2-1 处理器状态（模式）中断与异常

一、处理器是由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成
1. 两类寄存器：
用户可见寄存器：高级语言编译器通过优化算法分配并使用，以减少程序访问内存的次数
控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作通常由操作代码使用
常见的控制和状态寄存器
程序计数器（PC：Program Counter），记录将要取出的指令的地址
指令寄存器（IR：Insruction Register），记录最近取出的指令
程序状态字（PSW:Program Status Word），记录处理器的运行状态码、模式、控制位等信息
2. CPU的状态（模式MODE）
现在处理器通常将CPU状态设计划分为两种、三种、或者四种
在程序状态字寄存器PSW中专门设置一位，根据运行程序对资源和指令的使用权限而设置不同的CPU状态
3. 特权指令和非特权指令
操作系统需要两种CPU状态
内核态（kernel mode）：运行操作系统程序
用户态（user mode）：运行用户程序
特权（privilege）指令：只能由操作系统使用、用户程序不能使用的指令
非特权指令：用户程序可以使用的指令
4. CPU状态之间的转换（系统程序和用户程序的转换）
用户态--->内核态
唯一途径--->中断/异常/陷入机制
内核态--->用户态
设置程序状态字PSW
一条特殊的指令：陷入指令（又称访管指令）
提供给用户程序的接口，用于调用操作系统的功能（服务）
二、中断与异常（操作系统的驱动力）
1. 中断/异常 对于操作系统的重要性
就好比：汽车的发动机、飞机的引擎
可以说 操作系统是由“中断驱动”或者“事件驱动”的
2. 主要作用
及时处理设备发来的中断请求
可使OS捕获用户程序提出的服务的请求
防止用户程序执行过程中的破坏性活动等等...
3. 中断/异常的概念
CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应，事件的发生改变了处理器的控制流
CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序，处理完成后返回断电继续执行被打断的程序
4. 为什么引入中断与异常？
中断的引入：为了支持CPU和设备之间的并行操作
当CPU启动设备进入输入/输出后，设备便可以独立工作，CPU转去处理与此次输入/输出不相关的事情，当设备完成输入/输出后，通过CPU发中断报告此次输入/输出的结果，让CPU决定如何处理以后的事情

5. 异常的引入：表示CPU执行指令时本身出现的问题
如算术溢出、清零、取数时的奇偶错误，访存地址越界或者执行了“陷入指令”等，这时硬件改变了CPU当前的执行流程，转到相应的错误处理程序或异常处理程序或执行系统调用
6. 事件的划分
中断（外中断）：IO中断：在键盘上按了ctrl+c，网卡接到包，打印机读盘结束，、时钟中断：定时器到点了，cpu上运行的程序时间片、硬件故障：笔记本没有电了
异常（内中断）：系统调用，页故障、保护性异常，断点指令，其他程序异常（如算术溢出等）

类别	原因	异步/同步	返回行为
中断interrupt	来自I/O设备、其他硬件部件	异步	总是返回到下一跳指令
陷入Trap	有意识安排的	同步	返回到下一条指令
故障Fault	可恢复的错误	同步	返回到当前指令
终止Abort	不可恢复的错误	同步	不会返回

#中断是一种，异常是三种

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