第二章 操作系统运行机制

2.1 中央处理器(CPU)

2.1.1 CPU的构成与基本工作方式

   一般的处理器由运算器、控制器、一系列寄存器以及高速缓存构成

  2.1.2 特权指令和非特权指令

  2.1.3 处理器的状态

①管态(操作系统管理程序运行的状态)和目态(用户程序运行时的状态)

②CPU状态的转换(管态，目态相互转换)

③限制用户程序执行特权指令

  2.1.4 程序状态字PSW

  2.2 存储体系

  2.2.1 存储器的层次结构

①容量、速度和成本的匹配

②存储访问局部性原理

  2.2.2 存储保护

①界地址寄存器(界限寄存器)

②存储键

  2.3 中断与异常机制

  2.3.1 中断与异常的概念

       ①中断与异常

         1.能充分发挥处理器的使用效率

         2.提高系统的实时能力

②异常

  2.3.2 中断系统(硬件中断装置和软件中断处理程序)

①中断请求的接收

②中断响应

③中断处理

④几种典型的中断的处理

  2.3.3 中断优先级与中断屏蔽

①多级中断与中断优先级

②中断屏蔽

  2.4 系统调用

  2.4.1 系统调用简介(所谓系统调用，就是用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能)

①系统调用与一般过程调用的区别

  1.运行在不同的系统状态

        2.状态的转换

  3.返回问题

     4.嵌套调用

②系统调用的分类

         1.进程控制类系统调用

         2.文件操作类系统的调用

  3.进程通信类系统调用

         4.设备管理类系统调用

  5.信息维护类系统调用

  2.4.2 系统调用的处理过程

  2.5 I/O技术

    ①I/O结构(输入、输出设备)

    ②通道(通道是独立于中央处理器的，专门负责数据I/O传输工作)

    ③DMA技术(直接存储器访问技术通过系统总线中的一个独立控制单元即DMA控制器，自动地控制成块数据在内存和I/O单元之间的传送)

    ④缓冲技术(缓冲技术是用在外部设备与奇特硬件不为之间的一种数据暂存技术，它利用存储器件在外部设备中设置了数据的一个存储区域称为缓冲区

  2.6 时钟(软件时钟，硬件时钟)

在计算机系统中，设置时钟是十分必要的。这是由于时钟可以为计算机完成以下必不可少的工作

①在多道程序运行的环境中，时钟可以为系统发现一个陷入死循环的作业，从而防止机时的浪费。

②在分时系统中，用时钟间隔来实现各个作业按时间轮转运行。

③在实时系统中，按要求的时间间隔输出正确的时间信号给相关的实时控制设备

④定时唤醒那些要求按照事先给定的时间执行的各个外部事件

⑤记录用户使用各种设备的时间和记录某外部时间发生的时间间隔

⑥记录用户和系统所需要的绝对时间，即年，月，日

时钟的用途可以分为绝对时钟和相对时钟:绝对时钟是在计算机系统中不收外界干扰，独立运行的一种时钟。一般来说，绝对时钟很准确，它通常不会被停止，当计算机系统关机时，绝对时钟任然时钟不停地保持运行，作为整个计算机系统的时间参考基准。 相对时钟又称间隔时钟。它值计算从某一个时间处置开始的一段时间间隔。由操作人员置上时间间隔的初值，以后每经过一个单位的时间，时钟值自动减1，直到该值负时，则出发一个时钟中断，并进行相应的处理。间隔时钟可以通过时钟寄存器来实现，如许多操作系统的使用程序中提供的电子时钟，每隔固定时间发一次中断，出发一个音响时间。当然，间隔时钟也可以通过软件时钟来表现。