计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
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中断系统是计算机实现中断功能的软硬件 总称。一般在CPU中设置中断机构，在外 设接口中设置中断控制器，在软件上设置 相应的中断服务程序。
精选课件
3
8.3.1中断的概念、功能
中断适合于处理随机出现的事务 主程序只在设备就绪时才与之交互数据
精选课件
4
8.3.1中断的概念、功能
中断系统的功能包括：
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0精1选课1件
20
(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。
精选课件
9
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
数据通道中断。如磁盘、磁带等要同主机进行数据交换等。 实时时钟中断。 故障中断。例如电源掉电、设备故障等要求CPU进行紧急处
理等。
系统中断。如运算过程出现溢出、数据格式非法，数据传送 过程出现校验错，控制器遇到非法指令等等。
为了调试程序而设置的中断。
精选课件
6
8.3.1中断的概念、功能
不再接 中断
21
Baidu Nhomakorabea
(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。
程序中断方式
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1
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
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2
8.3.1中断的概念、功能
中断（Interrupt）是指CPU暂时中止现 行程序，转去处理随机发生的紧急事件， 处理完后自动返回原程序的功能和技术。
硬件 实现
精选课件
软件 实现
可再接 中断
7
8.3.1中断的概念、功能
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
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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
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14
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15
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
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。
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19
(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?
1)实现主机和外设的并行工作； 2)处理故障； 3)实现多道程序的分时操作； 4)实时控制； 5)实现人机联系； 6)实现多机通信。
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5
8.3.1中断的概念、功能
中断源：能够向CPU发出中断请求的事件。
常见中断源有：
输入、输出设备中断。如键盘、打印机等工作过程中已做好 接收或发送准备。
8
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 器
IM（Interrupt Mask）中断屏蔽触发器
精选课件
• 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，开放更高级的 IM。
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16
8.3.4多级中断
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17
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
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18
举例
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。
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13
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。
单级中断示意图8.7类似于第六章的链式查 询方式。
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11
8.3.3单级中断
中断响应：
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12
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）
• 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
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”设到标精发选“志课出件中R响D断应置请中“求断1””信；标号志并IR关；闭中断；
10
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。
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中断适合于处理随机出现的事务 主程序只在设备就绪时才与之交互数据
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8.3.1中断的概念、功能
中断系统的功能包括：
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0精1选课1件
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(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。
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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
数据通道中断。如磁盘、磁带等要同主机进行数据交换等。 实时时钟中断。 故障中断。例如电源掉电、设备故障等要求CPU进行紧急处
理等。
系统中断。如运算过程出现溢出、数据格式非法，数据传送 过程出现校验错，控制器遇到非法指令等等。
为了调试程序而设置的中断。
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8.3.1中断的概念、功能
不再接 中断
21
Baidu Nhomakorabea
(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。
程序中断方式
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1
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
精选课件
2
8.3.1中断的概念、功能
中断（Interrupt）是指CPU暂时中止现 行程序，转去处理随机发生的紧急事件， 处理完后自动返回原程序的功能和技术。
硬件 实现
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软件 实现
可再接 中断
7
8.3.1中断的概念、功能
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
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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
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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
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。
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(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?
1)实现主机和外设的并行工作； 2)处理故障； 3)实现多道程序的分时操作； 4)实时控制； 5)实现人机联系； 6)实现多机通信。
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8.3.1中断的概念、功能
中断源：能够向CPU发出中断请求的事件。
常见中断源有：
输入、输出设备中断。如键盘、打印机等工作过程中已做好 接收或发送准备。
8
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 器
IM（Interrupt Mask）中断屏蔽触发器
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• 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，开放更高级的 IM。
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8.3.4多级中断
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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
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18
举例
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。
精选课件
13
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。
单级中断示意图8.7类似于第六章的链式查 询方式。
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11
8.3.3单级中断
中断响应：
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12
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）
• 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
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”设到标精发选“志课出件中R响D断应置请中“求断1””信；标号志并IR关；闭中断；
10
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。