文章目錄

• • • 1 中斷的基本概念
    • 2 中斷請(qǐng)求的分類
    • 3 中斷請(qǐng)求標(biāo)記
    • 4 中斷判優(yōu)-實(shí)現(xiàn)
    • 5 中斷處理過(guò)程
    • • 5.1 中斷處理過(guò)程-中斷隱指令
      • 5.2 中斷處理過(guò)程-硬件向量法
      • 5.3 中斷處理過(guò)程-中斷服務(wù)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(shù)
    • • • 中斷屏蔽字例題
    • 8 中斷系統(tǒng)小結(jié)

1 中斷的基本概念

程序中斷是指在計(jì)算機(jī)執(zhí)行現(xiàn)行程序的過(guò)程中，出現(xiàn)某些急需處理的異常情況或特殊請(qǐng)求，CPU暫時(shí)中止現(xiàn)行程序，而轉(zhuǎn)去對(duì)這些異常情況或特殊請(qǐng)求進(jìn)行處理，在處理完畢后CPU又自動(dòng)返回到現(xiàn)行程序的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行原程序。

中斷工作流程：

中斷請(qǐng)求
中斷源向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求信號(hào)。

中斷響應(yīng)
響應(yīng)中斷的條件。
中斷判優(yōu)：多個(gè)中斷源同時(shí)提出請(qǐng)求時(shí)通過(guò)中斷判優(yōu)邏輯響應(yīng)一個(gè)中斷源。

中斷處理
中斷隱指令。
中斷服務(wù)程序。

2 中斷請(qǐng)求的分類

回憶操作系統(tǒng)：


CPU如何識(shí)別是哪一類中斷呢？通過(guò)中斷請(qǐng)求標(biāo)記

3 中斷請(qǐng)求標(biāo)記

• 每個(gè)中斷源向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的時(shí)間是隨機(jī)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(duì)每個(gè)中斷源設(shè)置中斷請(qǐng)求標(biāo)記觸發(fā)器INTR，當(dāng)其狀態(tài)為“1”時(shí)，表示中斷源有請(qǐng)求。
• 這些觸發(fā)器可組成中斷請(qǐng)求標(biāo)記寄存器，該寄存器可集中在CPU中，也可分散在各個(gè)中斷源中。

對(duì)于外中斷，CPU是在統(tǒng)一的時(shí)刻即每條指令執(zhí)行階段結(jié)束前向接口發(fā)出中斷查詢信號(hào)，（特殊情況：對(duì)于執(zhí)行時(shí)間很長(zhǎng)的指令，可在執(zhí)行過(guò)程中設(shè)置若干個(gè)“查詢斷點(diǎn)”）以獲取l/O的中斷請(qǐng)求，也就是說(shuō)，CPU響應(yīng)中斷的時(shí)間是在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束時(shí)刻。

CPU響應(yīng)中斷必須滿足以下3個(gè)條件：

①中斷源有中斷請(qǐng)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(wù)。

當(dāng)有兩個(gè)中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU要響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求？ 中斷判優(yōu)

4 中斷判優(yōu)-實(shí)現(xiàn)

• 中斷判優(yōu)既可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可用較件實(shí)現(xiàn)：
• 硬件實(shí)現(xiàn)是通過(guò)硬件排隊(duì)器實(shí)現(xiàn)的，它既可以設(shè)置在CPU中，也可以分散在各個(gè)中斷源中；

• 軟件實(shí)現(xiàn)是通過(guò)查詢程序?qū)崿F(xiàn)的。

• 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置：

硬件故障中斷屬于最高級(jí)，其次是軟件中斷；

非屏蔽中斷優(yōu)于可屏蔽中斷；

DMA請(qǐng)求優(yōu)于I/O設(shè)備傳送的中斷請(qǐng)求；

高速設(shè)備優(yōu)于低速設(shè)備；

輸入設(shè)備優(yōu)于輸出設(shè)備；

實(shí)時(shí)設(shè)備優(yōu)于普通設(shè)備。

5 中斷處理過(guò)程

5.1 中斷處理過(guò)程-中斷隱指令

中斷隱指令的主要任務(wù)：

關(guān)中斷。

在中斷服務(wù)程序中，為了保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)（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(guān)中斷，從而保證被中斷的程序在中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢之后能接著正確地執(zhí)行下去。

保存斷點(diǎn)。

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

引出中斷服務(wù)程序。

引出中斷服務(wù)程序的實(shí)質(zhì)就是取出中斷服務(wù)程序的入口地址并傳送給程序計(jì)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(guò)程-硬件向量法

5.3 中斷處理過(guò)程-中斷服務(wù)程序

中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)：

保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

一是保存程序斷點(diǎn)（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(wù)程序完成。
可以使用堆棧，也可以使用特定存儲(chǔ)單元。

中斷服務(wù)（設(shè)備服務(wù)）

主體部分，如通過(guò)程序控制需打印的字符代碼送入打印機(jī)的緩沖存儲(chǔ)器中。

恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

通過(guò)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(guò)中斷返回指令回到原程序斷點(diǎn)處。

6 單重中斷與多重中斷

單重中斷：執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)不響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。
多重中斷：又稱中斷嵌套，執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)可響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。

6.1 單重中斷與多重中斷比較

7 中斷屏蔽技術(shù)

中斷屏蔽技術(shù)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(wù)程序中提前設(shè)置開中斷指令。

優(yōu)先級(jí)別高的中斷源有權(quán)中斷優(yōu)先級(jí)別低的中斷源。
每個(gè)中斷源都有一個(gè)屏蔽觸發(fā)器，1表示屏蔽該中斷源的請(qǐng)求，0表示可以正常申請(qǐng)，所有屏蔽觸發(fā)器組合在一起，便構(gòu)成一個(gè)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(shè)置的規(guī)律：

一般用‘1’表示屏蔽，0’表示正常申請(qǐng)。

每個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)一個(gè)屏蔽字（在處理該中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)，屏蔽寄存器中的內(nèi)容為該中斷源對(duì)應(yīng)的屏蔽字）。

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

中斷屏蔽字例題

設(shè)某機(jī)有4個(gè)中斷源A、B、C、D，其硬件排隊(duì)優(yōu)先次序?yàn)锳>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(gè)中斷源對(duì)應(yīng)的屏蔽字。
2）按下圖所示的時(shí)間軸給出的4個(gè)中斷源的請(qǐng)求時(shí)刻，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。設(shè)每個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)間均為20us。

（1）

1表示屏蔽，在哪一位置填1，則此列對(duì)應(yīng)的中斷源可屏蔽
某個(gè)中斷源至少要屏蔽自己

（2）

8 中斷系統(tǒng)小結(jié)

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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