《中断处理操作系统》PPT课件
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《操作系统介绍》PPT课件-2024鲜版
16
04
现代操作系统特性分析
2024/3/27
17
多用户多任务处理能力
多用户支持
现代操作系统允许多个用户同时 使用同一台计算机，每个用户都 有自己的工作空间和资源，互不
干扰。
多任务处理
操作系统可以同时管理多个任务， 通过时间片轮转或优先级调度算 法，实现多个任务的并发执行。
进程与线程管理
操作系统通过进程和线程的概念 来管理任务，进程是程序的执行 实例，线程是进程内的执行单元， 操作系统负责创建、调度和终止
适用于多种品牌和型号的手机和平板电脑。
2024/3/27
27
移动端Android和iOS操作系统比较
稳定的系统性能
经过苹果公司严格测试和优化，提供流畅的 系统运行体验。
与Apple生态紧密集成
与iPhone、iPad、Mac等设备无缝集成， 实现数据同步和共享。
统一的界面设计
采用统一的界面风格和操作方式，易于学习 和使用。
功能
提供计算机硬件与软件之间的接口；管 理计算机系统的资源；提供用户与计算 机之间的交互界面。
2024/3/27
4
发展历程
第一代（1940s-1950s）
真空管和穿孔卡片，无操作系统概念。
第二代（1950s-1960s）
晶体管和批处理系统，如IBM的OS/360。
第三代（1960s-1980s）
集成电路和多道程序系统，如UNIX和 Windows。
进程同步与通信
协调多个进程之间的执行顺序和 资源共享，避免竞态条件和死锁
等问题。
9
内存管理
内存空间分配
为进程分配内存空间，包括连续分配和离散 分配两种方式。
内存映射
04
现代操作系统特性分析
2024/3/27
17
多用户多任务处理能力
多用户支持
现代操作系统允许多个用户同时 使用同一台计算机，每个用户都 有自己的工作空间和资源，互不
干扰。
多任务处理
操作系统可以同时管理多个任务， 通过时间片轮转或优先级调度算 法，实现多个任务的并发执行。
进程与线程管理
操作系统通过进程和线程的概念 来管理任务，进程是程序的执行 实例，线程是进程内的执行单元， 操作系统负责创建、调度和终止
适用于多种品牌和型号的手机和平板电脑。
2024/3/27
27
移动端Android和iOS操作系统比较
稳定的系统性能
经过苹果公司严格测试和优化，提供流畅的 系统运行体验。
与Apple生态紧密集成
与iPhone、iPad、Mac等设备无缝集成， 实现数据同步和共享。
统一的界面设计
采用统一的界面风格和操作方式，易于学习 和使用。
功能
提供计算机硬件与软件之间的接口；管 理计算机系统的资源；提供用户与计算 机之间的交互界面。
2024/3/27
4
发展历程
第一代（1940s-1950s）
真空管和穿孔卡片，无操作系统概念。
第二代（1950s-1960s）
晶体管和批处理系统，如IBM的OS/360。
第三代（1960s-1980s）
集成电路和多道程序系统，如UNIX和 Windows。
进程同步与通信
协调多个进程之间的执行顺序和 资源共享，避免竞态条件和死锁
等问题。
9
内存管理
内存空间分配
为进程分配内存空间，包括连续分配和离散 分配两种方式。
内存映射
第5章AT89S51单片机的中断系统-2ppt课件
功能：用于保存外部中断请求以及定时器的计数溢出。
【注意】：TCON既有定时器的控制功能，又有中断控制功能。 虽然不少资料将TCON称为定时器控制寄存器，但多数位都是 为中断控制而设置的（其中与中断有关的控制位共6位）。
位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 位符号 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
✓ 计数溢出标志位的使用有两种情况： • 采用中断方式时，作为中断请求标志位来使用； • 采用查询方式时，作为状态位供查询使用。
（2）SCON中的中断标志位
位地址 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H
位符号 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI
RI
TI：串行发送中断请求标志位
AT89S51单片机的中断系统
本章主要内容
中断的概念和应用 AT89S51中断系统结构 与中断相关的SFR及中断控制 外部中断 C51中断函数编程举例
微机的输入输出方式
(1)无条件传送方式 (2)查询传送方式 (3)直接存储器存取（DMA）方式 (4)中断方式
无条件传送方式
无条件传送方式在这种传送方式下，CPU不需要了解 外设的状态，只要在程序中加入访问外设的指令， 就可实现CPU与外设之间的数据传送。此种方法控制 简单，但数据传送时，由于不知道外设的状态，传 送数据时容易出错。
④ 故障处理：当计算机出现故障时，CPU可自动执行故障 处理程序，提高了系统自身的可靠性。
计算机与外围设备之间传送数据及实现人机联系也常采 用中断方式。
89S51的中断源
中断源：凡是中断请求的来源都统称为中断源。 在单片机系统中，中断可以由各种硬件设备产生，
【注意】：TCON既有定时器的控制功能，又有中断控制功能。 虽然不少资料将TCON称为定时器控制寄存器，但多数位都是 为中断控制而设置的（其中与中断有关的控制位共6位）。
位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H 位符号 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
✓ 计数溢出标志位的使用有两种情况： • 采用中断方式时，作为中断请求标志位来使用； • 采用查询方式时，作为状态位供查询使用。
（2）SCON中的中断标志位
位地址 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H
位符号 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI
RI
TI：串行发送中断请求标志位
AT89S51单片机的中断系统
本章主要内容
中断的概念和应用 AT89S51中断系统结构 与中断相关的SFR及中断控制 外部中断 C51中断函数编程举例
微机的输入输出方式
(1)无条件传送方式 (2)查询传送方式 (3)直接存储器存取（DMA）方式 (4)中断方式
无条件传送方式
无条件传送方式在这种传送方式下，CPU不需要了解 外设的状态，只要在程序中加入访问外设的指令， 就可实现CPU与外设之间的数据传送。此种方法控制 简单，但数据传送时，由于不知道外设的状态，传 送数据时容易出错。
④ 故障处理：当计算机出现故障时，CPU可自动执行故障 处理程序，提高了系统自身的可靠性。
计算机与外围设备之间传送数据及实现人机联系也常采 用中断方式。
89S51的中断源
中断源：凡是中断请求的来源都统称为中断源。 在单片机系统中，中断可以由各种硬件设备产生，
第2章中断技术
? CPU的工作状态码 ——指明管态还是目态， 用来说明当前在 CPU上执行的是操作系统 还是一般用户，从而决定其是否可以使用 特权指令或拥有其他的特殊权力
? 条件码——反映指令执行后的结果特征 ? 中断屏蔽码——指出是否允许中断
例:微处理器M68000的程序状态字
1 1 1 1 1 1 987654 321 0
如时钟中断、控制台中断等。
? 输入/输出中断：外设或通道操作正常完成或发生某种
错误时产生的中断。如传输结束、设备错误等。
? 访管中断：对OS提出某种服务要求时发生的中断，又
称软中断。
强迫性中断和自愿性中断
? 强迫性中断由随机事件引起而非程序员 事先安排，硬件故障中断、程序性中断、 外部中断及输入/输出中断是强迫性中断。
第2章 中断技术
? 中断是现代操作系统的常用技术之一， 是实现多道程序的必要条件。
中断在操作系统中的地位
? 中断是CPU与外设并行的基础之一，是多道 程序并发执行的推动力，也是操作系统的 推动力—即OS是由中断驱动的。表现为：
? 程序间的切换由时钟中断推动
? 系统调用通过中断机构处理 ? 操作系统中的管理程序，如 I/O程序，由中断
目态→管态 唯一途径 是 中断
管态→目态 设置PSW(修改程序状态字) 可实现
2.1.3 中断的类型
? 硬件故障中断：机器发生故障时产生的中断。如电源
故障、奇偶校验错等。
? 程序性中断：程序执行时发生了程序性质的错误或出
现了某些特定状态而产生的中断。如溢出、地址错、指令 跟踪等。
? 外部中断：中央处理机外部的非通道式装置引起的中断。
? 中断优先级由高到低的顺序为：硬件故 障中断、访管中断、程序性中断、外部 中断、输入/输出中断。
? 条件码——反映指令执行后的结果特征 ? 中断屏蔽码——指出是否允许中断
例:微处理器M68000的程序状态字
1 1 1 1 1 1 987654 321 0
如时钟中断、控制台中断等。
? 输入/输出中断：外设或通道操作正常完成或发生某种
错误时产生的中断。如传输结束、设备错误等。
? 访管中断：对OS提出某种服务要求时发生的中断，又
称软中断。
强迫性中断和自愿性中断
? 强迫性中断由随机事件引起而非程序员 事先安排，硬件故障中断、程序性中断、 外部中断及输入/输出中断是强迫性中断。
第2章 中断技术
? 中断是现代操作系统的常用技术之一， 是实现多道程序的必要条件。
中断在操作系统中的地位
? 中断是CPU与外设并行的基础之一，是多道 程序并发执行的推动力，也是操作系统的 推动力—即OS是由中断驱动的。表现为：
? 程序间的切换由时钟中断推动
? 系统调用通过中断机构处理 ? 操作系统中的管理程序，如 I/O程序，由中断
目态→管态 唯一途径 是 中断
管态→目态 设置PSW(修改程序状态字) 可实现
2.1.3 中断的类型
? 硬件故障中断：机器发生故障时产生的中断。如电源
故障、奇偶校验错等。
? 程序性中断：程序执行时发生了程序性质的错误或出
现了某些特定状态而产生的中断。如溢出、地址错、指令 跟踪等。
? 外部中断：中央处理机外部的非通道式装置引起的中断。
? 中断优先级由高到低的顺序为：硬件故 障中断、访管中断、程序性中断、外部 中断、输入/输出中断。
10-5 Linux操作系统 - 中断、异常及系统调用
10.5.4 中断上半部分的处理 一、 中断控制器 •每个硬件设备控制器都能通过中断请求线 发出中断请求（简称IRQ） •所有设备的中断请求线又连到中断控制器 的输入端。 •在x86单CPU的机器上采用两个8259A芯片作 为中断控制器，一主一从。
•当8259A有中断信号输入同时中断信号不被 屏蔽时，主8259A向CPU发出 INT信号，请求 中断。这时如果CPU是处于允许中断状况， CPU就会发信号给8259A进入中断响应周期。 •在对8259A芯片的初始化过程中，第n号中 断在IDT表中的向量号为 n+32
•IDT中向量号的使用情况如下： 0－31 异常与非屏蔽中断使用。 32－47 可屏蔽中断使用32至47 128（0x80）实现系统调用。 其余 未使用 •保存现场 发生异常时在核心栈的程序计数器eip的 值取决于具体情况。一般情况下eip保存的 下一条指令的地址，但对于页面异常，保存 的产生异常的这条指令的地址而不是下一条 指令的地址
中断向量表IDT •IDT是中断/异常处理在内核的入口。IDT表 项还记录了一些其它信息用以安全检查。 •IDT在系统初始化时创建。 •每个中断/异常都有一个向量号，该号的值 在0－255之间，该值是中断/异常在IDT中的 索引。 •每个中断/异常均有其相应的处理函数，中 断/异常在使用前必须在IDT中注册信息以保 证发生中断/异常时能找到相应的处理函数。
struct hw_interrupt_type { const char * typename; unsigned int (*startup)(unsigned int irq); void (*shutdown)(unsigned int irq); void (*enable)(unsigned int irq); void (*disable)(unsigned int irq); void (*ack)(unsigned int irq); void (*end)(unsigned int irq); void (*set_affinity)(unsigned int irq, unsigned long mask); };
第四讲：WSN操作系统PPT课件
中国农业大学工学院
4.2 WSN操作系统选型
基于队列的调度：先入先出（FIFO）和排序队列。 • FIFO：任务根据其到达的时间被处理，一旦处理器空闲，先到达的
任务先执行。 • 排序队列：根据任务的估计执行时间对任务进行排序，防止耗时长的
任务阻碍好时短的任务的执行，又称为最短作业优先（Shortest Job First, SJF)规则。 非抢占、抢占式调度： • 非抢占调度：任务一直到执行结束不会被另一个任务中断 • 抢占调度：高优先级任务可以中断低优先级任务的执行。
中国农业大学工学院
4.2 WSN操作系统选型
堆栈
• 定义：堆栈是一种数据结构，通过逐一进 栈的方式将数据对象暂时存储在内存中。
出栈或 退栈
入栈或 进栈
• 特点： 只允许在一端插入和删除。 后进先出(Last In First Out) LIFO
Top an-1 an-2 …
• 栈顶（TOP）：允许插入和删除的一端。
TinyOS的应用程序都是基于事件驱动模式的，采用事件触发 去唤醒传感器工作。
中国农业大学工学院
4.6 TinyOS操作系统的特点
Tasks And Events Concurrency Model
Tasks一般用在对于时间要求不是很高的应用中，且tasks之间 是平等的，即在执行时是按顺序先后来得，而不能互相占先执 行，一般为了减少tasks的运行时间，要求每一个task都很短小 ，能够使系统的负担较轻；Events一般用在对于时间的要求很 严格的应用中，而且它可以占先优于tasks和其他events执行， 它可以被一个操作的完成或是来自外部环境的事件触发，在 TinyOS中一般由硬件中断处理来驱动事件。
4.2 WSN操作系统选型
4.2 WSN操作系统选型
基于队列的调度：先入先出（FIFO）和排序队列。 • FIFO：任务根据其到达的时间被处理，一旦处理器空闲，先到达的
任务先执行。 • 排序队列：根据任务的估计执行时间对任务进行排序，防止耗时长的
任务阻碍好时短的任务的执行，又称为最短作业优先（Shortest Job First, SJF)规则。 非抢占、抢占式调度： • 非抢占调度：任务一直到执行结束不会被另一个任务中断 • 抢占调度：高优先级任务可以中断低优先级任务的执行。
中国农业大学工学院
4.2 WSN操作系统选型
堆栈
• 定义：堆栈是一种数据结构，通过逐一进 栈的方式将数据对象暂时存储在内存中。
出栈或 退栈
入栈或 进栈
• 特点： 只允许在一端插入和删除。 后进先出(Last In First Out) LIFO
Top an-1 an-2 …
• 栈顶（TOP）：允许插入和删除的一端。
TinyOS的应用程序都是基于事件驱动模式的，采用事件触发 去唤醒传感器工作。
中国农业大学工学院
4.6 TinyOS操作系统的特点
Tasks And Events Concurrency Model
Tasks一般用在对于时间要求不是很高的应用中，且tasks之间 是平等的，即在执行时是按顺序先后来得，而不能互相占先执 行，一般为了减少tasks的运行时间，要求每一个task都很短小 ，能够使系统的负担较轻；Events一般用在对于时间的要求很 严格的应用中，而且它可以占先优于tasks和其他events执行， 它可以被一个操作的完成或是来自外部环境的事件触发，在 TinyOS中一般由硬件中断处理来驱动事件。
4.2 WSN操作系统选型
操作系统PPT课件
分析在多用户与多任务环境下可能存在的安全风险，并介绍相应的安全
措施和策略。
07
安全性与可靠性保障
操作系统安全策略
访问控制
通过用户身份验证、权限 管理等手段，限制用户对 系统资源的访问，防止未 经授权的访问和操作。
加密技术
采用加密算法对敏感数据 进行加密存储和传输，确 保数据在传输和存储过程 中的安全性。
页面置换算法
虚拟内存的实现
当内存空间不足时，需要选择某个页面进 行置换，常见的置换算法有最优算法、先 进先出算法、最近最久未使用算法等。
需要硬件和软件的支持，如地址变换机构、 缺页中断机构、页面调度程序等。
页面置换算法
最优算法
选择未来最长时间不会被访问的页面 进行置换，需要预知未来的页面访问 情况，实际中难以实现。
命令行界面常用命令
列举并解释常见的命令行界面命令，如文件操作命令、网络命令、 系统管理命令等。
图形用户界面设计
01
图形用户界面（GUI ）概述
介绍图形用户界面的基本概念、 特点和优势。
02
图形用户界面设计 原则
讲解设计图形用户界面时需要遵 循的原则，如直观易用、美观大 方、符合用户习惯等。
03
图形用户界面常用 控件
文件概念
文件是操作系统中进行数据存储和管理的基本单位，通常是一段具有特定格式 和意义的二进制数据。
文件组织结构
常见的文件组织结构包括顺序结构、索引结构、链接结构和哈希结构。不同的 组织结构适用于不同的应用场景，如顺序结构适用于连续访问大量数据，而索 引结构则适用于随机访问。
文件访问权限控制
访问权限
设置通道控制器，负责管理和控制多 个I/O设备，进一步减轻CPU的负担 。
《操作系统》课件项目四设备管理
《操作系统》课件项目四设备管理一、教学内容本节课的教学内容选自教材《操作系统》的第四章设备管理。
具体内容包括：设备管理的概念、设备分配与回收、设备请求调度、I/O控制和中断处理。
二、教学目标1. 使学生理解设备管理的概念及其在操作系统中的重要性。
2. 培养学生掌握设备分配与回收的基本方法。
3. 帮助学生了解设备请求调度策略，理解I/O控制和中断处理机制。
三、教学难点与重点1. 教学难点：设备请求调度策略，中断处理机制。
2. 教学重点：设备管理的概念，设备分配与回收方法。
四、教具与学具准备1. 教具：多媒体教学设备，黑板，粉笔。
2. 学具：教材《操作系统》，笔记本，彩色笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：以计算机打印文件为例，引导学生思考设备管理的重要性。
2. 概念讲解：讲解设备管理的定义，阐述其在操作系统中的作用。
3. 例题讲解：通过具体例题，讲解设备分配与回收的基本方法。
4. 随堂练习：让学生结合例题，自行设计一个简单的设备分配与回收算法。
5. 知识拓展：介绍设备请求调度策略，讲解I/O控制和中断处理机制。
6. 课堂讨论：组织学生就设备请求调度策略和中断处理机制展开讨论，分享彼此的理解和看法。
六、板书设计1. 设备管理概念2. 设备分配与回收方法3. 设备请求调度策略4. I/O控制与中断处理七、作业设计1. 题目：设计一个简单的设备分配与回收算法。
答案：略2. 题目：简要描述设备请求调度策略。
答案：略3. 题目：解释I/O控制和中断处理机制。
答案：略八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思：本节课通过实践情景引入，使学生了解了设备管理的重要性。
在讲解设备分配与回收方法时，通过例题使学生掌握了基本概念。
在知识拓展环节，介绍了设备请求调度策略和中断处理机制，增加了学生对操作系统设备管理的认识。
整体教学过程流畅，学生参与度高，达到了预期的教学目标。
2. 拓展延伸：邀请计算机专业人士进行讲座，让学生更深入地了解操作系统设备管理的实际应用。
2.2.3 中断操作
(4)硬件中断的响应和时序
8086/8088CPU中断处理的基本过程
对该图作几点说明：
中断的基本过程可分为：中断请求，中断响应，中断处理 和中断返回。
按预先设计安排的中断优先权来响应中断。
对非屏蔽中断和可屏蔽中断的响应，CPU的处理动作基本 相同，仅仅有两点差别：
CPU遇到可屏蔽中断请求时，要先判断IF是否为1，若 IF为1，便进入中断响应过程。 CPU还要读取此中断的类型码。
溢出中断 断点中断 非屏蔽中断 单步中断 除数为0中断
专用的中断 类型2 （共5个）
类型1 类型0
0000：0008H 0000：0007H 0000：0004H 0000：0003H
0000：0000H
当CPU 响应中断访问入口地址表时，外设
应将一个8 位的中断类型码放在数据总线上，
CPU对编号n 乘以4得到4n指向该入口地址的
用户自己设计接口电路，利用寄存器/缓冲器组件
(7)最大与最小模式中断响应过程和响应时序的差异
பைடு நூலகம்
在最大模式的系统中，中断响应信号不是通过INTA引 脚发出的，而是通过状态线S2、S1、S0发出的。当CPU 响应中断请求时，S2、S1、S0同时输出低电平，总线控 制器回将这三个低电平信号组合，而得到INTA信号。 最大模式中，在总线控制器输出两个INTA负脉冲的同 时，CPU会在LOCK引脚上从第一个中断响应周期的T2到 第二个中断响应周期的T2之间维持一个低电平，以封锁 中断响应期间CPU以外的总线主模块发出的总线请求。
首字节：4n和4n+1单元中存放的是入口的偏
移地址值，其低字节在4n中，高字节在4n+1
中；4n+2和4n+3单元中存放的是入口的段基
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15
Multiple Interrupts
• 定义中断的优先级
16
Multiple Interrupts
17
8
中断周期
• 处理器检查中断 • 如果无中断就执行当前程序的下一条指令。 • 如果有中断, 暂停当前程序的执行, 执行中断服务程序。
9
基于短I/O 的时序
10
基于长 I/O 的时序
11
简单的中断处理
12
中断时内存和寄存器的变化
13
中断时内存和寄存器的变化
14
多重中断
• 当处理一个中断时屏蔽中断
1.4 中断
• 中断处理器正常的执行顺序 • 绝大多数I/O 设备比处理器慢
– 处理器必须等待I/O 设备
1
中断的类型
2
无中断的程序流
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中断和短时间I/O的程序流
4
中断和长时间I/O的程序流
5
中断处理
• 为I/O设备服务的程序 • 操作系统的通常部分
6
• 打断执行的正常顺序
中断
7
中断周期
Multiple Interrupts
• 定义中断的优先级
16
Multiple Interrupts
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8
中断周期
• 处理器检查中断 • 如果无中断就执行当前程序的下一条指令。 • 如果有中断, 暂停当前程序的执行, 执行中断服务程序。
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基于短I/O 的时序
10
基于长 I/O 的时序
11
简单的中断处理
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中断时内存和寄存器的变化
13
中断时内存和寄存器的变化
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多重中断
• 当处理一个中断时屏蔽中断
1.4 中断
• 中断处理器正常的执行顺序 • 绝大多数I/O 设备比处理器慢
– 处理器必须等待I/O 设备
1
中断的类型
2
无中断的程序流
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中断和短时间I/O的程序流
4
中断和长时间I/O的程序流
5
中断处理
• 为I/O设备服务的程序 • 操作系统的通常部分
6
• 打断执行的正常顺序
中断
7
中断周期