2_2010_硬件环境讲解材料.ppt

1、中断的概念 CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应 CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序，处理完成后返回断点，继续执行被打断的程序 特点： 1) 中断是随机的 2) 中断是可恢复的 3) 中断是自动处理的 引入中断的目的 解决主机与外设的并行工作问题 实现实时控制 中断/异常：指系统发生某个异步/同步事件后,处理机暂停正在执行的程序,转去执行处理该事件程序的过程 中断的引入：为了开发CPU和通道(或设备)之间的并行操作，当CPU启动通道(或设备)进行输入/输出后，通道便(或设备)可以独立工作了，CPU也可以转去做与此次输入/输出不相关的事情，那么通道(或设备) 输入/输出完成后，还必须告诉CPU继续输入/输出以后的事情，通道(或设备)通过向CPU发中断告诉CPU此次输入/输出结束 中断的概念 异常引入：用于表示CPU执行指令时本身出现算术溢出、零做除数、取数时的奇偶错，访存指令越界或就是执行了一条所谓“异常指令”（用于实现系统调用）等情况，这时中断当前的执行流程，转到相应的错误处理程序或异常处理程序 注意：最早中断和异常并没有区分，都把它们叫做中断。随着它们的发生原因和处理方式的差别愈发明显，才有了以后的中断和异常 中断的概念 中断(外中断) 异常(内中断) 例外 I/O中断 时钟中断 系统调用 缺页异常 断点指令 其他程序性异常 (如算术溢出等) 中断(狭义)与异常的区别: 中断: 与正执行指令无关，可以屏蔽 异常: 与正执行指令有关，不可屏蔽 广义中断 中断的概念 2、中断系统 中断系统是现代计算机系统的核心机制之一 硬件和软件相互配合、相互渗透而使得计算机系统得以充分发挥能力的计算模式 中断系统的两大组成部分：硬件中断装置和软件中断处理程序 中断系统的硬件中断装置-中断系统的机制部分 负责捕获中断源发出的中断请求，以一定方式响应中断源，然后将处理器控制权交给特定的中断处理程序 软件中断处理程序-中断系统的策略部分 负责辨别中断类型并做出相应的操作 中断源：引起中断发生的事件 中断寄存器：记录中断 中断字：中断寄存器的内容 系统堆栈: 在内存开辟的一块区域，用于临时保存现场 中断系统中的相关概念 中断优先级设计原则：一般来说，高速设备的中断优先级高，慢速设备的中断优先级低。因为高速设备的中断被处理机优先响应时，可以让处理机尽快地向它发出下一个I/O请求，提高高速设备的利用率 如PDP-11机上的UNIX系统把中断级别分为： 时钟中断——中断优先级＝6级 磁盘中断——中断优先级＝5级 终端等其他外设中断——中断优先级＝4级 3、中断优先级和中断屏蔽 处理机优先级：指出处理机正运行程序的中断响应级别。即当处理机处于某一优先级时，只允许处理机去响应比该优先级高的中断,而屏蔽低于或等于该优先级的中断。可以通过置处理机优先级来通知硬件：屏蔽优先级小于等于处理机优先级的中断 中断屏蔽：指禁止处理机响应中断或禁止中断出现 中断优先级和中断屏蔽 中断屏蔽有两种方法： 硬件实现——由软件置处理机优先级，硬件按系统设计时的约定，屏蔽那些低优先级中断 软件实现——由软件按操作系统优先级约定,设置屏蔽寄存器 中断优先级和中断屏蔽 4、中断类型 强迫性中断 正在运行的程序所不期望的，由于某种硬件故障或外部请求引起的 自愿性中断 用户在程序中有意识安排的中断，是由于用户在编制程序时因为要求操作系统提供服务，有意使用“访管”指令或系统调用，使中断发生 中断类型 强迫性中断 输入/输出(I/O)中断：主要来自外部设备通道 程序性中断：运行程序中本身的中断 (如溢出,缺页中断,缺段中断,地址越界) 时钟中断 控制台中断 硬件故障 中断类型 自愿性中断 执行I/O，创建进程，分配内存 信号量操作，发送/接收消息 微机中的中断 1.可屏蔽中断（IO中断） 2.不可屏蔽中断（机器内部故障、掉电中断） 3.程序错误中断（溢出、除法错等中断） 4.软件中断（Trap指令或中断指令INT） IBM370中的中断 1. 机器故障中断：如电源故障，机器电路检验错等 2. 输入输出中断：输入输出设备和通道数据传输状态） 3. 外部中断：时钟中断，操作员控制台中断，多机系统中其他机器的通信要求中断，各种外设或传感器发来的实时中断等 4. 程序中断：程序中的问题引起的中断，如错误地使用指令或数据、溢出等问题，存储保护等 5. 访管中断：访管指令或陷阱指令（Trap指令）中的操作数规定了要求服务的类型。每当CPU执行访管指令或陷阱指令时，即引起中断并调用操作系统相应的功能模块为其服务 5、中断响应 CPU如何响应中断, 两个问题： CPU何时响应中断？ 通常在CPU执行了一