图灵——计算机科学之父
查尔斯·巴贝奇——通用计算机之父
约翰·阿坦那索夫——电子计算机之父
冯·诺依曼——现代计算机之父，提出“储存程序控制”的计算机结构
名字“ENIAC”，诞生于美国宾夕法尼亚大学
第一代 电子管数字机（）
第二代 晶体管数字机（）
第三代 集成电路数字机（）
第四代 大规模集成电路机（1970年至今）
内存中存储着数据和指令，CPU从内存中取指令执行，有些指令让CPU进行运算，有些进行读取操作
计算机的中央处理器CPU主要由运算器和控制器组成。
运算器是实现算数运算和逻辑运算的部件。
控制器是计算机的指挥系统，通过地址访问存储器，从存储器中取出指令，然后根据指令进行分析得出结果，从而残生相应的操作控制信号。
计算机内部采用二进制来表示指令和数据
需将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后在启动计算机工作(存储程序理念)
计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成
硬件系统：主要由中央处理器、存储器、输入输出控制系统和各种外部设备组成
软件分为系统软件、支撑软件和应用软件（或软件分为系统软件和应用软件）
2) 支撑软件有接口软件、工具软件、环境数据库等，它能支持用机的环境，提供软件研制工具。支撑软件也可认为是系统软件的一部分。
3) 应用软件是用户按其需要自行编写的专用程序，它借助系统软件和支撑软件来运行，是软件系统的最外层。
作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行分最终执行单元。
主要由运算器、控制器、寄存器组成。
其主要性能指标包括字长、主频及运算速度等。
主要包括运算器和控制器，他们都包含寄存器和高速存储区域，并用一种叫总线的电子线路连接。
包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成。
他能指挥内存和运算器之间的电信号运转，也能指挥内存和输入输出设备之间的信号运转
对于每个指令控制器都要执行的四个基本操作：获取指令——分析指令——执行指令——存储结果
控制器的功能：（负责对程序所规定的指令进行分析、控制，并协调输入输出操作或对内存的访问）
2) 对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作，数据cache的读/写操作，一个算术逻辑运算操作，或一个输入/输出操作。
包括算术逻辑单元（ALU）、通用寄存器、数据缓冲寄存器DR和状态条件寄存器PSW
通常，一个算术操作产生一个运算结果，而一个逻辑操作则产生一个判决。
CPU内部用来存放数据的一些小型的存储区域，用来暂时存放参与运算的数据以及运算结果。
由电子路线组成，存取速度非常快，与CPU的速度相当，寄存器的成本较高，因而数量较小。
CPU内部的寄存器类型有指令寄存器、程序计数器、数据寄存器、地址寄存器以及状态寄存器等。
寄存器是高速存储区域，所有数据在处理前都要存在寄存器中，寄存器是特殊的CPU区域，能提高计算机性能。
寄存器也可存放存储数据的内存地址。
寄存器的数量和每个寄存器的大小（位）可以确定CPU的性能和速度
一个32位的CPU，是指CPU中的寄存器是32位的，所以每个CPU指令可以处理32位数据。
系统时钟频率（主频）、指令周期、字长、CPU缓存（系统运行时间不属于）
CPU的品质高低直接决定了计算机的性能，反映CPU品质最重要的指标是主频和字长
CPU的主频，CPU工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率即为CPU的主频，主频说明了CPU的工作速度，主频越高，CPU运算速度越快
CPU的字长，是指CPU可以同时处理的二进制数据位数
是计算机体系结构的重要组成部分，通过它可以将计算机系统中的各个功能部件连接起来，构成一个完整的系统。
在CPU内部以及CPU和主板的其他部件之间传输信息的电子数据线路。
计算机是通过执行指令来处理各种数据的。为了指出数据的来源、操作的去向以及所执行的操作，一条指令必须包含下列信息：
由上可得，一条指令包括两种信息：操作码、地址码
操作码指出，该指令需要完成的操作的类型或性质
地址码用来描述该指令操作对象，或直接给出操作数，或(大多数情况下)指出操作数的存储地址或寄存器名
指令中的操作数的真实地址称为有效地址，它是由寻址方式和形式地址共同来决定
计算机在单位时间内（同一时间）能一次处理一组二进制数的位数，决定了计算机的运算精度和一次处理能力。其中包括CPU、寄存器、Data bus（总线）等能够一次传输数据的能力
计算机单位时间内处理的位数越多，计算机处理的速度就越快。
地址码长度（操作数）：地址码的位数，存储器可以按字长存储单元或字节存储单元编址，地址码的位数可以寻2n个存储单元地址，所以地址码长度决定了指令的直接寻址能力
指令长度=操作码长度+操作数地址码长度+操作数地址个数。
指令长度与字长没有固定的联系
寻址方式是指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，与硬件结构密切相关，而且直接影响指令格式和指令功能，分为指令寻址和数据寻址两大类：
1) 指令寻址分为顺序寻址和跳跃寻址两种。顺序寻址课通过程序计数器PC加1，自动形成下一条指令的地址；跳跃寻址则通过转移类指令实现。
2) 数据寻址（正常寻址过程中比较重要的一部分）种类较多，在指令中必须设一字段来指明属于哪一种寻址方式。指令的地址码字段通常都不代表操作数的真实地址，把它称为真实地址，记作A。操作数的真实地址称为有效地址，记作EA，它是由寻址方式和形式地址共同来确定的。因此可得指令的格式应如下所示。
常见的数据寻址：立即寻址 直接寻址 隐含寻址 间接寻址 寄存器寻址 寄存器间接寻址
指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，指及其所具有的全部指令的集合，它是软件和硬件的主要界面，反应了计算机所拥有的基本功能。从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性。因此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力，也决定了指令的格式和机器的结构。
2) 数据传送指令：包括寄存器之间、寄存器和主存储器之间的传送指令等。（有的数据传送指令包含输入输出指令）
4) 输入输出指令：包括各种外围设备的读、写指令等。有的计算机将输入输出指令包含在数据传送指令类中。
存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。
负责存储程序和数据，并根据控制命令提供这些程序和数据
计算机中的存储器按用途可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存），也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。
外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。
内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。
以存储器为中心的计算机系统中，存储器的特性已经成为影响整个系统最大吞吐量的决定因素。
存储器最重要的是主存储器，一般采用半导体存储器，与辅助存储器相比，具有容量小，读写速度快，价格较高的特点(主要分为随机存储器RAM和只读存储器ROM)。
根据程序局部性原理，可以通过少量高速存储器的使用，大大提升系统的性能
cache的读写速度非常快，几乎与CPU相当，但价格较贵
主存储器和CPU之间增加高速缓冲存储器的目的是解决了CPU和主存储器之间的速度匹配问题
cache地址变化和数据块的替换算法均由硬件实现, 通常被集成在CPU上以提高访问速度
随机存取存储器，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存（内存）。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。
RAM存储器(断电时存储内容全部消失，属于易失性存储器)
静态随机存取存储器是随机存取存储器的一种。所谓的“静态”，是指这种存储器只要保持通电，里面存储的数据就可以恒常保持。相对之下，动态随机存取存储器（DRAM）里面所储存的数据就需要周期性地更新。
特征：速度快，集成度低，高速缓冲存储器。
静态存储单元，存储信息比较稳定，并且为非破坏性读出，不需要重写或刷新操作。
动态随机存取存储器，最为常见的系统内存，DRAM只能将数据保持很短的时间（速度快）。为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新（refresh）一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。
特征：集成度高，功耗低，需要不断刷新，一般做内存。
动态存储单元，靠电容存储电荷的原理来存储信息，相比于静态RAM，动态RAM具有集成度更高，功耗更低的特点
只读内存是一种只能读取资料的内存埋在制造过程中，将资料以一特制光罩烧录于线路中，其资料内容在写入后就不能更改，所以有时又称为“光罩式只读内存”。
ROM存储器(即使停电所存储的内容也不会丢失)
闪速存储器(属于非易失性存储器，兼有eprom的价格便宜，集成度高和eeprom电可擦除性等特点)
可编程程序只读内存之内部有行列式的熔丝，视需要利用电流将其烧断，写入所需的资料，但仅能写录一次。
可抹除可编程可读内存可利用高电压将资料写入，抹除时将线路曝光于紫外线下，则资料可被清空，并且可重复使用。
快闪存储器的每一个记忆细胞都具有一个“控制闸”和“浮动闸”，利用高电场改变浮动闸的临限电压即可进行编程动作。
图1 存储器的层次化结构
寄存器——缓存——主存——辅存
储存器的三个重要指标：速度容量和每位(bit)价格
一般来说速度越快，位价格越高；容量越大，为价格越低；容量越大，速度越低
速度和价格成正比，与容量成反比
每条指令占用的时间称为指令周期，考虑到所有机器中存储器的运行速度最慢，通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期
分析指令是由指令译码电路完成，所需时间极短
执行指令过程中可能访问一次存储器，也可能访问多次存储器，因此，执行指令的指令周期不确定
多个数码中每一位的构成方式以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制（简称 数制）。
如果采用R个基本符号（例如0,1,2,…,R-1）表示数制，则称R进制，R称为该数制的基数，而数制中固定的基本符号为“数码”。任意一个R进制数D均可展开为：
其中，R为计数的基数；ki为第i位的系数，可以为0,1,2,…,R-1中的任意一个，Ri称为第i位的权（每位上数字的值）。
二进制，八进制或16进制转成十进制
位权法，即每一位上的数，乘以基数的权次幂，再求和
十进制转二进制，整数部分除二倒取余（由下往上写），小数部分乘二正取余（由上往下写）
二进制转八进制或16进制，三位二进制组成一位八进制数，四位二进制数组成，一位16进制数，若据小数和整数，以小数点为界，分别处理
把一个数的有效数字和数的范围在计算机的一个存储单元中分别予以表示。这种把数的范围和精度分别表示的方法，相当于数的小数点位置随比例因子的不同而在一定范围内可以自由浮动，所以称为浮点表示法。
在计算机中一个任意二进制数N可以写成: N=(2^e)·M。
其中M称为浮点数的尾数，是一个纯小数。
e是比例因子的指数，称为浮点数的指数，是一个整数。比例因子的基数2对二进记数制的机器是一个常数。
在机器中表示一个浮点数时，一是要给出尾数，用定点小数形式表示。尾数部分给出有效数字的位数，因而决定了浮点数的表示精度。二是要给出指数，用整数形式表示，常称为阶码，阶码指明小数点在数据中的位置，因而决定了浮点数的表示范围。 浮点数也要有符号位。
无符号数，即指非负数，机器字长的全部位数均用来表示数值的大小
带符号数，也称为机器数，一般规定二进制的最高位为符号位，零表示正数，一表示负数
根据符号位和数值位编码方式不同，机器数又有原码、补码和反码三种表示形式
原码加减法比较复杂，在计算机中很少采纳
数的反码规定，正数的反码与原数相同，负数的反码是对该数原码，除符号位外，各位取反，也就是零变一，一变零。反码的反码是原码
数的补码规定，正数的补码与原数相同，负数的补码是在该数反码的最后一位加上一。补码的补码是原码
引入补码以后，计算机中带符号的加减运算都可以用加法实现。采用补码运算符号位也当做一位二进制数参与运算，产生的进位会自然丢掉
其补码的符号位取反即为偏移码
浮点数是指小数点位置可浮动的数据： N＝M×R^E(N为浮点数，M为尾数，E为阶码，R为基数)
一般存储形式：Ms | E | M (Ms为尾数符号位，E是阶码，其中最高位是符号位用来表示正阶或负阶)
在C语言中，浮点数采用国际IEEE 754标准
所谓总线(Bus)，是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路，它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享，可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。
微机中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线3类。
用来传送数据信息，是双向的。CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据，又可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数（每次处理数据的时间）。
用于传送CPU发出的地址信息，是单向的。传送地址信息的目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。
用来传递控制信号、时序信号和状态信息等，是双向的。其中有的是CPU向内存或外部设备发出的信息，有的是内存或外部设备向CPU发出的信息。
定义：连接计算机中各个部件的信息传输线是各个部件共享的传输介质
传输方式分为：串行传输和并行传输
依据功能和实现方式的不同，分为片内总线、系统总线和通信总线
计算机各部件之间的信息传输，包括数据总线(双向)，地址总线(单向)和控制总线(控制器通过该总线控制所有部件)
用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信
将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上
将速度较低的i/O设备从单总线上分离出来，形成主总线与i/O设备总线分开的结构
控制多个部件，事实有序的发送和传输信息，总线控制器工作主要包括：判优控制，通信控制
将控制逻辑分散在总线的各个部位上
属于设备到主设备的数据之间的传输
主设备给出传送块的起始地址，利用总线对固定长度数据的一个接一个的读入或写出
广播：主设备同时向多个设备传输数据。广集：多个设备的数据在总线上完成进行布尔运算
专门为高集成度的外围设备、扩充插板和处理器，存储器设备而设计的互联机制
视频接口技术标准，专用于连接储存和图形存储器
IDE集成驱动电子设备
早期的硬盘和光驱，通过这种接口与主机连接
通用的连接技术，可实现外设的简单快速连接
SCSI小型计算机系统接口
现已成为各种计算机的系统接口
输入输出设备、辅助存储器终端、设备过程控制设备和脱机设备
主机以外的存储装置，又称，后援存储器或外存
终端设备具有向计算机传输信息和接收信息的能力，具有与通信线路连接的通信控制能力，有些还具有一定的数据处理能力，终端设备可以进一步分为通用终端和专用终端
硬盘是最重要的大容量外存设备，使用极其广泛
实现数据缓冲已达到速度匹配
反映设备状态(忙，就绪，中断请求)
程序主动查询输入输出设备是否准备好
当出现异常情况或特殊情况，CPU停止执行当前运行程序，转而执行对异常情况的处理程序(称为中断服务处理程序)，处理结束之后再返回现行程序的断点处继续执行
是I/O设备与主存储器之间由硬件组成的直接数据通路，用于高速I/O设备与主存储器之间成组数据传送
一个独立于CPU的专门管理I/O的处理机,他控制设备与内存直接进行数据交换，通道控制方式可以做到一个通道控制多台设备与内存进行数据交换
为了IO设备被高效利用，为此，设备管理通常应具有以下基本功能：外围设备中断处理，缓冲区管理，外围设备的分配，外围设备驱动调度等
外设可以简单的理解为输入设备和输出设备。如显示器只是用来显示电脑信息的输出设备，鼠标键盘是用来输入信息的输入设备，都属于外设。
计算机系统中输入、输出设备和外存储器的统称。对数据和信息起着传输、转送和存储的作用，是计算机系统中的重要组成部分。
操作系统是直接与硬件层相邻的第一层软件，他对硬件进行首次扩充，是其它软件运行的基础
概略：(从资源管理的观点看)操作系统是用以控制和管理系统资源，方便用户使用计算机的程序的集合
进程和线程的管理——进程线程的状态、控制、同步互斥、通信调度等
存储管理——分配/回收、地址转换、存储保护等（输入输出）
文件管理——文件目录、文件操作、磁盘空间、文件存取控制
设备管理——设备驱动、分配回收、缓冲技术等
用户接口——系统命令、编程接口
资源的管理者、向用户提供各种服务、对硬件机器的拓展
为用户提供资源共享的条件和环境，并对资源使用进行合理调度
提供输入输出的方面环境，简化用户输入输出的工作，提供良好的用户界面
规定用户的接口，发现处理或报告计算机操作过程中的各种错误）
操作系统提供一组友好的用户接口，使整个系统能高效运行
手工操作(无操作系统)——批处理系统——多道程序系统——分时系统(其中具有巨大影响力的是UNIX系统)——个人计算机操作系统(有微软公司的WINDOWS系统，苹果公司的iOS系统，还包括谷歌的Android系统)
Android，是一种基于自由即开放源代码的系统，主要应用于移动设备
按照计算机硬件的规模可以分为：
批处理操作系统、分时系统、实时操作系统、个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统
2) 系统操作员将许多用户的作业组成一批作业，输入到计算机系统中，在系统形成一个自动转接的连续作业流
提高资源利用率，增加作业处理吞吐量（提高效率）
操作系统将CPU的时间分为若干个片段，称为时间片(time slice)
及时响应——依据是响应时间
响应时间：从终端出发命令到系统给予回答所经历的时间
通用操作系统——分时操作系统和批处理系统结合
是指使计算机能及时相应外部事件的请求，在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所用实施设备和实时任务协调一致的工作。
特征： 关键参数是时间
计算机某一时间内为单用户服务
界面友好；使用方便；丰富的应用程序
在各种计算机操作系统上，按网络体系结构协议标准开发的软件
网络管理，通信，安全，资源共享和各种网络应用
分布式系统——或以计算机网络为基础，或以多处理机为基础，基本特征是处理分布在不同计算机上
分布式操作系统——是一个统一的操作系统，允许若干个计算机可相互协作共同完成一项任务。操作系统可将各种系统任务在分布式系统中任意处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配自动调度、均衡各处理机的工作负载。（“团队合作”）
处理能力强，速度更快，可靠性增强，具有透明性。
处理机即CPU，是整个计算机硬件核心，处理机管理的主要任务，是充分发挥处理机的作用，提高它的使用率
主要任务是，对有限的内存储器进行合理的分配，以满足多个用户程序运行的需要
作用：有效的管理各种外部设备，使这些设备充分发挥效率，并且还要给用户提供简单而易于使用的接口，以便在用户不了解设备性能的情况下，也能很方便地使用它
主要任务：实现唯一的标识计算机系统中的每一组信息,以便能够对他们进行合理的访问和控制，以及有条理的组织这一信息使用户能够方便地安全地使用它们
可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。
程序是一个静态概念，因此程序本身不能刻画多道程序并发执行时的动态特征和并行特征，为此，需要引进一个能够从变化的角度动态的反应，并发程序活动的新概念，即为进程
进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是动态的概念
进程是程序的执行过程，是一次运行活动，进程具有一定的生命期，也就是说，晋城的存在是暂时的，而程序是可以作为一种软件资源长期保存的
进程的组成应包括程序和数据
一个程序可能对应多个进程
一个进程也可以包含多个程序
程序所规定的动作严格按照顺序执行，即每个动作都必须在上一个动作执行完成后才开始
程序一旦开始执行，其计算结果不受外界影响，即顺序程序的静态文本与其计算过程有一一对应关系
程序的计算结果与它的运行速度无关，只要给定相同的条件，并给以相同的输入重复执行一个程序，一定会得到相同的结果
是指一组在逻辑上相互独立的程序或程序段，在执行过程中，其执行时间在客观上相互重叠，即一个程序段执行尚未结束，另一个程序段的执行就已经开始
程序与其执行过程不是一一对应的关系
也就是说，运行速度可能会影响最终的结果
程序并发执行可以相互制约
动态性是进程的最基本特征，它是程序执行过程，它是有一定的生命期。它由创建而产生、由调度而执行，因得不到资源而暂停，并由撤销而死亡。而程序是静态的，它是存放在介质上一组有序指令集合，无运动的含义。
并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。
并发性指多个进程实体共存于内存中，能在一段时间内同时运行，而程序是不能并发运行。
进程是一个能独立运行的基本单位，即是一个独立获得资源和独立调度的单位，而程序不作为独立单位参加运行。
进程按各自独立的不可预知的速度向前推进，即进程按异步方式进行，正是这一特征，将导致程序执行的不可再现性，因此OS必须采用某种措施来限制各进程推进序列以保证各程序间正常协调运行。
从结构上，进程实体由程序段、数据段和进程控制块三部分组成，UNIX中称为“进程映像”。
图3 进程三个基本状态
当一个进程在处理机上运行时，则称该进程处于运行状态。
一个进程获得了除处理机外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行则称此进程处于就绪状态。
一个进程正在等待某事件发生 (例如请求I/0而等待I/0完成等)而暂时停止运行，这时即使把处理机分配给进程也无法运行，故称该进程处于阻塞状态。（没有资源）
就绪态- >运行态：当处理机空闲时，进程调度程序必将处理机分配给一个处于就绪态的进程，该进程便由就绪态转换为运行态。
运行态->阻塞态：处于运行态的进程在运行过程需要等待某一事件发生后(例如因I / 0请求等待I / 0完成后)，才能继续运行，则该进程放弃处理机，从运行态转换为阻塞态。
阻塞态- >就绪态：处于阻塞态的进程，若其等待的事件已经发生，于是进程由阻塞态转换为就绪态。
运行态- >就绪态：处于运行状态的进程在其运行过程中，给它的处理机时间片已用完，而不得不让出(被抢占)处理机，于是进程由运行态转换为就绪态。
而阻塞态- >运行态和就绪态- >阻塞态，这两种状态转换不可能发生。
处于运行态进程：如系统有一个处理机，则在任何一时刻，最多只有一个进程处于运行态。
处于就绪态进程：一般处于就绪态的进程按照一定的算法（如先来的进程排在前面，或采用优先权高的进程排在前面）排成一个就绪队列RL。
处于阻塞态进程：处于阻塞态的进程排在堵塞队列中。由于等待事件原因不同， 阻塞队列也按事件分成几个队列MLi。
进程控制块中记录进程存在和特性信息；创建一个进程就是为其建立一个PCB，当进程被撤消时，系统就回收它的PCB；OS对进程的控制要是根据PCB来进行，对进程管理也通过对PCB管理来实现，所以进程控制块是进程存在的唯一实体。
进程创建的标志是以建立进程控制块PCB为标志
进程控制块PCB，能够描述该进程的执行情况，反映该进程与其他进程以及系统资源的关系，能够刻画该进程在不同时期所处的状态
进程名，特征信息，执行状态信息，通信信息，调度优先数，现场信息，系统栈，进程印象信息，资源占有信息，族关系
它用于唯一地标识一个进程。它有外部标识符(由字母组成，供用户使用)和内部标识符(由整数组成，为方便系统管理而设置)二种。
它包括进程状态(running、ready、blacked) 、队列（就绪、堵塞队列）、队列指针。
调度参数：进程优先级、进程已执行时间和已等待时间等。
处理机状态信息：它由处理机各种寄存器(通用寄存器、指令计数器、程序状态字PSW、用户栈指针等)的内容所组成，该类信息使进程被中断后重新执行时能恢复现场从断点处继续执行。
它包括程序和数据的地址、I / 0资源清单，保证进程正常运行的同步和通信机制。
它包括该进程的父、子进程标识符、进程的用户主等。
进程是由程序、数据和进程控制块组成。
进程上下文实际上是执行活动全过程的静态描述。
具体说，进程上下文包括系统中与执行该进程有关的各种寄存器(例如:通用寄存器、程序计数器PC、程序状态寄存器PS等)的值，程序段在经编译之后形成的机器指令代码集(或称正文段)、数据集及各种堆栈值和PCB结构。
一个进程的执行是在该进程的上下文中执行，而当系统调度新进程占有处理机时，新老程序的上下发生切换。
为了防止用户应用程序访问和/或更改重要的操作系统数据，Windows 2000、UNIX使用两种处理器访问模式：核心态和用户态(又称管态和目态)。
一种特殊的广义指令，它的功能是由系统通过一段不可分割的指令操作来完成，它又称原子操作，原语在核心态下完成。进程控制操作(创建、撤消、阻塞.....)大都为原语操作。
内核是计算机硬件上的第一层扩充软件，它是0S中关键部分，它是管理控制中心。内核在核心态下运行，常驻内存，内核通过执行各种原语操作来实现各种控制和管理功能。
一个进程可借助创建原语来创建一个新进程，该新进程是它的子进程，创建一个进程主要是为新进程创建一个PCB（进程控制块）。
对于树型层次结构的进程，系统撤消原语采用的策略是由父进程发出，撤消它的一个子进程及该子进程所有的子孙进程，被撤消进程的所有资源(主存、I/0资源、PCB表目)全部释放出来归还系统，并将它们从所有的队列中移去。
当前进程因请求某事件而不能执行时(例如请求I/0而等待I/0完成时)，该进程将调用阻塞原语阻塞自己，暂时放弃处理机。
当被阻塞的进程所期待的事件发生时(例如I/0完成时)，则有关进程和过程(例如I/0设备处理程序或释放资源的进程等)调用wakeup原语， 将阻塞的进程唤醒。
用户进程或父进程通过调用激活原语将被挂起的进程激活。
存储管理是基于对内存储器的管理.
又称为相对地址，即用户编程所使用的的地址空间，逻辑地址都是从0开始编号，其有两种形式:
2. 二维逻辑地址(段号: 段内地址)，主要涉及段的概念，即一个用户程序可以设计成多个段，每个段的地址都是从0开始的。(关于段的讨论不在此处展开)
又称为绝对地址，即程序执行所使用的地址空间，CPU在执行指令时必须要按照物理地址进行。因为物理地址是实实在在内存中的地址，虚拟技术扩充的是0S的逻辑地址。
这也是存储管理管理的主要对象(上图中的主存) 。
为了获得更好的处理性能，部分主存程序与数据(特别是关键性能数据)被调入高速缓存，存储管理需要对其进行管理，甚至包含对联想存储器的管理(快表)。
为了获得更大的虚拟地址空间，存储器管理需要对存放在硬盘、可移动存储介质上的虚拟存储器文件进行管理。
为了实现存储器管理的目标：为0S中的多道程序的运行提供良好的环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充内存，存储器管理需要有以下功能：
也称地址转换、重定位，能够将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。
主要包含为每道程序分配内存空间；提高存储器的利用率，尽量减少不可用的内存空间（内部碎片、外部碎片）；允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据的动态增长。
内存保护的主要任务为：①确保每道程序都仅在自己的内存空间执行，彼此互不干扰，因此需要对主存中的程序和数据进行保护，做到私有主存储区中的信息可读可写，公共区中的共享信息根据授权、非本进程中的信息不可读写。②不允许用户程序访问OS的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其它用户程序中去执行(会覆盖其它程序的程序和数据)。
借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存的容量，使用户感觉到的内存容量比实际内存容量大得多。需要把磁盘作为主存的扩充，只把部分进程或者进程的部分内容装入内存。扩充容量有两种方式，分别为对换和虚拟技术。
一维逻辑地址空间的程序占用一个主存固定分区或可变分区，不可虚拟，不可共享。
段式二维逻辑地址空间的程序占用多个主存可变分区，可虚拟，可共享。
一维逻辑地址空间的程序占用多个主存页架区，逻辑程序直接划分为多个页(不一定连续)，可虚拟，可共享。
段式二维逻辑地址空间的程序占用多个主存页帧区，程序划分为多个段，每个段占用多个页架，可虚拟，可共享。
Linux最为常用的文件系统
高性能文件系统，允许多台计算机共享文件系统，易于从网络中的计算机存储文件
高性能文件系统，是IBM OS/2的文件系统
用于早期WINDOWS系统，经历了不断的改进，现已发展出FAT 12，FAT16等
文件系统的管理功能是通过把它所管理的程序和数据组织成一系列文件的方法来实现的。而文件则是指具有文件名的若干相关元素的集合。元素通常是记录，而记录是一组有意义的数据项的集合。可以把数据组成分为数据项、记录、文件。
数据项是最低级数据组织形式。分为基本数据项(用于描述个对象某种属性的字符集，是数据组织中可以明确的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段)和组合数据项(由若干个基本数据项组成)。
是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性，为了能够唯一标识一个记录，需要在一个记录的各个数据项中确定一个或几个数据项，把他们的集合称为关键字，关键字是能够唯一标识一个记录的数据项。
文件是具有文件名的一组相关元素的集合，分为有结构文件(又称记录式文件<文件由一组相似记录组成>，如报考某学校的所有考生的报考信息记录)和无结构文件(又称流式文件<被看成是一个字符流>，比如一个二进制文件或字符文件)。
有结构文件由若干个相关记录组成，无结构文件则被看成一个字符流。
文件是文件系统的最大数据单位。文件应该具有自己的属性（选择题），包括文件类型(如源文件、目标文件、可执行文件等)、文件长度(文件的当前长度，也可能是最大允许长度)、文件的物理位置(指示文件在哪一个设备上及在该设备的哪个位置的指针)、文件的建立时间(文件最后一次修改时间)。
① 名称：文件名称唯一，以容易读取的形式保存。
② 标识符：标识文件系统内文件的唯一标签， 通常为数字，它是对人不可读的一种内部名称
③ 类型：被支持不同类型的文件系统所使用。
⑤ 大小：文件当前大小(用字节、字或块表示)，也可包含文件允许的最大值。
⑦ 时间、日期和用户标识：文件创建、上次修改和上次访问的相关信息，用于保护、安全和跟踪文件的使用。
①创建文件，在创建一个新文件时，系统首先要为新文件分配必要的外存空间，并在文件系统的目录中，为之建立一个目录项，目录项中应该记录新文件的文件名及其在外存的地址等属性。
②删除文件，当已不再需要某文件时，可将其从文件系统中删除，在删除时，系统应先从目录中找到要删除文件的目录项，使之成为空项，然后回收该文件所占用的存储空间。
③读文件，读文件时，须在相应系统调用中给出文件名和应读入的内存目标地址。此时，系统要查找目录，找到指定目录项，从中得到被读文件在外存中的位置。在目录项中，还有一个指针用于对文件进行读/写。
④写文件，写文件时，须在相应系统调用中给出文件名和其在内存源地址。此时，系统要查找目录，找到指定目录项，从再利用目录中的写指针进行写操作。
⑤截断文件，如果一个文件的内容已经陈旧而需要全部更新时，一种方法是将此文件删除，再重新创建一个新文件，但如果文件名和属性均无改变，则可采取截断文件的方法，将其原有的文件长度设置为0，放弃原有文件的内容。
⑥设置文件的读/写位置，用于设置文件读/写指针的位置，以便每次读/写文件时，不需要从始端开始而是从所设置的位置开始操作。可以改顺序存取为随机存取。
文件的逻辑结构：从用户角度看文件的组织形式
文件的物理结构：文件在外存上的存储组织形式
文件是记录的集合，文件中的记录可以是任意顺序的，因此，它可以按照各种不同的顺序进行排列，一般地，可归纳为以下两种情况。
①串结构，每个记录之间的顺序与关键字无关，通常按照时间先后排序，最先存入的记录作为第一个记录，其次，为第二个记录，以此类推。
②顺序结构，文件中所有记录按照关键字排列，可以按照关键词长度从大到小排列。顺序结构的检索效率更高。
对于定长记录文件，可以方便的实现顺序存取和直接存取，然而，对于变长记录就很难实现。
为了解决变长记录检索问题，可为变长记录文件建立一张索引表，对主文件中的每个记录，在索引表中设有一个相应的表项，用于记录该记录的长度L及指向该记录的指针（指向改记录在逻辑地址空间的首址），由于索引表按记录键排序的，因此，索引表本身就是一个定长记录的顺序文件。从而可以方便实现直接存取。
其有效克服了变长记录不便于直接存取的缺点，而且所付出的代价也不算太大，它是顺序文件和索引文件相结合的产物，它将顺序文件中的所有记录分为若干个组，为顺序文件建立一张索引表，在索引表中为每组中的第一个记录建立一个索引项，其中含有该记录的键值和指向记录的指针。
对于直接文件，则根据给定的记录键值，直接获得指定记录的物理地址，换言之，记录键值本身就决定了记录的物理地址，这种由记录键值到记录物理地址的转换被称为键值转换。
利用Hash函数可将记录键值转换为相应记录的地址。
为了能够对文件实施有效的管理，必须对它们加以妥善组织，这主要是通过文件目录实现的，
文件目录也是一种数据结构，用于标识系统中的文件及其物理地址，供检索时使用，对目录
①实现按名存取，即用户只须向系统提供所需访问的文件的名字，便能够快速准确地找到指定文件在外存上的存储位置，这是目录管理中最基本的功能。
②提高对目录检索速度，通过合理地组织目录结构的方法，可加快对目录的检索速度，从而提高对文件的存取速度。
③文件共享，在多用户系统中，应该允许用户共享一个文件。
④允许文件重名，系统应允许不同用户对不同文件采用相同的名字，以便用户按照自己的习惯给文件命名和使用文件。
为了能对文件进行正确的存取，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构，称之为
文件控制块FCB，文件管理程序可借助于文件控制块中的信息，对文件施加各种操作，文件与文件控制块一一对应，而人们把文件 控制块的有序集合称为文件目录，一个文件控制块就是一个文件目录项。通常，一个文件目录也可被看成是一个文件，称为目录文件。
文件控制块包含基本信息、存取控制信息、使用信息。
①基本信息，包括文件名(标识一个文件的符号名，在每个系统中，每个文件都有唯一的名字，用户利用该名字进行存取) ；文件物理位置(指文件在外存上的存储位置，包括存放文件的设备名、文件在外存上的起始盘块号，指示文件所占用的盘块数或字节数的文件长度)；文件逻辑结构 (指示文件是流式文件还是记录式文件、 记录数，文件是定长还是变长记录)；文件物理结构(指示文件是顺序文件、链式文件还是索引文件)。
②存取控制信息，包括文件主的存取权限、核准用户的存取权限及一般用户的存取权限。
③使用信息，包括文件的建立日期和时间、文件上一次修改的日期和时间及当前使用信息(这项信息包括当前已打开该文件的进程数、是否被其他进程锁住、文件在内存中是否已被修改但尚未拷贝到盘上)。
系统文件，库文件，用户文件
普通文件，目录文件，特殊文件
只读文件，读写文件，可执行文件，不保护文件
源文件，目标文件，可执行文件
