现代操作系统课后答案解析:多道程序与I/O管理
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更新于2024-07-31
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"这份资源是关于《现代操作系统》课程的详细课后答案,适用于学习者共享和复习。"
操作系统是计算机系统的核心组成部分,它管理着计算机的硬件资源,特别是CPU、内存以及I/O设备,为用户提供一个抽象的、高效的计算环境。在第一章中,讨论了几个关键概念:
1. 扩展机器:操作系统通过虚拟化技术,让用户感觉拥有比实际物理资源更多的计算能力。这包括内存管理和处理器调度,使得多个进程可以同时在内存中运行。
2. 多道程序设计:这是一种策略,通过在内存中同时保持多个进程并频繁切换,使得CPU在等待I/O操作完成时也能保持高利用率。这对于提升系统效率至关重要,尤其是在没有直接存储器访问(DMA)技术时,CPU在I/O操作期间可以转而执行其他任务。
3. 输入/输出(I/O)缓冲和spooling技术:输入spooling用于预先将数据从输入设备如卡片读入磁盘,以便CPU可以处理其他任务。输出spooling则涉及先将打印任务写入磁盘,然后批量打印,避免了打印机直接处理多个请求时的冲突和等待。
4. 多道程序设计的重要性在于提高CPU利用率,尤其是在I/O密集型应用中。如果没有DMA,多道程序设计可以通过CPU在I/O操作间隙执行其他任务来增加系统的整体效率。
5. 硬件保护:早期的计算机缺乏保护操作系统免受恶意用户程序攻击的硬件机制。随着技术发展,如Intel Pentium系列处理器,引入了不同级别的硬件保护机制,确保系统安全。
6. 计算机体系结构的兼容性:如Intel的Pentium系列,虽然性能和功耗各异,但保持了架构兼容性,允许软件在不同型号的处理器上运行。
7. 显示器缓冲区的计算:计算不同分辨率和色彩深度显示器所需的缓冲区大小,展示了硬件资源需求与成本之间的关系。
8. 内核模式和用户模式:某些操作,如硬件访问和系统调用,应当在具有更高权限的内核模式下进行,以防止用户程序误操作导致系统崩溃。
9. 个人计算机和大型机的区别:个人计算机通常支持单用户交互式操作,而大型机更注重多用户批处理和分时系统,且在资源共享和保护方面有更高的要求。
10. 流水线(Pipeline)计算:提到每秒执行十亿条指令,不论管道有多少阶段,最终的输出速率是不变的,这是流水线计算的基本原理。
11. 数据传输速率与存储:计算了一本书内容的字符数,并探讨了在不同存储级别(寄存器和缓存)中传输这些数据所需的时间。
课后答案涵盖了操作系统的基本原理和技术,包括进程管理、内存管理、I/O操作、硬件保护、系统性能优化等多个方面,对于学习者深入理解现代操作系统的工作机制非常有帮助。
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awegyjil
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