操作系统计算机结构与工作原理基础知识..课件.pptVIP

PrinciplesofOperatingSystem彭文青

第一章操作系统是计算机的大脑、中枢神经、是计算机的灵魂。你想了解计算机的中枢神经是怎样工作的吗？

本章讨论的问题冯·诺依曼型计算机体系结构指令执行的基本过程与操作系统相关的几种主要寄存器各种存储器的访问速度关于操作系统内核关于中断关于处理机指令系统关于进程运行的状态

为什么要学习“操作系统”操作系统OS（OperatingSystem）是最重要的系统软件，在计算机系统中占据了特殊重要的地位。1.OS是配置在计算机硬件上的第用户程序一层软件，是对计算机硬件的首系统应用程序次扩充。操操作作系系统统2.所有的计算机软件都必须在裸机操作系统的支持下才能运行。

计算机的五代变化第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处理；第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控制；第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算机：小型计算机；第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成电路计算机：微型计算机；第五代为1991年开始，巨大规模集成电路计算机,单片计算机开始出现。

基本组成控制器：人的大脑的操作控制功能运算器：人的大脑的计算功能存储器：人的大脑记忆功能输入设备：交互接口，笔输出设备：交互接口，纸

冯·诺依曼型计算机存储程序并按地址顺序执行-------这就是冯·诺依曼型计算机的设计思想，也是机器自动化工作的关键。五大部件：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备以运算器为中心

指令的执行执行指令的基本过程分为两步，即:从内存把指令读入的过程和执行的过程。其中，读指令是根据程序计数器PC所指的地址读入，而执行的指令则是指令寄存器IR中的指令。我们把指令的读入和执行过程称为一个执行周期。图指令的执行周期

图计算机的基本硬件元素

图控制器基本组成框图11

与操作系统相关的几种主要寄存器寄存器与操作系统密切相关，因为它们是在处理机中交换数据的速度比内存更快、体积也更小，而价格又更贵的暂存器件。处理机中寄存的功能分为二类，即用户可编程的寄存器以及控制与状态寄存器。机器语言或汇编语言的程序员可对用户可编程寄存器进行操作，以获得更高的执行效率等。控制与状态寄存器则被用来对处理机的优先级、保护模式或用户程序执行时的调用关系等进行控制和操作。一般来说，用户可编程寄存器和控制与状态寄存器之间没有严格的区分和限制，在不同的系统中，寄存器的功能和作用可能不完全相同。

典型的用户可编程寄存器包括以下几种：1.数据寄存器编程人员可以通过程序赋予数据寄存器众多的功能。一般来说，对数据进行操作的任何机器指令都被允许访问数据寄存器。不过，根据硬件设置的规定，这些寄存器也可能只被允许进行浮点运算或被其他某些规定所限制。2.地址寄存器地址寄存器一般用来存放内存中某个数据或指令的地址，或者存放某段数据与指令的入口地址以及被用来进行更复杂的地址计算。下面几种寄存器都可被认为是地址寄存器：

(1）地址标识位寄存器；(2）内存管理用各种始地址寄存器；(3）堆栈指针；(4）设备地址寄存器等。3.条件码寄存器条件码寄存器也称标志寄存器。条件码寄存器的比特位由处理机硬件设置。典型的控制与状态寄存器包括以下几种：4.程序计数器PC程序计数器内装有下一周期被执行指令的地址。5.指令寄存器IR指令寄存器内装有待执行指令。

6.程序状态字PSW程序状态字寄存器的各个比特位代表系统中当前的各种不同状态与信息。如执行模式是否允许中断等。7.中断现场保护寄存器如果系统允许不同类型的中断存在，则会设置一组中断现场保护寄存器以便保存被中断程序的现场和链接中断恢复处。8.过程调用用堆栈堆栈被用来存放过程调用时的调用名、调用参数、以及返回地址等。寄存器被广泛应用于计算机系统中，它们与操作系统有着非常直接和密切的关系。操作系统设计人员只有在完全掌握和了解硬件厂商所提供的各种寄存器的功能和接口之后，才能进行操作系统设计。

关于程序状态字PSW任何程序运行时都有反映其运行状态的一组信息，这组信息集中在一起成为程序状态字(PSW).程序状态字是反映程序执行时机器所处的现行状态的代码，并存放在特定的寄存器中，其主要内容包括：1.程序当前应执行的指令；2.当前指令执行情况；3.处理机所处的状态；4.程序在执行时应屏蔽的中断；5.寻址方法，编址，保护键；6.响应中断的内容。。。。程序状态字如何存放，不同的机器有不同做法。大型机往往存放在一个称为程序状态字（双字）的寄存器中。而小型机或微机则放在两个寄存器中：指令计数PC和处理机状态寄存器PS.

存储器的层次结构与访问速度一般来说，容量越大的存储介质，访问速度会越慢，但单位存储的成本越低。例如，光盘和磁带。反过来说，如果存