第2章OS的运行环境分解.ppt

主要内容 硬件环境 操作系统与其它系统软件的关系 (一) 中断的类别 一般中断按其功能来分可有以下几大类： (1) 硬件故障中断(不可屏蔽中断)：电源故障中断 (2) 输入/输出中断：键盘、计时器、显示器、磁盘I/O中断 (3) 程序性中断：除法错误中断，溢出中断，还包括：断点中断、单点中断(调试用) (4) 外部中断：对CPU而言，它的外部非通道式装置所引起的中断。如：时钟中断，操作员控制台中断，多机系统中CPU到CPU通讯中断 (5) 软中断 (访管中断)：用户程序和操作系统之间只有一个相通的“门户”，这就是访管指令，如利用INT n 中断指令（SVC）发生的中断，可以实现对OS功能的访问(调用)。 这五类中断又可按中断方式不同划为： 自愿中断：是正在运行的程序的期待的事件，这种事件是由于执行了一条访管指令而引起的。(只有访管中断是它自愿) 强迫性中断：是由随机事件引起的，并非由程序设计人员事先安排的。 (二) 中断向量表 IBMPC对不同的中断事件规定了一个0～255 之间的一个数，这些数代表了引起中断的事件，它们称为中断类型。 对于每一个中断类型，处理器必须有相应的处理该类事件的程序 (中断例行程序)。 而中断例行程序的地址称为中断向量，其字长为4字节，其中包含有中断例行程序的段首址(CS的内容)和段内编置地址(IP元值)。将所有256个中断类型中的中断向量放在一张表上称为中断向量表，它在内存区中占有最低阶1k字节(地址00000H～003FFH)。如图所示： IP CS IP CS IP CS 00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 003FC 003FD 003FE 003FF (三) 中断进入 CPU响应后 保护现场(主要是标志位) PSW入栈 保护断点(现行的代码段寄存器CS和指令计数IP) 入栈 中断允许 处理机从外部设备获悉中断类型，然后就把相应的表中项目送入IP与CS (假设外部设备提供的类型是0001H，则0001H×4＝0004，把0004号单元内的16位数值作为首址送IP，而把0004＋2＝0006号单元内的16数值作为首址送CS。这样一来，下一条要执行的指令就是与中断类型1相对应的中断例行程序的第一条指令。) New (IP) New (CS) Old (IP) Old (CS) Old (PSW) ? ? ? IP CS PSW 8086 ? ? 4?N 4?N +2 中断指针 中断处理 (四) 返回 如果中断例行程序执行时可能改变某些寄存器的值，那么中断例行程序首先要保留初值，执行结束后恢复它们，最后通过执行一条叫“ IRET ” 中断返回指令，去恢复保留在推栈上的IP、CS以及各标志之值，从而使中断例行程序结束。 (五) 中断优先级 目前多数微型处理机有着多级中断系统，即可以有多根中断请求线（级）从不同设备连接到中断逻辑。通常具有相同特性和优先级的设备可连到同一中断级（线）上，例如系统中所有的磁盘和磁带可以是同一级，而所有的终端设备又是另一级。 与中断级相关联的概念是中断优先级。在多级中断系统中，很可能同时有多个中断请求，这时CPU接受中断优先级为最高的那个中断，忽略其中断优先级较低的那些中断。 如果在同一中断级中的多个设备接口中同时都有中断请求时，有两种办法： (1) 固定的优先数：每个设备接口给安排一个不同的、固定的优先数顺序。在PDP-11中是以该设备在总线中的位置来定，离CPU近的设备，其优先数高于离CPU远的设备。 (2) 轮转法：用一个表，依次轮转响应，这是一个较为公平合理的方法。 五、时钟、时钟队列 1. 在计算机系统中设置时钟其作用很多 如计算机程序中的死循环的解决，中断处理，记录设备使用情况分时系统的时间片，实时系统的实时控制等。 由上述时钟的这些作用可以看到，时钟是操作系统运行的必不可少的硬件设施，所以现在的微型机系统中均有时钟。在微型机系统中，通常只有一个系统时钟(也用作绝对时钟)，在大型机中时钟类型通常要多些。 2. 分类 ? 绝对时钟 (系统时钟) 开机后自动修改 ? 初值由用户输入停机后时钟仍自动修改。 ? 间隔时钟：相对时钟，初始值由用户设定，触发中断等，停机后不再被修改。 * * 第2章 OS的运行环境 主讲：房道伟 Daowei_fang@163.com 操作系统原理 §2.1 硬件环境 一、中央处理机 (CPU) 1. OS 作为一个程序要在CPU上运行 单个CPU ––– 单机系统 多个CPU ––– 多机系统 2. 特权指令 在多用户的多道程