计算机组成原理第八章第3讲程序中断方式课件.ppt

程序中断方式 * * 8.3 程序中断方式 8.3.1中断的概念、功能? 8.3.2程序中断方式的基本接口? 8.3.3单级中断 8.3.4多级中断 8.3.5Pentium中断机制 8.3.1中断的概念、功能?? 中断（Interrupt）是指CPU暂时中止现行程序，转去处理随机发生的紧急事件，处理完后自动返回原程序的功能和技术。 中断系统是计算机实现中断功能的软硬件总称。一般在CPU中设置中断机构，在外设接口中设置中断控制器，在软件上设置相应的中断服务程序。 8.3.1中断的概念、功能 中断适合于处理随机出现的事务 主程序只在设备就绪时才与之交互数据 8.3.1中断的概念、功能 中断系统的功能包括： 1)实现主机和外设的并行工作； 2)处理故障； 3)实现多道程序的分时操作； 4)实时控制； 5)实现人机联系； 6)实现多机通信。 8.3.1中断的概念、功能 中断源：能够向CPU发出中断请求的事件。 常见中断源有： 输入、输出设备中断。如键盘、打印机等工作过程中已做好接收或发送准备。 数据通道中断。如磁盘、磁带等要同主机进行数据交换等。 实时时钟中断。 故障中断。例如电源掉电、设备故障等要求CPU进行紧急处理等。 系统中断。如运算过程出现溢出、数据格式非法，数据传送过程出现校验错，控制器遇到非法指令等等。 为了调试程序而设置的中断。 8.3.1中断的概念、功能 硬件实现 软件实现 不再接中断 可再接中断 8.3.1中断的概念、功能 中断处理过程注意几个问题： 响应中断时机：外界中断请求是随机的，但CPU只有在当前指令执行完毕后，才转至公操作 断点保护问题（PC，寄存器内容和状态的保存） 中断屏蔽：开中断和关中断问题。 中断是由软硬件结合起来实现的 8.3.2程序中断方式的基本I/O接口 数据缓冲寄存器 BS外设接口忙（BuSy）标志 RD外设准备就绪（ReaDy）标志 EI（Enable Interrupt中断允许触发器） IR（Interrupt Request）中断请求触发器 IM（Interrupt Mask）中断屏蔽触发器 8.3.2程序中断方式的基本接口 ①表示由程序启动外设，将该外设接口的“忙”标志BS置“1”，“准备就绪”标志RD清“0”； ②表示接口向外设发出启动信号； ③表示数据由外设传送到接口的缓冲寄存器； ④表示当设备动作结束或缓冲寄存器数据填满时，设备向接口送出一 控制信号，将数据“准备就绪”标志RD置“1”； ⑤表示允许中断标志EI为“1”时，接口向CPU发出中断请求信号； ⑥表示在一条指令执行末尾CPU检查中断请求线， 将中断请求线的请求信号接收到“中断请求”标志IR； ⑦表示如果“中断屏蔽”标志IM为“0”时，CPU在一条指令执行结束 后受理外设的中断请求，向外设发出响应中断信号并关闭中断； ⑧表示转向该设备的中断服务程序入口； ⑨表示中断服务程序通过输入指令把接口中数据缓冲寄存器的数据读至CPU中的寄存器； （10）表示CPU发出控制信号C将接口中的BS和RD标志复位。 8.3.3单级中断 所有中断源属于同一级，离CPU越近，优先级越高。 要点：在执行某个中断请求的过程中，不允许其他中断源再打断中断服务程序。即使其优先级别更高。 单级中断示意图8.7类似于第六章的链式查询方式。 8.3.3单级中断 中断响应： 8.3.3单级中断 中断源的识别：串行排队链法（菊花链查询方式） IR1，IR2，IR3为中断请求信号 IS1，IS2，IS3为中断选中信号 INTI为中断排队输入 INTO为中断排队输出 中断源识别之后获取中断向量 当CPU响应中断时，由硬件直接产生一个固定的地址(即向量地址) 由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口，这种方法通常称为向量中断。 8.3.4多级中断 概念：多级中断系统是指计算机系统中有相当多的中断源，根据各中断事件的轻重缓急程度不同而分成若干级别，每一中断级分配给一个优先权。 多级指的是优先权级别有多个 每级有一个中断优先权 优先权高的中断级别级可以打断低的级别 如图8.9示 8.3.4多级中断 -多级中断可分为一维多级中断和二维多级中断 一维多级中断：每一级中断中有一个中断源。 二维多级中断：每一级中断中有多个中断源 -说明： 中断响应时，确定哪一级中断和中断源采用硬件实现。采用了独立请求方式和链式查询方式相结合的方式。多级中断可以嵌套，但同一级的中断不允许嵌套 使用多级堆栈保存现场（包括IM） 一个系统有n级中断，则CPU中有n个IR，n个IM，某级中断被响应后，则关闭本级和低于本级的IM，开放更高级的IM。 8.3.4多级中断 8.3.4多级中断 多级中断源的识别 中断优先排队电路 中断向量产生电路 举例 例1、参见图8.