中断处理.ppt

第二章 操作系统的硬件环境 OS的运行环境： 硬件环境； 其它系统软件形成的软件环境。 操作系统运行的硬件环境组成 中央处理器（CPU） 存储系统 缓冲技术 中断机制 I/O系统 时钟以及时钟队列 概述 任何系统软件都是硬件功能的延伸，离不开硬件设施的支持。 OS更是直接依赖于硬件条件，与硬件的关系十分密切，OS的硬件环境以比较分散的形式同各种管理相结合。 实现操作系统时必须理解: 计算机基本结构 操作系统管理的重要资源 简单的个人计算机中的部件 一、中央处理器（CPU） 专门设计了一系列基本机制： - 具有特权级别的处理器状态，能在不同特权级运行的各种特权指令； - 硬件机制使得OS可以和普通程序隔离，实现保护和控制。 1、CPU的构成与基本工作方式 运算器 处理器中的寄存器 速度比主存快得多； 造价高，容量一般都很小，存储能力有限。 两类寄存器： 用户可见寄存器，机器语言直接引用，高级语言编译器通过算法分配并使用之，以减少程序访问主存次数。 指令执行的基本过程（1） 两个步骤： 先从存储器中每次读取一条指令 然后执行这条指令 一个单条指令处理过程称为一个指令周期，程序的执行是由不断取指和执行的指令周期组成，仅当关机、出错或有停机相关指令时，程序才停止。 指令执行的基本过程（2） 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 按功能可将指令分为5类： 访问存储器指令： 处理器和存储器间数据传送。 I/O指令： 处理器和I/O模块间数据传送和命令发送。 算术逻辑指令（数据处理指令）： 执行数据算术和逻辑操作。 控制转移指令： 指定一个新的指令的执行起点。 处理器控制指令： 修改处理器状态，改变处理器工作方式。 2、特权指令和非特权指令 按使用权限划分，使用多道程序设计技术的计算机指令系统中的指令可分为两类： 特权指令：只能由操作系统使用的指令，一般引起处理器状态的切换。 处理器通过特殊的机制将处理器状态切换到操作系统运行的特权状态（管态）。 然后将处理权移交给操作系统中的一段特殊代码，这一个过程称为陷入。 非特权指令：OS和一般用户使用。 ? CPU如何知道当前运行的是操作系统还是一般应用软件？有赖于处理器状态的标识。 3、处理器的状态 根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不同状态。 多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态 管态：操作系统管理程序运行的状态，较高的特权级别，又称为特权态（特态）、核心态、系统态。 目态：用户程序运行时的状态，较低的特权级别，又称为普通态（普态）、用户态。 有些系统将处理器状态划分核心状态、管理状态和用户程序状态（目标状态）三种。 管态和目态的差别及转换 处理器处于管态时： 全部指令（包括特权指令）可以执行； 可使用所有资源； 并具有改变处理器状态的能力。 处理器处于目态时： 只有非特权指令能执行。 目态→管态 唯一途径：中断。 管态→目态 设置PSW(修改程序状态字) 可实现。 4、程序状态字PSW (Program Status Word ) 在PSW中专门设置一位，根据运行程序使用指令的权限而设置CPU状态。PSW通常包括以下状态代码： CPU的工作状态码——指明管态还是目态，用来说明当前在CPU上执行的是操作系统还是一般用户，从而决定其是否可以使用特权指令或拥有其他的特殊权力； 条件码——反映指令执行后的结果特征； 中断屏蔽码——指出是否允许中断。 不同机器的PSW的格式及其包含的信息都不同。 例:微处理器M68000的程序状态字 二、存储系统 存储管理有关的机构时支持OS运行硬件环境的一个重要方面： 作业必须把它的程序和数据存放在内存中才能运行； 多道程系统中，若干个程序和相关的数据要放入内存，操作系统要管理、保护程序和数据，使它们不至于受到破坏； 操作系统本身也要存放在内存中并运行。 1、存储器的类型 读写型存储器RAM（RandomAccess Memory）：可以把数据存入任一地址单元，也可以在以后的任何时候把数据读出或重新存入另外的数据。 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:早期的IBM-PC的 BIOS和BASIC解释程序被固化于ROM中 PROM：可编程只读存储器，使用特殊写入器写入数据; EPROM：电可擦写可编程只读存储器，用特殊的紫