處理器管理

計算機系統的核心是中央處理器。

1.單處理器系統：一個計算機系統只包括一個運算處理器。

2.多處理器系統：一個計算機系統有多個運算處理器。

3.串行和並行

·早期計算機系統是基於單個處理器的順序處理機器，程序員編寫串行執行的代碼，讓其在處理器上串行執行，每條指令的執行也是串行的（取指令、取操作數、執行操作、存儲結果）。

4.計算機系統結構分類

計算機系統可以分作以下四類：

·單指令流單數據流（SISD）：一個處理器在一個存儲器中的數據上執行單條指令流。

單指令流多數據流（SIMD）：單條指令流控制多個處理單元同時執行，每個處理單元包括處理器和相關的數據存儲，一條指令控制了不同的處理器對不同的數據進行操作。向量機和陣列機是這類計算機系統的代表 。

SIMD

在一台SIMD計算機中，有一個控制部件（又稱為控制單元，control unit）和許多處理單元（processing unit）。大量的處理單元通常構成陣列，因此SIMD計算機有時也稱為陣列處理機。所有的處理單元在控制部件的統一控制下工作。控制部件向所有的處理單元廣播同一條指令，所有的處理單元同時執行這條指令，但是每個處理單元操作的數據不同。控制部件可以有選擇地屏蔽掉一些處理單元，被屏蔽掉的處理單元不執行控制部件廣播的指令。

·多指令流單數據流（MISD）：一個數據流被傳送給一組處理器，通過這一組處理器上的不同指令操作最終得到處理結果。

不同的處理器按照不同的模式來協同處理同一組數據，期望以最快最好的方式得到結果。

正在研究中…

·多指令流多數據流（MIMD）：多個處理器對各自不同的數據集同時執行不同的指令流。可以把MIMD系統劃分為共享內存緊密耦合MIMD系統和內存分佈鬆散耦合MIMD系統兩大類。

根據處理器分配策略，緊密耦合MIMD系統可以分為主從式系統MSP（Main/Slave Multiprocessor）和對稱式系統SMP（Symmetric Multi-Processor）兩類。

主從式系統基本思想是：在一個特別的處理器上運行操作系統內核，其他處理器上則運行用户程序和操作系統例行程序，內核負責分配和調度各個處理器，並向其他程序提供各種服務。

在對稱式多處理器系統中有兩個或兩個以上的處理器，操作系統內核可以運行在任意一個處理器上。每個處理器都可以自我調度運行的進程和線程，單個進程的多個線程可在不同處理器上同時運行。操作系統內核也被設計成多進程或多線程，內核的各個部分可以並行執行。

在鬆散耦合MIMD系統中，每個處理單元都有一個獨立的內存儲器，各個處理單元之間通過設定的線路或網絡通信，多計算機系統和集羣（Cluster）系統都是鬆散耦合MIMD系統的例子。

計算機系統的處理器包括一組寄存器，其個數根據機型的不同而不同，它們構成了一級存儲，比主存容量小，但訪問速度快。這組寄存器所存儲的信息與程序的執行有很大關係，構成了處理器現場。

·每一個進程被暫時中止執行時，操作系統就要保存相關的信息（包括處理器現場）以保證未來某個時刻，該進程可以繼續執行。

這些寄存器可分成以下幾類：

·通用寄存器：可由程序設計者指定許多功能，如存放操作數或用作尋址寄存器。

·數據寄存器：存放操作數，作為內存數據的高速緩存。

·地址寄存器：指明內存地址，如索引寄存器、段寄存器、堆棧指針寄存器等。

·I/O地址寄存器：指定I/O設備。

·I/O緩衝寄存器：用於處理器和I/O設備交換數據。

·控制寄存器：存放處理器的控制和狀態信息，至少包括程序計數器PC和指令寄存器IR，中斷寄存器以及用於存儲器和I/O模塊控制的寄存器。還有存放將被訪問的存儲單元地址的存儲器地址寄存器，以及存放從存儲器讀出或欲寫入的數據的存儲器數據寄存器。

·其他寄存器