实验0&&了解和熟悉操作系统一、目的和要求
王大华&221&商软班&
1.&实验目的
（）掌握操作系统的定义和概念；
（）了解各类操作系统的发展历史；
2．实验要求
使用网络搜索了解各类计算机操作系统的知识，并整理成一篇文档。
二、实验内容
了解和掌握内容包括：
计算机操作系统的定义和概念；
(1):操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件(或程序集合)。&从用户角度看，操作系统可以看成是对计算机硬件的扩充;从人机交互方式来看，操作系统是用户与机器的接口;从计算机的系统结构看，操作系统是一种层次、模块结构的程序集合，属于有序分层法，是无序模块的有序层次调用。操作系统在设计方面体现了计算机技术和管理技术的结合。
(2):操作系统是软件，而且是系统软件。它在计算机系统中的作用，大致可以从两方面体会:对内，操作系统管理计算机系统的各种资源，扩充硬件的功能;对外，操作系统提供良好的人机界面，方便用户使用计算机。它在整个计算机系统中具有承上启下的地位。
操作系统的分类；
目前市场所出现过的操作系统大概有以下几种：Windows系列目前已经有windows10了，Linux系列，国内比较著名的Linux版本有红旗Linux，接下来就是BIOS基本输入输出操作系统了，最后就是&磁盘操作系统&DOS。而分类有下面几种分法：
1、按处理机性能分类2、佛林分类法3、库克分类法4、冯泽云分类法5、汉德勒分类法
按处理机性能分类1、按大小划分种类：巨型、大型、中型、小型、微型机划分原则：以性能为特征，按价格来划分存在问题：划分的标准是随着时间而变化的，没5年左右降低一个等级。设计方法：最高性能&特殊用途最佳性能价格比&一般商用计算机最低价格&家用计算机等&2、按用途划分种类：科学计算、事务处理、实时控制、工作站、服务器、家用计算机等。划分原则：科学计算：浮点计算速度事务处理：字符处理、十进制运算实时控制：中断响应速度、I/O能力工作站：图形处理能力服务器：数据处理速度，数据存储能力家用计算机：价格便宜，软件丰富发展方向：具备上述所有功能的通用处理机各种专用处理机、协处理器、嵌入式处理机3、按数据类型划分定点计算机、浮点计算机、向量计算机、堆栈计算机等4、按处理机个数和种类划分单处理机并行处理机、多处理机、分布处理机关联处理机超标量处理机、超流水线处理机、VLIW处理机SMP(对称多处理机)、MPP(大规模并行处理机)、机群(Cluster)系统等。5、按所使用的器件划分按使用的器件划分计算机系统的时代第一代：电子管(Valve)计算机第二代：晶体管(Transistor)计算机第三代：集成电路(LSI)计算机第四代：大规模集成电路(VLSI)计算机第五代：智能计算机？目前的绝大部分计算机系统是VLSI计算机。
佛林分类法1966年由Michael.J.Flynn提出按照指令流和数据流的多倍性特征进行分类指令流：机器执行的指令序列数据流：由指令流调用的数据序列多倍性(multiplicity)：在系统性能瓶颈部件上同时处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。四种类型(1)单指令流单数据流&SISD(Single&Instruction&Single&Datastream)(2)单指令流多数据流&SIMD(Single&Instruction&Multiple&Datastream)(3)多指令流单数据流&MISD(Multiple&Instruction&Single&Datastream)(4)多指令流多数据流&MIMD(Multiple&Instruction&Multiple&Datastream)SISD典型单处理机SIMD并行处理机、阵列处理机、向量处理机、关联处理机、超标量处理机、超流水线处理机多个PU按一定方式互连，在同一个CU控制下，对各自的数据完成同一条指令规定的操作：从CU看指令顺序执行，从PU看数据并行执行。MISD几条指令对同一个数据进行不同的处理，实际上不存在MIMD多处理机系统
库克分类法1978年由D.J.Kuck提出按控制流和执行流分类，四种类型(1)单指令流单执行流SISE(Single&Instruction&Single&Executionstream)典型的单处理机(2)单指令流多执行流SIME(Single&Instruction&Multiple&Executionstream)多功能部件处理机、相连处理机、向量处理机、流水线处理机、超流水线处理机、超标量处理机、SIMD并行处理机(3)多指令流单执行流MISE(Multiple&Instruction&Single&Executionstream)多道程序系统(4)多指令流多执行流MIME(Multiple&Instruction&Multiple&Executionstream)典型的多处理机
冯泽云分类法1972年美籍华人冯泽云提出，用最大并行度对计算机系统进行分类，单位时间内能处理的最大二进制位数。
汉德勒分类法由Wolfgan&Handler于1977年提出，又称为ESC(Erlange&Classification&Scheme)分类法，根据并行度和流水线分类，把计算机硬件结构分成三个层次，并分别考虑它们的可并行性和流水处理程度。
常用几种操作系统的优缺点分析；，
linux的优点是：A）开放性：遵守GNU规范，，易于实现系统的裁剪和客制化的开发。&B）多用户：系统资源可以被不同用户以各自的权限访问使用，互不影响。&C）多任务和多线程：不同任务和线程几乎同时并发地处理独立的但却内在关联的一系列事件D）设备独立性：把所有统一当作设备文件来看待，只要安装它们的驱动程序，任何用户都可以象使用普通文件一样，操纵、使用这些设备，而不必知道它们的具体存在形式。&E）丰富的网络功能：完善的内置网络是Linux的一大特点。Linux在通信和网络功能方面优于其他操作系统。其他操作系统不包含如此紧密地和内核结合在一起的连接网络的能力，也没有内置这些联网特性的灵活性。而Linux为用户提供了完善的、强大的网络功能。　&F）良好的缺点是：主要来自于硬件方面的支持，还有就是对于普通用户来说，它的操作性没有windows那么方便，实用，一般用户使用起来&&不太会操作
windows操作系统的优缺点：
1。Windows&特别明了，直观，是人都能看懂，而Dos全是英文单词，如果英语水平不高，学起来困难，用起来就更困难。&2.&Windiws是多任务，而Dos是个单任务。&3.&Windows对要求稍高一些，而Dos则低一些。&4.Dos&最大优点就是什么样的问题它都能给出相应的命令行，而Windows对有些问题还要用命令行来做。
三、实验拓展思考
IOS和属于什么类型的操作系统？
1.Cisco的网际操作系统（IOS）是一个为网际互连优化的操作系统--类似一个局域操作系统（NOS）、如Novell的&NetWare，为LANs而进行优化。IOS为长时间有效地维护一个互联网络提供了统一的规则。简而言之，它是一个与硬件分离的，随网络技术的不断发展，可动态地升级以适应不断变化的技术（硬件和软件）。
IOS可以被视作一个网际互连中枢。一个高度智能的管理员，负责管理、控制复杂的资源。其早期版本是一个单独系统，基本上以为中心。它被排列成一个过程（Procedure）集，允许任何过程之间相互呼叫。这种单一的结构使数据的隐蔽性和独立性不强。它的大多数操作代码拥有结构和操作的相关性。
2.&Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成。主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。Android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构。可分为四个层，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。
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计算机组成原理与系统结构：第10章
向量处理机
分类： 格式： 日期：日
第 10章 向量处理机10.1 向量处理机的基本概念10.2 向量处理机的结构10.3 向量处理机实例10.4 向量协处理机10.5 向量处理机的性能分析10.1 向量处理机的基本概念10.1.1 向量的概念1,标量与向量运算从数学的角度讲，向量是指既有大小又有方向的量A=[a1,a2,a3,a4],B=333231232221131211bbbbbbbbb2,向量处理方式（ 1） 水平 （ 横向 ） 处理方式（ 2） 纵向处理方式（ 3） 分组 （ 纵横 ） 处理方式10.1.2 向量运算指令1,寄存器 ― 寄存器指令（ 1） 向量 -向量类指令 （ V-V）（ 2） 向量 -标量类指令 （ V-S）图 10-2 V-S类指令的执行示意图运算功能部件V j1 2 … nS kV i……（ 3） 向量 -存储器类指令 （ V-M）（ 4） 向量规约类指令（ 5） 收集发散指令（ 6） 屏蔽指令2,存储器 ― 存储器指令M1(1,n)?M2(1,n)→ M(1,n)S1? M1(1,n)→ M2(1,n) M1(1,n)→ M2(1,n)M1(1,n)?M2(1,n)→ M(k)10.2 向量处理机的结构图 10-5 向量处理机的结构回写结果 C取指令取操作数 B取操作数 A存储系统指令译码器功能流水线10.2.1 存储器 ― 存储器结构存储器 ― 存储器结构是指主存储器由多个存储模块组成，采用硬件倍乘的方法来支持对相互独立的数据进行并发访问，以达到存储器要求的带宽。图 10-6 由 8个 3端口存储模块组成存储器系统的向量处理机MMMMMMMMC= A Δ BAB4 段流水线结构运算器S1S2S3S410.2.2 寄存器 ― 寄存器结构图 10-9 Cray-1的系统结构8 个向量寄存器 (V )64 操作数寄存器主存储器8 MB64 模块64 个缓冲寄存器 (T )64 个缓冲寄存器 (B)256 个指令缓冲寄存器8 个标量寄存器 (S)8 个地址寄存器 (A )指令寄存器程序计数器12 个流水结构的运算部件器中间寄存器 成组传送 高速寄存器流水线运算部件10.3 向量处理机实例10.3.1 银河 YH-1向量处理机图 10-10 YH-1系统结构处理部分双向量处理阵列标量运算部件地址运算部件指令控制部件I / O通道体 0体 1体 30主存系统磁盘控制器用户处理机诊断处理机磁盘各种外设各种外设中央处理机…图 10-11 YH-1中央处理器的构成控制部件：各种指令控制部件主存储器：有 31 个存储体构成交叉访问的主存储器中央处理机寄存器组8 个向量寄存器向量控制器8 个标量寄存器地址寄存器功能部件向量功能部件标量功能部件浮点功能部件地址功能部件10.3.2 Cray系列机10.3.3 Fujitsu VP2000/VPP 500系列向量处理机10.4 向量协处理机10.4.1 向量协处理器的地位图 10-13 带向量协处理器的计算机系统结构高速总线标量处理机（宿主机）向量协处理器主存储器本地存储器10.4.2 向量协处理器实例1,FPS-164图 10-14 FPS-164向量协处理器系统结构高速总线标量运算部件协处理器主存储器1 2 0 MB标量寄存器X 寄存器组和 Y 寄存器组向量寄存器地址寄存器组（ A ）间址寄存器组（ T ）向量处理器向量处理器向量处理器乘法流水线加法流水线与宿主机相连图 10-15 FPS-164向量处理器的结构来自标量部件向量寄存器4 × 8 K B标量寄存器向量寄存器4 × 8 K B标量寄存器乘法器乘法器加法器加法器2,NM6403协处理器10.5 向量处理机的性能分析1,向量指令的处理时间 TvpTvp=Ts+Tvf+(n?1)Tc图 10-16 向量指令执行时间T s ( n - 1 ) T c T vf2第 1 个元素通过流水线建立段 3n2,向量流水线的最大吞吐率 R∞R∞=数循环所花费的时钟周期时钟频率浮点运算次数?n l i mR∞=nnTn /l i m时钟频率浮点运算次数3,改进向量处理机性能的方法（ 1） 链接技术与并行操作（ 2）向量循环或分段开采技术
课件名称：课件分类：计算机课件类型：教学课件文件大小：1.21MB下载次数：22评论次数：6用户评分：5.3
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.25.单发射处理机：每个周期只取一条指令、只译码；26.多发射处理机：每个周期同时取多条指令、同时；27.超标量处理机：一个时钟内能够同时发射多条指；超标量处理机采用的三种不同的指令调度方法：；（1）顺序发射顺序完成；（2）顺序发射乱序完成；（3）乱序发射乱序完成；28.超流水线处理机：一个基本时钟周期内能够分时；29.超标量超流水线处理机：一个时钟周期内发
25. 单发射处理机：每个周期只取一条指令、只译码一条指令，只执行一条指令，只写回一个运算结果。
26. 多发射处理机：每个周期同时取多条指令、同时译码多条指令，同时执行多条指令，同时写回多个运算结果。
27. 超标量处理机：一个时钟内能够同时发射多条指令的处理机。超标量处理机必须有两条或两条以上能够同时工作的指令流水线。
超标量处理机采用的三种不同的指令调度方法：
（1） 顺序发射顺序完成
（2） 顺序发射乱序完成
（3） 乱序发射乱序完成
28. 超流水线处理机：一个基本时钟周期内能够分时发射多条指令的处理机。或者，指令流水线的级数为8或大于8即的流水线处理机称为超流水线处理机。
29. 超标量超流水线处理机：一个时钟周期内发射指令n次，每次发射指令m条，每个时钟周期总共发射mn条。
30. 超标量处理机的相对性能最高，其次为超标量超流水线处理机，超流水线处理机的相对性能最低。
31. 两种不同并行性： 超标量处理机采用的是空间并行性；超流水线处理机采用的是时间并行性。
二、计算题：
1. 流水线吞吐率
2．加速比和效率的计算
一、基本概念
1. 具有向量数据表示和向量指令系统的处理机
向量处理机是解决数值计算问题的一种高性能计算机
向量处理机属大型或巨型机，也可以用微机加一台向量协处理器组成 向量处理机一般都采用流水线结构，通常有有多条并行工作的流水线 必须把要解决的问题转化为向量运算，才能发挥向量处理机的效率
2. 0元素很多，非0元素很少的向量称为稀疏向量
3. 向量处理机的结构:
主要采用两种方法：存储器－存储器结构和寄存器－寄存器结构。
4. 向量处理方式：横向处理方式、纵向处理方式、纵横处理方式。
二、计算题：
1. 判断并行 链接接的条件
2.根据向量长度计算向量处理时间
一、基本概念
1. 互连网络：是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计
算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接。
2. 互连网络的主要性能参数：
(1)频带宽度 (2)传输时间 (3)飞行时间 (4)传输时延 (5)发送方开销 (6)接收方开销
3. 总时延＝发送方开销＋飞行时间＋ 消息长度/频宽＋接收方开销
4. 互连网络的种类：
静态互连网络
循环互连网络
多级互连网络
全排列互连网络 全交叉开关网络
一、基本概念
1. 两种并行性概念：
(1)同时性并行Simultaneity：两个或两个以上事件在同一时刻发生。
(2)并发性并行Concurrency：两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。
2. 三条技术途径：
(1)资源重复：重复设置多个部件来提高速度。
(2)时间重叠：流水线
(3)资源共享：分时系统，分布式系统
3. 并行处理机的定义：多个处理部件PU按照一定方式互连，在同一个控制部件CU控制下，对各自的数据完成同一条指令规定的操作。从CU看，指令是串行执行的，从PU看，数据是并行处理的。
并行处理机也称为阵列处理机，按照按照佛林分类法，它属于SIMD处理机。
并行处理机的主要应用领域：用于高速向量或矩阵运算。
6. 一台并行处理机由五个部分组成：
多个处理单元PE， 多个存储器模块M， 一个控制器CU， 一个互连网络ICN， 一台输入输出处理机IOP。
并行处理机有两种典型结构：分布存储器并行处理机，共享存储器并行处理机。
目前的大部分并行处理机属于基于分布式存储器模型。分布式存储器并
行处理机比较容易构成MPP(Massively Parallel Processor)，可以有几十万个处理部件PE。CU是控制部件。对于标量指令，在CU中直接执行；对于向量指令，CU把它广播到各个PE中去执行。在CU中通常有一个较大容量的存储器，用来存放程序和共享数据。IOP是输入输出处理机，或称为主机。在IOP上安装操作系统，它除了负担输入输出工作外，还负责程序的编辑、编译和
调试等工作。
IOP可以是一台通用计算机。分布式存储器并行处理机必须依靠并行算法来提高PE
的利用率。因此，应用领域有限，可以认为是一种专用计算机。数据在局部存储器中的分布是一个很关键的问题。标量指令与向量指令可以并发执行。
共享多体并行存储器SM通过互连网络与各处理单元PE相连。存储模块
的数目等于或略大于处理单元的数目。为了实现无冲突访问，存储模块的个数为质数。在存储模块之间合理分配数据，通过灵活、高速的互连网络，使存储器与处理单元之间的数据传送在大多数向量运算中都能以存储器的最高频率进行，而最少受存储器冲突的影响。
9. 并行处理机的主要特点如下：
（1） 速度快，而且潜力大
（2） 模块性好，生产和维护方便
（3） 可靠性高，容易实现容错和重构
（4） 效率低
1. 多处理机定义：两个或两个以上处理机(包括PU和CU)，通过高速互连网络连接起来，在统一的操作系统管理下，实现指令以上级（任务级、作业级）并行。
按照Flynn分类法，多处理机系统属于MIMD计算机
2. 多处理机分类:多处理机系统由多个独立的处理机组成，每个处理机都能够独立执行自己的程序。
按照处理机之间的连接程度：紧密偶合和松散偶合多处理机
按照是否共享主存储器：共享存储器和分布存储器多处理机
按照处理机类型：同构型和异构型多处理机
按照处理机的个数：大规模并行处理机MPP和对称多处理机SMP
按照PE与IOP之间互连方式：
对称型：每个IOP能够连接到所有PE上 非对称型：每个IOP只与一个PE连接。 冗余对称型：一个PE与多个IOP连接。
按照存储器的访问方式：
均均存储器，UMA模型
非均均存储器，NUMA模型
只有Cache，COMA模型
另外，多向量处理机，机群系统等也称为多处理机系统。
3. 松散偶合多处理机: 处理机之间的连接频带比较低
4. 紧密偶合多处理机:
处理机之间共享主存储器，通过高速总线或高速开关连接。
5. 多处理机系统的特点: 结构灵活、程序并行性、并行任务派生、进程同步、资源分配和进程调度
6. 引起峰值性能下降的原因：
（1）由于处理机之间通信而产生的延迟。
（2）一台处理机与其它处理机同步所需的开销。
（3）当没有足够多任务时，一台或多台处理机处于空闲状态。
（4）由于一台或多台处理机执行无用的工作。
（5）系统控制和操作调度所需的开销。
7. 并行性在很大程度上依赖于R/C比值
R: 程序执行时间，C: 通信开销
R/C小，并行度低。R/C大，并行性高。
R/C是衡量任务粒度(Granularity)的尺度
粗粒度(Coarsegrain)并行：R/C大，通信开销小
细粒度(Finegrain)并行：R/C小，通信开销大
8. 机群的组成和关键技术
包含各类专业文献、各类资格考试、应用写作文书、行业资料、生活休闲娱乐、文学作品欣赏、中学教育、高等教育、【成都理工大学】系统结构总复习 计算机系统结构 清华大学出版社12等内容。　
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