8.4-中断系统小结（cpu中断七个问题）
【README】
本文轉(zhuǎn)自bilibili《計算機組成原理（哈工大劉宏偉）》的視頻講解，非常棒，墻裂推薦；
【1】中斷介紹
1）作用：用中斷系統(tǒng)實現(xiàn)了外設(shè)數(shù)據(jù)的輸入輸出； 還可以用于程序調(diào)試，計算機系統(tǒng)的異常事件，都可以用中斷系統(tǒng)來處理；
2）中斷因素
【2】 cpu中斷問題
【2.1】問題1：各中斷源如何向cpu提出請求？
給每一個中斷源設(shè)置一個觸發(fā)器，用觸發(fā)器來標(biāo)記這個中斷源是否提出了中斷請求；
一個中斷源對應(yīng)一個中斷請求觸發(fā)器INTR，多個觸發(fā)器組成了中斷請求標(biāo)記寄存器 INTR；
中斷請求標(biāo)記寄存器 INTR 如下：
【2.2】 問題2：各中斷源同時提出請求，怎么辦？
對中斷源進行分級；響應(yīng)優(yōu)先級最高的中斷源（對中斷源的級別進行排隊）；
中斷優(yōu)先級分為：響應(yīng)優(yōu)先級和處理優(yōu)先級；
響應(yīng)優(yōu)先級，由硬件決定（中斷源）決定，無法修改；
處理優(yōu)先級可以修改，通過設(shè)置中斷屏蔽字到中斷屏蔽寄存器來屏蔽其他中斷；
?【2.3】問題3：Cpu在什么條件，什么時間，以什么方式響應(yīng)中斷？
【2.3.1】cpu在什么條件下響應(yīng)中斷請求 ？
- 為了表示cpu是否響應(yīng)中斷請求，有一個允許中斷觸發(fā)器EINT，值=1表示允許cpu 響應(yīng)中斷源發(fā)出的中斷請求；
【2.3.2】 cpu在什么時間響應(yīng)中斷請求 ？
- 通常情況下，cpu只有在指令的執(zhí)行階段結(jié)束以后，才能夠響應(yīng)中斷請求；但cpu的某些指令的執(zhí)行階段比較長，這種情況就允許cpu在指令執(zhí)行過程中，響應(yīng)中斷請求；
【2.3.3】 cpu響應(yīng)中斷過程：
- 在指令執(zhí)行以后，cpu發(fā)送查詢信號到中斷源的中斷請求觸發(fā)器；查詢信號把中斷請求觸發(fā)器的輸出端設(shè)置為1，把中斷請求信號發(fā)送到排隊電路；
補充：中斷隱指令作為響應(yīng)中斷的一部分，有3個操作（保護程序斷點，尋找入口地址，硬件關(guān)中斷）：如下：
中斷響應(yīng)步驟如下：
| 步驟 | 描述 |
| 1 | Cpu完成指令執(zhí)行階段后，通過硬件向量法查找中斷源；各個中斷源的信號送入排隊器； |
| 2 | 排隊器把中斷源信號（只有一根線為1）送給中斷標(biāo)記觸發(fā)器，從而把INT設(shè)置為1，而EINT設(shè)置為0； |
| 3 | 此外，排隊器還要把中斷信號送給向量地址形成部件，這個向量地址送給PC，為執(zhí)行中斷服務(wù)程序做準(zhǔn)備；（向量地址保存了中斷服務(wù)程序的入口地址） |
?【小結(jié)】中斷響應(yīng)過程中要解決的3個問題：
問題1）保護程序斷點： 斷點就是中斷服務(wù)程序執(zhí)行完成后，返回執(zhí)行的指令；
?????? 方法1 斷點存到特定地址（0號地址）內(nèi)；
??????? 方法2 斷點進棧；
問題2）尋找中斷服務(wù)程序入口地址；
????????方法1 采用硬件向量法：把中斷向量地址發(fā)送到PC寄存器；PC中保存了向量地址，這個向量地址保存了中斷服務(wù)程序的入口地址，或跳轉(zhuǎn)指令，該指令會跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序；
????????方法2 軟件查詢法：中斷識別程序的入口地址發(fā)送到PC寄存器；計算機執(zhí)行中斷識別程序來查找中斷服務(wù)程序的入口地址；
問題3）硬件關(guān)中斷（把中斷允許觸發(fā)器的值設(shè)置為0）；
關(guān)中斷的目的： 避免在單重中斷的機器中，在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過程中，有新的中斷源會打斷當(dāng)前的中斷服務(wù)程序的執(zhí)行；
另外，即使在多重中斷的cpu中，采用關(guān)中斷的方式，也是為了保存程序斷點，保存程序現(xiàn)場的一個過程；
【2.4】問題4：如何保護現(xiàn)場 ？
【2.5】問題5：如何恢復(fù)現(xiàn)場？
1 保護現(xiàn)場
1.1?? ?保存斷點：由中斷隱指令（硬件）來做，包括3個步驟（保存斷點，形成中斷服務(wù)程序的入口地址，硬件關(guān)中斷） ；
1.2?? ?保存寄存器內(nèi)容（由中斷服務(wù)程序來做，軟件）：cpu當(dāng)中的一些寄存器在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的時候需要用到；這些寄存器的內(nèi)容也要進行保存 ；因為這些內(nèi)容將來中斷返回的時候，主程序還要用到；
2 恢復(fù)現(xiàn)場
2.1 由中斷服務(wù)程序完成；
因為中斷服務(wù)程序在保存現(xiàn)場的時候，可以吧寄存器內(nèi)容壓入到堆棧中；
在中斷服務(wù)程序恢復(fù)現(xiàn)場時，可以出棧；
3 中斷服務(wù)程序的工作內(nèi)容包括：
1)?? ?保護現(xiàn)場；push指令；
2)?? ?其他服務(wù)程序（中斷服務(wù)程序剩余部分）；
3)?? ?恢復(fù)現(xiàn)場；pop指令；
4)?? ?中斷返回；IRET指令；
【補充*】上述保護現(xiàn)場入棧，恢復(fù)現(xiàn)場出棧，也是線程切換的流程，即線程上線文切換的原理，可以看到，頻繁切換就是入棧和出棧過程，即寄存器數(shù)據(jù)送入內(nèi)存棧，和內(nèi)存棧數(shù)據(jù)送入寄存器的過程；頻繁切換的話，可以看到成本非常高，這個切換過程并沒有做實際的業(yè)務(wù)邏輯；
【2.6】問題6：如何尋找中斷服務(wù)程序的入口地址？
通過硬件向量法，或程序查詢法尋找；
【2.6.1】硬件向量法
排隊器輸出：只有1根線是高電平1，其他全部為低電平0；
向量地址形成部件：根據(jù)排隊器輸出，確定需要響應(yīng)的中斷源，從而確定執(zhí)行哪一個中斷服務(wù)程序（通過中斷向量地址確定）；
用硬件查找中斷服務(wù)程序入口地址有兩種方法：
方法1： 在中斷向量地址的存儲單元中存放一條跳轉(zhuǎn)指令 如 jmp 200，則200就是中斷服務(wù)程序的入口地址；
方法2： 在中斷向量地址的存儲單元中存放的就是中斷服務(wù)程序的入口地址，如中斷向量地址12H，其保存的入口地址200；
【2.6.2】程序查詢法
中斷識別程序查詢步驟：
| 步驟 | 指令 | 說明 |
| 1 | SKP DZ 1# | SKP表示跳過下一條指令； 指令功能：查詢第1號中斷源的完成觸發(fā)器D；看觸發(fā)器是等于0還是等于1； |
| 2 | JMP 1#SR | 執(zhí)行中斷服務(wù)程序 |
| 3 | SKP DZ 2 | …… |
| 4 | JMP 2SR | …… |
【2.7】問題7：處理中斷的過程中又出現(xiàn)新的中斷 怎么辦？
?處理過程如下：
- 處理中斷1時，發(fā)生了中斷2，且中斷2優(yōu)先級大于中斷1，則停止中斷1的服務(wù)程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷2的服務(wù)程序；
- 處理中斷2時，發(fā)生了中斷3，且中斷3優(yōu)先級大于中斷2，則停止中斷2的服務(wù)程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷3的服務(wù)程序；
上圖中： 產(chǎn)生了3次中斷，和3個斷點，分別是 k+1, l+1, m+1 ；
【例】利用中斷屏蔽字修改中斷處理優(yōu)先級（響應(yīng)多個中斷），參見
https://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/123595867
?【3】cpu中斷全過程小結(jié)
cpu全過程有5個步驟：
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的8.4-中断系统小结（cpu中断七个问题）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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