Operating System Internals and Design principles

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1 Operating System Internals and Design principles
电子科技大学计算机学院 罗惠琼 联系方式：

2 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

3 Computer System Overview
Chapter 1

4 1.1 BASIC ELEMENTS （基本组成）

5 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。

6 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

7 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

8 1.3 INSTRUCTION EXECUTION （指令执行） 1.3.1 取指令和执行指令

9 指令分为两种类型,其指令格式如下: 操作码 地址 符号 数据

10 指令的执行过程:

11 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。

12 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

13 有中断和无中端的控制流程

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

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

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

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

18 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）

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23 Multiprogramming （多道程序设计）

24 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。

25 寄存器构成 磁盘缓冲区, 由内存构成 磁带等

26 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.

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

28 Cache/Main-memory Structure(结构)

29 Cache Read Operation(读操作)

30 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)

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