操作系统的硬件环境

太过爱你忘了你带给我的痛 2024-03-16 20:06 57阅读 0赞

**目录**

1、定时装置

2、堆与栈

3、寄存器

4、特权指令与非特权指令

5、处理器状态及状态转换

6、地址映射机构

7、存储保护设施

8、中断装置

9、通道与DMA

10、IO保护

--------------------

## 1、定时装置 ##

*  绝对时钟：记载实际时间，不发中断。
 *  间隔时钟：定时发生中断，一般间隔单位为“毫秒”。

绝对时钟是必要的，操作系统通过根据绝对时钟的值记录作业进入系统和处理时间、文件的修改和存取时间、资源占用时间、日志记录时间等。

间隔时钟是实现多道程序的基础—保证操作系统获得控制权。 其它中断也进入操作系统，但是否发生，何时发生没有保障。（**中断时系统并发必要条件按，即只有通过中断才能实现多道批处理**）

## 2、堆与栈 ##

**堆**：属于用户空间，用于保存程序中的动态变量

**用户栈**：属于用户空间，用于保存用户函数调用时返回点、参数、局部变量、返回值，传动调用操作系统时传给操作系统的值。

**系统栈：**也成为核心站，在逻辑上属于操作系统空间，用于保存中断现场，保存子程序转移返回点、参数、局部变量、返回值

程序切换的同时伴随着堆、用户栈、系统栈的切换，但硬件的指针时多个进程共享的。

## 3、寄存器 ##

硬件系统提供一套寄存器，由运行进程使用。切换程序时，一般要把寄存器的当前值保存起来，再次运行前再次恢复。这些寄存器有：

**程序状态字（PSW）**

**指令计数器（PC）**：记载运行程下一条指令地址

**栈指针SP**：管态和目态各一个，分别保存系统栈和用户栈的栈顶位置。

**通用寄存器（regs）**：若干个，用于存数和计算，还可以用来保护系统调用时传给操作系统的参数，以及由操作系统传给用户的返回值。

**浮点寄存器（fregs）**：若干个，用于存数和计算，也可以用来保存系统调用时传给操作系统的参数，以及由操作系统传给用户的返回值。

**地址映射寄存器**：一般有一对，分别记录内存区域的起始地址和长度，分别成为基地寄存器（base）和限长寄存器（limit）

## 4、特权指令与非特权指令 ##

**特权指令（privileged instruction）** 只有在管态才能执行的指令(影响系统状态)

关中断，置程序状态字，停机， IO，…….

**非特权指令（non-privileged instruction）**所有程序可用(不影响系统状态)，即管态和目态下均可运行

取数，四则运算，……

## 5、处理器状态及状态转换 ##

**处理机状态**

系统态（system mode）(管态，核态)，即管态是操作系统运行时所处的状态

用户态（user mode) (目态，常态)，即目态是一般用户程序运行时所处的状态

**状态转换**

管态 =>目态(置程序状态字,特权指令)

目态 => 管态(中断，trap)

## 6、地址映射机构 ##

逻辑地址=>物理地址

逻辑地址(虚地址)：程序中产生的地址

物理地址(实地址)：存储器地址

## 7、存储保护设施 ##

**防止应用程序**

侵犯操作系统空间; 侵犯其它用戶空间.

**地址检查**

越界检查; 越权检查（对共享区域）.

## 8、中断装置 ##

**发现并响应**中断的硬件机构

当前（PSW，PC）=>系统栈

中断向量（PSW，PC）=>寄存器

## 9、通道与DMA ##

通道：负责IO操作的处理机

**通道指令系统**

读写操作 控制操作 转移操作

**通道运控部件**

*  通道地址字CAW
 *  通道命令字CCW
 *  通道状态字CSW
 *  通道数据字CDW

## 10、IO保护 ##

定义所有IO指令为特权指令。

*  方便使用
 *  防止发生冲突

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