大工13秋《操作系统概论》辅导资料三
大工13秋《操作系统概论》辅导资料三主 题：第二章操作系统的运行环境（第1—3节）
内 容：
第二章操作系统的运行环境
这周我们将学习第二章中的第1—3节，下面整理出的理念框架供同学们学习。本部分涉及编译系统课程的有关知识，可查阅有关书籍！
第一节 硬件环境
运行环境包括:硬件环境、软件环境。指环境对OS的支持，或称OS对环境的要求，OS赖以生存的条件。
一、中央处理器（CPU）
1、特权指令
实现某些重要功能、影响大的指令。例如：系统资源调用指令。
特权指令：仅允许OS使用的指令。
非特权指令：用户可使用的指令。
注：这里指令是广义的概念，可以是一条指令，一个功能调用，一个程序，一个软件等。
2、处理机的状态
依处理机运行什么程序可确定：
管态：操作系统管理程序运行，可执行特权指令。
目态：用户程序运行，只可执行非特权指令。
为使CPU能实现区分，CPU设置了：
3、程序状态字PSW：设专门的位来指明目前CPU的状态。
例如： M68000计算机：（图1）
IBM 370计算机：（图2）
IBM PC计算机：无状态位
图1M68000的程序状态字
图2IBM 370的程序状态字PSW
4、寄存器：
设置寄存器的目的是提高计算机系统的运算速度，寄存器通常作为数据的暂存单元。通常包括：
通用寄存器：用户可见，实现数据，地址等暂存的单元；
专用寄存器：系统使用的寄存器组：
--程序计数器PC；
--指令寄存器IR；
--主存地址寄存器MAR；
--主存缓冲寄存器MBR；
--I/O地址寄存器IOAR；
--I/O缓冲寄存器IOBR等。
二、主存储器
用于存储系统和用户程序。
1、存储器的类型
读写型存储器：RAM，可重写
只读存储器：ROM，只可读，不可写
2、存储器分块
将存储器分成固定大小的块，作为管理（如分配）的最小单位，如：2K，4K等。
分块的目的是减少浪费，理想的块大小应为字节。
3、存储保护（几种常用的存储保护）
保护存储的内容不被错误的操作所破坏。
1）界地址寄存器(界面：程序的存储区域)。
实现界面保护（或称越界保护）
界限寄存器:保证自己存储自己的存储空间！
2）存储键：对匙法存储保护。
图3370存储保护举例
三、缓冲技术
1、解决什么问题：
高速CPU与低速外设间数据传递的速度匹配问题，目的是提高CPU的效率。
图4 缓冲区示意图
2、缓冲区：
缓冲区与设备相连
缓冲区是一固定大小的存储区域
缓冲区与用户的工作区相连
3、多缓冲区技术：
设置多个缓冲区来提高设备的利用率。
缓冲区队列
缓冲区链接
双向缓冲区等
四、中断技术
1、概念：CPU中断当前的工作，转而处理紧急事件
2、中断逻辑与中断寄存器（见图5）
3、中断类型
指中断源的划分方法（见图6）
大型机常设置访管中断，执行访管指令时产生中断：
图5 IBM-PC中断逻辑和中断源
图6 IBM大型机的中断处理过程
1、时钟
时钟是计算机赖以运行的根本，所有的软、硬件都是以时间序列来组织工作的。
例如：取指周期──>译码周期──>执行周期
例如：程序A运行30秒──>程序B运行30秒──>……
即：循环时间顺序队列。
时钟在计算机系统中的几项重要工作（见书本）。
2、两种时钟及应用：
1）、绝对时钟：提供绝对时间，计算机停机时仍然运行
2）、相对时钟：间隔时钟，提供相对时间
3）、时钟队列：用时间间隔组织程序的运行的队列
图7 时钟队列组织
第二节操作系统与其他系统软件的关系
一、作业、作业步、进程
作业：用户要求计算机完成的一个相对独立的工作。
作业步：作业可分成的顺序处理的工作单位。
进程：作业步可细分的动态独立单位。
图8 作业、作业步与进程的关系
二、重定位的概念（Relocation）
1、绝对地址、相对地址、逻辑地址空间
1）绝对地址：主存的实际地址，即指主存的单元编号。
2）相对地址：相对于某一基准点的编址的地址（多道程序编程时用）。
3）、逻辑地址空间
逻辑地址空间：由相对地址构成的地址空间。一个被编译、链接后的目标程序所使用的地址空间，是浮动的，仅指明了大小范围，用的是相对地址。
物理地址空间：绝对地址，构成主存绝对地址空间。
图9多道程序地址空间概念
2、重定位
用相对地址编制的程序在装入内存时，由于基准地址的变化而发生绝对地址变化，需进行重定位。
1）静态重定位：程序装入时进行定位，地址固定。
程序中与地址有关的项： 指令：指令地址
操作数地址
数据：数据的存放地址
地址指针：指针的存放地址
指针的内容
2）动态重定位：处理机每次访问主存时，由硬件的地址变换机构自动的将相对地址转换为绝对地址。
图10程序装入举例
3、绝对装入程序和相对装入程序
1）、绝对装入程序
固定装入内存的指定区域，通常已知装入地址。如IBM PC机的COM可执行文件。再次装入时无须进行重定位。
2）、相对装入程序──连接装入程序
多道程序、多子程序、库程序情况下的连接、装配问题，涉及两个问题：
重定位：需区分程序中那些与地址有关。
两种解决方法：
程序各数据项附指示字，标出需重定位部分；
建立程序重定位表，给出需重定位项。
连接：将所有相关程序连接在一起，形成可执行程序
为此由编译系统建立： 重定位字典
内部符号表
外部符号表
第三节操作系统与人的接口
人通过何种方法与操作系统进行交互（批处理系统尤为重要）两种方法：
1、用户直接要求：用户程序中书写特定的指令序列指示OS应作什么，如使用SVC访管指令。
2、用户通过作业控制说明要求：通过书写作业说明卡，用作业控制语言书写，联机操作时使用键盘命令和会话语言。
一、作业控制语言
两种形式：低级汇编语言、高级语言：
用上述专用语言制作穿孔卡片，控制命令有四种：
作业标识命令：标识作业开始
执行命令：标识作业步开始
数据定义命令：描述作业所使用的文件
定界命令：标识一个数据文件的结束
二、联机作业控制
通过终端命令和会话语言实现。
1、终端命令：系统提供的会话命令。
2、图形用户接口（GUI）
通过屏幕上出现的对象操作，控制程序的运行。
GUI标准（1988年建立）构成部件如下：
-窗口；
-菜单；
-列表盒；
-对话框；
-按钮；
-滚动杆。等等。
选择题
1、下列资源一般不由操作系统管理的是（）。
A、内存
B、打印机
C、CPU
D、应用程序的变量
2、中断向量地址存放的是（）。
A、函数的入口地址
B、中断处理程序的入口地址
C、中断处理程序的入口地址的地址
D、中断处理程序的第一条指令
3、（）系统具有同时管理和运行多个应用程序的能力。
A、GUI
B、Windows应用程序
C、多任务系统
D、API
4、下列资源一般不由操作系统管理的是（）。
A、I/O操作
B、游戏
C、文件系统操作
D、进程之间通信
5、下列选项中，操作系统提供给应用程序的接口是（）。
A、系统调用 B、中断 C、库函数 D、原语
参考答案
1-5 DBCBA
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