最新计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
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器 IM（Interrupt Mask）中断屏蔽触发器
8.3.2程序中断方式的基本接口
⑨表①示表中示断④⑤⑦由服⑥表表表程务表示示示序程（示当允如启②③序1在设许果0动表表通）一备中“外示示过表条动断⑧中设接数输示指作标表断，口据入C令结志示屏将P向由指执束E转U蔽该I外外令行为或发向”外设设把末“缓出该标设发传接尾1冲控设志接”出送口C时寄制备I口MP启到中，存信的U的为动接数接器号检中“信口据口数C查断忙0将号的缓”向据中服”时接；缓冲C填断务标，P口冲寄满请程U志C中寄存时求发P序B的存器U，线出S入在B器的置设，中口S一；数“备断和；条据1向请R”指读D，接求标令至“口信志执C准送号P复行备出；U位结就中一。束绪的”寄标存志器R；D 控后将制受中信理断号外请，设求将的线数中的据断请“请求准求信备，号就向接绪外收”设到标发“志出中R响D断应置请中“求断1””信；标号志并IR关；闭中断；
中断处理流程，并假访设问存执储行器T一m 条指令 的时间也为TM。如果三个设备同时发出中断
请求，那么依次分别处理设访备问存A储、器T设m 备B、设
备C的时间如下：
0、指令周期 1、链式查询Tdc
tA = 2TM + TDC + TS + TA + TR
2、保护现场Ts 3、恢复现场Tr
tB = 2TM + 2TDC + TS + TB + TR
tC = 2TM + 3TDC + TS + TC + TR
处理三个设备所需的总时间为：T=tA+tB+tC
T是达到中断饱和的最小时间，即中断极限频 率为：f=1/T
8.3.5中断控制器
8259中断控制器是一个集成电路芯片，它将中断 接口与优先级判断等功能汇集于一身，常用于微 型机系统。其内部结构如图8.11所示。
8.3.3单级中断
所有中断源属于同一级，离CPU越近，优 先级越高。
要点：在执行某个中断请求的过程中，不 允许其他中断源再打断中断服务程序。即 使其优先级别更高。
单级中断示意图8.7类似于第六章的链式查 询方式。
8.3.3单级中断
中断响应：
8.3.3单级中断
中断源的识别：串行排队链法（菊花链查询方式）
(2)若CPU现执行设备B的中断服务程序， IM2，IM1，IM0的状态是什么?如果CPU 执行设 备D的中断服务程序，IM2，IM1， IM0的状态又是什么?
答：当前执行B的中断： IM2，IM1，IM0为111 当前执行D的中断： IM2，IM1，IM0为011
(3)每一级的IM能否对某个优先级的个别设 备单独进行屏蔽?如果不能，采取什么办法 可达到目的?
答：不能，因为共用IM。 通过设置允许中断触发器为0，禁止该设备发
出中断，对其屏蔽。
(4)假如设备C一提出中断请求，CPU立即 进行响应，如何调整才能满足此要求?
答：增加更高一级（第3级）的中断请求逻 辑，将C单独放置于第3级中。
例2（略）：参见例1所示的系统，只考虑A，B， C三个设备组成的单级中断结构，它要求CPU在 执行完当前指令时对中断请求进行服务。假设： (1)CPU“中断批准”机构在响应一个新的中断之 前，先要让被中断的程序的一条指令一定要执行 完毕；(2)TDC为查询链中每个设备的延迟时间； (3)TA，TB，TC分别为设备A，B，C的服务程序 所需的执行时间； (4)TS,TR为保存现场和恢复 现场所需的时间；(5)主存工作周期为TM。 试问： 就这个中断请求环境来说，系统在什么情况下达 到中断饱和?
• IR1，IR2，IR3为中断请求信号 • IS1，IS2，IS3为中断选中信号 • INTI为中断排队输入 • INTO为中断排队输出
中断源识别之后获取中断向量
• 当CPU响应中断时，由硬件直接产生一个固定的地 址(即向量地址)
• 由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口， 这种方法通常称为向量中断。
计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
8.3 程序中断方式
8.3.1中断的概念、功能 8.3.2程序中断方式的基本接口 8.3.3单级中断 8.3.4多级中断 8.3.5Pentium中断机制
8.3.1中断的概念、功能
不再接 中断
硬件 实现
软件 实现
可再接 中断
8.3.1中断的概念、功能
8.3.4多级中断
8.3.4多级中断
• 多级中断源的识别
中断优先排队电路 中断向量产生电路
举例
例1、参见图8.9所示的二维中断系统。请 问： (1)在中断情况下，CPU和设备的优先 级如何考虑?请按降序排列各设备的中断优 先级。
答：在中断情况下，CPU的优先级最低。 各设备的优先次序是： A→B→C→D→E→F→G→H→I→CPU。
中断处理过程注意几个问题：
响应中断时机：外界中断请求是随机的，但 CPU只有在当前指令执行完毕后，才转至公操 作
断点保护问题（PC，寄存器内容和状态的保 存）
中断屏蔽：开中断和关中断问题。 中断是由软硬件结合起来实现的
8.3.2程序中断方式的基本I/O接口
数据缓冲寄存器 BS外设接口忙（BuSy）标志 RD外设准备就绪（ReaDy）标志 EI（Enable Interrupt中断允许触发器） IR（Interrupt Request）中断请求触发
8.3.4多级中断
概念：多级中断系统是指计算机系统中有相当多 的中断源，根据各中断事件的轻重缓急程度不 同而分成若干级别，每一中断级分配给一个优 先权。
多级指的是优先权级别有多个 每级有一个中断优先权 优先权高的中断级别级可以打断低的级别
• 如图8.9示
8.3.4多级中断
-多级中断可分为一维多级中断和二维多级中断 一维多级中断：每一级中断中有一个中断源。 二维多级中断：每一级中断中有多个中断源
-说明：
• 中断响应时，确定哪一级中断和中断源采用硬件实现。采 用了独立请求方式和链式查询方式相结合的方式。多级中 断可以嵌套，但同一级的中断不允许嵌套
• 使用多级堆栈保存现场（包括IM） • 一个系统有n级中断，则CPU中有n个IR，n个IM，某级中
断被响应后，则关闭本级和低于本级的IM
8.3.2程序中断方式的基本接口
⑨表①示表中示断④⑤⑦由服⑥表表表程务表示示示序程（示当允如启②③序1在设许果0动表表通）一备中“外示示过表条动断⑧中设接数输示指作标表断，口据入C令结志示屏将P向由指执束E转U蔽该I外外令行为或发向”外设设把末“缓出该标设发传接尾1冲控设志接”出送口C时寄制备I口MP启到中，存信的U的为动接数接器号检中“信口据口数C查断忙0将号的缓”向据中服”时接；缓冲C填断务标，P口冲寄满请程U志C中寄存时求发P序B的存器U，线出S入在B器的置设，中口S一；数“备断和；条据1向请R”指读D，接求标令至“口信志执C准送号P复行备出；U位结就中一。束绪的”寄标存志器R；D 控后将制受中信理断号外请，设求将的线数中的据断请“请求准求信备，号就向接绪外收”设到标发“志出中R响D断应置请中“求断1””信；标号志并IR关；闭中断；
中断处理流程，并假访设问存执储行器T一m 条指令 的时间也为TM。如果三个设备同时发出中断
请求，那么依次分别处理设访备问存A储、器T设m 备B、设
备C的时间如下：
0、指令周期 1、链式查询Tdc
tA = 2TM + TDC + TS + TA + TR
2、保护现场Ts 3、恢复现场Tr
tB = 2TM + 2TDC + TS + TB + TR
tC = 2TM + 3TDC + TS + TC + TR
处理三个设备所需的总时间为：T=tA+tB+tC
T是达到中断饱和的最小时间，即中断极限频 率为：f=1/T
8.3.5中断控制器
8259中断控制器是一个集成电路芯片，它将中断 接口与优先级判断等功能汇集于一身，常用于微 型机系统。其内部结构如图8.11所示。
8.3.3单级中断
所有中断源属于同一级，离CPU越近，优 先级越高。
要点：在执行某个中断请求的过程中，不 允许其他中断源再打断中断服务程序。即 使其优先级别更高。
单级中断示意图8.7类似于第六章的链式查 询方式。
8.3.3单级中断
中断响应：
8.3.3单级中断
中断源的识别：串行排队链法（菊花链查询方式）
(2)若CPU现执行设备B的中断服务程序， IM2，IM1，IM0的状态是什么?如果CPU 执行设 备D的中断服务程序，IM2，IM1， IM0的状态又是什么?
答：当前执行B的中断： IM2，IM1，IM0为111 当前执行D的中断： IM2，IM1，IM0为011
(3)每一级的IM能否对某个优先级的个别设 备单独进行屏蔽?如果不能，采取什么办法 可达到目的?
答：不能，因为共用IM。 通过设置允许中断触发器为0，禁止该设备发
出中断，对其屏蔽。
(4)假如设备C一提出中断请求，CPU立即 进行响应，如何调整才能满足此要求?
答：增加更高一级（第3级）的中断请求逻 辑，将C单独放置于第3级中。
例2（略）：参见例1所示的系统，只考虑A，B， C三个设备组成的单级中断结构，它要求CPU在 执行完当前指令时对中断请求进行服务。假设： (1)CPU“中断批准”机构在响应一个新的中断之 前，先要让被中断的程序的一条指令一定要执行 完毕；(2)TDC为查询链中每个设备的延迟时间； (3)TA，TB，TC分别为设备A，B，C的服务程序 所需的执行时间； (4)TS,TR为保存现场和恢复 现场所需的时间；(5)主存工作周期为TM。 试问： 就这个中断请求环境来说，系统在什么情况下达 到中断饱和?
• IR1，IR2，IR3为中断请求信号 • IS1，IS2，IS3为中断选中信号 • INTI为中断排队输入 • INTO为中断排队输出
中断源识别之后获取中断向量
• 当CPU响应中断时，由硬件直接产生一个固定的地 址(即向量地址)
• 由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口， 这种方法通常称为向量中断。
计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
8.3 程序中断方式
8.3.1中断的概念、功能 8.3.2程序中断方式的基本接口 8.3.3单级中断 8.3.4多级中断 8.3.5Pentium中断机制
8.3.1中断的概念、功能
不再接 中断
硬件 实现
软件 实现
可再接 中断
8.3.1中断的概念、功能
8.3.4多级中断
8.3.4多级中断
• 多级中断源的识别
中断优先排队电路 中断向量产生电路
举例
例1、参见图8.9所示的二维中断系统。请 问： (1)在中断情况下，CPU和设备的优先 级如何考虑?请按降序排列各设备的中断优 先级。
答：在中断情况下，CPU的优先级最低。 各设备的优先次序是： A→B→C→D→E→F→G→H→I→CPU。
中断处理过程注意几个问题：
响应中断时机：外界中断请求是随机的，但 CPU只有在当前指令执行完毕后，才转至公操 作
断点保护问题（PC，寄存器内容和状态的保 存）
中断屏蔽：开中断和关中断问题。 中断是由软硬件结合起来实现的
8.3.2程序中断方式的基本I/O接口
数据缓冲寄存器 BS外设接口忙（BuSy）标志 RD外设准备就绪（ReaDy）标志 EI（Enable Interrupt中断允许触发器） IR（Interrupt Request）中断请求触发
8.3.4多级中断
概念：多级中断系统是指计算机系统中有相当多 的中断源，根据各中断事件的轻重缓急程度不 同而分成若干级别，每一中断级分配给一个优 先权。
多级指的是优先权级别有多个 每级有一个中断优先权 优先权高的中断级别级可以打断低的级别
• 如图8.9示
8.3.4多级中断
-多级中断可分为一维多级中断和二维多级中断 一维多级中断：每一级中断中有一个中断源。 二维多级中断：每一级中断中有多个中断源
-说明：
• 中断响应时，确定哪一级中断和中断源采用硬件实现。采 用了独立请求方式和链式查询方式相结合的方式。多级中 断可以嵌套，但同一级的中断不允许嵌套
• 使用多级堆栈保存现场（包括IM） • 一个系统有n级中断，则CPU中有n个IR，n个IM，某级中
断被响应后，则关闭本级和低于本级的IM