操作系统原理概览：CPU态、内存结构与中断系统解析

"华南师范大学《操作系统原理与实践》期末知识点复习总结" 操作系统是计算机系统的核心组成部分，它是一层介于硬件和用户应用之间的软件，主要负责管理和控制计算机的硬件资源，提供高效、便捷的环境供用户使用。操作系统通过多任务和多线程机制使得用户可以在同一时间进行多项操作，例如开启多个应用程序窗口。 计算机硬件通常由中央处理器（CPU）、内存以及各种外部设备组成。CPU内部包含控制单元、运算单元和寄存器单元，这些单元通过内部总线相互连接。CPU的工作状态分为核态、用户态和管态，其中核态拥有最高的权限，通常用于执行操作系统内核的任务；用户态则是用户程序运行的状态，权限较低；管态则是一种介于两者之间的状态，允许执行一些特定的系统调用。 内存是计算机运行时存储指令和数据的关键部分，包括只读存储器（ROM）、随机存取内存（RAM）和高速缓存（Cache）。ROM用于存储固定不变的数据，如BIOS；RAM是临时存储运行中的数据，断电后数据会丢失；Cache则用于提高CPU访问数据的速度，因为它比主内存更快但容量较小。 中断系统是CPU处理外部事件的重要机制。当CPU接收到中断信号，它会暂停当前任务，转而执行相应的中断服务程序，处理完事件后再返回到原来的中断点继续执行。中断分为自愿中断和强迫中断，前者是程序员预设的，如系统调用；后者是未预期的，如硬件故障。中断还分为内部中断和外部中断，内部中断由CPU内部事件触发，外部中断则由外部设备发起。中断发生时，CPU保存当前状态，包括断点（即将执行的指令地址）和现场（各寄存器的值），以便中断处理完成后恢复。 中断服务程序是处理中断事件的预定程序，它会根据中断类型执行相应的操作。典型的中断服务程序结构包括保存现场、执行中断处理逻辑和恢复现场等步骤。中断处理结束后，CPU会恢复到中断前的状态，继续执行被中断的程序。 这些知识是操作系统课程的基础，理解和掌握它们对于深入学习操作系统原理至关重要，有助于理解操作系统如何管理硬件资源，如何处理并发和中断，以及如何确保系统的稳定性和安全性。在后续的学习中，还会涉及进程管理、内存管理、文件系统、设备管理和网络等方面的内容，这些都是构建和优化操作系统不可或缺的部分。