教学课件 计算系统基础-陈道蓄.ppt

机制 当I/O设备有输入要处理，或准备接受输出时，允许I/O设备中断处理器的机制 生成中断信号INT，停止当前的执行过程 管理I/O数据传送的机制 处理由该信号发出的请求 中断信号的产生 必须满足以下两个元素： I/O设备必须需要服务 KBSR或DSR的就绪位，当相应的就绪位被设为1时，I/O设备就需要服务 设备必须有权去请求服务 中断允许位（IE） 可以被设置为1或清为0，取决于是否给I/O设备权利去请求服务 在大多数I/O设备里，中断允许位是设备状态寄存器的一部分 INT信号 KBSR和DSR IE位是[1]位 中断请求信号（Interrupt Request，IRQ） IE位和、就绪位的逻辑与 各中断设备发出的IRQ信号经过或门，产生INT信号 31 0 KBSR 1 IRQK DSR 8 CAUSE 15 31 1 IRQD 0 INT 31 0 SR 31 0 ?1 原因寄存器 如果某个设备发出IRQ信号，就会将一个被称为原因寄存器（CAUSE）的相应位设为1 记录哪些设备发出中断信号 DLX的一个特殊寄存器，只有在特权模式下（操作系统），才能访问 CAUSE[15:8]为中断未决位 状态寄存器 所有设备的IE位的信号可以被状态寄存器SR[0]同时改写 DLX的一个特殊寄存器，只能在特权模式下访问 SR[0]表示中断允许位，决定了谁能中断处理器 如果SR[0]为0，那么所有I/O设备都不能中断处理器，在这种情况下，只能采用轮询方式访问I/O设备 如果SR[0]位被设置为1，那么允许所有I/O设备中断 测试INT信号 发出INT信号后，处理器如何发现这个信号？ 指令执行按顺序为取指令、译码、执行、访问内存和存储结果5个阶段 为测试中断信号而增加逻辑 将总是从存储结果返回到取指令的最后一步取代为：存储结果，并检测INT信号 如果INT信号为0，那么它与往常一样，控制单元将返回取指令阶段，开始下一条指令的处理 如果INT信号为1，那么控制单元将PC加载为x8000 1000，执行操作系统的中断服务例程, 处理由该信号发出的中断请求 保存及改变程序状态 中断服务例程类似于自陷服务例程 存储在存储器的一些预先分配的单元中的程序片段，为中断请求服务 在进入中断服务例程之前（PC加载为x8000 1000之前） 保存足够的正在运行的程序的状态信息，以便当I/O设备请求被满足之后，能够返回被中断的程序 改变程序状态，以便访问恰当的资源，以及避免各种I/O设备互相干扰 程序状态 程序影响的所有资源所包含的内容的瞬态图，包括 作为程序一部分的存储单元的内容 所有通用寄存器的内容 寄存器：PC和SR PC和EPC 因为PC包含了下一条要执行的指令的地址，必须被保存起来，以便当被中断的程序重新执行时，可以正确的返回到下一条指令地址 DLX有一个特殊寄存器EPC，用于保存中断发生时PC中的值 SR[0] 程序是否可以被I/O设备中断，应该被保存 例如，用户程序允许被中断，而进入中断服务例程，为避免受到来自其他设备的中断信号的干扰，则应屏蔽所有中断，即SR[0]从1改变为0 因此，SR[0]需要保存起来，以便返回到用户程序时，仍可被I/O设备中断 SR[1] 表示正在运行的程序是处于特权（管理员或内核）模式还是非特权（用户）模式 特权模式为0，用户模式为1 在特权模式下，可以访问对用户程序不可见的重要资源，如CAUSE寄存器 SR[1] 程序的特权级别包含了被中断的程序能够访问哪些资源，禁止访问哪些资源，必须被保存 如果从用户程序进入中断服务例程，SR[1]就从1改为0，因为中断服务例程需要访问SR、CAUSE、EPC等寄存器，因此，SR[1]也需要保存起来 当中断发生时，DLX使用SR[2]保存SR[0]的值，使用SR[3]保存SR[1]的值，即利用SR实现了一个硬件栈 中断服务例程 首先，对于一个I/O设备真正能中断处理器，要求来自设备的请求必须比处理器当前的工作更紧急 执行的紧急程度被称为优先级 服务该中断 进入设备处理例程 最后，从中断返回 中断优先级 为了让I/O设备成功的停止处理器，开始中断请求的处理，请求的优先级必须比它希望中断的程序更高 DLX有6个硬件优先级，PL0，... ...，PL5 数字越高，优先级越高 速度越高的I/O设备，优先级也越高 例如，键盘优先级别为1，显示器级别为0 在最低的优先级下，允许所有中断，在最高的优先级下，则屏蔽所有中断 SR[15:8] DLX的中断优先级，采用状态寄存器SR[15:8]表示 SR[15:8]给出了中断阻塞方案，以决定系统响应哪些中断 与CAUSE[15:8]一一对应 从左至右，优先级别依次降低 要允许某一级别的中断，屏蔽位必须为1 原因寄存器中的未决中断要等到相