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处理器管理的学习教案.pptx

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处理器管理的学习教案.pptx

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处理器管理的学习教案.pptx

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第二章处理器管理
寄存器:
处理器含有一组寄存器,其个数根据机型的不同而不同,它们构成了一级存储,比主存容量小,但访问速度快。这组寄存器所存储的信息与程序的执行有很大关系,构成了处理器现场。
寄存器的种类:通用寄存器、数据寄存器、基地址寄存器、I/O地址寄存器、I/O缓冲寄存器、控制寄存器和其他寄存器。
特权指令与非特权指令:
计算机基本功能:被执行的目标程序是存储在内存中的机器指令程序。处理器根据程序计数器(PC)从内存中取指令到指令寄存器并执行它,PC将自动增长或改变为转移地址指明下条执行的指令。
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第二章处理器管理
机器指令类型的集合称指令系统,反映了一台机器的功能和处理能力。指令分为以下五类:
(1)数据处理类指令;
(2)转移类指令;
(3)数据传送类指令;
(4)移位与字符串指令;
(5)I/O类指令。
从资源管理和控制程序执行的角度出发,必须把指令系统中的指令分作两部分:特权指令和非特权指令。
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、清内存、建立存储键,加载PSW等。用户只能使用非特权指令,只有OS才能使用所有指令(包括特权指令)。
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第二章处理器管理
处理器状态:
中央处理器怎么知道当前是操作系统还是一般用户程序在运行呢?通过处理器状态标志将处理器设置成不同状态。
处理器的状态:管理状态(特权状态、系统模式、特态或管态)和用户状态(目标状态、用户模式、常态或目态)。处于管理状态时,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。处于用户状态时,程序只能执行非特权指令。如果程序在执行时,企图访问OS所在的区域或想使用某个特权指令(如改变指令计算器的内容),就立即被捕俘,而被迫中止的执行,然后,由OS处理这一事件,这样保证了OS的权利并使程序不会被破坏。
IntelPentium的处理器状态有四种,支持4个保护级别,0级权限最高,3级权限最低。
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第二章处理器管理
程序状态字寄存器:
计算机如何知道当前处于何种工作状态?这时能否执行特权指令?通常操作系统都引入程序状态字PSW来区别不同的处理器工作状态。
PSW用来控制指令执行顺序并保留和指示与程序有关的系统状态,主要作用是实现程序状态的保护和恢复。
每个程序都有一个与其执行相关的PSW,每个处理器都设置一个PSW寄存器。程序被处理器执行时,它的PSW将占有PSW寄存器。
PSW寄存器的内容:
程序基本状态:(1)程序计数器;(2)条件码;(3)处理器状态位。
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第二章处理器管理
中断码:保存程序执行时当前发生的中断事件。
中断屏蔽位:指明程序执行中发生中断事件时,是否响应出现的中断事件。
IntelPentium的PSW:由标志寄存器EFLAGS和指令指针寄存器EIP组成,均为32位。EFLAGS的低16位称FLAGS,标志可划分为三组:状态标志、控制标志、系统标志。
状态标志:使得一条指令的执行结果影响后面的指令。算术运算指令使用溢出标志,符号标志,结果为零标志,辅助进位标志,进位标志,奇偶校验标志;串扫描、串比较、循环指令使用ZF通知其操作结束。
控制标志:串指令操作方向标志。虚拟86方式标志(为1时,从保护模式进入虚拟8086模式)。步进标志(为1时,使处理器执行单步操作)。陷阱标志(为1时,允许
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第二章处理器管理
响应中断,否则关中断)。
系统标志:与进程管理有关---I/O特权级标志、嵌套任务标志和恢复标志,被用于保护模式。指令指针寄存器低16位(保护模式使用32位)。
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第二章处理器管理

中断定义:指程序执行过程中,当发生某个事件时,中止CPU上现行程序的运行,转到处理该事件的程序执行的过程。
中断需求:请求系统服务;实现并发工作;处理突发事件;满足实时要求。
中断源:引起中断的事件,例如,时钟、串口、DMA、外部设备、软件等。
中断机制的共性:当中断事件发生后,它能改变处理器内操作执行的顺序,所以,中断是现代操作系统实现并发性的基础之一。
中断的作用:
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第二章处理器管理
能充分发挥处理机的使用效率:输入输出设备可以用中断的方式同CPU通讯,报告其完成CPU所要求的数据传输的情况和问题,这样可以免除CPU不断地查询和等待,从而大大提高处理机的效率。
提高系统的实时处理能力:具有较高实时处理要求的设备,可以通过中断方式请求及时处理,从而使处理机立即运行该设备的处理程序(也是该中断处理程序)。
从中断事件的性质和激活的手段来说,中断源可以分成两类:
强迫性中断事件:不是正在运行的程序所期待的中断事件,而是由于某种事故或外部请求信息所引起的,分为:机器故障中断事件;程序性中断事件;外部中断事件;输入输出中断事件。
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第二章处理器管理
自愿性中断事件:是正在运行的程序所期待的中断事件。正在运行的程序对操作系统有某种需求,一旦机器执行到一条访管指令时,便自愿停止现行程序的执行而转入访管中断处理程序处理。
按照中断信号的来源,可把中断分为外中断和内中断两类:
外中断(又称中断):指来自处理器和主存之外的中断。外中断包括电源故障中断、时钟中断、控制台中断、它机中断和I/O中断等。不同的中断具有不同的中断优先级,处理高一级中断时,往往会屏蔽部分或全部低级中断。
内中断(又称异常):指来自处理器和主存内部的中断。内中断包括:通路校验错、主存奇偶错、非法操作码、地址越界、页面失效、调试指令、访管中断、算术操作溢出等各种程序性中断。异常是不能被屏蔽的,一旦出现应立即响应并加以处理。
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