操作系统精髓与设计原理第一章课后习题答案

复习题
1.1列出并简要定义计算机的4个主要组成部分
答：处理器：控制计算机的操作，执行数据处理功能。只有一个处理器时，它通常指中央处理器（cpu）；内存：存储数据和程序。这类存储器通常是易失性的；输入输出模块：在计算机和外部环境之间移动数据；系统总线：在处理器、内存和输入输出模块间提供通信的设施。
1.2定义处理器寄存器的两种主要类别
答：用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。一些高级语言，如C语言，允许程序员建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。
控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。
1.3一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么
答：处理器–存储器：数据可以从处理器传送到存储器，或从存储器传送到处理器
处理器–I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或从外部设备向处理器输送数据
数据控制：处理器可以执行很多与数据相关的算术操作或逻辑操作
控制：某些指令可以改变执行顺序
1.4什么是中断
答：中断是一种其他模块（I/O、存储器）中断处理器正常处理过程的机制。中断最初是英语提高处理器效率的一种手段。
1.5多个中断的处理方式是什么
答：处理多个中断有两种方法：其一是正在处理一个中断时，禁止再发生中断；其二是定义中断优先级，允许高级别中断打断低级别中断的运行。
1.6内存层次各个元素间的特征是什么
答：存储器的三个重要特征是：价格，容量和访问时间
1.7什么是高速缓存
答：高速缓存是位于处理器的寄存器和内存之间分段移动数据的存储器，以提高数据访问的性能。
1.8多处理器系统和多核系统的区别是什么
答：多处理器系统：多个单核处理器。也即电脑上有多个处理器，且每个处理器是单核的
多核处理器：将两个或多个处理器（称为“核”）组装在同一块硅（称为“片”）上。
二者在执行效率、资源利用率等方面有很大的区别。对于多处理器系统：他们在执行命令的时候多个处理器之间的通信手段是电脑主板上的总线；对于多核系统：多个核心处理器之间通信时是通过CPU内部总线进行信息交互的。另外多核系统的执行效率要高于多处理器系统。
1.9空间局部性和时间局部性间的区别是什么
答：空间局部性是指最近被访问的元素的周围的元素在不久的将来可能会被访问。时间局部性是指最近被访问的元素在不久的将来可能会被再次访问。
1.10开发空间局部性和时间局部性的策略是什么
答：空间局部性的开发是利用更大的缓冲块并且在存储器控制逻辑中加入预处理机制。时间局部性的开发是利用在高速缓冲存储器中保留最近使用的指令及数据，并且定义缓冲存储的优先级。
1.11列出并简要地定义I/O操作的三种技术
答：可编程I/O操作：I/O模块执行请求的动作并设置I/O状态寄存器中相应的位，但它并不会进一步通知处理器，尤其是它并不会中断处理器。因此处理器在执行I/O指令后，还要定期检查I/O模块的状态，以确定I/O操作是否已经完成。这将严重降低整个系统的新能。
中断驱动I/O：由处理器给I/O模块发送I/O命令，然后处理器继续做其他一些有用的工作。当I/O模块准备好与处理器交换数据时，它将打断处理器的执行并请求服务。处理器和前面一样执行数据传送，然后恢复处理器以前的执行过程。
直接内存存取（DMA）：DMA功能可以由系统总线中的一个独立模块完成，也可以并入一个I/O模块中。无论采用何种形式，该技术的工作方式均是在处理器读或写一块数据时，给DMA模块产生一条命令，发送以下四条信息：是否请求一次读或写，所涉I/O设备的地址，开始读或写的存储器单元，需要读或写的字数。之后处理器继续其他工作。处理器把这个操作委托给DMA模块负责处理。DMA模块直接与存储器交互，传送整个数据块，每次传送一个字，这个过程不需要处理器参与。传送完成后，DMA模块向处理器发一个中断信号。因此，只有在开始传送和传送结束时处理器才会参与。
无论如何，对多字I/O传送来说，DMA仍比中断驱动和程序控制I/O更有效。

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