计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式

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
8.3.1中断的概念、功能

中断系统的功能包括：
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。
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。
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


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。 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。
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?
8.3.1中断的概念、功能
不再接 中断 软件 实现
硬件 实现
可再接 中断
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
(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?
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）
• 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。
8.3.2程序中断方式的基本I/O接口



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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
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：
8.3.2程序中断方式的基本接口
①表示由程序启动外设，将该外设接口的“忙”标志 ⑤表示允许中断标志 ⑦表示如果“中断屏蔽”标志 ②表示接口向外设发出启动信号； ⑧表示转向该设备的中断服务程序入口； EI为“1”时，接口向 IM为“0”时， CPU CPU 发出中断请求信号； BS 在一条指令执行结束 置“1”，“准备就绪”标志RD ⑨表示中断服务程序通过输入指令把接口中数据缓冲寄存器的数据读至 ④表示当设备动作结束或缓冲寄存器数据填满时，设备向接口送出一 ⑥表示在一条指令执行末尾 （③表示数据由外设传送到接口的缓冲寄存器； 10）表示CPU发出控制信号 CPU检查中断请求线， C将接口中的BS和RD标志复位。 CPU中的寄存器； 后受理外设的中断请求，向外设发出响应中断信号并关闭中断； 控制信号，将数据“准备就绪”标志 将中断请求线的请求信号接收到“中断请求”标志 RD置“1”； IR；
• 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，开放更高级的 IM。


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。 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。