周国运《操作系统》讲义[第2章2.1].pptVIP

CH2 处理器管理 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 2.1中央处理器 2.1.1单处理器系统和多处理器系统 2.1.2寄存器 2.1.3特权指令与非特权指令 2.1.4处理器状态 2.1.5程序状态字寄存器 2.1.1单处理器和多处理器系统 计算机系统的核心是中央处理器 单处理器系统：一个计算机系统只包括一个运算处理器。 多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。 计算机系统结构分类 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 多指令流单数据流（MISD）：一个数据流被传送给一组处理器，通过处理器上不同指令操作最终得到处理结果 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。又可分为共享内存紧密耦合系统和内存分布松散耦合系统两大类 紧密耦合多处理器MIMD系统 处理器分配策略有两种： 主从式多处理器（MSP）系统 主处理器运行OS内核，其它运行用户程序和OS例程。 对称式多处理器（SMP）系统 每个处理器上都可以自我调度运行内核、OS例程和用户程序，内核被设计成多进程和多线程的。 SMP是最为成功的两种并行机之一 2.1.3 特权指令与非特权指令 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； (2)转移类指令； (3)数据传送类指令； (4)移位与字符串指令； (5)I/O类指令。 特权指令与非特权指令(2) 从资源管理和控制程序执行的角度出发，可以把指令分作两部分：特权指令和非特权指令。 特权指令是指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清内存、建立存储键，加载PSW等。 如：LLDT、LGDT、LIDT、LMSW SLDT、SGDT、SIDT、SMSW、STR 2.1.4 处理器状态 中央处理器怎么知道当前运行的是操作系统还是一般用户程序? 是借助于处理器的状态标志。 处理器的状态又称为运行模式 管理状态：又称为特权状态、系统模式、核心态、特态或管态 用户状态：又称为目标状态、用户模式、用户态、常态或目态 处理器状态(2) 处理器处于管理状态时，程序可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理器状态的能力；处理器处于用户状态时，程序只能执行非特权指令。 Intel Pentium的处理器状态有四种，支持4个保护级别0级---3级，0级权限最高，3级权限最低 。 2.1.5 程序状态字寄存器 程序状态字PSW（Program Status Word） 用于记录处理器的工作状态、设置控制处理器的运行方式。在进程切换时，保护和恢复进程的状态 IBM360/370系列计算机程序状态字的基本格式 程序状态字寄存器(3) PSW用来控制指令执行顺序并保留和指示与程序有关的系统状态，主要作用是实现程序状态的保护和恢复。 每个程序都有一个与其执行相关的PSW，每个处理器都设置一个PSW寄存器。程序占有处理器执行，它的PSW将占有PSW寄存器。 程序状态字寄存器(4) PSW寄存器包括以下内容： 程序基本状态：(1)程序计数器；(2)条件码；（3）处理器状态位。 中断码 中断屏蔽位 程序状态字寄存器(5) 状态标志：溢出标志，符号标志，结果为零标志，辅助进位标志，进位标志，奇偶校验标志等 控制标志：串指令操作方向、单步、V86标志等 系统标志：与进程管理有关的I/O特权级标志、嵌套任务标志和恢复标志，被用于保护模式。 从串型到并行 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。 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。 2.1.2寄存器 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