中央處理器
一：CPU的構成與基本的工作方式
1、CPU組成
（1）CPU由運算器、控制器、一系列暫存器、快取記憶體組成
運算器：實現指令中的算術和邏輯運算，是計算機系統的和興
控制器：負責控制程式的執行流程、包括取指令、維護CPI的狀態
暫存器：存取資料和指令（在CPU內部）
快取記憶體：位於CPU和實體記憶體之間；利用程式區域性性原理使高速指令處理和低速記憶體訪問相匹配，提高CPU效率（CPU首先在快取記憶體中讀取資料，如果沒有則在記憶體中讀取資料）
（2）CPU中的暫存器
暫存器提供了一定的儲存能力，速度比主存快，造價高，容量小
分類：
使用者可見暫存器：高階語言編譯器透過演算法分配給使用者使用、減少程式訪問主存的次數，包含資料暫存器（算術邏輯指令和訪存指令）、地址暫存器（存放地址）、條件碼暫存器（儲存CPU操作結果的各種標記位）
控制和狀態暫存器：用於控制處理器的操作、大部分對於使用者是不可見的、由OS的特權程式碼使用，以控制其他程式的執行
常見的控制和狀態暫存器：
1、程式計數器PC：記錄將要取出的指令地址
2、指令暫存器IR：取出指令存放地址
3、程式狀態字PSW：記錄處理器的執行模式
2、指令的執行
（3）指令執行的基本過程
先從儲存器中讀取一條指令、然後執行，這個過程稱為一個指令週期（地址線、資料線、控制線）
特權指令：只能由作業系統執行的指令，一般引起處理器的狀態轉換
非特權指令：
由非特權狀態切換到特權狀態需要進行訪管指令
3、處理器的狀態
（1）管態、目態（根據執行程式對資源和機器指令的使用許可權）
（2）管態和目態差異：管態可以呼叫全部指令，目態只能呼叫部分指令
（3）管態和目態之間的轉換
目態——管態：透過中斷
管態——目態：修改PSW（程式狀態字）
（4）PSW程式狀態字組成
條件碼
中斷遮蔽碼
CPU工作狀態碼
儲存系統
作業必須把它的程式和資料放到記憶體中才能夠執行的
1、儲存器的層次結構
（1）容量、速度、成本（暫存器——快取記憶體——記憶體——外存）（速度由快到慢,容量由小到大）
2、儲存保護
對主存中的資訊加以嚴格的保護、使作業系統及其他程式不被破壞，保護方式
（1）界地址暫存器：
設定一對上限和下限暫存器，訪問地址須在這個範圍之內，越界會出現程式中斷-越界中斷
或者設定一個基地址暫存器
（2）儲存鍵：分配一個唯一一個儲存鍵
中斷與異常機制
1、中斷和異常
（1）定義：CPU對突發時間的處理、OS可以捕獲使用者程式發出的系統功能呼叫及時處理裝置的中斷請求，中斷系統由硬體中斷裝置和軟體中斷處理程式組成
（2）特點
（1）中斷是隨機的
（2）中斷是可恢復的
（3）中斷是自動處理的
（3）
中斷的引入：為了開發CPU和通道之間的並行操作，由外部裝置或者一些突發性的事件引起的；與正在執行的指令無關、可以遮蔽
異常的引入：正在執行的程式出現了一些錯誤、轉到相應的錯誤處理程式和異常處理程式，與正在執行的指令有關、不可遮蔽
（4）中斷的分類
中斷：I/O中斷、時鐘中斷、硬體故障引起的中斷、
異常：系統呼叫、缺頁一查昂、斷點指令、算數溢位4
（5）中斷暫存器:儲存中斷訊號、由若干個中斷位組成
（6）CPU如何發現中斷訊號（中斷處理過程）
設定一個能檢測中斷的機構為中斷掃描機構，在每條指令執行完畢之後會掃描中斷暫存器、看是否由中斷訊號、來判斷是否中斷，如果沒有的話就繼續執行、然後重複上述步驟，若有中斷、則產生中斷碼，根據終端碼找到中斷處理程式、然後根據中斷處理程式處理中斷，處理完畢之後執行下一條指令
2、典型的中斷
（1）I/O中斷
I/O操作正常結束
I/O異常:硬體裝置發生故障或者特殊情況
（2）時鐘中斷
處理器時間排程
維護軟體時鐘
（3）硬體故障中斷
儲存現場、使用一定的機制恢復中斷
（4）程式中斷
指令越權、指令越界
（5）系統呼叫中斷
系統呼叫
系統呼叫：使用者程式獲得OS服務的唯一介面，提供了使用者程式和作業系統之間的指令
1、系統呼叫與一般呼叫的特點
在管態之進行作業系統的呼叫、
（1）執行在不同的系統狀態
一般過程呼叫執行在目態；系統呼叫執行在管態
（2）狀態的轉化
目態——管態：透過中斷
管態——目態：修改PSW（程式狀態字）
（3）返回問題
搶佔式呼叫系統中，被呼叫的過程執行完畢之後、系統將要對所有的執行進行進行優先順序分析，如果該程序優先順序高、繼續執行、否則會進行重新排程
（4）巢狀呼叫
在呼叫的過程執行期間可以呼叫其他的步驟
2、系統呼叫的過程
將處理機狀態由使用者態轉化為系統態，由硬體和軟體進行一般處理（保護現場），呼叫完成之後返回現場繼續呼叫，與中斷的處理機制很相同
I/O技術
主要I/O控制方式
1、通道技術
獨立於CPU，負責資料I/O傳輸的處理機制，對外設實現統一管理，提高CPU與裝置，裝置與裝置之間的並行性，傳輸少量的資料
2、DMA技術
解決中斷效率不高的問題、聽過系統匯流排中獨立控制單元-DMA控制器自動控制成塊的資料在記憶體和I/O單元之間傳輸，大大提高可I/O的效能，傳輸大量的資料
3、緩衝技術
硬體裝置之間進行資料傳輸時；用來暫存資料的一個儲存區域
用途：處理器與主儲存器之間；處理器與外部裝置之間、裝置與裝置之間，
目的：解決部件之間速度不匹配的問題