处理器工作状态与特权指令详解

"处理器的工作状态-实时渲染 第四版 pdf" 本文主要讨论了处理器的工作状态，特别是处理器如何在操作系统和用户程序之间切换以确保系统安全和高效运行。在多任务的计算机环境中，为了管理和保护系统资源，处理器有两种工作状态：管态和目态。 1. **特权指令** - 操作系统为了确保系统的稳定性和安全性，将指令分为特权指令和非特权指令。特权指令是只能由操作系统执行的指令，例如I/O操作、设备设置和控制寄存器修改等。这些指令如果被用户程序直接使用，可能会导致错误或冲突，比如错误的数据传输、数据丢失或破坏其他用户的数据。 2. **管态和目态** - 中央处理器（CPU）有两种工作模式：管态（Kernel Mode）和目态（User Mode）。在管态下，CPU可以执行所有指令，包括特权指令，通常在操作系统执行时采用。而在目态下，CPU则不允许执行特权指令，以防止用户程序误操作。操作系统运行在管态，确保对系统资源的控制，用户程序则运行在目态，限制了对敏感操作的直接访问。 3. **程序状态字** - 程序状态字是硬件中用来记录CPU当前工作状态的关键机制。它决定了CPU是否可以执行特权指令。如果在目态尝试执行特权指令，CPU会拒绝执行并触发一个异常，由操作系统接管并处理。这种机制保护了系统免受恶意或误操作的程序的影响，保证了计算机系统的安全和可靠性。 计算机系统包括硬件和软件两部分。硬件主要由CPU、存储器、输入/输出控制系统和设备组成。软件则分为系统软件、支撑软件和应用软件，其中系统软件是最基础的部分，包括操作系统和编译器，它直接与硬件交互并管理整个系统的运行。支撑软件支持软件开发和维护，而应用软件则是针对特定领域设计的软件，如财务管理软件。 处理器的工作状态管理和软件层次结构是保证计算机系统有效、安全运行的核心机制。通过严格的权限控制和状态转换，操作系统能够在保障用户需求的同时，确保系统资源的安全和正确使用。