计算机系统笔记

（一）硬件组成



1.总线：通常总线被设计成传送定长的字节块，也就是字；字中的字节数即字长是一个基本的系统参数，因系统而异；

2.主存：由一组DRAM（动态随机存取存储器）芯片组成；

3.CPU：从程序计数器（PC）指向的存储器处读取指令，解释指令中的位，执行指令指示的简单操作，然后更新程序计数器指向下一条指令，而这条指令并不一定在存储器中和刚刚执行的指令相邻；

（二）存储模型



（三）操作系统

操作系统有2个基本功能：1）防止硬件被失控的应用程序滥用；2）在控制复杂而又通常广泛不同的低级硬件设备方面，为应用程序提供简单一致的方法；

操作系统通过3个基本的抽象概念（进程，虚拟存储器和文件）实现这两个功能；



1.程序，进程，线程

（1）程序：一组指令的有效组合，静态概念；

（2）进程：程序的执行就是进程，动态概念；

（3）线程：进程的一个运行实体；

（4）进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；线程是CPU调度和分派的基本单位，同一个进程内多个线程共享其资源；

2.进程的三种基本状态：就绪，执行，阻塞

（1）就绪：当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要在获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态就称为就绪状态；在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将他们排成一个队列，称为就绪队列；

（2）执行：进程已获得CPU，其程序正在执行；在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态；在多处理机系统中，则有多个进程处于执行状态；

（3）阻塞：正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即程序的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态，有时也称为等待状态或封锁状态；

3.死锁

（1）概念：指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去；此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程；

（2）产生原因：

1）互斥：一个资源每次只能被一个进程使用；

2）不可抢占：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺；

3）占有并等待：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；

4）环形等待：若干进程之间形成一种首尾相接的循环等待资源关系；

4.虚拟内存

（1）虚拟内存是操作系统内存管理的一种技术；它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换；

（2）虚拟内存的提出是为了避免程序直接访问物理内存；物理内存由操作系统管理；

（3）虚拟地址需要映射到物理地址上去，主要方式有3种：页式，段式，段页式；

5.页式，段式，段页式内存管理

（1）页式

1）虚拟内存分为等长大小的块，称为页；将物理内存也分为同样等长大小的块，称为页框；

2）页表：完成虚拟地址到物理地址的映射；

3）无论数据有多少，都只能按照页面大小分配，容易造成内部碎片；

（2）段式

1）虚拟内存根据程序的自然分界动态划分为大小不等长的块，称为段；

2）段表：完成虚拟地址到物理地址的映射；

（3）段页式

1）每个程序的虚拟内存先按逻辑结构分段，每段再按照实存的页大小分页；

（4）区别与联系：

1）页的大小是固定不变的，段的大小是不固定的；

2）页式提供一维地址，段式提供二维地址；

3）一条指令或一个操作数可能会跨越两个页的分界处，而不会跨越两个段的分界处；

6.栈跟堆

（1）栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等；

（2）堆区：一般由程序员分配释放（new与delete，malloc与free），若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收；

（3）全局区（静态区）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的；

（4）文字常量区 ：常量字符串就是放在这里的；

（5）程序代码区：存放函数体的二进制代码；