【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 程序查詢控制方式接口 口的特征地址。圖中標(biāo)志的“讀”，表示接口寄存器中的信息輸入到主機(jī)；“寫”表示主機(jī)的信息輸出到接口；圖中的“設(shè)備”方框表示設(shè)備本身和設(shè)備控制器。圖 914為程序直接控制方式接口的示意。圖中，地址譯碼器用來識(shí)別設(shè)備，如果地址總線上傳送的地址碼是針對(duì)本設(shè)備接口的，那么控制線上的信號(hào)允許接收； DBR和 DSR可以分別編上地址碼，但它們地址的高位部分相同，這個(gè)地址高位部分就是該接口的特征地址。圖中標(biāo)志的“讀”，表示接口寄存器中的信息輸入到主機(jī)；“寫”表示主機(jī)的信息輸出到接口；圖中的“設(shè)備”方框表示設(shè)備本身和設(shè)備控制器。 圖 914 程序直接控制方式接口 設(shè)備狀態(tài)字 設(shè)備所有狀態(tài)的集合稱為設(shè)備狀態(tài)字 (DSW)。設(shè)備的每一種狀態(tài)由一個(gè)觸發(fā)器表示。這些觸發(fā)器連接在一起就構(gòu)成了 DSR。接口通常都設(shè)置了 DSR，它和主機(jī)中的程序狀態(tài)字 (PSW)寄存器表示的內(nèi)容不同，程序狀態(tài)字寄存器表示 CPU在執(zhí)行程序時(shí)的當(dāng)前狀態(tài)。 例如，某計(jì)算機(jī)接口中設(shè)備狀態(tài)字格式如圖 915所示。 圖 915 某計(jì)算機(jī)接口中的狀態(tài)字寄存器 輸入 /輸出管理程序舉例 現(xiàn)在以圖 913所示的流程為例 ， 說明若該機(jī)要從某設(shè)備輸入一批數(shù)據(jù)到主存的某個(gè)區(qū)域 ， 則可以通過下面一段程序?qū)崿F(xiàn)這一輸入過程 。 該程序段是以80x86系列 CPU的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 ， 它典型地表達(dá)了程序直接控制傳送方式的基本思想 。 設(shè)接口的狀態(tài)寄存器地址為 PORT1， 數(shù)據(jù)寄存器地址為 PORT2， 在初始化過程中已對(duì)控制寄存器寫入控制字 ， 使該接口為輸入口并啟動(dòng)了設(shè)備 ， 現(xiàn)在要從該接口所連接的輸入設(shè)備讀取 CONT個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) ， 存放到主存以 ADDR為首地址的區(qū)域 。 輸入 /輸出管理程序舉例 MOV CX， CONT；將數(shù)據(jù)量計(jì)數(shù)值 CONT送入 CX LEA BX， ADDR ；將主存中數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址ADDR送入 BX WLOOP： IN AL， PORT1；讀狀態(tài)字 TEST AL， 8 ；測(cè)試就緒位 R JZ WLOOP ；若 R=0，則表示輸入數(shù)據(jù)尚未準(zhǔn)備就緒，并繼續(xù)查詢 IN AL， PORT2 ； R=1，讀數(shù)據(jù)口 MOV ［ BX］， AL ；存數(shù)據(jù)到內(nèi)存 INC BX ；修改內(nèi)存地址指針 LOOP WLOOP ；計(jì)數(shù)器減 1，非零則繼續(xù) 程序中斷控制方式 中斷技術(shù)是計(jì)算機(jī)使用的一種重要技術(shù)，它的作用之一是使異步于主機(jī)工作的外圍設(shè)備與主機(jī)并行工作，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。中斷技術(shù)雖然源于輸入 /輸出，但它也是主機(jī)內(nèi)部管理的一種重要手段。 程序中斷控制方式 ? 中斷概述 ? 中斷請(qǐng)求的發(fā)送與屏蔽 ? 中斷優(yōu)先級(jí) ? 單級(jí)中斷處理和多重中斷處理 ? 使用屏蔽碼改變優(yōu)先等級(jí) ? 中斷的處理過程 ? 中斷響應(yīng) ? 中斷識(shí)別 ? 中斷服務(wù)和中斷返回 ? 程序中斷方式接口 中斷概述 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)某些非預(yù)期的事件，CPU暫時(shí)停止執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)向?yàn)樵撌录?wù)，待事件處理完畢，再恢復(fù)執(zhí)行原程序，這個(gè)過程稱為中斷。 計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中，可能會(huì)發(fā)生運(yùn)算溢出、除數(shù)為 0、無休止循環(huán)或電壓下降等事先無法預(yù)料的現(xiàn)象。外圍設(shè)備要求傳送信息，盡管是系統(tǒng)運(yùn)行的正?，F(xiàn)象，但對(duì) CPU來說是隨機(jī)的，不可能預(yù)先規(guī)定傳送的時(shí)刻。中斷技術(shù)賦予計(jì)算機(jī)應(yīng)變能力，把有序的運(yùn)行和無序的事件統(tǒng)一起來，增強(qiáng)了系統(tǒng)的處理能力。 中斷概述 1. 中斷的作用 中斷的作用主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外圍設(shè)備的并行工作、故障處理和實(shí)時(shí)處理。 2. 中斷的類型 根據(jù)引起中斷的事件所處地點(diǎn)的不同，中斷可分為內(nèi)中斷和外中斷兩種。發(fā)生在主機(jī)內(nèi)部的中斷稱為內(nèi)中斷，發(fā)生在主機(jī)外部的中斷稱為外中斷。內(nèi)中斷又可進(jìn)一步分為強(qiáng)迫中斷和自愿中斷兩種。外中斷都是強(qiáng)迫中斷，也可以分為兩種：外設(shè)請(qǐng)求中斷和人工干預(yù)中斷。 關(guān)于中斷類型，可歸納為圖 916。 圖 916 中斷類型 中斷請(qǐng)求的發(fā)送與屏蔽 計(jì)算機(jī)的中斷處理是由中斷請(qǐng)求引起的 。 根據(jù) ， 中斷請(qǐng)求可以由很多原因引起 ， 這里著重提到三個(gè)方面：信息傳送 ， 即設(shè)備啟動(dòng)后或完成一個(gè)數(shù)據(jù)傳送后 ，下一個(gè)數(shù)據(jù)的傳送工作已經(jīng)就緒；設(shè)備或接口發(fā)生故障 ， 此時(shí)需要 CPU檢查狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)的處理； DMA方式或通道方式完成指定量數(shù)據(jù)傳送后 ， 要求 CPU進(jìn)行結(jié)束處理工作 。 中斷請(qǐng)求的發(fā)送與屏蔽 當(dāng)中斷源的中斷事件發(fā)生后 ， 先將請(qǐng)求信號(hào)保存在設(shè)備控制器的中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中 ， 即將中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置 1。 而當(dāng)中斷請(qǐng)求觸發(fā)器為 1時(shí) ， 便可以向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào) 。每個(gè)中斷源都有一個(gè)中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 ， 全機(jī)的若干個(gè)中斷請(qǐng)求觸發(fā)器合在一起 ， 即構(gòu)成了中斷寄存器 ， 其內(nèi)容稱為中斷字或中斷碼 。CPU進(jìn)行中斷處理時(shí) ， 根據(jù)中斷字確定中斷源 ， 轉(zhuǎn)入相應(yīng)的服務(wù)程序執(zhí)行 。 中斷請(qǐng)求的發(fā)送與屏蔽 當(dāng)中斷源的中斷事件發(fā)生后，可以用程序方式來控制中斷請(qǐng)求信號(hào)是否產(chǎn)生，或中斷請(qǐng)求信號(hào)雖然已經(jīng)發(fā)生，但不允許傳送出去，這種措施稱為中斷屏蔽。顯然，中斷屏蔽的目的在于：第一，便于利用程序來限制某些設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；第二，便于利用程序來改變對(duì)若干設(shè)備進(jìn)行中斷處理的先后順序。總之，就是用程序方式有選擇地封鎖部分中斷，而允許其余部分中斷仍得以響應(yīng)。 中斷請(qǐng)求的發(fā)送與屏蔽 實(shí)現(xiàn)中斷屏蔽的方法是，為每個(gè)中斷源設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽觸發(fā)器 (INM)來屏蔽該設(shè)備的中斷請(qǐng)求。 CPU通過程序可以有選擇地使一些接口的 INM為 1，使另一些接口的 INM為 0。INM為 1時(shí)禁止接口發(fā)送中斷請(qǐng)求信號(hào)，即中斷請(qǐng)求被屏蔽；為 0時(shí)中斷開放，允許接口發(fā)送中斷請(qǐng)求。全機(jī)若干設(shè)備的中斷屏蔽觸發(fā)器即構(gòu)成中斷屏蔽寄存器 (IMR)。其內(nèi)容稱為中斷屏蔽字，字中的每一位控制一個(gè)中斷源的屏蔽與開放，如圖 917所示。 圖 9 17 屏蔽碼送設(shè)備接口 H G F E A B C D 設(shè)備名稱 屏蔽碼 0 1 0 0 1 1 0 1 圖 917 屏蔽碼送設(shè)備接口 中斷請(qǐng)求的發(fā)送與屏蔽 ?有些中斷源的中斷請(qǐng)求是不可屏蔽的，也就是說，不受中斷屏蔽寄存器的控制。這種中斷源一旦產(chǎn)生中斷請(qǐng)求， CPU立即響應(yīng)，如電源斷電等緊急情況。所以中斷又有可屏蔽中斷與非屏蔽中斷之分。非屏蔽中斷具有更高的優(yōu)先權(quán)。 ?可屏蔽中斷的屏蔽方法有兩種：一種是阻止中斷請(qǐng)求 (IRQ)的產(chǎn)生，也就是控制中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 (INR)數(shù)據(jù)端 D，如圖 918(a)所示；另一種方法是攔截 IRQ的傳遞，如圖 918(b)所示。打入 INR的脈沖的時(shí)間，是本條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘的后沿。 (a) 封鎖 INR的 D端 (b) 攔截 IRQ的傳遞 圖 918 屏蔽中斷請(qǐng)求的方法 中斷優(yōu)先級(jí) 所謂中斷優(yōu)先級(jí)是指當(dāng)多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí) ， 系統(tǒng)對(duì)各個(gè)中斷源響應(yīng)的優(yōu)先次序 。 通常用數(shù)字表示優(yōu)先級(jí)的高低 ， 其中 ， 0級(jí)是最高優(yōu)先級(jí) ， 數(shù)字越大 ，優(yōu)先級(jí)別越低 。 優(yōu)先級(jí)根據(jù)中斷事件的重要性和迫切性而定 。 CPU在某一程序開始執(zhí)行時(shí) ， 就要設(shè)置各設(shè)備接口中的 INM狀態(tài) 。 例如 ， CPU當(dāng)前的優(yōu)先級(jí)是 3級(jí) ，則優(yōu)先級(jí)低于或等于該設(shè)備 (級(jí)別數(shù)字大于或等于 3)的設(shè)備都應(yīng)被屏蔽 ， 即將其接口中的 INM置 1， 而對(duì)優(yōu)先級(jí)更高 (級(jí)別數(shù)字小于 3)的設(shè)備都開放 ， 即將其接口中的 INM置 0。 中斷優(yōu)先級(jí) 劃分優(yōu)先級(jí)的一般規(guī)律是：硬件故障中斷屬于最高級(jí) ， 因?yàn)槌霈F(xiàn)這類中斷 ， 程序?qū)o法運(yùn)行；程序錯(cuò)誤中斷次之 ， 因?yàn)槿舨患磿r(shí)處理 ， 則程序繼續(xù)運(yùn)行就失去了意義； DMA請(qǐng)求優(yōu)先于輸入 /輸出傳送的中斷請(qǐng)求；在各種輸入 /輸出傳送的中斷中 ， 高速設(shè)備優(yōu)先于低速設(shè)備 ， 實(shí)時(shí)控制用的設(shè)備優(yōu)先于普通傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備；同一優(yōu)先等級(jí)中可以包括多臺(tái)設(shè)備 ， 這些設(shè)備可按鏈?zhǔn)讲樵兎绞綐?gòu)成同級(jí)中先后順序 ， 即離主機(jī)近的設(shè)備優(yōu)先于離主機(jī)遠(yuǎn)的設(shè)備 。這就形成二維優(yōu)先等級(jí) ， 如圖 919所示 。 圖 919 二維優(yōu)先級(jí)示意圖 單級(jí)中斷處理和多重中斷處理 當(dāng) CPU正在處理低優(yōu)先級(jí)的設(shè)備服務(wù)時(shí)，既可允許被級(jí)別更高的設(shè)備所中斷，使 CPU轉(zhuǎn)而為其服務(wù)，這稱為多級(jí)中斷處理；也可以不允許出現(xiàn)這種情況，即不允許中斷當(dāng)前的中斷服務(wù)，即使是級(jí)別更高的設(shè)備現(xiàn)在請(qǐng)求中斷，這稱為單級(jí)中斷處理。究竟設(shè)計(jì)為單級(jí)中斷還是多級(jí)中斷，取決于對(duì)系統(tǒng)硬件、軟件開銷的權(quán)衡。 單級(jí)中斷處理和多重中斷處理 單級(jí)中斷處理是一種簡(jiǎn)單的處理方式 ， 當(dāng)不同優(yōu)先級(jí)的設(shè)備同時(shí)請(qǐng)求中斷服務(wù)時(shí) ， CPU按照優(yōu)先級(jí)一個(gè)一個(gè)處理；當(dāng) CPU正在處理某個(gè)中斷時(shí) ， 不允許其他設(shè)備再中斷 CPU正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序 ， 即使優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備有中斷請(qǐng)求也不予響應(yīng) ， 只能等到當(dāng)前中斷處理完畢后 ， CPU才響應(yīng)其他中斷 。 例如 ，A設(shè)備的優(yōu)先級(jí)高于 B設(shè)備 ， 而 B設(shè)備的優(yōu)先級(jí)高于C設(shè)備 ， C設(shè)備的優(yōu)先級(jí)高于 CPU。 B設(shè)備請(qǐng)求中斷時(shí) ， A、 C設(shè)備還沒有請(qǐng)求 。 在 CPU處理 B設(shè)備的中斷服務(wù)時(shí) ， A、 C同時(shí)提出了請(qǐng)求 ， 那么 CPU運(yùn)行軌跡如圖 920(a)所示 。 單級(jí)中斷處理和多重中斷處理 多重中斷處理允許優(yōu)先級(jí)高的中斷打斷優(yōu)先級(jí)低的中斷服務(wù)，這樣就形成了中斷嵌套，如圖 920(b)所示。這種處理方式較全面地體現(xiàn)了中斷優(yōu)先級(jí)的作用。理論上，多重中斷可以無限制地嵌套，而實(shí)際上使用的嵌套層次并不多，這一方面取決于實(shí)際需要，另一方面因?yàn)橹袛喾?wù)程序執(zhí)行完后必須一級(jí)一級(jí)地返回，所以需要堆?？臻g來保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。在圖 920(b)中， A程序只能返回到 B程序，不能返回到 CPU的原程序。注意，當(dāng)更高級(jí)別的中斷服務(wù)完成后，必須逐級(jí)