硬件中断实现进程切换：原理与内存优化

在《操作系统教程》中，章节涵盖了一些核心概念和实践问题。其中，题目关注于计算机体系结构和进程管理的细节。第一个问题是关于设计一种不依赖中断的进程切换机制。在这种情况下，CPU需要的信息包括一个专用的硬件寄存器，该寄存器始终存储当前运行进程的进程控制块（PCB）的指针。当系统遇到I/O事件时，CPU会将当前进程的上下文数据保存到该硬件寄存器所指的PCB中，然后转向中断向量表找到相应的中断服务程序，并让硬件寄存器指向这个服务程序，从而实现进程切换。 第二个应用题探讨了内存增加对CPU利用率的影响。通过计算，当内存从1MB增加到2MB时，系统能够容纳更多的用户进程，减少了进程等待I/O的时间，从而显著提高了CPU的利用率。具体计算显示，CPU利用率从59%提升到了87%，这使得系统性能提升了约47%。 第三个问题是关于计算机系统的并发执行情况，包括两个程序A和B的执行顺序和CPU的空闲等待时间。程序A在计算和打印间交替，而程序B则包含输入操作，这就导致在某些时段CPU会处于等待状态。程序A没有等待CPU的情况，而程序B在进行输入操作时需要等待。 最后的问题涉及多道程序设计中的时间关系分析。给出了三个程序A、B和C的执行时间和I/O操作时间，要求画出它们按照优先级运行的时间关系图，并计算多道运行方式与单道运行方式下的总时间以及节省的时间。对于抢占式调度，多道运行共需190ms，节省70ms；而对于非抢占式调度，虽然没有直接给出总时间，但强调了每次程序转换的调度时间成本，表明效率上也有所提升。 这些题目展示了操作系统原理在实际场景中的应用，涵盖了进程管理、内存管理、并发调度等多个重要知识点，有助于理解计算机系统的高效运作和优化策略。