操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境任何系統(tǒng)軟件都是硬件功能的延伸操作系統(tǒng)直接依賴于硬件條件OS的硬件環(huán)境以較分散的形式同各種管理相結(jié)合實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)時(shí)必須理解的計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)管理的重要資源2.1硬件環(huán)境CPU、主存緩沖技術(shù)、中斷技術(shù)時(shí)鐘、時(shí)鐘隊(duì)列一、CPU專門設(shè)計(jì)了一系列基本機(jī)制：

-具有特權(quán)級(jí)別的處理器狀態(tài)，能在不同特權(quán)級(jí)運(yùn)行的各種特權(quán)指令。

-硬件機(jī)制使得OS可以和普通程序隔離實(shí)現(xiàn)保護(hù)和控制1、特權(quán)指令與非特權(quán)指令特權(quán)指令：僅能為操作系統(tǒng)使用的指令。使用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)必須要區(qū)分為特權(quán)指令和非特權(quán)指令特權(quán)指令一般引起處理器狀態(tài)的切換2、處理機(jī)的狀態(tài)根據(jù)運(yùn)行程序?qū)Y源和機(jī)器指令的使用權(quán)限將處理器設(shè)置為不同狀態(tài)多數(shù)系統(tǒng)將處理器工作狀態(tài)劃分為管態(tài)和目態(tài)管態(tài)：處理機(jī)執(zhí)行操作系統(tǒng)程序時(shí)的工作狀態(tài)目態(tài)：處理機(jī)執(zhí)行普通用戶程序時(shí)的工作狀態(tài)有些系統(tǒng)將處理器狀態(tài)劃分核心狀態(tài)，管理狀態(tài)和用戶程序狀態(tài)（目標(biāo)狀態(tài)）三種實(shí)例：x86系列處理器支持4個(gè)處理器特權(quán)級(jí)別（R0、R1、R2和R3）從R0到R3特權(quán)能力依次降低R0相當(dāng)于雙狀態(tài)系統(tǒng)的管態(tài)R3相當(dāng)于目態(tài)R1和R2則介于兩者之間，它們能夠運(yùn)行的指令集合具有包含關(guān)系：四個(gè)級(jí)別運(yùn)行不同類別的程序：R0-運(yùn)行操作系統(tǒng)核心代碼R1-運(yùn)行關(guān)鍵設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和I/O處理例程R2-運(yùn)行其它受保護(hù)共享代碼，如語(yǔ)言系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境R3-運(yùn)行各種用戶程序現(xiàn)有的基于x86處理器的操作系統(tǒng)，多數(shù)UNIX、Linux以及Windows系列大都只用了R0和R3兩個(gè)特權(quán)級(jí)別實(shí)例：x86系列處理器管態(tài)和目態(tài)的差別處理器處于管態(tài)時(shí)：全部指令（包括特權(quán)指令）可以執(zhí)行可使用所有資源并具有改變處理器狀態(tài)的能力處理器處于目態(tài)時(shí)：只有非特權(quán)指令能執(zhí)行高特權(quán)級(jí)別對(duì)應(yīng)的可運(yùn)行指令集合包含低特權(quán)級(jí)3、程序狀態(tài)字PSW在PSW中專門設(shè)置一位，來(lái)判斷運(yùn)行程序使用指令的權(quán)限CPU的工作狀態(tài)碼——指明管態(tài)還是目態(tài)，用來(lái)說(shuō)明當(dāng)前在CPU上執(zhí)行的是操作系統(tǒng)還是一般用戶，從而決定其是否可以使用特權(quán)指令或擁有其它的特殊權(quán)力條件碼——反映指令執(zhí)行后的結(jié)果特征中斷屏蔽碼——指出是否允許中斷4、寄存器寄存器：指令在CPU內(nèi)部作處理的過(guò)程中暫存數(shù)據(jù)、地址以及指令信息的存儲(chǔ)設(shè)備

寄存器提供了一定的存儲(chǔ)能力速度比主存儲(chǔ)器快得多但是造價(jià)高，容量一般都很小兩類寄存器：用戶可見(jiàn)寄存器：由高級(jí)語(yǔ)言編譯器使用，以減少程序訪問(wèn)主存次數(shù)控制和狀態(tài)寄存器：由操作系統(tǒng)使用,以控制其它程序的執(zhí)行

用戶可見(jiàn)寄存器機(jī)器語(yǔ)言直接引用包括數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器以及條件碼寄存器數(shù)據(jù)寄存器（dataregister）又稱通用寄存器主要用于各種算術(shù)邏輯指令和訪存指令地址寄存器（addressregister）用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及指令的物理地址、線性地址或者有效地址，用于某種特定方式的尋址。條件碼寄存器保存CPU操作結(jié)果的各種標(biāo)記位。如算術(shù)運(yùn)算產(chǎn)生的溢出、符號(hào)等控制和狀態(tài)寄存器用于控制處理器的操作大部分對(duì)于用戶是不可見(jiàn)的一部分可以在特權(quán)模式下訪問(wèn)常見(jiàn)的控制和狀態(tài)寄存器:程序計(jì)數(shù)器PC：記錄將要取出的指令的地址指令寄存器IR：包含最近取出的指令程序狀態(tài)字PSW：記錄處理器的運(yùn)行模式信息二、主存支持OS運(yùn)行硬件環(huán)境的一個(gè)重要方面：作業(yè)必須把它的程序和數(shù)據(jù)存放在主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）中才能運(yùn)行多道程系統(tǒng)中，若干個(gè)程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)要放入主存儲(chǔ)器操作系統(tǒng)要管理、保護(hù)程序和數(shù)據(jù)，使它們不至于受到破壞操作系統(tǒng)本身也要存放在主存儲(chǔ)器中并運(yùn)行存儲(chǔ)器的類型：讀寫型、只讀型存儲(chǔ)分塊存儲(chǔ)保護(hù)界地址寄存器存儲(chǔ)鍵1、存儲(chǔ)器的類型兩類存儲(chǔ)器：讀寫型的存儲(chǔ)器（RAM）

只讀型的存儲(chǔ)器（ROM）變型:PROM和EPROMPROM:可編程只讀存儲(chǔ)器，使用特殊PROM寫入器寫入數(shù)據(jù)EPROM:用特殊的紫外線光照射此芯片，以“擦去”信息，恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，然后使用特殊EPROM寫入器寫入數(shù)據(jù)2、存儲(chǔ)分塊存儲(chǔ)最小單位:“二進(jìn)位”最小編址單位:字節(jié)主流個(gè)人電腦主存:128MB～512MB之間輔助存儲(chǔ)器:在20GB～70GB工作站、服務(wù)器主存:512MB～4GB之間硬盤容量:數(shù)百GB為簡(jiǎn)化分配和管理，將存儲(chǔ)器分成塊塊的大?。?12B、1K、4K、8K3、存儲(chǔ)保護(hù)措施對(duì)主存中的信息加以嚴(yán)格的保護(hù)，使操作系統(tǒng)及其它程序不被破壞，是其正確運(yùn)行的基本條件之一多用戶,多任務(wù)操作系統(tǒng)：

OS給每個(gè)運(yùn)行進(jìn)程分配一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域問(wèn)題：多個(gè)程序同時(shí)在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行怎樣才能互不侵犯？

存儲(chǔ)保護(hù)措施：界地址寄存器、存儲(chǔ)鍵界地址寄存器優(yōu)點(diǎn)機(jī)制比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)方法：在CPU中設(shè)置一對(duì)上下限寄存器，分別存放用戶作業(yè)在主存中的上下限地址或?qū)⒁粋€(gè)寄存器作為基址寄存器，另一寄存器作為限長(zhǎng)寄存器CPU訪問(wèn)主存時(shí)，硬件自動(dòng)將被訪問(wèn)的主存地址與界地址寄存器內(nèi)容比較，判斷是否越界未越界：按此地址訪問(wèn)主存越界：產(chǎn)生存儲(chǔ)保護(hù)中斷界地址寄存器存儲(chǔ)保護(hù)技術(shù)存儲(chǔ)鍵每個(gè)存儲(chǔ)塊有一個(gè)由二進(jìn)位組成的存儲(chǔ)保護(hù)鍵當(dāng)作業(yè)進(jìn)入主存，OS分給它唯一的存儲(chǔ)鍵號(hào)將分配給該作業(yè)各存儲(chǔ)塊存儲(chǔ)鍵置成同樣鍵號(hào)當(dāng)OS挑選該作業(yè)運(yùn)行時(shí)，OS將它的存儲(chǔ)鍵號(hào)放入程序狀態(tài)字PSW存儲(chǔ)鍵域中當(dāng)CPU訪問(wèn)主存，將該主存塊的存儲(chǔ)鍵與PSW中的存儲(chǔ)鍵域進(jìn)行比較如匹配，則允許訪問(wèn)，否則，拒絕并報(bào)警

A塊B塊C塊001010100101000存儲(chǔ)鍵保護(hù)位鍵值為0~15，其中0號(hào)鍵為萬(wàn)能鍵三、緩沖技術(shù)定義：外部設(shè)備在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸期間專門用于暫存這些數(shù)據(jù)的主存區(qū)域。緩沖技術(shù)三種用途:處理器與主存儲(chǔ)器之間處理器和其它外部設(shè)備之間設(shè)備與設(shè)備之間的通信目的：緩和CPU和外設(shè)的速度差異，減輕通道和外設(shè)的壓力。四、中斷技術(shù)中斷機(jī)制是操作系統(tǒng)得以正常工作的最重要的手段它使得OS可以捕獲普通程序發(fā)出的系統(tǒng)功能調(diào)用及時(shí)處理設(shè)備的中斷請(qǐng)求防止用戶程序中破壞性的活動(dòng)等等五、時(shí)鐘時(shí)鐘為計(jì)算機(jī)完成的工作時(shí)鐘的概念：是硬件時(shí)鐘寄存器，按時(shí)鐘電路所產(chǎn)生的脈沖數(shù)對(duì)時(shí)鐘寄存器進(jìn)行加1或減1的工作絕對(duì)時(shí)鐘：記錄當(dāng)時(shí)時(shí)間

絕對(duì)時(shí)鐘準(zhǔn)確，停機(jī)時(shí)絕對(duì)時(shí)鐘值仍然自動(dòng)修改相對(duì)時(shí)鐘：通過(guò)時(shí)鐘寄存器實(shí)現(xiàn)設(shè)置時(shí)間間隔初值，每經(jīng)過(guò)一個(gè)單位時(shí)間，時(shí)鐘值減1，直到該值為負(fù)時(shí)，觸發(fā)時(shí)鐘中斷，并進(jìn)行相應(yīng)中斷處理硬件時(shí)鐘：用某個(gè)寄存器來(lái)模擬（定時(shí)加1或減1）軟件時(shí)鐘：用內(nèi)存單元來(lái)模擬時(shí)鐘。分配給每個(gè)進(jìn)程一時(shí)間片。時(shí)間片到，發(fā)時(shí)鐘中斷，控制權(quán)交給操作系統(tǒng)。時(shí)鐘隊(duì)列：一種實(shí)現(xiàn)軟件時(shí)鐘的方法隊(duì)列頭指針A50B10C5D0X2.2、操作系統(tǒng)與其它系統(tǒng)軟件的關(guān)系

作業(yè)、作業(yè)步和進(jìn)程重定位的概念絕對(duì)裝入程序和相對(duì)裝入程序一、作業(yè)、作業(yè)步和進(jìn)程作業(yè)：用戶要求計(jì)算機(jī)所做的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)。

作業(yè)步：一個(gè)作業(yè)可劃分成若干部分，

每個(gè)部分稱為一個(gè)作業(yè)步。

典型的作業(yè)控制過(guò)程：“編譯”、“連接裝配”、“運(yùn)行”

進(jìn)程：OS將一個(gè)作業(yè)步劃分為若干作業(yè)步任務(wù)。

二、重定位的概念1、絕對(duì)地址、相對(duì)地址和邏輯地址空間絕對(duì)地址：主存單元的實(shí)際地址。相對(duì)地址：相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)量編址時(shí)用的地址。邏輯地址空間：目標(biāo)程序所限定的地址集合。2、重定位用戶程序裝入內(nèi)存時(shí)對(duì)有關(guān)指令地址的修改稱重定位技術(shù)。重定位分靜態(tài)重定位，動(dòng)態(tài)重定位。靜態(tài)地址重定位在程序裝入主存過(guò)程中由裝配程序進(jìn)行的重定位。動(dòng)態(tài)地址重定位在程序執(zhí)行過(guò)程中，每次訪存時(shí)將訪問(wèn)的程序地址轉(zhuǎn)換成內(nèi)存絕對(duì)地址。三、絕對(duì)裝入程序和相對(duì)裝入程序絕對(duì)裝入程序相對(duì)裝入程序如何識(shí)別需重定位的項(xiàng)裝入過(guò)程三、操作系統(tǒng)與人的接口操作系統(tǒng)提供兩個(gè)用戶接口：程序級(jí)：系統(tǒng)調(diào)用操作命令級(jí)：作業(yè)控制語(yǔ)言鍵盤命令圖形用戶界面（接口）1、作業(yè)控制語(yǔ)言：

一種語(yǔ)言，用來(lái)寫程序操作步驟的程序。在早期批處理操作系統(tǒng)中使用。用戶將自己的程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語(yǔ)言編寫的上機(jī)操作的步驟的程序一起提交給計(jì)算中心（或機(jī)房），隔一段時(shí)間去機(jī)房取結(jié)果。2、鍵盤命令：

用戶通過(guò)鍵盤直接向計(jì)算機(jī)發(fā)布各種命令。以交互式操作系統(tǒng)，分時(shí)操作系統(tǒng)為代表。分時(shí)操作系統(tǒng)誕生后，用戶可以通過(guò)用戶終端直接使用計(jì)算機(jī)，并且可與計(jì)算機(jī)“對(duì)話”，這就是所謂的交互式計(jì)算機(jī)。用戶可通過(guò)鍵盤直接向計(jì)算機(jī)發(fā)布各種命令，計(jì)算機(jī)可接受、執(zhí)行用戶命令。DOS系統(tǒng)把鍵盤命令分為：文件管理（COPY、COMP、TYPE、DEL、REN）磁盤管理（FORMAT、CHKDSK、DISKCOPY、

DISKCOMP）目錄管理（DIR、CD、MD、RD、TREE）設(shè)備工作模式（CLS、MODE）日期、時(shí)間、系統(tǒng)設(shè)置（DATE、TIME、VER、VOL）運(yùn)行用戶程序(MASM、LINK、DEBUG)3、圖形用戶接口（UNIX、WINDOWS）以窗口（windows）,圖標(biāo)（icon）、菜單（menu）為典型特征，由APPLE公司開(kāi)創(chuàng)，以Micr