計算機(jī)基礎(chǔ)講義-第2章-2013秋-部分2

1、2.6.5 任務(wù)-作業(yè)管理與處理機(jī)管理進(jìn)程：進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行。任務(wù)(或作業(yè))：從使用者來看的一項(xiàng)完整的工作。等待就緒運(yùn)行進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換運(yùn)行：指令正在被執(zhí)行。就緒：進(jìn)程等待被分配處理器。等待：進(jìn)程等待一定事件的出現(xiàn) (如獲得打印機(jī)等)。內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器合作：操作系統(tǒng)合作：操作系統(tǒng)對任務(wù)、作對任務(wù)、作業(yè)和進(jìn)程的管理與控制業(yè)和進(jìn)程的管理與控制任務(wù)與作業(yè)管理任務(wù)與作業(yè)管理調(diào)用調(diào)用“程序裝載程序裝載“執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)調(diào)用調(diào)用“處理機(jī)管理處理機(jī)管理” 執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)調(diào)用調(diào)用“進(jìn)程管理進(jìn)程管理” 執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)分工：操作系統(tǒng)分工：操作系統(tǒng)對內(nèi)存的管對內(nèi)存的管理與

2、控制理與控制-使用哪一段內(nèi)存使用哪一段內(nèi)存內(nèi)存空間分配內(nèi)存回收內(nèi)存與外存信息的自動交換內(nèi)存空間管理進(jìn)程進(jìn)程1000001段內(nèi)存段內(nèi)存調(diào)用調(diào)用“內(nèi)存管理內(nèi)存管理” 執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)分工：操作系統(tǒng)分工：操作系統(tǒng)對對CPU的管的管理與控制理與控制-執(zhí)行哪一個進(jìn)程執(zhí)行哪一個進(jìn)程就緒等待運(yùn)行運(yùn)行進(jìn)程進(jìn)程1的狀態(tài)控制的狀態(tài)控制運(yùn)算器控制器CPU狀態(tài)與管控狀態(tài)與管控狀態(tài)與管控狀態(tài)與管控裝載裝載狀態(tài)與管控狀態(tài)與管控分工：操作系統(tǒng)分工：操作系統(tǒng)對對CPU的管的管理與控制理與控制-執(zhí)行哪一個進(jìn)程執(zhí)行哪一個進(jìn)程就緒運(yùn)行運(yùn)行進(jìn)程進(jìn)程2狀態(tài)控制狀態(tài)控制就緒等待運(yùn)行運(yùn)行進(jìn)程進(jìn)程1狀態(tài)控制狀態(tài)控制等待等待等待進(jìn)程進(jìn)

3、程2進(jìn)程進(jìn)程1000000段內(nèi)存段內(nèi)存內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器000001段內(nèi)存段內(nèi)存合作：操作系統(tǒng)合作：操作系統(tǒng)對任務(wù)、作對任務(wù)、作業(yè)和進(jìn)程的管理與控制業(yè)和進(jìn)程的管理與控制任務(wù)與作業(yè)管理任務(wù)與作業(yè)管理調(diào)用調(diào)用“程序裝載程序裝載“執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)調(diào)用調(diào)用“處理機(jī)管理處理機(jī)管理” 執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)調(diào)用調(diào)用“進(jìn)程管理進(jìn)程管理” 執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)調(diào)用調(diào)用“內(nèi)存管理內(nèi)存管理” 執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)控制器CPU狀態(tài)與管控狀態(tài)與管控狀態(tài)與管控狀態(tài)與管控2.6.6 分時-并行控制(1) 分時調(diào)度策略 (2) 多處理機(jī)調(diào)度策略ttCPU作業(yè)1作業(yè)2作業(yè)3作業(yè)4操作系統(tǒng)管理著一時間輪盤；按照

4、時間輪盤的時間分區(qū)，輪流讓CPU執(zhí)行若干個程序。由于時間分區(qū)足夠小，所以每個作業(yè)的用戶都認(rèn)為自己獨(dú)占著CPU執(zhí)行執(zhí)行時間分區(qū)作業(yè)的第1部分作業(yè)的第2部分作業(yè)的第3部分作業(yè)的拆分與合并CPU1CPU2CPU3CPU4作業(yè)操作系統(tǒng)將一個作業(yè)分解成若干個可并行執(zhí)行的小作業(yè)，小作業(yè)，由不同的CPU予以執(zhí)行。其中一個CPU負(fù)責(zé)作業(yè)的拆分與合并工作，如CPU1, 如此多CPU并行完成一個作業(yè)作業(yè)的拆分與合并CPUCPUCPUCPU作業(yè)一個作業(yè)被一臺機(jī)器的操作系統(tǒng)拆分成若干個可分布與并行執(zhí)行的小作業(yè)，小作業(yè)，通過局域網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)傳送到不同的機(jī)器，由不同機(jī)器的操作系統(tǒng)控制其CPU予以執(zhí)行。如此網(wǎng)絡(luò)上，多臺計算

5、機(jī)可并行完成一個作業(yè)。作業(yè)的第1部分作業(yè)的第2部分作業(yè)的第3部分Computer Network或Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸2.6.7 現(xiàn)代計算機(jī)的工作過程 BIOS及操作系統(tǒng)的啟動、關(guān)閉啟動電源檢測內(nèi)存、顯卡初始化顯卡顯示BIOS信息顯示CPU和內(nèi)存信息硬件檢測加載主引導(dǎo)記錄，查找活動分區(qū)，裝載分區(qū)引導(dǎo)記錄加載內(nèi)核更新ESCD（擴(kuò)展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)）操作系統(tǒng)關(guān)閉過程操作系統(tǒng)關(guān)閉過程保存用戶的設(shè)置關(guān)閉服務(wù)程序保存系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)復(fù)位硬件，如復(fù)位磁盤的磁頭、停止硬件驅(qū)動程序 常駐內(nèi)存程序與服務(wù)管理 操作系統(tǒng)會有很多程序常駐內(nèi)存，用于隨時接收各種用戶和程序的操作信息，完成各種各樣的系

6、統(tǒng)管理工作。 命令解釋器和程序管理器 命令解釋器或桌面及程序管理器是用戶和操作系統(tǒng)的直接界面，它負(fù)責(zé)接收、識別并執(zhí)行用戶輸入的命令或用戶選擇的程序。2.6.8 現(xiàn)代計算機(jī)的發(fā)展馮馮.諾依曼諾依曼計算機(jī)計算機(jī)個人計算個人計算環(huán)境環(huán)境并行計算并行計算環(huán)境環(huán)境云計算云計算環(huán)境環(huán)境微處理器微處理器存儲設(shè)備存儲設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備(顯示器顯示器)輸入設(shè)備輸入設(shè)備類別類別發(fā)展水平發(fā)展水平(字長字長;主頻主頻;晶體管數(shù)目晶體管數(shù)目)(8位位; 5M;1萬顆萬顆)(16位位; 20M;10萬顆萬顆)(32位位; 60M;300萬顆萬顆)(32位位; 1G;2800萬顆萬顆)(64位位; 10G; 3億顆億顆)

7、(64位位; 10G; 10億顆億顆)穿孔紙帶穿孔紙帶(0/1輸入輸入)鍵盤輸入鍵盤輸入(符號輸入符號輸入)鼠標(biāo)輸入鼠標(biāo)輸入 (點(diǎn)輸入點(diǎn)輸入)感知輸入感知輸入(接觸式感知輸入接觸式感知輸入非接觸式感知輸入非接觸式感知輸入)CRT：陰極射線管：陰極射線管(模擬顯示器：黑白與彩色模擬顯示器：黑白與彩色)CRT: 字符發(fā)生器字符發(fā)生器(向量式模擬顯示器向量式模擬顯示器)CRT: 數(shù)字光柵掃描顯示器數(shù)字光柵掃描顯示器(基于內(nèi)存的顯示基于內(nèi)存的顯示)3D顯示器顯示器數(shù)字顯示器數(shù)字顯示器(液晶、等離子技術(shù)液晶、等離子技術(shù))固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤USB Removable diskFlashRAM磁帶磁帶/磁芯磁

8、芯/磁鼓存儲磁鼓存儲磁盤存儲磁盤存儲(硬盤與軟盤硬盤與軟盤)光盤存儲光盤存儲(CD-ROM, CD R/W, DVD)汞延遲線汞延遲線納米存儲納米存儲/量子存儲量子存儲半導(dǎo)體存儲半導(dǎo)體存儲(ROM/RAM)2.7 圖靈機(jī)計算機(jī)的理論模型 u圖靈機(jī)模型圖靈機(jī)是一個七元組 P = (Q, , , , q0, B, F )，其中 Q 是有窮狀態(tài)集 S 是有窮輸入字符集 是有窮帶字符集 是狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù) q0 是初始狀態(tài) B 是空格符 F 是有窮終結(jié)狀態(tài)集控制B BX X1 1X X2 2X X3 3 :Q:QQQL,R,NL,R,N執(zhí)行過程(a)(b)(c)2.8 不同抽象層級的計算機(jī)(軟件)1. 高

9、級語言編譯器Result = 7 + 10;ResultV,1=+7C,110C,2V=+CCV = C + C;S1S2V,V,R空格,null,RS6空格,null,R空格,null,RS7;,null,NC,C,R空格,null,R;,null,N(c)能識別兩種模式“V=C;”和 “V=C+C;”并能去除空格的圖靈機(jī)示意圖(b)圖(a)所示語句的一種模式及其解析結(jié)構(gòu)(a)一種具體的語句及其解析結(jié)構(gòu)注：V：變量C：常量=：賦值符號+：加法運(yùn)算符號注：Result：具體的變量7, 10：具體的常量=：賦值符號+：加法運(yùn)算符號注：字母表V，C，=，+，空格, ; ；S1起始狀態(tài)；S7終止?fàn)顟B(tài)

10、；null表示什么也不寫回。=MOV (), A MOV (Result), A MOV A, 7ADD A, 10 2.不同層級語言及(虛擬)計算機(jī)計算機(jī)/CPU能識別與執(zhí)行的機(jī)器語言程序機(jī)器語言程序匯編程序匯編程序編譯程序編譯程序編譯程序編譯程序編程效率高執(zhí)行效率高匯編語言源程序匯編語言源程序自動轉(zhuǎn)換高級語言源程序高級語言源程序自動轉(zhuǎn)換語言積木塊語言積木塊自動轉(zhuǎn)換更大的語言積木塊更大的語言積木塊自動轉(zhuǎn)換編譯程序編譯程序(a)計算機(jī)語言的功能擴(kuò)展路線圖應(yīng)用程序的操作與使用應(yīng)用程序的操作與使用計算機(jī)計算機(jī)計算機(jī)的所有使用者計算機(jī)的所有使用者應(yīng)用別人編寫的程序(對計算機(jī)內(nèi)部基本不了解)(a)計算

11、機(jī)計算機(jī)應(yīng)用程序員應(yīng)用程序員用高級語言編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行(理解：操作系統(tǒng)提供的API或計算機(jī)語言提供的各類函數(shù)/過程)算法與程序構(gòu)造能力算法與程序構(gòu)造能力應(yīng)用程序的操作與使用應(yīng)用程序的操作與使用用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行行(b)計算機(jī)計算機(jī)硬件系統(tǒng)程序員硬件系統(tǒng)程序員用匯編語言編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行(理解：硬件的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)；理解操作系統(tǒng)提供的擴(kuò)展功能指令)控制硬件的算法與程序的構(gòu)造能力控制硬件的算法與程序的構(gòu)造能力可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序, , 讓機(jī)器執(zhí)行讓機(jī)器執(zhí)行虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M4:用

12、編譯程序翻譯成匯編語言程序用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行行應(yīng)用程序的操作與使用應(yīng)用程序的操作與使用(c)計算機(jī)器計算機(jī)器系統(tǒng)級程序員系統(tǒng)級程序員用機(jī)器語言和操作系統(tǒng)命令編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行可擴(kuò)展操作系統(tǒng)的各方面功能(理解：硬件的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)；理解操作系統(tǒng)對硬件/軟件的管理細(xì)節(jié))用操作系統(tǒng)級指令用操作系統(tǒng)級指令(API) 編寫程序編寫程序, 讓機(jī)器執(zhí)行讓機(jī)器執(zhí)行 虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M3: 用匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序, , 讓機(jī)器執(zhí)行讓機(jī)器執(zhí)行虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M4:用編譯程

13、序翻譯成匯編語言程序用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行行應(yīng)用程序的操作與使用應(yīng)用程序的操作與使用(d)硬件內(nèi)部硬件內(nèi)部硬件系統(tǒng)設(shè)計員硬件系統(tǒng)設(shè)計員和操作系統(tǒng)程序員操作系統(tǒng)程序員用機(jī)器語言或用控制信號編寫程序，直接控制硬件 各層次的硬件/軟件設(shè)計與控制(理解：硬件的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)；理解信號控制邏輯)虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M2:用機(jī)器語言解釋操作系統(tǒng)用機(jī)器指令編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行用機(jī)器指令編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M3: 用匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M4:用編譯程序翻譯成匯編語言程序應(yīng)用程序的操作與使用應(yīng)用程序的操作與使

14、用用操作系統(tǒng)級指令用操作系統(tǒng)級指令(API) 編寫程序編寫程序, 讓機(jī)器執(zhí)行讓機(jī)器執(zhí)行 用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行行可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序, , 讓機(jī)器執(zhí)行讓機(jī)器執(zhí)行(e)微程序機(jī)器微程序機(jī)器 M0:由硬件直接執(zhí)行微指令實(shí)際機(jī)器實(shí)際機(jī)器 M1:用微指令解釋機(jī)器指令虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M2:用機(jī)器語言解釋操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M3: 用匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序虛擬機(jī)器虛擬機(jī)器 M4:用編譯程序翻譯成匯編語言程序應(yīng)用程序的操作與使用應(yīng)用程序的操作與使用用微指令編寫微程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令用微指令編

15、寫微程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令用機(jī)器指令編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行用機(jī)器指令編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行用操作系統(tǒng)級指令用操作系統(tǒng)級指令(API) 編寫程序編寫程序, 讓機(jī)器執(zhí)行讓機(jī)器執(zhí)行 (f)可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序可用助記符形式的機(jī)器指令編寫程序, , 讓機(jī)器執(zhí)行讓機(jī)器執(zhí)行用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)用高級語言的語句和函數(shù)等編寫程序，讓機(jī)器執(zhí)行行3.操作系統(tǒng)對設(shè)備的控制及設(shè)備驅(qū)動程序#include Main() Scanf(); /接收從鍵盤上的一次輸入； Printf(“Hello, World!n”);/在屏幕上顯示Hello World。 Printf() /此處僅給出實(shí)現(xiàn)思維，而未給出實(shí)