系統(tǒng)架構(gòu)師-計算機組成和操作系統(tǒng)學習筆記CPU計算機硬件基本系統(tǒng)有五大部分組成：運算器，控制器，存儲器，輸入設備，輸出設備 存儲器分為內(nèi)部存儲器（即內(nèi)存，容量小，速度快，臨時存放數(shù)據(jù)）和外部存儲器（即硬盤，光盤等，容量大，速度慢，長期保存數(shù)據(jù)） 中央處理單元組成：由運算器，控制器，寄存器組，內(nèi)部總線 中央處理單元功能：實現(xiàn)程序控制，操作控制，時間控制，數(shù)據(jù)處理功能 運算器組成：算術邏輯單元ALU（實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的算術和邏輯運算）累加寄存器AC（運算結(jié)果或源操作數(shù)的存放區(qū)）數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR（暫時存放內(nèi)容的指令或數(shù)據(jù)）狀態(tài)條件寄存器PSW（保存指令運行結(jié)果的條件碼內(nèi)容，如溢出標志） 運算器功能：執(zhí)行所有的算術運算，如加減乘除等執(zhí)行所有的邏輯運算并進行邏輯測試，如與，或，非，比較等 控制器組成：指令寄存器IR（暫存CPU執(zhí)行指令），程序計數(shù)器PC（存放下一條執(zhí)行地址），地址寄存器AR（保存當前CPU所訪問的內(nèi)存地址），指令譯碼器ID（分析指令操作碼）等組成 控制器功能：控制整個CPU的工作，最為重要，包括程序控制，時序控制等尋址方式常用的尋址方式有· 立即尋址：操作數(shù)就包含在指令中· 直接尋址：操作數(shù)存放在內(nèi)存單元中，指令中直接給出操作數(shù)所在的存儲單元的地址· 寄存器尋址：操作數(shù)存放在某一寄存器中，指令中給出存放操作數(shù)的寄存器名。

· 寄存器間接尋址：操作數(shù)存放在內(nèi)存單元中，操作數(shù)所在存儲單元的地址在某個寄存器中· 間接尋址：指令中給出操作數(shù)地址的地址尋址速度由快倒慢依次為：立即尋址，寄存器尋址，直接尋址，寄存器間接尋址，間接尋址校驗碼碼距：所謂碼距，是指一個編碼系統(tǒng)中任意兩個合法編碼之間有多少個二進制位不同奇偶校驗碼（只能檢一位錯，并且不能糾錯）奇偶校驗碼是一種簡單有效的檢驗方法，這種方法通過在編碼中增加一位檢驗位來使編碼中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或者為偶數(shù)（偶校驗），從而使碼距變成2循環(huán)冗余校驗碼CRC（只能檢錯，不能糾錯）循環(huán)冗余校驗碼廣泛應用于數(shù)據(jù)通信領域和磁介質(zhì)存儲系統(tǒng)它利用生成多項式為k個數(shù)據(jù)位產(chǎn)生r個檢驗位來進行編碼，其編碼長度為k+rCRC是由兩部分組成，左邊為信息位（數(shù)據(jù)），右邊為檢驗碼若信息碼占k位，則檢驗碼占n-k為，檢驗碼是由信息碼產(chǎn)生的，檢驗碼的位數(shù)越多，改代碼的檢驗能力就越強在求CRC編碼時，采用的是模2運算（按位運算，不發(fā)生借位和進位）海明碼海明碼是一種利用奇偶性來檢錯和糾錯的校驗方法海明碼的構(gòu)成方法是在數(shù)據(jù)位之間的特定位置上插入k個檢驗位，通過擴大碼距來實現(xiàn)檢錯和糾錯計算機體系結(jié)構(gòu)分類Flynn分類法指令系統(tǒng)CISC是復雜指令系統(tǒng)，兼容性強，指令繁多，長度可變，由微程序?qū)崿F(xiàn)。

RISC是精簡指令系統(tǒng)，指令少，使用頻率接近，主要依靠硬件實現(xiàn)（通用寄存器，硬布線邏輯控制）指令流水線流水線周期：指令分成不同執(zhí)行段，其中執(zhí)行最長的為段位流水線周期流水線執(zhí)行時間：1條指令的總執(zhí)行時間+（總指令條數(shù)-1）*流水線周期流水線吞吐率：總指令條數(shù)/流水線執(zhí)行時間流水線加速比：不使用流水線總執(zhí)行時間/使用流水線總執(zhí)行時間設備管理設備分類方式· 按數(shù)據(jù)組織分類：塊設備，字符設備· 資源分配角度分類：獨占設備，共享設備和虛擬設備· 數(shù)據(jù)傳輸率分類：低速設備，中速設備和高速設備I/O軟件層次結(jié)構(gòu)（越往上越和硬件無關）輸入輸出技術程序控制（查詢）方式：CPU主動查詢外設是否完成數(shù)據(jù)傳輸，效率極低程序中斷方式：外設完成數(shù)據(jù)傳輸后，向CPU發(fā)送中斷，等待CPU處理數(shù)據(jù)，效率相對較高適用于鍵盤等實時性較強的場景中斷響應時間是指從發(fā)出中斷請求到開始進入中斷處理程序中斷處理時間是指從中斷處理程序開始到中斷處理結(jié)束，中斷向量提供中斷處理程序的入口地址多級中斷嵌套，使用堆棧來保護斷點和現(xiàn)場DMA方式（直接主存存取）：CPU只需完成必要的初始化等操作，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程由DMA控制器來完成，在主存和外設之間建立直接的數(shù)據(jù)通路，效率很高。

適用于硬盤等高速設備磁盤調(diào)度磁盤調(diào)度的目標是使磁盤的平均尋道時間最少常用的磁盤調(diào)度算法如下：先來先服務FCFS：根據(jù)進程請求訪問磁盤的的先后順序進行調(diào)度此算法的優(yōu)點是公平，簡單，且每個進程都能依次得到處理，缺點是平均尋道時間長最短尋道時間優(yōu)先SSTF：請求訪問的磁道與當前磁頭所在磁道距離最近使得每次的尋道時間最短但不能保證平均尋道時間最短掃描算法SCAN：又稱“電梯算法”，磁頭在磁盤上雙向移動，其會選擇離磁頭當前所在磁道最近請求訪問的磁道，并且與磁頭移動方向一致，磁頭永遠都是從里向外或者從外向里一直移動完才掉頭，與電梯類似單向掃描算法CSCAN:與SCAN不同的是，其只做單向移動，即只能從里向外或者從外向里進程的組成和狀態(tài)進程的組成：進程控制塊PCB（唯一標志），程序（描述程序要干什么），數(shù)據(jù)（存放進程執(zhí)行是所需數(shù)據(jù)）前趨圖前趨圖：用來表示哪些任務可以并行執(zhí)行，哪些任務之間有順序關系進程資源圖進程資源圖：用來表示進程和資源之間的分配和請求關系如下圖所示:P代表進程，R代表資源，R方框中 有幾個圓球就表示有幾個這種資源，在圖中，R1指向P1，表示R1已經(jīng)分配了一個資源給P1了，P1指向R2，表示P1還需要一個R2才能執(zhí)行。

阻塞節(jié)點：某進程中所請求的資源已全部分配完畢，無法獲取所需資源，則該進程被阻塞了無法繼續(xù)執(zhí)行，如上圖P2非阻塞節(jié)點：某進程所請求的資源還有剩余，可以分配給該進程繼續(xù)運行如上圖中P1,P3當一個進程資源圖中所有進程都是阻塞節(jié)點時，即進入死鎖狀態(tài)死鎖當一個進程在等待永遠不可能發(fā)生的事件時，就會產(chǎn)生死鎖，若系統(tǒng)中多個進程出于死鎖狀態(tài)，就會造成系統(tǒng)死鎖死鎖產(chǎn)生的必要條件：ü 資源互斥ü 每個進程占有資源并等待其他資源ü 系統(tǒng)不能剝奪進程資源ü 進程資源圖是一個環(huán)路死鎖產(chǎn)生后，解決措施是打破四大條件，有下列方法：死鎖預防：采用某種策略限制并發(fā)進程對于資源的請求，破壞死鎖的四大條件之一，使系統(tǒng)任何時候都不滿足死鎖的條件死鎖避免：一般采用銀行家算法來避免銀行家算法，就是提前計算出一條不會死鎖的資源分配方法，才分配資源，否則不分配資源死鎖檢測：允許死鎖產(chǎn)生，當系統(tǒng)定時運行一個檢測死鎖的程序，若檢測到系統(tǒng)中發(fā)生死鎖，則設法加以解除死鎖解除：即死鎖發(fā)生后的解除辦法，如剝奪資源，撤銷進程等線程傳統(tǒng)的線程有兩個屬性：可擁有資源的獨立單位，可獨立調(diào)度和分配的基本單位引入線程后，線程是獨立調(diào)度的最小單位，進程是擁有資源的最小單元。

線程可以共享進程的公共數(shù)據(jù)，全局變量，代碼，文件等資源，但不能共享進程中某線程獨有的資源，如線程的棧指針等標識數(shù)據(jù)。