写在前面：本文中引用部分为教材中的原文，后面的正文是笔记和理解。
关键概念与笔记
①
计算机系统可以大致分为4个组成部分：计算机硬件、操作系统、系统程序与应用程序和用户。
操作系统是一个特殊的软件，介于硬件和程序之间，让开发者和用户更好地使用硬件资源。
②
当打开电源和重启时，计算机开始运行，它需要一个初始化程序。该初始化程序或引导程序（bootstrap program）比较简单，通常位于ROM或EEPROM中，称为计算机的固件。
③
通常，指针表位于低地址内存（前100左右的位置）。这些位置包含各种设备的中断处理子程序的地址。这种地址的数组或中断向量（interrupt vector）可通过唯一设备号来索引。
中断体系结构，会保护被中断指令的地址（内存）。而且当一个中断正在处理，另一个中断无法响应。
④
一个典型指令执行周期（在冯·诺依曼体系结构上执行时)首先从内存中获取指令并保存在指令寄存器（instrction register）中。接着，指令被解码，并可能导致从内存中获取操作数保存在内存寄存器中。在指令完成时对操作数的执行后，其结果可以存回内存。
⑤
对于设备驱动程序控制的I/O中断驱动适合移动少量数据，但对于大块的数据移动，如磁盘I/O，就会带来超载问题。DMA（direct memory access，直接内存访问）就是为了解决这个问题而设计的。
少量数据–>缓存，设备驱动程序控制
大量数据–>DMA
⑥
在许多应用中计算机系统不断增加的可靠性是很关键的。这种能提供与正常工作的硬件成正比的服务的能力被称为适度退化（graceful degradation），有些系统超出适度退化的能力被称为容错（fault tolerant），因为它们能忍受单个部件的错误并继续操作。
类似“适度退化”来提高系统的可靠性的还有磁盘的RAID结构，通过增加磁盘的数量来存储冗余信息，防止磁盘损坏导致信息丢失。（第十二章）
⑦
多道程序设计（multiprogamming）通过组织作业（编码或数据）使CPU总有一个作业可执行，从而提高CPU的利用率。分时系统（time sharing）（或多任务）是多道程序设计的延伸。
通常由于主存较小而不能容纳太多作业，所以这些作业刚开始存储在磁盘的作业池（job pool）中。该池由所有驻留在磁盘中需要等待分配存储内存的作业组成。如果多个作业需要调入内存但没有足够的内存，那么系统必须在这些作业中做出选择，这样的决策被称为作业调度（job scheduling）。
当操作系统从作业池中选中一个作业，就将它调入内存来执行。在内存中同时有多个程序运行，需要一定形式的内存管理。
如果有多个任务同时需要执行，那么系统必须做出选择，这样的选择称为CPU调度（CPU scheduling）。
这里有三个调度的概念：作业调度，内存管理，cpu调度。这里简单地区分这三个：
作业调度，是在
为了保护数据和系统，确保操作系统的正常执行，必须区分操作系统代码和用户定义代码的执行。操作系统提供硬件支持各种执行模式：至少需要两种独立的操作模式：用户模式（user mode）和监督程序模式（monitor mode）（也称为管理模式）、系统模式（system mode）或特权模式（privileged mode）。
注意这是通过“提供硬件支持”来实现的。
拓展
① 引导程序和系统启动引导过程是怎样的。
简单地叙述系统启动引导过程：
1. 指令寄存器
通电后直接设置指令寄存器为某个指令的地址，执行这个指令，这个指令一般就是BIOS（基本输入输出系统）的首地址。
2. BIOS
分为两步，第一步进行硬件自检，进行最底层的硬件的设置和控制。第二步根据boot sequence序列顺序（以设备为单位，即设备的顺序），加载引导扇区（512B），找到扇区满足它的最后两个字节是OX55AA。
3. 引导扇区的结构（MBR）：
- 第1-446字节：调用操作系统的机器码。
- 第447-510字节：硬盘分区表（Disk Partition Table，DPT），将硬盘分成若干分区。
- 第511-512字节：主引导记录签名（0x55和0xAA）。
MBR的分区表的结构：
MBR中的分区表长度只有64个字节，里面分成4项，每项16个字节，所以一个硬盘最多只能分四个一级分区，又叫做”主分区”。每个区可以安装不同的操作系统，”主引导记录”因此必须知道将控制权转交给哪个区。
每个主分区的16个字节，由6个部分组成：
- 第1个字节：如果为0x80，就表示该主分区是激活分区，控制权要转交给这个分区。四个主分区里面只能有一个是激活的。
- 第2-4个字节：主分区第一个扇区的物理位置（柱面、磁头、扇区号等等）。
- 第5个字节：主分区类型。
- 第6-8个字节：主分区最后一个扇区的物理位置。
- 第9-12字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址。
- 第13-16字节：主分区的扇区总数。
4. 卷引导记录
激活四个主分区中的激活分区，取出激活分区的第一个扇区，叫做”卷引导记录”（Volume Boot Record，缩写为VBR，也可称为分区引导记录，Partition Boot Record，缩写为PBR）。
“卷引导记录”的主要作用是，寻找激活分区根目录下的NTLDR（XP）、bootmgr（Win7 above）、grldr（Grub）、btldr.mbr（BootLink）等可用于引导的程序。
5. 启动管理器
“启动管理器”（boot loader）是系统预先安装的程序，由用户选择启动哪一个操作系统。”卷引导记录”搜索到激活分区中的”启动管理器”，将控制权交给”启动管理器”运行。
“启动管理器”寻找激活分区中的启动配置数据（如：Win7中的BCD文件、XP中的boot.ini文件），根据启动配置数据，在显示器上显示多操作系统选择画面。选择相应的操作系统，控制权交给操作系统。
Linux环境中，目前最流行的启动管理器是Grub。在windows下为启动管理器bootmgr（xp中的ntldr文件）。
② 初学者可能会对缓存（buffer）有疑问（我初学这个概念的时候也一样）：
既然外存的速度那么慢，cpu寄存器速度那么快，为什么不用速度更快的cpu寄存器或者缓存呢？
这里有两个需要考虑的因素：成本和能耗。速度更快的成本太高，会导致整个计算机的成本增加特别多，而且只是用来存储，速度不必那么快。而速度更快的能耗也会很高，散热更加困难，散热太慢还会反过来影响性能。综上，现在的cpu–缓存–外存是成本性能折中的结果。
③ 作业调度，cpu调度，进程调度，内存管理等到底有什么区别？
参考资料：