計(jì)算機(jī)的組織結(jié)構(gòu)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：用來(lái)組成計(jì)算機(jī)的子部件（處理器、內(nèi)存、設(shè)備）的種類和這些子部件相互連接的方式。計(jì)算機(jī)不僅要存儲(chǔ)給定計(jì)算需要的數(shù)字信息，而且也要存儲(chǔ)控制數(shù)據(jù)計(jì)算程序執(zhí)行的指令。當(dāng)代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)CPU由ALU和控制單元組成。體系結(jié)構(gòu)的這一部分負(fù)責(zé)從主存中取程序指令和執(zhí)行指令。I/O設(shè)備通過(guò)總線連接到CPU中。軟件可以通過(guò)讀寫設(shè)備控制器的寄存器來(lái)控制設(shè)備。對(duì)輸入操作來(lái)說(shuō)，來(lái)自設(shè)備的數(shù)據(jù)被送到CPU寄存器，然后進(jìn)入主存儲(chǔ)器。對(duì)輸出過(guò)程則相反。中央處理單元CPU處理器包括一組寄存器，它們提供一定的存儲(chǔ)能力，比主存儲(chǔ)器快但容量較小。處理器中的寄存器有兩類：用戶可見寄存器控制和狀態(tài)寄存器程序計(jì)數(shù)器[PC]：包含將要取的指令的地址；指令寄存器[IR]：包含下一條指令的地址；程序狀態(tài)字[PSW]：包含條件碼和其他狀態(tài)信息。指令的執(zhí)行指令主要完成以下4類操作：處理器－存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)交換處理器－I/O設(shè)備數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算控制：指令可以指定修改后的執(zhí)行順序-tAX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFECBP=0000SI=0000DI=0000DS=0B00ES=0B00SS=0B00CS=0B00IP=0101NVUPEIPLNZNAPONC0B00:010199CWD-tAX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFECBP=0000SI=0000DI=0000DS=0B00ES=0B00SS=0B00CS=0B00IP=0102NVUPEIPLNZNAPONC0B00:0102250202ANDAX,0202-tAX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFECBP=0000SI=0000DI=0000DS=0B00ES=0B00SS=0B00CS=0B00IP=0105NVUPEIPLZRNAPENC0B00:01050AC0ORAL,AL-tAX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFECBP=0000SI=0000DI=0000DS=0B00ES=0B00SS=0B00CS=0B00IP=0107NVUPEIPLZRNAPENC0B00:01077413JZ011C指令執(zhí)行的處理器狀態(tài)AX=0000BX=0000CX=0000DX=0000SP=FFECBP=0000SI=0000DI=0000DS=0B00ES=0B00SS=0B00CS=0B00IP=0102NVUPEIPLNZNAPONC0B00:0102

250202

ANDAX,0202取指令單元譯碼單元執(zhí)行單元3054LoadR4,cPCIR控制單元10111010001100…110100111001100…010111001010000…010111001001100…1LoadR3,bLoadR4,cAddR3,R4StoreR3,a3058305430503046主存儲(chǔ)器程序計(jì)數(shù)器、指令計(jì)數(shù)器和主存處理器模式（1）處理器中設(shè)置的一個(gè)模式位，定義一個(gè)程序的執(zhí)行權(quán)能。該位可以設(shè)為核心模式或用戶模式。核心模式下，CPU可以執(zhí)行硬件指令系統(tǒng)中的每一條指令；在用戶模式中，只能執(zhí)行指令系統(tǒng)中的一個(gè)子集。在核心模式中執(zhí)行的指令稱為監(jiān)督、特權(quán)或保護(hù)指令。例如，I/O指令是特權(quán)指令。所有應(yīng)用程序不能直接執(zhí)行I/O操作。它是請(qǐng)求操作系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行I/O操作的。處理器模式（2）模式位被用來(lái)區(qū)分可信軟件和不可信軟件。模式位可以在用戶模式下，通過(guò)自陷（trap指令）來(lái)設(shè)置，也稱系統(tǒng)調(diào)用指令。該指令設(shè)置模式位，并且轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)空間中的一個(gè)固定的位置，它類似于一個(gè)硬件中斷。核心態(tài)用戶態(tài)中斷/陷入設(shè)置模式位中斷一旦設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)設(shè)備工作，應(yīng)用程序要等到I/O操作完成后才能繼續(xù)執(zhí)行。這意味著要等到設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要啟動(dòng)設(shè)備，然后等待直到設(shè)備完成操作為止。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要持續(xù)地檢測(cè)busy和done標(biāo)志位，以確定設(shè)備何時(shí)完成讀操作（忙等待）。如果是由設(shè)備在完成I/O操作后通知CPU，則可以將CPU從忙等待中解放出來(lái)，這一方法被稱為中斷技術(shù)。Read(devID,datalength);

x=f(myData,datalength,…);中斷處理外部設(shè)備完成操作后，會(huì)向CPU發(fā)送中斷信號(hào)表示其操作狀態(tài)。中斷首先保存處理器現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別產(chǎn)成中斷的設(shè)備（中斷向量）將控制權(quán)交給對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序處理完成后，恢復(fù)中斷前處理器現(xiàn)場(chǎng)或?qū)⒖刂茩?quán)返回給操作系統(tǒng)。中斷源外中斷，一般又稱中斷，指來(lái)自主機(jī)之外的中斷，包括電源故障中斷、時(shí)鐘中斷、I/O中斷等。每個(gè)不同的中斷具有不同的中斷優(yōu)先級(jí)，在處理高一級(jí)中斷時(shí)，部分外部中斷可以屏蔽。內(nèi)中斷，指來(lái)自處理器和主存內(nèi)部的中斷，一般又稱異常，包括地址越界、頁(yè)面失效、訪管中斷、算術(shù)操作溢出等，異常不能被屏蔽，必須立即響應(yīng)。自陷指令：可以完成用戶模式到特權(quán)模式地轉(zhuǎn)換。由軟件產(chǎn)生的中斷（由于程序錯(cuò)誤或用戶請(qǐng)求）PC=<machinestartaddress>;IR=memory[PC];While(1){ PC=PC+1; execute[IR]; IR=memory[PC]}硬件取指－執(zhí)行周期帶中斷的取指－執(zhí)行周期While(halfFlagnotsetduringexecution){ IR=memory[PC]; PC=PC+1; execute[IR]; if(InterruptRequest){ memory[0]=PC; PC=memory[1];} }保存中斷前程序計(jì)數(shù)器（PC)中斷處理程序入口地址I/O設(shè)備每個(gè)I/O設(shè)備由控制器部件（控制設(shè)備的具體操作）和物理設(shè)備本身組成。設(shè)備控制器將設(shè)備與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)和地址總線相連?？刂破魈峁┝艘唤M部件，可以通過(guò)CPU指令操縱這些部件使得設(shè)備工作。設(shè)備控制器管理一類特定的設(shè)備維護(hù)設(shè)備緩沖區(qū)用于緩沖數(shù)據(jù)在設(shè)備與CPU間的傳送通過(guò)中斷系統(tǒng)通知設(shè)備的操作狀態(tài)（主要指設(shè)備操作的結(jié)束）系統(tǒng)調(diào)用－用戶程序的I/O操作

用戶程序無(wú)法直接使用I/O指令完成I/O操作應(yīng)用程序抽象I/O機(jī)器CPU中的軟件設(shè)備管理管理設(shè)備控制器的程序核心模式軟件設(shè)備控制器設(shè)備設(shè)備、控制器、軟件之間的關(guān)系存儲(chǔ)映射I/OIN指令將外部I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳入到AL、AX或EAX。OUT指令傳送AL、AX或EAX的數(shù)據(jù)到外部的I/O設(shè)備。IBMPC用16位端口地址訪問(wèn)它的I/O空間。PC的I/O空間放在I/O端口為0000H－03FFH的地方，但也有些適配卡使用的I/O地址可能超過(guò)03FFH。IBMPC機(jī)提供了外部設(shè)備的抽象接口，并將其固化在BIOS（基本輸入/輸出系統(tǒng)）中。存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)主存儲(chǔ)器：CPU能夠直接訪問(wèn)的，可尋址的線性存儲(chǔ)空間。輔助存儲(chǔ)器：一個(gè)由柱面/磁道/扇區(qū)描述的容量較大的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)。磁帶：順序存儲(chǔ)，超大容量。硬盤緩沖區(qū)程序和數(shù)據(jù)通常是保存在存儲(chǔ)系統(tǒng)中如果必要，數(shù)據(jù)會(huì)被復(fù)制到緩沖區(qū)如果我們需要訪問(wèn)某一組數(shù)據(jù)時(shí)，我們會(huì)首先查看它是否在緩沖區(qū)中：如果存在，直接使用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)否則，我們從主存中取出數(shù)據(jù)，并同時(shí)將其復(fù)制到緩沖區(qū)中（基于局部性訪問(wèn)原理）計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)系統(tǒng)加電主機(jī)加電自檢（由BIOS程序完成），確保系統(tǒng)中的主要設(shè)備可用。BIOS在內(nèi)存中的起始地址是0FFFF:0000BIOS程序讀取CMOS設(shè)置，得到引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)器的順序，然后依次檢查，直到找到可以用來(lái)引導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)器（或說(shuō)可以用來(lái)引導(dǎo)的磁盤）。調(diào)用這個(gè)驅(qū)動(dòng)器上磁盤的引導(dǎo)扇區(qū)，將所檢查磁盤的第一個(gè)扇區(qū)（512B）載入內(nèi)存，放在0x0000:0x7c00引導(dǎo)扇區(qū)（BootSector）位于引導(dǎo)磁盤的第一個(gè)扇區(qū)

軟盤：0面0道1扇區(qū)

硬盤：0柱0面1扇區(qū)（MBR）操作系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的目的，就是為了抽象出這些硬件部件，并為程序員提供使用它們的簡(jiǎn)單接口。操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮性能：操作系統(tǒng)是開銷，終端用戶僅僅能夠容忍它，它并不是用戶想要的?？尚跑浖簝?nèi)核是作為執(zhí)行在核心態(tài)下的代碼體來(lái)定義的－它是僅能執(zhí)行特權(quán)指令的軟件。中斷和自陷設(shè)計(jì)是確保CPU僅執(zhí)行可信操作系統(tǒng)代碼的基礎(chǔ)。內(nèi)核功能：傳統(tǒng)上，操作系統(tǒng)的核心是進(jìn)程和資源管理功能。設(shè)備和存儲(chǔ)器是操作系統(tǒng)管理資源的具體實(shí)例，文件是存儲(chǔ)設(shè)備的抽象。操作系統(tǒng)技術(shù)是圍繞進(jìn)程和資源管理、設(shè)備管理、存儲(chǔ)管理和文件管理來(lái)發(fā)展