2326操作系统2解答.ppt

第二章 计算机系统结构简介 计算机系统结构（P15~16）： 硬件环境（P17~21）： CPU与外设的并行工作、存储体系、保护措施 操作系统结构（P21~24）： 设计目标、层次结构、UNIX系统结构 操作系统与用户的接口（P24~26）： 操作控制命令、系统调用 UNIX的用户接口（P26~32）： UNIX是一个交互式的分时操作系统。UNIX系统调用的trap指令。 ★ ★ 计算机系统结构 硬件系统 中央处理器（CPU 存储器 输入/输出系统 输入/输出设备：键盘、鼠标、打印机、显示器、绘图仪等 软件系统 系统软件：如操作系统、编译系统等 支撑软件：是可支持其他软件的开发和维护的软件。 应用软件：是按特定领域中的某种需要而编写的专用程序。 系统工作框架 主存储器 辅助存储器：磁盘、磁带、光盘 执行一条指令 中断装置中断占用CPU 事件服务程序处理事件 事件发生 执行完毕 完毕 N 继续 CPU与外设的并行工作 CPU 主存 输入机 启动 启动 磁带机 I/O中断 I/O中断 CPU与外界设备并行工作示意 I/O中断作用： 为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求 存储体系 在计算机系统中用来存放程序和数据的部件是存储器。现代计算机都采用多级存储体系，它包括寄存器、主存储器、高速缓存存储器和辅助存储器。 1.寄存器 寄存器是处理器的组成部分，用来存放处理器的工作信息。 分类： ⑴通用寄存器：存放参加运算的操作数、指令的运算结果等 ⑵指令寄存器：存放当前从主存储器读出的指令 ⑶控制寄存器：存放控制信息以保证程序的正确执行和系统的安全。以下为常用的四种： ①程序状态字寄存器：存放当前程序执行时的状态 ②中断字寄存器：记录出现的事件 ③基址寄存器：设定程序执行时可访问的主存空间的开始地址 ④限长寄存器：设定程序执行时可访问的主存空间的长度 2.主存储器 在计算机系统中，任何程序和数据都必须在装入主存储器之后才能对其进行操作。主存储器以“字节”为单位进行编址。主存储器容量较大，能被处理器直接访问。 3.高速缓冲存储器 定义：位于处理器和主存储器之间的cache起到了缩短存取时间和缓冲存储的作用，故称其为高速缓冲存储器。 为了减少对主存储器的访问时间，配置高速缓冲存储器。 处理器对cache的存取速度快于主存储器，cache的存储容量小于主存储器而大于寄存器。 4.辅助存储器 磁盘和磁带是最常用的辅助存储器，辅助存储器的优点是容量大且能永久地保存信息，但它们不能被中央处理器直接访问。 解决了主存储器存储容量不足的问题； 辅助存储器只能与主存储器相互传送信息； 磁带可以存放大量信息且永久保存，存放不经常使用的信息； 通过高速旋转的磁盘驱动器，磁盘与主存储器之间可以高速地传送信息。 保护措施 操作系统与硬件必须相互配合实现安全保护。一般是硬件提供保护手段和保护装置，操作系统利用这些设施配合硬件实现保护 1.特权指令 为了保证计算机系统能正确可靠地工作，硬件把由中央处理器执行的指令分为两类： ①特权指令：不允许用户程序中直接使用的指令 ②非特权指令 用户程序若要启动I/O，必须请求操作系统代为启动，这种方式不但可以保证安全地使用外围设备，正确地传送信息，而且可减少用户为启动设备而必须了解外围设备特性以及组织启动等工作，大大方便了用户。 为保护输入/输出的完整性，把“启动I/O”、设置时钟、设置控制寄存器等一类可能影响系统安全的指令定义为特权指令。 2.管态和目态 中央处理器设置了两种工作状态：管态和目态 当中央处理器处于管态时可执行包括特权指令在内的一切机器指令； 当中央处理器处于目态时不允许执行特权指令。 操作系统设计目标、层次结构 设计目标 正确性、高效性、维护性、移植性 层次结构 文 件 管 理 设 备 管 理 存 储 管 理 处 理 器 管 理 硬 件 UNIX系统的结构 Shell 编译程序 解释程序 实用程序 系统库 系统调用 存储管理 文件管理 设备管理 进程管理 外壳 内核 硬件 用户 内核层是UNIX操作系统的核心。外核层为用户提供各种操作命令（UNIX把它们称为shell命令）和程序设计环境。 UNIX