計算機系統體系結構與作業系統結構

2021-08-17 20:36:22 字數 2199 閱讀 7897

計算機系統體系結構

單處理器系統:只有乙個受限的通用指令集,並不執行使用者程序,有時它們由作業系統管理,此時作業系統將接下來的任務資訊發給這些專用處理器,並監控它們的狀態;例如,磁碟微處理器接收來自主cpu的一系列請求,執行它們自己的磁碟佇列和排程演算法。這種安排克服了主cpu磁碟排程超載的問題。

多處理器系統:並行系統,緊耦合系統,共享計算機匯流排。

(1)、增加吞吐量,增加多個處理器,做更多的事情,但實際,會產生一些額外的開銷,再加上對共享資源的競爭,n個cpu的加速比並不是n,要比n小。

(2)、規模經濟

(3)、增加可靠性;功能分布於多個處理器上,即使某個處理器發生故障,但是只會使系統變慢,並不會使整個系統停止。

計算機不斷增加的可靠性是很關鍵的,這種能提供與正常工作的硬體成正比的服務的能力被稱為適度退化,有些系統超出適度退化的能力被稱為容錯

現今,多處理器系統分為兩種,非對稱多處理,cpu有主從關係,乙個主cpu控制多個處理器,其他處理器問主處理器要任務或者做預定好的任務。對稱多處理系統,每個處理器都要完成處理器中的所有的問題。

對集群的研究起源於集群系統的良好的效能可擴充套件性(scalability)。提高cpu主頻和匯流排頻寬是最初提供計算機效能的主要手段。但是這一手段對系統效能的提供是有限的。接著人們通過增加cpu個數和記憶體容量來提高效能,於是出現了向量機,對稱多處理機(smp)等。但是當cpu的個數超過某一閾值,象smp這些多處理機系統的可擴充套件性就變的極差。主要瓶頸在於cpu訪問記憶體的頻寬並不能隨著cpu個數的增加而有效增長。與smp相反,集群系統的效能隨著cpu個數的增加幾乎是線性變化的。

簡單的說,集群就是一組計算機,它們作為乙個整體向使用者提供一組網路資源。這些單個的計算機系統就是集群的節點(node)。乙個理想的集群是,使用者從來不會意識到集群系統底層的節點,在他/她們看來,集群是乙個系統,而非多個計算機系統。並且集群系統的管理員可以隨意增加和刪改集群系統的節點。

集群系統分為兩種,對稱和分對稱集群,分對稱集群中,一台機器處於熱備份模式,而另一執行應用程式,熱備份主機只監視活動伺服器,如果該伺服器失效,那麼熱備份主機就會成為現行伺服器。其他形式集群分為並行集群和wan集群。

作業系統結構

作業系統最重要的一點是要有多道程式處理能力。多道程式設計通過組織作業,使cpu總有乙個作業可執行。

思想如下:作業系統同時將多個任務儲存在記憶體中。該作業集可以使作業池中作業集的子集,這是因為可同時儲存在記憶體中的作業數要比在作業池中的作業數要少。作業系統選擇乙個位於記憶體中的作業開始執行,最終,改作業可能必須等待另乙個任務的完成。對於非多道程式系統,cpu就會空閒,對於多道程式系統,cpu會簡單的切換到另乙個作業並執行。當該作業需要等待時cpu就會切換到另乙個作業。最後,第乙個作業完成等待並重新獲得cpu,只要有乙個任務可以執行,cpu就不會空閒。

多道程式設計提供可以充分使用多種系統資源,但是沒有提供直接以計算機互動的能力。分時系統(多工系統)是多程式的延伸。

共享需要一種互動計算機系統,它能提供使用者與系統間的直接通訊。通過外設,向計算機傳送指令,並等待裝置出來的結果,響應時間小於1秒。

裝入到記憶體中並執行的的程式稱為程序。分時與多道程式設計需要在儲存器中同時儲存多個作業,主存小,因此這些作業剛開始被存放在磁碟的作業池中,如果需要調入多個作業是,主存因為空間不足,那麼系統就必須做出選擇,這樣的決策被稱為作業排程,當系統從作業池中選中乙個作業,就將它調入記憶體中執行。在記憶體中同時有多個任務需要同時執行,那麼就需要一定形式的記憶體管理,如果有多個任務同時需要執行,那麼   系統就必須做出選擇,這被稱為cpu排程

在分時作業系統中,作業系統必須保證合理的響應時間,這有時需要通過交換得到,交換式程序被換入記憶體或有記憶體換出磁碟。實現這一目的更常用的方法是使用虛擬記憶體,虛擬記憶體允許將乙個執行的作業不完全放在記憶體中。虛擬記憶體的主要優點是程式可以比物理記憶體大。他講記憶體抽象成乙個龐大且統一 的儲存陣列,將使用者所理解的邏輯記憶體與真正的物理記憶體區分開來。

分時作業系統也必須提供檔案熊。檔案系統主流在一組磁碟上,必須使用磁碟管理。還提供 了一種保護資源。為確保有序執行,系統必須提供實現作業同步和通訊的機制,確保不會作業進入死鎖,進而無盡的互相等待。

計算機系統體系結構

今天進行了 作業系統概念 的學習,就現在的計算機體系結構分類有了比較明確地認識。我們可以根據一台計算機內所擁有的cpu數量來進行分類 單處理器系統,多處理器系統和集群系統。顧名思義,單處理器系統就是指計算機內的通用處理器數量為1,注意,這裡是 通用處理器 當然不是只有乙個 處理器 若只有乙個處理器負...

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