【正文】 脈沖使計(jì)數(shù)器減 1 用來裝入計(jì)數(shù)器初值 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 89 硬件時(shí)鐘： 某個(gè)寄存器來模擬 (根據(jù)脈沖頻率定時(shí)加 1，減 1) 軟件時(shí)鐘： 用作相對(duì)時(shí)鐘，用內(nèi)存單元來模擬時(shí)鐘 ?CPU保護(hù)：防止進(jìn)程得到 CPU后不放棄控制權(quán) ?解決：分配給每個(gè)進(jìn)程一段時(shí)間（時(shí)間片） 時(shí)間片到，發(fā)時(shí)鐘中斷，控制權(quán)交給操作系統(tǒng) 。 ? 如 Windows 2022/XP， 關(guān)鍵硬件發(fā)生故障時(shí) ， 如顯示卡損壞 ，出現(xiàn)系統(tǒng)藍(lán)屏 ， 系統(tǒng)實(shí)際上進(jìn)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(shí)程序位置 ， 并開始進(jìn)行內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ) （ 將一定范圍的內(nèi)存內(nèi)容寫上磁盤 ， 是系統(tǒng)故障時(shí)的全系統(tǒng) “ 快照 ” ） ， 備日后故障診斷 。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 52 強(qiáng)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(yùn)行程序中本身的中斷 (如溢出 ,缺頁(yè)中斷 ,缺段中斷 ,地址越界 ) ?時(shí)鐘中斷 ?控制臺(tái)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(jìn)程，分配內(nèi)存 ?信號(hào)量操作，發(fā)送 /接收消息 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 54 微機(jī)中的中斷 （ IO中斷 ） （ 機(jī)器內(nèi)部故障 、 掉電中斷 ） （ 溢出 、 除法錯(cuò)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(jī)器故障中斷：如電源故障 ， 機(jī)器電路檢驗(yàn)錯(cuò)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(shí)鐘中斷 ， 操作員控制臺(tái)中斷 ， 多機(jī)系統(tǒng)中其他機(jī)器的通信要求中斷 ， 各種外設(shè)或傳感器發(fā)來的實(shí)時(shí)中斷等 ?4. 程序中斷：程序中的問題引起的中斷 ， 如錯(cuò)誤地使用指令或數(shù)據(jù) 、 溢出等問題 ， 存儲(chǔ)保護(hù)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 。 如： PDP11機(jī)上的 UNIX系統(tǒng)把中斷級(jí)別分為： 時(shí)鐘中斷 —— 中斷優(yōu)先級(jí)＝ 6級(jí) 磁盤中斷 —— 中斷優(yōu)先級(jí)＝ 5級(jí) 終端等其他外設(shè)中斷 —— 中斷優(yōu)先級(jí)＝ 4級(jí) 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 49 處理機(jī)優(yōu)先級(jí)： 指出處理機(jī)正運(yùn)行程序的中斷響應(yīng)級(jí)別。 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(dòng)通道 (或設(shè)備 )進(jìn)行輸入 /輸出后，通道便 (或設(shè)備 )可以獨(dú)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。 程序狀態(tài)字 PSW 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 20 例 :微處理器 M68000的程序狀態(tài)字 1514131211109 8 7 6 5 4 3 2 1 0T S I 2 I 1 I 0 X N Z V C條件位： C： 進(jìn)位標(biāo)志位 V： 溢出標(biāo)志位 Z： 結(jié)果為零標(biāo)志位 N： 結(jié)果為負(fù)標(biāo)志位 I0 – I2：三位中斷屏蔽位 S： CPU狀態(tài)標(biāo)志位，為 1處于管態(tài)，為 0處于目態(tài) T： 陷阱 （ Trap） 中斷指示位為 1， 在下一條指令執(zhí)行后引起自陷中斷 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 21 例 :微處理器 Pentium的程序狀態(tài)字 CF： 進(jìn)位標(biāo)志位 ZF： 結(jié)果為零標(biāo)志位 SF： 符號(hào)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(jí)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(shí)現(xiàn) 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 23 存儲(chǔ)系統(tǒng) 支持 OS運(yùn)行硬件環(huán)境的一個(gè)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(yùn)行 。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 15 處理器的狀態(tài) ?根據(jù)運(yùn)行程序?qū)Y源和機(jī)器指令的使用權(quán)限將處理器設(shè)置為不同狀態(tài) 。第二章 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 2 操作系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境組成 討論操作系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行硬件環(huán)境的要求 討論 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者 考慮的硬件問題 操作系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境組成 ?中央處理器 （ CPU） ?存儲(chǔ)系統(tǒng) ?中斷機(jī)制 ?I/O系統(tǒng) ?時(shí)鐘以及時(shí)鐘隊(duì)列 ?其他 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 3 概述 任何系統(tǒng)軟件都是硬件功能的延伸 操作系統(tǒng)直接依賴于硬件條件 OS的硬件環(huán)境 以較分散的形式同各種管理相結(jié)合 實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)時(shí)必須理解的 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)管理的重要資源 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 4 簡(jiǎn)單的個(gè)人計(jì)算機(jī)中的部件 Monitor 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 5 中央處理器（ CPU） 專門設(shè)計(jì)了一系列基本機(jī)制： 具有特權(quán)級(jí)別的處理器狀態(tài)，能在不同特權(quán)級(jí)運(yùn)行的各種 特權(quán)指令 硬件機(jī)制 使得 OS可以和普通程序隔離 實(shí)現(xiàn)保護(hù)和控制 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 6 CPU的構(gòu)成與基本工作方式 ?處理器由運(yùn)算器、控制器、一系列的寄存器以及高速緩存構(gòu)成 ?運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)指令中的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，是計(jì)算機(jī)計(jì)算的核心 ?控制器負(fù)責(zé)控制程序運(yùn)行的流程，包括取指令、維護(hù) CPU狀態(tài)、 CPU與內(nèi)存的交互等等 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 7 ?寄存器 是指令在 CPU內(nèi)部作處理的過程中暫存數(shù)據(jù)、地址以及指令信息的存儲(chǔ)設(shè)備。 ?使用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)必須要區(qū)分為特權(quán)指令和非特權(quán)指令 ?特權(quán)指令一般引起處理器狀態(tài)的切換 ?處理器通過特殊的機(jī)制將處理器狀態(tài)切換到操作系統(tǒng)運(yùn)行的特權(quán)狀態(tài)（ 管態(tài) ） ?然后將處理權(quán)移交給操作系統(tǒng)中的一段特殊代碼，這一個(gè)過程稱為 陷入 ? CPU如何知道當(dāng)前運(yùn)行的是操作系統(tǒng)還是一般應(yīng)用軟件？有賴于處理器狀態(tài)的標(biāo)識(shí)。 ?中斷屏蔽碼 —— 指出是否允許中斷 。 問題： ?多個(gè)程序同時(shí)在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，怎樣才能互不侵犯？ ?如何處理重定位？ 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 34 保護(hù)的硬件支持 解決方案 依賴于 配有特殊硬件的 CPU 硬件可提供如下功能： ?界地址寄存器（界限寄存器） ?存儲(chǔ)鍵 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 35 界地址寄存器（界限寄存器） ?界地址寄存器被廣泛使用的一種存儲(chǔ)保護(hù)技術(shù) ?機(jī)制比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)方法：