SCAU操作系统知识点之（一）计算机系统概述

news2024/12/23 17:20:29

缩写词：
OS: Operating System 操作系统
PSW: Program Status Word 程序状态字
FCFS: First Come First Serve 先来先服务
PCB: Process Control Block 进程控制块
DMA: Direct Memory Access 直接存储器存取
MMU: Memory Management Unit 内存管理单元
SSTF: Shortest Seek Time First 最短寻道时间优先

1.指令执行的基本指令周期
在这里插入图片描述

每个指令周期包括一个取值阶段和一个执行阶段。

2.中断分类与中断处理过程

中断的定义（什么是中断）：中断是一种机制，允许其它模块（I/O、存储器）在处理器正常处理过程中打断其工作。

为实现CPU和I/O设备的并行工作，操作系统引入了中断硬件机制。

在中断分类中，被零除属于__A_____；打印机无纸属于___C____；内存数据错误属于___D____。
A．程序中断 B．时钟中断 C．I/O 中断 D．硬件失效中断

中断类别	描述
程序中断	在某些条件下由指令执行的结果产生，如算术溢出、被零除、试图执行一条非法机器指令或访问用户不允许的存储器位置
时钟中断	由处理器内部的计时器产生，允许操作系统按一定的规律执行函数。
I/O中断	由I/O控制器产生，用于发信号通知一个操作的正常完成或各种错误操作
硬件失效中断	由诸如掉电或存储器奇偶校验错之类的故障产生。

3.处理多中断的两种方法：禁止中断（顺序处理）、中断嵌套

禁止中断：正在处理一个中断时，禁止再发生中断；处理器将对任何新的中断请求信号不予理睬。若在此期间发生了中断，则通常中断保持挂起，当处理器再次允许中断时，再由处理器检查。
缺点：未考虑相对优先级和时间限制的要求。

中断嵌套：定义中断优先级，允许高优先级中断打断低优先级中断的运行。

多中断的处理方式包括哪些方式？分别是什么？
　　　包括顺序中断处理和嵌套中断处理。顺序中断处理是指当正在处理一个中断时，禁止中断。嵌套中断处理是指允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理程序的运行。

4.存储器层次，二级存储器（Cache-内存）下计算内存的平均存取时间

在这里插入图片描述

a.每“位”的价格递减
b.容量递增
c.存取时间递增
d.处理器访问存储器的频率递减
这种存储器的层次结构能够成功的关键在于：低层的访问频率递减

在存储系统的层次结构中，速度最快但容量最小的存储介质是寄存器。

可用作第三级存储设备的有：（写出三个）移动硬盘、磁带、光盘、U盘。

下列有关存储器读写速度的排列，正确的是__B___。
A. RAM>Cache>硬盘 B. Cache>RAM>硬盘 C. Cache>硬盘>RAM D. RAM>硬盘>Cache

5.高速缓存(Cache)是现代计算机中重要的存储器之一，通常一级 Cache 位于___A___中。
A. CPU 芯片 B. RAM 芯片 C. 主板 D. 硬盘

在大型机系统中，主机通常通过总线、通道和设备控制器与设备相连。

例：假定有一个二级存储器（内存+高速缓存），内存存取时间为1μs，高速缓存存取时间为0.1μs，且高速缓存的命中率为95%，则访问一个字节的平均存取时间为：
　　　　　　 0.95×0.1+0.05×（0.1+1）=0.15（μs）
解释：①若需要存取第一级存储器中的一个字节，则处理器可直接存取此字节；②若这个字节位于第二级存储器，则此字节首先需要转移到第一级存储器中，然后再由处理器存取。

例：（重点）一台计算机包括高速缓存、内存和一个用做虚拟存储器的磁盘。若要存取的字在高速缓存中，存取需要20ns；若该字在内存而非高速缓存中，把它载入高速缓存需要60ns（包括初始检查高速缓存的时间），然后重新开始存取；若该字不在内存中，需要12ms从磁盘中取出该字，复制到高速缓存中还需要60ns，然后重新开始存取。高速缓存的命中率为0.9，内存的命中率为0.6，问该系统中存取一个字的平均时间是多少（单位为ns）？
解：平均存取时间：0.9×20+0.1×0.6×(20+60)+0.1×0.4×(12×1000000+20+60)=480026(ns)

5.高速缓存