操作系统的硬件环境分析.pptxVIP

第二章操作系统硬件环境;2.2中央处理器（CPU）;CPU组成与基本工作方式;存放器是指令在CPU内部作处理过程中暂存数据、地址以及指令信息存放设备

在计算机存放系统中它含有最快访问速度

高速缓存处于CPU和物理内存之间

普通由控制器中内存管理单元（MMU：MemoryManagementUnit）管理

访问速度快于内存，低于存放器

利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问得以匹配，从而提升CPU效率;处理器中存放器;用户可见存放器;控制和状态存放器;常见控制和状态存放器;指令执行基本过程（1）;每个指令周期开始时，依据在程序计数器中指令地址从存放器中取一条指令

在取指完成后依据指令类别自动将程序计数器值变成下条指令地址

取到指令放在指令存放器（IR）中

处理器解释并执行所要求动作;5类指令;特权指令和非特权指令;处理器状态;实例：x86系列处理器;四个级别运行不一样类别程序：

R0-运行操作系统关键代码

R1-运行关键设备驱动程序和I/O处理例程

R2-运行其它受保护共享代码，如语言系统运行环境

R3-运行各种用户程序

现有基于x86处理器操作系统，如UNIX、Linux以及Windows系列大都只用了R0和R3两个特权级别;图：Intel系列CPU特权级别;管态和目态差异;程序状态字PSW;例1:微处理器M68000程序状态字;CPU状态转换;思索题;2.3存放系统;存放器类型;;只读型存放器:

只能从其中读取数据，但不能随意用普通方法写入数据（写入数据只能用特殊方法）

称为只读存放器（ROM：Read-OnlyMemory）

变型：PROM和EPROM

PROM：一个可编程只读存放器，使用特殊PROM写入器写入数据

EPROM：用特殊紫外线光照射此芯片，以“擦去”信息，恢复原来状态，然后使用特殊EPROM写入器写入数据;存放器层次结构;容量、速度和成本

三个目标不可能同时到达最优，要作权衡

存取速度快，每比特价格高

容量大，每比特价格越低，同时存取速度也越慢

;处理方案;层次化存放体系结构;存放访问局部性原理;设计多级存放体系结构;T1：I级存放器存取时间

T2：II级存放器存取时间;思索题;2.4中止技术;中止机制;什么是中止?

指CPU对系统中或系统外发生异步事件响应

异步事件是指无一定时序关系随机发生事???

如外部设备完成数据传输、实时设备出现异常等

“中止”名称源于：

当异步事件发生后，打断了对当前途序执行

而转去处理该异步事件

直处处理完了后，再转回原程序中止点继续执行;从用户角度看中止;引入中止目标

处理主机与外设并行工作问题

提升可靠性

实现多机联络

实现实时控制

特点：

1)中止是随机

2)中止是可恢复

3)中止是自动处理;中止源：引发中止发生事件

中止存放器：统计中止

中止字：中止存放器内容

系统堆栈:内存中一块区域，用于保留现场;中止存放器：

有计算机中，为了区分和不丢失中止信号

对应每个中止源分别用一固定触发器存放中止信号

要求值为1时，表示有中止信号，为0时表示无

这些触发器全体称为中止存放器

每个触发器称为一个中止位

所以中止存放器是由若干个中止位组成;中止类型;;;IBM370中中止;2.4.2中止系统;中止装置基本功效;处理器怎样发觉中止信号？

处理器控制部件中设一个能检测中止机构，称为中止扫描机构

在每条指令执行周期最终时刻扫描中止存放器，问询是否有中止信号

若无中止信号，继续执行下一条指令

若有中止，中止硬件就进行中止响应;响应中止 ;;;中止处理过程小结;（4）处理器依据中止源查询中止向量表，取得与该中止相联络处理程序入口地址，并将PC置成该地址，处理器开始一个新指令周期，控制转移到中止处理程序

（5）中止处理程序开始工作

（6）中止处理结束时，执行中止返回指令，被中止程序上下文环境从系统堆栈中被恢复，处理器状态恢复成原来状态。

（7）PSW和PC被恢复成中止前值，处理器开始一个新指令周期，中止处理结束;;;2.4.3中止其它问题;中止屏蔽;多个中止处理;多中止处理第一个策略方法;第二种：

中止按照优先度分级

允许优先级高中止打断优先级低中止处理过程

这么中止优先级技术将引发中止处理嵌套

只要适当地定义中止优先级别

方法一弊端大都能够克服;;经典中止处理（1）：I/O中止;经典中止处理（2）：硬件故障中止;程序指令犯错、指令越权或者指令寻址越界而引发

两类处理方法：

只能由操作系统相关扩展功效模块完成

多为程序试图作不能做操作引发系统保护

如访问正当、但不在内存虚地址内，引发页故障，页故障普通会引发OS虚存模块作一个页面换入

可由程序自己完成，如一些算术运算错误

不一样程序可有不一样处理方