第六章   计算机系统

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案例4砌墙时,为了加快砌墙的速度,通常会将墙砖尽量挨着为正在砌墙的位置存放,想想为什么要在CPU中集成Cache?

                       

    

         当CPU要读取一个数据时,首先从缓存中查找,如果找到,就立即读取并送给CPU,如果没有找到,就用相对慢的速度从内存中从内存中读取并送给CPU,同时把这个数据所在的数据块调入缓存中,可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行,不必再读取内存,这时这样的读取机制使CPU读取缓存中的命中率非常高,也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中,只有大约10%需要从内存中读取,这大大节省了CPU直接读取内存的时间,也使CPU读取数据时基本无需等待。

 

软件系统

 

案例5:系统软件:系统软件是计算机系统必备的软件,主要功能是管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件),以及开发应用软件。包括四个方面的软件:
    

操作系统
各种语言处理程序
系统支持和服务程序
数据库管理系统

 

  应用软件是为解决计算机各类应用问题而编制的软件系统,它具有很强的实用性。应用软件是由系统软件开发的,可分为用户程序:用户程序是用户为了解决自己特定的具体问题而开发的软件,在系统软件和应用软件包的支持下进行开发。应用软件包:应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算,经过精心设计的独立软件系统,是一套满足同类应用的许多用户需要的软件。

           

           

  案例6:想想一个国家中交通系统的作用?

 

  交通系统是加强各个地方联系的重要基础设施,而在现代计算机系统中,也有一个那个在各个部件之间高速有效传输各种信息的通道,这就是总线。总线由一组导线和相关的控制、驱动电路组成,在计算机系统中,总线被视为一个独立的部件。

 

从系统结构的角度来看,总线一般分为三个层次:

 

(1)微处理器总线:也叫CPU总线或前段总线,它是从CPU芯片的引脚上引出,用来实现CPU与外围部件(包括主存、cache等)之间的连接。

 

(2)系统总线:也叫I/O通道总线,用于CPU和接口卡的连接。

 

(3)外设总线:是指计算机主机与外部设备接口的总线,实际上是一种外设的接口标准。目前在微型计算机上常用的接口标准有三种:ATA、USB和IEEE1394。ATA主要用于连接硬盘、光驱等设备,USB和IEEE1394则用来连接多种外部设备。

 

案例6硬盘一般需要分区和格式化才能使用,分区和格式化的目的是什么?

 

        分区:分成主引导区、操作系统扇区、文件分配表FAT、目录区和数据区5部分。Windows中常用的硬盘分区格式有FAT32和NTFS两种。

 

        低格式化:即硬盘的初始化,一般由生产厂家在硬盘出厂前完成。低级格式化完成对一个新硬盘划分磁道和扇区,标明地址信息、标记、修复物理坏道等低级操作。

 

        高级格式化:一般由用户完成。高级格式化将清除硬盘上的数据,重新生成引导信息,初始化文件分配表FAT,标注逻辑坏道等。

        

内存管理程序

 

案例7:文秘处理文件时,实现要将文件分文别类地放在文件袋中,受到桌面处理文件的限制,用到某类文件时会从相应的类别文件袋中取出来文件,替换桌面上已有的文件,该如何替换文件?

 

         操作系统中内存的管理程序就像文秘处理文件一样,协调和管理计算机中使用内存的,只不过文件相当于程序,桌面相当于主存。如果一个桌面智能存放一份文件,只有该文件处理完,放回文件袋中,才能处理下一个文件,即在单用户单任务的环境中,当前程序会放在主存中已经确定的位置执行,下一个程序 在执行前会在主存中完全替换该程序,如果一个桌面能同时放多份文件,就能处理多个文件袋中的文件,即在多用户多任务的环境中计算机能在同一时刻处理多个程序,有许多程序同时驻留在内存中,内存管理程序既要负责为这些程序分配内存空间,而且要保证每个程序只能在所分的内存中运行,同时还要跟踪那些不被占用的内存区域,对于一份超过桌面处理能力的多页文件而言,只能先划分成若干块,一块处理完,装回文件袋后,再取出下一块,当程序所需要的内存空间超过计算机实际所能提供的内存空间时,内存管理程序还要负责在虚拟地址空间中实现内外存之间的程序块的切换,即页面调度,使得CPU能对大于内存空间的程序进行操作。

 

调度程序

 

案例8:不靠路战术等因素,篮球比赛中,教练是如何安排场上队员的?

 

       教练作为调度队员的总指挥,要保证场上参赛队员人数要与规则要求相同,依照队员目前的身体状况决定场上队员。当队员意外受伤,不能继续比赛时,需要及时从替补队员中找到合适的参赛队员。场上队员的体能会随着时间下降,每个一段时间后,都要与替补队员轮换上阵,教练对队员的调度过程与操作系统内核中协调进程管理的两个程序非常相似,即调度程序和分配程序。


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