51操作系统.doc

一什么是操作系统?
人脑比较容易接受"类比"这种表达方式,我就用"公交系统"来类比"操作系统"吧
当我们要解决一个问题的时候,是用某种处理手段去完成它,这就是我们常说的"方法",计算机里叫"程序"(有时候也可以叫它"算法")
以出行为例,当我们要从A地走到B地的时候,可以走着去,也可以飞着去,可以走直线,也可以绕弯路,只要能从A地到B地,都叫作方法这种从A地到B的需求,相当于计算机里的"任务",而实现从A地到B地的方法,叫作"任务处理流程"
很显然,这些走法中,并不是每种都合理,有些傻子都会采用的,有些是傻子都不采会用的用计算机的话来说就是,有的任务处理流程好,有的任务处理流程好,有的处理流程差
可以归纳出这么几种真正算得上方法的方法:
有些走法比较快速,适合于赶时间的人;有些走法比较省事,适合于懒人;有些走法比较便宜,适合于穷人
用计算机的话说就是,有些省CPU,有些流程简单,有些对系统资源要求低
现在我们可以看到一个问题:
如果全世界所有的资源给你一个人用(单任务独占全部资源),那最适合你需求的方法就是好方法但事实上要外出的人很多,例如10个人(10个任务),却只有1辆车(1套资源),这叫作"资源争用"
如果每个人都要使用最适合他需求的方法,那司机就只好给他们一人跑一趟了,而在任一时刻里,车上只有一个乘客这叫作"顺序执行",我们可以看到这种方法对系统资源的浪费是严重的
如果我们没有法力将1台车变成10台车来送这10个人,就只好制定一些机制和约定,让1台车看起来像10台车,来解决这个问题的办法想必大家都知道,那就是制定公交线路
最简单的办法是将所有旅客需要走的起点与终点串成一条线,车在这条线上开,乘客则自已决定上下车这就是最简单的公交线路它很差劲,但起码解决客人们对车争用对应到计算机里,就是把所有任务的代码混在一起执行
这样做既不优异雅,也没效率,于是司机想了个办法,把这些客户叫到一起商量,将所有客人出行的起点与终点罗列出来,统计这些线路的使用频度,然后制定出公交线路:有些路线可以合并起来成为一条线路,而那些不能合并的路线,则另行开辟行车车次,这叫作"任务定义"另外,对于人多路线,车次排多点,时间上也优先安排,这叫作"任务优先级"
经过这样的安排后,虽然仍只有一辆车,但运载能力却大多了这套车次/路线的按排,就是一套"公交系统"哈,知道什么叫操作系统了吧?它也就是这么样的一种约定
操作系统:
我们先回过头归纳一下:
汽车                                            系统资源主要指的是CPU,当然还有其它,比如内存,定时器,中断源等
客户出行                                        任务
正在走的路线                                    进程
一个一个的运送旅客                              顺序执行
同时运送所有旅客                                多任务并行
按不同的使用频度制定路线并优先跑较繁忙的路线    任务优先级
计算机内有各种资源,单从硬件上说,就有CPU,内存,定时器,中断源,I/O端口等而且还会派生出来很多软件资源,例如消息池
操作系统的存在,就是为了让这些资源能被合理地分配
最后我们来总结一下,所谓操作系统,以我们目前权宜的理解就是:为"解决计算机资源争用而制定出的一种约定"
二51上的操作系统
对于一个操作系统来说,最重要的莫过于并行多任务在这里要澄清一下,不要拿当年的DOS来说事,时代不同了况且当年IBM和小比尔着急将PC搬上市,所以才抄袭PLM(好象是叫这个名吧?记不太清)搞了个今天看来很"粗制滥造"的DOS出来看看当时真正的操作系统---UNIX,它还在纸上时就已经是多任务的了
对于我们PC来说,要实现多任务并不是什么问题,但换到MCU却很头痛:
1系统资源少
在PC上,CPU主频以G为单位,内存以GB为单位,而MCU的主频通常只有十几M,内存则是Byts在这么少的资源上同时运行多个任务,就意味着操作系统必须尽可能的少占用硬件资源
2任务实时性要求高
PC并不需要太关心实时性,因为PC上几乎所有的实时任务都被专门的硬件所接管,例如所有的声卡网卡显示上都内置有DSP以及大量的缓存CPU只需坐在那里指手划脚告诉这些板卡如何应付实时信息就行了
而MCU不同,实时信息是靠CPU来处理的,缓存也非常有限,甚至没有缓存一旦信息到达,CPU必须在极短的时间内响应,否则信息就会丢失