Modos de operación de la CPU

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Los fabricantes de hardware ofrecen procesadores que generalmente disponen de, al menos, dos modos de funcionamiento.

Cada procesador viene con un juego de instrucciones propio de cada fabricante, algunos ejemplos de procesadores son: x86, x86_64, sparc, powerpc, ARM, Z80, entre muchos otros.

Un procesador generalmente cuenta con un conjunto de registros sobre los que se pueden anotar datos y sobre los que operan las instrucciones.

Se dispone de registros de propósito general que permiten trabajar con datos de 8, 16, 32 o 64 bits. Además de ellos, un procesador dispone al menos de dos registros especiales, el de puntero de instrucciones y el de estado.

No privilegiado

Este modo de operación de la CPU también se conoce como modo usuario (ojo, no tiene nada que ver con el ser humano que trabaja con el equipo).

Se trata del conjunto de instrucciones que puede ejecutar una aplicación. El conjunto de instrucciones que se pueden ejecutar en modo no privilegiado representa un subconjunto del total de las instrucciones que ofrece el procesador. Por ejemplo, las instrucciones add, sub, and, or, xor, jmp, test y similares que permiten modelar el comportamiento de un programa. Las instrucciones load y store típicas que se emplean para traer datos de memoria a un registro del procesador y viceversa pertenecen a este modo de ejecución.

Privilegiado

También llamado modo supervisor (ojo, no confundir con usuario root o administrador del sistema). Este modo ofrece acceso a todo el juego de instrucciones del procesador y recursos del sistema, por tanto, incluye también el conjunto de instrucciones del modo no privilegiado. Es el modo en el que se ejecuta el núcleo del sistema operativo.

Un fallo de programación en modo privilegiado puede "colgar" el sistema - nos referimos a una pérdida del control sobre el sistema que suele mostrar un mensaje de pánico, que implique intervenir mediante el botón de reset.

La transición de usuario a supervisor se realiza mediante una instrucción del procesador, ya sea INT (para elevar una interrupción por software) o SYSCALL para invocar a una llamada al sistema. El sistema operativo, antes de asignar el recurso CPU a una aplicación, pone el procesador en modo de funcionamiento no privilegiado.

En tiempo de arranque, la CPU se ejecuta en modo supervisor para dar paso a la secuencia de arranque del sistema operativo.


2.3. Interrupciones y excepciones