计算机体系结构第3章

存器的内容都保存起来， 这是因为经中断进行的任务切换可
以有两种：一种是整个任务的切换 ( 如某道程序切换到另一 道)，这当然需要把整个通用寄存器的内容都保存起来；另一 种是某道程序调用某个管理程序的切换， 这往往不需要保存 或只需部分保存。 因此，目前对于大多数一般的机器，各种 通用寄存器的内容是由中断处理程序按切换需要来保存的。 这既提高了中断响应的速度，又具有较大的灵活性。当然， 如果主存宽度很宽，一个主存周期又能访问很多字，也有全
中断及中断键中断。各种定时器中断用以计时、计费、控制等。
外部信号中断主要用于与其他机器和系统的联系。中断键则用 于操作员对机器的干预。这些外中断又可再分成两类：一类是 若未被响应继续保留， 另一类如不响应则不再保留。
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
输入 / 输出中断是 CPU 与 I/O 设备及通道联系的工具，在
中断系统的功能包括中断请求的保存和清除、 优先级 的确定、 中断断点及现场的保存、对中断请求的分析和处理 以及中断返回等，这些全是由中断响应硬件和中断处理程序 共同完成的。因此，中断系统的软、硬件功能分配实质上就 是中断处理程序软件和中断响应硬件的功能分配。
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
中断现场包括软件状态 ( 如作业名称和级别，上、下界 值， 各种软件状态和标志等)和硬件状态(如现行指令地址，
存即可。 然而，要经中断响应硬件保存的硬件状态愈多，程
序状态字就愈长，所需的访存次数和时间就愈长，响应速度 就会愈低，尤其是不断增大通用寄存器个数是当前计算机发 展的趋势，像CRAY-1，需保存的向量、标量、地址寄存器的 总位数可达 3900 位。
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
另一方面，中断系统还应具有较大的灵活性。实际上并不是 所有的中断处理都需要把通用寄存器的内容或是全部通用寄
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
图 3.7 中断处理次序为 1→2→3→4 的例子
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
表 3.3 中断级屏蔽位举例
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
图 3.8 中断处理次序为 1→4→3→2 的例子
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
3.2.3 中断系统的软硬件功能分配
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机器校验中断告诉程序发生了设备故障。可用 64 位 机器校验中断码以指明故障原因和严重性，更为详细的中断 原因和故障位置可由机器校验保存区的内容提供。这里包含 有电源故障、运算电路的误动作、主存出错、 通道动作故
障、处理器的各种硬件故障等等。
访管中断是在用户程序需要操作系统介入时，通过执行
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为处理一个中断请求，必须调出相应的中断处理程序。如 果中断源比较少时， 通过中断系统硬件就可以比较方便地对 每个中断源直接形成相应的中断处理程序入口，进入相应的中 断处理程序。但对中、大型多用途机器，中断源一般可多达数
来自百度文库
十至数百个。如果为每个中断源单独形成入口，不仅硬件难以
条件码等状态信息，各种控制寄存器及通用寄存器内容)。通
常采取把分散于CPU各部分的硬件状态集合成程序状态字，然 后由中断响应硬件通过将程序状态字(处理器状态字、换道区) 存到主存指定单元或区域的方式来完成保存。接着，再把新 的程序或进程的程序状态字(处理器状态字、换道区)从主存
另一指定单元或区域把内容传送到有关寄存器和计数器中，
这时中断系统需要按事先确定的中断响应优先次序对优先级高
的中断请求予以响应。所谓中断响应就是允许其中断 CPU 现行 程序的运行，转去对该请求进行预处理，包括保存好断点现场， 调出有关处理该中断的中断处理程序，准备运行。 这部分工 作在大多数机器上都是采用交换新旧程序状态字 PSW 的办法实 现的。 当然为了某种需要，中断系统也可以对中断请求进行 屏蔽，使之暂时得不到响应。
实现，代价也很大，就是在中断处理上也没有这种必要。因为 不少中断源的性质比较接近，可以将它们分别归成几类，对每 一类给定一个中断处理程序入口，再由软件转入对相应的中断 源进行处理，这样可以大大简化中断处理程序入口形成硬件。
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以IBM 370为例，它把中断分成机器校验、管理程序调用、
输入输出操作完成、 I/O通道或设备产生故障时发出。
程序性、 外部、 I/O这 3 类中断的中断码均为 16 位。
重新启动中断是为操作员或另一台 CPU 要启动一个程序
所用。 CPU不能禁止这种中断。
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3.2.2 中断的响应次序与处理次序
表 3.2 中断级屏蔽位举例
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
第 3 章 存储、中断、总线与I/O系统
3.1 存储系统的基本要求和并行系统 3.2 中断系统 3.3 总线系统
3.4 输入/输出系统
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
3.2 中 断 系 统
3.2.1 中断的分类和分级 引起中断的各种事件称为中断源。中断源向中断系统发出 请求中断的申请，称为中断请求。同时可能有多个中断请求，
“访管”指令时发生的，访管原因由“访管指令”中的 8
位码指明。
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程序性中断是包括指令和数据的格式错、程序执行中出现
异常(非法指令、 目态下使用管态指令、主存访问方式保护、
寻址超过主存容量、 各种溢出、 除数为“0”、 有效位为 0 等)以及程序的事件记录、 监督程序对事件的检测引起的中断 等。 外中断来自机器外部，它包括各种定时器中断、外部信号
程序性、外部、输入/输出和重新启动 6 类。前5类中断只
发生在CPU处于运行状态时，而重新启动不论CPU是处于停止
状态还是处于运行状态都可以发生。这6类中断，它们的旧
PSW和新PSW所在的存贮单元位置都是各不相同的。每类的具 体中断原因可由旧PSW中的中断码进一步指明，或是由中断 期间放在指定存贮单元中的附加信息指明。
建立起运行新的程序或进程的环境。硬件状态是全部经中断 响应硬件保存，还是部分经它，部分经中断处理程序保存，
要视具体机器的规模和使用场合而作不同的选择。
第3章 存储、中断、总线与输入输出系统
从发出中断请求到进入中断处理程序的中断响应时间是 中断系统的一个重要性能指标，它主要取决于交换程序状态 字的时间。以IBM 370 为例，程序状态字为 64 位，等于它 的长字， 因此交换程序状态字只需经写长字和读长字二次访