2、分时计算机系统设计全解析

分时计算机系统设计全解析

1 中央处理器设计要点

1.1 技术门槛与性能要求

分时系统概念流行得益于中央处理器技术达到构建实用系统的门槛。高速可靠的计算机运行以及机器组织的进步是关键因素。分时系统的 CPU 需满足多项要求，其执行程序的速度取决于指令集、内存周期时间和 CPU 组织。中央处理器技术的进步，如更强大的指令、算术单元的并行操作、更多的索引寄存器和寄存器间操作能力，都对分时系统有直接影响。

1.2 必要的功能添加

为适应分时系统，CPU 需添加一些功能：
- 内存保护与重定位 ：内存保护和重定位是重要功能，分页和分段等内存重定位方案会对处理器寻址机制进行较大修改。
- 强大的中断机制 ：处理器中断机制要与远程终端和外围设备的接口配合，实现与外部设备的实时连接。时钟中断很重要，包括间隔定时器和日时钟。可编程间隔定时器更佳，若为固定间隔，20 毫秒左右的短间隔即可，用于调度器控制资源分配。日时钟要能随时被系统查询。
- 模式切换与保护 ：CPU 运行用户程序时处于从模式，运行监督程序时处于主模式。从模式下部分指令非法，如输入输出和停机操作。输入输出通过子程序调用监督程序，防止单个用户程序占用设备。用户程序的停机操作应使监督程序改变其调度状态。
- 错误检测与处理 ：要检查用户的非法操作和内存访问，包括硬件和软件错误。硬件错误如奇偶校验违规应触发中断或陷阱，软件错误检测较难。系统设计要考虑故障发生时的损失最小化，即具备软失效能力，隔离故障组件并重新加载受损的系