8.4-中断系统小结（cpu中断七个问题）
【README】
本文轉自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：用中斷系統實現了外設數據的輸入輸出； 還可以用于程序調試，計算機系統的異常事件，都可以用中斷系統來處理；
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？
給每一個中斷源設置一個觸發器，用觸發器來標記這個中斷源是否提出了中斷請求；
一個中斷源對應一個中斷請求觸發器INTR，多個觸發器組成了中斷請求標記寄存器 INTR；
中斷請求標記寄存器 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；響應優先級最高的中斷源（對中斷源的級別進行排隊）；
中斷優先級分為：響應優先級和處理優先級；
響應優先級，由硬件決定（中斷源）決定，無法修改；
處理優先級可以修改，通過設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，以什么方式響應中斷？
【2.3.1】cpu在什么條件下響應中斷請求 ？
- 為了表示cpu是否響應中斷請求，有一個允許中斷觸發器EINT，值=1表示允許cpu 響應中斷源發出的中斷請求；
【2.3.2】 cpu在什么時間響應中斷請求 ？
- 通常情況下，cpu只有在指令的執行階段結束以后，才能夠響應中斷請求；但cpu的某些指令的執行階段比較長，這種情況就允許cpu在指令執行過程中，響應中斷請求；
【2.3.3】 cpu響應中斷過程：
- 在指令執行以后，cpu發送查詢信號到中斷源的中斷請求觸發器；查詢信號把中斷請求觸發器的輸出端設置為1，把中斷請求信號發送到排隊電路；
補充：中斷隱指令作為響應中斷的一部分，有3個操作（保護程序斷點，尋找入口地址，硬件關中斷）：如下：
中斷響應步驟如下：
| 步驟 | 描述 |
| 1 | Cpu完成指令執行階段后，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）送給中斷標記觸發器，從而把INT設置為1，而EINT設置為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，為執行中斷服務程序做準備；（向量地址保存了中斷服務程序的入口地址） |
?【小結】中斷響應過程中要解決的3個問題：
問題1）保護程序斷點： 斷點就是中斷服務程序執行完成后，返回執行的指令；
?????? 方法1 斷點存到特定地址（0號地址）內；
??????? 方法2 斷點進棧；
問題2）尋找中斷服務程序入口地址；
????????方法1 采用硬件向量法：把中斷向量地址發送到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程序的入口地址，或跳轉指令，該指令會跳轉到中斷服務程序；
????????方法2 軟件查詢法：中斷識別程序的入口地址發送到PC寄存器；計算機執行中斷識別程序來查找中斷服務程序的入口地址；
問題3）硬件關中斷（把中斷允許觸發器的值設置為0）；
關中斷的目的： 避免在單重中斷的機器中，在執行中斷服務程序的過程中，有新的中斷源會打斷當前的中斷服務程序的執行；
另外，即使在多重中斷的cpu中，采用關中斷的方式，也是為了保存程序斷點，保存程序現場的一個過程；
【2.4】問題4：如何保護現場 ？
【2.5】問題5：如何恢復現場？
1 保護現場
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，形成中斷服務程序的入口地址，硬件關中斷） ；
1.2?? ?保存寄存器內容（由中斷服務程序來做，軟件）：cpu當中的一些寄存器在執行中斷服務程序的時候需要用到；這些寄存器的內容也要進行保存 ；因為這些內容將來中斷返回的時候，主程序還要用到；
2 恢復現場
2.1 由中斷服務程序完成；
因為中斷服務程序在保存現場的時候，可以吧寄存器內容壓入到堆棧中；
在中斷服務程序恢復現場時，可以出棧；
3 中斷服務程序的工作內容包括：
1)?? ?保護現場；push指令；
2)?? ?其他服務程序（中斷服務程序剩余部分）；
3)?? ?恢復現場；pop指令；
4)?? ?中斷返回；IRET指令；
【補充*】上述保護現場入棧，恢復現場出棧，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，即寄存器數據送入內存棧，和內存棧數據送入寄存器的過程；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務邏輯；
【2.6】問題6：如何尋找中斷服務程序的入口地址？
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：根據排隊器輸出，確定需要響應的中斷源，從而確定執行哪一個中斷服務程序（通過中斷向量地址確定）；
用硬件查找中斷服務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指令 如 jmp 200，則200就是中斷服務程序的入口地址；
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器D；看觸發器是等于0還是等于1； |
| 2 | JMP 1#SR | 執行中斷服務程序 |
| 3 | SKP DZ 2 | …… |
| 4 | JMP 2SR | …… |
【2.7】問題7：處理中斷的過程中又出現新的中斷 怎么辦？
?處理過程如下：
- 處理中斷1時，發生了中斷2，且中斷2優先級大于中斷1，則停止中斷1的服務程序，轉而執行中斷2的服務程序；
- 處理中斷2時，發生了中斷3，且中斷3優先級大于中斷2，則停止中斷2的服務程序，轉而執行中斷3的服務程序；
上圖中： 產生了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先級（響應多個中斷），參見
https://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/123595867
?【3】cpu中斷全過程小結
cpu全過程有5個步驟：
總結
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）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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