【正文】 標(biāo)志位 ZF： 結(jié)果為零標(biāo)志位 SF： 符號標(biāo)志位 OF： 溢出標(biāo)志位 標(biāo)準(zhǔn)條件位： TF：陷阱標(biāo)志位 IF：中斷允許（中斷屏蔽）標(biāo)志位 VIF：虛擬中斷標(biāo)志位 VIP：虛擬中斷待決標(biāo)志位 IOPL： IO特權(quán)級別 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 22 CPU狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 目態(tài) → 管態(tài) 唯一途徑 是 中斷 管態(tài) → 目態(tài) 設(shè)置 PSW(修改程序狀態(tài)字 ) 可實現(xiàn) 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 23 存儲系統(tǒng) 支持 OS運行硬件環(huán)境的一個重要方面： ?作業(yè)必須把它的程序和數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中才能運行 。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 24 存儲器的類型 半導(dǎo)體存儲器 ?存儲器芯片的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu) ?靜態(tài)存儲器 （ SRAM） ?異步動態(tài)隨機存儲器 （ DRAM） ?同步動態(tài)隨機存儲器（ SDRAM） ?雙倍數(shù)據(jù)速率 SDRAM（ DDR SDRAM） （開放標(biāo)準(zhǔn)） ?Rambus公司的 SDRAM 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 25 只讀型存儲器 ?ROM（ ReadOnly Memory） ： 只能從其中讀取數(shù)據(jù)，但不能隨意用普通方法寫入數(shù)據(jù)（寫入數(shù)據(jù)只能用特殊方法） ? 在微機中，一些常駐內(nèi)存的模塊以微程序形式固化在 ROM中，如 :PC BIOS和 CBASIC解釋程序被固化于 ROM中 ?PROM： 可編程只讀存儲器，使用特殊 PROM寫入器寫入數(shù)據(jù) ?EPROM：電可擦寫 可編程只讀存儲器，用特殊的紫外線光照射此芯片，以 “ 擦去 ” 信息，恢復(fù)原來狀態(tài)，再使用特殊 EPROM寫入器寫入數(shù)據(jù) ?閃存（ flash memory） 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 26 存儲器的層次結(jié)構(gòu) 存儲系統(tǒng)設(shè)計三個問題： 容量、速度和成本 ?容量：需求無止境 ?速度：能匹配處理器的速度 ?成本問題：成本和其他部件相比應(yīng)在合適范圍之內(nèi) 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 27 容量、速度和成本 ?三個目標(biāo)不可能同時達到最優(yōu)，要作權(quán)衡 ?存取速度快，每比特價格高 ?容量大，每比特價格越低，同時存取速度也越慢 解決方案：采用層次化的存儲體系結(jié)構(gòu) ?當(dāng)沿著層次下降時 ?每比特的價格將下降，容量將增大 ?速度將變慢，處理器的訪問頻率也將下降 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 28 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 29 存儲訪問局部性原理 提高存儲系統(tǒng) 效能關(guān)鍵點 ：程序存儲訪問局部性原理 ?程序執(zhí)行時，有很多的循環(huán)和子程序調(diào)用，一旦進入這樣的程序段，就會重復(fù)存取相同的指令集合； ?對數(shù)據(jù)存取也有局部性，在較短的時間內(nèi)，穩(wěn)定地保持在一個存儲器的局部區(qū)域。 中斷的引入： 為了開發(fā) CPU和通道 (或設(shè)備 )之間的并行操作，當(dāng) CPU啟動通道 (或設(shè)備 )進行輸入 /輸出后，通道便 (或設(shè)備 )可以獨立工作了， CPU也可以轉(zhuǎn)去做與此次輸入 /輸出不相關(guān)的事情，那么通道 (或設(shè)備 ) 輸入 /輸出完成后，還必須告訴 CPU繼續(xù)輸入 /輸出以后的事情，通道 (或設(shè)備 )通過向 CPU發(fā)中斷告訴 CPU此次輸入 /輸出結(jié)束。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 45 中斷 (外中斷 ) 異常 (內(nèi)中斷 ) 例外 I/O中斷 時鐘中斷 系統(tǒng)調(diào)用 缺頁異常 斷點指令 其他程序性異常 (如算術(shù)溢出等 ) 中斷 (狹義 )與異常的區(qū)別 : 中斷 : 與正執(zhí)行指令無關(guān)，可以屏蔽 異常 : 與正執(zhí)行指令有關(guān)，不可屏蔽 廣義中斷 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 46 中斷系統(tǒng) ?中斷系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的核心機制之一 。 如： PDP11機上的 UNIX系統(tǒng)把中斷級別分為： 時鐘中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 6級 磁盤中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 5級 終端等其他外設(shè)中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 4級 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 49 處理機優(yōu)先級： 指出處理機正運行程序的中斷響應(yīng)級別。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 50 中斷屏蔽有兩種方法 ： ? 硬件實現(xiàn) —— 由軟件置處理機優(yōu)先級，硬件按系統(tǒng)設(shè)計時的約定，屏蔽那些低優(yōu)先級中斷。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 52 強迫性中斷 ?輸入 /輸出 (I/O)中斷：主要來自外部設(shè)備通道 ?程序性中斷：運行程序中本身的中斷 (如溢出 ,缺頁中斷 ,缺段中斷 ,地址越界 ) ?時鐘中斷 ?控制臺中斷 ?硬件故障 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 53 自愿性中斷 ?執(zhí)行 I/O，創(chuàng)建進程，分配內(nèi)存 ?信號量操作，發(fā)送 /接收消息 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 54 微機中的中斷 （ IO中斷 ） （ 機器內(nèi)部故障 、 掉電中斷 ） （ 溢出 、 除法錯等中斷 ） （ Trap指令或中斷指令 INT） 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 55 IBM370中的中斷 ?1. 機器故障中斷：如電源故障 ， 機器電路檢驗錯等 ?2. 輸入輸出中斷：輸入輸出設(shè)備和通道數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài) ） ?3. 外部中斷：時鐘中斷 ， 操作員控制臺中斷 ， 多機系統(tǒng)中其他機器的通信要求中斷 ， 各種外設(shè)或傳感器發(fā)來的實時中斷等 ?4. 程序中斷：程序中的問題引起的中斷 ， 如錯誤地使用指令或數(shù)據(jù) 、 溢出等問題 ， 存儲保護等 ?5. 訪管中斷：訪管指令或陷阱指令 （ Trap指令 ） 中的操作數(shù)規(guī)定了要求服務(wù)的類型 。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 64 （ 5）處理器根據(jù)中斷源查詢中斷向量表，獲得與該中斷相聯(lián)系的處理程序入口地址，并將 PC置成該地址，處理器開始一個新的指令周期，控制轉(zhuǎn)移到中斷處理程序 （ 6）中斷處理程序開始工作，包括檢查 I/O相關(guān)的狀態(tài)信息，操縱 I/O設(shè)備或者在設(shè)備和主存之間傳送數(shù)據(jù)等等 （ 7）中斷處理結(jié)束時，處理器檢測到中斷返回指令，被中斷程序的上下文環(huán)境從系統(tǒng)堆棧中被恢復(fù) 處理器狀態(tài)恢復(fù)成原來的狀態(tài)。 ? 如 Windows 2022/XP， 關(guān)鍵硬件發(fā)生故障時 ， 如顯示卡損壞 ，出現(xiàn)系統(tǒng)藍屏 ， 系統(tǒng)實際上進入相應(yīng)故障處理程序 ， 發(fā)現(xiàn)故障不可恢復(fù) ， 則在屏幕上打印出發(fā)生故障時程序位置 ， 并開始進行內(nèi)存轉(zhuǎn)儲 （ 將一定范圍的內(nèi)存內(nèi)容寫上磁盤 ， 是系統(tǒng)故障時的全系統(tǒng) “ 快照 ” ） ， 備日后故障診斷 。 ?指令格式通常是指令名加請求服務(wù)識別號（中斷號） ? OS利用處理器提供的這種接口建立系統(tǒng)服務(wù)體系 ?處理器一般不負責(zé)定義系統(tǒng)調(diào)用所傳遞的參數(shù)格式 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 75 典型的中斷處理 (6)： 系統(tǒng)服務(wù)請求實例 ? DOS： 21h號中斷的系統(tǒng)服務(wù)功能以及參數(shù)列表 現(xiàn)代操作系統(tǒng)一般不提供直接使用系統(tǒng)調(diào)用指令的接口 ， 通常做法：提供一套方便 、 實用的應(yīng)用程序函數(shù)庫 （ 應(yīng)用程序設(shè)計接口 API） ? 從應(yīng)用層面重新封裝系統(tǒng)調(diào)用 ? 屏蔽復(fù)雜的系統(tǒng)調(diào)用傳參問題 ? 高級語言接口 ， 有助于快速開發(fā)