备忘录¶
- 指令系统的功能与边界
Note
- 指令系统边界：软件可以通过指令控制计算机行为，但是指令的使用者并不一定了解指令执行的全部细节。例如，指令可以直接访问内存，但是在这个过程中CPU实际上会通过cache来加速访存，而指令的使用者并不清楚这个细节。而与之类似的虚拟页式管理，当访问内存失败后，操作系统会通过指令去辅存中调页进入内存，因此这个过程是直接受指令控制的。因此，在操作系统的学习过程中，一定要分清指令系统的边界，清楚哪些工作是指令控制完成的软件功能，哪些是属于底层硬件实现的功能。而操作系统属于软件，同样是指令集形成的程序，因此，指令系统的边界同样是操作系统的边界，操作系统只能对指令系统涉及到的硬件资源进行管理，而无法管理和感知指令无法涉及的层次（例如cache）。
- 变址寄存器、通用寄存器、内存里的值，用户程序中的指令可以直接访问或者修改，也可以通过控制通用寄存器实现与内存之间的数据交换
- 变址寻址方式和基址寻址方式的有效地址形成过程类似。但是，基址寻址方式与变址寻址方式在以下两个方面不同：①具体应用的场合不同。变址寻址面向用户，可用于访问字符串、数组、表格等成批数据或其中的某些元素；基址寻址面向系统，用于解决程序的重定位问题和短地址访问大空间的问题。②使用方式不同。变址寻址时，指令中提供的形式地址是一个基准地址，位移量由变址寄存器给出；而基址寻址时，指令中给出的形式地址为位移量，而基址寄存器中存放的是基准地址。因此一个对应用层程序员（用户）可见，一个对系统程序员可见。
- 系统程序员可直接读写的必须在内核态下使用特权指令才能访问，对用户程序不可见
- 关于IO端口：指令系统通过访问I/O接口对I/O设备进行访问，主要包括直接访问和内存映射两种方式。指令可以通过将CPU寄存器的值读入I/O接口中的控制寄存器来向I/O设备发出命令、给出设备输入，也可以通过读取设备控制寄存器的值来感知设备状态、获取设备输出。与此同时，支持DMA与通道的块设备（如磁盘）还可以在CPU发出命令后，直接与内存进行大块数据的直接交换。
- PSW（EFLAG）寄存器其内容由CPU根据指令执行结果自动设定，用户程序执行过程中可能会隐含读取到其部分内容（如OF CF等溢出标志位），以确定程序的执行顺序（例如跳转指令进行转移条件判断），但是不能直接修改PSW寄存器的值；PC程序计数器也是如此，我们可以通过无条件跳转指令jump间接修改其值，但是无法直接读写；因此PC PSW属于用户部分可见寄存器
- 指令边界以下的寄存器等硬件对操作系统来说都是不可见的（与黑盒一般），只能由CPU硬件访问（具体硬件机制不必探究）；例如，指令寄存器IR用来存放正在执行的指令，只能被硬件访问；存储器地址寄存器（MAR）和存储器数据寄存器（MDR）分别用来存放将要访问的存储单元的地址和数据，也由硬件直接访问；
- 理解了上面表格的信息，也就可以明白了为什么中断的处理过程中，保存断点信息（PC PSW）由硬件执行（保存到内核堆栈），而保存现场信息（通用寄存器）和屏蔽字由操作系统执行，因为操作系统不能直接读写PC PSW的信息。
- 中断向量表（中断描述符表）位于内存的内核空间之中，由特殊的寄存器（内核中断向量表基址寄存器IDTR）记录其表首位置，存放内容为中断向量。
【2015-21】在采用中断I/O方式控制打印输出的情况下，CPU和打印控制接口中的I/O端口之间交换的信息不可能是（ ）。
A. 打印字符
B. 主存地址
C. 设备状态
D. 控制命令
本题选B
拆分一下
