操作系统第2章 操作系统运行环境.ppt

4.多级中断 多级中断 多数微型处理器有多级中断系统，可以有多根中断请求线（级）从不同设备连接到中断逻辑 具有相同特性和优先级的设备可连到同一中断级上，由中断排队器（硬件）决定当前响应哪个中断源。 在多级中断系统中，可能同时有多个中断请求，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。 高优先级的中断可以打断低优先级的中断。 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，怎么办？ 两种办法： 固定的优先数：每个设备接口给安排一个不同的、固定的优先顺序。 如，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 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 4.多级中断 5.中断响应 CPU如何响应中断, 两个问题： CPU何时响应中断？ 通常在CPU执行了一条指令以后，更确切地，在指令周期最后时刻接受中断请求，或此时扫描中断寄存器。 如何知道提出中断请求的设备或中断源？ 用软件指令去查询各设备接口，比较费时（非向量中断）。 使用 “中断向量表” （向量中断）。 非向量中断：总是转向中断查询程序的入口地址，执行终端查询程序，以确定被优先批准的中断源，然后分支进入相应的中断服务程序。 每个脉冲使计数器减1 用来装入计数器初值 晶体震荡器→脉冲→节拍→机器周期→指令周期 2.4 作业、作业步与进程 作业：是用户要求计算机计算和处理的一个独立的任务，是操作级用户在计算机上完成某项任务所需运行的若干程序的集合。如在命令方式下输入的一个命令行，或启动一个批文件都是一个作业。 作业步：作业中的每个程序运行称做一个作业步。作业中的各个作业步必须按顺序执行。如用户编辑、编译和调试一个程序可以看做是一个作业中三个不同的作业步。 一个作业步在执行过程中可以由多个进程来实现。作业、作业步和进程的关系如下： 作业 作业步 作业步 作业步 … 进程 进程 进程 … 本章要求 1.掌握管态和目态的概念和实现机制 2.掌握特权指令与非特权指令的概念 3.掌握中断的实现原理 4.掌握PSW的基本内容和作用 5.掌握内存保护的主要方法 6.掌握作业与作业步之间的关系 作业2 （1）什么是特权指令？为什么要将计算机系统中的指令分为特权指令和非特权指令？ （2）存储保护的目的是什么？常用的存储保护方法有哪些？请简述它们的要点。 （3）CPU如何发现系统中的中断？请简述在中断处理过程中中断硬件和中断软件是如何协调工作工作的。 * * 第2章 操作系统的运行环境 讨论操作系统的主要运行环境 中央处理器（CPU） 存储系统 中断机制 作业与作业步 2.1 中央处理器（CPU） 1.单处理器与多处理器系统 一个计算机系统只有一个处理器，称之为单处理器系统 如果有多个处理器称之为多处理器系统 处理器由运算器、控制器和以及高速缓存构成。 程序计数器 PC 指令寄存器 IR 处理器状态字PSW 堆栈指示器 SP 指令译码器 ID I/O 控制逻辑 工作寄存器 地址寄存器 数据寄存器 ALU 控制器 2.1 中央处理器（CPU） 2.处理器中的寄存器 两类寄存器： 用户可见寄存器（工作寄存器）：由处理器执行的机器语言来引用，通常对所有程序都是可用的，包括系统程序和用户程序。 控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作，大部分对用户不可见， 由OS的特权代码使用。 2.1 中央处理器（CPU） （1）用户可见寄存器 机器语言直接引用 包括数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器 数据寄存器（data register）又称通用寄存器，主要用于各种算术逻辑指令和访存指令 地址寄存器（address register）用于存储数据及指令的物理地址、线性地址或者有效地址，用于某种特定方式的寻址。如索引寄存器（index register）、段寄存器（segment pointer）、栈指针（stack pointer） 条件码寄存器保存CPU操作结果的各种标记位，如算术运算产生的溢出、符号等等 （2）控制和状态寄存器 用于控制处理器的操作 对于用户不可见的 一部分可以在某种特权模式（由OS使用）下访问常见的控制和状态寄存器: 程序计数器（PC：Program Counter），记录将要取出的指令的地址 指令寄存器（IR：Instruction Register），包含最近取出的指令 程序状态字（PSW：Program Status Word），记录处理器的运行模式信息等等 3.特权指令和非特权指令 特权指令：只能由操作系统使用的指令。特权指令的执行一般会引起处理器状态的切换。 使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须要区分为特权指令和非特权指令（why?） 4.处理器的状态 根据运行