《计算机组成原理》教程第7章IO系统-3中断.ppt

第三节 中断方式及接口,7.3.1 中断基本概念,1.定义,CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某个随机事态服务的中断处理程序处理完毕后自动恢复原程序的执行2.实质与特点,（1）实质,程序切换,,方法：,保存断点，保护现场；,恢复现场，返回断点时间：,一条指令结束时切换保证程序的完整性2）特点,随机性,,随机发生的事态,注意中断与转子的区别由硬件请求信号引发中断,（按键、故障）,有意调用,随机请求与处理的事态,（调用打印机）,随机插入的事态,（软中断指令插入程序任何位置）,3.中断分类,（1）硬件中断与软中断,,,由软中断指令引发中断,（2）内中断与外中断,,中断源来自主机内部,,中断源来自主机外部,（3）可屏蔽中断与非屏蔽中断,,可通过屏蔽字屏蔽该类请求；关中断时不响应该类请求该类请求与屏蔽字无关；请求的响应与开/关中断无关由硬件提供服务程序入口地址,4.中断典型应用,（4）向量中断与非向量中断,,,（1）管理中、低速I/O操作,某事件出现的实际时间内及时处理，不是批量处理2）处理故障,,服务程序、中断向量表,由软件提供服务程序入口地址,（3）实时处理,（4）人机对话,利用时钟中断定时采集参数，检测，调节。

5）多机通信,5.中断系统的组成,（1）软件：,中断系统的硬、软界面,（2）硬件,,接口方面：,请求、传递、判优逻辑,CPU方面：,响应逻辑,1.中断请求的提出与传递,（1）如何产生中断请求？,“完成”标志为1,1）使用单独请求线,外设工作完成：,7.3.2 中断全过程（外中断）,CPU允许请求：,,“屏蔽”标志为0,先“屏蔽”，后请求,先请求，后“屏蔽”,（2）如何传送中断请求？,2）使用公共请求线,2.中断判优,（1）优先顺序,故障、DMA、外中断,（2）CPU现行程序与外设请求的判优,为现行程序赋予优先级,1）CPU设置允许中断标志,（输入、输出）,=1，开中断,1）软件判优,,由程序查询顺序确定优先级＜外设请求优先级，,例.中断控制器判优,响应,=0，关中断,2）CPU设置程序状态字的优先级字段,,≥外设请求优先级，,不响应,（3）各外设请求的判优,可灵活修改优先级2）硬件判优,中断控制器(如8259)集中解决请求信号的接收、屏蔽、判优、编码等问题模型机采用）,中断请求,8259,,（未屏蔽的请求判优,生成相应中断号）,,公共请求INT,,CPU,（CPU响应后，取回中断号，转入相应服务程序。

3.中断响应,（1）响应条件,,中断源的序号,IRR：,00010100,7 0,IMR：,00000100,ISR：,00001000,,不发INT,00010100,7 0,00000000,00001000,,发INT,优先级高,优先级低,外设有请求，且未被屏蔽；,1）非向量中断,将服务程序入口组织在查询程序中；CPU响应时执行查询程序，查询中断源，转入相应服务程序2）如何获取中断服务程序的入口地址,CPU开中断；,一条指令(非停机,指令)结束；,无故障、DMA等优先级更高的请求2）向量中断,将服务程序入口(中断向量)组织在中断向量表中；CPU响应时由硬件直接产生相应向量地址，按地址查表，取得服务程序入口，转入相应服务程序中断向量：,,,服务程序入口地址、服务程序状态字,中断向量表：,存放中断向量的表,（一段存储区）,,向量地址：,访问向量表的地址,（指向中断向量的首址）,例1.模型机向量表,M按字编址一个入口地址16位，占一个编址单元从主存2#单元开始安排）,向量地址,例2.IBM PC向量表,M按字节编址一个入口地址32位，占4个编址单元从主存0#单元开始安排）,(单元地址),=中断号+2,向量地址,=中断号4,向量中断方式：,（3）响应过程,发响应信号INTA，进入中断周期,关中断，保存断点,,,获得中断号，转换为向量地址，查向量表,,取中断向量，转中断服务程序,,CPU执行中断隐指令,（硬件完成）,4.中断处理,CPU执行中断服务程序。

1）单级中断：,CPU响应后只处理一个中断源的请求，处理完毕后才能响应新的请求2）多重中断：,在某次中断服务过程中，允许响应处理更高级别的中断请求单级中断流程：,保护现场,具体服务处理,,,恢复现场,,开中断、返回,外中断： 数据传送,禁止同级或更低级别的请求，开放更高级别的请求,,多重中断流程：,开中断、返回,保护现场,,送新屏蔽字、开中断,具体服务处理,,关中断,,恢复现场及原屏蔽字,,,,,7.3.3 中断接口,1.组成（寄存器级）,M,CPU,,,,,,,主机板,（1）寄存器选择,对接口寄存器寻址2）命令字寄存器,接收CPU发向外设的命令字，转换为相应操作命令送外设命令字格式的拟定：,接口板,用代码表示各种命令,代码位数,代码含义,（3）状态字寄存器,反映设备和接口的运行状态4）数据缓冲器,传送数据，实现缓冲5）控制逻辑,请求信号产生逻辑,状态字格式的拟定：,用代码表示各种状态6）公用中断控制器,接收外设请求，判优，送出公共请求；,电平转换逻辑,针对设备特性的逻辑,串-并转换逻辑(串口),,接收中断批准，送出中断号（中断类型码）1）初始化：设置工作方式，送屏蔽字，送中断号(确定高位)。

2）发启动命令(送命令字)，启动设备3）设备完成工作，申请中断2.工作过程（外中断）,（4）中断控制器汇集各请求，经屏蔽、判优，形成中断号，并向CPU送INT5）CPU响应，发批准INTA6）中断控制器送出中断号7）CPU执行中断隐指令操作，进入服务程序中断控制器,,,命令字R,,,,状态字R,控制逻辑,,,,,,,数据缓冲器,,涉及命令字、状态字格式的拟定，中断源的扩展例.模型机需扩展两个外中断源，共用一个中断号3.接口设计,主机发向外设的命令包括：启动、停止、数据选通；,外设的状态包括：忙、完成、出错为两个扩展中断源设计中断接口模型机的外中断源安排：,通过IRQ2进行扩展1）接口组成,两个扩展中断源共用一个接口5 4 3 2 1 0,命令字格式：,状态字格式：,（2）判断中断源,向量中断与非向量中断相结合,(软件扩展),请求1与请求2在控制逻辑中形成公共请求IRQ2，送入8259参加判优；,CPU响应后执行IRQ2服务程序,CPU在IRQ2服务程序中查询各设备状态，判中断源，转入相应设备服务程序,(向量中断过程)；,(非向量中断过程)。