处理器类型,计算机硬件简介及其功能图文

操作系统与运行操作系统的内核硬件关系密切。操作系统扩展了计算机指令集并管理计算机的资源。因此,操作系统因此必须足够了解硬件的运行,这里我们先简要介绍一下现代计算机中的计算机硬件。简单个人计算机的组件从概念上来看,一台简单的个人电脑可以被抽象为上面这种相似的模型,CPU、内存、V/O 设备都和总线串联起来并通过总线与其他设备进行通信。CPUCPU 是计算机的大脑,它主要和内存进行交互,从内存中提取指令并执行它。

一个 CPU 的执行周期是从内存中提取第一条指令、解码并决定它的类型和操作数,执行,然后再提取、解码执行后续的指令,重复该循环直到程序运行完毕。

每个 CPU 都有一组可以执行的特定指令集。因此,x86 的 CPU 不能执行 ARM 的程序并且 ARM 的 CPU 也不能执行 x86 的程序。

由于访问内存获取执行或数据要比执行指令花费的时间长,因此所有的 CPU 内部都会包含一些寄存器来保存关键变量和临时结果。因此,在指令集中通常会有一些指令用于把关键字从内存中加载到寄存器中,以及把关键字从寄存器存入到内存中。还有一些其他的指令会把来自寄存器和内存的操作数进行组合,例如 add 操作就会把两个操作数相加并把结果保存到内存中。

除了用于保存变量和临时结果的通用寄存器外,大多数计算机还具有几个特殊的寄存器,这些寄存器对于程序员是可见的。其中之一就是程序计数器(program counter),程序计数器会指示下一条需要从内存提取指令的地址。提取指令后,程序计数器将更新为下一条需要提取的地址。

另一个寄存器是堆栈指针(stack pointer),它指向内存中当前栈的顶端。堆栈指针会包含输入过程中的有关参数、局部变量以及没有保存在寄存器中的临时变量。

还有一个寄存器是 PSWProgram Status Word)程序状态字寄存器,这个寄存器是由操作系统维护的8个字节(64位) long 类型的数据集合。它会跟踪当前系统的状态。除非发生系统结束,否则我们可以忽略 PSW。用户程序通常可以读取整个PSW,但通常只能写入其某些字段。PSW 在系统调用和1/0 中起着重要作用。

操作系统必须了解所有的寄存器。在时间多路复用(time multiplexing)的 CPU 中,操作系统往往停止运行一个程序转而运行另外一个。每次当操作系统停止运行一个程序时,操作系统会保存所有寄存器的值,以便于后续重新运行该程序。

为了提升性能,CPU 设计人员早就放弃了同时去读取、解码和执行一条简单的指令。许多现代的 CPU 都具有同时读取多条指令的机制。

例如,一个 CPU 可能会有单独访问、解码和执行单元,所以,当 CPU 执行第 N 条指令时,还可以对N+1条指令解码,还可以读取 N+2 条指令。像这样的组织形式被称为流水线(pipeline):

比流水线更先进的设计是超标量(superscalar)CPu,下面是超标量 CPU的设计

在上面这个设计中,存在多个执行单元,例如,一个用来进行整数运算、一个用来浮点数运算、一个用来布尔运算。两个或者更多的指令被一次性取出、解码并放入缓冲区中,直至它们执行完毕。只要一个执行单元空闲,就会去检查缓冲区是否有可以执行的指令。如果有,就把指令从缓冲区中取出并执行。

这种设计的含义是应用程序通常是无序执行的。在大多数情况下,硬件负责保证这种运算的结果与顺序执行指令时的结果相同。

除了用在嵌入式系统中非常简单的 CPU 之外,多数 CPU 都有两种模式,即前面已经提到的内核态和用户态。

通常情况下,PSW 寄存器中的一个二进制位会控制当前状态是内核态还是用户态。当运行在内核态时,CPU 能够执行任何指令集中的指令并且能够使用硬件的功能。在台式机和服务器上,操作系统通常以内核模式运行,从而可以访问完整的硬件。在大多数嵌入式系统中,一部分运行在内核态下,剩下的一部分运行在用户态下。

用户应用程序通常运行在用户态下,在用户态下,CPU 只能执行指令集中的一部分并且只能访问硬件的一部分功能。一般情况下,在用户态下,有关 V/O 和内存保护的所有指令是禁止执行的。当然,设置 PSW 模式的二进制位为内核态也是禁止的。

为了获取操作系统的服务,用户程序必须使用系统调用(system call),系统调用会转换为内核态并且调用操作系统。TRAP 指令用于把用户态切换为内核态并启用操作系统。当有关工作完成之后,在系统调用后面的指令会把控制权交给用户程序。我们会在后面探讨操作系统的调用细节。

本文来自投稿,不代表展天博客立场,如若转载,请注明出处:https://www.me900.com/326663.html

(0)

相关推荐

  • 上帝给了双鱼八个天赋处女座,双鱼座的天赋是什么

    处女座的人,往往个性克制且内敛,他们习惯保持一种对人事物的谨慎姿态,向来不喜欢过于张扬自己,他们的性格是“内收”的,因而,善于吸取教训,在内心不断沉淀。 他们的眼光是很客观的,与人群保持着一种不近不远的距离,那么处女座有哪些不为人知的天赋呢?   处女座的人是什么样的? 处女座的人凡事更看重客观性,也就是说按照原则,事情应该怎么做,他们向来觉得成功…

    2022-03-15 投稿
  • 现在最流行的游戏有哪些(现在最火的游戏有哪些)

    现在的手游用户远比PC游戏玩家,或PS/Xbox/Switch等主机玩家多,因为人人都有手机,进行娱乐很方便,年轻人的手机上,也至少都会有两到三款常玩的手游,而且现在的手机游戏更新速度也非常快,种类繁多,有一些比较完美的,或者宣传到位的手游,常常会登上热榜,那下面就来为大家整理一下,目前人气最高的五款手游,在这些其中,绝对有一款是你经常玩的作品。 《王者荣耀…

    2021-12-14 投稿
  • 负债百万如何走出困境?欠债之后的正确做法

    万物都有其运作规律。金钱其实就要像一个人一样。你和它处好了关系,它就愿意一直留在你身边。当你和它的关系降到零度以下的时候,你就自然而然欠债了。 所有负债的人都是和金钱处不好关系的人。问他对金钱的感觉是什么?他更多的是恐惧和愤怒。而不是喜悦,开心。 恐惧和愤怒就是的负债的原罪。它们会让你陷在债务的沼泽里爬不出来。 你会发现怎么努力,早起晚归,把身体努力到垮掉都…

    2022-06-07 投稿
  • 沟通技巧影响表达效果,影响表达的四个因素

    环顾生活周遭,总会发现有些人天生就能够凭着自己那三寸不烂之舌,在生活和工作当中混得“如鱼得水”。 相反,有些人日夜埋头苦干,却总是因为不善或不敢表达,说话常常词不达意而错失了很多机会,被当成“受气包”也是有口难言。 在今天的商业社会,沟通技巧已是一项不容置疑的致胜关键。根据一份访问两百在职人士的调查报告显示,超过 80% 受访者都表示口才对工作很重要。而所有…

    2022-05-01 投稿
  • 熊猫tv直播间,王思聪的熊猫直播平台怎么了

    “眼见他起高楼、眼见他楼塌了” 不论在什么时代,商人和市场的竞争永远是最激烈的,尤其是信息化时期到来后,直播大潮的兴起催生了一个又一个大型的直播平台,资本为了吸引客户疯狂的砸钱,陆陆续续淘汰了很多对手,其中就包括富二代王思聪创办的“熊猫直播” 2019年3月6日,熊猫直播正式宣布关停,回想当初这个平台的风光,被很多同行业大佬视为强大的竞争对手,熊猫直播成立初…

    2023-06-02 投稿
  • 不用投资的网上赚钱(2020网上赚钱)

    近几年随着互联网的发展改变了我们生活的方方面面,包括衣食住行、吃喝玩乐,移动支付时代的到来,我们人人只要一部手机就可以走遍天下。同样互联网也改变着并影响着我们对以前事物的认知理念,包括我们所从事的工作、事业、生活方式,受互联网的影响越来越多的90后00后纷纷走上了网络创业的网赚之路。选择网络创业摆在我们面前的首要问题就是,我没有一技之长不会编程,不会建站,该…

    2021-12-30
  • 适合一个人做赚钱的小生意,赚钱小项目

    目前市场上的小生意,一个人可以做的有很多,但大都是一些普通老百姓在挣一点辛苦钱的。回答这个粉丝的问题,一个人能做的小生意,有哪些项目,可以实现月收入一万以上?我这里只能是推荐一些,仅供市场参考调研。 桶装水配送 这个小生意一个人可以做的。桶装水配送可以说是暴利,但是你一定要找到真正生产水的厂家,不要找批发商拿货,这样他们会赚你一笔。现在市场上可以自主配送的水…

    2022-04-21 投稿
  • 上海檀香皂怎么样,上海檀香皂的作用和用途

    肤如凝脂”是美人的标配。凝脂就是色匀且湿润、光滑。亚洲人想要皮肤白皙有一定的困难,但肤色匀称、滋润、光滑,努努力还是可以做到的。     清洁 洗脸的东西说一千道一万无非两种:香皂和洗面奶。二者最大的区别其实就是:一个是液体,一个是固体,并没有太多酸性呀碱性呀、保湿呀美白呀上的区别,那么多的说道,只是商家的营销策略。商家又衍生出来一些卸妆…

    2023-06-29 投稿
  • 抖音充值在哪里充值便宜?抖音官网在线充值

    抖音的官方货币为抖币,我们在这里不仅可以帮助自己充值,还可以帮助好友充值。很多用户都不知道帮助好友充值的方法,那就赶紧看看小编的具体介绍吧,看完你就了解了。 抖音帮助他人充值教程介绍 1、开启抖音app,点击我的页面右上角三横线,再点击设置。 2、选择关于抖音,点击访问抖音官网。 3、登录想要充值的账号,选择金额,点击立即充值即可。 来源:IE浏览器中文网

    2022-04-20 投稿
  • 996和007的工作制度是什么意思

    8月26日,最高人民法院、人力资源和社会保障部向社会公开发布 《劳动人事争议典型案例(第二批)》,其中一宗案例中明确“996”工作制严重违反法律关于延长工作时间上限的规定,相关公司规章制度应认定为无效。 “996”的存在,一直都很挑战人们的常识。 “996”是指早上9点上班、晚上9点下班,每周工作6天的上班模式。比其更狠的是“715”,每周工作7天,一天工作…

    2022-04-18
  • 如何跳过权限偷看别人qq空间

    你是否曾因为App无法卸载而彻夜难眠? 你是否经历过,在浏览网页时,不小心点错了一个按钮,便被强制下载App无法取消? 你是否被花样百出的App开屏广告和弹窗折磨过,稍微一晃手机,就触发广告跳转? 依小雷看啊,只要是经常用手机上网冲浪,使用App也比较多的小伙伴,基本都躲不过以上流氓行为。 如果只是偶尔来一下还好,要是每天都得被这些流氓App恶心。 那&#8…

    2023-04-08
  • vps安全设置,什么是VPS服务器

    什么是VPS服务器 VPS(Virtual Private Server) 是一种虚拟专用服务器,它利用虚拟化技术将一台物理服务器分割成多个虚拟服务器,每个虚拟服务器都具有自己的操作系统和应用程序。VPS 是云计算服务的一种,它可以为用户提供独立、安全、可靠的服务器环境,用户可以通过互联网远程控制 VPS。 VPS 的优点是为用户提供了一个独立的服务器环境,…

    2023-07-03