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操作系统和进程
阅读量:749 次
发布时间:2019-03-22

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冯诺依曼体系

冯诺依曼体系是现代计算机的核心架构,由英特尔的戈登·诺依曼在1945年提出。这一体系将计算机的功能划分为两部分:control unit(控制器)和 datapath(数据路径)。如今,几乎所有的PC和服务器都基于这一体系运作。

输入输出设备

  • 输入设备:负责接收外界的动作或指令。常见的输入设备包括鼠标和键盘、触控屏。
  • 输出设备:将计算机处理的结果显示给用户。典型的输出设备有显示器和打印机。
  • 硬盘和网卡:在现代系统中,它们同时充当输入输出设备,但工作机制有所不同。硬盘负责存储和管理大量数据,网卡负责通过网络进行数据传输。

存储器

存储器的主要作用是快速访问和存储数据。其内存天线(DRAM)是最常用的储存介质。

控制单元

CPU(Central Processing Unit)是执行指令的核心设备,包括控制器和运算器。控制器负责解码指令并发送执行命令,运算器负责进行算术和逻辑运算。

数据读写效率

CPU执行指令时,通常会使用CPU缓存来快速访问数据,这种方式比访问内存更快。而内存的数据访问速度又快过硬盘,硬盘是存储程序代码和数据的主要介质,读写速度相对较慢。

硬盘和网卡被视为需要重点管理的外设。硬盘负责存储大量程序和文件,网卡则负责与其他网络主机进行数据交换,这也是你上网时发出的网络请求通过网卡进行。

PCB结构管理进程

PCB(印刷路线板)上布置了各种电子元件,负责协调各部分的工作。系统通过PID(进程标识符)来管理进程,确保每个进程都能得到适配资源。

  • 进程:程序在运行之后,表现为进程。进程是系统分配CPU、内存等资源的最小单位。每个进程都有唯一的PID。

进程调度

现代操作系统采用时间片轮转调度法,让多个进程在同一CPU上做时间片内的切换。一个时间片结束后,系统会切换到其他进程,确保CPU始终在运行。

进程状态包括:

  • 运行态:正在执行代码片段。
  • 就绪态:暂停执行等待调度。
  • 并发:多个进程在一个CPU上交替运行。
  • 并行:多个进程在多个CPU上同时运行。

内核态与用户态

操作系统划分内核态和用户态两种运行状态:

  • 内核态:处理需要最高权限的安全性要求的任务,如文件操作、设备管理等。
  • 用户态:供用户程序直接调用,通常不涉及高权限操作,安全性较高。

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