180203—【操作系统】背景知识
按：
操作系统利用一个或多个处理器的硬件资源，为系统用户提供一组服务，
它还代表用户来管理辅助存储器和输入/出设备。
计算机的基本构成
计算机有四个主要的结构化部件：
- 处理器 ：
- 内 存：常为易失性的，关机即空。与其相对的是磁盘存储器，关机时内容不会丢失。
内存通常也叫：实存储器、主存储器。 - 输入/出设备：
- 系统总线：
处理器的功能包括和内存交换数据，为此，它需要：
两个内部 （对处理器而言）寄存器：
- 存储器地址寄存器 MAR： 用于存储下一次执行读写的存储器的地址。
- 存储器缓存寄存器 MBR：存储将要写入存储器，或从存储器提取的数据。
同理，为实现输入输出功能，也需要：
- 输入输出地址寄存器 MAR： 用于确定一个输入输出设备的地址。
- 输入输出缓存寄存器 MBR：用于在处理器和输入输出设备中间传导数据。
内存模块由一组单元构成，这些单元由按顺序编号的地址确定，每个单元存储一个二进制数，可解释为一个指令或数据。
输入输出模块也有自己的内存缓存区，用于临时存储数据直到他们全部到达该去的地方。
可以如下总结：
数据的历程包括： 存储—>处理器—>输入/出设备。
指令如何执行
处理器执行的程序是由一组保存在存储器中的一组指令组成的，单个指令所需要的处理称为一个指令周期，该周期在简化之后由两个阶段组成：取指阶段、执行阶段。
相关部位：
- 存储器：用以存储待执行的指令和待处理的数据；
- 程序计数器PC:缓存需执行的指令在存储器中的地址；
- 指令寄存器IR:用以存放当前在执行的指令；
- AC：用于缓存需要处理的数据。
下图中，展示了把地址为940的存储单元中的内容与地址为941中的内容相加，并把结果保存在后一个单元的过程，该过程需要三条指令：
- PC取第一条指令的地址为300，该指令的内容被送入IR处理，此后PC递增1。
- IR的最初4位，一个十六进制数表示需加载AC，剩下12位指明内容的地址为940，940中的数据被取入AC；
- PC递增之后为301，取其中的指令送入IR，PC再增1；
- IR表示需要把AC中以前的内容和地址为941中的内容相加，结果保存在AC中；
- 从302中取下一条指令（2941），PC增1；
- IR指示AC中的内容被存在941中。
中断
中断是用于提高处理器处理效率的一种手段。
例如，绝大多数I/O设备都慢于处理器，遇到需要调用I/O设备时，如果等待该设备准备好，则处理器将会空闲较长时间造成资源浪费。
假设有一台1GHz CPU的PC，它每秒可执行10^9次指令，典型的硬盘转速为7200转/秒，因此旋转半周的时间为4ms，这比处理器慢了大约4000000倍。
上图，write指令表示调用一个I/O模块。
a中为未设计中断机制时的情况，write指令执行时，处理器只能空闲；
b中，遇到wirte之后，此时该指令涉及的I/O程序只需要准备代码和真正的I/O指令，在这为数不多的几条指令执行完成之后，控制权被交回到用户程序，在这期间，外部设备忙于从存储器接受数据并打印，这种操作和用户程序中指令的执行是并发的；
c中，考虑如果在中断中间再次遇到中断时的情况。此时，用户程序在第一次调用I/O未完成之时就遇到了第二次wirte指令。
此时用户程序将被挂起，当第一次I/O程序完成之后，才能执行后续I/O程序。
中断和指令周期：
多个中断
假设正在处理一个中断时，可以发生另外的中断。
处理多个中断有两种办法：
- 在处理第一个中断时，禁止再发生中断，即对其他中断请求不予理睬。等第一个中断结束之后再执行。
- 定义中断优先级，允许高优先级打断低优先级。
第一种方式的缺点在于未考虑相对优先级和时间限制的要求，
比如：当来自通信线路的输入到达时可能需要快速接受，来为更多的输入让出空间，如果在第二批到来时第一批还未处理完，就可能导致缓冲区溢出而丢失数据。
第二种方法可解决该问题：