硬件环境

1.4操作系统的硬件环境本节重点CPU工作机制存储原理I/O原理中断技术节标题冯。诺依曼体系结构中央处理器存储系统I/O设备中断技术练习1冯●诺依曼体系结构算术-逻辑运算单元控制单元中央处理单元主存储单元设备地址总线数据总线2中央处理器2.1算术逻辑运算单元–算术操作–逻辑操作–计算完成方式：通用寄存器功能单元主存例:(C程序)a=b+cd=a-100LoadR3,bLoadR4,cAddR3,R4StoreR3,aLoadR4,100subtractR3,R4StoreR3,d2.2控制单元硬件进程微处理器并发：取指操作与执行操作重叠取指令单元译码单元执行单元3054PCLoadR4,cIR控制单元LoadR3,bLoadR4,cAddR3,R4StoreR3,a304630503054305810111001001100。。101110100000010100111001003存储器类型（ROM、RAM）层次结构–设计时应考虑的三个问题：容量、速度、价格寄存器高速缓存主存储器硬盘存储器磁带机光存储器存储体系存储访问局部性原理程序存取局限性。程序执行时，有很多的循环和子程序调用，一旦进入这样的程序段，就会重复存取相同的指令集合数据存取局部性，在较短的时间内，稳定地保持在一个存储器的局部区域处理器主要和存储器的局部打交道在经过一段时间以后，使用的代码和数据集合会改变设计多级存储的体系结构原则：级别较低存储器比率小于级别较高存储器比率假设两级存储器：􀂄第I级包含1KB，存取时间为0.1μs􀂄第II级包含1MB，存取时间为1μs存取I级中的内容，直接存取存取II级，首先被转移到I级，然后再存取假设确定内容所在位置时间可以忽略若在I级存储器中发现存取对象的概率是95%，则平均访问时间为：结果：非常接近I级存储的存取时间4I/O设备设备控制器设备抽象I/O机器CPU中的软件应用程序设备管理主要手段：抽象、通用设备控制器工作–将设备连接到总线–监控设备状态硬件控制器的概念化软件接口busydone错误码命令状态逻辑数据Busydone00空闲01完成10工作11未定义概念化设备控制器接口5中断技术中断的概念–中断：CPU对系统内或系统外异步事件的响应–异步事件：无一定时序关系的随机发生的事件–中断事件、中断断点、中断返回、中断字–中断的作用：Cpu的利用率、提高实时性问题：中断与异常的区别？中断分类强迫性中断事件机器故障中断事件程序性中断事件外部中断事件输入输出中断事件自愿性中断事件正在运行的程序所期待的事件中断系统硬件中断装置（机制部分）软件中断处理程序（策略部分）设备中断（deviceinterrupts）CPU中增加中断请求（interruptrequest）标志位发展：中断向量While(haltFlagnotsetduringexecution){IR=memory[PC];PC=PC+1;execute(IR);if(InterruptRequest){/*Interruptthecurrentprocess*/memory[0]=PC;/*SavethecurrentPCinaddress0*/PC=memory[1];/*Branchindirectthroughaddress1*/}}中断处理的一般过程（1）简单中断处理过程硬件硬件产生一个中断处理器结束当前指令的执行处理器发送中断应答信号处理器将PC和PSW压栈根据中断设置加载新的PC中断处理程序处理剩余状态中断处理程序恢复被中断的上文环境恢复PC和PSW中断处理的一般过程（2）多个中断的处理（中断屏蔽）策略一：处理一个中断时，禁止其他中断；可用软件实现；顺序进行。用户程序中断A中断B中断处理的一般过程（3）多个中断的处理（中断优先级）策略二：中断按优先度分级，允许优先级高者打断优先级低的中断。EXP:系统中总线、硬盘、扫描仪三个设备同时处理时用户程序扫描仪（1）总线（6）硬盘（4）练习1.1、什么是分级的存储体系结构？它主要解决了什么问题？2.2、缓冲技术在计算机系统中起着什么样的作用？3.3、中断的一般处理过程是怎样的？多个中断同时发生时呢？