计算机操作系统笔记――处理器

中央处理器是一块超大规模的集成电路，它由运算器，控制器，寄存器等组成。

根据处理器分配策略，紧密耦合MIMD 系统可以分为主从式系统MSP（Main/SlaveMultiprocessor）和对称式系统SMP（Symmetric Multi-Processor）两类。

    主从式系统的基本思想是：在一个特别的处理器上运行操作系统内核，其他处理器上则运行用户程序和操作系统例行程序，内核负责分配和调度各个处理器，并向其它程序提供各种服务（如输入输出）

   在对称式多处理器系统中，系统中有两个或两个以上的处理器，操作系统内核可以运行在任意一个处理器上，每个处理器都可以自我调度运行的进程和线程，单个进程的多个线程可在不同处理器上同时运行，服务器进程可以使用多个线程去处理同时来自多个客户的请求，并且操作系统内核也被设计成多进程或多线程，内核的各个部分可以并行执行。

  不同类型的处理器具有不同的寄存器组成。一般来说，这些寄存器可以分为以下几类：

    通用寄存器：可由程序设计者指定许多功能，如存放操作数或用作寻址寄存器。

    数据寄存器：用以存放操作数。它们作为内存数据的高速缓存，可以被系统程序和用户程序直          接使用并进行计算。

    地址寄存器：用于指明内存地址。如索引寄存器、段寄存器（基址/限长）、堆栈指针寄存器等           等。

    I/O 地址寄存器：用于指定I/O 设备。

    I/O 缓冲寄存器：用于处理器和I/O 设备交换数据。

    控制寄存器：用于存放处理器的控制和状态信息，它至少应该包括程序计数器PC（Program           Counter）和指令寄存器IR（Instruction Register），中断寄存58器以及用于存储器和I/O 模          

     块控制的寄存器。此外还有：存放将被访问的存储单元地址的存储器地址寄存器和存放从存储

     器读出或欲写入的数据的存储器数据寄存器。

    处理器状态又称为处理器的运行模式，有些系统把处理器状态划分为核心状态、管理状态和用户状态，而大多数系统把处理器状态简单的划分为管理状态（又称特权状态、系统模式、特态或管态）和用户状态（又称目标状态、用户模式、常态或目态）。当处理器处于管理状态时，可以执行全部指令，访问所有资源，并具有改变处理器状态的能力；当处理器处于用户状态时，只能执行非特权指令。

   中断技术

   中断(interrupt)是指程序执行过程中，当发生某个事件时，中止CPU 上现行程序的运行，引出处理该事件的服务程序执行的过程。引起中断的事件称为中断源。发现中断源并产生中断的硬件称中断装置。

 

   迄今为止，所有的计算机系统都采用硬件和软件结合的方法实现中断处理。

    一般说，中断装置主要做以下三件事：

发现中断源，提出中断请求。当发现多个中断源时，它将根据规定的优先级，先后发出中断请求。

保护现场。将处理器中某些寄存器内的信息存放于内存储器，使得中断处理程序运行时，不会破坏

  被中断程序的有用信息，以便在中断处理结束后能够返回被中断程序继续运行。

启动处理中断事件的中断处理程序。

 

   中断来源于正在执行的程序以及计算机系统的各个部件。当一个具体的中断事件发生时，计算机系统必须把它记录下来。中断寄存器是用来记录中断事件的寄存器，中断寄存器的内容称中断字，中断字的每一位对应一个中断事件。

  处理中断事件的程序称为中断处理程序。它的主要任务是处理中断事件和恢复正常操作。由于不同中断源对应不同中断处理程序，故快速找到中断处理程序的入口地址是一个关键问题。寻找入口地址可用如下办法：在主存储器（常在低地址区）设置一张向量地址表，存储单元的地址对应向量地址，存储单元的内容为入口地址。CPU响应中断后，根据预先规定的次序找到相应向量地址，便可获得该中断事件处理程序的入口地址。

   一个操作系统设计者将根据中断的不同类型和不同的应用环境，而确定不同的处理原则。

   具体地讲，一个中断处理程序主要做以下四项工作：

保护未被硬件保护的一些必需的处理状态。例如，将通用寄存器的内容保存到主存储器，从而，使

  中断处理程序在运行中可以使用通用寄存器。

识别各个中断源，分析产生中断的原因。

处理发生的中断事件。中断处理程序将根据不同的中断源，进行各种处理操作。有简单的操作，如

  置一个特征标志；也有相当复杂的操作，如重新启动磁带机倒带并执行重读操作。

恢复正常操作。恢复正常操作一般有几种情况：恢复中断前的程序按断点执行；重新启动一个新的

  程序或者甚至重新启动操作系统。

本文出自 “SeaSky” 博客，谢绝转载！