第5章 中断技术.ppt

浙江工业大学计算机学院内容回顾3中断方式下，CPU无需完全服务于某个外设，效率高。
当出现某些异常或某外设有请求时，CPU暂停正在执行的程序，转去执行某一特定的程序，执行完后再返回原来的程序处继续执行。中断
指CPU正在执行某程序的过程中，由于出现了某些异常或外设提出了某种请求，CPU暂停当前程序，转去处理异常或外设请求的程序，执行完后再返回原来被终止的程序处继续执行。该过程称为中断。
主程序
未发生中断时，CPU正在执行的程序称为主程序。中断服务程序ISR
处理中断事件的程序，又称中断子程序。
不同的中断对应不同的ISR。
断点
中断时，主程序中被终止指令的下一条指令的地址。
CPU转去执行ISR时，断点被压入栈中进行保护；ISR执行完毕后，CPU通过出栈操作从栈顶获得中断断点，确保能返回到主程序处继续执行。中断源
引起中断的事件或设备。
内部中断：在CPU的内部产生。例：CPU执行程序时遇到的特殊情况，如：除法错。
外部中断：在CPU的外部产生。例：外设提出的中断，如电源故障。
中断类型号
微机系统中有多个中断源。为便于区分，为每个中断源分配一个编号，即中断类型号。中断接口
当中断源向CPU发中断请求时，需由一个电路来进行管理，如：接收中断请求、屏蔽/打开中断请求、中断优先级排队、中断嵌套和中断结束等。实现中断管理的逻辑电路称为中断接口。
本章使用8259A可编程中断控制器对系统的中断进行管理。中断识别
指CPU确定哪一个中断源发出中断请求的过程。
目的：最终形成该中断源所对应的中断服务程序的入口地址，实现程序的转移。
中断识别的2种方法：
查询法：采用软件或硬件查询技术来确定发出中断请求的中断源。
硬件法：由可编程中断控制器来提供中断类型号。中断向量和中断向量表
中断向量：指中断服务程序的入口地址。
每个ISR都有一个确定的入口地址。
入口地址=段基址CS：偏移地址IP，共4个字节。
中断向量表：将系统中所有的中断向量集中起来，按中断类型号从小到大的顺序存放在内存某区域。该存储区域称为中断向量表。
PC机中共有256个中断（0~255），每个中断向量占4个字节，共占1KB的存储区域。
用0000~03FFH的内存单元存储中断向量表。11从中断源请求中断到完成ISR后返回主程序的过程，称为中断过程。包含4个阶段。
中断源请求中断
外设发出中断请求时，中断接口电路需设置中断请求触发器，保持外设的中断请求信号，直到CPU响应该中断后才清除它。
中断接口电路应设置中断屏蔽寄存器，CPU可通过对其进行设置，使得某些中断源的中断请求不能提交到CPU。中断判优
由于同一时刻可能会有多个中断源同时请求中断服务，因此接口电路需对这些中断源进行优先级判别和优先级排队。这个过程称为中断判优。
CPU按照优先级的高低顺序来响应中断。中断响应
收到中断请求后，若CPU满足响应条件，则进入中断响应周期。
CPU响应中断的条件：
CPU当前指令执行结束。
没有更高级的中断请求在执行。
CPU处于开中断状态(IF=1)。可用指令改变IF的状态：STI开中断；CLI关中断。15中断服务
CPU转入ISR后，需做以下几件事情：
保护现场：ISR将要用到的寄存器压栈，以免其数据破坏。
开中断：以便在执行ISR时，能响应更高级的中断请求。
中断处理：处理中断请求所要求的操作。
关中断：保证在恢复现场时不被新的中断打断。
恢复现场：在ISR结束前，执行出栈操作，恢复各寄存器的内容，以便主程序正确执行。
开中断：保证返回主程序后仍能响应中断。
中断返回：ISR的最后一条指令为IRET，它将IP、CS和FLAGS的内容依次弹出，以便恢复到主程序的断点处。中断管理包括中断源识别、优先级排队和中断嵌套。
中断源识别
PC机内有多个中断源，CPU收到中断请求后，需识别是哪一个中断源发出了中断请求信号，以便执行相应的中断服务程序。
中断源识别的两种方法：
软件查询：CPU逐个查询各中断源的状态，从而确定是哪个设备发出了中断请求。
硬件处理：中断接口电路将要响应的中断类型号送给CPU。2.中断的优先级排队
当有多个中断源同时请求中断时，由于CPU在同一时刻只能响应并处理一个中断请求，因此，需根据中断的性质及轻重缓急对中断源进行优先级排队。
CPU先响应优先级高的中断请求。高优先级的中断请求可中断低优先级的中断服务。
优先级排队的方法：
软件查询法
硬件菊花链排队法
可编程中断控制器排队法软件查询法软件查询法的实现：
屏蔽法移位法软件查询法的优缺点：
优点：实现简单，节省硬件。
缺点：
中断源较多时，查询程序较长，由查询转入相应的中断服务程序入口需要的时间较长。
查询的先后顺序决定了中断的优先级顺序：先被查询的中断，优先级最高。硬件菊花链法
在每个外设的接口上接一个逻辑电路，这