文档介绍：第二章操作系统的硬件环境
操作系统运行的硬件环境组成
讨论操作系统对运行硬件环境的要求
讨论操作系统设计者考虑的硬件问题
操作系统运行的硬件环境组成
中央处理器(CPU)
存储系统
中断机制
I/O系统
时钟以及时钟队列
其他
概述
任何系统软件都是硬件功能的延伸
操作系统直接依赖于硬件条件
OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合
实现操作系统时必须理解的
计算机基本结构
操作系统管理的重要资源
简单的个人计算机中的部件
Monitor
中央处理器(CPU)
专门设计了一系列基本机制:
- 具有特权级别的处理器状态,能在不同特权级运行的各种特权指令
- 硬件机制使得OS可以和普通程序隔离
实现保护和控制
CPU的构成与基本工作方式
处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成
运算器实现指令中的算术和逻辑运算,是计算机计算的核心
控制器负责控制程序运行的流程,包括取指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等等
寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备。
在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度。
高速缓存处于CPU和物理内存之间
一般由控制器中的内存管理单元(MMU:Memory Management Unit)管理
访问速度快于内存,低于寄存器
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,从而提高CPU的效率。
处理器中的寄存器
寄存器提供了一定的存储能力
速度比主存快得多
造价高,容量一般都很小
两类寄存器:
用户可见寄存器,高级语言编译器通过算法分配并使用之,以减少程序访问主存次数
控制和状态寄存器,用于控制处理器的操作
由OS的特权代码使用, 以控制其他程序的执行
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index register、segment pointer、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
控制和状态寄存器
用于控制处理器的操作
大部分对于用户是不可见的
一部分可以在某种特权模式(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