計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程

1、1.1 - 一段引言（幾句話）計(jì)算機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，離不開計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件 系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)中，又可以分為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，軟件系統(tǒng)又 分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。（1）-介紹存儲器子系統(tǒng)（可以展開講存儲器體系結(jié)構(gòu)，比如內(nèi)存，夕卜存，cache，rom, ram 等等）計(jì)算機(jī)存儲系統(tǒng)中，分為內(nèi)存儲器和外存儲器，其中內(nèi)存器從功能上 可以分為：讀寫存儲器RAM只讀存儲器ROM兩大類；外存儲器有U 盤、移動硬盤以及光盤。RoM ROM表示只讀存儲器（Read Only Memory，在制造ROM勺時(shí) 候，信息（數(shù)據(jù)或程序）就被存入并永久保存。這些信息只能讀出， 一般不能寫入，即使機(jī)器停電，這些

2、數(shù)據(jù)也不會丟失。ROMH般用于存放計(jì)算機(jī)的基本程序和數(shù)據(jù)，如BIOS ROM其物理外形一般是雙列 直插式（DIP）的集成塊。Cache：高速緩存。我們知道，電腦的內(nèi)存是以系統(tǒng)總線的時(shí)鐘頻率 工作的，這個頻率通常也就是CPU的外頻。但是，CPU的工作頻率（主頻)是外頻與倍頻因子的乘積。Cache是一種特殊的存儲器，它由Cache存儲部件和Cache控制部件組成。Cache控制器部件包括主存 地址寄存器、Cache地址寄存器，主存-Cache地址變換部件及替換 控制部件等。CPU運(yùn)行程序是一條指令一條指令地執(zhí)行的，而且指令 地址往往是連續(xù)的，意思就是說CPU在訪問內(nèi)存時(shí)，在較短的一段時(shí) 間內(nèi)往往集

3、中于某個局部，這時(shí)候可能會碰到一些需要反復(fù)調(diào)用的 子 程序。電腦在工作時(shí)，把這些活躍的子程序存入比內(nèi)存快得多的 Cache 中。CPU在訪問內(nèi)存時(shí)，首先判斷所要訪問的內(nèi)容是否在Cache中，如果在，就稱為“命中”，此時(shí) CPL直接從Cache中調(diào)用該內(nèi)容；否 則，就稱為“不命中”，CPU只好去內(nèi)存中調(diào)用所需的子程序或指令 了。CPU不但可以直接從Cache中讀出內(nèi)容，也可以直接往其中寫入 內(nèi)容。由于Cache的存取速率相當(dāng)快，使得CPU的利用率大大提高， 進(jìn)而使整個系統(tǒng)的性能得以提升。RAM( random access memory )隨機(jī)存儲器。存儲單元的內(nèi)容可按需 隨意取出或存入，且存取

4、的速度與存儲單元的位置無關(guān)的存儲器。按照存儲信息的不同，隨機(jī)存儲器又分為靜態(tài)隨機(jī)存儲器(StaticRAM,SRAM)動態(tài)隨機(jī)存儲器(Dynamic RAMQRAM)個DRAM勺存 儲單元存儲的是0還是1取決于電容是否有電荷，有電荷代表 1,無 電荷代表0。但時(shí)間一長，代表1的電容會放電，代表0的電容會吸 收電荷，這就是數(shù)據(jù)丟失的原因；刷新操作定期對電容進(jìn)行檢查，若 電量大于滿電量的1/2，則認(rèn)為其代表1,并把電容充滿電；若電量 小于1/2，則認(rèn)為其代表0,并把電容放電，藉此來保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性。（2）-介紹CPU子系統(tǒng)（概括性的就可以，幾句話）CPU火柴盒大小的體積上，布滿了數(shù)以萬計(jì)的晶體管，

5、他們彼 此獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，CPU內(nèi)部按照功能區(qū)域劃分，分別為控制單元（Con trol Unit ； CU、邏輯單元（Arithmetic Logic Un it ；ALU）、存儲單元（Memory Unit ； MU三個重要單元。按照 CPU內(nèi) 部結(jié)構(gòu)劃分，分別為定點(diǎn)運(yùn)算單元，浮點(diǎn)運(yùn)算單元， MMXI元，L1 Cache單元和寄存器等。（3）-介紹10子系統(tǒng)（4）-介紹軟件系統(tǒng)（分系統(tǒng)軟件，用戶軟件）計(jì)算機(jī)軟件中分為系統(tǒng)軟件和用戶軟件。其中系統(tǒng)軟件最重要 且最基本的就是操作系統(tǒng)（OS。它是最底層的軟件，它控制所有 計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序并管理整個計(jì)算機(jī)的資源，是計(jì)算機(jī)裸機(jī)與應(yīng)用 程序及用戶之間的橋

6、梁。沒有它，用戶也就無法使用某種軟件或程 序。1. 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制和管理中心，從資源角度來看，它具有處理 機(jī)、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理等 4項(xiàng)功能。2. 程序語言設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)解題的一般過程是：用戶用計(jì)算機(jī)語言編寫程序，輸入計(jì)算 機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)將其翻譯成機(jī)器語言，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行后輸出結(jié)果。程序設(shè)計(jì)語言的發(fā)展經(jīng)歷了五代一一機(jī)器語言、匯編語言、高 級語言、非過程化語言和智能語言。3. 語言處理程序計(jì)算機(jī)只能直接識別和執(zhí)行機(jī)器語言，因此要計(jì)算機(jī)上運(yùn)行高 級語言程序就必須配備程序語言翻譯程序，翻譯程序本身是一組程 序，不同的高級語言都有相應(yīng)的翻譯程序。4. 數(shù)據(jù)庫管理程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

7、是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用于建立、 使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫。5. 系統(tǒng)輔助處理程序系統(tǒng)輔助處理程序也稱為“軟件研制開發(fā)工具”、“支持軟件”、“軟件工具”，主要有編輯程序、調(diào)試程序、裝備和連接程序、調(diào)試程序。其中：操作系統(tǒng)如我們常用的 Windows,linux,Dos ，unix mac等。語言處理程序如匯編語言匯編器，C語言編譯、連接器等，一般來講，系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和一系列基本的工具（比如編譯器，數(shù) 據(jù)庫管理，存儲器格式化，文件系統(tǒng)管理，用戶身份驗(yàn)證，驅(qū)動管 理，網(wǎng)絡(luò)連接等方面的工具）。是支持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)用戶操作的那部分軟件。應(yīng)用軟件：是用戶可以使用的各種程序設(shè)計(jì)語言，以

8、及用各種程序 設(shè)計(jì)語言編制的應(yīng)用程序的集合，分為應(yīng)用軟件包和用戶程序。應(yīng)用軟件包是利用計(jì)算機(jī)解決某類問題而設(shè)計(jì)的程序的集合，供多用 戶使用。(5) -介紹CPU存儲器10分別是怎么鏈接起來的，(通過以下 三個總線中哪一個總線，怎么連接的 數(shù)據(jù)總線 地址總線 控制總線) 就像工廠中各部位之間的聯(lián)系渠道，總線實(shí)際上是一組導(dǎo)線，是各種公共信號線的集合，用于作為電腦中所有各組成部分傳輸信息共 同使用的“公路”。直接和CPU相連的總線可稱為局部總線。其中包 括：數(shù)據(jù)總線 DB(Data Bus)、地址總線 AB(Address Bus)、控制總 線CB(Control Bus)。其中，數(shù)據(jù)總線用來傳輸數(shù)

9、據(jù)信息；地址總線 用于傳送CPU發(fā)出的地址信息；控制總線用來傳送控制信號、時(shí)序信 號和狀態(tài)信息等。CPU內(nèi)部，寄存器之間和算術(shù)邏輯部件 ALU與控制部件之間傳輸 數(shù)據(jù)所用的總線稱為片內(nèi)總線(即芯片內(nèi)部的總線)。控制總線傳送的 是各種控制信號，有CPU至存儲器、I/O接口設(shè)備的控制信號。數(shù)據(jù)總線DB用于傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總 線，即他既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲器或I/O接口等其它部 件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到 CPU地址總線AB是專門用來傳送地址的，由于地址只能從 CPL#向 外部存儲器或I/O端口，所以地址總線總是單向三態(tài)的，這與數(shù)據(jù) 總線不同。l/o系統(tǒng)即輸入輸出

10、系統(tǒng)，操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理輸入輸 出設(shè)備的部分稱為l/o系統(tǒng)，完成設(shè)備管理功能，包括外設(shè)編址，數(shù) 據(jù)通路的建立，向主機(jī)提供外設(shè)的狀態(tài)信息等。I/O系統(tǒng)的組成 有:I/o設(shè)備，設(shè)備控制器及i/0操作有關(guān)的軟硬件。CPU與 I/O設(shè)備的工作往往是異步的，很難保證當(dāng) CPL執(zhí)行輸 入操作時(shí)，外設(shè)已把要輸入的信息準(zhǔn)備好了；而當(dāng)CPL執(zhí)行輸出時(shí)，外設(shè)的寄存器（用于存放 CPL輸出數(shù)據(jù)的寄存器）一定是空 的。所以，通常程序控制的傳送方式在傳送之前，必須要查詢一下 外設(shè)的狀態(tài)，當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備就緒了才傳送；若未準(zhǔn)備好，則CPU等待。1. 查詢式輸入在輸入時(shí)，CPU必須了解外設(shè)的狀態(tài)，看外設(shè)是否準(zhǔn)備好。當(dāng)輸入設(shè)備的數(shù)

11、據(jù)已準(zhǔn)備好后，發(fā)出一個選通信號，一邊把數(shù)據(jù)送 入鎖存器，一邊使D觸發(fā)器為"1",給出"準(zhǔn)備好"Ready的狀態(tài)信 號。而數(shù)據(jù)與狀態(tài)必須由不同的端口輸至 CPU數(shù)據(jù)總線。當(dāng)CPU要 由外設(shè)輸入信息時(shí)，先輸入狀態(tài)信息，檢查數(shù)據(jù)是否已準(zhǔn)備好，當(dāng) 數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好后，才輸入數(shù)據(jù)。2. 查詢式輸出同樣的，在輸出時(shí)CPU也必須了解外設(shè)的狀態(tài)，看外設(shè)是否有空（即外設(shè)不是正處在輸出狀態(tài)，或外設(shè)的數(shù)據(jù)寄存器是空的，可以 接收CPU輸出的信息），若有空，則 CPU執(zhí)行輸出指令，否則就等 待。（1）CpU是做什么的，它是怎么來進(jìn)行處理的？它能處理什么？由晶體管組成的CPU是作為

12、處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行程序的核心，其英文全稱是：Central Processing Unit，即中央處理器。首先，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為控制單元，邏輯運(yùn)算單元和存儲單元（包括內(nèi)部總線及緩沖器）三大部分。CPU的工作原理就像一個工廠對產(chǎn)品的加 工過程：進(jìn)入工廠的原料（程序指令），經(jīng)過物資分配部門（控制單元） 的調(diào)度分配，被送往生產(chǎn)線（邏輯運(yùn)算單元），生產(chǎn)出成品（處理后的 數(shù)據(jù)）后，再存儲在倉庫（存儲單元）中，最后等著拿到市場上去賣 （交由應(yīng)用程序使用）。在這個過程中，我們注意到從控制單元開 始，CPU就開始了正式的工作，中間的過程是通過邏輯運(yùn)算單元來 進(jìn)行運(yùn)算處理，交到存儲單元代表工作的結(jié)束。數(shù)據(jù)從

13、輸入設(shè)備流 經(jīng)內(nèi)存，等待CPU的處理，這些將要處理的信息是按字節(jié)存儲的， 也就是以8位二進(jìn)制數(shù)或8比特為1個單元存儲，這些信息可以是 數(shù)據(jù)或指令。數(shù)據(jù)可以是二進(jìn)制表示的字符、數(shù)字或顏色等等。而 指令告訴CPL對數(shù)據(jù)執(zhí)行哪些操作，比如完成加法、減法或移位運(yùn) 算。我們假設(shè)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是最簡單的原始數(shù)據(jù)。首先，指令指 針（Instruction Pointer）會通知CPU將要執(zhí)行的指令放置在內(nèi)存中的存儲位置。因?yàn)閮?nèi)存中的每個存儲單元都有編號（稱為地址），可以根據(jù)這些地址把數(shù)據(jù)取出，通過地址總線送到控制單元中，指 令譯碼器從指令寄存器ir中拿來指令，翻譯成CPU可以執(zhí)行的形 式，然后決定完成該指令

14、需要哪些必要的操作，它將告訴算術(shù)邏輯 單元（ALU）什么時(shí)候計(jì)算，告訴指令讀取器什么時(shí)候獲取數(shù)值，告訴 指令譯碼器什么時(shí)候翻譯指令等等。假如數(shù)據(jù)被送往算術(shù)邏輯單 元，數(shù)據(jù)將會執(zhí)行指令中規(guī)定的算術(shù)運(yùn)算和其他各種運(yùn)算。當(dāng)數(shù)據(jù) 處理完畢后，將回到寄存器中，通過不同的指令將數(shù)據(jù)繼續(xù)運(yùn)行或 者通過DB總線送到數(shù)據(jù)緩存器中。基本上，CPI就是這樣去執(zhí)行讀出數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和往內(nèi)存寫 數(shù)據(jù)3項(xiàng)基本工作。CPU的工作就是執(zhí)行這些指令，完成一條指令 后，CPU的控制單元又將指令讀取器從內(nèi)存中讀取下一條指令來執(zhí) 行。這個過程不斷快速地重復(fù)，快速地執(zhí)行一條又一條指令，產(chǎn)生 你在顯示器上所看到的結(jié)果。在處理這么多指令和

15、數(shù)據(jù)的同時(shí)，由 于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移時(shí)差和CPU處理時(shí)差，肯定會出現(xiàn)混亂處理的情況。為 了保證每個操作準(zhǔn)時(shí)發(fā)生，CPI需要一個時(shí)鐘，時(shí)鐘控制著 CPU所 執(zhí)行的每一個動作。時(shí)鐘就像一個節(jié)拍器，它不停地發(fā)出脈沖，決 定CPU的步調(diào)和處理時(shí)間，這就是我們所熟悉的 CPU的標(biāo)稱速度， 也稱為主頻。主頻數(shù)值越高，表明 CPU的工作速度越快。(2)介紹CPU的取指令，分析指令，執(zhí)行指令。Cpu的指令的執(zhí)行過程：首先是取指令和分析指令。按照程序 規(guī)定的次序，從內(nèi)存儲器取出當(dāng)前執(zhí)行的指令，并送到控制器的指 令寄存器中，對所取的指令進(jìn)行分析，即根據(jù)指令中的操作碼確定 計(jì)算機(jī)應(yīng)進(jìn)行什么操作。其次是執(zhí)行指令。根據(jù)指令分析結(jié)

16、果，由控制器發(fā)出完成操作 所需的一系列控制電位，以便指揮計(jì)算機(jī)有關(guān)部件完成這一操作， 同時(shí)，還為取下一條指令作好準(zhǔn)備。1.3 - 一段引言（1）-介紹CPU勺什么工作和其他部件有關(guān)（比如CU的工作要 去內(nèi)存取指令）內(nèi)存從CPU獲得查找某個數(shù)據(jù)的指令，然后再找出存取資料的位 置時(shí)（這個動作稱為“尋址”），它先定出橫坐標(biāo)（也就是“列地址”） 再定出縱坐標(biāo)（也就是“行地址”），這就好像在地圖上畫個十字標(biāo) 記一樣，非常準(zhǔn)確地定出這個地方。對于電腦系統(tǒng)而言，找出這個地 方時(shí)還必須確定是否位置正確，因此電腦還必須判讀該地址的信號， 橫坐標(biāo)有橫坐標(biāo)的信號（也就是 RAS信號，RowAddress Strob

17、e ）縱 坐標(biāo)有縱坐標(biāo)的信號（也就是CAS信號，Column Address Strobe）， 最后再進(jìn)行讀或?qū)懙膭幼?。因此，?nèi)存在讀寫時(shí)至少必須有五個步驟： 分別是畫個十字（內(nèi)有定地址兩個操作以及判讀地址兩個信號，共四個操作）以及或讀或?qū)懙牟僮鳎拍芡瓿蓛?nèi)存的存取操作。-介紹CPU的什么工作相對獨(dú)立的（比如ALU的工作相對獨(dú)立，CPU 的時(shí)鐘是相對獨(dú)立的）ALU是一種功能較強(qiáng)的組合邏輯電路，它能進(jìn)行多種算術(shù)運(yùn)算和 邏輯運(yùn)算。章節(jié)2：2.1介紹幾個不同的操作系統(tǒng)的。每個系統(tǒng)有啥 特點(diǎn)，有啥需求?？?寫的有桌面操作系統(tǒng)Linux nuix 移動操作系統(tǒng)，macOS等等Linux操作系統(tǒng)具有的特性

18、：1. 開放性：挃系統(tǒng)遵循丐界 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放系統(tǒng)互連 (OSI)國際標(biāo)準(zhǔn)。2. 多用戶：是挃系統(tǒng)資源可以被丌同用戶使用，每個用戶對自己 的資源(例如：文件、設(shè)備)有特定的權(quán)限，互丌影響。3. 多任務(wù)：它是挃計(jì)算機(jī)同時(shí)執(zhí)行多個程序，而丐各個程序的運(yùn) 行互相獨(dú)立。4. 良好的用戶界面：Linux向用戶提供了兩種界面：用戶界面和 系統(tǒng)調(diào)用。Linux還為用戶提供了圖形用戶界面。它利用鼠標(biāo)、菜 單、窗口、滾勱條等設(shè)施，給用戶呈現(xiàn)一個直觀、易操作、交互性強(qiáng)的友好的圖形化界面。設(shè)備獨(dú)立性：是挃操作系統(tǒng)把所有外部設(shè) 備統(tǒng)一當(dāng)作成文件來看待，只要安裝它們的驅(qū)勱程序，任何用戶都可以象使用文件一樣，操

19、縱、使用這些設(shè)備，而丌必知道它們的具 體存在形式。Linux是具有設(shè)備獨(dú)立性的操作系統(tǒng)，它的內(nèi)核具有 高度適應(yīng)能力。提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)功能：完善的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)是Lin ux一大特點(diǎn)。5. 良好的可移植性：將操作系統(tǒng)從一個平臺轉(zhuǎn)移到另一個平臺 使它仍然能挄其自身的方式運(yùn)行的能力。Linux是一種可移植的操作系統(tǒng)，能夠在從微型計(jì)算機(jī)到大型計(jì)算機(jī)的任何環(huán)境中和任何平 臺上運(yùn)行。Linux采取了許多安全技術(shù)措施，包括對讀、寫控制、帶保護(hù)的 子系統(tǒng)、審計(jì)跟蹤、核心授權(quán)等，這為網(wǎng)絡(luò)多用戶環(huán)境中的用戶提 供了必要的安全保障。硬件配置需求：一、Ubuntu的最低配置：在外觀首選項(xiàng)里關(guān)閉特殊“視覺效果”后，下面配置可

20、以流暢地運(yùn)行 Ubuntu：CPU 700 MHz;內(nèi)存：384 MB;硬盤：6 GB剩余空間；顯卡：800x600以上分辨率；二、Ubuntu推薦配置：擁有以下硬件配置，可以打開視覺效果，令電腦產(chǎn)生美輪美奐的極具吸引力的效果：CPU 1.2 GHz ；內(nèi)存：512 MB;硬盤：8 GB剩余空間；顯卡：1024x768以上分辨率Win dows操作系統(tǒng)家族的主要特點(diǎn)：1. CMD命令提示符更智能更人性化，以往的 wi ndows版本的 命令提示符窗口，粘貼功能 Ctrl+V是不可能實(shí)現(xiàn)的，但在 win 10系 統(tǒng)，完全可以用鍵盤快捷鍵 Ctrl+V粘貼，而且能夠像word等辦公 軟件里一樣，按

21、住shift鍵不放，按下方向鍵來選擇文字內(nèi)容；2. 開始菜單回來了，并且可以進(jìn)行全局搜索，搜索范圍包括 本地PC內(nèi)容和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。同時(shí)，開始菜單右側(cè)附帶了新的“格子“抑或稱為”磁貼（源生于 win8的特點(diǎn)被winlO繼承）“。有系統(tǒng) 通知、日期、天氣、郵件、常用程序等等功能，而且顯示項(xiàng)目可以 自由定制選擇和排列順序，并且可以隨意調(diào)整顯示項(xiàng)目大小尺寸；3. 智能調(diào)整程序窗口大小的Snap Fill ，即快速填充，是指將某 個應(yīng)用A的窗口桌面左邊緣移動時(shí)，在接近左邊緣的時(shí)候，松開鼠 標(biāo)按鍵，這時(shí)候程序窗口自動的從左邊緣開始填充，占據(jù)合適的屏 幕大小。當(dāng)另一個程序B窗口移動向右邊緣的時(shí)候，松開鼠標(biāo)按

22、鍵，改程序窗口會自動填滿 A未填充的屏幕區(qū)域。3. 4.MutiTask多任務(wù)功能，切換快捷鍵 Windows鍵+“ Tab”，這樣就能查看當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)有哪些，而且是窗口縮略圖 的形式顯示，每個縮略圖右上角都有關(guān)閉按鈕，可以很方便的點(diǎn)擊 關(guān)閉任務(wù)。配置需求基本上，如果你的電腦可以運(yùn)行 Win dows 8.1，則可以放心開 始安裝。如果不太確定，不必?fù)?dān)心， Win dows將檢查你的系統(tǒng)以確 保可以安裝技術(shù)預(yù)覽版。處理器：1千兆赫（GHz ）或更快。內(nèi)存：1GB（32位）或 2GB（64位）。可用硬盤空間：16GB圖形卡：帶有WDD驅(qū)動程序的Microsoft DirectX 9 圖形設(shè) 備

23、。擁有Microsoft 帳戶和In ternet 接入。Windows 10的安裝過程上與 Windows 8基本一致，安裝后依然有個簡單的設(shè)置向?qū)?，用戶可以登錄微軟賬戶來同步數(shù)據(jù)，在斷網(wǎng)的條件下則可新建本地賬戶。MacOS系統(tǒng)特點(diǎn)：1. 使用Mac OS X系統(tǒng)，Mac設(shè)備不會中病毒。因?yàn)檐浖径?是密封的，外部文件很難破壞操作系統(tǒng)系統(tǒng)。2. Mac OS X系統(tǒng)內(nèi)置 App Store和iTunes，有連接網(wǎng)絡(luò)和用Apple ID登錄、授權(quán)后直接使用，無需另行下載。3. Mac OS X系統(tǒng)有獨(dú)家軟件Xcode（相關(guān)資料可以到網(wǎng)上查詢），主要適用于iOS游戲和iOS應(yīng)用軟件開發(fā)，Win

24、dows系統(tǒng)無法 使用（沒開源）。4. Mac OS X有查找我的iPhone,即便設(shè)備丟失也不怕，使用其他蘋果設(shè)備遠(yuǎn)程定位即可。但是，丟失的Mac設(shè)備必須開機(jī)、連網(wǎng)、用相同Apple ID綁定iCloud并打開查找我的iPhone，三個條 件缺一不可?；旧?，如果你的電腦可以運(yùn)行 Win dows 8.1，則可以放心 開始安裝。如果不太確定，不必?fù)?dān)心， Win dows將檢查你的系統(tǒng)以 確保可以安裝技術(shù)預(yù)覽版。配置要求：蘋果系統(tǒng)對電腦基本沒什么要求，但是里面涉及到的軟件就需 要要求了，蘋果系統(tǒng)是針對 3D繪圖和設(shè)計(jì)而開發(fā)的，所以需要渲染 能力很強(qiáng)的CPU和顯卡，其他的沒什么要求2.2討論操作

25、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特性。一、模塊組合結(jié)構(gòu)模塊組合結(jié)構(gòu)是在軟件工程出現(xiàn)以前的早期操作系統(tǒng)以及目前一些 小型操作系統(tǒng)最常用的組織方式。操作系統(tǒng)剛開始發(fā)展時(shí)是以建立一個簡單的小系統(tǒng)為目標(biāo)來實(shí)現(xiàn) 的，但是為了滿足其他需求又陸續(xù)加入一些新的功能，其結(jié)構(gòu)漸漸 變得復(fù)雜而無法掌握。以前我們使用的 MS-DO就是這種結(jié)構(gòu)最典型 的例子。這種操作系統(tǒng)是一個有多種功能的系統(tǒng)程序，也可以看成 是一個大的可執(zhí)行體，即整個操作系統(tǒng)是一些過程的集合。系統(tǒng)中 的每一個過程模塊根據(jù)它們要完成的功能進(jìn)行劃分，然后按照一定 的結(jié)構(gòu)方式組合起來，協(xié)同完成整個系統(tǒng)的功能。在模塊組合結(jié)構(gòu)中，沒有一致的系統(tǒng)調(diào)用界面，模塊之間通過對 外提

26、供的接口傳遞信息，模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)隱藏的程序單元，使其對其 它過程模塊來說是透明的。但是，隨著功能的增加，模塊組合結(jié)構(gòu) 變得越來越復(fù)雜而難以控制，模塊間不加控制地相互調(diào)用和轉(zhuǎn)移， 以及信息傳遞方式的隨意性，使系統(tǒng)存在一定隱患。二、層次結(jié)構(gòu)為了彌補(bǔ)模塊組合結(jié)構(gòu)中模塊間調(diào)用存在的固有不足之處，就 必須減少模塊間毫無規(guī)則的相互調(diào)用、相互依賴的關(guān)系，尤其要清 除模塊間的循環(huán)調(diào)用。從這一點(diǎn)出發(fā)，層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用了高層 建筑結(jié)構(gòu)的理念，將操作系統(tǒng)或軟件系統(tǒng)中的全部構(gòu)成模塊進(jìn)行分類：將基礎(chǔ)的模塊放在基層（或稱底層、一層），在此基礎(chǔ)上，再將某 些模塊放在二層，二層的模塊在基礎(chǔ)模塊提供的環(huán)境中工作；它只能調(diào)用基層

27、的模塊為其工作，反之不行。嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)，第N+I層只能在N層模塊提供的基礎(chǔ)上建立，只能在 N層提供的環(huán)境中工 作，也只能向N層的模塊發(fā)調(diào)用請求。在采用層次結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，各個模塊都有相對固定的位置、相對固定的層次。處在同一層次的各模塊，其相對位置的概念 可以不非常明確。處于不同層次的各模塊，一般而言，不可以互相 交換位置，只存在單向調(diào)用和單向依賴。Unix/Linux系統(tǒng)采用的就是這種體系結(jié)構(gòu)。在層次結(jié)構(gòu)中，強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)中各組成部分所處的位置，但是 想要讓系統(tǒng)正常運(yùn)作，不得不協(xié)調(diào)兩種關(guān)系，即依賴關(guān)系和調(diào)用關(guān) 系。依賴關(guān)系是指處于上層（或外層）的軟件成分依賴下層軟件的存在、 依賴下層軟件的運(yùn)

28、行而運(yùn)行。例如，瀏覽器這部分軟件就依賴GUI的存在和運(yùn)行，GUI又依賴操作系統(tǒng)的存在和運(yùn)行。在操作系統(tǒng)內(nèi) 部，外圍部分依賴內(nèi)核的存在而存在，依賴內(nèi)核的運(yùn)行而運(yùn)行，內(nèi) 核又依賴HAL而運(yùn)行。處在同層之內(nèi)的軟件成分可以是相對獨(dú)立 的，相互之間一般不存在相互依賴關(guān)系。三、虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)的基本思想是系統(tǒng)能提供兩個功能：多道程序處理能力；提供一個比裸機(jī)有更方便擴(kuò)展界面的計(jì)算機(jī)。操作系統(tǒng)是覆蓋在硬件裸機(jī)上的一層軟件，它通過系統(tǒng)調(diào)用向位于它之上的用戶應(yīng) 用程序服務(wù)。從應(yīng)用程序的角度看來，操作系統(tǒng)像是一臺“計(jì)算 書”，只不過它的功能比硬件裸機(jī)更強(qiáng)，它的指令系統(tǒng)是系統(tǒng)調(diào)用 集而己。因此，從概念上來講，操作系統(tǒng)

29、是“虛擬機(jī)”。這是“虛 擬機(jī)”概念的來源。利用 CPU調(diào)度以及虛擬內(nèi)存技術(shù)，操作系統(tǒng)可 以給運(yùn)行于系統(tǒng)中的進(jìn)程以假象：好像進(jìn)程擁有自己的CPU和存儲 器，如同系統(tǒng)中只有一個進(jìn)程，系統(tǒng)所有資源都為它服務(wù)。從這個 角度來講，操作系統(tǒng)為每一個進(jìn)程創(chuàng)建了一個使該進(jìn)程獨(dú)立運(yùn)行于 其中的“虛擬機(jī)”，在這個“虛擬機(jī)”中，進(jìn)程擁有自己的“CPU和“存儲器”，同時(shí)進(jìn)程還得到了硬件所無法提供的文件系統(tǒng)功 能。虛擬機(jī)操作系統(tǒng)就是根據(jù)這一想法而產(chǎn)生的。虛擬機(jī)操作系統(tǒng)不提供傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)的功能。最 初的虛擬機(jī)僅僅為進(jìn)程提供一個訪問底層的接口，它通過對硬件的 復(fù)用提供給每一個進(jìn)程以硬件的一個拷貝，因此能夠直接的

30、運(yùn)行在 硬件上的程序都可以直接運(yùn)行在虛擬機(jī)之上。后來出現(xiàn)了另外三種 體系結(jié)構(gòu)的虛擬機(jī)：由機(jī)器虛擬指令映射構(gòu)成的虛擬機(jī)。虛擬機(jī)操作系統(tǒng)并沒有提供一個供應(yīng)用程序直接運(yùn)行的現(xiàn)成環(huán) 境，它僅僅是對硬件進(jìn)行（分時(shí)）復(fù)用從而得到硬件的多個拷貝，應(yīng) 用程序不可以直接運(yùn)行在硬件之上，因此它也無法運(yùn)行在虛擬機(jī)操 作系統(tǒng)之上。通常的情況是，普通的操作運(yùn)行在虛擬機(jī)之上。而應(yīng) 用程序運(yùn)行在各自的操作系統(tǒng)之上，由于虛擬機(jī)操作系統(tǒng)是通過（分時(shí)）復(fù)用硬件資源同時(shí)提供多臺虛擬機(jī)，因此同時(shí)可以有多個不同的操作系統(tǒng)運(yùn)行在同一物理硬件機(jī)器之上，因此可以有多個不同操作 系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以同時(shí)運(yùn)行在同一臺物理硬件機(jī)器之上。四、微內(nèi)核結(jié)

31、構(gòu)操作系統(tǒng)研究領(lǐng)域最近十幾年突出的成就應(yīng)該是微內(nèi)核技術(shù)。微 內(nèi)核的研究動機(jī)是為克服已有的操作系統(tǒng)內(nèi)核由于功能的增加而逐 漸變大的缺點(diǎn)。微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的基本思想是把操作系統(tǒng)中與硬件直接相關(guān)的 部分抽取出來作為一個公共層，稱之為硬件抽象層 (HAL)。這個硬件 抽象層其實(shí)就是一種虛擬機(jī)，它向所有基于該層的其它層通過API接口提供一系列標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。在微內(nèi)核中只保留了處理機(jī)調(diào)度、存儲 管理和消息通訊等少數(shù)幾個組成部分，將傳統(tǒng)操作系統(tǒng)內(nèi)核中的一 些組成部分放到內(nèi)核之外來實(shí)現(xiàn)。如傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的文件管理系 統(tǒng)、進(jìn)程管理、設(shè)備管理、虛擬內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)核功能都放在內(nèi)核 外作為一個獨(dú)立的子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。因此，操作系

32、統(tǒng)的大部分代碼只 要在一種統(tǒng)一的硬件體系結(jié)構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以了。微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)有：內(nèi)核非常小。許多操作系統(tǒng) 服務(wù)不屬于內(nèi)核，而是運(yùn)行在內(nèi)核之上的，這樣，當(dāng)高層模塊更新 時(shí)內(nèi)核無須重新編譯。有一個硬件抽象層，內(nèi)核能方便地移植到 其它的硬件體系結(jié)構(gòu)中。因?yàn)楫?dāng)需要移植到新的軟件或硬件環(huán)境中 時(shí)，只需對與硬件相關(guān)的部分稍加修改即可把微內(nèi)核嵌入到新的硬 件環(huán)境中，在多數(shù)情況下并不需要移植外部服務(wù)器或客戶應(yīng)用。 靈活性和擴(kuò)展性.微內(nèi)核最大的優(yōu)點(diǎn)之一就是它的靈活性和擴(kuò)展性。如果要實(shí)現(xiàn)另一個視圖，可以增加一個外部服務(wù)器。若要想擴(kuò)展功 能，可以增加和擴(kuò)展內(nèi)部服務(wù)器。微內(nèi)核思想雖然是一種非常理想的，理論

33、上具有明顯先進(jìn)性的 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，但是現(xiàn)代微內(nèi)核結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)還存在著許多問 題，現(xiàn)代微內(nèi)核操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能還不夠理想。在市場和應(yīng)用領(lǐng) 域，微內(nèi)核的應(yīng)用在近幾年逐漸廣泛，很多過程控制計(jì)算機(jī)不以通 用計(jì)算機(jī)的面貌出現(xiàn)，只是完成特定的專用功能，常常采用微內(nèi)核 結(jié)構(gòu)。五、分析、評價(jià)以上介紹的模塊組合結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)、虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核結(jié) 構(gòu)四種典型的操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要是通用機(jī)上采用的體系結(jié)構(gòu)， 如模塊組合結(jié)構(gòu)是早期 MS-DO系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)是 Unix、Linux和Windows9x系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，這些系統(tǒng)的功能相對 完善，處理能力很強(qiáng)，但是這些系統(tǒng)內(nèi)核都比較大，對于嵌入式系 統(tǒng)里硬件

34、系統(tǒng)多元化以及小存儲空間的問題，這些通用的操作系統(tǒng) 不可能直接移植到嵌入式產(chǎn)品上進(jìn)行使用。因此研究更加合理嵌入 式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)將有利于提高嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率，降低開 發(fā)成本，提高系統(tǒng)的可復(fù)用性。2.2介紹操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，比如 內(nèi)核結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)調(diào)用結(jié)構(gòu)，等等。計(jì)算機(jī)內(nèi)核的作用是盡可能將用戶和操作系統(tǒng)分割開，以保證用戶進(jìn)程或線程不會對操作系統(tǒng)造成威脅， 以保證操作系統(tǒng)的安全，這正是微內(nèi)核操作系統(tǒng)的宗旨，而微內(nèi)核的操作系統(tǒng)的API即應(yīng)用程序 接口，也就是所謂的內(nèi)核空間線程庫，它的作用是讓應(yīng)用程序能通過 這個線程庫來完成一些系統(tǒng)調(diào)用，即應(yīng)用程序可以通過dll或者API來調(diào)用內(nèi)核來做一些權(quán)限范圍內(nèi)的事

35、情， 如讀寫IO,軟中斷等，寫驅(qū) 動程序時(shí)所使用的讀、寫、控制函數(shù)的背后即是這些系統(tǒng)調(diào)用。計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行人機(jī)交互，主要依靠系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從窗口式操作系統(tǒng)的發(fā)展來看，操作系統(tǒng)主要由四種結(jié)構(gòu)，即模塊組 合、層次、虛擬機(jī)、微內(nèi)核。其中，模塊組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，接口 簡單，系統(tǒng)整體效率比較高，結(jié)構(gòu)緊密。缺點(diǎn)是模塊間轉(zhuǎn)接隨意， 數(shù)據(jù)是作為全程量處理，遇到關(guān)中斷，系統(tǒng)的并發(fā)性難以提高。層 次結(jié)構(gòu)按照調(diào)用的順序、排列成若干層級，各層級之間的模塊只能 是單向依賴或者單向調(diào)用，層次結(jié)構(gòu)具有較高的可讀性和適應(yīng)性。 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)，虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)讓操作系統(tǒng)的運(yùn)行，帶來了多元化的選 擇。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷更新，微

36、內(nèi)核結(jié)構(gòu)具有可靠、靈活，但 效率較低。系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核提供的程序接口，是應(yīng)用程序和硬件設(shè)備之間 的中間層：為應(yīng)用程序提供了系統(tǒng)服務(wù)和硬件抽象能力，例如，當(dāng) 需要讀文件時(shí)，應(yīng)用程序可以不管磁盤類型和介質(zhì)，甚至不用去管文件所在的文件系統(tǒng)到底是哪種類型；系統(tǒng)調(diào)用保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定 和安全如打開、創(chuàng)建、讀取、刪除、修改文件；進(jìn)程控制類系統(tǒng)調(diào)用：如 創(chuàng)建進(jìn)程、設(shè)置或獲取進(jìn)程屬性等；通信類系統(tǒng)調(diào)用：創(chuàng)建進(jìn)程間 的通信連接，發(fā)送、接收消息，或其他的通信方式；設(shè)備管理類系統(tǒng)調(diào)用：打開、關(guān)閉和操作設(shè)備；信息維護(hù)類系統(tǒng)調(diào)用：在用戶程 序和OS之間傳遞信息。例如，系統(tǒng)向用戶程序傳送當(dāng)前時(shí)間、日期、操作系統(tǒng)版本號

37、等。2.3分析操作系統(tǒng)在用戶交互、內(nèi)存管理、文件管理和硬件支持方面 提供的服務(wù)。文件管理首先要能創(chuàng)建(create()和刪除(delete()文件。這兩個 系統(tǒng)調(diào)用需要文件名稱，還可能需要文件的一些屬性。一旦文件創(chuàng) 建后，就會打開(open()并使用它，也會讀(read()、寫(write()或重定位(reposition()(例如，重新回到文件開頭，或直接跳到文件末尾)。最后，需要關(guān)閉(close()文件，表 示不再使用它了。如果采用目錄結(jié)構(gòu)來組織文件系統(tǒng)的文件，那么也會需要同樣 的目錄操作。另外，不管是文件還是目錄，都要能對各種屬性的值 加以讀取或設(shè)置。文件屬性包括：文件名、文件類型、保護(hù)

38、碼、記 賬信息等。針對這一功能，至少需要兩個系統(tǒng)調(diào)用：獲取文件屬性(get_file_attributes()和設(shè)置文件屬性(set_file_attributes()。有的操作系統(tǒng)還提供其他系統(tǒng)調(diào)用，如文件的移動(move()和復(fù)制(copy()。還有的操作系統(tǒng)通過 代碼或系統(tǒng)調(diào)用來完成這些API的功能。其他的操作系統(tǒng)可能通過 系統(tǒng)程序來實(shí)現(xiàn)這些功能。如果系統(tǒng)程序可被其他程序調(diào)用，那么 這些系統(tǒng)程序也就相當(dāng)于 API。設(shè)備管理進(jìn)程執(zhí)行需要一些資源，如內(nèi)存、磁盤驅(qū)動、所需文件等。如 果有可用資源，那么系統(tǒng)可以允許請求，并將控制交給用戶程序； 否則，程序應(yīng)等待，直到有足夠可用的資源為止。操作系統(tǒng)

39、控制的各種資源可看作設(shè)備。有的設(shè)備是物理設(shè)備（如磁 盤驅(qū)動），而其他的可當(dāng)作抽象或虛擬的設(shè)備（如文件）。多用戶 系統(tǒng)要求先請求（request。）設(shè)備，以確保設(shè)備的專門使用。在設(shè) 備用完后，要釋放（release。）它。這些函數(shù)類似于文件的系統(tǒng)調(diào) 用ope n（）和close（）。其他操作系統(tǒng)對設(shè)備訪問不加管理。這樣 帶來的危害是潛在的設(shè)備爭用以及可能發(fā)生的死鎖，這將在后續(xù)章 節(jié)中討論。在請求了設(shè)備（并得到）后，就能如同對文件一樣，對設(shè)備進(jìn)行 讀（read（）、寫（write（）、重定位（reposition（）。事實(shí)上， I/O設(shè)備和文件極為相似，以至于許多操作系統(tǒng)如UNIX都將這兩者組合成

40、文件-設(shè)備結(jié)構(gòu)。這樣，一組系統(tǒng)調(diào)用不但用于文件而且用 于設(shè)備。有時(shí)，I/O設(shè)備可通過特殊文件名、目錄位置或文件屬性 來辨認(rèn)。用戶界面可以讓文件和設(shè)備看起來相似，即便內(nèi)在系統(tǒng)調(diào)用不 同。在設(shè)計(jì)、構(gòu)建操作系統(tǒng)和用戶界面時(shí)，這也是要加以考慮的。信息維護(hù)許多系統(tǒng)調(diào)用只不過用于在用戶程序與操作系統(tǒng)之間傳遞信 息。例如，大多數(shù)操作系統(tǒng)都有一個系統(tǒng)調(diào)用，以便返回當(dāng)前的時(shí) 間(time()和日期(date()。還有的系統(tǒng)調(diào)用可以返回系統(tǒng)的 其他信息，如當(dāng)前用戶數(shù)、操作系統(tǒng)版本、內(nèi)存或磁盤的可用量 等。還有一組系統(tǒng)調(diào)用幫助調(diào)試程序。許多系統(tǒng)都提供用于轉(zhuǎn)儲內(nèi)存(dump()的系統(tǒng)調(diào)用。對于調(diào)試，這很有用。程序trace 可以列出程序執(zhí)行時(shí)的所有系統(tǒng)調(diào)用。甚至微處理器都有一個CPU模式，稱為單步(single step )，即CPU每執(zhí)行一條指令都會產(chǎn)生一個 陷阱。調(diào)試器通?？梢圆东@到這些陷阱。許多操作系統(tǒng)都提供程序的時(shí)間曲線(time profile )，用于表 示在特定位置或位置組合上的執(zhí)行時(shí)間。時(shí)間曲線需要跟蹤功能或 固定定時(shí)中斷。當(dāng)定時(shí)中斷出現(xiàn)時(shí)，就會記錄程序計(jì)數(shù)器的值。如 有足夠頻繁的定時(shí)中斷，那么就可得到花在程序各個部分的時(shí)間統(tǒng) 計(jì)信息。再者，操作系統(tǒng)維護(hù)所有進(jìn)程