计算机网络基础基本概念（第一部分）

计算机操作系统概述

计算机系统的用户视图

计算机硬件的组成

中央处理器

1. 运算单元
2. 控制单元

主存储器

外围设备

• 输入设备
• 输出设备
• 存储设备
• 网络通信设备

总线

总线及其组成

• 总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共信息干线，它是cpu、内存、输入输出设备传递信息的公共通道。
• 计算机的各个部件通过总线相连接，外围设备通过响应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统
• 按照所传输的信息种类，总线包括一组控制线、一组数据线和一组地址线

总线的类型

• 内部总线：用于cpu芯片内部连接各元件
• 系统总线：用于连接cpu、存储器和各种I/O模块等主要部件
• 通信总线：用于计算机系统之间通信

中央处理器

• 是计算机的运算核心和控制单元，主要包括：
• 运算逻辑部件：一个或多个运算器
• 寄存器部件：包括通用寄存器、控制与状态寄存器，以及高速缓冲存储器
• 控制部件：实现各部件间联系的数据、控制及状态的内部总线；负责对指令译码、发出为完成每条指令所要执行操作的控制信号、实现数据传输等功能的部件。

处理器与寄存器

• 运算单元
• 控制单元
• 内部总线
• PC/IR/Flag
• MAC/MDR
• 寄存器
• Cache
• IOAR/IODR

寄存器的组织层次

外围设备及其控制

设备类型
• 输入设备
• 输出设备
• 存储设备
• 机机通信设备
设备控制方式
• 轮询方式：CPU忙式控制+数据交换
• 中断方式：CPU启动/中断+数据交换
• DMA方式：CPU启动/中断，DMA数据交换

计算机软件系统的组成

系统软件：操作系统、实用程序、语言处理程序、数据库管理系统
• 操作系统实施对各种软硬件资源的管理控制
• 实用程序为方便用户所设，如文本编辑等
• 语言处理程序把用汇编语言/高级语言编写的程序，翻译成可执行的机器语言程序

支撑软件有接口软件、工具软件、环境数据库，支持用户使用计算机的环境，提供开发工具
• 也可认为是系统软件的一部分
• 应用软件是用户按其需要自行编写的专用程序

程序员的计算机系统视图

软件开发的不同层次

• 计算机硬件系统：机器语言
• 操作系统之资源管理：机器语言+广义指令（扩充了硬件资源管理）
• 操作系统之文件系统：机器语言+系统调用（扩充了信息资源管理）
• 数据库管理系统：+数据库语言（扩充了功能更强的信息资源管理）
• 语言处理程序：面向问题的语言

计算机程序的执行过程

装入程序的引进

• 引入卡片和纸带描述程序指令与数据
• 引入装入程序
  • 自动化执行程序装入，必要时进行地址转化
  • 通常放在ROM中（内存储器）

引入汇编语言后的计算机控制

引入高级语言后的计算机控制

操作系统的组成

• 进程调度子系统
• 进程通信子系统
• 内存管理子系统
• 设备管理子系统
• 文件管理子系统
• 网络通信子系统
• 作业控制子系统

操作系统类型

• 从操作控制方式看
  • 多道批处理操作系统，脱机控制方式
  • 分时操作系统，交互式控制方式
  • 实时操作系统
• 从应用领域看
  • 服务器操作系统，并行操作系统
  • 网络操作系统、分布式操作系统
  • 个人机操作系统、手机操作系统
  • 嵌入式操作系统、传感器操作系统

资源的共享与分配方式

• 资源共享方式
  • 独占使用方式
  • 并发使用方式
• 资源分配策略
  • 静态分配方式
  • 动态分配方式‘
  • 资源抢占方式

多道程序设计及优点

• 多道程序设计：指让多个程序同事进入计算机的主存储器进行计算
• 多道程序设计的特点
  • CPU与外部设备充分并行
  • 外部设备之间充分并行
  • 发挥CPU的使用效率
  • 提高单位时间的算题量

多道程序系统的实现

• 为进入内存执行的程序简历管理实体：进程
• OS应管理与控制进程程序的执行
• OS协调管理各类资源在进程间的使用
  • 处理器的管理与调度
  • 主存储器的管理和调度
  • 与其他资源的管理和调度

多道程序系统的实现要点

• 如何使用资源：调用操作系统提供的服务例程
• 如何复用CPU：调度程序（在CPU空闲时让其他程序运行）
• 如何使CPU与I/O设备充分并行：设备控制器与通道（专用的I/O处理器）