Linux操作系统分析与实践971教材课程.ppt

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及多核技术操作系统的硬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计算机系统的组成中央处理器(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-、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成运算器实现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理和低速内存访问得以匹配,从而提高CPU的效率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