專題一：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2

專題一：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)..........................................................3

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)..............................................................3

1.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念：.................................................3

2.指令系統(tǒng)....................................................................4

3.總線輸入輸出系統(tǒng)............................................................4

4、存儲體系統(tǒng)...................................................................5

5、重疊和流水...................................................................6

6、陣列處理機...................................................................7

7、多處理機：...................................................................7

8、計算機系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維護性技術(shù)和容錯技術(shù)..........................7

專題二：計算機操作系統(tǒng)基礎(chǔ)......................................................8

1、概述：........................................................................8

2、進程管理.....................................................................9

3、作業(yè)管理.....................................................................11

4、存儲管理.....................................................................11

5、文件管理.....................................................................12

6、設(shè)備管理.....................................................................13

專題三：數(shù)據(jù)通訊技術(shù)...........................................................14

2、傳輸概念.....................................................................14

3＞傳輸介質(zhì).....................................................................14

4、傳輸中的概念及計算..........................................................15

5、編碼技術(shù).....................................................................16

6、多路復(fù)用.....................................................................16

7、檢錯和糾錯...................................................................16

8、數(shù)據(jù)通信物理層接口的特性及標準..............................................16

專題四：分組交換................................................................18

1.線路交換...................................................................18

2.分組交換...................................................................18

3.幀中繼交換.................................................................18

4.信元交換技術(shù).................................................................19

專題五：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)............................................................19

專題六：局域網(wǎng)技術(shù).............................................................22

專題七：廣域網(wǎng)及接入網(wǎng)技術(shù)目錄.................................................32

專題八：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)...............................................................42

專題九：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)...........................................................59

專題十：網(wǎng)絡(luò)管理...............................................................74

專題十一：計算機網(wǎng)絡(luò)安全.......................................................84

專題十二：網(wǎng)絡(luò)工程............................................................101

1、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃....................................................................101

2.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計....................................................................102

3、網(wǎng)絡(luò)實施....................................................................105

4、網(wǎng)絡(luò)測試....................................................................106

5、結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng).............................................................106

專題十四：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實驗........................................................107

三交換機配置的基本操作........................................................113

四模擬器的使用...............................................................118

五：典型的應(yīng)用................................................................123

六、其他的一些常見應(yīng)用：......................................................149

專題一：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

1.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念：

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也稱計算機體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這只是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一部分，指的是傳統(tǒng)機器級的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其界面之上包括操作系統(tǒng)、匯

編語言級、高級語言級和應(yīng)用語言級中所有；軟件功能，界面之下包括所有硬件和固件的功能。

計算機組成是指計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)，包括機器級內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計等

計算機的實現(xiàn)是指計算機組成的物理實現(xiàn)，包括外理機。主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，器件、模塊、插件、底板的

劃分與連接。專用器件的設(shè)計，微組裝技術(shù)，信號傳輸，電源，冷卻及整機裝配技術(shù)等。

組成設(shè)計上面決定于結(jié)構(gòu)，下面受限于實現(xiàn)技術(shù)。系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是：進行軟硬件的功能分配，確定傳統(tǒng)機器級的軟硬件界面！

計算機中有關(guān)邏輯功能等效的計算

附例題：

閱謂A下關(guān)于送人式系統(tǒng)設(shè)計中的欽硬件功能劃分的敘述，回答問題1、問蔻2和問題

3.

圖4-1為--1*SOC（SystemOnChip,片上系統(tǒng)）設(shè)計中的控制流程圖-該設(shè)計的約束

條件是：在時鐘周期為10ns的情況下，系統(tǒng)的延遲時間小于等于480ns（系統(tǒng)由一個處理

器和若干個運算部件構(gòu)成）。

表4T給出了可供使用的硬件庫，其中可選的器件有乘法器《蛔9、加法器（Add）以

及比較運算器（Csip）,每個備選器件的名稱、延時時間以及價格.如該裝所烝.

可選的處理器分別有Pentxum.PowerPC以及688屬類，母類處理器的宿關(guān)指標如表

4-2所示。

經(jīng)過測流，流程圖中各個節(jié)點的軟件執(zhí)行時間如表4-3表示；構(gòu)成各個節(jié)點的器件（各

節(jié)點內(nèi)器件可以串聯(lián)或并聯(lián)工作）如表4-4所示.

圖4-1

表4-1硬件庫

名稱延時隹rraD門數(shù)階IS（元）

牛Mullso10090

*Mui25。7070

*Mui3706050

*Addl304535

十Add2423030

?Com.pl181215

=Copm214810

表4-2處理事

表d-4零件表

節(jié)點構(gòu)成的硬件

A2個Mull,2個Mul3,2個Add2,2個Compl

B2個Mul2,3個Addl,1個Add2

C2個Mull,1個MulS,2個Add2,2個Comp2

D2個Mui2,2個Addl,1個Add2,2個Compl

E1個MulL1個Mul2,2個Addl,2個CQJTIP2

向題1]

為了滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求，并且庾最終產(chǎn)品成本較R，圖4-1中的哪幾個節(jié)點必須用硬

件實現(xiàn)？

向題2]

請給出圖4-1的最隹軟件實現(xiàn)方案，并說明原因.

向題3]

如果系統(tǒng)延遲時間改為不超過3500ns,則軟遮生的實現(xiàn)方案如何？請在100字以內(nèi)給

予說明.

2.指令系統(tǒng)

指令系統(tǒng)是計算機所有指令的集合。程序員用各種語言編寫的程序都有翻譯成以指令形式表示的機器語言后才能運行，所以指令系統(tǒng)

反映了計算機的基本功能，是硬件設(shè)計人員和程序員都能看到的機器的主要屬性。

復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）：隨著硬件成本的不斷下降，軟件成本的不斷提高，使得人們熱衷于在指令系統(tǒng)中增加更多的指令和復(fù)雜的指

令，來提高操作系統(tǒng)的效率，并盡量縮短指令系統(tǒng)與高級語言的語義差別，以便高級語言的編譯和降低軟件成本，同時為了保證程序兼容,

新的計算機的指令系統(tǒng)只能增加而不能減少，所以就使得指令系統(tǒng)越來越來復(fù)雜！

精簡指令系統(tǒng)（RISC）：通過簡化指令使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單合理，從而提高運算速度，

特點：1、優(yōu)先選取使用頻率最高的?些簡單指令

2、指令長度固定，指令格式種類少

3.只有取/存數(shù)訪問存儲器，其余指令的操作都在寄存器之間進行！

4.CPU中通用寄存器數(shù)量相當多。

5.以硬布線控制邏輯為主

好處：1、簡化指令系統(tǒng)設(shè)計

2、提高機器的執(zhí)行速度和效率

3、降低設(shè)計成本！提高系統(tǒng)可靠性

4、可直接支持高級語言的實現(xiàn)，簡化編譯程序的設(shè)計

不足：1、指令少，占用存儲空間多，加大了指令的信息流量

2、對浮點和虛擬存儲器的支持有待加強

3、機器編譯程序比CISC難寫

3.總線輸入輸出系統(tǒng)

總線是從兩個或兩個以上源部件傳送信息到一個或多個部件的一組傳輸線，如果一根傳輸線僅用于連接一個源部件（輸出）和一個或多

個目的部件（輸入）則不稱為總線.

常用的總線有:ISAEISAPCI等

計算機的外部設(shè)備，如磁盤驅(qū)動器，鍵盤和顯示器等，都是獨立的設(shè)備,這些獨立設(shè)備與主機相連時，必須按照規(guī)定的物理互連特性,電氣特

性等進行連接，這些特性的技術(shù)規(guī)范稱為外設(shè)接口.

常用的外設(shè)接口有:IDE接口SCSI接口USB接口RS232接口和PCMCIA接口等！

輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出沒備、設(shè)備控制器及輸入輸出操作有關(guān)的軟硬件

輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了3個階段：

1、1、程序控制I/O

2、2、直接存儲器訪問

3、3、I/O處理機

通道的分類及計算

通道處理機是IBM公司首先提出來的-fl'I/O處理機方式。根據(jù)通道數(shù)據(jù)傳送方式的不同，可分為字節(jié)多路、選擇和數(shù)組多路三類

通道。

■■字節(jié)多路通道：適用于連接大量低速設(shè)備，傳送一個字的時間短，但等待的時間長，可以多臺設(shè)備同時時行工作

■■數(shù)組通道：連接多臺高速設(shè)備，開始尋址輔助時間長，但傳送速成率高，采用成組交叉方式工作，傳送定長塊，可以多

臺設(shè)備進行工作

■■選對通道：優(yōu)先級高的磁盤等高速設(shè)備，獨占通道，傳送不定長塊！

最大流量的計算：

>>字節(jié)多路通道的最大流量為各個設(shè)備的流量之和

>>數(shù)組和選擇通道的最大流量為其中所掛載設(shè)備的最大流量

4、存儲體系統(tǒng)

4.1概述

存儲器主要用于存放計算機的程序和數(shù)據(jù)，存儲器系統(tǒng)指的是存儲器硬件設(shè)備以及管理該存儲器的軟、硬件設(shè)備。對存儲器的基本要求是

增大容量、提高速度、降低價格。單?的存儲器硬件（主存儲器）難以滿足要求。所以就提出了多層次的存儲體系結(jié)構(gòu)（即：寄存器…Cache-

主存一外存）

主存儲器

在計算機中存放當前正在執(zhí)行的程序以及被程序所使用的數(shù)據(jù)（包括運算結(jié)果）原存儲器稱為主存儲器。

主存儲器的技術(shù)指標

1.1.存儲器的容量

存儲器容量是指存放信息的總量，通常以字節(jié)為單位。其最大容量受計算機字長所限制，如現(xiàn)在32位的微機，最大的內(nèi)存極限

為：232=4G

2.2.讀寫時間

從主存儲器讀出一個字或?qū)懭胍粋€字所需的時間稱為讀寫時間。通常讀一次存儲器取出一個字，當字長為32位時，一次可讀出

四個字節(jié)！

4.2主存儲器的種類

是否需要定期刷新：

靜態(tài)：不停電情況卜能長時間保留不變，速度快，但容量小，成本高

動態(tài)：不停電的情況下也要定期刷新，容量大，成本高，常用在計算機系統(tǒng)中，常見的有：EDO,SDRAM,DDR等

按讀寫功能來分：

可讀寫（RAM）

可擦寫只讀：EPROM（可擦寫，用紫外線擦寫）、EEROM（可用電擦寫）、FLASH（電讀寫，但只能以塊為單位，速度快，成

本低，現(xiàn)在最常用）

可編程：EROM（通過編程一次性寫入）

只讀：ROM（制造時）

4.3存儲器容量的擴展

位擴展:位擴展是對存儲/的位數(shù)進行擴充！

字擴展：是對存儲器的容量進行擴展

位、字擴展：對位數(shù)和容量都進行擴展

4.4存儲器的校驗（硬件實現(xiàn)）

奇偶：

海明碼：

4.5多體交叉存儲：

為了協(xié)調(diào)存儲器與CPU速度的，其工作原理是：將存儲器分成幾個獨立的個體，這樣每次就能進行多個字的數(shù)據(jù)讀寫！

影響多體交叉效率的因素：

■■多體存儲的模值M

■■數(shù)據(jù)的分布情況

■■較移指令

4.6存儲管理：

段式：一個程序可以由幾個基本獨立的程序模塊和數(shù)據(jù)塊組成。每個模塊是一個段，第個段是連續(xù)的地址空間。

頁式：把主存分成固定大小的頁面，每頁內(nèi)的地址是連續(xù)！一個程序可以占用多個頁面

段頁式：是段式和頁式管理的結(jié)合，每道程序有一個段表和一組頁表，程序按模塊分段，每個段含若干個頁面。

4.7Cache

在多級存儲體系中，Cache處于CPU與存儲器之間，其目的是使程序員能使作一個速度與CACHE相當而容量與主存相當?shù)拇?/p>

儲器。

工作原理為：數(shù)據(jù)的局部性原理。

工作方式：當存儲器接收到讀命令后，先在CACHE中查找此信息，若在（又叫命中），則從CACHE中取出，不中才從主存中

取出！

當要寫數(shù)據(jù)時，為了保證CACHE的內(nèi)容與主存內(nèi)容的一致性，經(jīng)常采用以卜.方法中的?種：

1.1.寫通：同時寫入CACHE和主存。

2.2.數(shù)據(jù)只寫入存儲器中，并將CACHE中有關(guān)數(shù)據(jù)位清零。

3.3.數(shù)據(jù)只入CACHE,只有當CACHE要失效時，才將數(shù)據(jù)寫回主存，又叫“寫回”！

4.4.假如命中，則兩個都要寫，如果不命中，則只寫入主存！

CACHE速度的計算：

實際速度521:11<:的速度*命中率+（1-命中率）*-主存的速度！

多層次CACHE

當芯片的集成度提高后，可以將更多的電路集成在一個微處理器芯片中，于是近年來新設(shè)計的高速微處理器芯片都將CACHE集成在片

內(nèi)，片內(nèi)CACHE的讀取速度要比片外CACHE快得多，但片內(nèi)CACHE的容量受芯片集成度的限制，其命中率比大容量的CACHE低,于是推

出了二級CACHE方案，其中第一級CACHE（Ll）設(shè)置成處理器芯片內(nèi)，第二級設(shè)置成片外，（也有在片內(nèi)的）二級CACHE容量可以從幾百K到

幾M字節(jié),有的系統(tǒng)還用了三級CACHE方案.

4.8虛擬存儲器：

虛擬存儲器通過增設(shè)地址映象表機構(gòu)來實現(xiàn)程序在主存中的定位，將程序分割成若干段或頁，用相應(yīng)的映象表指明該程序的某段或某

頁是否已裝入主存。若U,裝入，同時指明其要主存中的起始地址：若未裝入，就去輔存中調(diào)段或調(diào)頁，裝入主存后在映象表中建立好程序

空間和實存空間的地址映象關(guān)系。

虛擬存儲依主存的存儲管理而有三種不同方式：

1.I.段式管理

2.2,頁式管理

3.3.段頁式管理

頁面失效替換算法：

1.I.隨機算法：

2.2.先進先出：

3.3.近期最少使用算法：

4.9外存儲設(shè)備

計算機的內(nèi)存是動態(tài)RAM,當停機后其數(shù)據(jù)將丟失，而且RAM的大小有限，所以計算機系統(tǒng)需要利能長久保存數(shù)據(jù)，且容量大

的存儲設(shè)備，?般我們常說外存設(shè)備主要是指：磁盤、磁帶和光盤！

工作原理：對于磁盤之類的磁表面計錄方式是利用磁性材料的磁滯回歸線特征將數(shù)據(jù)記錄在磁性物體的表面。而對于光盤之類

的設(shè)備是將數(shù)據(jù)以光學(xué)特征的形式存儲在盤片的表面。

技術(shù)指標：

存儲密度：是指單位長度或面積磁層表面所存儲的二進制數(shù)據(jù)量

存儲容量：是指設(shè)備能存儲的信息的總量

平均訪問時間：是指磁盤從發(fā)出讀寫命令到讀出或?qū)懭胄畔⑺ǖ臅r間

計算：

容量的計算：

訪問時間的計算：

5、重疊和流水

重疊（流水）是指通過控制機構(gòu)同進解釋兩條（多條以至整個段）程序的方式，從而加快整個機器語言程序的解釋!

流水線的吞吐率：流水線的最大吞吐率為流水線中最慢子過程經(jīng)過的時間。

提高吞吐率的手段：1。細分瓶頸子過程

2。重復(fù)設(shè)置多套瓶頸段并聯(lián)

影響流水的主要因素:：

1.局部相關(guān)性：

??先讀后寫

??寫-寫

??先寫后讀

先讀后寫、寫-寫是異步流動可能發(fā)生的、先寫后讀兩種都有！

2.程序轉(zhuǎn)移：

處理方法：1）猜測法

2）加快和提前形成條件碼

3）采用延遲轉(zhuǎn)移

4）加快短循環(huán)程序處理

流水線中斷處理：

■■不精確斷點法：不論指令I(lǐng)在流水線的那一段發(fā)生中斷，未進入流水線的后續(xù)指令不再進入,已在流水線的

指令仍繼續(xù)流完,然后才轉(zhuǎn)入中斷處理程序.實現(xiàn)簡單,但不利于編程和程序的排錯?.

■■精確斷點法：

6、陣列處理機

定義：陣列處理機也稱并行處理機，它將大量重復(fù)設(shè)置的處理單元，按一定方式互連成陳列，在單一控制部件控制卜對各自所分配的

不同數(shù)據(jù)并行執(zhí)行同一指令規(guī)定的操作，是操作級并行的SIMD計算機，處理單元是不帶指令控制部件的算術(shù)邏輯部件。

特點是：利用資源重復(fù)，而不是時間的重疊，利用并行中的同時性，而不是并發(fā)性！

7、多處理機：

定義：是具有兩臺以上的處理機，在操作系統(tǒng)控制下通過共享的主存或輸入/出子系統(tǒng)或高速通訊網(wǎng)絡(luò)進行通訊。多處理機是屬于多

控制流多數(shù)據(jù)流系統(tǒng)。

目的是：1。用多臺處理機進行多任務(wù)處理協(xié)同求解一個大而復(fù)雜的問題來提高速度

2、依靠冗余的處理機及重組來提高系統(tǒng)的可靠性，適應(yīng)性和可用性

處理機有緊耦合和松耦合兩種

緊耦合多處理機：是通過共享主存來實現(xiàn)處理機間通訊的，其通訊速率受限于主存頻寬，各處理機與主存經(jīng)耳連網(wǎng)絡(luò)連接，處理數(shù)受

限于互連網(wǎng)絡(luò)帶寬及各處理機訪主存沖突的概率。

松耦合多處理機：每臺處理機都有個容量較大的局部存儲器，用于存儲經(jīng)常用的指令和數(shù)據(jù)，以減少緊耦合系統(tǒng)中存在的訪主存沖

突。不同處理機間或通過通道互連實現(xiàn)通訊，以共享某些外部設(shè)備：或都通過消息傳送系統(tǒng)來交換信息。

8、計算機系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維護性技術(shù)和容錯技術(shù)

計算機系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維護性（RAS）技術(shù)和容錯技術(shù)是研究、設(shè)計、生產(chǎn)、評價計算機系統(tǒng)的重要內(nèi)容，特別是由于超

大規(guī)模集成電路的發(fā)展和計算機應(yīng)用的普及，人們對RAS的要求越來越高！

計算機系統(tǒng)的可靠性

定義：計算機系統(tǒng)的可靠性是指在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)計算機系統(tǒng)能正確運行的概率。

搞高系統(tǒng)的可靠性一般兩種方法：避錯法和容錯法

硬件的避錯技術(shù)的作用是減少系統(tǒng)失效的可能性

容錯法有：硬件冗余、軟年冗余、信息冗余和時間冗余！

計算機系統(tǒng)的可用性

計算機系統(tǒng)的可用性是指該系統(tǒng)在某?時刻提供有效使用的程度，以可用度A來表示，可用度是在任意指定時刻系統(tǒng)能正確運

行的概率

A=MTBF/（MTBF+MTTR）

MTBF為平均無故障時間

MTTR為平均修復(fù)時間

計算機系統(tǒng)的可維護性

計算機系統(tǒng)的可維護性是指該系統(tǒng)失效后在規(guī)定時間內(nèi)可修復(fù)到規(guī)定功能的能力，反映系統(tǒng)可維護性高低的參數(shù)是修復(fù)率秒平

均修復(fù)時間MTTR,修復(fù)率表示在單位時間內(nèi)完成修復(fù)的概率。

容錯技術(shù)

容錯是指計算機系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生一定的硬件或軟件故障錯誤時仍能保持正常工作而不影響正確結(jié)果的一種性能或措施。

容錯技術(shù)主要是為了提高計算機系統(tǒng)的可靠性和可用性，常用冗余技術(shù)來抵消由于故障而引起的影響。一般分為：

硬件冗余：以檢測或屏蔽故障為目的而增加一定硬件設(shè)備的方法。

軟件冗余：為了檢測或屏蔽軟件中的差錯而嗇一些在正常運行時所不需要的軟件的方法

信息冗余：在實現(xiàn)正常功能所需要的信息外，再添加一些信息，以保證運行結(jié)果正確性的方法，糾錯碼就是信息冗余的例子

時間冗余：使用附加?定時間的方法來完成系統(tǒng)的功能。這四附加的時間主要用在故障檢測、復(fù)執(zhí)或故隙屏蔽上。

故障的分類：

永久性故障：表現(xiàn)為穩(wěn)定性及持續(xù)性，可重復(fù)出現(xiàn)

間隙故障：不穩(wěn)定性和對系統(tǒng)的依賴性，表現(xiàn)為時好時壞，或在某些機器能正常運行，而在其他情況下又不能運行!

瞬時故障：由偶然原因引起的短暫故障，不用修復(fù)，用復(fù)執(zhí)來消除故障。

計算機性能評測

評估：是基于一些原始數(shù)據(jù)進行推算

測試：是用基準測試程序來度量計算機的性能

性能評估

11MIPS和MFL0PS9（每秒百萬次指令和每秒百萬次浮點運算）

22吉普森混合法

33RDR法：PDR=L/R（L為指令操作數(shù)平均長度，R為平均指令執(zhí)行時間）

44綜全理論性能

基準測試程序：

1.I.Whetstone基準測試程序

2.2.Dhrystone基準測試程序

3.3.UNPACK基準測試程序

4.4.SPEC基準測試程序

5.5.TPC基準測試程序

專題二：計算機操作系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、概述：

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的個系統(tǒng)軟件，這是這樣一些程序模塊的集合-----它們能有效地組紀念品和管理計算機系統(tǒng)中的硬件及

軟件資源，合理地組織計算機工作流程，控制程序的執(zhí)行，并向用戶提供各種服務(wù)功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效地使用計算機，

使整個計算機系統(tǒng)能高效地運行

操作系統(tǒng)有兩個重要的作用

1、I、管理系統(tǒng)中的各種資源

操作系統(tǒng)是資源的管理者仲裁者，由它負責(zé)資源在各個程序之間的調(diào)度和分配，保證系統(tǒng)中各種資源得以有效地利用。

2、2、為用戶提供良好的界面

操作系統(tǒng)的特征

1、1、并發(fā)性。所謂程序并發(fā)性是指在計算機系統(tǒng)中同時存在多個程序，宏觀上看，這些程序是同時向前推進的，程序的并發(fā)性

具體體現(xiàn)在如下兩個方面：用哀悼程序與用戶程序之間并發(fā)執(zhí)行：用戶程序與操作系統(tǒng)程序之間并發(fā)執(zhí)行。

2、2、共享性。所謂資源共享性是指操作系統(tǒng)程序與多個用戶程序共享系統(tǒng)中的各種資源

3、3、隨機性。操作系統(tǒng)的運行是在一個隨機的環(huán)境中，一個設(shè)備可能在任何時假向處理機發(fā)出中斷請求，系統(tǒng)也無法知道運行

著的程序會在什么時假做什么事情

操作系統(tǒng)的地位

現(xiàn)實應(yīng)用中的計算機系統(tǒng)是經(jīng)過若干層軟件改造的計算機，而操作系統(tǒng)位于各種軟件的最底層，操作系統(tǒng)是與計算機硬件關(guān)系最為密

切的系統(tǒng)軟件，這是硬件的第一層軟件擴充。

操作系統(tǒng)的功能

1、1、進程管理

進程管理主要是對處理機進行管理，為了提高CPU的利用率，采用了多道程序技術(shù)，為了描述多道程序的并發(fā)執(zhí)行，就要引入

進程的概念，通過進程管理協(xié)調(diào)多道程序之間的關(guān)系，解決對處理機分配調(diào)度策略、分配實施和回收等問題，以使CPU資源得

到最充分的利用。

2、2、存儲管理

存儲管理主要管理內(nèi)存資源，由于內(nèi)存整體價格貴、而且受CPU尋址能力的限制，內(nèi)存的容量也有限，因此，當多個程序共享

有限的內(nèi)存資源時，要解決的問題是：如何為它們分配內(nèi)存空間。同時，使用戶存放在內(nèi)存中的程序和數(shù)據(jù)彼此隔離、互不侵擾！

3、3、文件管理

文件管理的任務(wù)是有效進支持文件的存儲、檢索和修改等操作，解決文件的共享，保密和保護問題，以使用戶方便，安全地訪問

文件。

4、4、設(shè)備管理

設(shè)備管理是指計算機系統(tǒng)中除了CPU和內(nèi)存以外的所有輸入輸出設(shè)備的管理，為了提高設(shè)備的使用效率和整個系統(tǒng)的運行速度，

可采用中斷技術(shù)，通道技術(shù)，虛擬設(shè)備和緩沖技術(shù)，盡可能發(fā)揮設(shè)備和主機的并行工作能力。此外還應(yīng)提供一個良好的界面！

5、5、作業(yè)管理

操作系統(tǒng)是用戶與計算機系統(tǒng)之間的接口，因此作業(yè)管理的任務(wù)是為用戶提供一個使用系統(tǒng)的良好環(huán)境，使用戶能有效地組織白

己的工作流程，并使整個系統(tǒng)能高效地運行

操作系統(tǒng)的類型

1、1、批處理操作系統(tǒng)

用戶一般不直接操縱計算機，而是將作業(yè)提交給系統(tǒng)操作員。操作員將作業(yè)成批地裝入計算機，操作系統(tǒng)將作業(yè)按規(guī)定的格式磁

盤的某個區(qū)域，然后按照某種調(diào)度策略選擇一個或幾個搭配得當?shù)淖鳂I(yè)調(diào)入內(nèi)存加以處理；內(nèi)存中多個作業(yè)交替執(zhí)行，處理步驟

事先由用戶設(shè)定，作業(yè)的結(jié)果由操作系統(tǒng)按作'也統(tǒng)一加以輸出，由操作員將作業(yè)運行結(jié)果交給用戶！

特點：多道成批

2、2、分時系統(tǒng)

分時系統(tǒng)允許多個用戶同時聯(lián)機地使用計算機，一臺分時計算機系統(tǒng)連有若干臺終端，多個用戶可以在各自的終端上向系統(tǒng)發(fā)出

服務(wù)請求，等待計算機的處理結(jié)果并決定下?步的處理。操作系統(tǒng)接收每個用戶的命令，采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式處理用戶的服務(wù)

請求！

特點：多路性：

交互性：

獨立性

及時性

3、3、實時系統(tǒng)

是指系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)隨機發(fā)生的外部事件，并在嚴格的時間范圍內(nèi)完成對該事件的處理，常用在特定的應(yīng)用中作為一種控制設(shè)

備來使用。

特點：實時性

專用性

4、4、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是通過通訊設(shè)施將地理上分散的具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，實現(xiàn)信息交換，資源共享，互操作和協(xié)

操作處理的系統(tǒng)。

特點：計算機自治

資源共享

5、5、分布式操作系統(tǒng)

g網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)類i以，但分布系統(tǒng)要求?個統(tǒng)?的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)?性，分布式操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)中所有資源，它

負責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度，任務(wù)劃分，信息傳輸控制協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個統(tǒng)一的界面。

特點：統(tǒng)一界面

資源對用戶透明

2、進程管理

定義：進程是具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。

從操作系統(tǒng)角度來看，可將進程分為系統(tǒng)進程和用戶進程兩類

系統(tǒng)進程執(zhí)行操作系統(tǒng)程序，完成操作系統(tǒng)的某些功能。

用戶進程運行用戶程序，直接為用戶服務(wù)。

系統(tǒng)進程的優(yōu)先級通常高于一般用戶進程的優(yōu)先級

進程的特性

1、1、進程與程序的聯(lián)系和區(qū)別

程序是構(gòu)成進程的組成部分之、?個進程的運行目標是執(zhí)行它所對應(yīng)的程序。如果沒有程序，進程就失去了其存在的意義，從

靜態(tài)的角度看，進程是由程序、數(shù)據(jù)和進程控制塊(PCB)三部分組成。

區(qū)別：程序是靜態(tài)的

進程是動態(tài)的

2、2、進程的特性

1)1)并發(fā)

動

態(tài)

2)2)

獨

立

3)3)

交

往I

t

4)4)異

步I

5)5)t

3、3、進程的狀態(tài)

1進程調(diào)度被選中2時間片用完3等待某個事件4等待的事件已獲得

進程間的通訊

1、1、程的同步與互斥

同步：進程的同步是指進程之間一種直接的協(xié)同工作關(guān)系，這些進程相互合作，共同完成一項任務(wù)，進程間的直接相互作用構(gòu)

成進程的同步。

互斥：在系統(tǒng)中許多進程常常需要共享資源，而這些資源往往要求排他地使用(即獨占設(shè)備)，即?次只能為?個進程服務(wù)。

臨界區(qū)：系統(tǒng)中?些資源一次只允許一個進程使用，這個資源稱為臨界資源。而在程序中訪問臨界資源的那??段程序稱為臨界

區(qū)，要求進入臨界區(qū)的進程之間就構(gòu)成了互斥關(guān)系。為了保證系統(tǒng)中各并發(fā)進程順利運行，對兩個以上欲進入臨界區(qū)的進程，必須實行互

斥，為此系統(tǒng)采取了一些調(diào)度協(xié)調(diào)措施。

2、2、信號量的P,V操作

P操作

P(S)

S：=S-1

若S<0,則該進程進入S信號量的隊列中等待

V(s)

S:=S+1

若S<=0,則釋放S信號量隊列上的一個等待進程，使之進行就緒隊列

理解用P.V進行同步和互斥的應(yīng)用！

死鎖

定義：在多道程序系統(tǒng)中，一組進程的每一個進程均無限期地等待被該組進程的另一進程所占有且永遠不會釋放的資源,這種現(xiàn)象稱系

統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)

產(chǎn)生的必要條件：

1)1)互斥資源

2)2)不可搶占

3)3)占有等待

4)4)循環(huán)等待

死鎖的處理

1)1)死鎖的預(yù)防

2)2)死鎖的避免

a)a)安全狀態(tài)

b)b)銀行家算法

3)3)死鎖的檢測

4)4)死鎖的解除

a)a)資源剝奪

b)b)撤消進程

線程

基本概念：線程是進程中的一個實體，是CPU調(diào)度和分派的基本單位。線自己基本上不用擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點在運行中必不

可少的資源，但它可與同屬一個進程的其他線程共享進程所擁有的全部資源，一個進程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程：同一個進程中的多個

線程之間可以并發(fā)執(zhí)行！

好處：

1)1)創(chuàng)建新線程代價小

2)2)切換時間花費小

3)3)線程通訊簡單，代價小

4)4)線程獨立運行，并行度高

線程與進程比較

1)1)調(diào)度

進程是資源調(diào)度的最小單位，

線程是處理器調(diào)度的最小單位

2)2)并發(fā)性

系統(tǒng)可以進行進程的并發(fā)運行，而且進程中的線程也可并發(fā)進行！

線程是低層次的并發(fā)運行！

3)3)系統(tǒng)開銷

系統(tǒng)在創(chuàng)建進程時，要為之分配或回收資源開銷大！

3、作業(yè)管理

作業(yè)：就是用戶在?次上機算題過程中或?次事務(wù)處理過程中，要求計算機系統(tǒng)所做工作的總稱。作業(yè)管理的主:要任務(wù)是作業(yè)調(diào)度和

作業(yè)控制

(1)作業(yè)調(diào)度：是要根據(jù)一定的調(diào)度算法，從輸入到系統(tǒng)的一批作業(yè)中選出若干個作業(yè)，分配必要的資源，如內(nèi)存，外部設(shè)備等，

為它建立相應(yīng)的用戶作業(yè)進程和為其服務(wù)的系統(tǒng)進程，最后把這些作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存，等待進程調(diào)度程序去調(diào)度執(zhí)行。作業(yè)調(diào)度

又稱高組調(diào)度。

作業(yè)調(diào)度的目標是使作業(yè)運行最大限度地發(fā)揮各種資源的利用率，并保持系統(tǒng)內(nèi)各種活運的充分并行！

(2)作業(yè)控制是指在操作系統(tǒng)支持下，用戶如何組織其作業(yè)并控制作業(yè)的運行。作業(yè)控制方式有兩種：脫機作業(yè)控制和聯(lián)機作業(yè)控

制。

作業(yè)調(diào)度算法：作業(yè)調(diào)度算法決定選擇哪一個后備作業(yè)進入狀態(tài)。作業(yè)調(diào)度算法是作業(yè)調(diào)度的關(guān)鍵，其好壞直接影響到系統(tǒng)效

率。選擇調(diào)度算法要考慮的因素很多，而且這些因素往往是相互矛盾的。一般應(yīng)考慮以卜.3個基本目標：

A>盡量提高系統(tǒng)的作業(yè)吞吐量

>>盡量更CPU和外部設(shè)備的資源利用率

>>對各種作業(yè)合理調(diào)度，使所有用戶都滿意

評價作'也調(diào)度算法優(yōu)劣的性能指標

??作業(yè)平均周轉(zhuǎn)進間：作業(yè)從T1到完成時刻T2所經(jīng)歷的時間T=(T2-T1)

??作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間：作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間Ti與實際運行時間Tr的比值W=TVTr

通常用T來衡量不同的算法對同?作業(yè)流的調(diào)度性能，而用W來衡量同調(diào)度算法對不同作業(yè)流的調(diào)度性能。T和W越小越

好。

主要作業(yè)調(diào)度算法介紹

>>先來先服務(wù)

>>知作業(yè)優(yōu)先算法

>>最高響應(yīng)比作來優(yōu)先：響應(yīng)比為系統(tǒng)對作業(yè)的響應(yīng)時間與作業(yè)估計運行時間的比值

R=響應(yīng)時間/估計運行時間=1+作業(yè)等待時間/估計運行時間

4、存儲管理

存儲管理它負責(zé)計算機系統(tǒng)存儲器的管理，存儲管理主要是指對內(nèi)存空間的管理

存儲管理主要是對內(nèi)存中用戶區(qū)進行管理，其目的是充分利用內(nèi)存，為多道程序并發(fā)提供存儲基礎(chǔ)，并盡可能方便用戶使用。

存儲管理概述

1.1.內(nèi)存空間的分配和回收

2.2.內(nèi)存空間的共享

3.3.存儲保護

4.4.地址映射

5.5.內(nèi)存擴充

內(nèi)存資源

1.1.內(nèi)存分區(qū)

2.2.內(nèi)存分配

3.3.碎片處理

分區(qū)存儲管理

1.1.固定分區(qū)

2.2.可變分區(qū)

頁式存儲管理

原理：頁式存儲管理將內(nèi)存空間劃分成等長的若干區(qū)域，每個區(qū)域稱為一個物理頁面，內(nèi)存的所有物理頁面從略開始編號，稱做物理

頁號。系統(tǒng)將用戶程序的邏輯空間按照同樣大小也劃分成若干頁面，稱為邏輯頁面，用戶程序的邏輯地址由邏輯頁號和頁內(nèi)地址兩部分組

成

段式存儲管理

原理：內(nèi)存空間被動態(tài)劃分為若干個長度不同的區(qū)域，第?個區(qū)域稱做一個物理段。用戶程序按邏輯上完整意義的段來劃分，稱為邏

輯段。用戶的邏輯地址是由于段號和段內(nèi)地址兩部分組成！

段頁式存儲管理

頁式存儲管理的特征是等分內(nèi)存，劃分頁面，解決了外碎片問題。段式存儲管理的特征是滿足程序和信息的邏輯分段的要求，便于實

現(xiàn)共享，段頁管理是結(jié)合了頁式和段式兩種方案。即用戶程序是由段組成，每段由又分成了幾個頁，所以用戶的邏輯地址為：段號，頁號

和頁內(nèi)地址三部分組成！

虛擬存儲管理

虛擬存儲是利用大容量的外存來擴充內(nèi)存，產(chǎn)生一個比有限的實際內(nèi)存空間大得多的。邏輯的虛擬內(nèi)存空間，以便能夠有效地支持多

道程序系統(tǒng)的實現(xiàn)和大型作'業(yè)運行的需要。

實現(xiàn)的原理：

1、1,時間的局部性

2、2、空間的局部性

虛擬頁式存儲管理

缺頁中斷

頁面淘汰算法

最佳淘汰算法

先進先出淘汰算法

最近是久未使用淘汰算法

最近最少使用淘汰算法

影響缺頁中斷次數(shù)的因素

1.1.分配給進程的物理頁面數(shù)

2.2.頁面大小

3.3.程序本身的編制方法

4.4.頁面淘汰算法的選擇

5、文件管理

文件是具有符號的，在邏輯上具有完整意義的一組相關(guān)信息項的有序序列.

文件的分類

1、1、按性質(zhì)和用途分類

1)1)系統(tǒng)文件

2)2)庫文件

3)3)用戶文件

2、2、按信息的保存期限分類

1)1)臨時文件

2)2)永久性文件

3)3)檔案文件

3、3、按文件的保護方式分類

1)1)只讀

2)2)讀寫

3)3)可執(zhí)行

4)4)無保護

4,4、按文件的邏輯結(jié)構(gòu)分類

1)1)流式文件

2)2)記錄文件

5、5,按文件的物理結(jié)構(gòu)分類

1)I)順序

2)2)鏈接

3)3)索引

4)4)Hash文件

5)5)索引順序

6、6、按文件的存取分類

1)1)順序

2)2)隨機

文件的存儲設(shè)備

順序存儲設(shè)備

磁帶

隨機存儲設(shè)備

磁盤(硬盤和軟盤及光盤等)

文件目錄結(jié)構(gòu)

文件目錄的組織與管理是文件管理中的一個重方面，目前大多數(shù)操作系統(tǒng)都采用多級目錄結(jié)構(gòu)，又稱樹形目錄結(jié)構(gòu)

其中，樹葉結(jié)點表示普通文件，非葉結(jié)點表目錄文件。樹根結(jié)點稱為根目錄，根目錄是惟一的，由它開始可以查找到所有其他

目錄文件和普通文件，從根結(jié)點出發(fā)到任?非葉結(jié)點或樹葉結(jié)點都有且僅有?條路徑，該路徑上的全部分支組成了?個全路徑名。

文件存儲空間的管理

1.1.位圖法

2.2.空閑塊法

3.3.空閑塊鏈表

文件的操作

1.1.建立文件

2.2.打開文件

3.3.讀文件

4.4.寫文件

5.5.關(guān)閉文件

6.6.撤銷文件

文件系統(tǒng)的安全

文件系統(tǒng)的安全性是指抵抗和預(yù)防各種物理性破壞及人為性破壞的能力，保證文件系統(tǒng)安全性常用的措施是備份，即保持文件的多個

副本

1.1.海量轉(zhuǎn)儲

2.2.增量轉(zhuǎn)儲

6、設(shè)備管理

設(shè)備分類

1.1.按設(shè)備的工作特性分類

存儲設(shè)備

輸入/出設(shè)備

2.2.按設(shè)備上數(shù)據(jù)組織方式分類

塊設(shè)備：

字符設(shè)備：

3.3.按資源分酌的角度

獨占設(shè)備

共享沒備

虛擬設(shè)備：在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備的技術(shù)稱為虛擬設(shè)備技術(shù)。通常用高速設(shè)備來模擬低速設(shè)備，以此把原來慢速的

低速設(shè)備改造成為能為若干進程共享的快速共享設(shè)備。

輸入輸出控制方式：

1.1.循環(huán)測試I/O方式

2.2.中斷處理方式

3.3.直接內(nèi)存取

4.4.通道方式

磁盤調(diào)度

磁盤訪問的方式：

1.1.尋道

2.2.旋轉(zhuǎn)延遲

3.3.數(shù)據(jù)傳輸

磁盤調(diào)度主要是指磁頭臂的調(diào)度，調(diào)度算法：

1.1.先來先服務(wù)

2.2.最短尋道時間：與當前距離最近的磁道優(yōu)先

3.3.掃描算法（電梯）算法

專題三：數(shù)據(jù)通訊技術(shù)

1、數(shù)據(jù)通信模型

2、傳輸概念

如果信源產(chǎn)生的是模擬數(shù)據(jù)并以模擬信道傳輸則叫模擬通信；如果信源發(fā)出的是模擬數(shù)據(jù)而以數(shù)字信號的形式傳輸，那么這種

通訊方式叫數(shù)字通信。如果信源發(fā)出的是數(shù)字數(shù)據(jù)，當然也可以用兩種方式傳輸

模擬信號進行傳送時，由于頻譜較窄，因此信道的利用率較高，但由于受到噪聲的干撓，如果用放大器將信號放大，混入的噪聲也被

放大了，所以傳輸距離有限！

用數(shù)字信號進行傳輸時，由于是離散信號，所以頻譜很寬，信道利用率不高，但由于其信號可以通過信號再生的方法進行恢復(fù)，而且

對于某些數(shù)碼的差錯也可以用差錯控制技術(shù)加以消除，所以數(shù)字信號對于信號不失真地傳送是很有好處的。

3、傳輸介質(zhì)

從物理描述、傳輸特性、連通性、地理范圍、抗干擾性、價格等幾個方面了解下類幾個物理傳輸介質(zhì)的特點

傳輸媒介價格電磁干擾頻帶寬度單段最大長度

UTP最便宜高低100米

STP一般低中等100米

同軸電纜.般低高18米/500米

光纖最高沒有極高幾十公里

1、1、★有線媒體

（1）、雙絞線：自身干擾相互抵消，成本低。

UTP——UnshieldedTwistedPair無屏蔽雙絞線，目前常用UTP——5類線。

STP------ShieldedTwistedPair屏蔽雙絞線

雙絞線網(wǎng)段長度：100米，UTP——3類線適用網(wǎng)絡(luò)速率為l（）Mb/s,UTP——5類線適用網(wǎng)絡(luò)速率為10（）Mb/s。

雙絞線接頭規(guī)格：RJ45（RJ11是電話線接頭規(guī)格）

（2）、同軸電纜

中間是信號線，直徑0.5mm（細纜）、1mm（粗纜），外層有金屬絲屏蔽網(wǎng)。

細纜接頭：BNC俗稱“T”頭，兩端有阻抗匹配器（50Q）,細纜網(wǎng)段最長185米。一個局域網(wǎng)最多帶載30-50臺計算機。

粗纜接頭是：AUI接口。粗纜網(wǎng)段最長可達500米，帶載可達300臺以上計算機。

無論是粗纜還是細纜，網(wǎng)絡(luò)傳輸率都是10Mb/So

同軸細電纜串連起來的網(wǎng)絡(luò)是總線式結(jié)構(gòu)，電纜要數(shù)據(jù)開后與“T”頭連接，最致命的弱點是：一處斷開，全網(wǎng)癱瘓。

用雙絞線、HUB或交換機連接起來的局域網(wǎng)是星型或樹型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，某處故障，不影響其它計算機之間的網(wǎng)絡(luò)通信，可用于

10?100Mb/s速率，因而在實際中應(yīng)用廣泛。

傳輸媒體參數(shù)一覽表:

傳輸媒體技術(shù)標準