改。它非常快而且便宜，bootstrap 就存放在 ROM 中。

EEPROM(Electrically Erasable PROM) 和 闪存(flash memory)：非易失性，但是可以擦除和重写。

CMOS：易失性，计算机都会使用 CMOS 存储器保持当前时间和日期。

磁盘

磁盘：一种机械装置，在一个磁盘中有一个或多个金属盘片，它们以 5400rpm、7200rpm、10800rpm 或更高的速度旋转。

磁道：磁盘一系列的同心圆。

扇区：每个磁道划分若干扇区。

固态硬盘(Solid State Disk, SSD)并不属于磁盘。

I/O 设备

I/O 设备一般包括两个部分：设备控制器和设备本身。

控制器：本身是一块芯片或者一组芯片，能够控制物理设备以及接收操作系统的指令，为操作系统提供一个更简单的接口。

设备本身：有一个相对简单的接口，而且也已经被标准化。

设备驱动程序(device driver)： 专门与控制器进行信息交流，发出命令处理指令接收响应的软件

总线

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OmLP244i-1583244445219)(https://cdn.jsdelivr.net/gh/btbsja/btbsjaimg@master/img