处理器管理
处理器与寄存器
处理器部件的简单示意
用户程序可见寄存器
可使程序员减小访问主存储器的次数，提升指令执行的效率,全部程序可以使用，包括应用程序和系统程序程序员
- 数据寄存器：又称通用寄存器
- 地址寄存器：索引、栈指针、段地址等寄存器
控制与状态寄存器
用于控制处理器的操做；主要被具备特权的操做系统程序使用，以控制程序的执行,程序计数器PC：存储将取指令的地址,指令寄存器IR：存储最近使用的指令,条件码CC：CPU为指令操做结果设置的位，标志正/负/零/溢出等结果,标志位：中断位、中断容许位、中断屏蔽位、处理器模式位、内存保护位、...，等操作系统
程序状态字PSW
PSW既是操做系统的概念，指记录当前程序运行的动态信息，一般包含：程序计数器，指令寄存器，条件码,中断字，中断容许/禁止，中断屏蔽，处理器模式，内存保护、调试控制指针
PSW也是计算机系统的寄存器,一般设置一组控制与状态寄存器,也能够专设一个PSW寄存器调试
指令与处理器模式
机器指令
机器指令是计算机系统执行的基本命令，是中央处理器执行的基本单位,指令由一个或多个字节组成，包括操做码字段、一个或多个操做数地址字段、以及一些表征机器状态的状态字以及特征码,指令完成各类算术逻辑运算、数据传输、控制流跳转blog
指令执行过程
CPU根据PC取出指令，放入IR，并对指令译码，而后发出各类控制命令，执行微操做系列，从而完成一条指令的执行索引
一种指令执行步骤以下：进程
- 取指：根据PC从存储器或高速缓冲存储器中取指令到IR
- 解码：解译IR中的指令来决定其执行行为
- 执行：链接到CPU部件，执行运算，产生结果并写回，同时在CC里设置运算结论标志；跳转指令操做PC，其余指令递增PC值
特权指令与非特权指令
用户程序并不是可以使用所有机器指令，那些与计算机核心资源相关的特殊指令会被保护,如：启动I/O指令、置PC指令、等等,核心资源相关的指令只能被操做系统程序使用事件
- 特权指令：只能被操做系统内核使用的指令
- 非特权指令：可以被全部程序使用的指令
处理器模式
计算机经过设置处理器模式实现特权指令管理,计算机通常设置0、一、二、3等四种运行模式，建议分别对应：0操做系统内核、1系统调用、2共享库程序、3用户程序等保护级别,0模式能够执行所有指令；3模式只能执行非特权指令；其余每种运行模式能够规定执行的指令子集,通常来讲，现代操做系统只使用0和3两种模式，对应于内核模式和用户模式,处理器模式的切换,简称模式切换，包括“用户模式→内核模式”和“内核模式→用户模式”的转换内存
中断、异常或系统异常等事件致使用户程序向OS内核切换，触发：用户模式→内核模式:程序请求操做系统服务,程序运行时发生异常,程序运行时发生并响应中断;OS内核处理完成后，调用中断返回指令（如Intel的iret）触发：内核模式→用户模式资源
中断
中断的概念
中断是指程序执行过程当中，遇到急需处理的事件时，暂时停止CPU上现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回原程序被中断处或调度其余程序执行的过程,操做系统是“中断驱动”的；换言之，中断是激活操做系统的惟一方式,中断有广义和狭义之分，上述中断是指广义的中断
中断、异常与系统异常
- 狭义的中断指来源于处理器以外的中断事件，即与当前运行指令无关的中断事件，如I/O中断、时钟中断、外部信号中断等
- 异常指当前运行指令引发的中断事件，如地址异常、算术异常、处理器硬件故障等
- 系统异常指执行陷入指令而触发系统调用引发的中断事件，如请求设备、请求I/O、建立进程等
陷入指令：也称访管指令，或异常中断指令，计算机系统为实现系统调用而引发处理器中断的指令
中断源–处理器硬件故障中断事件
由处理器、内存储器、总线等硬件故障引发,处理原则为：保护现场，中止设备，中止CPU，向操做员报告，等待人工干预
中断源-程序性中断事件
处理器执行机器指令引发,除数为零、操做数溢出等算术异常：简单处理，报告用户；也能够由用户编写中断续元程序处理,非法指令、用户态使用特权指令、地址越界、非法存取等指令异常：终止进程,终止进程指令：终止进程,虚拟地址异常：调整内存后从新执行指令
中断源-自愿性中断事件
处理器执行陷入指令请求OS服务引发；在操做系统中，它通常又被称做系统调用,请求分配外设、请求I/O、等等,处理流程是：陷入OS，保护现场，根据功能号查入口地址，跳转具体处理程序
中断源-I/O中断事件
来源于外围设备报告I/O状态的中断事件,I/O完成：调整进程状态，释放等待进程,I/O出错：等待人工干预,I/O异常：等待人工干预
中断源-外部中断事件
由外围设备发出的信号引发的中断事件,时钟中断、间隔时钟中断：记时与时间片处理,设备报到与结束中断：调整设备表,键盘/鼠标信号中断：根据信号做出相应反应,关机/重启动中断：写回文件，中止设备与CPU