操作系统（OS）的基本概念

照片：Jeswin ThomasonUnsplash

简介

操作系统（OS）利用一个或多个处理器的硬件资源，为系统用户提供一系列的服务[1]。

操作系统是一个可以在硬件和软件之间发挥中间作用的程序。

computer operating system

图1.操作系统的关系[2］

基本要素

在顶层，计算机由处理器（CPU）、**主存储器（RAM）和输入/输出（I/O）**组件组成，每种类型有一个或多个模块。这些组件以某种方式相互连接，以实现计算机的主要功能，即执行程序。因此，有四个主要的结构元素[1]。

computer mother board

图2.主板 [3]

1.处理器。控制计算机的运行并执行其数据处理功能。当只有一个处理器时，它通常被称为中央处理单元（CPU）。

**2.2.主存储器。**存储数据和程序。这种存储器通常是易失性的；也就是说，当计算机被关闭时，存储器的内容就会丢失。相比之下，磁盘存储器的内容即使在计算机系统关闭时也会保留。主存储器也被称为真实存储器或主存储器。

3.3.I/O模块。 在计算机和其外部环境之间移动数据。外部环境由各种设备组成，包括二级存储设备（如磁盘）、通信设备和终端。

**4.4.系统总线。**提供处理器、主存储器和I/O模块之间的通信。

computer components

图3.计算机组件。顶层视图 [1]

观看我的YouTube视频，了解计算机结构。

缓存内存

尽管缓存内存对操作系统来说是不可见的，但它与其他内存管理硬件有互动。

我们面临着内存的速度、成本和大小之间的权衡。理想情况下，主存储器应该采用与处理器寄存器相同的技术，使存储器的周期时间与处理器周期时间相当。这一直是一个太昂贵的策略。解决办法是通过在处理器和主存储器之间提供一个小型的、快速的存储器，即高速缓存[1]，来利用位置性原则。

图4描述了一个高速缓存/主存系统的结构。主存储器由最多2到n次方的可寻址字组成，每个字都有一个唯一的 n位地址。出于映射的目的，这个存储器被认为是由一些固定长度的块组成，每个块有K个字。

也就是说，有。

摘自[1] 。

Cache/Main-Memory Structure

图4.缓存/主存结构[1] 。

缓存原理。

缓存包含主内存的一部分的副本。当处理器试图读取一个摘自或字的时候，会进行检查以确定该字节或字是否在缓存中。如果是的话，该字节或字就会被送到处理器中。如果不是，则将由一些固定数量的字节组成的主存储器块读入高速缓存，然后将该字节或字传递给处理器。由于引用的位置性现象，当一个数据块被取到高速缓存中以满足一个内存引用时，很可能在不久的将来，许多内存引用会指向该块的其他字节[1]。

Cache and Main Memory