笔记.软考.操作系统概述
硬件
CPU
与内存交互，提取指令并执行，循环如此直至程序运行结束。
指令集
X86指令集和ARM指令集之间并不能够相互执行。
寄存器
保存关键变量和临时结果。
程序计数器（program counter）
程序计数器不断指示下一条需要从内存中提取出的指令的地址。
堆栈指针（stack pointer）
堆栈指针指向当前栈顶，包含输入过程中的有关参数、局部变量以及未在寄存器中的临时变量。
程序状态寄存器（PSW program status word）
程序状态寄存器由操作系统维护，是8字节long类型的数据集合。
程序状态寄存器会跟踪当前系统的状态。主要在系统调用和I/O中起重要作用。
设计
为提升性能，CPU的设计具有能够同时读取、解码和执行指令的机制。组织形式有流水线和超标量
流水线形式为：CPU对指令的执行、解码和读取都不会停止，流水线一样一个接着一个。
超标量形式为：多个指令一次性取出，解码放入缓存区，由执行单元不断搜索自己的任务直至指令执行完毕。超标量设计是由于多数情况应用程序是无序执行的，使用硬件来保证此设计的结果与顺序执行的结果一致。
为保证硬件安全，多数CPU会拥有两种模式——内核态和用户态，控制CPU处于何种模式取决于PSW寄存器中的一个二进制位。
内核态：CPU可执行任何指令集，可使用硬件的功能，权限开放。
用户态：CPU仅可执行部分指令集，使用部分硬件功能，权限限制。
为了进一步提升CPU性能，奔腾引入超线程技术，合理利用空闲的CPU核心，提升效率。
我的CPU为十代i5，四核八线程，资源监视器中的CPU0~7中多出的四个核心即是虚拟出的核心数，称之为线程。可在bios界面关闭超线程模式来减小CPU负载增长寿命（没必要罢了）
内存
为了不影响CPU的执行效率，内存应当比执行一条指令要快，但是如此其存储容量就不能够太大，价格也就不会便宜，足够大足够便宜的存储，其速度又不会特别快，于是计算机的存储器采用了层级结构。
寄存器
寄存器的材料与CPU相同，从而速度基本无差，寄存器由程序自行管理。
高速缓存
高速缓存由多个64字节的高速缓存行组成，高速缓存行会因其造价限制容量自身容量大小，一些机器会拥有两个或三个缓存级别（常称为二级缓存，三级缓存）每一级高速缓存比前一级速度慢、容量大，为保证效率，最频繁使用的高速缓存行保存在CPU内部或靠近CPU的高速缓存中。
在任务管理器中可以看到自己的高速缓存层级。
应用程序在内存中读取关键词时，首先使用高速缓存的硬件检查自己是否拥有对应的高速缓存行，查找到即高速缓存命中，缓存未命中时会从磁盘中调入，所以操作系统会在内存中保留频繁使用的文件，从而避免重复从磁盘中获取。
主存
通常为RAM（Random Access Memory），所有无法在高速缓存中得到满足的内存访问都会转向内存。
除RAM外还会有ROM（Read Only Memory）非易失性随机存取存储器也称只读存储器，内容存储后就不会再修改，且又快又便宜，常用于计算机的引导加载模块。
EEPROM（Electrically Erasable PROM）和闪存（flash memory）同样是非易失的，但是内容可以擦除和重写，但是耗时要比RAM长。
闪存多数用于U盘中，擦除次数过多会出现磨损。
COMS是易失性的，常用于保持计算机当前时间日期。
磁盘
磁盘的随机访问数据时间比RAM慢了三个数量级，其原因是其构造。
磁盘是一类机械装置，内部会有多个金属盘片告诉旋转，利用磁头进行读写，很像老式唱片机……
固态硬盘（SSD Solid State Disk）不属于磁盘，其数据存储于闪存之中，与U盘相似，读写速度要比磁盘快，但是因擦写次数有限寿命不比磁盘，同样容量的固态造价也比磁盘高。
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