计算机中断系统小结（cpu响应中断）

Posted 2022-03-21 PacosonSWJTU

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机中断系统小结（cpu响应中断）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

【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】中断介绍

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；

【2】 cpu中断问题

【2.1】问题1：各中断源如何向cpu提出请求？

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 INTR；

【2.2】问题2：各中断源同时提出请求，怎么办？

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】问题3：Cpu在什么条件，什么时间，以什么方式响应中断？

【2.3.1】cpu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；

【2.3.2】 cpu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；

【2.3.3】 cpu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；

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；

【2.4】问题4：如何保护现场？

【2.5】问题5：如何恢复现场？

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：
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；

【2.6】问题6：如何寻找中断服务程序的入口地址？

通过硬件向量法，或程序查询法寻找；

【2.6.1】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）；

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；

【2.6.2】程序查询法

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	……