实验一 时钟中断事件模拟

模拟时钟中断的产生及设计一个对时钟中断事件进行处理的模拟程序。 通过实习了解中断及中断处理程序的作用。本实习模拟“时钟中断事件”的处理，对其它中断事件的模拟处理，可根据各中断事件的性质确定处理原则，制定算法。 ### 实验一 时钟中断事件模拟 #### 实习目的 本实验旨在通过模拟时钟中断的产生及其处理过程，使学生深入理解中断机制的基本原理以及中断处理程序的设计方法。通过对时钟中断这一具体场景的模拟，加深对操作系统内核层面的理解，并能够将此经验应用于其他类型的中断事件处理。 #### 实习内容 现代计算机系统中的硬件部分通常包含有中断机构，它是实现多道程序设计的关键组件之一。中断机构能够检测到各种中断事件的发生，并在这些事件被触发时暂停当前正在执行的任务，转而运行操作系统提供的中断处理程序来处理相应的中断事件。不同的中断事件因其特性不同，需要采取不同的处理方式。 #### 实习原理及编程思想 1. **中断事件的检测**： - 当某一中断事件发生时，硬件会将其记录在特定的中断寄存器中。每个中断事件对应于中断寄存器中的一个比特位，当该事件发生时，相应的比特位会被设置为1。 - 在本次实验中，通过从键盘读取信息来模拟中断寄存器的作用。若读入的信息为0，则表示没有中断事件发生，程序将继续执行；若读入的信息为1，则表示发生了时钟中断事件，程序将转向时钟中断处理程序。 2. **时钟中断的特性**： - 计算机内部通常配备有时钟源，它可以按照固定的频率（例如50Hz）产生中断请求信号，即每隔20毫秒产生一次时钟中断。 - 在实验中，可以手动设定频率，在键盘上键入“0”或“1”来模拟由时钟源产生的中断信号。 3. **中断处理程序的设计**： - 中断处理程序首先需要保护被中断进程的现场（包括通用寄存器内容、断点等），并将这些信息保存在进程控制块中。 - 接下来，处理程序根据具体的中断事件执行相应的处理逻辑。例如，对于时钟中断，可能涉及更新日历时间或者检查定时闹钟的状态。 - 中断处理程序将选择一个新的进程并恢复其现场，以便继续执行。 4. **时钟中断的应用**： - 利用时钟中断可以实现对日历时间的更新，或者作为定时闹钟来实现对某些任务的周期性调度。 - 在时间片轮转的调度策略中，可以将分配给进程的时间片值存储在一个特殊的工作单元（定时闹钟）中，每当发生时钟中断时就减少定时闹钟的值。当该值减少至零时，意味着时间片已耗尽，此时需重新选择下一个进程执行。 5. **模拟程序的结构**： - 模拟程序分为两个主要部分：一是模拟硬件产生时钟中断的过程；二是模拟操作系统中的时钟中断处理程序。 - 实验中的模拟程序算法可以简化为以下几个步骤： - 初始化时间和定时闹钟的初始值。 - 循环执行指令，期间询问用户是否发生中断。 - 如果发生中断，则调用时钟中断处理函数，执行相应的处理逻辑。 - 更新当前时间和定时闹钟的状态。 - 当定时闹钟达到零时，输出相关信息。 #### 实习原代码分析 在给出的部分代码中，主要包括了程序的主框架和关键逻辑。程序首先记录了初始的时间，并设置了定时闹钟的初值为8个时钟单位（每个时钟单位为2秒）。之后进入一个循环，每次循环中程序会提示用户输入是否发生中断（输入1表示发生中断，输入0表示未发生中断）。如果发生中断，程序将执行时钟中断处理逻辑，减少定时闹钟的值。当定时闹钟的值降为0时，程序将输出当前的时间以及其他相关信息。 通过上述分析，我们可以看出，本实验不仅帮助学生理解了时钟中断的基本概念和处理流程，还让他们掌握了如何设计和实现一个简单的中断处理程序。这种实践经验对于深入理解操作系统的核心机制具有重要意义。