计算机组成原理第七章输入输出系统[三]分析

向量地址 ………
Байду номын сангаас
中断请求寄存 器和中断屏蔽 寄存器的关系, 见图7.9
器
INTR1
INTR2
INTR3
设备1 设备3 设备2 设备1中 寄存器 断服务程 1—屏蔽 0—开放 序中的屏 中断屏蔽寄 蔽字(响 设备1 设备2 设备3 设备4 存器 应优先级 1 1 1 1 别=处理 优先级别)图7.13 独立请求方式的优先级排队逻辑
二 、中断响应
1、什么叫中断响应(Interrupt Response) • 处理机从发现中断请求、中止现行程序 到调出中断处理程序的过程。 • 其中的实质性工作是中断请求设备的识 别和程序的切换。
2、中断响应的条件(以下同时满足则进入中断响 应周期) (1)中断源有中断请求,其中断请求触发器处于“1” 状态； (2)接口中未对该请求设屏蔽,即中断屏蔽触发器 为“0”； (3)CPU允许中断,即CPU内部设置的中断允许触 发器EINT为开放状态(开中断)； (4)中断请求的级别高于当前程序的优先级； (5)一条指令执行完毕(如图7.16所示).
回顾:
Q
。 1 。 & ○ Q
D
INTR D∧
Q
Q MASK
。
来自CPU的中 断查询信号
图7.9 接口电路中D、INTR、MASK和中断查询信号的关系
向量地址形成部件(编码器)
排 队
与 与 与 INTR1‘ INTR2‘ INTR3‘ INTR4‘
向量地址 ………
中断请求寄存 器和中断屏蔽 寄存器的关系, 见图7.9
表7.1 中断优先级与屏蔽字的关系 屏蔽字 优先级 B C A D 1 1 1 1 A 1 1 0 1 B 1 0 C 0 1 D 0
0
0
1
2、屏蔽技术可改变优先等级 中断响应优先级:指CPU响应各中断源请求 的优先次序,这种次序是由硬件(排队判优线 路) 决定的. 中断处理优先级:指CPU对各中断请求处理 的先后次序. 如不使用屏蔽技术,响应的优先次序就是处 理的优先次序.
器
INTR1 设备1
INTR2 设备2
设备3
INTR3
INTR4 中断请求 设备4
寄存器
用户程序 运行当中 设备1 0 的屏蔽字
1—屏蔽 0—开放
设备2 0 设备3 0 设备4 0
中断屏蔽寄 存器
图7.13 独立请求方式的优先级排队逻辑
向量地址形成部件(编码器)
排 队
与 与 与 INTR1‘ INTR2‘ INTR3‘ INTR4‘
取指周期
有间址吗
是 间址周期
否 执行周期
有中断吗
是 中断周期
否
图7.16
指令周期的流程
7.3.3 程序中断的处理过程
中断的过程一般分为几个阶段:中断请求、 中断响应、中断判优、中断服务和中断返回. 一、中断请求信号的建立与传送 某个中断源在准备就绪,且相应的中断屏蔽 触发器在非屏蔽状态(MASK=0),其中断请求触 发器(INTR)被置“1”, 通过相应的信号传送电路 (公共传送线路、独立请求线等)将其中断请求信 号送往CPU.
硬件 直接 实现 (相当 于执 行了 一条 机器 指令, 称为 隐指 令)
响应中断(发INTA信号) 关中断 保护断点，找中断源
转移到中断服务子程序 … …
图7.17 中断响应周期完成的工作
三、中断服务处理

不同设备的服务程序是不同的,但其 程序流程类似.一般中断服务程序的流 程包括:保护现场、 中断服务、 恢复 现场和中断返回. 1、保护现场
INTR4 中断请求 设备4
向量地址形成部件(编码器)
排 队
与 与 与 INTR1‘ INTR2‘ INTR3‘ INTR4‘
向量地址 ………
中断请求寄存 器和中断屏蔽 寄存器的关系, 见图7.9
器
INTR1
INTR2
INTR3
设备1 设备3 设备2 设备4中 寄存器 断服务程 1—屏蔽 0—开放 序中的屏 中断屏蔽寄 蔽字(响 设备1 设备2 设备3 设备4 存器 应优先级 0 0 0 1 别=处理 优先级别)图7.13 独立请求方式的优先级排队逻辑
图7. 2 1中断处理过程示意图
(P.303) 第8题：设某机有5级中断：L0，L1，L2，L3， L4，其中断响应优先次序为：L0最高，L1次之，L4最低。 现在要求将中断处理次序改为L1→L3→L0→L4→L2，试问： (1)表8.2中(见下页)各级中断处理程序的各级中断屏蔽值 如何设置(每级对应一位,该位为“0”表示允许中断,该位为 “1”表示中断屏蔽)? 解:1 中断处理程序级别 L0 L1 L2 L3 L4 中断处理级屏蔽位 L0 L1 L2 L3 L4 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1

3、恢复现场

三、中断服务处理
中断服务程序的 结尾部分 含义是将原程序中的“现场”恢复到原来 的寄存器中 具体做法是,用取数指令或出栈指令,将保 存在存储器(或堆栈)中的信息,送到原来的 寄存器
4、中断返回 中断服务程序的最后一条指令为中断返回 指令 其作用是将原程序断点处内容(PC、PSW) 送回原寄存器,以便继续执行原程序
3、中断响应周期与中断隐指令
中断响应周期(INTC):指响应中断开始至执 行服务程序之前CPU所处的一个机器周期 状态. CPU一旦进入中断周期,即执行一条中断隐 指令. 中断隐指令, 它类似于一条指令,但在 机器 指令系统中并不存在,是CPU在中断周期由 硬件自动完成的一条指令.
3、中断响应周期与中断隐指令
INTR4 中断请求 设备4
向量地址形成部件(编码器)
排 队
与 与 与 INTR1‘ INTR2‘ INTR3‘ INTR4‘
向量地址 ………
中断请求寄存 器和中断屏蔽 寄存器的关系, 见图7.9
器
INTR1
INTR2
INTR3
设备1 设备3 设备2 设备3中 寄存器 断服务程 1—屏蔽 0—开放 序中的屏 中断屏蔽寄 蔽字(响 设备1 设备2 设备3 设备4 存器 应优先级 0 0 1 1 别=处理 优先级别)图7.13 独立请求方式的优先级排队逻辑
(2)若这5级中断同时都发出中断请求,按更改后的次序画出 进入各中断处理程序的过程示意图. 中断服务 程序
L4 L3 L2 L1 L0
现行程序
1-5同时 提出
图7.22 CPU运行程序的轨迹
中断请求
例:某计算机系统共有5级中断,其中断响应优先级从高到低为
1
2 3 4 5,先按如下规定修改:各级中断处理时均屏蔽本级中断, 且处理1级中断时屏蔽2、3、4、5级中断;处理2级中断时屏蔽3、 4、5级中断;处理4级中断时不屏蔽其它中断;处理3级中断时屏蔽 4级和5级中断;处理5级中断时屏蔽4级中断.试问中断处理优先级 (从高到低)顺序如何排列?并给出各级中断处理程序的中断屏蔽 字?
中断请求 主程序
B、C→
A
B
C D
D→ A→
图7.20 多重中断处理示意图
为保证级别低的中断源不干扰级别高的中断源的中 断处理过程,特采用屏蔽技术.
三、屏蔽技术
1、屏蔽触发器与屏蔽字:接口中每级(n级)中断源均 有各自的中断屏蔽触发器(共n个),用来决定是否屏 蔽该中断源提出的中断请求,它们组成n位的中断屏 蔽寄存器,其内容,称之为屏蔽码(屏蔽字). 屏蔽字与中断源的优先级别是一一对应的.见表7.1.
含义是将中断服务程序中用到的通用寄 存器的内容保存起来. 具体做法是,在中断服务程序起始部分安 排若干条存数指令,将寄存器的内容存至 存储器中保存,或用进栈指令将现场内容 压入堆栈.

三、中断服务处理
2、中断服务
中断服务程序的主体部分 对不同的中断源,中断服务操作不同 若中断源为打印机,中断服务程序中的 指令为数据传送指令,将CPU中需要打印 的字符代码,送入接口中的数据端口,供打 印之用.
(1) 中断响应优先级与中断处理优先级相同的情况下屏蔽 码的设置 例：设某机中有4级响应优先权,由高到低为 1→2→3→4,每级对应一位屏蔽码.如果中断处理优先级和 中断响应优先级相同,屏蔽码的设置如下所示： 表7.2 程序优先级别与屏蔽码 程序级别 第1级中断 第2级中断 第3级中断 第4级中断 用户程序 屏蔽码 1级 2级 3 级 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 备注 4级 1 1 1 1 0 0——开放 1——屏蔽
中断隐指令完成以下操作: (1) 发中断响应信号(INTA) (2) 关中断(关闭中断允许触发器EINT,使EINT置 “ 0 ”) 为保护断点期间不被更高级的中断请求所打断, 保证被中断的程序在中断服务程序执行完后能接着 正确地执行下去. (3) 保护程序断点 为了使得切换前后的程序能正确运行,将程序 状态字PSW和PC的内容压入堆栈. (4) 寻找服务程序入口地址 通过硬件自动生成向量地址,进而找到中断向 量(即中断服务程序的入口地址),将其送入PC. 详见 图7.17.
INTR4 中断请求 设备4
向量地址形成部件(编码器)
排 队
与 与 与 INTR1‘ INTR2‘ INTR3‘ INTR4‘
向量地址 ………
中断请求寄存 器和中断屏蔽 寄存器的关系, 见图7.9
器
INTR1
INTR2
INTR3
设备1 设备3 设备2 设备2中 寄存器 断服务程 1—屏蔽 0—开放 序中的屏 中断屏蔽寄 蔽字(响 设备1 设备2 设备3 设备4 存器 应优先级 0 1 1 1 别=处理 优先级别)图7.13 独立请求方式的优先级排队逻辑
INTR4 中断请求 设备4
例:如果CPU在执行某一个正常程序时出现了1、2、4 级的中断请求,在执行4级中断的中断处理程序的过程当中, 又出现了3级中断请求,在执行3级中断的中断处理过程中, 又出现了1级中断请求,画出CPU执行程序的轨迹图. 主程序 ⑴ ⑵ ⑷ 中断服务程序 1 2 3 4
(3) 注意：是在主程序 (1)
总结：中断过程示意图
CPU检测到中断请求并决定 响应此请求 在本指令执行完毕进入中断 隐指令流程
中断服务程序
主程序 …… 保存现场信息； 保存旧屏蔽字并 设置新屏蔽字； 开中断
关中断 保存断点 判断优先级别最高的中断源
中断服务程序入口地址 转中断服务程序
…… ……
执行中断服务 子程序
关中断；恢复旧 屏蔽字及其它现 场信息；开中断； 返回
执行完一条指令后， 才转去执行相应的 中断服务程序。原 因见P276图8.3或 图7.19。
(2)改变中断处理优先级的情况下屏蔽码的设置 如果采用中断屏蔽技术来改变中断处理的次序,如将上 例中处理次序改为1→4→3→2,只需将中断屏蔽码改为：
表7.3 修改中断处理次序屏蔽码
程序级别 第1级中断 第2级中断 第3级中断 第4级中断 用户程序 屏蔽码 1级 2级 3 级 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 备注 4级 1 0 0 1 0 0——开放 1——屏蔽
主程序
一级中断 二级中断 三级中断 服务程序 服务程序 服务程序
第一次中 断请求
优先级别 优先级别 更高的 更高的 中断请求 中断请求
图7.18 多重中断示意图
返回
单重中断
区别:“开中 断”的设置 时间不同 取指令
执行指令 中断否 N Y 中断响应 关中断 保存断点
中断向量→PC
图 多重中断 单 重 中 断 和 多 重 中 断 服 务 程 序 流 程 7.19
7.3.4 中断屏蔽技术
一、 概念 多重中断:计算机在处理中断的过程中,有可 能出现新的中断请求.此时,如果CPU暂停现 行的中断服务程序,转去执行新的中断请求, 称为中断嵌套,或多级中断,如图7.18所示. 单重中断:若CPU在执行中断服务程序时,对 新的中断请求不予理睬,称为单级中断. 两种中断的处理流程略有不同,见图7.19.
中 断 周 期 中 断 服 务 程 序 取指令 执行指令 中断否 N Y 中断响应 关中断 保存断点
中断向量→PC
中 断 周 期 中 断 服 务 程 序
保护现场
保护现场
设置新屏蔽字、开中断
设备服务 恢复现场
开中断 中断返回
设备服务
关中断、恢复现场、 恢复屏蔽字、开中断 中断返回
返回
二、实现多重中断的条件 提前设置“开中断”指令(见图7.18) 优先级别高的中断源有权中断优先级别低 的中断源 例如:有A、B、C、D四个中断源,优先级为 A→B→C→D. 中断服务程序