大学计算机——应用、计算与思维 课件 第2章 计算机系统.pptx

计算机系统;;知识导图;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;2.3 计算机软件系统;;;;;;;;;;;;;2.4 计算机的管家—操作系统;;;;;;;;;2.4.1 操作系统对计算机资源的管理;;;;2.4.1 操作系统对计算机资源的管理;;;;;;;;; 存储体系、进程管理体系及任务－作业体系的建立为计算机执行更为复杂、多样化的程序提供了可能，而CPU速度的不断提高，也为其能并行地执行多个任务、同时为多个用户服务提供了可能。而这一切都要依赖操作系统对CPU所实现的有效管理，它扩展了硬件的功能，在同一时刻，内存中会有多个进程存在，而CPU只有一个，如何由一个CPU执行多个进程呢？CPU要执行哪一个进程呢？; 1.分时调度策略 操作系统可支持多用户同时使用计算机，即一个CPU可执行多个进程。怎样让所有进程（及进程相关的用户）都感觉到其独占CPU呢？人们发明了分时调度策略，即把CPU的被占时间划分成若干段时间，每段间隔特别小，CPU按照时间段轮流执行每一个进程，从而使得每个进程都感觉其在独占CPU.这就是典型的分时调度思维，它有效地解决了单一资源的共享使用问题。; 2.多处理机调度策略 分时调度策略解决了多任务共享使用单一资源的问题，如果任务或计算量很大，能否用多CPU来协同解决呢？答案是可以的。可以将一个大计算量的任务划分成若干个可由单－CPU解决的小任务，分配给相应的CPU来执行，当这些小任务被相应的CPU执行完后再将其结果进行合并处理后形成最终的结果返回给用户，这就是典型的多处理机调度策略，采用分布式或并行的方式来求解大型计算任务相关的问题，例如典型的“线程”即描述类似这种小任务的一个程序，多线程技术可控制多个计算机（或嵌入式自主设备）协同地进行问题求解。;2.4.2 操作系统对计算机资源的协同;;;;;;;2.4.4 典型操作系统;2.4.4 典型操作系统;2.4.4 典型操作系统;2.4.4 典型操作系统;2.4.4 典型操作系统;2.4.4 典型操作系统;;指令和数据存储在同一个存储器中，形成系统对存储器的过分依赖。如果存储器件的发展受阻，系统的发展也将受阻。 指令在存储器中按其执行顺序存放，影响系统执行的速度。 存储器是按地址访问的线性编址，按顺序排列的地址访问，利于存储??执行的机器语言指令，适用于作数值计算。但是高级语言表示的存储器则是一组有名字的变量，按名字调用变量，不按地址访问。机器语言同高级语言在语义上存在很大的间隔，消除语义间隔成了计算机发展面临的一大难题。 ;冯·诺依曼体系结构计算机是为算术和逻辑运算而诞生的，目前在数值处理方面已经到达较高的速度和精度，而非数值处理应用领域发展缓慢，需要在体系结构方面有重大的突破。 传统的冯·诺依曼型结构属于控制驱动方式。它是执行指令代码对数值代码进行处理，只要指令明确，输入数据准确，启动程序后自动运行而且结果是预期的。一旦指令和数据有错误，机器不会主动修改指令并完善程序。而人类生活中有许多信息是模糊的，事件的发生、发展和结果是不能预期的，现代计算机的智能程度无法应对如此复杂的任务。; 1.计算机体系结构的发展 近几年来人们努力谋求突破传统冯·诺依曼体系结构的局限，各类非冯·诺依曼体系计算机的研究蓬勃发展： （1）对传统冯·诺依曼机进行改良，如传统体系计算机只有一个处理部件是串行执行的，改成多处理部件形成流水处理，依靠时间上的重叠提高处理效率。 （2）由多个处理器构成系统，形成多指令流多数据流支持并行算法结构。 （3）否定冯·诺依曼机的控制流驱动方式。设计数据流驱动工作方式的数据流计算机，只要数据已经准备好，有关的指令就可并行地执行。 （4）彻底跳出电子的范畴，以其他物质作为信息载体和执行部件，如光子、生物分子、量子等，众多科学家正为进行这些前瞻性的研究。;2.5.2 未来计算机系统发展趋势;2.5.2 未来计算机系统发展趋势;;;案例：智慧交通;;;;;谢谢大家观看