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[计算机]计算机时钟概述

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计算机时钟概述大部分的 PC 机中都有两个时钟源,它们分别叫做 RTC(Real Time Clock)和 OS 时钟RTC 也叫 CMOS 时钟,它是 PC 主板上一块依靠电池供电的芯片(晶振) 即使系统断电,RTC 也可以维持日期和时间由于它独立于操作系统,所以也被称为硬件时钟,它为整个计算机提供一个计时标准,是最底层的时钟数据OS 时钟并不是本质意义上的时钟,它实际上是硬件(定时/计数器)和软件(时钟中断处理程序)结合的产物定时/ 计数器(Time Stamp Counter 或 TSC)所采用的最典型的芯片是 8253/8254 可编程定时/计数芯片定时/计数器从 RTC 接收输入脉冲,并对接收到的脉冲计数,每次计数到期,定时/计数器就产生一个输出脉冲,而后再从头开始另一次计数在开机时,操作系统取得 RTC 中的时间数据来初始化 OS 时钟,然后通过定时/计数芯片的向下计数形成 OS 时钟 可编程定时/计数器总体上由两部分组成:计数硬件和通信寄存器通信寄存器包含有控制寄存器、状态寄存器、计数初始值寄存器(16 位) 、计数输出寄存器等通信寄存器在计数硬件和操作系统之间建立联系,用于二者之间的通信。

操作系统通过这些寄存器控制计数硬件的工作方式、读取计数硬件的当前状态和计数值等信息在操作系统内核初始化时,内核向定时/计数器写入控制字和计数初值,而后计数硬件就会按照一定的计数方式对晶振产生的输入脉冲进行计数操作:计数器从计数初值开始,每收到一次脉冲信号,计数器就减 1当计数器减至 0 时,就会输出高电平或低电平(输出脉冲) ,然后从计数初值开始重复另一次计数,从而产生出一个输出脉冲定时/计数器产生的输出脉冲是 OS 时钟的硬件基础,因为这个输出脉冲将接到中断控制器上,定期产生中断信号这个中断就是时钟中断操作系统利用时钟中断维护 OS 时钟的正常工作,每次时钟中断,操作系统的时间计数变量就加 1 操作系统对可编程定时/计数器进行有关初始化,然后定时/ 计时器就对从晶振输入的脉冲进行计数(分频) ,产生三个输出脉冲 Out0、Out1、Out2,三个输出脉冲分别输出到中断控制器、DRAM 和扬声器Out0 送到中断控制器的 0 号管脚,触发周期性的时钟中断每个时钟中断称为一个时钟“滴答”(tick) Out0 的输出频率就是产生时钟中断的频率,也就是 tick 的频率 Linux 操作系统中,这个频率定义为: #define HZ 100 即每秒 100 次始终中断。

计算机内部的时间以 tick 为单位,每一次时钟滴答,系统时间就会加 1Linux 利用全局变量 jiffies 表示自系统启动以来的时钟滴答数目其定义为: unsigned long volatile jiffies=0; 除了 jiffies 外,Linux 还提供了更符合人们习惯的时间表示方式,即用一个数据结构表示时间,其定义为: struct timeval { int tv_sec; //秒 int tv_usec; //微秒 } 在操作系统内定义更符合大众习惯的时间表示:年、月、日当然,所有的时间都建立在 jiffies 上 因此,RTC 处于最底层,提供最原始的时钟数据 OS 时钟建立在 RTC 之上,初始化完成以后将完全由操作系统控制,和 RTC 脱离关系操作系统通过 OS 时钟提供给应用程序所有和时间有关的服务由于 OS 时钟基本是一个软件变量,其表达时间的方式在各个操作系统上互不相同。

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