Interrupt, DMA, Dual Mode

完整內容請參考 http://www.csie.ntnu.edu.tw/~swanky/os/chap2.htm

Interrupt I/O

1. I/O
2. 完成時，I/O device controller發出"I/O complete" interrupt通知OS
3. OS會暫停目前process(PA)的執行，並保存其執行狀況
4. OS根據interrupt ID，查詢interrupt vector(table)，取出對應的Interrupt Service Routine(ISR)的起始位址
5. Jump to ISR的initial address, CPU執行ISR(此routine的內容，將buffer register中的資料傳送到memory中)
6. ISR完成後，OS通知PA其I/O request完成，且將PA的state從wait改回ready
7. (可能)繼續原先Process(PA)的執行
優點：避免CPU耗費大量時間於polling I/O status上，故CPU可全力用在process之執行
缺點：CPU仍要參與在I/O device與記憶體之間的資料傳輸過程
Interrupt 討論
1. 在monitor area內會存放interrupt vector及各種ISR
2. Interrupt的種類：1. External interrupt(HW) : CPU以外的周邊元件所發出的
              eg. I/O complete、I/O error、machine check          2. Internal interrupt(HW) : CPU本身所引發的
              eg. stack overflow、illegal command(非法指令執行)、divided by zero(除以0)...          3. Software interrupt : 當user program執行時，若需要OS提供服務，則發出此類中  斷通知OS執行對應的service routine
              eg. system call、trap
3. Interrupt與Trap之比較1. Interrupt：Hardware generated interrupt2. eg. I/O device發出"I/O complete"中斷3. Trap：Software generated interrupt
              用途：
1. user program需要OS提供Service時發出
2. Catch up arithematic error
   eg. Divide-by-Zero
   ex.P3-42, Q32
DMA(Direct Memory Access)
Def：controller負責I/O Device與Memory之間的資料傳輸，其過程完全不需CPU參與，CPU就有更多時間用在process執行

Dual Mode

1. Def：系統運作的狀態主要分為兩種模式(1) Monitor mode(又稱supervisor mode, system mode)     在此mode下，主要是OS的system processes在執行(OS的system process執行的狀態，在此mode下，OS掌控系統的控制權)

                   (eg. ISR, systemcall, 對應的service routine)  在此mode下才有權執行特權指令(priveleged instruction)                   (2) User mode (user program可以執行的狀態)

                        在此mode之下，不能執行特權指令！否則會產生致命錯誤中斷(trap)，OS會強迫process中止

2. Dual mode的區分主要是靠Hardware支援，主要是由mode bit區分，通常 "0" 表monitor mode ,  "1" 表user mode

3. 實施Dual mode的目的：
   對Hardware重要的resources實施protection，把可能引起危害的一些機器指令，設為priveleged instruction，如此可防止user program直接使用這些指令，避免user program執行這些指令對系統或其它user造成危害(∵user mode下無法執行特權指令)