实际操作系统硬件环境.ppt

实际操作系统硬件环境;概述;简单的个人计算机中的部件;一、中央处理器（CPU）;1、CPU的构成与基本工作方式;寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备 在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度 高速缓存处于CPU和物理内存之间 一般由控制器中的内存管理单元（MMU：Memory Management Unit）管理 访问速度快于内存，低于寄存器 利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问得以匹配，从而提高CPU的效率;处理器中的寄存器;用户可见寄存器;控制和状态寄存器;指令执行的基本过程（1）;每个指令周期开始时，依据在程序计数器中的指令地址从存储器中取一条指令 在取指完成后根据指令类别自动将程序计数器的值变成下条指令的地址，自增1 取到的指令放在指令寄存器中 处理器解释并执行所要求的动作;5类指令;2、特权指令和非特权指令;3、处理器的状态;实例：x86系列处理器（1）;各个级别有保护性检查（地址校验、I/O限制） 特权级别之间的转换方式不尽相同 四个级别运行不同类别的程序： R0-运行操作系统核心代码 R1-运行关键设备驱动程序和I/O处理例程 R2-运行其他受保护共享代码，如语言系统运行环境 R3-运行各种用户程序 现有基于x86处理器的操作系统，多数UNIX、Linux以及Windows系列大都只用了R0和R3两个特权级别;管态和目态的差别;4、程序状态字PSW (Program Status Word );例:微处理器M68000的程序状态字;CF： 进位标志位 ZF： 结果为零标志位 SF： 符号标志位 OF： 溢出标志位;CPU状态的转换;二、存储系统;1、存储器的类型;只读型存储器 ROM（ Read-Only Memory） ：只能从其中读取数据，但不能随意用普通方法写入数据（写入数据只能用特殊方法） 在微机中，一些常驻内存的模块以微程序形式固化在ROM中，如:PC BIOS和CBASIC解释程序被固化于ROM中 PROM：可编程只读存储器，使用特殊PROM写入器写入数据 EPROM：电可擦写可编程只读存储器，用特殊的紫外线光照射此芯片，以“擦去”信息，恢复原来状态，再使用特殊EPROM写入器写入数据 闪存（flash memory）;2、存储器的层次结构;容量、速度和成本 三个目标不可能同时达到最优，要???权衡 存取速度快，每比特价格高 容量大，每比特价格越低，同时存取速度也越慢 解决方案：采用层次化的存储体系结构 当沿着层次下降时 每比特的价格将下降，容量将增大 速度将变慢，处理器的访问频率也将下降;层次化的存储体系结构;存储访问局部性原理;设计多级存储的体系结构;T1：I级存储器的存取时间 T2：II级存储器的存取时间;3、存储分块;4、存储保护设施;保护的硬件支持;界地址寄存器（界限寄存器）;;存储键;地址转换机制;CPU;地址转换机制;三、中断技术;1、中断的概念;中断/异常：指系统发生某个异步/同步事件后,处理机暂停正在执行的程序,转去执行处理该事件程序的过程 中断的引入：为了开发CPU和通道(或设备)之间的并行操作，当CPU启动通道(或设备)进行输入/输出后，通道便(或设备)可以独立工作了，CPU也可以转去做与此次输入/输出不相关的事情，那么通道(或设备) 输入/输出完成后，还必须告诉CPU继续输入/输出以后的事情，通道(或设备)通过向CPU发中断告诉CPU此次输入/输出结束;异常引入：用于表示CPU执行指令时本身出现算术溢出、零做除数、取数时的奇偶错，访存指令越界或就是执行了一条所谓“异常指令”（用于实现系统调用）等情况，这时中断当前的执行流程，转到相应的错误处理程序或异常处理程序 注意：最早中断和异常并没有区分，都把它们叫做中断。随着它们的发生原因和处理方式的差别愈发明显，才有了以后的中断和异常 ;中断(外中断);2、中断系统;中断源：引起中断发生的事件 中断寄存器：记录中断 中断字：中断寄存器的内容 系统堆栈: 在内存开辟的一块区域，用于临时保存现场;中断优先级设计原则：一般来说，高速设备的中断优先级高，慢速设备的中断优先级低。因为高速设备的中断被处理机优先响应时，可以让处理机尽快地向它发出下一个I/O请求，提高高速设备的利用率 如PDP-11机上的UNIX系统把中断级别分为： 时钟中断——中断优先级＝6级 磁盘中断——中断优先级＝5级 终端等其他外设中断——中断优先级＝4级 ;处理机优先级：指出处理机正运行程序的中断响应级别。即当处理机处于某一优先级时，只允许处理机去响应比该优先级高的中断,而屏蔽低于或等于该优先级的中断。可以通过置处理机优先级来通知硬件：屏蔽优先级小于等于处理机优先级的中断 中断屏蔽：指禁止处理