操作系统-ch2-2.1中央处理器.ppt

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：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：多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。.从串型到并行(1)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。.从串型到并行(2)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。.计算机系统结构分类(1)单指令流单数据流（SISD）单指令流多数据流（SIMD）多指令流单数据流（MISD）多指令流多数据流（MIMD）.计算机系统结构分类(2)单指令流单数据流：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：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。.计算机系统结构分类(3)多指令流单数据流：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：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系统和内存分布松散耦合系统两大类。.2.1.2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。.寄存器(2)通用寄存器：数据寄存器：基地址寄存器：I/O地址寄存器：I/O缓冲寄存器：控制寄存器：其他寄存器.2.1.3特权指令与非特权指令特权指令与非特权指令(1)(1)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。.特权指令与非特权指令(2)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(3)从资源管理和控制程序执行的角度出发，必须把指令系统中的指令分作两部分：特权指令和非特权指令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。.2.1.4处理器状态(1)中央处理器怎么知道当前是操作系统还是一般用户程序在运行呢?处理器状态标志和设置处理器成不同状态。管理状态（特权状态、系统模式、特态或管态）和用户状态（目标状态、用户模式、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级权限最高，3级权限最低。.2.1.5程序状态字寄存器(1)计算机如何知道当前处于何种工作状态？这时能否执行特权指令？通常操作系统都引入程序状态字程序状态字PSWPSW（Program Status Word）来区别不同的处理器工作状态。.IBM360/370系列计算机程序状态字的基本格式 XX X X XXXX X X XXXXXX8位系统屏蔽4位CMWP字段4位程序屏蔽4位保护键16位中断码字段指令长和条件码24位指令地址.程序状态字寄存器(1)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(2)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。保存程序执行时当前发生的中断事件。中断屏蔽位。指明程序执行中发生中断事件时，是否响应出现的中断事件。.程序状态字寄存器(3)Intel Pentium中，PSW由标志寄存器EFLAGS和指令指针寄存器EIP组成，均为32位。EFLAGS的低16位称FLAGS，标志可划分为三组：状态标志、控制标志、系统标志。.程序状态字寄存器(4)状态标志：使得一条指令的执行结果影响后面的指令。算术运算指令使用溢出标志，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；串扫描、串比较、循环指令使用ZF通知其操作结束。.程序状态字寄存器(5)控制标志：串指令操作方向标志。虚拟86方式标志(为1时，从保护模式进入虚拟8086模式)。步进标志(为1时，使处理器执行单步操作)。陷阱标志(为1时，允许响应中断，否则关中断)。.程序状态字寄存器(6)系统标志：与进程管理有关：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。指令指针寄存器低16位（保护模式使用32位）。.