第二章操作系统的运行环境.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 操作系统的运行环境,2.1,硬件环境,OS,WINDOW,dos,.,UNIX,.,应用程序,裸机,(,硬件,),任何系统软件都是硬件功能的延伸,并且,都是建立在硬件的基础上,离不开硬件设,备的支持,.,而操作系统更是直接依赖于硬,件条件,与硬件的关系尤为密切,.,因此,本节,主要讨论操作系统要用到的基本的硬件,技术和概念,.,2.1.1,中央处理机,(CPU),1.,OS,作为一个程序要在,CPU,上运行,单个,CPU,单机系统,多个,CPU,多机系统,2.,特权指令,在多用户的多道程序设计环境中,，计算机,的指令系统中的指令必须分为两部分,特权指令,非特权指令,特权指令,定义：,指令系统中那些只能由,OS,使用的指令。,用途：,启动外部设备，设置时钟，清内存,等。,用户只能使用非特权指令，只有,OS,才能使用所有指令（包括特权指令）。,在单用户单任务的环境下,对指令则不必进行划分,.,3.,程序运行有两种状态,CPU,有时执行用户程序，有时执行操作系统的程序,。,如何识别当前的使用者是操作系统还是一般用户，,这赖于处理机状态的标识，,它,将处理机工作状态划分为：管态、目态。,管态（系统态）,一般指操作系统管理程序运行的状态,简称管态，,即,OS,运行态，,此时,可,使用特权指令和非特权指令,。,CPU,如何知道什么时候可以运行特权指令,?,目态（用户态）,用户程序运行态，只允许访问用户程序自己的存贮区域,，如果用户程序在执行时，企图访问,OS,所在的区域或想使用某个特权指令(如改变指令计算器的内容)，,将,立即被捕俘，而被迫中止执行，然后由,OS,处理这一事件，这样保证了,OS,的权利和使其程序不会被破坏。,当处理机处在目态中，,不可使用特权指令,。,4.,程序状态字,(PSW),为了解决这些问题，所有的计算机都有若干的特殊寄存器。同时还有一个专门的寄存器用来指示处理器状态的，程序状态字。,CPU,具体是通过什么方法，来识别处理器的状态？以及处理器何以知道它要执行哪条指令？,(1),用特殊的寄存器存放状态,PC,程序计数器，指示下一条要执行的指令。,PSW,程序状态字，指示处理机状态。,PSW,包含：,条件码：反映指令执行后的结果特征。,中断屏蔽码：指出是否允许中断,(,中断优先级,),CPU,的工作状态：管态还是目态。,IR,：,指令寄存器,MAR MBR IOAR IOBR,(2)M68000,的程序状态字(微机)16位字,P20 PIC2,1,T,S,I,2,X,N,Z,V,C,I,1,I,0,15,13,10,8,4,3,0,自陷中断位,(,跟踪,),CPU,状态位1：管态0：目态,中断屏蔽位,负数,结果为,0,溢出,进位标志位,条件码,Trap,连机调试，排错用,优先级,0,7,(3),不同的机器有不同的,PSW,，,如：8088(,FLAG),A,T,P,Z,C,溢出,S,D,O,15,10,去向,(,增减,),跟踪,符号,零,辅助进程,奇偶,进位,IBM 370,大型机的,PSW,程序状态字,P21 PIC2-2,系统屏蔽,钥,EMWP,中断码,ILC,CC,程序屏蔽,指令地址,0,7,11,15,31,33,35,39,63,位,E,是,机器的控制方式，,M,位是机器校验方式位，,W,位是等待状态位，,P,位是处理器工作状态位（,0,管态、,1,目态）。,指出,CPU,是否接受特定通道的中断。,供存储保护使用,供程序员回溯指令用,含有条件码的当前值,接受中断的编码信息,指出,CPU,是否接受某种程序性中断,指出将要被执行的下一条指令的地址,2.1.2,主存储器,(,支持,OS,运行的硬件环境中一个重要方面,),1.,一个作业必须把它的程序和数据存放在主存中才能运行。,多道程序放入，互不影响,保护机构,OS,OS,空间,用户空间,主存,操作系统空间和用户程序空间,2.,存贮器类型,RAM,random access memory,可读写，随机存贮器,ROM,read only memory,只读存贮器(不可改程序存贮),BIOS,EPROM,可改写,ROM,，,用特殊和紫外线照射芯片,PROM,可编程写入，用有特殊,PROM,写入器,RAM,ROM,长驻内存的模块,随机存取的用,户程序和数据,IBM-PC,的基本系统中有,48KB,的,ROM,内存分区,8K,基本输入,/,出系统程序,BIOS,40KROM,32KB CBASIC,解释程序,8KB,空闲,例如：,RAM,和,ROM,的用途：,3.,存储分块,存储的最小单位称为“二进位,”，它包含的信息为,0,或,1,。,存储器最小单位编址单位是字节,，有,8,位。,两个字节组成“字”。,把存储器分为“块”便于管理分配，在为,用户分配主存空间时，以块为最小单位,：,16,字节,(,一块,)PC,机,64,字节,(,一块,)PDP-11,机,2k,字节,(,一块,)IBM370,机、,IBM,大型机,4.,存储保护,存放在主存的用户程序和操作系统，以及它们的数据，很可能受到正在,CPU,上运行的某用户程序的有意或无意的破坏，这可能会造成十分严重的后果。所以对主存中的信息加以严格的保护，使操作系统及其它程序不被错误的操作所破坏，是其正确运行的基本条件之一。,(1),界地址寄存器,产生越界中断,(,存贮器保护中断,),。具体作法是：在,CPU,中设置一对界限寄存器来存放该用户作业在主存中的下限和上限地址。,当,CPU,访问主存时，将访问地址与界限寄存器的内容进行比较，以判断是否越界。,1000,5000,OS,User 1Jump 6000,User 2,作业在主存中,的上、下限地址,将,6000,与上限地址,5000,比较，越界则,越界中断,1000,6000,下界,上界,几种常用的存储保护方法：,(2),存储保护键,：,(,由五位二进位,),其中最左四位是,存储键,，最右一位是,取保护标志位,。,A,块,B,块,C,块,0,0,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,0,0,0,存储键，取,0-15,取保护位,如图：,主存储器,存储键的使用方法：,当一个用户作业被允许进入主存时，操作系统分给它唯一的不与其他作业相同的存储键号（,1-15,），并将分配给该作业的各存储块的存储键也设置成同样的键号。,存储块,当作业被操作系统挑选到,CPU,上运行时，操作系统同时将它的存储键号放入程序状态字,PSW,的存储键场（钥场）中。,0,7,钥,11,程序状态字,这样每当,CPU,访问主存时，都将该主存块的存储键与程序关键字中的钥进行比较。如果相匹配，则允许进行访问。,0010,0010,1,注,1,：存储键为,0,号时，称为“万能键”，此时即使,PSW,中钥场的存储键号与要访问的存储块的存储键不相匹配，也可进行访问。,0,7,钥,11,程序状态字,0000,“万能键”,注,2,：最右边的一位称为“取保护位”。当该位为,0,时，即使存储键不匹配，也允许对该块内的数据进行读访问（取数据），但不许进行写访问。当该位为,1,时，在键不匹配的情况下，禁止对该块进行任何访问。,存储块,0010,1,取保护位,0010,0,7,钥,Key,11,只要键匹配，存取均可,键不匹配，则不可存,是否可取要看保护位,程序状态字,A,块,B,块,C,块,主存储器,举例：,存,C,，,不可以(键不匹配)取,C,，,可以，因取保护位为0，即不保护取,0010,1,0100,1,0100,0,0,7,11,程序状态字,0010,存,A,，,取,A,，,均可以(键,Key,匹配),存,B,，,取,B,，,均不可以(键不匹配，且取保护),2.1.3,缓冲技术,上章已讲到，缓冲技术可以用来,提高,CPU,利用率,。,缓冲区,是外部设备在进行数据传输期间专门用来暂存这批数据的主存区域,。,使用缓冲区的根本原因：,CPU,处理数据的速度与设备传输数据的速度不相匹配，因此，用缓冲区来缓解一下期间的速度矛盾。,为何不把用户工作区直接作为缓冲区？,首先，,当工作区从（向）外部设备输入数据（输出数据）时，工作区将被长期占用而使用户无法使用。,其次，,为了便于对缓冲区的管理，缓冲区往往是与设备相联系的，而不直接同用户相联系。,最后，,使用独立的缓冲区，而不把用户工作区作为缓冲区，可以减少输入输出的次数，以减轻对通道和输入输出设备的压力。因为，缓冲区信息可共享且可重用。,要点回顾,指令的划分,程序运行时的两种状态,.,程序状态字主要包含哪三方面信息,.,存储保护的方法,.,使用缓冲区的根本原因,.,特权指令和非特权指令,管态和目态,条件码,中断屏蔽码,CPU,工作状态,界地址寄存器,:,产生越界中断,存储保护键,:,对比程序状态字和存储块的存储键号,相同则可存取,不同则不可存,是否可取要看,”,取保护位”,.,2.1.4,中断技术,中断简介：,定义：,CPU,对系统中发生的,异步事件,的响应,异步事件：指无一定时序关系的随机发生的事件。,例如你正在看书,此时电话响了,(,异步事件,),于是你用,书签记住正在看的那一页,(,中断点,),再去接电话,(,响应,异步事件并进行处理,),接完电话后再从被打断的那页,书继续向下看,(,返回原程序的中断点执行,).,关于中断的几个概念,:,中断源,(,中断事件,):,引起中断的那些事件,中断处理程序,:,处理中断事件的程序,(1),能充分发挥处理机的使用效率,：因为输入输出设备可以用中断的方式同,CPU,通讯，报告其完成,CPU,所要求的数据传输的情况和问题，这样可以免除,CPU,不断地查询和等待，从而大大提高处理机的效率。,中断具有的作用：,(2),提高系统的实时处理能力,：因为具有较高实时处理要求的设备，可以通过中断方式请求及时处理，从而使处理机立即运行该设备的处理程序。,中断的类型,中断的种类很多，例如,IBM-PC,就有,256,种不同的中断。一般中断按其功能来分可有以下几大类：,(1),机器故障中断,：,电源故障中断，机器电路检验错误中断,(2),输入,/,输出中断,：,用以反映输入输出设备和,通道,的数据传输状态,.,如,:,键盘、显示器、磁盘等,I/O,中断,.,(3),外部中断,：,如：时钟中断，操作员控制台中断，多机系统中,CPU,到,CPU,通讯中断,开机、操作员选择执行任务、操作员对某项任务的监视工作等,为了在处理,I/O,请求时进一步减少中断处理次数和处理器的占用时间，把对外设的管理和控制工作从,CPU,中分离出来，使,I/O,控制器更具智能化，这种,I/O,控制器称为通道,(5),访管中断,：是,用户程序和操作系统之间唯一一个相通的“门户”，用户程序可以通过访管指令引起中断并调用操作系统相应的功能模块为其服务。,(4),程序性中断,：,程序中的问题引起的中断，如除法错误中断，溢出中断，错误地使用指令等。,如：用户要求操作系统为其分配一块主存,这五类中断又可按中断方式不同划为：,自愿中断,：,是正在运行的程序期待的事件，这种事件是由于执行了一条访管指令而引起的。,强迫性中断,：,是由随机事件引起的，并非由程序设计人员事先安排的。,目前多数微型处理机有着,多级中断系统,，,在多级中断系统中，很可能同时有多个中断请求，这,时,CPU,接受中断优先级为最高的那个中断，忽略其中断优先级较低的那些中断。,中断优先级,在大型机中，中断优先级按中断类型划分，以机器故障中断的优先级最高，程序中断和访问管理程序中断次之，外部中断再次之，输入输出中断的优先级最低。,(1),固定的优先数,：每个设备接口给安排一个不同的、固定的优先数顺序。例如：在,PDP-11,中是以该设备在,总线,中的位置来定，离,CPU,近的设备，其优先数高于离,CPU,远的设备。,(2),轮转法,：用一个表，依次轮转响应，这是一个较为公平合理的方法。,如果在同一中断级中的多个设备接口中同时都有中断请求 时，中断逻辑如何处理？,现代计算机普遍使用的是总线互连结构,即计算机中各个部件,连接到一组公共信息传输线上，该公共信息传输线称为总线,中断响应,CPU,何时响应中断？,通常是在,指令周期,的最后时刻由,CPU,中的一个能检测中断的机构（中断扫描机构）扫描中断寄存器，判断是否有中断信号，如有则接受中断请求。,CPU,如何识别提出中断请求的设备或中断源？,方法一：用软件指令去查询各个设备接口。,缺点：费时,方法二：“向量中断”方法。,指令周期：,CPU,每取出并执行一条指令所需的全部时间。,“向量中断”方法的基本思想,当,CPU,接受某优先级较高的中断请求时，该设备接口给处理器发送一个具有唯一性的“,中断向量,”，以标识该设备。这样，,CPU,就可根据“,中断向量,”找到发送中断请求的设备，并做出相应的中断处理。,中断向量,IBM-PC,机中,对不同的中断事件规定了一个0255 之间的一个数，这些数代表了引起中断的事件，它们称为,中断类型,。,对于每一个中断类型，处理器必须有相应的处理该类事件的程序,(,中断处理程序,),。,而中断处理程序的地址称为,中断向量,，其字长为,4,字节，其中包含有中断处理程序的段首址,(CS,的内容,),和段内编置地址,(IP,的内容,),。将所有,256,个中断类型中的中断向量放在一张表上称为中断向量表。,IP,CS,IP,CS,IP,CS,00000,00001,00002,00003,00004,00005,00006,00007,003FC,003FD,003FE,003FF,中断屏蔽,有时在,CPU,上运行的程序，不希望其在执行过程中被别的事件所中断，这种情况称为中断屏蔽。,T,S,I,2,X,N,Z,V,C,I,1,I,0,15,13,10,8,4,3,0,中断屏蔽位,具体的实现方法是：在程序状态字,PSW,中设置中断屏蔽码以屏蔽某些指定的中断类型；此外，对于那些具有中断禁止位的设备接口，也可通过对中断禁止位的设置来禁止该设备的中断。,中断处理,中断处理的过程：,New(IP),New(CS),Old(IP),Old(CS),Old(PSW),IP,CS,PSW,8086,1,、将处理器的程序状态字,PSW,压入堆栈。,4,N,4,N+2,中断指针,1,2,、将指令指针,IP,（相当于程序代码段的段内相对地址）和程序代码段基地址寄存器,CS,的内容压入堆栈，以便保存被中断程序的返回地址（,IP+CS,）。,2,3,、取来被接受的中断请求的中断向量地址（,IP+CS,），以便转入中断处理程序。,3,NEW,（,PSW,）,4,、按中断向量地址把中断处理程序的程序状态字取来，放入处理器的程序状态字存储器中。,4,2.1.5,时钟、时钟队列,1.,在计算机系统中设置时钟的作用：,（,1,）提供用户和系统所需要的,绝对时间,，即年、月、日。,（,2,）记录用户使用各种设备的时间。,（,3,）在分时系统中，用,间隔时钟,来实现用户作业间按时间片轮转。,2.,分类,绝对时钟,(,系统时钟,),：即用来记录当时的时间（年、月、日、时、分、秒）。,初值由用户输入，停机后时钟仍自动修改。,间隔时钟,（相对时钟）：初始值由用户设定，以后每经过一个单位的时间，其值减,1,，直到值为,0,，则触发中断，并做相应的中断处理。停机后不再被修改。,3.,时钟队列,由于计算机中的时钟数有限（跟系统中的运行的进程数比较而言），又往往有很多进程需要自己的间隔时钟。因此，我们可以通过软件为每个进程提供其需要的软时钟，时钟队列就是实现这一技术的方法。,A,B,C,D,50,ms,10,5,0,队列头指针,作业,(,进程,),、程序段,唤醒时间,采取时间增量的方法来登记,要求：,A,作业从现在起50,ms,后运行,B,作业从现在起60,ms,后运行,C,和,D,作业从现在起65,ms,后运行,若,A,运行完后还要运行，,则按时间先后插入队列,.,并计算其时间增量,.,例如,作业,A,在,50ms,后还要运行,则,A,排在,D,之后,且,A,的,时间,增量,为：5010535,ms,。,A,D,0,35,3.,有四个作业,A,，,B,，,C,，,D,，,要求定时唤醒运行，其要求如下：,A20,秒后运行，经过40秒后再次运行。,B30,秒后运行。,C30,秒后运行，经过25秒后再次运行。,D65,秒后运行。请建立相应的时钟队列。,A,B,C,C,2,0ms,10,0,2,5,A,D,5,5,2.2,操作系统与其它系统软件的关系,OS,是整个计算机系统的管理者，是系统的控制中心，它不但控制、管理着其它各种系统软件，而且与,其它系统软件,共同支持用户程序的运行。可以说操作系统和这些软件构成一个以,OS,为中心的“环境”，以便于用户程序运行。,OS,的功能设计必须受这些系统软件的功能强弱和完备与否的影响。,本节的主要内容是介绍操作系统中常用的一些软件技术。,语言处理系统,(,包括编译、汇编、解释程序,),服务程序（如诊断排错程序）,.,2.2.1,作业、作业步和进程的关系,作业,：,是用户要求计算机给以处理的一个相对独立的任务。,(,也称作任务,),作业步,：,一个作业一般可以分成几个必须顺序处理的工作单位,(,或步骤,),，该工作单位称为作业步。如：一个用高级语言写的用户作业，它的运行要分成三步：先编译，再连接，最后运行。,作业步,进程,：一个作业步又可分为若干个作业步任务,进程，进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。而一个进程又可能要执行多个,线,程。,线程,：线程是进程内的一个相对独立的可调度的执行单元。,用户,作业,作业步,作业步,进程,进程,线程,线程,.,.,.,由用户创建,由用户指定,由系统创建,作业、作业步进程和线程的关系,补充知识,在多道程序环境下，将一个用户源程序变为一个可在内存中执行的程序，通常要经过以下几步：,（,1,）编译。由编译程序（,Compiler,）将用户源代码编译成若干个目标模块（,Object Module,）；,（,2,）链接。由链接程序（,Linker,）将编译后形成的目标模块以及它们所需要的库函数，链接在一起，形成一个装入模块（,Load Module,）；,（,3,）装入。由装入程序（,Loader,）将装入模块装入内存。,2.2.2,重定位的概念,1.,引子,PC,机的,CPU,使用的,16位寄存器,，表示最大数为 65535,（,64K,），,CPU,采用,内存分段方式,，解决寻址大于64,k,空间内存的问题,。例如,：,有一个大小为,4M,的内存空间，如果,CPU,采用内存分段的方式，则可将内存划分为：,64,段，且每段长度为,64K,。因为，,一段为64,k,的,内存，用一个16位的地址值就可指向其中的任一字节，用另一个双字节(16位)的值来标示某一段的起点。,例：每段,16,个字节，段值为,2,，段中的地址数为,7,，则,162,7,39,字节绝对地址为,39,，相对地址为,7,。,(1),绝对地址,存储控制部件能够识别的,主存单元编号,(,或字节地址,),，也就是主存单元的实际地址。,(2),相对地址,相对于某个基准量,(,通常用零作基准量,),编址时所使用的地址，常用于程序的编写和编译过程中。,因为多道程序系统中，主存将存放多道作业，而程序员在编写程序时，不可能了解自己的程序将放在主存中何处运行，不可能用绝对地址来编写程序。因此往往用相对于某个基准地址来编写程序。,(3),逻辑地址空间,程序中相对地址的全体称为逻辑地址空间。,(4),物理地址空间,实际的主存地址空间。,在多道程序环境下，用户不可能决定自己使用的主存区，因而在编制程序时常按(以零作为基准地址)相对地址来编写。这样，当程序放入主存时，如果不把程序中与地址有关的“项”变成新的实际地址，而是原封不动的装入，那么程序就不能正确执行。,举例：,0 LOAD 1,62 ADD 1,84 STORE 1,106 A 8 B 10,相对,LOAD 1,6ADD 1,8STORE 1,10A B,100,102,104,106,108,程序装入,主存,矛盾,地址单元,110,因此，要使程序装入主存后能正确执行，就必须修改程序中所有与地址有关的项，这就叫程序的重定位。,2.,重定位：把程序中相对地址变换为绝对地址,对程序进行重定位的技术目前按重定位的时机区分为两种：,静态重定位,动态重定位,重定位,(1),静态重定位,是指在程序装入主存时，由连接装入程序进行重定位，程序开始运行前，程序中各与地址相有关的项均已重定位完,(,即已将程序中的相对地址转换成绝对地址了,),。,当操作系统为某目标程序分配了一个以,B,为起始地址的连续主存区后，静态重定位把每个与地址有关的项都加上“,B-R”(,设,R,是该程序编址时的基准地址，通常,R,0),即可。,静态重定位的过程,:,0 LOAD 1,62 ADD 1,84 STORE 1,106 A 8 B 10,LOAD 1,106ADD 1,108STORE 1,110A B,100,102,104,106,108,程序运行前修改好,主存部分,地址单元,110,起始地址,B,100,，基准地址,R,0,要点回顾,中断、中断源、中断处理程序的概念。,CPU,对系统中发生的异步事件的响应。,引起中断的那些事件。,处理中断事件的程序。,中断具有的作用。,中断的类型。,CPU,何时响应中断。,充分发挥处理机的使用效率,提高系统的实时处理能力,机器、,I/O,、外部、程序性、访管,指令周期的最后时刻,要点回顾,CPU,如何识别提出中断请求的中断源。,什么是中断向量。,中断处理过程。,作业、作业步、进程和线程的关系。,静态重定位。,方法一：用软件指令去查询各个设备接口。,方法二：“中断向量”方法。,中断处理程序的存放地址。,压入旧,PSW,，压入,IP+CS,，取来中断向量，取来中断处理程序的,PSW,。,树型结构,程序运行前，已完成重定位工作，即把程序中每个与地址有关的项都加上“,B-R”,（,B,为目标程序的起始地址，,R,为程序运行前编址时的基准地址。）,Load 1,1000,0157,0,0100,1000,2000,Load 1,0157,10000,主存储器,静态重定位,10900,10900,起始地址,B,10000,，基准地址,R,100,(2),动态重定位,与静态重定位不同,动态重定位不是在程序装入过程中进行，而是在处理机每次访问主存时，由动态地址变换机构,(,硬件,),自动进行把相对地址转换为绝对地址。,本节只介绍静态重定位，关于动态重定位技术将在第,8,章介绍。,2.3.OS,与人的接口,OS,与人的接口有二个方面,无论在联机操作、还是在脱机操作情况下，用户除了有,程序需要机器运行外，还应告诉机器如何来运行自己的,程序。,在脱机状态下,访管指令,作业控制语言,在联机状态下,终端命令,图形用户接口,（至今没有形成统一的标准版本）,待运行的程序编译时发生错误,如何处理,;,程序的运行需要使用到多少主存,;,会使用到哪些输入输出设备,。,2.3.2,联机作业控制,终端命令和图形用户接口。,用户在分时系统的终端上工作，直接通过键盘打入命令来控制其作业的运行，这种方式称联机作业控制方式。,它不需要像脱机批处理作业那样，除程序外还要提交一份作业控制说明来控制作业运行。但用户必须借助终端命令或图形用户接口,(GUI),与操作系统通讯，把用户意图告诉系统，以完成计算任务。,终端命令,：,终端命令也是一种语言，但不同于一般程序设计语言，也没有标准化。因此各个系统往往按照自己的设计构成一套命令。按功能来说大致都包含以下几类命令：系统访问命令、程序运行命令、程序开发命令、文件操作命令、资源分配命令、系统管理命令、前后台作业转换命令。,例如：,dos,系统下的,Format,、,PRINT DIR,、,COPY,等命令。,以终端命令和命令语言方式来控制程序的运行虽然有效，但给用户增加了很大的负担，即用户必须记住各种命令，并从键盘键入这些命令以及所需的数据，以控制他,(,她,),们的程序的运行。图形用户接口的目标是通过对出现在屏幕上的对象直接进行操作，以控制和操纵程序的运行。用键盘和鼠标对菜单中的各种操作进行选择，从而命令程序执行用户选定的操作，极大地方便了用户，受到普遍欢迎。目前图形用户接口,(GUI),是最为常见的人机接口,(,或用户界面,),形式。支持,GUI,的接口系统称为窗口系统，它已成为操作系统的一个重要组成部分，,Windows 3.x(Windows NT,等系统使用)和,X,窗口系统(,UNIX,系统使用)。,GUI,作业,1,：,有两道程序,A,、,B,，,按下图以多道程序方式运行，要求在右图画出它们的运行轨迹，并计算在60,ms,内，,CPU,的利用率，假设起始时首先运行,B,，,并允许忽略监督程序切换,A,、,B,的时间。,作业讲评,运行15,ms,I/O 20ms,运行10,ms,I/O 10ms,A,B,B,A,I/O,I/O,10,ms,60,ms,t,B,A,错误解法,1,B,A,I/OB,I/OA,10,60,t,20,30,40,50,25,35,45,CPU,和输入输出设备的交接点不对，即程序,A,要运行,15,秒后，输入输出设备,A,才开始运作。,错误解法,2,B,A,I/OB,I/OA,10,60,t,20,30,40,50,25,35,45,就微观而言，在任一特定时刻，在处理机上运行的作业,只有一个,错误解法,3,B,A,I/OB,I/OA,10,60,t,20,30,40,50,25,35,45,输入输出设备之间的运行时间不必错开，可以实现并行。,解：,B,A,I/OB,I/OA,10,60,t,20,30,40,50,25,35,45,A,块,B,块,C,块,主存储器,0010,1,0100,1,0100,0,0,7,11,程序状态字,0000,钥,0,7,11,程序状态字,0100,钥,是万能键，故对,A,、,B,、,C,的存取均可。,0000,（,1,）,（,2,）,0100,与,A,块的键不匹配，且,A,的取保护位为,1,，故不可存取。,与,B,块的键匹配，故可存取。,与,C,块的键匹配，故可存取。,作业,2,强化练习,运行15,ms,I/O 20ms,运行10,ms,I/O 10ms,A,B,B,A,I/O,I/O,10,ms,60,ms,t,B,A,若在单道程序系统中，没有任何并行情况存在，在任一特定时刻只有,CPU,或某一个设备在工作。,画出其运行轨迹，并计算,60ms,内,CPU,利用率。,B,A,I/OB,I/OA,10,60,t,20,35,5,5,在,M68000,微型计算机中有三道用户程序，分别为,A,，,B,，,C,。他们的程序状态字如下：,15,13,10,8,4,3,0,0,0,1,X,N,Z,V,C,1,1,A,0,0,1,X,N,Z,V,C,1,0,B,0,0,1,X,N,Z,V,C,0,1,C,其中，用户程序,A,运行,1,个单位时间后，需要磁盘输入数据，输入数,据的过程耗时,7,个单位时间。之后，程序,A,运行,1,个单位时间后结束。,用户程序,B,运行,1,个单位时间后，需要磁带输入数据，输入数据的过,程耗时,6,个单位时间。之后，程序,B,运行,1,个单位时间后结束。,用户程序,C,运行,1,个单位时间后，需要打印机输出数据，输出数据的,过程耗时,5,个单位时间。之后，程序,C,运行,1,个单位时间后结束。,注：监督程序启动外设及调度程序耗时均为,1,个单位时间。,试画出这三道作业的运行轨迹。并求出,CPU,利用率。,用户程序,A,B,监督程序,磁盘操作,磁带操作,请求盘输入,启动盘,调度,B,请求带输入,启动带,结束中断,中断处理调度,A,中断处理调度,B,结束中断,t,0,5,10,15,C,打印机操作,调度,C,请求打印输出,启动打,中断处理调度,C,程序,A,结束,程序,B,结束,程序,C,结束,1,2,3,4,6,7,8,9,11,12,13,14,