技术标签: 计算机组成原理
本文转自bilibili《计算机组成原理(哈工大刘宏伟)》的视频讲解,非常棒,墙裂推荐;
1)作用:用中断系统实现了外设数据的输入输出; 还可以用于程序调试,计算机系统的异常事件,都可以用中断系统来处理;
2)中断因素
给每一个中断源设置一个触发器,用触发器来标记这个中断源是否提出了中断请求;
一个中断源对应一个中断请求触发器INTR,多个触发器组成了中断请求标记寄存器 INTR;
中断请求标记寄存器 INTR 如下:
对中断源进行分级;响应优先级最高的中断源(对中断源的级别进行排队);
中断优先级分为:响应优先级和处理优先级;
响应优先级,由硬件决定(中断源)决定,无法修改;
处理优先级可以修改,通过设置中断屏蔽字到中断屏蔽寄存器来屏蔽其他中断;
【2.3.1】cpu在什么条件下响应中断请求 ?
【2.3.2】 cpu在什么时间响应中断请求 ?
【2.3.3】 cpu响应中断过程:
补充:中断隐指令作为响应中断的一部分,有3个操作(保护程序断点,寻找入口地址,硬件关中断):如下:
中断响应步骤如下:
步骤 |
描述 |
1 |
Cpu完成指令执行阶段后,通过硬件向量法查找中断源;各个中断源的信号送入排队器; |
2 |
排队器把中断源信号(只有一根线为1)送给中断标记触发器,从而把INT设置为1,而EINT设置为0; |
3 |
此外,排队器还要把中断信号送给向量地址形成部件,这个向量地址送给PC,为执行中断服务程序做准备;(向量地址保存了中断服务程序的入口地址) |
【小结】中断响应过程中要解决的3个问题:
问题1)保护程序断点: 断点就是中断服务程序执行完成后,返回执行的指令;
方法1 断点存到特定地址(0号地址)内;
方法2 断点进栈;
问题2)寻找中断服务程序入口地址;
方法1 采用硬件向量法:把中断向量地址发送到PC寄存器;PC中保存了向量地址,这个向量地址保存了中断服务程序的入口地址,或跳转指令,该指令会跳转到中断服务程序;
方法2 软件查询法:中断识别程序的入口地址发送到PC寄存器;计算机执行中断识别程序来查找中断服务程序的入口地址;
问题3)硬件关中断(把中断允许触发器的值设置为0);
关中断的目的: 避免在单重中断的机器中,在执行中断服务程序的过程中,有新的中断源会打断当前的中断服务程序的执行;
另外,即使在多重中断的cpu中,采用关中断的方式,也是为了保存程序断点,保存程序现场的一个过程;
1 保护现场
1.1 保存断点:由中断隐指令(硬件)来做,包括3个步骤(保存断点,形成中断服务程序的入口地址,硬件关中断) ;
1.2 保存寄存器内容(由中断服务程序来做,软件):cpu当中的一些寄存器在执行中断服务程序的时候需要用到;这些寄存器的内容也要进行保存 ;因为这些内容将来中断返回的时候,主程序还要用到;2 恢复现场
2.1 由中断服务程序完成;
因为中断服务程序在保存现场的时候,可以吧寄存器内容压入到堆栈中;
在中断服务程序恢复现场时,可以出栈;3 中断服务程序的工作内容包括:
1) 保护现场;push指令;
2) 其他服务程序(中断服务程序剩余部分);
3) 恢复现场;pop指令;
4) 中断返回;IRET指令;
【补充*】上述保护现场入栈,恢复现场出栈,也是线程切换的流程,即线程上线文切换的原理,可以看到,频繁切换就是入栈和出栈过程,即寄存器数据送入内存栈,和内存栈数据送入寄存器的过程;频繁切换的话,可以看到成本非常高,这个切换过程并没有做实际的业务逻辑;
通过硬件向量法,或程序查询法寻找;
排队器输出:只有1根线是高电平1,其他全部为低电平0;
向量地址形成部件:根据排队器输出,确定需要响应的中断源,从而确定执行哪一个中断服务程序(通过中断向量地址确定);
用硬件查找中断服务程序入口地址有两种方法:
方法1: 在中断向量地址的存储单元中存放一条跳转指令 如 jmp 200,则200就是中断服务程序的入口地址;
方法2: 在中断向量地址的存储单元中存放的就是中断服务程序的入口地址,如中断向量地址12H,其保存的入口地址200;
中断识别程序查询步骤:
步骤 |
指令 |
说明 |
1 |
SKP DZ 1# |
SKP表示跳过下一条指令; 指令功能:查询第1号中断源的完成触发器D;看触发器是等于0还是等于1;
|
2 |
JMP 1#SR |
执行中断服务程序 |
3 |
SKP DZ 2 |
…… |
4 |
JMP 2SR |
…… |
处理过程如下:
上图中: 产生了3次中断,和3个断点,分别是 k+1, l+1, m+1 ;
【例】利用中断屏蔽字修改中断处理优先级(响应多个中断),参见
https://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/123595867
cpu全过程有5个步骤:
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