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计算机系统结构多媒体教程课件_第九章 软件对系统结构的影响_图文

计算机系统结构多媒体教程课件_第九章  软件对系统结构的影响_图文

第9章 软件对系统结构的影响 概论 ? 计算机系统是硬件和软件有机地结合在 一起而组成的。它们相辅相成,缺一不 可。现代计算机的发展,使软、硬件之 间的相互依赖、相互支持、相互渗透更 为明显。 ? 9 .1 操作系统的影响 ? 操作系统的目的主要有两个:一是方便 用户,是用户与裸机之间的界面;二是 提高资源利用率,管理好资源的分配和 回收,合理地组织计算机系统的工作流 程,使各种资源能协调有效地工作,以 完成各种应用任务。 操作系统的影响(cont.) ? 系统结构为操作系统奠定了物理基础, 而操作系统使系统结构各部件的潜能得 到充分的发挥。系统结构的某些功能可 由操作系统完成,而操作系统的某些管 理可由系统结构体现。操作系统的基本 功能可归纳为处理机管理、内存管理、 外部设备管理和信息管理。 处理机管理 ? 中央处理机是计算机系统中最昂贵的硬件资源, 为了提高它的利用率采用了多道程序设计技术。 处理机管理要负责记录各个进程的状态,按一 定的策略把处理机分配给某个或某些(在多处 理机的情况下)进程和从运行进程处收回处理 机,管理进程状态的变迁。处理机管理也称为 进程管理。在进程控制块的存储结构、进程优 先级的处理、进程调度算法的实现等方面,均 可对系统结构提出支持的要求。而硬件的支撑 将使进程管理的效率明显提高。 存储管理 ? 存储管理是用适当的数据结构记录系统中主存 储器的使用情况,按一定的策略在多道程序间 分配主存空间,保护主存储器中的信息不被别 的程序有意、无意地破坏或使用。系统结构给 予存储管理越来越多的支持,存储系统的层次 结构、替换算法的实现、存储保护的结构、地 址交换的实现等属于系统结构范畴内的进展, 使存储管理的方法也随之改进。各种存储管理 方案以存储分配方式的基础,配以相应的地址 转换机构保护机构,故不同的存储分配方式将 影响存储的系统结构。 外部设备管理 ? 外部设备管理是指:记住系统中各类设备的使用状态, 按设备的特点用适当的策略将设备分配给各道程序使用, 并提供启动设备和处理它们的中断的服务。通常把外部 设备及其接口电路、控制部件和管理软件统称为I/O系统, 其中的管理软件即是操作系统的设备管理。其余是系统 结构范围内的硬件。真正的I/O操作,把用户从接口、控 制器以及设备等繁琐的物理特性中解脱出来,用户只需 掌握操作系统提供的命令、语句和系统调用的使用方法 就可以“随心所欲”地调用外部设备,不再需要用户自 行编制具体的、涉及硬件特性方面的程序,从而达到方 便用户的目的。为了克服外部设备和主机在速度上不匹 配的缺点,使主机和外设并行工作,提高主机和外设的 资源利用率,普遍使用了中断、通道、缓冲区等技术。 这就要求计算机系统具备完善的中断系统、通道结构。 文件系统 ? 信息管理通常被称为文件系统。它的功能主要涉及文件 本身的逻辑组织和存放在外存储器上的物理组织、外存 空间的分配、目录结构以及对文件的操作。为了便于对 信息进行管理,所有在外存中的信息均以文件的形式存 放。文件系统就是负责文件的存储、存取、修改、转储 和保护,为用户提供一个按需存放的良好服务环境,使 用户完全从外存的物理特性、文件在外存的物理分布等 细节中解脱出来。文件系统还应提供各种保护措施,防 止由于各种偶然的或者人为的事故,造成对文件的损坏 或泄密。因此,计算机体系结构应配置相应的外存储器 层次,有良好的中断、DMA或通道等结构,有硬件的保 护措施(如计算机病毒检测卡、消毒卡等) 9.1.1 批量处理系统 ? 批量处理系统应用于大型科学计算,把计算程序和有 关的数据一起交给计算机系统,由输入设备将它们输 入到主存,计算机花费大量时间进行运算,计算结果 从输出设备输出。每个用户提出的一个计算任务称为 一个作业,非会话型作业可以脱机进行。 ? 作业可以随时进入系统,存放在磁盘上形成作业队列, 操作系统将按一定的策略从作业队列中取出一个或多 个作业进入主存运行。结果也可先存放于磁盘输出井 内,待输出设备可用时再输出。 9.1.2 单用户交互式系统 用户将命令发给操作系统或正在运行的程序, 并且能立即收到它们的响应或输出结果。 由于系统是与人进行交互,所以系统追求的主 要性能指标是响应时间(即用户发出命令到 开始看到输出结果的时间间隔),它应保证 在人可以容忍的等待时间范围内。 单用户交互式系统的主机为个人计算机 9.1.3 分时操作系统 ? 将中央处理机的时间片轮流分给各个联机用户的工作方式,具 有分时方式的操作系统,每个用户或进程依次得到一个时间片 。如果该时间片未用完时,系统已完成该用户或进程所要求的 任务,则系统提前转向下一个用户或进程;如果在该时间片内 未完成该用户或进程所要求的任务,系统暂停为其服务,转向 其他用户或进程,等下一轮再为他继续服务下去。 ? 这种系统的主要性能指标与用户交互系统一样,也是响应时间 。采用轮转法的分时方式,可以保证各个用户对响应时间的要 求,使各个用户好像独占了计算机,并且能交互式工作。这种 系统的主机往往是小型机、大型机等,主机速度快,主存容量 大,存储系统的层次结构较丰富,一般均有Cache。系统还具 备定时部件、完善的中断系统和通道结构。 9.1.4 实时控制系统 过程控制一般是指一个计算机系统对一个工业生产 过程进行监控,也可以扩大到环境控制,参数监测等. 这类应用的共性是反馈,即计算机从被控制过程得到 输入,然后计算出一个结果,,启动相应机构作出响 应,以保持过程的稳定性。 ? 可靠性要求高,在任何硬件发生故障时,要保证系 统仍是安全的。因此,实时控制系统要求具有非常 完善的、响应极快的中断系统,有丰富的、适应各 种要求的I/O接口(例如并行的、串行的、A/D和 D/A等接口),有调整能力很高的,不间断供电的电 源;有坚固的抗震性能好的机箱;有很好的正压通 风系统,可抗粉尘;使用高等级芯片,可耐高温; 关键硬件

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