中斷的概念

8.6 程式中斷控制方式 8.6.1 中斷的概念

概念：CPU 暫時停下現行程式的執行，轉向為臨時發生的事件進行處理，處理完後，再返回執行原程式。中斷是一種在發生了一個外部的事件時調用相應的處理常式(或稱服務程式)的過程。中斷服務程式與中斷時CPU正在啟動並執行程式是相互獨立的，相互不傳遞資料。

一. 中斷的作用：

1.實現主機和外設並行工作
2.故障的處理
3.即時處理基本概念

二.中斷處理中的問題：

(1)裝置識別方式 (2)中斷處理常式入口地址的形成 (3)中斷裁決 (4)中斷屏蔽

三.中斷類型

內中斷:發生在主機內部的中斷稱為內中斷
外中斷由主機外來事件引起的中斷稱外中斷
中斷的例子：複位，時鐘中斷，鍵盤中斷，頁面失效中斷
內部中斷（異常處理）：算術操作異常、非法指令、越權指令、頁面失效
外部中斷（可屏蔽，不可屏蔽）：鍵盤、滑鼠、電源
軟體中斷 ：自陷（系統調用）

 

8.6.2 插斷要求的發送與屏蔽

電腦中的中斷處理是由插斷要求引起的。

一. 外設發插斷要求如下：
(1)資訊傳送:裝置完成了一個資料的傳送，下一個資料的傳送工作已準備好。
(2)裝置或介面發生故障:此時需 CPU 檢查狀態並進行相應處理
(3)DMA方式或通道方式:完成指定量資料的傳送，要求CPU進行結束處理工作。

二. 中斷（可屏蔽）申請的方法

1.插斷要求訊號IRQ還要受到中斷屏蔽觸發器 INM 的控制（INM在各裝置中）。CPU通過程式可以有選擇地使一些介面的INM 為“1”另一些為“0”。如：Z80系統中IFF1、IFF0受EI、DI指令的控制

2.多重中斷：中斷服務程式也可以被中斷—中斷嵌套。

實現方法一：給CPU及插斷要求都設定優先權。
實現方法二：採用中斷屏蔽寄存器，用軟體佈建靈活的優先順序。

 

8.6.3 中斷優先順序

優先順序：CPU 響應並處理插斷要求的先後次序，它根據中斷事件的重要性和迫切性而定。

8.6.4 單級處理和多級處理中斷（中斷嵌套）

單級處理:不同優先等級的裝置同時請求中斷時，按照優先順序一個一個處理。

多重處理(中斷嵌套)：允許優先順序高的中斷打斷優先順序底的中斷服務程式。

 

8.6.5 屏蔽碼改變優先等級

屏蔽技術：CPU送往各裝置介面的屏蔽觸發器狀態的資訊集合稱為屏蔽碼。

CPU通過控制各裝置介面的屏蔽觸發器狀態達到改變處理次序的目的。

 

8.6.6 中斷的處理過程

中斷響應：為公操作，將指令計數器和程式狀態字寄存器的內容儲存到儲存空間中。

中斷識別：確定中斷源，並轉向相應的中斷服務程式。

儲存現場：在中斷服務中實現對有關寄存器內容的保護。

中斷服務：

恢複現場：

返回原程式：

 

8.6.7  中斷響應

1.執行完當前指令,若能響應，則進入中斷。

2.保護斷點：（返回地址）指令計數器、和程式狀態字寄存器進棧（不執行指令）稱中斷隱指令。

3.自動關中斷

 

8.6.8 中斷識別 (裝置的識別)（問題1）

一.程式識別 P198 圖 8.17（軟體查詢）

先查詢的層級高

二.單線查詢法

硬體排隊

三.中斷向量法

中斷向量：中斷服務程式入口地址 稱為中斷向量。中斷向量在主存中的第一個單元地址稱為向量地址。每個中斷源都有一個中斷向量和向量地址。
中斷向量法：CPU響應中斷後，中斷硬體機構自動將向量地址送入CPU，CPU實現程式切換，這種方法稱為中斷向量法。
向量中斷： 採用中斷向量法的中斷叫向量中斷。
中斷優先權編碼電路（VIPE）：其功能是--按照優先順序次序選擇提出插斷要求的最優裝置。而且將該裝置向量地址送入CPU