第2章 操作系统运行机制

四级网络工程师未来

主讲：操作系统原理

教育

第2章操作系统运行机制

未来

主讲：操作系统原理

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02

考点分析

3◆在考试中一般情况下会出现在单项选择占2题，多项选择题1题（知识类型为理论

型）。

◆常考知识点有：

•CPU及系统调用—CPU的构成、工作方式、CPU状态及系统调用等

•存储体系—存储器的结构及存储保护等

•中断与异常机制—中断和异常的概念、工作原理、中断屏蔽等

1.中央处理器（CPU ）

1)中央处理器的组成

◼运算器：实现指令中的算术和逻辑运算;◼控制器：控制程序的运行流程;

◼寄存器：在CPU内部暂存数据;

◼高速缓存：处于CPU和内存之间，利用程序局部原理提高CPU的效率

CPU

运算器

控制器

寄存器

高速

缓存

和中断

1.中央处理器（CPU）

2)寄存器

◼特点：有一定的存储能力、速度快、造价高、容量小；

◼分类：

寄存器

用户可见寄存器

数据寄存

器地址寄存

器

条件码寄

存器

控制和状态寄存器

程序计数

器PC

指令寄存

器IR

程序状态

字PSW

2.CPU 的工作方式

1)指令执行过程◼指令的分类：

指令

访问M 指令

I/O 指令

算术逻辑指令

控制转移指令

CPU 控制指令

按照功能分

指令特权指令操作系统使用非特权指令

用户程序使用

按照权限分

2.CPU的工作方式

1)指令执行过程

◼指令周期：CPU单条指令的处理过程。

◼步骤：CPU先从存储器每次取出一条指令，然后执行；

取指周期执行周期

开始

取下一条指令执行指令停止

基本的指令周期

2.CPU 的工作方式

2)处理器的状态①管态和目态

根据运行的程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不同状态：

☐管态：操作系统管理程序运行的状态，又称为特权态（特态）、系统态，全部指令可以执

行，所有资源可使用，并改变处理器状态；

☐目态：用户程序运行时的状态，又称为普通态（普态）、用户态，只有非特权指令能执行。

目态

管态

通过设置PSW 中的CPU 状态为来实现的

2.CPU 的工作方式

3)程序状态字PSW

◆用来指示处理器状态的寄存器，称

为程序状态字（PSW);

◆用来指示要执行的下一条指令的寄

存器，称为程序计数器（PC)。

状态代

码

条件码

中断屏蔽

码

CPU的工

作状态代

码

反映指令

执行后的

结果特征

指出是否

允许中断指明管态

还是目态

2.CPU的工作方式

3)程序状态字PSW

…ID VI

P

VI

F

A

C

V

M

RF0NT

IO

PL

O

F

DF IF TF SF ZF AF0PF1CF

进

位

标

志

位

结

果

为

零

标

志

位

符

号

标

志

位

溢

出

标

志

位

陷

阱

标

志

位

中

断

使

能

标

志

位

虚

拟

中

断

标

志

位

虚

拟

中

断

待

决

标

志

位

I

O

特

权

级

别

【真题链接】

1.处理器中对用户不可见的寄存器是（）

D

A)数据寄存器

B)地址寄存器

C)条件码寄存器

D)程序计数寄存器

【真题链接】

A

2.下列哪一个标志位或状态码不包含在程序状态字（PSW）中？（）

A)修改位（M）

B)CPU工作状态码（S）

C)条件码（C）

D)中断屏蔽码（IF）

【真题链接】

B

3.计算机操作系统位于核心态时，下列叙述中，哪一个是正确的（）。

A)它可以运行特权指令，但是不能运行非特权指令

B)它既可运行特权指令，也可以运行任何非特权指令

C)它可以运行访管指令，但是不能运行特权指令

D)它可以运行访管指令，也可以运行任何特权指令