操作系統(tǒng)課件--02操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境-閱讀頁
2024-08-23 16:23本頁面
【正文】 儲鍵 （ “ 鑰匙 ” ） 域中 ? 每當 CPU訪問主存時 ， 都將該主存塊的存儲鍵與 PSW中的 “ 鑰匙 ” 進行比較 ? 如果相匹配 ， 則允許訪問 ， 否則 ， 拒絕并報警 地址轉(zhuǎn)換 同時有多個程序在內(nèi)存 程序在內(nèi)存的位置不是固定的而是隨機的 CPU Translation Box (MMU) 虛擬地址 物理地址 物理空間 數(shù)據(jù)讀或?qū)? （不需轉(zhuǎn)換） 現(xiàn)代體系結構中的地址轉(zhuǎn)換 code data heap stack 程序 2 虛地址空間 data2 stack1 code1 heap1 code2 stack2 data1 heap2 OS code OS data OS heap amp。 每當 CPU執(zhí)行訪管指令或陷阱指令時 ， 即引起中斷并調(diào)用操作系統(tǒng)相應的功能模塊為其服務 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)的兩大組成部分：硬件中斷裝置和軟件中斷處理程序 ? 中斷系統(tǒng)的硬件中斷裝置 中斷系統(tǒng)的機制部分 負責捕獲中斷源發(fā)出的中斷請求，以一定方式響應中斷源，然后將處理器控制權交給特定的中斷處理程序 ? 軟件中斷處理程序 中斷系統(tǒng)的策略部分 負責辨別中斷類型并做出相應的操作 中斷裝置的基本功能 ? 提供識別中斷源的方法 ? 提供查詢中斷狀態(tài)的方法 ， 通常使用一個寄存器存儲有關中斷的狀態(tài)信息 ， 稱為中斷字 ? 提供中斷現(xiàn)場保護的能力 ? 提供中斷處理程序?qū)ぶ纺芰?， 找到恰當?shù)闹袛嗵幚沓绦? ? 具有預定義的系統(tǒng)控制棧和中斷處理程序入口地址映射表 （ 中斷向量表 )等數(shù)據(jù)結構和它們在主存中的位置 ， 以輔助 OS定制中斷處理策略和中斷調(diào)度機制 中斷邏輯與中斷寄存器（ 1） 如何接受和響應中斷源的中斷請求 ， 因機器而異 如 ， 在 PC中 : ? 有可屏蔽的中斷請求 INTR:主要是輸入輸出設備的 I/O中斷 , 通過建立在 PSW中的中斷屏蔽位加以屏蔽 ， 即使再有 I/O中斷 ， 處理器也不響應 ? 不可屏蔽的中斷請求 :屬于機器故障中斷 ， 包括內(nèi)存奇偶校驗錯以及掉電等中斷源 ? 程序中的問題所引起的中斷 （ 如溢出 、 除法錯都可以引起中斷 ） 和軟件中斷等 由于可能有很多中斷源請求同時發(fā)生 由中斷邏輯按中斷優(yōu)先級加以判定響應哪個中斷請求 中斷寄存器： ? 有的計算機中，為了區(qū)分和不丟失中斷信號 對應每個中斷源分別用一固定觸發(fā)器寄存中斷信號 規(guī)定值為 1時，表示有中斷信號，為 0時表示無 ? 這些觸發(fā)器的全體稱為中斷寄存器 ? 每個觸發(fā)器稱為一個中斷位 ? 所以中斷寄存器是由若干個中斷位組成 中斷邏輯與中斷寄存器（ 2） 處理器如何發(fā)現(xiàn)中斷信號？ 處理器的控制部件中設一個能檢測中斷的機構 稱為中斷掃描機構 ? 在每條指令執(zhí)行周期的最后時刻掃描中斷寄存器，詢問是否有中斷信號 ? 若無中斷信號，繼續(xù)執(zhí)行下一條指令 ? 若有中斷，中斷硬件將該中斷觸發(fā)器內(nèi)容按規(guī)定編碼送入 PSW的相應位，稱為中斷碼 中斷邏輯與中斷寄存器（ 3） 多級中斷和中斷屏蔽 多級中斷： ? 多數(shù)微型處理器有著多級中斷系統(tǒng) ， 可以有多根中斷請求線 （ 級 ） 從不同設備連接到中斷邏輯 ? 如 M 68000有七級 ， PDP11有 11級 ? 具有相同特性和優(yōu)先級的設備可連到同一中斷級上 中斷優(yōu)先級： ? 在多級中斷系統(tǒng)中 ， 可能同時有多個中斷請求 ， CPU接受中斷優(yōu)先級為最高的那個中斷 ? 忽略其中斷優(yōu)先級較低的那些中斷 中斷響應 CPU如何響應中斷 , 兩個問題： ? CPU何時響應中斷 ？ 通常在 CPU執(zhí)行了一條指令以后 ， 更確切地 ， 在指令周期最后時刻接受中斷請求 ， 或此時掃描中斷寄存器 ? 如何知道提出中斷請求的設備或中斷源 ？ 因為只有知道中斷源或中斷設備 ， 才能調(diào)用相應的中斷處理程序 開始 取下一條指令 執(zhí)行指令 檢查指令 處理中斷 停止 取周期 執(zhí)行周期 中斷周期 不允許中斷 允許 中斷 ? 用軟件指令去查詢各設備接口 這種方法比較費時 ? 多數(shù)微型機對此問題的解決方法： 使用一種 “ 向量中斷 ” 的硬件設施 “ 向量中斷 ” ： ? 當 CPU接受某中斷請求時，該設備接口給處理器發(fā)送具有唯一性的 “ 中斷向量 ” ，以標識該設備 ? “ 中斷向量 ” 在各計算機上實現(xiàn)方法差別比較大 兩種解決方法 中斷向量表 在有的機器中： 將主存最低位 128個字保留作為中斷向量表，每個中斷向量占兩個字 中斷請求的設備接口為了標識自己，向處理器發(fā)送一個該設備在中斷向量表中表目的地址指針 中斷優(yōu)先級 在一些機器中，中斷優(yōu)先級按中斷類型劃分： ? 以機器故障中斷的優(yōu)先級最高 ? 程序中斷和訪問管理程序中斷次之 ? 外部中斷更次之 ? 輸入輸出的優(yōu)先級最低 中斷屏蔽 在 CPU上運行的程序，有時由于種種原因，不希望其在執(zhí)行過程中被別的事件所中斷，稱為中斷屏蔽 ? 在 PSW中設置中斷屏蔽碼以屏蔽某些指定的中斷類型 ? 如果其 PSW的中斷禁止位建立后，則屏蔽中斷 （不包括不可屏蔽的那些中斷） ? 如果 PSW中的中斷禁止位未建立 則可以接受其中斷優(yōu)先級高于運行程序中斷優(yōu)先級的那些中斷 ? 各設備接口中也有中斷禁止位，以禁止該設備的中斷 中斷處理（ 1） 簡單的中斷處理 典型的處理過程： （ 1） 設備給處理器發(fā)一個中斷信號 （ 2） 處理器處理完當前指令后響應中斷 ， 延遲非常短 （ 要求處理器沒有關閉中斷 ） （ 3） 處理器處理完當前指令后檢測到中斷 ， 判斷出中斷來源并向發(fā)送中斷的設備發(fā)送了確認中斷信號 ， 確認信號使得該設備將中斷信號恢復到一般狀態(tài) （ 4） 處理器開始為軟件處理中斷做準備： 保存中斷點的程序執(zhí)行上下文環(huán)境 ， 這通常包括程 序狀態(tài)字 PSW， 程序計數(shù)器 PC中的下一條指令位置 ， 一些寄存器的值 ， 它們通常保存在系統(tǒng)控制棧中 , 處理器狀態(tài)被切換到管態(tài) （ 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相關的狀態(tài)信息，操縱 I/O設備或者在設備和主存之間傳送數(shù)據(jù)等等 （ 7）中斷處理結束時，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 處理器狀態(tài)恢復成原
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