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一、操作系统概念
计算机系统由两部分组成：软件和硬件
软件包括系统软件和应用软件
没有任何软件支持的计算机称为裸机
对操作系统，从三个角度来看：
用户角度：提供安全、可靠、高效的服务
系统管理人员：合理组织计算机工作流程和软硬件资源、方便管理
发展角度：拓展计算机功能
二、操作系统历史和类型
第一代，1946-50年代末，电子管时代，五操作系统
第二代，50年代-60年代，晶体管时代，批处理时代
第三代，60年代-70年代，集成电路时代，多道程序设计
第四代，70年代-20时机末，大规模集成电路时代，分时系统
1、批处理
用户上机自己建立和运行任务，并自己结束
没有任何管理软件所有运行管理和具体操作都由用户自己解决
每个左右由多个作业组成，错了重来
批处理每次只调一个作业到内存中执行，称为单道执行
早期批处理：
联机批处理：I/O设备和主机直接相连
脱机批处理：I/O设备和主机之间多了卫星机
批处理的出现，是为了解决i/o设备速度慢和主机速度快的矛盾
通道：控制一台主机和多个io设备工作，独立于CPU工作的一个部件
中断：主机接到外部信号，立即停下当下工作，转去处理对应事件，完成后返回原工作
上述工作都是一道一道用户作业逐个顺序执行
由此，衍生出多道程序系统
2、多道程序系统
多道：
1、内存中存在多个程序
2、宏观上并行，大家都在内存中执行
3、微观上串行，本质上各个程序依旧是轮流使用CPU
多道程序系统会导致以下问题：
1、竞争软硬件资源，由同步和互斥矛盾
2、程序增多，内存不够用
3、多个程序的存储安全问题
3、分时操作系统
分时技术：处理器将运行时间分成很短的时间片，将时间片分配给各个作业使用，
时间片用完，不论作业完成与否，该作业中断暂停，等待下一轮唤醒执行，处理器转而执行下一个作业，
4、实时操作系统
在一定时间内对外来信息做出响应，这个时间要求为秒级、毫秒级、微秒级甚至更小
这个技术的好处是：
由于计算机的运行速度很快，
我们用户在使用计算机时，本来计算机有很多的任务都在执行
但是，每当我们要使用任何资源时，例如浏览器、微信、游戏等
都会立马执行，好像我们用户单独占用了整台计算机
这就是分时系统带来的优势：用户的突发要求会中断当前任务
计算机转而来执行用户的任务
5、通用操作系统
同时建有多道程序批处理、分时、实时处理等功能
6、个人计算机操作系统
windows系列和Linux系列
7、网络操作系统
建立在计算机网络上的，要求将多个计算机互联
以实现数据交互、资源共享、互操作、协同处理等功能
的操作系统
8、分布式操作系统
管理分布在多个计算机系统上的资源和任务的操作系统。它通过网络将这些计算机结合在一起，形成一个统一的系统，用户可以像使用单机系统一样透明地访问和共享资源。
特点包括：透明性（用户感知不到系统的分布性）、资源共享、容错能力和并发处理能力。分布式操作系统适用于需要高可用性和扩展性的应用场景，如云计算和大型数据中心。
三、操作系统功能
| 功能 | 内容 |
|---|---|
| 处理器管理 | 对各个作业的调度、软硬件资源分配的综合控制 |
| 存储管理 | 内存分配、存储保护、内存扩充 |
| 设备管理 | 对各种硬件的管理 |
| 数据管理 | 文件系统 |
| 用户接口 | 底层系统为上层用户提供的指令、命令等各个系统调用接口 |
四、计算机硬件
1、用户可编程寄存器
| 寄存器类型 | 功能描述 |
|---|---|
| 通用寄存器 | 用于存储临时数据和操作数，执行算术和逻辑运算 |
| 指令寄存器 (IR) | 存储当前正在执行的指令 |
| 程序计数器 (PC) | 存储下一条要执行的指令地址 |
| 堆栈指针 (SP) | 指向当前堆栈的顶部，管理函数调用和返回 |
| 基址寄存器 (BR) | 存储内存地址基址，支持相对寻址 |
| 索引寄存器 (IX) | 用于数组和表的索引访问，支持快速数据访问 |
| 状态寄存器 | 存储CPU状态信息，如零标志、溢出标志等 |
2、控制与状态寄存器
| 寄存器类型 | 功能描述 |
|---|---|
| 控制寄存器 | 用于控制CPU的操作和行为，如启用中断、设置工作模式等 |
| 状态寄存器 | 存储CPU的当前状态信息，包括标志位（如零标志、进位标志） |
| 中断控制寄存器 | 管理中断的使能和屏蔽，决定哪些中断可以被响应 |
| 程序状态字 (PSW) | 包含当前程序的状态和控制信息，影响程序的执行流 |
| 配置寄存器 | 存储硬件配置和系统参数，影响系统的运行模式 |
3、存储器速度梯度
| 存储器类型 | 速度 | 特点 |
|---|---|---|
| 寄存器 | 极快 | CPU内部，直接与处理器相连，存取时间最短 |
| 缓存 | 快 | 介于寄存器和主存之间，存取速度较快 |
| 主存（RAM） | 中等 | 主要存储正在使用的数据和程序，速度比缓存慢 |
| 固态硬盘 (SSD) | 较慢 | 非易失性存储，速度比主存慢，但比机械硬盘快 |
| 机械硬盘 (HDD) | 慢 | 大容量存储，读写速度较慢 |
| 外部存储 | 最慢 | 如光盘、磁带，存取速度最慢 |
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