操作系统学习笔记--第一章--计算机系统概述

1.1、计算机的基本组成

处理器（CUP）、内存、输入/输出模块（I/O）、系统总线

处理器的一种功能就是和存储器交换数据，为此，它通常使用两个内部内部寄存器：

MAR， 原英文为Memory Address Register，是一种存储器地址寄存器。存储地址寄存器是用来确定下一次读写的存储器地址。

MBR，原英文为Memory Buffer Register，存放要写入存储器或者从存储器读出来的数据。

程序计数器（PC）是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。当执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，此过程称为“取指令”。与此同时，PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令，执行指令。完成第一条指令的执行，而后根据PC取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令。

指令寄存器IR（Instruction Register） ，是临时放置从内存里面取得的程序指令的寄存器。存放当前从主存储器读出的正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到数据寄存器（DR，Data Register）中，然后再传送至IR。

 

1.2 指令的进行

 

 

处理器从储存器中取一条指令，一般程序计数器（PC）保存下一次要取得指令地址，取到的指令存放到指令寄存器（IR）中。指令中包含处理器要进行的操作，大体分为四类：

    （1）处理器<--->存储器：相互间的数据传递

    （2）处理器<--->I/O：相互间的出局传递

    （3）数据处理：与数据相关的算数操作或逻辑操作

    （4）控制：某些指令可以改变执行顺序

 

1.3 中断

目的：提高效率（大多I/O设备比处理器慢的多）

中断的分类：

 

 

1.3.1 中断和指令周期

 

 

1.4 存储器的层次结构

 

 

底层访问频率递减

 

局部性原理: CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。

时间局部性（Temporal Locality）：如果一个信息项正在被访问，那么在近期它很可能还会被再次访问。程序循环、堆栈等是产生时间局部性的原因。

空间局部性（Spatial Locality）：在最近的将来将用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的。

顺序局部性（Order Locality）：在典型程序中，除转移类指令外，大部分指令是顺序进行的。顺序执行和非顺序执行的比例大致是5:1。此外，对大型数组访问也是顺序的。

 

1.5 高速缓存

动机：主存储器存取速度一直比中央处理器操作速度慢得多，使中央处理器的高速处理能力不能充分发挥，整个计算机系统的工作效率受到影响。有很多方法可用来缓和中央处理器和主存储器之间速度不匹配的矛盾，如采用多个通用寄存器、多存储体交叉存取等，在存储层次上采用高速缓冲存储器也是常用的方法之一。

1.5.1 高速缓存的原理