[计算机硬件技术基础][机械工业出版社]第8章_中断技术习题答案(2021整理)

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第八章习题参考答案

8.1 什么是中断？采用中断技术有哪些好处？

答：中断是指由CPU内／外部事件引起或由程序的预先安排，使CPU中断正在运行的正常程序〔主程序〕，而转到为该内部／外部事件或预先安排的事件效劳程序，待效劳完毕，再返回被暂时中断的正常程序处继续执行正常程序的过程。

采用中断技术，可以使计算机方便地实现如下一些操作：

〔1〕分时操作。有了中断系统，CPU可以命令多个外部设备同时工作，CPU分时控制这些外设，大大提高了CPU的吞吐率。

〔2〕实现实时处理。当计算机用于实时控制，系统要求计算机为它效劳的时间是随机的，而中断系统中这种请求--响应模式正好迎合了实时系统的需求。

〔3〕故障处理。计算机在运行过程中，往往会出现一些故障，如电源掉电、存储出错、运算溢出等。有了中断系统，当出现上述情况时，CPU可以随时转去执行故障处理程序，自行处理故障而不必停机。

随着微型计算机的开展，中断系统不断增加新的功能，中断系统甚至可以实现计算机系统中软硬件资源的自动管理。

8.2 什么叫中断系统？它具备哪些功能？

答：把能够实现中断全部功能的软件、硬件的总称称为中断系统。

不同计算机的中断系统，其具体实现可能不尽一样，但中断系统的根本功能是相同的。中断系统的根本功能如下：

1．能实现中断响应、中断处理〔效劳〕、中断返回和中断屏蔽。这是中断系统最根本的功能。

2．能实现中断优先级排队〔管理〕。即当有多个中断源同时申请中断时，CPU如何能够优先响应最紧急的中断申请。

3．能实现中断嵌套。即当CPU正在为优先级较低的中断源效劳时，具有较高优先级的中断源提出中断申请，此时中断系统应当允许较高优先级的中断源中断较低优先级的中断源，待较高优先级的中断处理完成后，再接着处理较低优先级的中断，这种中断效劳程序再被中断的过程称为中断嵌套。

8.3 何谓非屏蔽中断和可屏蔽中断？

答：非屏蔽中断是指用户不能用软件屏蔽的中断。它是通过8086的NMI引脚进入。非屏蔽中断不受中断允许标志IF的影响，当NMI线上一旦有请求时，CPU便在执行完当前指令后，立即予以响应。所以，这种中断通常用来处理系统的紧急事件和重大故障，如系统的掉电处理、内存或I/O总线的奇偶错误等。

可屏蔽中断是指用户可以用指令禁止和允许的中断。它是来自CPU的INTR端的中断。当CPU收到可屏蔽中断请求信号时，是否予以响应取决于中断允许标志IF的状态。假设IF=1，那么CPU在执行完当前指令后，响应中断请求；假设IF=0，那么禁止可屏蔽中断。

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可屏蔽中断通常用于各种外部设备的中断。微型计算机配置的外部设备一般有硬盘、软盘、键盘、显示器和打印机等。这些外部设备通过8259A可编程中断控制器与CPU相连，8259A 接收来自外设的中断请求，由8259A向CPU发出中断请求。

8.4 CPU在什么情况下才响应中断〔可屏蔽〕？

答：一个可屏蔽中断假设想得到CPU的响应，必须同时满足以下所有条件：

首先，CPU应收到一个可靠的中断请求信号，且该中断请求信号应一直保持到它被响应为止。

其次，在中断请求的同时，没有更高级的请求信号发生。即这个中断请求应该是当前申请中断的、且没有被屏蔽的、优先级最高的中断源。

第三，CPU内部应处在开中断〔允许中断〕状态。对8086CPU，应设置IF=1。

第四，CPU至少要在当前指令执行完成时才可能响应中断。事实上，CPU只在特定的时刻〔当前指令周期最后一个总线周期的最后一个时钟周期〕才采样有无中断申请。

第五，如果遇到CPU正在执行中断返回指令〔IRET〕，或CPU正在对中断资源进行操作〔如执行STI指令〕，那么要在现行指令执行完后接着再执行一条其他指令，此后才能响应新的中断。这么做的目的是为了隔离两个中断。

8.5 什么叫中断优先权〔级〕？有哪些解决中断优先权〔级〕的方法？

答：大多数的处理机系统都是多中断源—单申请线的系统，即多个中断源共用同一条中断申请线向CPU申请中断。因此首先要解决系统中有两个或两个以上中断源同时申请中断时CPU优先响应哪个中断源的中断申请问题，即让哪个中断源的中断申请优先通过唯一的中断申请线向CPU申请中断。为此，提出了中断优先级的概念。CPU总是首先响应当前申请中断的、最高优先权的请求。

软件查询中断源及优先级排队方法。该方法的主要思想是：多个中断源的中断申请通过一个“或〞逻辑后由同一引脚向CPU申请中断，同时在中断接口电路中设置一个中断请求锁存器，以保存各个中断源的中断申请。CPU中断响应，在关闭中断、保护断点和标志存放器内容后，转入系统唯一的、为所有中断源所共用的中断效劳程序入口执行中断效劳程序，在中断效劳程序中用软件查询的方法查找中断源，从而将程序转向相应的中断效劳程序。显然，按照先查到的先效劳的思想，软件查询的顺序就是中断优先级的顺序。实现这种软件查询中断源及优先级排队方法所需的硬件接口逻辑非常简单，改变各中断源的优先级次序也非常方便，但缺点是软件查询所需的时间较长。因此这种方法主要用于系统规模较小、对响应时间要求不太高的场合。

链式优先权排队逻辑。多个中断源的中断申请通过一个“或〞逻辑后由同一引脚向CPU 申请中断，同时设置中断请求触发器以保存各个中断源的中断申请。各中断源还需准备一个唯一标识该中断源的的标识码—中断矢量，已备CPU在响应中断时根据此标识码来判断中断的来源以及将要转入的中断效劳程序入口。来自CPU的中断响应信号INTA通过多个与门逐次向后传送，形成一个传送INTA信号的链条，称为菊花链。每个中断源的中断优先级由它们在链条中的位置来决定。处于链首的中断源具有最高的优先级，链尾中断源的优先级最低。在当前申请中断的中断源中，只有收到有效INTA信号的中断源，才有资格翻开三态缓冲器向