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LOGO LOGO LOGO 中断在操作系统中的应用 中 断 实 现 的 机 制 系 统 调 用 与 中 断 的 关 系 硬 件 中 断 的 例 子 及 其 工 作 原 理 一、 二、 三、 中断的定义： 在CPU执行程序的过程中，出现了某种紧急或异常的事件(中断请求)，CPU需暂停正在执行的程序，转去处理该事件(执行中断服务程序)，并在处理完毕后返回断点处继续执行被暂停的程序，这一过程称为中断。断点处是指返回主程序时执行的第一条指令的地址。 中断源：指能够引起中断的原因或发出中断申请的来源。主要有以下几类： （1）外部设备请求中断。一般的外部设备如键盘、磁盘驱动器、磁带机、打印机等在工作告一段落后发出中断请求，要求CPU为它服务。 （2）实时时钟请求中断。如定时/计数器，先有CPU发出指令，让时钟电路开始计时工作，待规定的时间到，时钟电路发出中断申请，CPU转入中断服务程序进行中断处理。 （3）故障请求中断。当出现电源掉电、存储出错或溢出故障时，发出中断请求，CPU转去执行故障处理程序，如启动备用电源、报警等。 （4）异常。由于CPU执行指令引起的中断 中断的分类： 1.按中断的性质来划分，则系统中的中断可分为：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。对不可屏蔽中断，程序员不能控制它，系统肯定会立即响应的，而对于可屏蔽中断，汇编语言程序员可以通过指令CLI和STI来控制对它们的响应。 2.按中断源来划分，则系统中的中断又可分为：硬件中断和软件中断。对于硬件中断，程序员不能控制它，它们基本上是随机产生的，而对于软件中断，汇编语言程序员可通过指令INT和INTO来有目的安排它们的。 中断请求 中断排队 中断响应 中断处理 中断返回 中断处理过程 中断请求是由中断源向CPU发出中断请求信号。软件中断源是在CPU内部由中断指令或程序出错直接引发中断；硬件中断源必须通过专门的电路将中断请求信号传送给CPU，CPU也有专门的引脚接收中断请求信号。例如，8086/8088 CPU用INTR引脚(可屏蔽中断请求)和NMI引脚(非屏蔽中断请求)接收硬件中断请求信号。一般外设发出的都是可屏蔽中断请求 中断排队：通常，系统中有多个中断源，当有多个中断源同时发出中断请求时，要求计算机能确定哪个中断更紧迫，以便首先响应。为此，计算机给每个中断源规定了优先级别，称为优先权。这样，当多个中断源同时发出中断请求时，优先权高的中断能先被响应，只有优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。计算机按中断源优先权高低逐次响应的过程称优先权排队，这个过程可通过硬件电路来实现，亦可通过软件查询来实现。 1．中断优先级 　　 中断请求是随机发生的，当系统具有多个中断源时，有时会同时出现多个中断请求，CPU只能按一定的次序予以响应和处理，这个响应的次序称为中断优先级。对于不同级别的中断请求，一般的处理原则是： (1) 不同优先级的多个中断源同时发出中断请求，按优先级由高到低依次处理。 (2) 低优先级中断正在处理，出现高优先级请求，应转去处理高优先级请求，服务结束后再 返回原优先级较低的中断服务程序继续执行。 (3) 高优先级中断正在处理，出现低优先级请求，可暂不响应。 (4) 中断处理时，出现同级别请求，应在当前中断处理结束以后再处理新的请求。 2．中断优先级的确定 在微机系统中通常用三种方法来确定中断源的优先级别，即软件查询法、硬件排队电路法和专用中断控制芯片法。 1) 软件查询法 　　 软件查询法需要简单的硬件电路支持。以8个中断源为例，其硬件电路如图所示，将8个外设的中断请求组合起来作为一个端口(中断寄存器)，并将各个外设的中断请求信号相或，产生一个总的INT信号。 软件查询法的硬件电路 软件查询方式的流程图 2) 硬件排队电路 采用硬件排队电路法，各个外设的优先级与其接口在排队电路中的位置有关。常用的硬件优先权排队电路有链式优先权排队电路、硬件优先级编码加比较器的排队电路等。下图给出了一个链式优先级排队电路。图中，当响应信号沿链式电路进行传递时，最靠近CPU并发出中断请求的接口将首先拦截住响应信号，CPU进入相应外设的中断处理程序，在服务完成后，该外设撤消其中断请求，解除对下一级外设的封锁。 3．中断嵌套 CPU在执行低级别中断服务程序时，又收到较高级别的中断请求，CPU暂停执行低级别中断服务程序，转去处理这个高级别的中断，处理完后再返回低级别中断服务程序，这个过程称为中断嵌套，如图所示。 一般CPU响应中断请求后，在进入中断服务程序前，硬件会自动实现关中断，这样，CPU在执行中断服务程序时将不能再响应其他中断请求。 为了实现中断嵌套，应在低级别中断服务程序的开始处加一条开中断