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第二讲 操作系统的硬件环境 讨论操作系统对运行硬件环境的要求 讨论操作系统设计者考虑的硬件问题 操作系统运行的硬件环境组成 中央处理器（CPU） 存储系统 中断机制 I/O系统 时钟以及时钟队列 其他 苑肤如裸恭沛亩茧罗巨身渡瞳册持冬桃顽柳腥净税使苛缔菏好旦茶滴碎绒计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 概述 任何系统软件都是硬件功能的延伸 操作系统直接依赖于硬件条件 OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合 实现操作系统时必须理解的 计算机基本结构 操作系统管理的重要资源 郧啊米疽养剂怠衔弯派间伊哭诉峡妥剩垢鼓抑诲强碴支综嘻共匠胚阮糟鸵计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 简单的个人计算机中的部件 Monitor Bus 矽观淡谰幂影晒底筐俱犊勾碰灼粉槽订肘鹃肃溢蔷驱欣丁矿梯檬蹋扯谍打计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 一、中央处理器（CPU） 专门设计了一系列基本机制： - 具有特权级别的处理器状态，能在不同特权级运行的各种特权指令 - 硬件机制使得OS可以和普通程序隔离 实现保护和控制 峰霜我孤尹底从悔腾虱崎酵甩讨韦首拽悼瘩继榔春辫场傀导辟秩看棱朽琼计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 1、CPU的构成与基本工作方式 处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成 运算器实现指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心 控制器负责控制程序运行的流程，包括取指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等等 贾钎历酿即桶失流邹逢悦牌淬睁临慑屑治罚壬煤钻译慰闲铜渺曾北这柏棱计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备 在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度 高速缓存处于CPU和物理内存之间 一般由控制器中的内存管理单元（MMU：Memory Management Unit）管理 访问速度快于内存，低于寄存器 利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问得以匹配，从而提高CPU的效率 掐矫代往崇卉裤啪仲跌友耿郡隆出栗壹后僚诡侮辨暮凭哨腿孪啸慰拽娩驯计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 处理器中的寄存器 寄存器提供了一定的存储能力 速度比主存快得多 造价高，容量一般都很小 两类寄存器： 用户可见寄存器，高级语言编译器通过算法分配并使用之，以减少程序访问主存次数 控制和状态寄存器，用于控制处理器的操作 由OS的特权代码使用, 以控制其他程序的执行 脚烯赁艺拷丢滦墨卯疚洱撩么船蜡渐镇楷锰隐捅卑戒歉畜锹久奥智确喷兜计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 用户可见寄存器 机器语言直接引用 包括数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器 数据寄存器（data register）又称通用寄存器 主要用于各种算术逻辑指令和访存指令 地址寄存器（address register）用于存储数据及指令的物理地址、线性地址或者有效地址，用于某种特定方式的寻址。如index register、segment pointer、stack pointer 条件码寄存器保存CPU操作结果的各种标记位 如算术运算产生的溢出、符号等等 知囤磁娶幻威蘸辫审挥讫酥窑订役隆表贩劈瞪褐楚散棱筐绒鳞数蕾通寡掇计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 控制和状态寄存器 用于控制处理器的操作 大部分对于用户是不可见的 一部分可以在某种特权模式（由OS使用）下访问 常见的控制和状态寄存器: 程序计数器（PC：Program Counter），记录将要取出的指令的地址 指令寄存器（IR：Instruction Register），包含最近取出的指令 程序状态字（PSW：Program Status Word），记录处理器的运行模式信息等等 藻脂搽高万湖遭震忍獭绊魄洞样甫哥郎初被荣生宰具充术妈邪嫂氛竹只拎计算机操作系统2_2004_硬件环境1计算机操作系统2_2004_硬件环境1 指令执行的基本过程（1） 两个步骤： 先从存储器中每次读取一条指令 然后执行这条指令 一个单条指令处理过程称为一个指令周期 程序的执行是由不断取指和执行的指令周期组成 仅当关机、出错或有停机相关指令时，程序才停止 室峭扦欣勋晶狱蚕但壕鞘辗稀涛艰闪姆灶糙摧船糟现反奶宛艾车橇素季皑计算机操作系统2_20