21处理器管理要点.ppt

* 2.1 中央处理器 2.2 中断技术 2.3 进程及其实现 2.4 线程及其实现 2.5 处理器调度 2.6 批处理作业的管理与调度 2.7 低级调度 习题作业： 第2章 处理器管理 主要内容： 一、单处理器系统和多处理器系统 二、寄存器 三、特权指令与非特权指令 四、处理器状态 五、程序状态字寄存器 六、Linux进程控制 2.1 中央处理器 进程可以被调度在一个处理器上交替执行，或在多个处理器上同时执行。交替执行和同时执行都是并发的类型。 一、单处理器系统和多处理器系统(1) 计算机系统的核心是中央处理器。 1.单处理器系统：一个计算机系统只包括一个运算处理器。 2.多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。 3.串行和并行 ?早期计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器，程序员编写串行执行的代码，让其在处理器上串行执行，每条指令的执行也是串行的（取指令、取操作数、执行操作、存储结果）。 ?提高计算机处理速度，首先发展起来的是联想存储器系统和流水线系统，前者提出了数据驱动的思想，后者解决了指令并行执行问题，都是计算机并行化发展的例子。 一、单处理器系统和多处理器系统(2) 4.计算机系统结构分类 目前计算机系统可以分作以下四类： ?单指令流单数据流（SISD）：一个处理器在一个存储器中的数据上执行单条指令流。 ?单指令流多数据流（SIMD）：单条指令流控制多个处理单元同时执行，每个处理单元包括处理器和相关的数据存储，一条指令控制了不同的处理器对不同的数据进行操作。向量机和阵列机是这类计算机系统的代表 。 ?多指令流单数据流（MISD）：一个数据流被传送给一组处理器，通过这一组处理器上的不同指令操作最终得到处理结果。 一、单处理器系统和多处理器系统(3) ?多指令流多数据流（MIMD）：多个处理器对各自不同的数据集同时执行不同的指令流。可以把MIMD系统划分为共享内存紧密耦合MIMD系统和内存分布松散耦合MIMD系统两大类。 根据处理器分配策略，紧密耦合MIMD系统可以分为主从式系统MSP（Main/Slave Multiprocessor）和对称式系统SMP（Symmetric Multi-Processor）两类。 主从式系统基本思想是：在一个特别的处理器上运行操作系统内核，其他处理器上则运行用户程序和操作系统例行程序，内核负责分配和调度各个处理器，并向其他程序提供各种服务。 一、单处理器系统和多处理器系统(4) 在对称式多处理器系统中有两个或两个以上的处理器，操作系统内核可以运行在任意一个处理器上。每个处理器都可以自我调度运行的进程和线程，单个进程的多个线程可在不同处理器上同时运行。操作系统内核也被设计成多进程或多线程，内核的各个部分可以并行执行。 在松散耦合MIMD系统中，每个处理单元都有一个独立的内存储器，各个处理单元之间通过设定的线路或网络通信，多计算机系统和集群（Cluster）系统都是松散耦合MIMD系统的例子。 集群（Cluster）系统是一组互连的计算机系统，属于分布式系统的一种。集群操作系统也是分布式操作系统的一种。集群系统运行时构成统一的计算资源，给人以一台机器的感觉。集群系统中的每一台计算机离开集群后自己可以独立工作。 二、寄存器 (1) 计算机系统的处理器包括一组寄存器，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。 这些寄存器可分成以下几类： ?通用寄存器：可由程序设计者指定许多功能，如存放操作数或用作寻址寄存器。 ?数据寄存器：存放操作数，作为内存数据的高速缓存。 ?地址寄存器：指明内存地址，如索引寄存器、段寄存器、堆栈指针寄存器等。 ?I/O地址寄存器：指定I/O设备。 ?I/O缓冲寄存器：用于处理器和I/O设备交换数据。 二、寄存器 (2) ?控制寄存器：存放处理器的控制和状态信息，至少包括程序计数器PC和指令寄存器IR，中断寄存器以及用于存储器和I/O模块控制的寄存器。还有存放将被访问的存储单元地址的存储器地址寄存器，以及存放从存储器读出或欲写入的数据的存储器数据寄存器。 ?其他寄存器 三、特权指令与非特权指令 (1) 1.程序执行的基本过程 计算机的基本功能是执行程序，最终被执行的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。 2.指令功能分类 机器指令的集合称指令系统，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：执行算术和逻辑运算。 (2)转移类指令：改变指令执行序列，