文章目錄

• • • 1 中斷的基本概念
    • 2 中斷請求的分類
    • 3 中斷請求標記
    • 4 中斷判優(yōu)-實現(xiàn)
    • 5 中斷處理過程
    • • 5.1 中斷處理過程-中斷隱指令
      • 5.2 中斷處理過程-硬件向量法
      • 5.3 中斷處理過程-中斷服務程序
    • 6 單重中斷與多重中斷
    • • 6.1 單重中斷與多重中斷比較
    • 7 中斷屏蔽技術
    • • • 中斷屏蔽字例題
    • 8 中斷系統(tǒng)小結

1 中斷的基本概念

程序中斷是指在計算機執(zhí)行現(xiàn)行程序的過程中，出現(xiàn)某些急需處理的異常情況或特殊請求，CPU暫時中止現(xiàn)行程序，而轉(zhuǎn)去對這些異常情況或特殊請求進行處理，在處理完畢后CPU又自動返回到現(xiàn)行程序的斷點處，繼續(xù)執(zhí)行原程序。

中斷工作流程：

中斷請求
中斷源向CPU發(fā)送中斷請求信號。

中斷響應
響應中斷的條件。
中斷判優(yōu)：多個中斷源同時提出請求時通過中斷判優(yōu)邏輯響應一個中斷源。

中斷處理
中斷隱指令。
中斷服務程序。

2 中斷請求的分類

回憶操作系統(tǒng)：


CPU如何識別是哪一類中斷呢？通過中斷請求標記

3 中斷請求標記

• 每個中斷源向CPU發(fā)出中斷請求的時間是隨機的。
• 為了記錄中斷事件并區(qū)分不同的中斷源，中斷系統(tǒng)需對每個中斷源設置中斷請求標記觸發(fā)器INTR，當其狀態(tài)為“1”時，表示中斷源有請求。
• 這些觸發(fā)器可組成中斷請求標記寄存器，該寄存器可集中在CPU中，也可分散在各個中斷源中。

對于外中斷，CPU是在統(tǒng)一的時刻即每條指令執(zhí)行階段結束前向接口發(fā)出中斷查詢信號，（特殊情況：對于執(zhí)行時間很長的指令，可在執(zhí)行過程中設置若干個“查詢斷點”）以獲取l/O的中斷請求，也就是說，CPU響應中斷的時間是在每條指令執(zhí)行階段的結束時刻。

CPU響應中斷必須滿足以下3個條件：

①中斷源有中斷請求。
②CPU允許中斷即開中斷。
③一條指令執(zhí)行完畢，且沒有更緊迫的任務。

當有兩個中斷源發(fā)出中斷請求時，CPU要響應哪一個中斷請求？ 中斷判優(yōu)

4 中斷判優(yōu)-實現(xiàn)

• 中斷判優(yōu)既可以用硬件實現(xiàn)，也可用較件實現(xiàn)：
• 硬件實現(xiàn)是通過硬件排隊器實現(xiàn)的，它既可以設置在CPU中，也可以分散在各個中斷源中；

• 軟件實現(xiàn)是通過查詢程序?qū)崿F(xiàn)的。

• 中斷優(yōu)先級設置：

硬件故障中斷屬于最高級，其次是軟件中斷；

非屏蔽中斷優(yōu)于可屏蔽中斷；

DMA請求優(yōu)于I/O設備傳送的中斷請求；

高速設備優(yōu)于低速設備；

輸入設備優(yōu)于輸出設備；

實時設備優(yōu)于普通設備。

5 中斷處理過程

5.1 中斷處理過程-中斷隱指令

中斷隱指令的主要任務：

關中斷。

在中斷服務程序中，為了保護中斷現(xiàn)場（即CPU主要寄存器中的內(nèi)容）期間不被新的中斷所打斷，必須關中斷，從而保證被中斷的程序在中斷服務程序執(zhí)行完畢之后能接著正確地執(zhí)行下去。

保存斷點。

為了保證在中斷服務程序執(zhí)行完畢后能正確地返回到原來的程序，必須將原來程序的斷點（即程序計數(shù)器（PC）的內(nèi)容）保存起來。
可以存入堆棧，也可以存入指定單元。

引出中斷服務程序。

引出中斷服務程序的實質(zhì)就是取出中斷服務程序的入口地址并傳送給程序計數(shù)器（PC）。
引出方式：軟件查詢法，硬件向量法

5.2 中斷處理過程-硬件向量法

5.3 中斷處理過程-中斷服務程序

中斷服務程序的主要任務：

保護現(xiàn)場

一是保存程序斷點（PC），已由中斷隱指令完成；二是保存通用寄存器和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，由中斷服務程序完成。
可以使用堆棧，也可以使用特定存儲單元。

中斷服務（設備服務）

主體部分，如通過程序控制需打印的字符代碼送入打印機的緩沖存儲器中。

恢復現(xiàn)場

通過出棧指令或取數(shù)指令把之前保存的信息送回寄存器中。

中斷返回

通過中斷返回指令回到原程序斷點處。

6 單重中斷與多重中斷

單重中斷：執(zhí)行中斷服務程序時不響應新的中斷請求。
多重中斷：又稱中斷嵌套，執(zhí)行中斷服務程序時可響應新的中斷請求。

6.1 單重中斷與多重中斷比較

7 中斷屏蔽技術

中斷屏蔽技術主要用于多重中斷，CPU要具備多重中斷的功能，須滿足下列條件：

在中斷服務程序中提前設置開中斷指令。

優(yōu)先級別高的中斷源有權中斷優(yōu)先級別低的中斷源。
每個中斷源都有一個屏蔽觸發(fā)器，1表示屏蔽該中斷源的請求，0表示可以正常申請，所有屏蔽觸發(fā)器組合在一起，便構成一個屏蔽字寄存器，屏蔽字寄存器的內(nèi)容稱為屏蔽字。

屏蔽字設置的規(guī)律：

一般用‘1’表示屏蔽，0’表示正常申請。

每個中斷源對應一個屏蔽字（在處理該中斷源的中斷服務程序時，屏蔽寄存器中的內(nèi)容為該中斷源對應的屏蔽字）。

屏蔽字中1’越多，優(yōu)先級越高。每個屏蔽字中至少有一個1（至少要能屏蔽自身的中斷）。

中斷屏蔽字例題

設某機有4個中斷源A、B、C、D，其硬件排隊優(yōu)先次序為A>B>C>D，現(xiàn)要求將中斷處理次序改為D>A>C>B。
1）寫出每個中斷源對應的屏蔽字。
2）按下圖所示的時間軸給出的4個中斷源的請求時刻，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。設每個中斷源的中斷服務程序時間均為20us。

（1）

1表示屏蔽，在哪一位置填1，則此列對應的中斷源可屏蔽
某個中斷源至少要屏蔽自己

（2）

8 中斷系統(tǒng)小結

總結

以上是生活随笔為你收集整理的12 计算机组成原理第七章 输入/输出系统 中断系统的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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