计算机硬件

1.计算机体系结构

• 通过系统总线将CPU，内存及I/O及其相应的驱动连接起来。
• 注意：内存，磁盘，外设都有其相应的驱动

2.计算机系统操作

• I/O设备与CPU可并行运行
• 每个设备控制器负责一个设备类型
• 每一设备控制器有一局部缓存
• CPU通过局部缓存与主存交换数据
• I/O从设备到设备控制器的局部缓存
• 设备控制器通过引起中断通知CPU操作已经完成

2.1 中断机制

• 中断定义

  • 硬件中断：也叫外部中断，由外部设备引发的中断
  • 软件中断：异常和系统调用

• 中断作用

  • 让系统更高效

• 现代操作系统是中断驱动的

• 中断将中断控制权转移到中断服务程序

• 中断向量表

  • 零号中断：除法溢出中断
  • 一号中断：单步中断
  • 二号中断：非屏蔽中断（NMI）
  • 三号中断：断点中断
  • 四号中断：溢出中断
  • 五号中断：打印屏幕

• I/O结构

  • 设备与设备控制器相连
  • 本地缓冲器（一组寄存器）
  • 设备驱动程序

• 两种I/O操作：同步、异步

  • 同步：I/O启动后，只有在I/O设备完成某种操作后控制返回用户程序
  • 异步：I/O启动后,不用等待I/O完成就控制返回用户程序

3.硬件保护

• 单用户系统，程序员可以完全控制系统

• 批处理系统，需要一些保护：不断读取卡片

• 多任务系统

• 多用户环境，需要保护磁盘上的文件数据

• 硬件陷入到OS，当发生以下情况

  • 非法指令，或访问不属于自己的地址空间内存
  • 进程终止

• 两状态操作

  • 共享系统资源要求操作系统确保有误程序不会引起其他程序的运行错误
  • 至少在两个运行状态之间提供硬件支持
  • 用户态：代表用户执行
  • 管态（特权模式或系统模式）：代表操作系统执行

• 两状态操作过程

  • 模式位添加到计算机硬件，表示当前模式
  • 系统引导时，硬件处于管态
  • 在用户模式下执行用户进程

• 出现中断或陷阱，硬件切换到管态

• 特权指令切换到内核模式

4. I/O保护

• 所有的I/O指令都是特权指令

  • 用户不能直接使用I/O指令，必须通过系统调用

• 确保用户程序不能再管态下控制计算机

• 必须保护中断向量和中断服务程序

• 确定进程能访问的合法空间

  • 基址寄存器
  • 界限寄存器

• 在用户态下所生成的每个地址都要经过硬件检查

4. CPU保护

• 需防止用户程序陷入死循环或者不调用系统服务且不将控制权返回到OS
• 设定时器以便产生中断
• 定时器中断，控制权会返回给OS

计算机硬件

原文：https://www.cnblogs.com/mx-info/p/14241962.html