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Ch2操作系统的运行环境硬件环境 软件环境OS与人的接口 微程序设计 2.1硬件环境

之一：CPU 概念单机系统：计算机系统中只有一个处理机 多机系统：有多个处理机（不包括通道）微处理机的指令系统： 单用户，单任务：用户可用全部指令； 多用户或多任务：多道程序设计技术 分为特权指令，非特权指令。用户只能使用非特权指令，只有OS可使用所有的指令（包括特权指令）。硬件环境之一：CPU

工作状态处理机工作状态：核心..，管理..，用户程序..： OS管理程序运行时CPU的状态。CPU可以执行全部指令，使用所有资源，并具有改变处理机状态的能力。 用户程序运行时CPU的状态。CPU只能执行非特权指令。CPU工作状态寄存器： 程序记数器PC；程序状态字PSW硬件环境之二：主存储器－

使用及类型作业的程序和数据必须放在主存中才能运行！OS也要在主存中存放并运行！存储器的类型： RAM：读写型，存放随即存取的用户程序 和数据 ROM：只读型（PROM，EPROM），程序固 化 IBM-PC：40KB（BIOS+CBASIC）+8KB（用户）=48KBROM硬件环境之二：主存储器－

存储保护-界地址寄存器目的：保证OS及其它程序不被错误的操作所破坏。 CPU中设置一对界限地址寄存器，存放该用户作业在主存中的上限和下限地址---上限寄存器，下限寄存器。访问主存--硬件比较地址--判断越界-- 越界中断/存储保护中断 硬件环境之二：主存储器－

存储保护-存储键主存分块-存储块-每块一个存储保护键(4bits存储键+1bit取保护位)。 0--万能键，系统用；1...15--用户用例如：IBM370 硬件环境之三：缓冲技术在主存中划出一块空间，暂存来往于I/O设备和处理机间的数据。缓解I/O设备传输数据与处理机处理数据速度间的矛盾！ (1)避免工作区因传输数据而长期被占用；(2)缓冲区与设备相连而不与用户相连； (3)减少I/O次数。多缓冲区技术：每次分配一个缓冲区 如PDP11：2个缓冲池(15个缓冲区，每个区514Bytes；100个缓冲区，每个8Bytes)硬件环境之四：中断技术－

概念OS由“中断驱动”！概念：中断，异步事件，中断源，中断处理程序。作用：能充分发挥处理机的使用效率；提高系统的实时处理能力，及时响应中断请求。硬件环境之四：中断技术－

中断逻辑和中断类型中断逻辑：中断寄存器，中断扫描机构微型机(IBM-PC)中断类型： 可屏蔽中断INTR，不可屏蔽中断NMI，程序错误中断，软件中断（Trap/INTn指令）。 大型机(IBM-370,43)中断类型： 外界引起--机器故障中断，I/O中断，外部中断， 程序中断 程序要求--访管中断／陷阱中断（访管指令 SVC,Trap,SC）硬件环境之四：中断技术－

中断响应和中断屏蔽多级中断系统：有多根中断请求线（级）连接到中断逻辑。具有相同特性和优先级的设备连在同一中断级（线）上。中断优先级：决定CPU响应中断请求的优先次序。同级中断判别：固定优先数，轮转法 中断响应： 何时--CPU在指令周期最后时刻接受中断请求。如何--“软件查询”或“中断向量”。中断屏蔽：PSW中的中断禁止位硬件环境之四：中断技术－

中断处理硬件+软件过程：（IBM-PC为例） (1)保护现场（PSW，IP，CS入栈）； (2)转入中断处理程序（中断向量-IP，刷新 PSW，CS）； (3)恢复中断现场。硬件环境之五：时钟/时钟队列时钟的作用： 多道程序：为系统发现陷入死循环的作业； 分时系统：实现用户作业间按时间片轮转； 实时系统：定时输出控制信号给实时控制设备；定时唤醒，波特率发生器，记录时间，提供绝对时间等。时钟硬件实现：时钟寄存器（绝对时钟，间隔 时钟/相对时钟，比较时钟，记时器）软件实现：时钟队列（软时钟/虚拟时钟）用时钟队列实现作业的定时唤醒四个作业：A要求50毫秒后运行，B要求60毫秒后运行，C和D要求65毫秒后运行，A要求开始运行50毫秒后再运行。2.2OS的软件技术之一:重定位概念 (1) 用户，作业（作业步），进程间的关系；(2) 绝对地址：主存单元的实际地址。存储控制部件用来识别单元