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8.4-中断系统小结cpu响应中断_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客_cpu响应中断的步骤【README】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】中断系统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中断因素人为设置的中断程序性事故如java异常硬件故障如硬盘坏道Io设备如数据输入输出外部事件如键盘中断按钮调试程序3中断系统需要解决的问题序号问题1https://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/1235392163.本文首先给出中断全流程 【1】概述
【1.1】引起中断的各种因素 0中断系统作用 第5章我们用中断系统实现了数据的输入输出上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
1引起中断的各种因素
人为设置的中断程序性事故如java异常硬件故障如硬盘坏道Io设备如数据输入输出外部事件如键盘中断按钮调试程序【1.2】中断系统需解决的问题 序号 问题 1 各中断源如何向cpu提出请求 2 各中断源同时提出请求怎么办 3 Cpu在什么条件什么时间以什么方式响应中断 4 如何保护现场 5 如何寻找入口地址 6 如何恢复现场如何返回 7 处理中断的过程中又出现新的中断 怎么办 【2】中断请求标记和中断判优逻辑
【2.1】中断请求标记 【问题1】多个中断源如何提出中断请求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
中断触发器可以做在中断源的接口电路或做在cpu内部 【2.2】中断判优逻辑
【问题2】多个中断源同时提出中断请求怎么办Cpu如何响应响应对系统影响最大的中断源
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 排队器可以在中断源接口电路或在cpu内部 上图由硬件实现的排队器也可以软件实现排队器如下 【3】 中断服务程序入口地址的寻找
【3.1】硬件向量法 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
【问题3】如何寻找中断服务程序的入口地址硬件向量法或软件查询法
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【3.2】软件查找法
用软件如何查找中断服务程序入口地址 通过执行中断识别程序进行查找 利用软件方法更加灵活 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 若等于1说明中断源已经准备好了提出了中断请求cpu就要去执行响应的中断服务程序步骤2若等于0说明1号中断源没有准备好则跳过指令2进入2号中断源的查询步骤3 2 JMP 1#SR 执行中断服务程序 3 SKP DZ 2 …… 4 JMP 2SR …… 【4】中断响应 【问题4】Cpu在什么条件什么时间以什么方式响应中断
1cpu在什么条件下响应中断请求
为了表示cpu是否响应中断请求有一个允许中断触发器EINT值1表示允许cpu响应中断源发出的中断请求
2cpu在什么时间响应中断请求 通常情况下cpu只有在指令的执行阶段结束以后才能够响应中断请求 但cpu的某些指令的执行阶段比较长这种情况就允许cpu在指令执行过程中响应中断请求 问题 为什么cpu要把响应中断的时间放在指令执行阶段以后呢
3cpu响应中断过程
在指令执行以后cpu发送查询信号到中断源的中断请求触发器查询信号把中断请求触发器的输出端设置为1把中断请求信号发送到排队电路【4.3】中断隐指令
1中断隐指令说的是保存程序断点寻找中断服务程序入口地址关中断这3个步骤是计算机硬件来完成的并不是在某一条具体指令的驱动下完成的即中断隐指令并不是指令集中的指令但在响应中断过程中这些硬件操作都要执行 EINT允许中断的R-S触发器 值为1表示允许中断 INT中断标记的R-S触发器值为1表示相应中断只要INT设置为1EINT就要被设置为0 【4.3.1】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 【4.3.2】中断响应步骤 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 【5】保护现场与恢复现场 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
保护现场push指令其他服务程序中断服务程序剩余部分恢复现场pop指令中断返回IRET指令【6】 多重中断
【6.1】多重中断概念 【问题7】处理中断的过程中又出现新的中断怎么办 再问如果新的中断源的优先级高于当前正在处理的中断源的优先级又要如何处理处理过程如下
处理中断1时发生了中断2且中断2优先级大于中断1则停止中断1的服务程序转而执行中断2的服务程序处理中断2时发生了中断3且中断3优先级大于中断2则停止中断2的服务程序转而执行中断3的服务程序上图中 产生了3次中断和3个断点分别是 k1, l1, m1 【6.2】实现多重中断的条件 1要允许cpu在执行某个中断服务程序时响应新的中断请求就要提前打开 EINT允许中断触发器设置 EINT1
2是不是任何一个新的中断请求都能打断当前正在执行的中断服务不是的 只有高优先级的中断源才可以打断低优先级中断源
3中断过程如下 时间 轴 中断 请求 主程序 中断服务程序(优先级降序) A B C D 1 BC 2 保存主程序断点 3 转到中断服务程序B 执行 4 从B中恢复到主程序断点 5 保存主程序断点 6 D 转到中断服务程序C 执行 7 从C中恢复到主程序断点 8 保存主程序断点 9 A 转到中断服务程序D 执行 10 保存中断服务程序D的断点 11 转到中断服务程序A 执行 12 从A恢复到中断服务程序D断点继续执行 13 从D种恢复继续执行
详细步骤解析如下
1) 主程序在运行时中断源BC请求中断2) 又B优先级高于C则主程序响应B中断保存主程序中断断点执行B的中断服务程序3) 恢复现场到主程序4) 主程序响应中断C保存主程序的中断断点执行C的中断服务程序5) 在执行C的中断服务程序过程中中断D请求中断由C的优先级高于D所以cpu不会理会D而是继续执行中断C6) 恢复现场到主程序7) 主程序响应中断D保存主程序的断点执行D的中断服务程序8) 在执行D的过程中中断源A请求中断9) 又A的优先级高于D所以保存D的中断服务程序为断点转而响应中断A执行A的中断服务程序10) 恢复现场到D的中断服务程序执行D的中断服务程序11) 恢复到主程序
【补充】 中断谁就要返回到谁的执行现场 【6.3】中断屏蔽技术
refer2 中断屏蔽技术_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客 【6.4】多重中断的断点保护 1断点保护有2个方法
方法1断点进栈由中断隐指令来完成方法2断点存入0号或某个内存地址由中断隐指令来完成
2在中断周期中需要保存断点如断点保存到0地址
步骤1把0地址送入MAR主存地址寄存器步骤2命令存储器写操作步骤3把PC保存的断点值写入MDR主存数据寄存器之前把断点下一条指令地址写入0地址断点在PC寄存器中因为PC寄存器存储了下一条要执行的指令的地址下一条指的是主程序或当前正在执行的程序的下一条步骤4把MDR的数据送入到MAR指向的内存单元中
3有个问题中断周期的保存断点阶段如果都把断点地址保存到0地址那遇到多种中断下一个中断周期的断点地址就会把上一个中断的断点给覆盖掉如何保证断点内容不丢失呢 【6.4.3】程序断点存入0地址的断点保护 上述指令列表的执行步骤如下 向量地址 内容 说明 0 断点内容 保存程序断点到0地址 5 JMP SERVE serve 是中断服务程序的入口地址 中断向量形成部件把向量地址5送入pc寄存器 SERVE STA SERVE 保存现场 如保存acc寄存器的内容到SERVE指向的内存单元中 … LDA 0 把0地址的内存单元数据取出来放入acc寄存器 0地址的内存就是程序断点 STA RETURN 通过STA指令把程序断点保存在RETURN单元 通过转存把程序断点保护起来 置屏蔽字 设置中断屏蔽字在开中断之前 ENI 开中断 … LDA SAVE 恢复程序现场把SAVE内存单元的内容送入acc寄存器 恢复中断屏蔽字 在返回中断之前要恢复中断屏蔽字 JMP RETURN 通过一条间接跳转指令间址寻址 跳转到RETURN内存单元保存的那个地址程序断点 SAVE XXX 存放ACC内容 RETURN XXX 转存0地址内容
