Windows操作系统-体系结构(一)

计算机的五种分类计算机是一种能够进行数据处理和程序运行的智能电子设备。

它广泛应用于各个领域，并且在不断发展中。

随着计算机的快速发展和不断衍生出的各种类型，我们可以将计算机按照多个不同的方面进行分类。

本文将介绍计算机的五种主要分类，包括用途、规模、性能、操作系统和体系结构。

一、按用途分类根据计算机的用途，可以将其分为通用计算机和专用计算机两种类型。

1. 通用计算机：这是我们常见的个人电脑(PC)和笔记本电脑。

通用计算机旨在满足广泛的计算需求，例如办公任务、网上浏览、娱乐等。

通用计算机具有较高的灵活性和可扩展性，用户可以根据自己的需求进行自定义设置。

2. 专用计算机：专用计算机是根据特定任务或应用开发的计算机系统。

例如，工业控制计算机用于自动化生产线的控制，超级计算机用于科学研究和大规模数据处理等。

专用计算机通常具有高性能和专业化的软硬件，以实现特定任务的最佳效率。

二、按规模分类计算机根据处理能力和规模的不同可以分为四种类型，分别是超级计算机、主机/服务器、个人计算机和嵌入式系统。

1. 超级计算机：超级计算机是世界上处理速度最快的计算机系统。

它们被广泛应用于气象预测、天文学、生物医学和核能模拟等领域。

超级计算机通常由多个处理器、高速存储器和大规模并行处理能力组成。

2. 主机/服务器：主机/服务器是能够处理大型数据和请求的计算机系统。

它们广泛应用于企业、学校和政府机构的数据存储和共享、网络服务等方面。

主机/服务器通常由一台或多台主机和多个客户端组成，主机负责管理和分发数据。

3. 个人计算机：个人计算机是指桌面计算机和笔记本电脑。

它们是适用于个人使用的计算机系统，用于个人娱乐、学习和办公等。

个人计算机通常由单个处理器和标准外部设备组成。

4. 嵌入式系统：嵌入式系统是嵌入在其他设备或系统中，用于特定的控制和功能。

例如，智能手机、智能家居设备和汽车引擎控制系统中都嵌入有计算机。

嵌入式系统通常具有小型化、低功耗和高度集成的特点。

计算机系统组成是什么计算机系统是如何组成的计算机系统是由多个不同组件、部件和技术构成的复杂系统。

每个组件都有特定的功能和目的，合在一起形成了一个完整的计算机系统。

计算机系统的组成主要包括以下几个方面：中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备、操作系统和应用软件。

1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机系统的核心，负责执行程序和处理数据。

它通常由控制单元和算术逻辑单元组成。

控制单元负责指挥和协调系统的各个部件，实现程序的顺序执行，而算术逻辑单元则负责执行算术和逻辑运算。

2. 存储器：存储器用于存储数据和程序。

计算机存储器层次结构分为主存储器和辅助存储器。

主存储器通常是使用半导体材料制造的随机访问存储器（RAM），用于存储当前正在运行的程序和处理的数据。

而辅助存储器（如硬盘、固态硬盘和光盘等）则用于长期存储数据和程序。

3. 输入输出设备：输入输出设备用于与外部世界进行交互。

常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪和摄像头等，用于将数据和命令输入到计算机系统中。

而输出设备如显示器、打印机和音频设备等则用于将计算机系统处理的结果反馈给用户。

4. 操作系统：操作系统是计算机系统的核心软件，它协调和管理计算机系统的各个硬件和软件资源。

操作系统负责分配CPU时间、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口等。

常见的操作系统包括Windows、macOS和Linux等。

5. 应用软件：应用软件是用户使用计算机系统解决问题和完成工作的工具。

它包括各种办公软件、娱乐软件、图形设计软件、数据库管理软件等。

应用软件使用户能够利用计算机系统的功能实现各种任务和目标。

计算机系统的组成是一个相互协作的整体。

中央处理器通过存储器获取指令和数据进行处理，然后将结果输出到输出设备中显示给用户。

操作系统负责管理各个组件的资源和协调他们之间的通信。

应用软件则建立在操作系统之上，充分利用计算机系统的硬件和操作系统提供的功能。

另外，计算机系统的组成还涉及到计算机体系结构、总线技术、输入输出控制等方面。

通用计算机操作系统典型体系结构一、模块组合结构模块组合结构是在软件工程出现以前的早期操作系统以及目前一些小型操作系统最常用的组织方式。

操作系统刚开始发展时是以建立一个简单的小系统为目标来实现的，但是为了满足其他需求又陆续加入一些新的功能，其结构渐渐变得复杂而无法掌握。

以前我们使用的MS-DOS就是这种结构最典型的例子。

这种操作系统是一个有多种功能的系统程序，也可以看成是一个大的可执行体，即整个操作系统是一些过程的集合。

系统中的每一个过程模块根据它们要完成的功能进行划分，然后按照一定的结构方式组合起来，协同完成整个系统的功能。

如图1所示:在模块组合结构中，没有一致的系统调用界面，模块之间通过对外提供的接口传递信息，模块内部实现隐藏的程序单元，使其对其它过程模块来说是透明的。

但是，随着功能的增加，模块组合结构变得越来越复杂而难以控制，模块间不加控制地相互调用和转移，以及信息传递方式的随意性，使系统存在一定隐患。

二、层次结构为了弥补模块组合结构中模块间调用存在的固有不足之处，就必须减少模块间毫无规则的相互调用、相互依赖的关系，尤其要清除模块间的循环调用。

从这一点出发，层次结构的设计采用了高层建筑结构的理念，将操作系统或软件系统中的全部构成模块进行分类:将基础的模块放在基层(或称底层、一层)，在此基础上，再将某些模块放在二层，二层的模块在基础模块提供的环境中工作;它只能调用基层的模块为其工作，反之不行。

严格的层次结构，第N+l层只能在N层模块提供的基础上建立，只能在N层提供的环境中工作，也只能向N层的模块发调用请求。

在采用层次结构的操作系统中，各个模块都有相对固定的位置、相对固定的层次。

处在同一层次的各模块，其相对位置的概念可以不非常明确。

处于不同层次的各模块，一般而言，不可以互相交换位置，只存在单向调用和单向依赖。

Unix/Linux系统采用的就是这种体系结构。

如图2:在层次结构中，强调的是系统中各组成部分所处的位置，但是想要让系统正常运作，不得不协调两种关系，即依赖关系和调用关系。

计算机体系结构各章简答题及答案第⼀章计算机体系结构的基本概念1. 什么是计算机系统的多级层次结构？2. 硬件和软件在什么意义上是等效的在什么意义上是不等效的？3. 经典计算机系统结构的实质是什么？4. 语⾔实现的两种基本技术是什么？5. 对于通⽤寄存器型机器来说，机器语⾔程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些？6. 什么是软件兼容软件兼容有⼏种其中哪⼀种是软件兼容的根本特征？7. 什么是系列机它的出现较好地解决了什么⽭盾？8. 对计算机发展⾮常关键的实现技术有哪些？9. 实现软件移植的主要途径有哪些？10. 试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。

11. 存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么？12. 从系统结构的发展情况看，新型系统结构的设计主要从哪两⽅⾯着⼿？13. 软件技术两个最重要的发展趋势是什么？14. 计算机系统设计⼈员的技术挑战主要来⾃哪⼏个⽅⾯？15. ⼀种计算机系统结构的⽣命周期是怎样的？16. 商品的标价（价格）由哪些因素构成？17. 对计算机系统成本产⽣影响的主要因素有哪些？18. ⽤户CPU时间由哪三个因素决定？19. ⽬前常⽤的测试程序分为哪五类？20. 什么叫测试程序组件在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个？21. SPEC2000测试程序组件中包括哪⼏个测试程序组件？22. 测试基于Microsoft公司的Windows系列操作系统平台的最常⽤测试组件有哪些？23. 常⽤的专门的性能指标测试程序有哪些？24. 计算机系统结构设计和分析中最经常使⽤的三条基本原则是什么25. 根据Amdahl定律，系统加速⽐由哪两个因素决定？26. 从执⾏程序的⾓度看，并⾏性等级从低到⾼可分为哪⼏级？27. 从处理数据的⾓度，并⾏性等级从低到⾼可以分为哪⼏级？28. 计算机系统中提⾼并⾏性的技术途径有哪三种？29. 多机系统的耦合度可以分为哪⼏类？30. 单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机？31. 三种类型的多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）的主要区别是什么1. 什么是计算机系统的多级层次结构从计算机语⾔的⾓度，把计算机系统按功能划分成以下多级层次结构：2. 硬件和软件在什么意义上是等效的在什么意义上是不等效的硬件和软件在功能实现上是等效的，即⼀种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。

Windows 的体系结构Windows 的体系结构分析环境reactos0.3.1 ，i386体系]了解了windows的体系结构才知道reactos到底要干什么，以及如何干，因为reactos的目标是兼容windows。

下面是windows的体系结构：这是整个windows的体系结构的总览。

从图上可以看出系统被分成内核模式和用户模式。

内核模式的构成文件是系统的核心文件她包含：hal.dllntoskrnl.exe设备驱动文件系统驱动图形设备驱动win32k.sys1.首先来看第一层HAL（硬件抽象层）HAL使得reactOS 内核可以运行在不同的x86母板上。

HAL为内核抽象母板的特定代码也许是对不同母板定义一种抽象的接口，向上提供一种标准的接口调用，这样不同的母板就不需要改变内核，思想上有点像驱动程序的设计，不过用在另外一个地方（具体的实现目前还不知道，以后边看代码边了解）。

2.ntoskrnl（内核）内核又分成两层，第一层有的称为核心层（core）提供非常原始且基本的服务，如多处理器的同步、线程调度、中断分派等等。

第二层是执行体（EXECUTIVE）内核执行体提供了系统的服务，这里的服务不是指windows服务管理器看到的那种服务，而是一些系统函数。

而这些函数被划分成不同的类别：具备虚拟存储的内存管理：采用分段和分页以及虚拟内存的方式管理内存的使用。

对象管理：采用面向对象的思想，用C来实现，在windows中一切资源都被抽象为对象。

如文件对象，进程线程对象等。

进程线程管理：负责创建和终止进程、线程。

配置管理：负责管理注册表安全引用监视：在本地计算机上执行安全策略，保护计算机的资源I/O管理：实现I/O的设备无关性，并负责把I/O请求分配给相应的设备驱动程序以进一步处理即插即用管理器（PNP）：确定设备应该由哪个驱动程序来支持并负责加载相应驱动。

在启动时的枚举过程中，它收集每个设备所需要的硬件资源，并根据设备的需要来分配合适的硬件资源如I/O端口，IRQ，DMA通道之类，当系统中的设备发生变化时它负责向系统和应用程序发送通知消息。