《操作系统》第2章 OS的运行环境

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1、第2章OS的运行环境主讲：房道伟Daowei_fang@163.com计算机操作系统主要内容硬件环境操作系统与其它系统软件的关系§2.1硬件环境一、中央处理机(CPU)1.OS作为一个程序要在CPU上运行单个CPU–––单机系统多个CPU–––多机系统2.特权指令在多用户的多道程序设计环境中，计算机的指令系统中的指令必须分为两部分特权指令非特权指令特权指令定义：指令系统中仅由OS使用的指令，不允许一般用户使用，否则可能使系统陷入混乱。用途：启动外设备，设置时钟，清内存等。用户只能使用非特权指令，只有OS才能使用所有指令（包括特权指令）。3

2、.程序运行有两种状态CPU有时执行用户程序，有时执行操作系统的程序，这赖于处理机状态的标识，将处理机工作状态划分为：管态、目态。管态（系统态）一般指操作系统管理程序运行的状态简称管态，即OS运行态，可使用特权指令和非特权指令。目态（用户态）用户程序运行态，只允许访问用户程序自己的存贮区域，如果用户程序在执行时，企图访问OS所在的区域或想使用某个特权指令(如改变指令计算器的内容)，就立即被捕俘，而被迫中止的执行，然后由OS处理这一事件，这样保证了OS的权利和使其程序不会被破坏。当处理机处在目态中，不可使用特权指令。4.程序状态字(PS

3、W)当处理机处于管理态时，可以执行全部指令(包括特权指令)使用所有资源，并具有改变处理机状态的能力，而当处理机处于目态时，就只能执行非特权指令。如何知道处理机当前处于什么工作状态呢？以及它下次要执行哪条指令呢？为了解决这些问题，计算机有若干的特殊寄存器。(1)用特殊的寄存器存放状态CS:IP(PC)–––程序计数器，指示下一条要执行的指令。PSW–––程序状态字，指示处理机状态。PSW包含：条件码：反映指令执行后的结果特征。中断屏蔽码：指令出是否允许中断(中断优先级)CPU的工作状态：管态还是目态。IR：指令寄存器MARMBRIOARIO

4、BRP21(2)M68000的程序状态字(微机)16位字P20PIC2－1TSI2XNZVCI1I01513108430自陷中断位(跟踪)CPU状态位1：管态0：目态中断屏蔽位负数结果为0溢出…进位标志位条件码Trap连机调试，排错用优先级07(3)不同的机器有不同的PSW，如：8088(FLAG)ATPZC溢出SDO……1510去向(增减)跟踪符号零辅助进程奇偶进位PLI0Nr同上MPETTSEMPE任务特权标志扩展任务切换仿真协处理器监控保护允许80286(32位字)IBM370大型机的PSW程序状态字P21PIC2-2

5、系统屏蔽钥EMWP中断码ILCCC程序屏蔽指令地址0711153133353963位IBM370的程序状态字PSWE是机器的控制方式，M位是机器校验方式位，W位是等待状态位，P位是处理器工作状态位（0管态、1目态）。二、主存储器(支持OS运行的硬件环境中一个重要方面)1.一个作业必须把它的程序和数据存放在主存中才能运行。多道程序放入，互不影响–––保护机构OSOS空间用户空间主存操作系统空间和用户程序空间2.存贮器类型RAM–––randomaccessmemory可读写，随机存贮器ROM–––readonlymemory只读存

6、贮器(不可改程序存贮)BIOSEPROM可改写ROM，用特殊和紫外线照射芯片PROM可编程写入，用有特殊PROM写入器设备驱动器用户OSRAMIBMPC在MS/DOS下内存分区ROM48K8K基本输入/出系统程序BIOS40KROM32KBCBASIC8KB空闲3.存储分块存储的最小单位称为“二进位”，它包含的信息为0或1。存储器最小单位编址单位是字节，有8位。“双字”是由两个字组成，以“四字”IBM大型机为“字”。两个字节组成“字”。把存储器分为“块”便于管理分配，在为用户分配主存空间时，以块为最小单位：16字节(一块)–––PC机6

7、4字节(一块)–––PDP-11机2k字节(一块)–––IBM370机、IBM大型机4.存储保护存放在主存的用户程序和操作系统，以及它们的数据，很可能受到正在CPU上运行的某用户程序的有意或无意的破坏，这可能会造成十分严惩的后果。所以对主存中的住处加以严格的保护，使操作系统及其它程序不被错误的操作所破坏，是其正确运行的基本条件之一。(1)界地址寄存器–––产生越界中断(存贮器保护中断)，在CPU中设置一对界限寄存器来存放该用户作业在主存中的下限和上限地址。10005000OSUser1Jump6000User2作业在主存中的上限地址将6

8、000与上限地址5000比较，越界则越界中断10006000下界上界(2)存储保护键：(五位二进位/每块组成)其中最左四位是保护键，最右一位是取保护标志位。A块B块C块001010100101