操作系统与硬件基础：存储系统和CPU

"本文主要探讨了操作系统硬件基础，特别是存储系统、中央处理器（CPU）、中断机制和I/O系统。文章指出，操作系统需要管理和保护内存中的程序和数据，并且自身也需要在内存中运行。同时，文章还介绍了计算机系统的基本结构，包括处理器、高速缓存、主板上的北桥和南桥芯片，以及它们在系统中的作用。" 操作系统对硬件环境有严格要求，特别是存储系统。作业和多道程序都需要在内存中运行，这要求操作系统有效地管理内存资源，防止数据和程序的破坏。存储系统包括内存（主存储器）和辅助存储器，其中内存是快速但昂贵的临时存储，而辅助存储器（如硬盘）则容量大但访问速度慢。操作系统需要平衡这两者的使用，确保程序高效执行。 中央处理器（CPU）是计算机的核心，负责执行指令和运算。它包含算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU），有时还包括协处理器，如浮点运算单元（FPU）。随着技术的发展，CPU的架构也在不断演进，例如从80486到Pentium，再到Pentium Pro，一级高速缓存的大小逐步增加，二级高速缓存的引入进一步提升了性能。此外，现代CPU还设计有特权级别，以实现操作系统对普通程序的隔离和保护。 中断机制是操作系统与硬件交互的关键，允许CPU在执行任务时响应外部或内部事件，如I/O操作完成或定时器到期。中断处理分为中断请求、中断响应和中断处理三个阶段，中断机制使得操作系统能进行多任务处理和实时响应。 I/O系统是计算机与外界交流的桥梁，包括控制器、适配器、磁盘、显示器、键盘、网络等设备。主板上的北桥和南桥芯片组协同工作，北桥负责高速数据传输，如CPU与内存之间的通信，南桥则处理低速I/O设备的管理。两者通过特定的连接方式相互配合，确保整个系统的协调运作。 总结来说，操作系统硬件基础涵盖了多个方面，从CPU的架构到存储系统的组织，再到中断和I/O管理，每个部分都至关重要，共同构成了支撑操作系统运行的基础。理解这些硬件原理对于操作系统的设计、优化和故障排查至关重要。