零、以一个程序的运行作为引子
一个程序是如何运行的？这看起来是个简单的问题，实际上涉及到了许多复杂的内容：
- 计算机体系架构（CPU-内存-I/O设备-外存）；
- 数据在计算机硬盘与内存中的保存形式；
- CPU如何进行运算（加法器）；
- CPU中的寄存器如何存储需要运算的数据（通用寄存器）；
- CPU中的寄存器如何知道要怎么处理数据（指令寄存器–控制总线）；
- CPU如何从内存中传输数据与控制（数据总线与控制总线）；
- CPU如何对内存地址进行定位（分段、分页）；
- 内存地址是如何分配使用的（线性地址与物理地址，寻址方法）；
- 分段与分页式管理方法的意义；
- 进程的概念是什么；
- 进程如何管理一个程序；
- 进程与CPU和内存的关系是什么（通过总线相连，进行数据交换）；
- （更为复杂的）多进程之间的资源争抢问题（锁、死锁）；
- 中断（I/O中断与内存缺页中断等）
- 操作系统设计的权限划分（用户空间与内核空间）；
- 如何用栈传递参数？函数的开始和结束的本质是什么（内存空间、CPU栈等角度）？
一、CPU的工作原理
CPU的发展历史
此处我们主要考虑的是8086这一经典的CPU型号，以及80386包含了分页功能的CPU型号。
为了从原理角度理解CPU的运行，首先以8086为例进行说明，而先不考虑更加高级的分页内存管理方式。（此处可以参考王爽《汇编语言》）
CPU的组成
在逻辑角度上来看，CPU要想进行计算，需要具备什么样的功能呢？
i) 首先需要有计算能力（当然该能力首先就默认CPU具有数据存储的能力）。
ii) 第二应该具有数据传输能力，用于和内存之间进行数据的传递；
iii) 还应该有控制线，即控制下一步做些什么操作；
基于以上三点需求，满足后就可以从最简单的角度上允许CPU进行计算。
那么CPU是如何逻辑划分的呢？从硬件角度上又包含什么呢？
首先引入一个概念：寄存器。
寄存器是CPU中的存储单元。其逻辑结构都相同，如8086CPU中所有寄存器都是16位的，
显然，该寄存器一次能存放一个16Bit的数据，即2^16=65536。
按照上面的需求，寄存器被分为如下几种类型：
- 内存数据寄存器（MDR)：是一个内存缓存的寄存器，用于存放一个数据值本身。这个数据值可能会存放到MAR中，也可能是从MAR中获得的。
- 内存地址寄存器（MAR)：用于存放某个内存单元的地址，将内存单元地址存入该寄存器，便可取出，从而获得内存中该处的值。
- 指令寄存器（IR）：存放当前正在处理的指令。
- 程序计数器（PC或IP)：存放当前要执行的地址。
指令寄存器能够执行的功能：
mov
add
jmp
那么有了以上几种类型的寄存器，CPU是如何执行一段内存中的指令的呢？
首先需要知道CPU访问内存地址的方式，才能将指令和数据从内存读取到CPU中。
如上面所说，CPU与内存之间有三大总线：地址总线（用于传输地址）、数据总线（用于传输数据）、控制总线（用于传输指令）。而对于CPU来说，只有知道了内存的物理地址才能进行实际的操作。
CPU的内存寻址方式
对于8086CPU来说，其采用的是分段式处理方式。CPU中的相关部件提供了两个16位的地址，一个是段地址，一个时段内偏移地址。将段地址和偏移进行移位相加（*16），可以获得实际的物理地址。
其实这是一种通用的寻址方法。即：
物理地址 = 基础地址 + 偏移地址
问题：段地址如何给出？
分段的意义？
指令的定义
无论数据还是指令，都是一些数字。而区分开来便有了意义。
对于指令，从人为定义的角度上规定好了某些数字的含义，这便是指令集。
CPU中寄存器的数目与种类？
从硬件角度上来看，CPU是什么样子的？
问：为什么设计者将寄存器进行分类，而不和内存一样采取通用的存储方式？
答：可能是角色不同：CPU需要运算，而运算的时候，其步骤可以被整理为通用的步骤，因此将其进行预先定义，有利于实现。而内存只是为了存储数据，因此无需（也不能）进行预先定义某个内存地址的作用。
二、内存的组成
内存的硬件结构
内存的物理地址编码
内存的寻址
内存管理：分段
什么是内存分段
为什么发明了分段式内存管理
分段内存管理是如何实现的
如何使用分段内存管理
CPU如何进行内存寻址
CS：IP结构：
内存管理：分页
什么是内存分页
页框与寻址
分页管理的好处是什么
分页管理与分段管理的区别是什么？
CPU如何对一个分页管理的内存系统进行寻址？
中断： 缺页中断
什么是缺页中断
缺页中断是如何运作的？
四、CPU与内存的关系
寄存器
什么是寄存器
寄存器的作用是什么
寄存器在硬件角度是如何实现的
寄存器如何与内存配合使用
CPU的栈
CPU如何载入程序
CPU的栈的作用
CPU的栈的实现
五、程序如何运行
进程这一概念的发展
进程需要解决什么问题
进程的管理
进程的组成部分
进程控制块
进程控制块如何进行内存寻址
进程控制块如何将内存中的数据传入CPU
进程在内存中的存放形式
CPU如何继续下一步操作
举一个程序运行的例子，从在内存中的存储形式、CPU在内存中的寻址、分段/分页 、寄存器的使用等角度进行考虑
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