计算机系统概述

CPU处理器

根据架构分为

• CISC 复杂指令集
  intel、amd为代表
  常见为
  x86CPU
• RISC 精简指令集
  arm、power为代表
  常见为
  GPU图形处理器
  DSP信号处理器 专用于实时的数字信号处理
  PPGA现场可编程逻辑门阵

存储器

硬件结构
SRAM、DRAM、NVRAM、Flash、EPROM、Disk
分层体系结构，根据与处理器的物理距离分为

• 片上缓存： 在处理器核心中直接集成的缓存，SRAM结构，容量小，速度快
• 片外缓存： 在处理器核心外的缓存，需要经过交换互联开关访问，由SRAM构成容量较片上缓存大点儿。2561B-4MB,按照层级被称为L2缓存，L3缓存或平台缓存platform Cache
• 主存（内存）： DRAM结构，以独立的芯片存在，通过总线与处理器连接。
• 外存： 可以是磁带、磁盘、光盘、各类Flash等介质器件。访问速度慢，容量大，掉点后依旧保持数据。

总线

总线（Bus）是一种特定格式按照规定的控制逻辑实现部件间的数据传输
按照在计算机所处的位置划分为内总线、系统总线、外部总线

• 内总线 用于各类芯片内部互连，也称片上总线（on-chip-bus）或片内总线。
• 系统总线 计算机中CPU、主存、IO接口的总线。
• 外部总线 计算机板和外部设备之间、计算机系统之间的总线，又称通信总线。

接口

指同意计算机不同功能层之间的通信规则

• 显示类接口 HDMI DP
• 音频输入输出 TRS、RCA
• 网络接口 RJ45
• USB接口
• 等等

外部设备

外设，包括键盘、鼠标、显示器等等

计算机软件

应用用户
  | 
  v 
 应用软件  <-应用开发人员
 系统软件  <┘
 操作系统
计算机硬件 <-操作系统开发人员

系统软件
为了计算机系统配置的不依赖特定的应用领域的通用软件
这些软件对计算机系统的硬件和软件资源进行控制和管理，并为用户使用和其他应用软件的运行提供服务。

应用软件
为了某类应用需要或解决某个特定的问题而设计的软件
如图形图像处理软件、财务软件、游戏软件和各种软件包等。

操作系统

操作系统组成

• 操作系统内核（Kernel）
• 其他许多附加的配套软件，包括图形用户界面程序、常用的用用程序

操作系统内核
指的是能提供进程管理（任务管理）、存储管理、文件管理和设备管理等功能的那些软件模块。
是操作系统中最基本的部分，为众多应用程序访问计算机硬件提供服务。内核驻留在内存中，它以CPU的最高优先级运行，
能执行指令系统中的特权指令。具有直接访问各种外设和全部主存空间的特权，负责对系统资源进行管理和分配。

操作系统的作用

• 管理计算机中运行的程序和分配各种软硬件资源。
• 为用户提供友善的人机交互界面。
• 为应用程序开发和运行提供一个高效率的平台。
• 辅导用户操作、处理软硬件错误、监控系统性能、保护系统安全等许多作用。

操作系统的特征

• 并发性 在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序同事运行，但实际上在单CPU的运行环境，每一刻只有一个程序在执行。
• 共享性 在操作系统中的资源被多个并发执行的进程共同使用，而不是被一个进程所占用。
• 虚拟性 把一个物理实体变成逻辑上的多个对应物，或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物。
• 不确定性 在多道程序中，允许多个进程并发执行，但由于资源有限，在多数情况下进程的执行不是一贯到底的，而是“走走停停”。

操作系统的分类

• 批处理操作系统
  单通道批处理：
  用户可以向系统提交多个作业，一次只有一个作业装入内存执行，一个结束另一个开始。
  多通道批处理：
  允许一次多个作业装入内存执行，在任意一个时刻，作业都处于开始点和终止点之间。
  主要有三个特点： 多道、宏观上并行运行、微观上串行运行。
• 分时操作系统
  将CPU的工作时间划分为许多短的时间片，大伙儿轮流使用。
  主要有四个特点： 多路性、独立性、交互性、及时性。
• 实时操作系统
  计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。
  实时系统对交互能力要求不高，但要求可靠性有保障。
• 网络操作系统
  方便有效的共享网络资源，为网格用户提供各种服务的软件和有关协议的结合。
  特征包括硬件独立性和多用户支持等。
• 分布式操作系统
  由多个分散的计算机经连接而成的计算机系统，系统中计算机无主次之分。
  是网络操作系统的更高级形式，它保持网络系统的所有功能，同时又具有透明性、可靠性、高性能等特性。
• 微型计算机操作系统
  简称微机操作系统，例如Windows，Mac OS，linux。
• 嵌入式操作系统
  运行在嵌入式智能设备的环境中，对整个智能硬件以及它的操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、处理、只会和控制。
  特点：
  微型化：占用资源和系统代码量少。如内存少，运行速度有限，能源少。
  可定制：针对硬件变化进行结构与功能上的配置，以满足不同需要。
  实时性：要求迅速响应的场合，所以对实时性要求较高。
  可靠性：系统构件、模块和体系结构必须达到应有的可靠性，对关键要害应用还要提供容错和故障措施。
  易移植性：通常采用硬件抽象层的底层设计技术。

数据库

长期储存在计算机内、有组织的、统一管理的相关数据的集合。
根据数据库储存体系分类：

• 关系型数据库 二维表
• 键值数据库 键值对集合，key为唯一标识
• 列存储数据库 表中数据的存储形式为列
• 文档数据库 可存放并获取文档，可以使XML，JSON，BSON等格式。
• 搜索引擎数据库 应用搜索引擎领域的数据存储形式

文件系统

• 文件
  文件是具有符号名、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。
  文件系统是操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，是专门负责管理和存取文件信息的软件机构。
• 文件的结构和组织 文件的逻辑结构
  指文件的组织形式。从用户角度看的文件组织形式称为文件的逻辑结构，文件系统的用户只需要所需的文件的文件名就可以存取文件中的信息，而无需知道这些文件酒精存放在什么地方。
  为两大类：
  有结构的记录式文件，它是由一个以上的记录构成的文件。
  无结构的流式文件，它是由一串顺序字符流构成的文件。 文件的物理结构
  从实现的角度看，文件在文件存储器上的存放方式称为文件的物理结构。 文件的结构划分
  • 连续结构
    也称为顺序结构。将逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块上。只要知道文件的起始物理块号和长度，就可以方便的进行文件的存取。
  • 链接结构
    也称为串联结构，将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块上。每个物理块设有一个指针指向下一个物理块，因此，只需要知道文件的第一个物理块号，就可以按指针查找整个文件。
  • 索引结构
    将逻辑上连续的文件信息存放在不连续的物理块中，系统为每个文件简历一张索引表，索引表记录了文件信息所在的逻辑块号对应的物理块号。并将索引表的起始地址放在与文件对应的文件目录项中。
  • 多个物理块的索引表 (重点计算)
    索引表是在文件创建时由系统自动简历的，并于文件一起存放在同一个文件卷上。根据一个文件大小不同，其索引表占用物理块的个数不等，一般占一个或几个物理块。
    多个物理块的索引表可以有两种组织方式：链接文件盒多重索引方式。

例题

某文件系统文件存储采用文件索引节点法。假设文件索引节点中有8个地址项iaddr[0]~iaddr[7]，每个地址项大小为4字节，其中地址项iaddr[0]～iaddr[5]为直接地址索引， iaddr[6]是一级间接地址索引，iaddr[7]是二级间接地址索引，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为4KB。该文件系统可表示的单个文件最大长度是（1）KB。若要访问ic1sClient.dl1文件的逻辑块号分别为6、520和1030，则系统应分别采用（2）。

（1）
A．1030
B．65796
C．1049606
D．4198424 √

（2）
A．直接地址索引、一级间接地址索引和二级间接地址索引
B．直接地址索引、二级间接地址索引和二级间接地址索引
C．一级间接地址索引、一级间接地址索引和二级间接地址索引 √
D．一级间接地址索引、二级间接地址索引和二级间接地址索引

思路：
(1)
1kb=1024字节
6项直接索引，1项一级间接索引，1项二级间接索引
一个地址项是4字节，索引块4kb
5项直接索引 = 6*4=24KB
1个一级间接索引，索引块是4kb，一个地址项是4字节，那么4kb里就能装下4kb/4b个地址项=1024个地址块， 1024 * 4 = 4096KB
1个二级级间接索引，一级索引块（1024个）中地址块指向一个二级索引块，二级索引块中有1024个地址块 1024 * 1024 * 4 = 4194304KB
得出单个文件最大长度是 24 + 4096 + 1494304 = 4198424KB
(2)
0~5是直接访问，6~1029是一级间接索引，1030起，到末尾都是二级间接索引。
访问6就是一级间接索引。
访问1030就是二级间接索引。