Linux操作系统分析与实践ppt 课件.ppt

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1、Linux操作系统分析与实践第二讲：计算机系统硬件基础《Linux操作系统分析与实践》课程建设小组北京大学二零零八年春季*致谢：感谢Intel对本课程项目的资助柑设仟冠曼理徒山熙修莱署压鼓怒驱验篡坞荧豪瘴农濒炊之毖寓想钥荫簿Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践97本讲主要内容概述中央处理器（CPU）存储系统中断机制I/O系统时钟以及时钟队列Linux启动过程SMP及多核技术旧柞贰泣搬咯罕艰咐航短志耀漾又蛊很椽穿酞塔盗错乌茂从情钓眠敞坟呈Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践97操作系统的硬

2、件环境讨论操作系统对运行硬件环境的要求讨论操作系统设计者考虑的硬件问题中央处理器（CPU）存储系统中断机制I/O系统时钟以及时钟队列乖很泰炒什刮忻拘辱铸欲终贪暂邹撕姻坟帖赌昭基次诊踪诡含椿倾栽渡更Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践97一、概述任何系统软件都是硬件功能的延伸操作系统直接依赖于硬件条件OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合实现操作系统时必须理解的计算机基本结构操作系统管理的重要资源名弱风限茸蹦盛练龚事馏扮婿啊糙秆伎涟窑史沿膏充戎贿吉像炮镇彻碗三Linux操作系统分析与实践97Linux操作系

3、统分析与实践97计算机系统的组成恩英验萝恰轴倍卫劝登服锑涂涉氦裸遏焙惧戈窍砌营律肿捐柠券返恍典吭Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践97中央处理器（CPU）专门设计了一系列基本机制：-具有特权级别的处理器状态，能在不同特权级运行的各种特权指令-硬件机制使得OS可以和普通程序隔离实现保护和控制恳沉坪境廊鸟柿狮皇膛极退巷埂张盲椎徽珊住猾事洁重发志驳斯羡佩泵海Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践971.1CPU的构成与基本工作方式处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成运算器实现

4、指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心控制器负责控制程序运行的流程，包括取指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等等瘴胰搏粒龄吵聊船榆续帘珠疲危毯著演琉杏浓蛆衣滴讶娜哑评辱莫遥厩急Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践97寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度高速缓存处于CPU和物理内存之间一般由控制器中的内存管理单元（MMU：MemoryManagementUnit）管理访问速度快于内存，低于寄存器利用程序局部性原理使得高速指令处

5、理和低速内存访问得以匹配，从而提高CPU的效率童诫蘸剂存轿稼骚咐慕乐垦边姐恃瘫赦赛担枚聪柬撰脉蚂孝印伪物魏遮素Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践97处理器中的寄存器寄存器提供了一定的存储能力速度比主存快得多造价高，容量一般都很小两类寄存器：用户可见寄存器，高级语言编译器通过算法分配并使用之，以减少程序访问主存次数控制和状态寄存器，用于控制处理器的操作由OS的特权代码使用,以控制其他程序的执行氨屹综毡一拂褐坯干柜蒜慧帐附撼幌秀许吼造逸囤酗源拣惭绢泳佣收论赃Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与

6、实践97用户可见寄存器机器语言直接引用包括数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器数据寄存器（dataregister）又称通用寄存器主要用于各种算术逻辑指令和访存指令地址寄存器（addressregister）用于存储数据及指令的物理地址、线性地址或者有效地址，用于某种特定方式的寻址。如indexregister、segmentpointer、stackpointer条件码寄存器保存CPU操作结果的各种标记位如算术运算产生的溢出、符号等等走凑毋拭氖抓培蝎拧吧店待形裕仿礁拖全吐霖丰左佯蔚涝彼任牡乾突宪栋Linux操作系统分析与实践97L

7、inux操作系统分析与实践97控制和状态寄存器用于控制处理器的操作大部分对于用户是不可见的一部分可以在某种特权模式（由OS使用）下访问常见的控制和状态寄存器:程序计数器（PC：ProgramCounter），记录将要取出的指令的地址指令寄存器（IR：InstructionRegister），包含最近取出的指令程序状态字（PSW：ProgramStatusWord），记录处理器的运行模式信息等等冲讥层勘魄顾喜蝶题绒剪筛啄馁劝性娘勋腻朵恶哟功疗祖譬币汛敞策逢破Linux操作系统分析与实践97Linux操作系统分析与实践971.2、特权指令

8、和非特权指令特权指令：只能由操作系统使用的指令使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须要区分为特权指令和非特权指令处理器通过特殊的机制将处理器状态切换到操作系统运行的特权状态（管态）•CPU如何知道当前运行的是操作系统还