Operating System Internals and Design principles

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Operating System Internals and Design principles 电子科技大学计算机学院 罗惠琼 联系方式:www.uestc.edu.cn教师社区或 luohuiqiong@std.uestc.edu.cn

Recommended Reading Operating System Internals and Design principles, William Stallings , TsingHua University Press Applied Operating System Concepts , Abraham Silberschatz etc. , Higher Education Press 计算机操作系统,汤子瀛 etc.,西安电子科技大学出版社(第3版) 操作系统——内核与设计原理,魏迎梅译,电子工业出版社

Computer System Overview Chapter 1

1.1 BASIC ELEMENTS (基本组成)

1.2 处理器寄存器 处理器中两类寄存器的作用: User-visible registers(用户能访问寄存器):合理的使用寄存器,减少对主存引用。 Control and regesters:(控制和状态寄存器):控制处理器的操作和反映出执行状态。

1.2.1用户能访问寄存器 Data registers (数据寄存器): Address registers(地址寄存器): 例如AX、BX、CX、DX Address registers(地址寄存器): Index register (变址寄存器): 例如SI、DI 2、Segment pointer (段址寄存器): 例如DS、CS、ES、SS 3、Stack pointer (栈地址寄存器):SP

1.2.2 Control and Status Registrs (控制和状态寄存器) Program counter (程序计数器):PC Instruction register (指令寄存器):IR Program status word (程序状态字):PWS

1.3 INSTRUCTION EXECUTION (指令执行) 1.3.1 取指令和执行指令

指令分为两种类型,其指令格式如下: 操作码 地址 符号 数据

指令的执行过程:

1.3.2 I/O Function (I/O功能) I/O功能分两种情况: I/O模块(例如磁盘):可以直接与处理器交换数据。 DMA模块(例如磁盘):可以直接与存储器交换数据。

1.4 INTERRUPT (中断) 中断分类: 程序中断:例如溢出中断 时钟中断:例如,时间片到 I/O中断:例如,收到一个包 硬件故障中断:例如,掉电 软中断:例INT

有中断和无中端的控制流程

Transfer of Control via Interrupts(通过中断转移控制)

Instruction Cycle with Interrupts (中断与指令周期)

Program Timing:Short I/O Wait (程序时序:短I/O等待)

Program Timing:Long I/O Wait (程序时序:长I/O等待)

1.4.2 Interrupt Processing (中断处理) 简单中断处理流程(见下图1.10) 因中断引起存储器与寄存器的变化(见下图1.11) 多中断源的处理方式: 按顺序处理(见图1.12) 按优先级处理(见图1.12、见图1.13)

Multiprogramming (多道程序设计)

1.5 THE MEMORY HIERARCHY (存储器的层次结构) 计算机存储器存在以下关系: 存取速度越快,每一位的价格越高。 容量越大,每一位的价格越低。 容量越大,存取速度越慢。 存储器的层次结构(见图1.14) 采用虚拟存储管理技术提高存储管理的高效性。

寄存器构成 磁盘缓冲区, 由内存构成 磁带等

1.6 CACHE MEMORY (高速缓冲存储器) Motivation(动机): 为了提高访问存储器的速度,在处理机和存储器之间提供一个小容量高速存储器(由寄存器构成),该存储器称为高速缓冲存储器。有了该缓存可以大大的提高访问主存的速度.

Cache Principles(Cache 原理) (字传输) (块传输)

Cache/Main-memory Structure(结构)

Cache Read Operation(读操作)

1.7 I/O COMMUNICATION TECHNIQUES (I/O通信技术) 程序控制 中断驱动 DMA(直接存储器存取) 三种方式的流程图(见图1.19)