羅克露計算機組成原理課件-5IO系統(tǒng)-3中斷06級

1、第三節(jié) 中斷方式及接口5.3.1 中斷基本概念1.定義 CPU暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為某個隨機事態(tài)服務的中斷處理程序。處理完畢后自動恢復原程序的執(zhí)行。2.實質(zhì)與特點（1）實質(zhì)方法：保存斷點，保護現(xiàn)場；恢復現(xiàn)場，返回斷點。一條指令結(jié)束時切換。保證程序的完整性。1（2）特點隨機性隨機發(fā)生的事態(tài)注意中斷與轉(zhuǎn)子的區(qū)別。由硬件請求信號引發(fā)中斷（按鍵、故障）有意調(diào)用,隨機請求與處理的事態(tài)（調(diào)用打印機）隨機插入的事態(tài)（軟中斷指令插入程序任何位置）3.中斷分類（1）硬件中斷與軟中斷由軟中斷指令引發(fā)中斷（2）內(nèi)中斷與外中斷中斷源來自主機內(nèi)部中斷源來自主機外部（3）可屏蔽中斷與非屏蔽中斷可通過屏蔽字屏蔽

2、該類請求；關(guān)中斷時不響應該類請求。該類請求與屏蔽字無關(guān)；請求的響應與開/關(guān)中斷無關(guān)。2由硬件提供服務程序入口地址4.中斷典型應用（4）向量中斷與非向量中斷（1）管理中、低速I/O操作某事件出現(xiàn)的實際時間內(nèi)及時處理，不是批量處理。（2）處理故障服務程序、中斷向量表由軟件提供服務程序入口地址（3）實時處理（4）人機對話利用時鐘中斷定時采集參數(shù)，檢測，調(diào)節(jié)。（5）多機通信5.中斷系統(tǒng)的組成（1）軟件：中斷系統(tǒng)的硬、軟界面（2）硬件接口方面：請求、傳遞、判優(yōu)邏輯CPU方面：響應邏輯31.中斷請求的提出與傳遞（1）如何產(chǎn)生中斷請求？“完成”標志為11）使用單獨請求線外設(shè)工作完成：5.3.2 中斷全過程（

3、外中斷）CPU允許請求：“屏蔽”標志為0先“屏蔽”，后請求先請求，后“屏蔽”完成 請求觸發(fā)器屏蔽CP有效請求完成 請求觸發(fā)器屏蔽CP請求有效請求（2）如何傳送中斷請求？CPU請求請求 I/O I/O2）使用公共請求線CPU公共請求 I/O I/O42.中斷判優(yōu)（1）優(yōu)先順序故障、DMA、外中斷（2）CPU現(xiàn)行程序與外設(shè)請求的判優(yōu)為現(xiàn)行程序賦予優(yōu)先級1）CPU設(shè)置允許中斷標志（輸入、輸出）=1，開中斷1）軟件判優(yōu)由程序查詢順序確定優(yōu)先級。外設(shè)請求優(yōu)先級，例.中斷控制器判優(yōu)響應=0，關(guān)中斷2）CPU設(shè)置程序狀態(tài)字的優(yōu)先級字段外設(shè)請求優(yōu)先級，不響應（3）各外設(shè)請求的判優(yōu)可靈活修改優(yōu)先級。2）硬件判優(yōu)

4、中斷控制器(如8259)集中解決請求信號的接收、屏蔽、判優(yōu)、編碼等問題。（模型機采用）5中斷請求82598259D7D0中斷屏蔽寄存器 中斷號寄存器中斷請求寄存器中斷服務寄存器 優(yōu)先級裁決器INTINTAIRQ0IRQ7（未屏蔽的請求判優(yōu),生成相應中斷號）公共請求INTCPU（CPU響應后，取回中斷號，轉(zhuǎn)入相應服務程序。）3.中斷響應（1）響應條件中斷源的序號IRR：7 0IMR：ISR：不發(fā)INT7 0發(fā)INT優(yōu)先級高優(yōu)先級低6外設(shè)有請求，且未被屏蔽；1）非向量中斷將服務程序入口組織在查詢程序中；CPU響應時執(zhí)行查詢程序，查詢中斷源，轉(zhuǎn)入相應服務程序。（2）如何獲取中斷服務程序的入口地址CP

5、U開中斷；一條指令(非停機指令)結(jié)束；無故障、DMA等優(yōu)先級更高的請求。2）向量中斷將服務程序入口(中斷向量)組織在中斷向量表中；CPU響應時由硬件直接產(chǎn)生相應向量地址，按地址查表，取得服務程序入口，轉(zhuǎn)入相應服務程序。 中斷向量：服務程序入口地址、服務程序狀態(tài)字 中斷向量表：存放中斷向量的表（一段存儲區(qū)） 向量地址：訪問向量表的地址（指向中斷向量的首址）例1.模型機向量表M按字編址。一個入口地址16位，占一個編址單元。 （從主存0#單元開始安排）7向量地址例2.IBM PC向量表M按字節(jié)編址。一個入口地址32位，占4個編址單元。（從主存0#單元開始安排）=中斷號20#向量表 入口偏移0 入口基

6、址04#0號中斷源1號中斷源 入口偏移1 入口基址1向量地址=中斷號40#向量表 入口地址0 中斷PSW 01#0號中斷源1號中斷源 入口地址1 中斷PSW 12#3#一個中斷服務程序狀態(tài)字16位，也占一個編址單元。8 向量中斷方式：（3）響應過程發(fā)響應信號INTA，進入中斷周期 關(guān)中斷，保存斷點獲得中斷號，轉(zhuǎn)換為向量地址，查向量表取中斷向量，轉(zhuǎn)中斷服務程序CPU執(zhí)行中斷隱指令（硬件完成）4.中斷處理CPU執(zhí)行中斷服務程序。（1）單級中斷： CPU響應后只處理一個中斷源的請求，處理完畢后才能響應新的請求。（2）多重中斷： 在某次中斷服務過程中，允許響應處理更高級別的中斷請求。9單級中斷流程：

7、保護現(xiàn)場具體服務處理 恢復現(xiàn)場開中斷、返回外中斷：數(shù)據(jù)傳送禁止同級或更低級別的請求，開放更高級別的請求多重中斷流程： 開中斷、返回 保護現(xiàn)場送新屏蔽字、開中斷 具體服務處理 關(guān)中斷恢復現(xiàn)場及原屏蔽字105.3.3 中斷接口1.組成（寄存器級）D70IRQ0地址線寄存器選擇 命令字R 狀態(tài)字R數(shù)據(jù)緩沖器 控制邏輯數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線中斷控制器INTINTA命令I(lǐng)RQ7狀態(tài)數(shù)據(jù)外部設(shè)備系統(tǒng)總線（8259）IRQi MCPU主機板（1）寄存器選擇對接口寄存器尋址。（2）命令字寄存器接收CPU發(fā)向外設(shè)的命令字，轉(zhuǎn)換為相應操作命令送外設(shè)。命令字格式的擬定：接口板用代碼表示各種命令代碼位數(shù)代碼含義（3）狀態(tài)

8、字寄存器反映設(shè)備和接口的運行狀態(tài)。11（4）數(shù)據(jù)緩沖器傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)緩沖。（5）控制邏輯請求信號產(chǎn)生邏輯狀態(tài)字格式的擬定：D70IRQ0地址線寄存器選擇 命令字R 狀態(tài)字R數(shù)據(jù)緩沖器 控制邏輯數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線中斷控制器INTINTA命令I(lǐng)RQ7狀態(tài)數(shù)據(jù)外部設(shè)備系統(tǒng)總線（8259）IRQi MCPU主機板接口板用代碼表示各種狀態(tài)。（6）公用中斷控制器接收外設(shè)請求，判優(yōu)，送出公共請求；電平轉(zhuǎn)換邏輯針對設(shè)備特性的邏輯串-并轉(zhuǎn)換邏輯(串口)接收中斷批準，送出中斷號（中斷類型碼）。12（1）初始化：設(shè)置工作方式，送屏蔽字，送中斷號。（2）發(fā)啟動命令(送命令字)，啟動設(shè)備。D70IRQ0地址線寄存器選擇

9、 命令字R 狀態(tài)字R數(shù)據(jù)緩沖器 控制邏輯數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線INTINTA命令I(lǐng)RQ7狀態(tài)數(shù)據(jù)外部設(shè)備系統(tǒng)總線中斷控制器（8259）IRQi MCPU主機板接口板（3）設(shè)備完成工作，申請中斷。2.工作過程（外中斷）（4）中斷控制器匯集各請求，經(jīng)屏蔽、判優(yōu)，形成中斷號，并向CPU送INT。（5）CPU響應，發(fā)批準INTA。（6）中斷控制器送出中斷號。（7）CPU執(zhí)行中斷隱指令操作，進入服務程序。中斷控制器 命令字R 狀態(tài)字R 控制邏輯數(shù)據(jù)緩沖器13（2）判斷中斷源地址線寄存器選擇命令1 命令2狀態(tài)1 狀態(tài)2 控制邏輯數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖1數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)外設(shè)1系統(tǒng)總線D70IRQ0中斷控制器INTINTAIRQ7（8259）IRQ6