計算機系統(tǒng)知識

計算機系統(tǒng)知識第1頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四2023/5/72第2頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四考試內(nèi)容說明：“I”、“II”和“III”表示掌握或熟悉的程度?！癐”是指對所列知識要理解其內(nèi)容及含義（理解）。“II”指在有關(guān)問題中能直接使用（一般應(yīng)用）。“III”是指對所列知識要理解其確切含義及與其他知識的聯(lián)系，能夠進行敘述和解釋，并能在實際問題的分析、綜合、推理和判斷等過程中運用（綜合應(yīng)用）2023/5/73第3頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四考試科目1：計算機與網(wǎng)絡(luò)知識1、計算機系統(tǒng)知識1.1硬件知識1.2操作系統(tǒng)知識1.3系統(tǒng)管理2023/5/74第4頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.1硬件知識1.1.1計算機組成1.1.2存儲器1.1.3輸入輸出結(jié)構(gòu)和設(shè)備返回2023/5/75第5頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.1.1計算機組成?計算機部件（運算器、控制器、存儲器、I/O設(shè)備）（I

）?指令系統(tǒng)（指令的分類、操作碼、尋址方式、CISC、RISC)（I

）?處理器的性能（I

）返回2023/5/76第6頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四中央處理器的構(gòu)成2023/5/77第7頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四運算器運算器是計算機中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件。運算器由：算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。2023/5/78第8頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四運算器加法是運算器的基本功能，在大多數(shù)的處理器中，其他計算都是經(jīng)過變換后進行的。A、B是加數(shù)和被加數(shù)Cin是低位進位Cout是進位S是和為完成多位數(shù)據(jù)加法，可以通過增加電路和部件，使簡單的加法器變?yōu)榇?、并行加法器或超前進位加法器等。2023/5/79第9頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四控制器2023/5/710第10頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四控制器指令寄存器（InstructionRegister，IR）指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)寄存器（DR）中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段。為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，以便識別所要求的操作。指令譯碼器就是做這項工作的。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經(jīng)譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。2023/5/711第11頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四控制器程序計數(shù)器（ProgramCounter，PC）為了保證程序(在操作系統(tǒng)中理解為進程)能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，CPU必須具有某些手段來確定下一條指令的地址。而程序計數(shù)器正是起到這種作用，所以通常又稱為指令計數(shù)器。返回2023/5/712第12頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四指令系統(tǒng)指令的分類：數(shù)據(jù)傳送類指令datatransfer算術(shù)運算類指令arithmetic邏輯類指令logical數(shù)據(jù)變換類指令conversion控制權(quán)轉(zhuǎn)移類指令transferofcontrol系統(tǒng)控制類指令systemcontrol輸入輸出類指令I(lǐng)/O2023/5/713第13頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四指令系統(tǒng)指令的格式:操作碼//一個包含N位的操作碼最多能表示2的N次方條指令地址碼零地址指令的指令字中只有操作碼一地址指令常駐機構(gòu)稱為單操作指令二地址指令常和為雙操作指令三地址指令字中有三個操作字地址A1,A3,A3(A1)op(A2)->A32023/5/714第14頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四指令系統(tǒng)指令的尋址方式:順序?qū)ぶ?，programcount跳躍尋址，由本指令給出下一條指令地址，指令系統(tǒng)中的各種條件指令和無條件轉(zhuǎn)移指令是為了實現(xiàn)指令的跳躍尋址而設(shè)置2023/5/715第15頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四指令系統(tǒng)操作數(shù)尋址方式:隱含尋址立即尋址直接尋址間接尋址寄存器尋址寄存器間接尋址相對尋址基址尋址變址尋址堆棧尋址2023/5/716第16頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四指令系統(tǒng)復(fù)雜指令集計算機（CISC）系統(tǒng)在80%的時間里執(zhí)行的是20%的指令精簡指令系統(tǒng)計算機（RISC）采用硬件布線邏輯控制大量的通用寄存器普遍采用流水線技術(shù)大多采用緩存技術(shù)對編譯器要求較高2023/5/717第17頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四指令系統(tǒng)從軟件角度來看，CISC運行的則是我們所熟識的DOS、Windows操作系統(tǒng)。而且它擁有大量的應(yīng)用程序。因為全世界有65%以上的軟件廠商都理為基于CISC體系結(jié)構(gòu)的PC及其兼容機服務(wù)的，象赫赫有名的Microsoft就是其中的一家。而RISC在此方面卻顯得有些勢單力薄。雖然在RISC上也可運行DOS、Windows，但是需要一個翻譯過程，所以運行速度要慢許多。

2023/5/718第18頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四指令系統(tǒng)從硬件角度來看CISC處理的是不等長指令集，它必須對不等長指令進行分割，因此在執(zhí)行單一指令的時候需要進行較多的處理工作。而RISC執(zhí)行的是等長精簡指令集，CPU在執(zhí)行指令的時候速度較快且性能穩(wěn)定。因此在并行處理方面RISC明顯優(yōu)于CISC，RISC可同時執(zhí)行多條指令，它可將一條指令分割成若干個進程或線程，交由多個處理器同時執(zhí)行。由于RISC執(zhí)行的是精簡指令集，所以它的制造工藝簡單且成本低廉。

返回2023/5/719第19頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四處理器的性能影響處理器性能的因素基本字長數(shù)據(jù)通路寬度指令系統(tǒng)時鐘頻率流水線技術(shù)內(nèi)部數(shù)據(jù)/指令緩存

2023/5/720第20頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四處理器的性能對處理器性能的評價直接給出處理器每條指令的執(zhí)行時間，或者是指令系統(tǒng)中的指令執(zhí)行時間的某種加權(quán)評價，也可以計算處理器每秒能執(zhí)行多少個加法指令。1MIPS指的是處理器每秒能完成1×106條指令改進的方法：1，等效指令速度法；2，數(shù)據(jù)處理速度法；3，核心程序法。返回2023/5/721第21頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.1.2存儲器?存儲介質(zhì)（半導(dǎo)體存儲器、磁存儲器、光存儲器）（I）?主存（類型、容量和性能）（I）?主存配置（交叉存取、多級主存）（I）?輔存（容量、性能）（I）?存儲系統(tǒng)（虛擬存儲器、高速緩存）（I）返回2023/5/722第22頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四存儲介質(zhì)按存儲介質(zhì)的材料分類有半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器和光存儲器。半導(dǎo)體存儲器采用半導(dǎo)體器件制成，主存儲器屬于半導(dǎo)體存儲器；軟盤存儲器、硬盤存儲器和磁帶存儲器等屬于磁表面存儲器；CD-ROM屬于光存儲器。2023/5/723第23頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四存儲介質(zhì)按存儲器的工作方式分類有隨機讀寫存儲器、順序讀寫存儲器和只讀存儲器等。隨機讀寫存儲器可以按照要求對存儲器中的指定單元或指定區(qū)域進行讀寫；順序讀寫存儲器只能按某一運動方向查找信息，然后再讀定信息；只讀存儲器的特點是只能讀出不能寫入。2023/5/724第24頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四存儲介質(zhì)按照多層次存儲系統(tǒng)的概念，計算機的存儲系統(tǒng)由高速緩沖存儲器（Cache）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、軟盤存儲器、光盤存儲器和磁帶存儲器等組成。Cache、RAM和ROM組成主存儲器，其余的存儲器組成輔助存儲器。返回2023/5/725第25頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存主存儲器一般采用半導(dǎo)體存儲器，與輔助存儲器相比有容量小、讀寫速度快、價格高等特點。可分為：1、RAM：可隨機讀寫，斷電后數(shù)據(jù)不能保存，可分為DRAM和SRAM兩種。DRAM：數(shù)據(jù)會隨時間逐漸丟失，需要定時對其進行刷新，維持數(shù)據(jù)不丟失。SRAM：在不斷電的情況下數(shù)據(jù)能夠一直保持而不會丟失。DRAM密度較大，相對便宜；SRAM速度快，電路簡單，但容量小，價格高。2023/5/726第26頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存2、ROM：只讀存儲器，出廠時廠家用掩膜技術(shù)將數(shù)據(jù)固化在存儲器中，只能讀出，不能改寫，一般用于存放系統(tǒng)程序BIOS和用于微程序控制。3、PROM：可編程ROM，出廠后用戶可利用特殊電子設(shè)備進行一次寫入操作。4、EPROM：可擦除的ROM，內(nèi)容既可以讀，也可以改寫，但是在一次改寫操作前需用紫外線照射15~20分鐘以擦去所有信息，然后再寫入。2023/5/727第27頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存5、E2PROM：電可擦除EPROM，在寫操作前無需擦除舊內(nèi)容，能夠直接對指定的字節(jié)或塊進行改寫，只是所需的時間遠遠大于讀操作所需時間，集成度也較低。6、閃存（FlashMemory）：其性能介于EPROM和E2PROM之間，可使用電信號進行擦除，速度快于EPROM，但還不能進行字節(jié)級別的刪除操作。2023/5/728第28頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存7、相聯(lián)存儲器（CAM）：基于數(shù)據(jù)內(nèi)容進行訪問的存儲設(shè)備。寫入數(shù)據(jù)時，CAM能夠自動選擇一個未用的空單元進行存儲；當要讀出數(shù)據(jù)時，不用給出存儲單元的地址，而是直接給出該數(shù)據(jù)或該數(shù)據(jù)的一部分內(nèi)容。CAM對所有的存儲單元中的數(shù)據(jù)同時進行比較并標記出符合條件的所有數(shù)據(jù)以供讀取，由于比較是同時、并行的，所以這種基于數(shù)據(jù)內(nèi)容進行讀寫的機制，其速度比基于地址進行讀寫的方式快許多。2023/5/729第29頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存性能主存儲器的性能指標主要是存儲容量、存取時間、存儲周期和存儲器帶寬。存放一個機器字的存儲單元，通常稱為字存儲單元，相應(yīng)的單元地址叫字地址。而存放一個字節(jié)的單元，稱為字節(jié)存儲單元，相應(yīng)的地址稱為字節(jié)地址。如果計算機中可編址的最小單位是字存儲單元，則該計算機稱為按字尋址的計算機。如果計算機中可編址的最小單位是字節(jié)，則該計算機稱為按字節(jié)尋址的計算機。一個機器字可以包含數(shù)個字節(jié)，至今一個存儲單元也可包含數(shù)個能夠單獨編址的字節(jié)地址。例如，一個16位二進制的字存儲單元可存放兩個字節(jié)，可以按字地址尋址，也可以按字節(jié)地址尋址。當用字節(jié)地址尋址時，16位的存儲單元占兩個字節(jié)地址。2023/5/730第30頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存性能在一個存儲器中可以容納的存儲單元總數(shù)通常稱為該存儲器的存儲容量。存儲容量越大，能存儲的信息就越多。存儲容量常用字數(shù)或字節(jié)數(shù)（B）來表示，如64K字、512KB、64MB。外存中為了表示更大的存儲容量，采用GB、TB等單位。其中，1KB=210B、1MB=220B、1GB=230B、1TB=240B。B表示字節(jié)，一個字節(jié)定義為8個二進制位，所以計算機中一個字的字長通常是8的倍數(shù)。存儲容量這一概念反映了存儲空間的大小。2023/5/731第31頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存性能

?存取時間又稱存儲器訪問時間，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。具體講，從一次讀操作命令發(fā)出到該操作完成，將數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)緩沖寄存器為止所經(jīng)歷的時間，即為存儲器存取時間。?存儲周期是指連續(xù)啟動兩次讀操作所需間隔的最小時間。通常，存儲周期略大于存取時間，其時間單位為ns。?存儲器帶寬是單位時間里存儲器所存取的信息量，通常以bps或Bps作為度量單位。帶寬是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的重要技術(shù)指標。返回2023/5/732第32頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存配置交叉存取（Inter-Leaving）是指一種并行操作的內(nèi)存存取，內(nèi)存被分為一系列的簇，有多少個簇就叫做幾路交叉存取。在交叉存取方式中，內(nèi)存是被分在不同的塊中，只要讀寫操作是要在兩個塊中進行的，它們就可以同時進行。多級存儲層次：由若干個采用不同實現(xiàn)技術(shù)的存儲器構(gòu)成的存儲器系統(tǒng)，各存儲器處在離CPU不同距離的層次上，使得靠近CPU的存儲器速度較快，容量較小。整個存儲系統(tǒng)的速度接近與離CPU最近的存儲器的速度，而容量和每位價格接近于最低層次的容量和價格。2023/5/733第33頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四主存配置返回2023/5/734第34頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四輔存與主存儲器相比，它的特點是存儲容量大、成本低、存取速度慢，以及可以永久地脫機保存信息。主要有以下4種。磁表面存儲器

磁表面存儲器的優(yōu)點為存儲容量大、單位價格低、記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用、記錄信息可以長期保存而不丟失，甚至可以脫機存檔、非破壞性讀出，讀出時不需要再生信息。磁表面存儲器的缺點是存取速度較慢，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對工作環(huán)境要求較高。2023/5/735第35頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四輔存磁表面存儲器又可分為磁帶存儲器和磁盤存儲器兩大類。磁帶存儲器是一種順序存取的設(shè)備，存取時間較長，但存儲容量大，便于攜帶，價格便宜，是一種主要的輔助存儲器。磁帶的內(nèi)容由磁帶機進行讀寫，按磁帶機的讀寫方式分為啟停式和數(shù)據(jù)流式兩種。磁盤存儲器的主要指標包括存儲密度、存儲容量、存取時間及數(shù)據(jù)傳輸率。2023/5/736第36頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四輔存?存儲密度。存儲密度分道密度、位密度和面密度。道密度是指沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。位密度是磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數(shù)。單位為位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。?存儲容量。一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器的存儲容量。存儲容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量是指按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量。非格式化容量是磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)。格式化容量一般是非格式化容量的60%~70%。2023/5/737第37頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四輔存?平均存取時間。存取時間是指從發(fā)出讀寫命令后。磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片表而讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r間。這段時間由兩個數(shù)值決定，一個是將磁頭定位至所要求的磁道所需的時間，稱為定位時間或?qū)さ罆r間；另一個是尋道完成后至磁道上需要訪問的信息到達磁頭下的時間，稱為等待時間，這兩個時間都是隨機變化的，因此往往使用平均值來表示。平均存取時間等于平均尋道時間與平均等待時間之和。平均尋道時間是最大尋道時間與最小尋道時間的平均值，目前平均尋道時間為10ms~20ms。平均等待時間和磁盤轉(zhuǎn)速有關(guān)，它用磁盤旋轉(zhuǎn)一周所需時間的一半來表示。目前固定磁盤轉(zhuǎn)速高達6000轉(zhuǎn)/分，故平均等待時間為5ms。2023/5/738第38頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四輔存?數(shù)據(jù)傳輸率。磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲設(shè)備和主機接口邏輯有關(guān)。從主機接口邏輯考慮，應(yīng)有足夠快的傳送速度向設(shè)備接收/發(fā)送信息。從存儲設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為n轉(zhuǎn)/秒，每條磁道容量為N個字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率Dr=nN（Bps）。也可以寫成Dr=D×v（Bps），其中D為位密度，v為磁盤旋轉(zhuǎn)的線速度。目前磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率可達幾十兆Bps。2023/5/739第39頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四輔存例題：假設(shè)一個有3個盤片的硬盤，共有4個記錄面，轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分，盤面有效記錄區(qū)域的外直徑為30cm，內(nèi)直徑為10cm，記錄位密度為250位/mm，磁道密度為8道/mm，每磁道分16個扇區(qū)，每扇區(qū)512個字節(jié)，則該硬盤的非格式化容量和格式化容量約為

，數(shù)據(jù)傳輸速率約為

。若一個文件超出一個磁道容量，剩下的部分存于

。返回2023/5/740第40頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四高速緩存Cache是一種高速緩沖存儲器，是為了解決CPU和主存之間速度不匹配而采用的一項重要技術(shù)。Cache是介于CPU和主存之間的小容量存儲器，但存取速度比主存快。能高速地向CPU提供指令和數(shù)據(jù)，從而加快了程序的執(zhí)行速度。從功能上看，它是主存的緩沖存儲器，由高速的SRAM組成。當前隨著半導(dǎo)體器件集成度的進一步提高，Cache已放入到CPU中，其工作速度接近CPU的速度，從而能組成兩級以上的Cache系統(tǒng)。2023/5/741第41頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四高速緩存Cache工作原理要求它盡量保存最新數(shù)據(jù)。如何選取就涉及到替換策略，又稱替換算法。通過硬件實現(xiàn)的常用算法主要有以下3種。?先進先出（FIFO）算法?近期最少使用（LRU）算法?隨機替換返回2023/5/742第42頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.1.3輸入輸出結(jié)構(gòu)和設(shè)備?中斷、DMA、通道、SCSI（II）?I/0接口（RS232、USB、IEEE1394、紅外線接口）（I）?輸入輸出設(shè)備類型和特征（I）返回2023/5/743第43頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四I/O接口計算機系統(tǒng)所配置的外部設(shè)備，類型繁多，數(shù)量不同。它們不僅在工作速度上與中央處理器差別極大，而且在數(shù)據(jù)表示的形式上與計算機內(nèi)部形式也不一致，每一個外部設(shè)備都是一個獨立的部件。因此，要實現(xiàn)外部設(shè)備與主機之間的連接和信息交換，必須經(jīng)過一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)脑O(shè)備。這種設(shè)備通常稱為I/O接口（Interface）。I/O接口的主要功能有地址譯碼、交換數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息、支持主機不同的傳送方法、支持主機傳送的不同控制方法、提供主機和外部設(shè)備所需緩沖、暫存和驅(qū)動能力、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、編碼與譯碼、信號變換等。2023/5/744第44頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問中斷方式：是指在計算機執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生任何非尋常的或非預(yù)期的急需處理事件，使得CPU暫時中斷當前正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的時間處理程序。待處理完畢后又返回原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行或調(diào)度新的進程執(zhí)行的過程。中斷可分為內(nèi)部中斷和外部中斷。內(nèi)部中斷是中央處理器內(nèi)部產(chǎn)生的中斷，外部中斷則來自處理器外部，可分為可屏蔽中斷和非屏蔽中斷。2023/5/745第45頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問中斷過程：中斷請求中斷承認中斷響應(yīng)斷點恢復(fù)與返回2023/5/746第46頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問中斷的判斷（多個中斷源）每個中斷源使用自己的中斷請求信號線與處理器相連統(tǒng)一的中斷請求，由處理器自行判斷硬件查詢法，發(fā)生中斷的設(shè)備響應(yīng)中斷確認信號總線仲裁，外設(shè)中斷需先取得總線控制權(quán)中斷向量表：中斷向量表是一張關(guān)于不同中斷處理程序入口地址的表格，每個中斷源有不同的“中斷號”，即中斷向量。2023/5/747第47頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問DMA方式：直接存儲器存取工作方式。在DMA方式下，外設(shè)通過DMA控制器向CPU提出接管總線控制權(quán)的總線要求，CPU在當前的總線周期結(jié)束后，響應(yīng)DMA請求，并把總線控制權(quán)交給DMA控制器。在DMA控制器的管理下，外設(shè)和寄存器之間就可以直接進行數(shù)據(jù)交換。2023/5/748第48頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四DMA方式CPUDMAC內(nèi)存外設(shè)DMA請求DREQDMA響應(yīng)DACK總線2023/5/749第49頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問DMA工作過程如下：向CPU申請DMA傳送；獲CPU允許后，DMA控制器接管系統(tǒng)總線的控制權(quán)；在DMA控制器的控制下，在存儲器和外部設(shè)備之間直接進行數(shù)據(jù)傳送，在傳送過程中不需要中央處理器的參與。開始時需提供要傳送的數(shù)據(jù)的起始地址和數(shù)據(jù)長度。傳送結(jié)束后，向CPU返回DMA操作完成信號。2023/5/750第50頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問通道：通道是一種通過執(zhí)行通道程序管理I/O操作的控制器，它使主機（CPU和內(nèi)存）與I/O操作之間達到更高的并行程度。由于它的任務(wù)是管理實現(xiàn)輸入/輸出操作，提供一種傳送通道，所以將這種部件稱作“通道”。CPU把數(shù)據(jù)傳輸功能下放給通道，通道與CPU分時使用內(nèi)存，實現(xiàn)CPU與外設(shè)的并行工作。通道控制器是一個有自身指令結(jié)構(gòu)的處理器，有自己簡單的指令系統(tǒng)，有更強的處理能力，可以同時控制多種外設(shè)。2023/5/751第51頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問SCSI：SCSI接口就是指SmallComputerSystemInterface(小型計算機系統(tǒng)接口)，是一種連結(jié)主機和外圍設(shè)備的接口，支持包括磁盤驅(qū)動器、磁帶機、光驅(qū)、掃描儀在內(nèi)的多種設(shè)備。它由SCSI控制器進行數(shù)據(jù)操作，SCSI控制器相當于一塊小型CPU，有自己的命令集和緩存。2023/5/752第52頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四外設(shè)的訪問SCSI的優(yōu)點SCSI可支持多個設(shè)備SCSI還允許在對一個設(shè)備傳輸據(jù)的同時，另一個設(shè)備對其進行數(shù)據(jù)查找SCSI占用CPU極低，在多任務(wù)系統(tǒng)中占有著明顯的優(yōu)勢數(shù)據(jù)傳輸速率較高2023/5/753第53頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四I/O接口RS-232：嚴格地講，RS-232接口是DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）和DCE（數(shù)據(jù)通信設(shè)備）之間的一個接口，DTE包括計算機、終端、串口打印機等設(shè)備。DCE通常只有調(diào)制解調(diào)器（MODEM）和某些交換機COM口。2023/5/754第54頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四I/O接口個人計算機對外標準接口原來只有串口和并口，這兩種接口的速度和性能都難以適應(yīng)新設(shè)備的發(fā)展，于是有了USB和1394兩種接口。USB接口有如下特點：通過集線器可以擴展連接到127個外設(shè)速度快，USB2.0已達到480Mb/s設(shè)備安裝配置容易支持熱拔插2023/5/755第55頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四I/O接口1394接口：是一種串行接口，速度可達400Mb/s，新的標準是800Mb/s，可支持的設(shè)備數(shù)量更多。USB接口和1394接口在很多方面很相似。由于USB的實現(xiàn)簡單，在PC上發(fā)展迅猛，而1394接口以“高速”為核心，能出色地滿足人們對影音方面大容量、高速度的要求。2023/5/756第56頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四I/O接口紅外接口紅外接口英文簡稱為IrDA，是InfraredDataAssociation（紅外線數(shù)據(jù)標準協(xié)會）的英文縮寫，IrDA紅外接口是一種紅外線無線傳輸協(xié)議以及基于該協(xié)議的無線傳輸接口。支持IrDA接口的掌上電腦，可以無線地向支持IrDA的設(shè)備無線連接來實現(xiàn)信息資源的共享。紅外通訊有著成本低廉、連接方便、簡單易用和結(jié)構(gòu)緊湊的特點，因此在小型的移動設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。通過紅外接口，各類移動設(shè)備可以自由進行數(shù)據(jù)交換。返回2023/5/757第57頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.2操作系統(tǒng)知識1.2.1基本概念1.2.2處理機管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理返回2023/5/758第58頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.2.1基本概念?操作系統(tǒng)的功能及分類（批處理、分時、實時、網(wǎng)絡(luò)、分布式、嵌入式）（II）?多道程序（I）?內(nèi)核和中斷控制（I）?進程和線程（I）2023/5/759第59頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的功能?操作系統(tǒng)的功能處理機管理存儲管理文件管理設(shè)備管理作業(yè)管理2023/5/760第60頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的功能處理機管理

在操作系統(tǒng)中，最重要的資源是處理機，最重要的管理是處理機管理。處理機管理負責(zé)解決如何把CPU時間合理地、動態(tài)地分配給程序運行的基本單位——進程?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)中引入了線程（Thread）作為分配處理機的基本單位。2023/5/761第61頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的功能存儲管理

主要工作是對內(nèi)部存儲器（主存）進行分配、擴充和保護，虛擬存儲管理是指利用外部存儲器作為主存的后援，為用戶提供一個容量較大的虛存。設(shè)備管理根據(jù)一定的分配策略，把通道、控制器和設(shè)備分配給請求I/O操作的程序，并啟動設(shè)備完成任務(wù)，常采用緩沖技術(shù)和虛擬技術(shù)提高工作效率。2023/5/762第62頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)文件管理文件管理是針對系統(tǒng)外部存儲器的程序和數(shù)據(jù)等軟件資源的管理。作業(yè)管理

作業(yè)是用戶需要計算機完成的任務(wù)的總和，作業(yè)管理的任務(wù)是根據(jù)用戶的要求對作業(yè)的運行進行合理的組織與控制，提供包括程序一級的接口和作業(yè)一級的接口與用戶發(fā)生關(guān)系，為用戶服務(wù)。2023/5/763第63頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的分類批處理操作系統(tǒng)

批處理操作系統(tǒng)是將用戶群的程序按一定的順序排列，統(tǒng)一交給計算機的輸入設(shè)備，計算機自動的從輸入設(shè)備中把各個作業(yè)按照某促規(guī)則組織執(zhí)行，執(zhí)行完畢后將程序運行結(jié)果通過輸出設(shè)備交給用戶的操作系統(tǒng)。在運行過程中不允許用戶與其作業(yè)發(fā)生交互。它能夠利用處理機的高速度，比較好的協(xié)調(diào)了高速處理機和慢速輸入輸出設(shè)備之間的矛盾，提高計算機系統(tǒng)的使用效率。2023/5/764第64頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的分類分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)是指一臺計算機與許多終端連接起來，系統(tǒng)把CPU時間分為若干個時間片，采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式處理用戶的服務(wù)請求，對每個用戶保證足夠快的響應(yīng)時間，并提供交互會話能力。具有交互性，多路性，獨立性，及時性等特點2023/5/765第65頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的分類實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)是保證在一定時間限制內(nèi)完成特定功能的操作系統(tǒng)。實時是指及時地響應(yīng)隨機發(fā)生的外部事件的請求，并以足夠快的速度完成處理，控制所有實時設(shè)備和實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。主要用在工業(yè)控制中，實時操作系統(tǒng)中一般任務(wù)數(shù)是固定的，有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計時保證的；軟實時則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。2023/5/766第66頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的分類網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）是網(wǎng)絡(luò)的心臟和靈魂，是向網(wǎng)絡(luò)計算機提供服務(wù)的特殊的操作系統(tǒng)。它在計算機操作系統(tǒng)下工作，使計算機操作系統(tǒng)增加了網(wǎng)絡(luò)操作所需要的能力。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)運行在稱為服務(wù)器的計算機上，并由聯(lián)網(wǎng)的計算機用戶共享。具有4個基本功能：網(wǎng)絡(luò)通信、資源管理、提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、提供網(wǎng)絡(luò)接口。2023/5/767第67頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的分類分布式操作系統(tǒng)是為分布式計算機系統(tǒng)配置的操作系統(tǒng)，它在多計算機系統(tǒng)環(huán)境下，負責(zé)控制和管理以協(xié)同方式工作的各類系統(tǒng)資源、分布式進程的同步執(zhí)行和處理機間的通信、調(diào)度和分配等控制事務(wù)，自動實行全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務(wù)分配和負載平衡。傾向于任務(wù)的協(xié)同執(zhí)行，各系統(tǒng)之間無主次之分，系統(tǒng)之間也無須采用標準的通信協(xié)議進行通信。2023/5/768第68頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的分類嵌入式操作系統(tǒng)2023/5/769第69頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四操作系統(tǒng)的分類嵌入式操作系統(tǒng) 一般情況下，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為兩類，一類是面向控制、通信等領(lǐng)域的實時操作系統(tǒng)，如windriver公司的vxworks、isi的psos、qnx系統(tǒng)軟件公司的qnx、ati的nucleus等；另一類是面向消費電子產(chǎn)品的非實時操作系統(tǒng)，這類產(chǎn)品包括個人數(shù)字助理（pda）、移動電話、機頂盒、電子書、webphone等。返回2023/5/770第70頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四多道程序設(shè)計基本概念多道程序設(shè)計和多道系統(tǒng)：讓多個程序同時裝入一個計算機系統(tǒng)的主存儲器并行執(zhí)行，這種技術(shù)稱為多道程序設(shè)計，這種計算機系統(tǒng)稱為多道系統(tǒng)。程序浮動：程序可以隨機地從主存區(qū)域移動到另一個區(qū)域，移動后絲毫不影響它的執(zhí)行，這種技術(shù)稱為程序浮動。2023/5/771第71頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四多道程序設(shè)計基本概念基本要求：一是采用“存儲保護”的方法保證各道程序互不侵犯；二是采用“程序浮動”技術(shù)讓程序能靈活地改變存放區(qū)域且能正確地執(zhí)行；三是必須對各種資源按一定的策略進行分配和調(diào)度。2023/5/772第72頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四多道程序設(shè)計優(yōu)點：提高處理器的利用率充分利用外圍設(shè)備資源發(fā)揮了處理器同外圍設(shè)備之間，以及各外圍設(shè)備之間的并行工作能力。2023/5/773第73頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四多道程序設(shè)計缺點：可能延長某些程序的執(zhí)行時間。并行工作道數(shù)跟系統(tǒng)效率不成正比。一是因為主存空間的大小限制了可同時裝入的程序數(shù)量；二是因為外圍設(shè)備的數(shù)量是一個制約因素；三是因為多個程序同時要求使用同一資源的情況會經(jīng)常發(fā)生。返回2023/5/774第74頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)核內(nèi)核是操作系統(tǒng)最基本的部分。它是為眾多應(yīng)用程序提供對計算機硬件的安全訪問的一部分軟件，這種訪問是有限的，并且內(nèi)核決定一個程序在什么時候?qū)δ巢糠钟布僮鞫嚅L時間。直接對硬件操作是非常復(fù)雜的，所以內(nèi)核通常提供一種硬件抽象的方法來完成這些操作。硬件抽象隱藏了復(fù)雜性，為應(yīng)用軟件和硬件提供了一套簡潔，統(tǒng)一的接口，使程序設(shè)計更為簡單。

返回2023/5/775第75頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四進程和線程進程是程序在計算機上的一次執(zhí)行活動。進程可以分為系統(tǒng)進程和用戶進程。進程是操作系統(tǒng)進行資源分配的單位。進程由進程控制塊、程序段、數(shù)據(jù)段三部分組成。一個進程可以包含若干線程(Thread)。返回2023/5/776第76頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.2.2處理機管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理?進程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換（I）?進程調(diào)度算法（分時輪轉(zhuǎn)、優(yōu)先級、搶占）（I）?死鎖（I）?存儲管理方案（分段與分頁、虛擬存儲器、頁面置換算法）（I）?文件管理（I）?作業(yè)調(diào)度算法（先來先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先、高響應(yīng)比優(yōu)先）（I）2023/5/777第77頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四進程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換2023/5/778第78頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四進程調(diào)度算法先來先服務(wù)：FCFS是最簡單的CPU調(diào)度算法，即按進程到來的先后次序進行調(diào)度。優(yōu)先級調(diào)度算法是指當cpu可供使用時把cpu分給優(yōu)先級數(shù)最高的進程。時間片輪轉(zhuǎn)法(RoundRobin)是讓每個進程在就緒隊列中的等待時間與享受服務(wù)的時間成正比例。2023/5/779第79頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四死鎖死鎖<DeadLock>:是指兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖。由于資源占用是互斥的，當某個進程提出申請資源后，使得有關(guān)進程在無外力協(xié)助下，永遠分配不到必需的資源而無法繼續(xù)運行，這就產(chǎn)生了一種特殊現(xiàn)象死鎖。另一種情形，此時執(zhí)行程序中兩個或多個線程發(fā)生永久堵塞（等待），每個線程都在等待被其他線程占用并堵塞了的資源。例如，如果線程A鎖住了記錄1并等待記錄2，而線程B鎖住了記錄2并等待記錄1，這樣兩個線程就發(fā)生了死鎖現(xiàn)象。2023/5/780第80頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四死鎖產(chǎn)生死鎖的四個必要條件：（1）互斥條件：一個資源每次只能被一個進程使用。（2）請求與保持條件：一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。（3）不剝奪條件:進程已獲得的資源，在末使用完之前，不能強行剝奪。（4）循環(huán)等待條件:若干進程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。這四個條件是死鎖的必要條件，只要系統(tǒng)發(fā)生死鎖，這些條件必然成立，而只要上述條件之一不滿足，就不會發(fā)生死鎖。2023/5/781第81頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四死鎖死鎖排除的方法1、撤消陷于死鎖的全部進程；2、逐個撤消陷于死鎖的進程，直到死鎖不存在；3、從陷于死鎖的進程中逐個強迫放棄所占用的資源，直至死鎖消失。4、從另外一些進程那里強行剝奪足夠數(shù)量的資源分配給死鎖進程，以解除死鎖狀態(tài)

2023/5/782第82頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四存儲管理方案虛擬存儲器虛擬存儲器只是一個容量非常大的存儲器的邏輯模型，不是任何實際的物理存儲器。它借助于磁盤等輔助存儲器來擴大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用。它指的是主存-外存層次。以透明的方式給用戶提供了一個比實際主存空間大得多的程序地址空間。2023/5/783第83頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四存儲管理方案分頁存儲管理頁式存儲管理是通過引入進程的邏輯地址，把進程地址空間與實際存儲位置分離，從而增加存儲管理的靈活性。邏輯地址空間被劃分為一些相等的片，這些片稱為頁或頁面。同樣，物理地址空間也被劃分為同樣大小的片，稱為塊。這樣用戶程序進入內(nèi)存時，就可以將一頁對應(yīng)存入到一個塊中。這些塊不必連續(xù)。對整個程序來說，只有可能在最后一塊存在碎片（稱為頁內(nèi)碎片），而且碎片大小不會超過一塊，所以內(nèi)存利用率可以大大提高。2023/5/784第84頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四存儲管理方案分段存儲管理頁式管理是把內(nèi)存視為一維線性空間；而段式管理是把內(nèi)存視為二維空間，與進程邏輯相一致。將程序的地址空間劃分為若干個段（Segment），程序加載時，分配其所需的所有段（內(nèi)存分區(qū)），這些段不必連續(xù)。一個用戶作業(yè)的程序按其邏輯結(jié)構(gòu)可劃分為若干段，例如主程序段、子程序段、數(shù)據(jù)段、堆棧段等。當一個用戶程序裝入內(nèi)存時，系統(tǒng)為每個段分配一個連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，而各個段之間可以離散存放。2023/5/785第85頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四存儲管理方案頁面置換算法問題描述：在進程運行過程中，若其所要訪問的頁面不在內(nèi)存需把它們調(diào)入內(nèi)存，但內(nèi)存已無空閑空間時，為了保證該進程能正常運行，系統(tǒng)必須進行頁面置換。OPTIMAL：最優(yōu)置換算法。其所選擇的被淘汰頁面，將是以后永不使用的，或是在最長（未來）時間內(nèi)不再被訪問的頁面。FIFO：先進先出置換算法。該算法總是淘汰最先進入內(nèi)存的頁面，既選擇在內(nèi)存中駐留時間最久的頁面予以淘汰。LRU：最近最久未使用置換算法。該算法選擇某個最長時間未被訪問的頁面進行置換。2023/5/786第86頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四文件管理文件管理，指的是操作系統(tǒng)中實現(xiàn)文件統(tǒng)一管理的一組軟件、被管理的文件以及為實施文件管理所需要的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的總稱。文件系統(tǒng)的功能：①統(tǒng)一管理文件存儲空間，實施存儲空間的分配與回收。②確定文件信息的存放位置及存放形式。③實現(xiàn)文件從名字空間到外存地址空間的映射，即實現(xiàn)文件的按名存取。④有效實現(xiàn)對文件的各種控制操作(如建立、撤銷、打開、關(guān)閉文件等)和存取操作(如讀、寫、修改、復(fù)制、轉(zhuǎn)儲等)2023/5/787第87頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四作業(yè)調(diào)度算法1、先來先服務(wù)算法；2、短作業(yè)優(yōu)先算法；3、最高響應(yīng)比作業(yè)優(yōu)先算法；4、優(yōu)先級調(diào)度算法。2023/5/788第88頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.3系統(tǒng)管理1.3.1系統(tǒng)配置技術(shù)1.3.2系統(tǒng)性能1.3.3系統(tǒng)可靠性返回2023/5/789第89頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四1.3.1系統(tǒng)配置技術(shù)?系統(tǒng)構(gòu)架模式（2層、3層及多層C/S和B/S系統(tǒng)）（I）?高可用性系統(tǒng)配置方法（雙機、雙工、熱備份、容錯）（I）?RAID技術(shù)（II）2023/5/790第90頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)構(gòu)架模式傳統(tǒng)的兩層Client/Server模式客戶機和服務(wù)器描述在邏輯上相互獨立，并進行協(xié)同計算的兩個邏輯實體。他們在協(xié)同計算過程中的基本運行關(guān)系為“請求/響應(yīng)”的應(yīng)答模式。客戶部分負責(zé)執(zhí)行前臺功能，如管理用戶接口、數(shù)據(jù)處理和報告請求等。服務(wù)器部分執(zhí)行后臺服務(wù)，如管理共享外設(shè)、控制對共享數(shù)據(jù)庫的操縱、接收并應(yīng)答客戶機的請求等。2023/5/791第91頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)構(gòu)架模式三層架構(gòu)(3-tierapplication)通常意義上的三層架構(gòu)就是將整個業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為：表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。區(qū)分層次的目的即為了“高內(nèi)聚，低耦合”的思想。表現(xiàn)層（UI）：通俗講就是展現(xiàn)給用戶的界面，即用戶在使用一個系統(tǒng)的時候他的所見所得。業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）：針對具體問題的操作，也可以說是對數(shù)據(jù)層的操作，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯處理。數(shù)據(jù)訪問層（DAL）：該層所做事務(wù)直接操作數(shù)據(jù)庫，針對數(shù)據(jù)的增添、刪除、修改、更新、查找等。2023/5/792第92頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)構(gòu)架模式B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是隨著Internet技術(shù)的興起，對C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實現(xiàn)，形成所謂三層3-tier結(jié)構(gòu)。2023/5/793第93頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)構(gòu)架模式多層分布式體系結(jié)構(gòu)2023/5/794第94頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)構(gòu)架模式多層分布式體系結(jié)構(gòu)為了解決兩層C/S分布式體系結(jié)構(gòu)存在的不足，提出了三層或多層分布式對象體系結(jié)構(gòu)，多層體系結(jié)構(gòu)將客戶和資源分開，降低了服務(wù)器的負載，避免了服務(wù)器的性能缺陷對整個系統(tǒng)性能的影響，在多個服務(wù)器上分布應(yīng)用程序處理的多層可變結(jié)構(gòu)比二層的體系結(jié)構(gòu)的伸縮性和擴展性更強。在多層分布式系統(tǒng)中，不同的組件可能用不同的語言來實現(xiàn)，且這些組件可能運行在不同類型處理器上。數(shù)據(jù)模型、信息表示法以及通信協(xié)議可能都不一樣。因此，多層分布式系統(tǒng)就需要某種軟件來管理這些不同部分，確保它們能通信和交換數(shù)據(jù)。中間件就是這樣一種軟件，它位于系統(tǒng)的不同分布式組件之間。2023/5/795第95頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)構(gòu)架模式中間件能夠使應(yīng)用系統(tǒng)相對獨立于計算機軟硬件平臺，為大型分布式應(yīng)用搭起一個標準的平臺，把企業(yè)分散的系統(tǒng)技術(shù)組合在一起，從而實現(xiàn)企業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的集成。中間件具有標準的程序接口和協(xié)議，使不同硬件和操作系統(tǒng)平臺上分布式應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享和互操作。中間件在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件之下，總的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運行和開發(fā)環(huán)境，幫助用戶靈活、高效的開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。2023/5/796第96頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)配置方法雙機冷備份冷備份(coldbackup)，也被稱為離線備份，是指在關(guān)閉數(shù)據(jù)庫并且數(shù)據(jù)庫不能更新的狀況下進行的數(shù)據(jù)庫完整備份。這是一種最安全的備份方法，因為這種方法避免了在更新過程中復(fù)制數(shù)據(jù)的風(fēng)險。然而，由于在進行冷備份時用戶不能使用數(shù)據(jù)庫，將會有一段時間工作不能正常進行。雙機熱備份雙機熱備指對于重要的服務(wù)，使用兩臺服務(wù)器，互相備份，共同執(zhí)行同一服務(wù)。當一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時，可以由另一臺服務(wù)器承擔(dān)服務(wù)任務(wù)，從而在不需要人工干預(yù)的情況下，自動保證系統(tǒng)能持續(xù)提供服務(wù)。2023/5/797第97頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)配置方法容錯所謂容錯是指在故障存在的情況下計算機系統(tǒng)不失效，仍然能夠正常工作的特性。容錯的目的是提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。容錯的主要技術(shù)基礎(chǔ)是冗余，通常分為四類：硬件冗余、軟件冗余、信息冗余和時間冗余。2023/5/798第98頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四RAID技術(shù)RAID這一單詞是（RedundantArrayofInexpensiveDisks廉價磁盤冗余陣列）的縮寫。它是另一種數(shù)據(jù)容災(zāi)技術(shù)，通過冗余磁盤陣列提供數(shù)據(jù)保護。RAID技術(shù)的原理是利用一組磁盤構(gòu)成一個單一的虛擬邏輯磁盤來提供并行數(shù)據(jù)訪問（從而改善訪問速度）。目前看來，RAID在節(jié)省成本方面的作用并不明顯，但在性能方面則充分發(fā)揮了多塊硬盤的優(yōu)勢，實現(xiàn)遠遠超出任何一塊單獨硬盤的速度和吞吐量。2023/5/799第99頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四RAID技術(shù)除了性能上的提高之外，RAID還可以提供良好的容錯容災(zāi)能力，在任何一塊硬盤出現(xiàn)問題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會受到損壞硬盤的影響。利用RAID技術(shù)于存儲系統(tǒng)的好處主要有以下三種：1.

通過把多個磁盤組織在一起作為一個邏輯卷提供磁盤跨越功能；2.

通過把數(shù)據(jù)分成多個數(shù)據(jù)條（stripe）并行寫入/讀出多個磁盤以提高訪問磁盤的速度；3.

通過鏡像或校驗操作提供容錯能力。2023/5/7100第100頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四RAID技術(shù)2023/5/7101第101頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四RAID技術(shù)RAID級別RAID技術(shù)分為多種不同的等級，分別可以提供不同的速度、安全性和性價比。根據(jù)實際情況選擇適當?shù)腞AID級別可以滿足用戶對存儲系統(tǒng)可用性、性能和容量的要求。通常來說，RAID級別分為以下8種：RAID0，RAID1，RAID2，RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7。2023/5/7102第102頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四RAID技術(shù)RAID0：RAID0并不是真正的RAID結(jié)構(gòu)，沒有數(shù)據(jù)冗余。RAID0連續(xù)地分割數(shù)據(jù)并并行地讀/寫于多個磁盤上。因此具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率。但RAID0在提高性能的同時，并沒有提供數(shù)據(jù)可靠性，如果一個磁盤失效，將影響整個數(shù)據(jù)。因此RAID0不可應(yīng)用于需要數(shù)據(jù)高可用性的關(guān)鍵應(yīng)用。RAID1：RAID1通過數(shù)據(jù)鏡像實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，在兩對分離的磁盤上產(chǎn)生互為備份的數(shù)據(jù)。RAID1可以提高讀的性能，當原始數(shù)據(jù)繁忙時，可直接從鏡像拷貝中讀取數(shù)據(jù)。RAID1是磁盤陣列中費用最高的，但提供了最高的數(shù)據(jù)可用率。當一個磁盤失效，系統(tǒng)可以自動地交換到鏡像磁盤上，而不需要重組失效的數(shù)據(jù)。2023/5/7103第103頁，共116頁，2023年，2月20日，星期四RAID技術(shù)RAID2：從概念上講，RAID2同RAID3類似，兩者都是將數(shù)據(jù)條塊化分布于不同的硬盤上，條塊單位為位或字節(jié)。然而RAID2使用稱為“加重平均糾錯碼”的編碼技術(shù)來提供錯誤檢查及恢復(fù)。這種編碼技術(shù)需要多個磁盤存放檢查及恢復(fù)信息，使得RAID2技術(shù)實施更復(fù)雜。因此，在商