操作系统实验：中断与异常，键盘输入回显及查找功能

"该实验是2021年的操作系统实验，主要关注操作系统的中断与异常、I/O操作机制，以及实模式和保护模式下中断的差异。实验要求学生基于《orange's 一个操作系统的实现》一书，编写一个在nasm+bochs环境下运行的程序，实现键盘输入并回显到屏幕上的功能，包括大小写转换、特殊键处理、查找模式等。此外，还需要使用make构建项目，支持makerun命令以方便启动，并要求进入保护模式执行。实验的评分依据是基准需求和附加题目的完成情况。" 在此次操作系统实验中，学生们需要理解和应用以下几个关键知识点： 1. **中断与异常**： - 中断是硬件或软件向CPU发出的信号，请求CPU暂停当前任务，处理紧急事件，如键盘输入、定时器到期等。 - 异常是CPU在执行指令时遇到的错误或非法操作，如除零错误、页面故障等。 - 在实模式和保护模式下，中断处理机制有所不同。保护模式提供了更高级的内存管理和访问控制，增强了系统的安全性和稳定性。 2. **I/O操作机制**： - I/O操作是操作系统与外部设备交互的重要部分，包括直接内存访问（DMA）、中断驱动I/O、轮询等方法。 - 实验中，学生需要编写键盘输入和屏幕输出的I/O程序，涉及键盘扫描码解析、字符渲染等。 3. **实模式与保护模式**： - 实模式是早期80x86处理器的默认模式，内存访问无限制，但安全性较低。 - 保护模式引入了段机制和页表，允许多任务和内存保护，防止程序意外破坏其他数据。 4. **键盘输入处理**： - 实验要求实现大小写转换，需要理解Shift键和大写锁定键的作用，并在程序中处理这些组合键。 - 特殊键如回车、退格、空格和Tab键的处理，需要识别对应的扫描码并在适当时候触发相应动作。 5. **屏幕显示与光标管理**： - 屏幕上的字符显示和清除、光标位置更新都是操作系统对用户界面的基本管理任务。 - 实验要求每隔一段时间清空屏幕，这涉及到定时器中断的处理。 6. **查找模式**： - 查找模式允许用户搜索特定字符串，并高亮显示匹配项，需要在内存中搜索并改变显示颜色。 7. **程序构建与运行**： - 使用`make`工具构建项目，编写`makefile`来自动化编译和运行过程，简化实验流程。 - 进入保护模式执行程序是现代操作系统的核心特性，需要设置适当的寄存器和内存管理模式。 8. **代码实现**： - 可以基于《orange's 一个操作系统的实现》中的代码进行修改，这要求学生理解书中的实现细节。 - 实验要求的附加功能，如控制+Z撤回操作，增加了程序设计的复杂性。 在整个实验过程中，学生应深入思考中断处理的原理、I/O操作的实现方式，以及如何在保护模式下有效地管理内存和执行程序。此外，通过解答问题清单中的问题，学生将进一步巩固理论知识，提升实际操作能力。