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卡片式设计,并不能支撑所有的设计需求 | 人人都是产品经理 - 0 views

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    這是一份可以提供PM跟客戶講佈局的參考文章,中間有注意力停留的數據
張 旭

第 06 章 - 計算機概論 - 作業系統概論 - 0 views

  • 自行參考電腦硬體來設計出運算的軟體,當時的系統並沒有『作業系統』的概念,因為應用程式與作業系統是同時設計的。
  • 電腦裡面有儲存設備 (不論是硬碟還是記憶體), 所以電腦硬體裡面會執行一隻監督程式 (monitor),使用者可以預先將自己的程式讀進系統,系統先儲存該程式到佇列 (queue),等到輪到該程式運作後, 就將該程式讀入讓 CPU 開始運作,直到運作結束輸出到印表機之後,將該工作丟棄,然後開始讀入在 queue 裡面的新的程式,依序執行。
  • 將 CPU 與 I/O 分離開
  • ...38 more annotations...
  • 透過卡片與讀卡機,將程式碼一次性的讀進大機器,然後就是等待大機器的運作, 結果再交由印表機印出。如果打卡紙打洞錯誤呢?只好重新打洞,重新排隊去運作程式了。
  • 允許兩個以上的程序在記憶體中等待被 CPU 執行,當 CPU 執行完其中一隻程式後, 第二隻程式就可以立刻被執行,因此效能會比較好。
  • 程序的狀態進入中斷狀態,CPU 不會理會該程序
  • CPU 的排程 (cpu scheduling)
  • 早期單核 CPU 的運作中,CPU 一次只能運作一個工作,因此,若有多個工作要同時進行, 那麼 CPU 就得要安排一個 CPU 運作時間給所有的工作,當該程序達到最大工作時間後,CPU 就會將該工作排回佇列,讓下一隻程序接著運作。
  • 你會覺得 CPU 是同時運作所有的程序,其實不是的!而是 CPU 在各個程序之間切換工作而已。
  • 分時系統其實與多元程式處理系統有點類似, 只是工作的輸入改為透過終端機操作輸入,CPU 可以在各個用戶操作間切換工作,於是每個使用者感覺似乎都是在同步操作電腦系統一般, 這就是分時系統。
  • 早期的程式設計師要設計程式是件苦差事,因為得要了解電腦硬體,並根據該電腦硬體來選擇程式語言,然後根據程式語言來設計運算工作、記憶體讀寫工作、 磁碟與影像輸入輸出工作、檔案存取工作等。等於從硬體、軟體、輸入輸出行為都得要在自己的程式碼裡面一口氣完成才行。
  • 在 1971 年開始的 unix 系統開發後,後續的系統大多使用 unix 的概念
  • 將硬體管理的工作統一交給一組程式碼去進行,而且這組程式碼還提供了一個開發界面
  • 軟體工程師只要依據這組程式碼規範的開發界面後,該軟體開發完成就能夠在這組程式碼上面運作了
  • 程式的執行
  • 作業系統需要將使用者交付的軟體程序分配到記憶體中, 然後透過 CPU 排程持續的交錯的完成各項任務才行。
  • CPU 中斷 (interrupt) 的功能
  • CPU 根據硬體擁有許多與週邊硬體的中斷通道, 當接收到中斷訊號時,CPU 就會嘗試將該程序列入等待的狀態下,讓該硬體自行完成相關的任務後,然後再接管系統。
  • 記憶體管理模組
  • 舊的環境底下,程式設計師需要自己判斷自己的程式會用到多少記憶體,然後自行指定記憶體使用位址的任務。
  • 系統會自動去偵測與管理主記憶體的使用狀態,避免同一個記憶體位址同時被兩個程序所使用而讓程序工作損毀
  • 作業系統核心也在記憶體中, 因此核心也會被這個子系統放入受保護的記憶體區段,一般用戶是無法直接操作該受保護的記憶區段的。
  • 虛擬記憶體 (virtual memory)
  • 主記憶體當中的資料並不是連續的,主記憶體的資料就像磁碟一樣,重複讀、刪、寫之後, 記憶區段是不會連續的
  • CPU 主要讀出虛擬記憶體,記憶體管理模組就會主動讀出資料
  • 一隻程序的資料是連續的 (左側),但是實際上對應的是在主記憶體或其他位置上
  • CPU 排程
  • 作業系統好不好的重要指標之一!如何讓 CPU 在多工的情況下以最快速的方式將所有的工作完成,這方面的演算法是目前各主要作業系統持續在進步的部份。
  • 磁碟存取與檔案系統
  • 作業系統則需要驅動磁碟(不論是傳統硬碟還是 SSD),然後也需要了解該磁碟內的檔案系統格式, 之後透過檔案系統這個子系統來進行資料的處理。
  • 裝置的驅動程式
  • 作業系統必須要能夠接受硬體裝置的驅動,所以硬體製造商可以推出給各個不同作業系統使用的驅動程式 (dirver / modules), 這樣作業系統直接將該驅動程式載入後,即可開始使用該硬體,而不需要重新編譯作業系統。
  • 網路子系統
  • 使用者界面
  • 現代 CPU 設計的主要思考依據,讓一個 CPU 封裝 (單一一顆 CPU 硬體) 裡面,整合多個 CPU 核心,也就是多核心 CPU 製造的思考方向。
  • 對於單執行緒的程式來說, 多核心的 CPU 不見得會跑得比單核的快!這是因為單執行緒只有一個程序在進行,所以 CPU 時脈越高,代表會越快執行完畢。
  • 軟體會將單一工作拆分成數個小工作,分別交給不同的核心去執行,這樣每個核心只要負責一小段任務, 當然 CPU 時脈不用高,只要數量夠大,效能就會提昇很明顯
  • 由於 CPU 是由作業系統控制的,因此,你要使用到多核心的硬體系統,你的作業系統、應用程式都需要設計程可以支援多核心才行!
  • 所謂的平行處理功能,讓一件工作可以拆分成數個部份,讓這些不同的部份丟給不同的 CPU 去運算, 然後再透過一支監控程式,將各別的計算在一定的時間內收回統整後,再次的細分小工作發派出去,持續這些動作後,直到程式執行完畢為止。
  • 對於 Linux 來說,大部分都可以支援到 4096 個 CPU 核心數。
  • 銀行商用大型主機 Unix 系統
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