操作系统考点自我总结

数据表示

±0相同的编码是补码和移码

求反码：

  1. 正数：与原码一致
  2. 负数：除符号位，其它位取反

求补码

  1. 正数：与原码一致
  2. 负数：除符号位，其他位取反加1

求移码：将补码的符号位取反

码制 定点整数 定点小数 范围  
源码 -(2n-1-1)~+(2n-1-1) -(1-2-(n-1))~+(1-2-(n-1)) 2n-1  
反码 -(2n-1-1)~+(2n-1-1) -(1-2-(n-1))~+(1-2-(n-1)) 2n-1  
补码 -2n-1~+(2n-1-1) -1~+(1-2-(n-1)) 2n 适合加减运算
移码 -2n-1~+(2n-1-1) -1~+(1-2-(n-1)) 2n 适合浮点数阶码


　　海明码

校验位个数：2n+k ≥ n + k，n是数据位，k是校验位

需要哪些校验位校验

比如：D9D8D7D6D5D4P4D3D2D1P3D0P2P1

D9（位序14）有P4（位序8）、P3（位序4）、P2（位序2）校验

D5（位序10）有P4（位序8）、P2（位序2）校验

奇校验：二进制数据中1的个数是奇数，只能检测

偶校验：二进制数据中1的个数是偶数，既能检测也能纠正

校验的最小码距：2

CRC（循环冗余校验码）

采用模2除法进行校验码计算

求CRC编码，一致数据信息位1100，生成多项式位X3+X+1（1011）

  1. 信息码补0（多项式的最高位数是几就几个0）最高是X3，所以补三个0为1100000
  2. 1100000/1011=010
  3. CRC编码为1100000+010=1100010

浮点数

浮点数表示数的范围由阶码确定，精度由尾数确定

范围：阶码范围*精度范围

注意阶码=阶码符+阶码值

最适合表示阶码的是移码 

CPU

　　CPU依据指令周期的不同阶段来区分在内存中的是指令（取指令）还是数据（分析和执行指令）

运算器

    1. 算数逻辑单元（ALU）：(算术+逻辑)运算
    2. 累加寄存器（AC）：为ALU提供工作区
    3. 数据缓冲寄存器（DR）：暂存内存I/O的指令和数据
    4. 状态寄存器（PSW）：保存数据处理的结果（状态标志+控制标志）

控制器

    1. 指令寄存器（IR）：指令从DR送入IR暂存
    2. 程序计数器（PC）：存放下一指令的地址
    3. 地址寄存器（AR）：保存当前CPU所访问的内存地址
    4. 指令译码器（ID）：对操作码字段分析解释

单核处理器同一时刻允许占用资源的进程数为1个

输入/输出

CPU采用程序查询方式和DMA方式时，CPU与外设可并行工作

    1. DMA方式：不需要CPU干涉，CPU是在一个总线周期结束时相应DMA请求的
    2. 无条件传送：端口总是准备好输入输出数据
    3. 程序查询方式：是占用CPU最多的，串行工作
    4. 通道控制方式：利用软件手段控制传送，免去cpu接入

在UNIX中输入输出设备被看作是特殊文件

用户进程->与设备无关的系统软件->设备驱动程序->中断处理程序

总线

    1. 数据总线：双向传送数据
    2. 地址总线：传送CPU发出的地址
    3. 控制总线：双向传送信号和状态信息

总线带宽=总线宽度(bit)*总线频率(MHz)÷8(bit/B)

1B=8bit

总线复用的目的是减少总线数量，提高总线利用率

指令系统

n条指令的执行时间的公式

顺序方式：(取指时间+分析时间+执行时间)*n

流水线方式：取指时间*n+分析时间+执行时间

存储系统

通用寄存器->Cache->主存储器->联机磁盘->脱机磁盘

磁盘=外存

内存=主存，主要由DRAM组成

页式存储淘汰页面号

状态位、访问位、修饰位每个位都是用1和0来表示当前状态

    1. 状态位为0时，不在内存，不考虑
    2. 访问位、修饰位按顺序找到最小的：00、01、10、11
    3. 找到对应的页面号，此页面号可以淘汰

缺页中断

由图看出页号1~5都不在内存中，所以取数据时必须先将其置换到内存，因此总共时5次缺页中断

取指令产生1次中断，取Data1和Data2分别产生2次中断

Cache

主要由SRAM组成，命中率要在90%以上

地址映像方法：

    1. 直接映像：主存块与Cache块固定（速度快）
    2. 全相联映像：主存块任意存储到Cache块（速度慢）
    3. 组相联映像：主存块和Cache先分组，然后再组内任意存储（折中）

 

　　SRAM和DRAM都是可读可写的，DRAM需要定期刷新

　　分级存储体系是为了能得到更好的性价比

　　BIOS存储在ROM中

寻址

  1. 立即寻址：直接取出操作数本身
  2. 直接寻址：地址码字段给出的地址是操作数的有效地址
  3. 间接寻址：地址码字段给出的地址不是操作数的地址，而是主存单元的地址

逻辑地址求物理地址

    1. 将页面大小转成2n，单位是B
    2. 逻辑地址=页号+页内地址，根据页面大小和逻辑地址推出页号
      1. 比如页面大小4K，逻辑地址为2D16H
      2. 4K = 212B，D16H对应的也是12位，所以页号是2
    3. 物理地址=物理块号+逻辑地址
      1. 一般有表格显示页号与物理块号的关系
      2. 用物理块号拼接D16H即可
    4. (物理块号+1)%字长+1=位示图编号

二级索引文件长度计算

    1. 块号=磁盘块大小/每块所占字节（即一级索引最大块号）
    2. 二级索引最大块号=一级索引最大块号2
    3. 文件大小=二级索引最大块号*磁盘块大小
    4. 索引表的地址项就是逻辑块号

 　　例子：某文件系统采用索引节点管理，某磁盘索引块和磁盘数据块大小为1KB字节且每个索引节点有8个地址项iaddr[0]~iaddr[7]，每个地址项大小为4字节，其中iaddr[0]~iaddr[4]采用直接索引地址索引，iaddr[5]和iaddr[6]采用一级间接地址索引，iaddr[7]采用二级间接地址索引。若要访问文件userA中逻辑块号4和5的信息，则系统应分别采用（），该文件系统可表示的当个文件最大长度是（）

　　因为iaddr[0]~iaddr[4]采用直接索引地址索引，逻辑块号4采用的是直接索引，有5个索引

　　因为iaddr[5]和iaddr[6]采用一级间接地址索引，逻辑块号5采用的是一级间接地址索引

　　磁盘索引块的大小是1KB，地址项大小为4字节，所以索引块中有1024/4=256个索引

　　一级索引有两个索引块号，索引是2*256=512个索引

　　二级索引只有一个索引块号，所以是256*256=65536个索引

　　所以文件可表示的长度为5+512+65536=66053

　　磁盘最短移臂调度法：

  1. 确认当前移动臂位于几号柱面，设为n
  2. 将柱面号排序，排序的依据与n的距离从小到大排
  3. 柱面号相同时，根据扇区从小到大排序
  4. 扇区相同时，根据磁头号从小到大排序
  5. 求平均移臂距：根据以上排号的序列，求柱面号之间的差值的总和/序列个数，注意别忘了最开始的n

进程

n个并发进程，每个进程需要m个R，保证系统不发生死锁，至少需要几个R

R = n*(m-1)+1

信号量

    1. 公用：初值为1或者资源数目
    2. 私用：初值为0或者某个正数

当有进程运行时（占用着资源），其他进程访问信号量，信号量S就会减1

    1. S ≥ 0：资源的可用数
    2. S＜0：进程的阻塞数
    3. P操作：申请资源
    4. V操作：释放资源

如何判断同步信号量还是互斥信号量？

互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。互斥量值只能为0/1

同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源

若P(X)信号和V(X)信号在同一进程对象上则是互斥信号，否则为同步信号

进程资源有向图

 

请求资源：⚪->▢

分配资源：▢->⚪

因为R1将两个资源分配给了P1和P3，R2将三个资源分配个了P1、P2、P3，所以P2再请求R1和P1再请求R2是拿不到资源的，所以P1和P2是阻塞点

而R3只分配了一个资源给P2，P3请求时，R3还有资源，所以P3不是阻塞点

该图可以化简：P3->P1->P2

根据下表，求进程的执行序列，R1,R2,R3的资源分别是9，8，5

  1. 求剩余资源，(R1,R2,R3)-SUM(R1已分配,R2已分配,R3已分配)=(9,8,5)-(1+2+2+1+1,2+1+1+2+1,1+1+0+0+3)=(9-7,8-7,5-5)=(2,1,0)
  2. 求出每个进程尚需资源量

  3. 用剩余资源量和尚需资源量做对比，最开始P2是符合的，所以是第一个

  4. 用P2的已分配资源量+剩余资源量得到可用资源量，继续找下一个进程，依此类推

性能

计算机系统性能两大方面：

    1. 可用性（可靠性）：
      1. 持续工作时间
    2. 处理效率
      1. 吞吐率
      2. 响应时间
      3. 资源利用率

　　缓冲

　　单缓冲：(读入缓冲区时间+缓冲区送至用户区时间)*磁盘块+处理时间

　　双缓冲：(读入缓冲区时间)*磁盘块+缓冲区送至用户区时间+处理时间

　　吞吐率计算

　　吞吐率=1/max{t1,t2,...tm}

　　流水线中n条指令的吞吐率=n/(t1+t2+...+tm)+(n-1)*max{t1,t2,...,tm}

　　流水线执行周期为流水线执行时间最长的一段

性能优化

数据库系统优化：

    1. CPU/内存使用状况
    2. 优化设计(查询语句性能)
    3. 优化管理
    4. 进程/线程
    5. 硬盘空间/日志文件大小

应用系统优化：

    1. 可用性
    2. 响应时间
    3. 并发用户
    4. 系统资源占用

媒体

感觉媒体：人接触信息的感觉（视觉、听觉、嗅觉等）
表现媒体：使用电信号和感觉媒体之间产生转换的媒体。（输入输出设备）
表示媒体：为了传输人为研究出的媒体。（电报码，音符，图像，动画等）
传输媒体：传输数据的无力载体。（电缆，光缆等）

图像

颜色：

  1. 真彩色：RGB基色分量
  2. 伪彩色：彩色查找表
  3. 直接色：RGB子域索引
  4. 矢量：有大小有方向
  5. 饱和度：颜色的纯度（鲜艳度）

　　

  1. 显示深度>图像深度：全一致
  2. 显示深度=图像深度：不一致时，出现失真
  3. 显示深度<图像深度：全失真

　　声音

  1. 音调：振动频率
  2. 音高：振动幅度
  3. 语音信号最高频率4KHZ，数字语音采样频率8KHZ

　　　MPEG标准

  1. MPEG-1->VCD，编码技术
  2. MPEG-2->DVD，编码技术
  3. MPEG-4->编码技术
  4. MPEG-7->多媒体内容描述接口
  5. MPEG-21->多媒体应用框架

程序语言

  1. 编译程序：源程序翻译成目标程序
    1. 信息存入符号表（标识符+属性）
    2. 编译正确的程序可以消除词法及语法错误，但不能完全消除语义错误
  2. 解释程序：直接解释或翻译成中间代码，不生成独立的目标程序

　　移进规约分析法：（自底向上）

  1. 词法分析：识别单词符号，过滤注释，查不出拼错的保留字
  2. 语法分析：接收以单词为单位的输入，分析语法规则是否符合
  3. 语义分析：分析语法结构的含义，检查是否存在静态语义错误（动态语义错误在运行时发现）
  4. 中间代码生成：可没有
  5. 代码优化：可没有
  6. 目标代码生成：分配寄存器的工作在此进行

　　语法制导翻译是静态语义分析

高级语言源程序通过编译或解释方式进行翻译时，可先生成与源程序等价的中间代码（一般是后缀是和三地址码）

基本上是上下文无关文法

数据空间采用堆存储分配策略

中间代码表示方式：逆波兰，四元式，三元式，树

LR分析法中：LR(0)是最弱的，LR(1)是最强的

C++运行过程：预处理->编译->汇编->全链接

其他

冗余（储备）技术，利用系统的并联模型来提高系统可靠性。包括

    1. 冗余备份的存储及调用
    2. 实现纠错检测及恢复的数据
    3. 实现容错软件所需的固化程序

计算机按指令系统架构区分：

    1. CISC（复杂指令集计算机）：可以直接对主存单元的数据进行处理，寄存器数量在32个以内
    2. RISC（精简指令集计算机）：指令数量少，寻址少，以硬布线逻辑控制为主，寄存器数量在32个以上

　　注意函数的调用时值调用还是引用调用

    1. 引用调用：传的是地址，函数内变化，函数外也跟着变
    2. 值调用：只在函数内变

　　Flynn分类法：（I：指令流，D：数据流）

  1. SISD、SIMD（通过资源重复实现并行性）、MISD、MIMD
  2. GPU是SIMD架构　
  3. MISD只有理论意义而无实例

　　　微程序一般由硬件执行

　

二进制数据中1的个数是奇数

posted @ 2021-09-13 10:10  注入灵魂  阅读(130)  评论(0)    收藏  举报