CH2 处理器管理 2.1 中央处理器 2.2 中断技术 2.3 进程及其实现 2.4 线程及其实现 2.5 处理器调度 2.6 批处理作业的管理与调度 2.7 低级调度

2.1 中央处理器2.1.1 单处理器系统和多处理器系统2.1.2 寄存器2.1.3 特权指令与非特权指令2.1.4 处理器状态2.1.5 程序状态字寄存器

2.1.1 单处理器和多处理器系统 计算机系统的核心是中央处理器单处理器系统：一个计算机系统只包括一个运算处理器。

多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。

从串型到并行 (1)早期计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器，

程序员编写串行执行的代码，让其在处理器上串行执行，每条指令的执行也是串行的。

从串型到并行 (2) •提高计算机处理速度，首先发展起来的是联想存储器系统和流水线系统，

•前者提出了数据驱动的思想，后者解决了指令并行执行问题，都是计算机并行化发展的例子。

计算机系统结构分类(1)

单指令流单数据流（ SISD ）单指令流多数据流（ SIMD ） 多指令流单数据流（ MISD ） 多指令流多数据流（ MIMD ）

计算机系统结构分类 (2) 单指令流单数据流：一个处理器在一个存储器中的数据上执行单条指令流。

单指令流多数据流：单条指令流控制多个处理单元同时执行，每个处理单元包括处理器和相关的数据存储，一条指令控制了不同的处理器对不同的数据进行操作。向量机和阵列机是这类计算机系统的代表 。

计算机系统结构分类 (3) 多指令流单数据流：一个数据流被传送给一组处理器，通过处理器上不同指令操作最终得到处理结果。

多指令流多数据流：多个处理器对各自不同的数据集同时执行不同的指令流。可以把 MIMD 系统划分为共享内存紧密耦合系统和内存分布松散耦合系统两大类。

2.1.2 寄存器 (1)计算机系统的处理器包括一组寄存器，其个数根据机型的不同而不同，它们构成了一级存储，比主存容量小 ，但访问速度快。这组寄存器所存储的信息与程序的执行有很大关系，构成了处理器现场。

寄存器 (2)通用寄存器：数据寄存器：基地址寄存器：I/O 地址寄存器：I/O 缓冲寄存器：控制寄存器：其他寄存器

2.1.3特权指令与非特权指令(1)

计算机的基本功能是执行程序，最终被执行的程序是存储在内存中的机器指令程序。

处理器根据程序计数器 (PC) 从内存中取指令到指令寄存器并执行它，PC将自动增长或改变为转移地址指明下条执行的指令。

特权指令与非特权指令(2)机器指令的集合称指令系统，反映

了一台机器的功能和处理能力。指令分为以下五类：

(1) 数据处理类指令； (2) 转移类指令； (3) 数据传送类指令； (4) 移位与字符串指令； (5)I/O 类指令。

特权指令与非特权指令(3)

从资源管理和控制程序执行的角度出发，必须把指令系统中的指令分作两部分：特权指令和非特权指令。

特权指令是指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如启动 I/O 设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清内存、建立存储键，加载 PSW 等。

2.1.4 处理器状态 (1)• 中央处理器怎么知道当前是操作系统还是一般用户程序在运行呢 ?

• 处理器状态标志和设置处理器成不同状态。

• 管理状态（特权状态、系统模式、特态或管态）和用户状态（目标状态、用户模式、常态或目态）。

处理器状态 (2)处理器处于管理状态时，程序可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理器状态的能力；处理器处于用户状态时，程序只能执行非特权指令。

Intel Pentium的处理器状态有四种，支持 4 个保护级别， 0级权限最高， 3级权限最低 。

2.1.5 程序状态字寄存器(1)

计算机如何知道当前处于何种工作状态？这时能否执行特权指令？通常操作系统都引入程序状态字 PSW（ Program Status Word）来区别不同的处理器工作状态。

IBM360/370系列计算机程序状态字的基本格式

XX X X XXXX X X XXXXXX

8 位系统屏蔽

4位 CMWP字段

4位程序屏蔽

4位保护键

16位中断码字段

指令长和条件码

24位指令地址

程序状态字寄存器 (1) PSW 用来控制指令执行顺序并保留和指示与程序有关的系统状态，主要作用是实现程序状态的保护和恢复。

每个程序都有一个与其执行相关的PSW ，每个处理器都设置一个 PSW寄存器。程序占有处理器执行，它的 PSW 将占有 PSW 寄存器。

程序状态字寄存器 (2) PSW 寄存器包括以下内容：程序基本状态： (1) 程序计数器；(2) 条件码； (3）处理器状态位。

中断码。保存程序执行时当前发生的中断事件。

中断屏蔽位。指明程序执行中发生中断事件时，是否响应出现的中断事件。

程序状态字寄存器 (3)Intel Pentium中， PSW由标志寄存器 EFLAGS 和指令指针寄存器 EIP 组成，均为 32位。

EFLAGS 的低 16 位称 FLAGS ，标志可划分为三组：状态标志、控制标志、系统标志。

程序状态字寄存器 (4)状态标志：使得一条指令的执行结果影响后面的指令。

算术运算指令使用溢出标志，符号标志，结果为零标志，辅助进位标志，进位标志，奇偶校验标志；

串扫描、串比较、循环指令使用 ZF通知其操作结束。

程序状态字寄存器 (5)控制标志：串指令操作方向标志。虚拟 86方式标志 ( 为 1时，从保护模式进入虚拟 8086模式 ) 。步进标志 ( 为 1时，使处理器执行单步操作 )。陷阱标志 ( 为 1时，允许响应中断，否则关中断 )。

程序状态字寄存器 (6)系统标志：与进程管理有关：I/O 特权级标志、嵌套任务标志和恢复标志，被用于保护模式。指令指针寄存器低 16位（保护模式使用 32位）。