操作系统 | 补充知识
2023-10-31 本文已影响0人
Gakki0725
作者：Gakki
CPU 与 I/O 设备交换数据所用的控制方式。
- 当 I/O 接口准备好接收数据或传送数据时，就发出中断信号通知 CPU。对中断信号进行确认后，CPU 保存正在执行的程序的现场，转而执行提前设置好的 I/O 中断服务程序，完成一次数据传送的处理。这样，CPU 就不需要主动查询外设的状态，在等待数据期间可以执行其他程序，从而提高了 CPU 的利用率。采用中断方式管理 I/O 设备，CPU 和外设可以并行地工作。
- 直接存储器存取（Direct Memory Access, DMA)方式的基本思想是：通过硬件控制实现主存与 I/O 设备间的直接数据传送，数据的传送过程由 DMA 控制器（DMAC) 进行控制，不需要 CPU 的干预。 在 DMA 方式下，由 CPU 启动传送过程，即向设备发出“传送一块数据”的命令，在传送过程结束时，DMAC 通过中断方式通知 CPU 进行一些后续处理工作。 DMA 方式简化了 CPU 对数据传送的控制，提高了主机与外设并行工作的程度，实现了快速外设和主存之间成批的数据传送，使系统的效率明显提高。
中断原理。
中断流程图
- 中断：指 CPU 在正常运行程序时，由于程序的预先安排或内外部事件，引起 CPU 中断正在运行的程序，转到发生中断事件程序中。
- 中断源：引起程序中断的事件称为中断源。
- 中断向量：中断源的识别标志，中断服务程序的入口地址。
- 中断向量表：按照中断类型号从小到大的顺序存储对应的中断向量，总共存储 256 个中断向量。
- 中断响应：CPU 在执行当前指令的最后一个时钟周期去查询有无中断请求信号，有则响应。
- 关中断：在保护现场和恢复现场过程中都要先关闭中断，避免堆栈错误。
- 保护断点：是保存程序当前执行的位置。
- 保护现场：是保存程序当前断点执行所需的寄存器及相关数据。
- 中断服务程序：识别中断源，获取到中断向量，就能进- 入中断服务程序，开始处理中断。
- 中断返回：返回中断前的断点，继续执行原来的程序。
中断响应时间指的是从发出中断请求到开始进入中断处理程序；中断处理时间指的是从中断处
理开始到中断处理结束。中断向量提供中断服务程序的入口地址。多级中断嵌套，使用堆栈来保护
断点和现场。
外部中断与内部中断。
- 在CPU执行程序的过程中，由于某一个外部的或CPU内部事件的发生，使CPU暂时中止正在执行的程序，转去处理这一事件，当事件处理完毕后又回到原先被中止的程序，接着中止前的状态继续向下执行。这一过程就称为中断。
- 引起中断的事件就称为中断源。若中断是由CPU内部发生的事件引起的，这类中断源就称为内部中断源；若中断是由CPU外部的事件引起的，则称为外部中断源。
- 中断包括软件中断（不可屏蔽）和硬件中断。
- 软中断为内核触发机制引起，模拟硬件中断。
- 硬件中断又分为外部中断（可屏蔽）和内部中断（不可屏蔽）。外部中断为一般外设请求；内部中断包括硬件出错（掉电、校验、传输）和运算出错（非法数据、地址、越界、溢出等)。 打印机中断属于可屏蔽的外部中断。
嵌入式操作系统的基本概念。
- 嵌入式操作系统的主要特点包括微型化、可定制、实时性、可靠性和易移植性。
- 可定制是指从减少成本和缩短研发周期考虑，要求嵌入式操作系统能运行在不同的微处理器平台上，能针对硬件变化进行结构与功能上的配置，以满足不同应用需要。
- 实时性：嵌入式设备通常需要快速响应输入输出请求以及其他事件，嵌入式操作系统需要提供足够高的实时性能
- 可裁剪性：嵌入式设备往往具有资源受限的特点，因此嵌入式操作系统需要支持根据项目需求进行功能裁剪
- 低功耗：很多嵌入式设备无法直接提供大量电量供应，因此嵌入式操作系统需要具有较低的功耗需求，在满足项目需求的同时尽量降低电力消耗
- 可移植性：嵌入式设备通常有不同的硬件平台，嵌入式操作系统需要支持跨平台移植，以便在不同的设备上复用实现
- 支持多任务：嵌入式设备通常需要同时处理多个事件和请求，因此嵌入式操作系统需要支持多任务机制，确保程序可以并发运行
浮点数计算。
- 在机器中表示一个浮点数时，一是要给出尾数，用定点小数形式表示，尾数部分给出有效数字的位数，因而决定了浮点数的表示精度。二是要给出指数，用整数形式表示，常称为阶码，阶码指明小数点在数据中的位置，因而决定了浮点数的表示范围。 - 例如，浮点数X=1101.0101，Y=10.0111，按照浮点格式（忽略标准格式要求）表示为 X=0.11010101 * 2^4, Y=0.100111 * 2^2。
- 若进行加减运算，需要先对阶，也就是在阶码一致的情况下对尾数部分进行加减运算;
- 若进行乘除运算，则不要求阶码一致。相乘时阶码部分为两个浮点数的阶码相加，尾数部分直接相乘，之后再按照规格化等要求进行处理。
