操作系统---计算机结构与工作原理基础知识详解.ppt

微程序控制指令 * 操作系统中，为了防止用户进程对OS及PCB等关键信息的破坏。 一个进程在其生命期中有两种机器运行状态： 系统态 （核心态,管态） 具有较高的访问权，可访 问核心模块。 用户态 （目态 ） 限制访问权。 ? 是机器指令的延伸，是非进程模块,不能并发执行。 ? 执行过程不可中断，用微代码实现。 2、原 语（primitive） 一、操作系统的内核 1、进程运行状态 特权指令与非特权指令 特权指令----- 指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如 启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清主存、 建立存储键，加载PSW等。 处理器处于系统核心状态时，程序可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理器状态的能力； 处理器处于用户状态时，程序只能执行非特权指令 * * * * * * * * * * 为什么要学习“操作系统” 操作系统OS（Operating System）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一 层软件， 是对计算机硬件的首次扩充。 2. 所有的计算机软件都必须在操作系统 的支持下才能运行。 用户程序 系统应用程序 操作系统 裸机 操作系统 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 * 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