【文章內(nèi)容簡介】 、除數(shù)為零引起的中斷以及某些軟中斷都為內(nèi)中斷。 ? 外中斷 是指中斷請(qǐng)求來自 CPU之外的中斷。如，電源掉電、校驗(yàn)錯(cuò)等硬件故障引起的中斷、由外設(shè)進(jìn)行 I/O操作引起的中斷。 ? 根據(jù)中斷產(chǎn)生的軟硬件，分為硬件中斷和軟中斷 ? 硬件中斷是指由硬件請(qǐng)求信號(hào)引發(fā)的中斷。 ? 軟中斷是指由執(zhí)行軟中斷指令引發(fā)的中斷。 39 中斷的分類（續(xù)一） ? 根據(jù)中斷請(qǐng)求的緊急程度，分為可屏蔽中斷和非屏蔽中斷。 ? 可屏蔽中斷 是指那些相對(duì)級(jí)別比較低，可以通過屏蔽技術(shù)進(jìn)行禁止或開放操作的中斷，常用于一般設(shè)備的 I/O操作。 ? 非屏蔽中斷 是指那些優(yōu)先級(jí)別較高，必須立即響應(yīng)，且不能通過屏蔽技術(shù)進(jìn)行禁止或開放操作的中斷。常用于應(yīng)急處理，如電源掉電等。（內(nèi)中斷均屬于不可屏蔽中斷）。 ? 根據(jù)獲得服務(wù)程序入口地址的方法，分為向量中斷和非向量中斷 。 ? 向量中斷 是 指由硬件提供中斷服務(wù)程序入口地址的中斷，中斷事件在提出中斷請(qǐng)求的同時(shí)，通過硬件向主機(jī)提供向量地址 。 ? 非向量中斷 是 指由軟件提供中斷服務(wù)程序入口地址的中斷，如先固定地提供一個(gè)查詢程序的地址，再執(zhí)行該程序查詢找出中斷源，繼而通過分支轉(zhuǎn)移進(jìn)入對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 40 中斷的分類（續(xù)二） 41 中斷系統(tǒng)的組成 ? 軟件：首先是 中斷服務(wù)程序 。實(shí)現(xiàn)中斷所要求的功能在中斷服務(wù)程序中完成，如數(shù)據(jù)的輸入輸出操作，要靠中斷服務(wù)程序中的 I/O指令來完成。其次是 中斷向量表 。中斷向量表是中斷系統(tǒng)中的軟硬件的界面，通過中斷向量表實(shí)現(xiàn)由主程序到中斷服務(wù)程序的切換，而且為了贏得時(shí)間，切換過程全部由硬件完成。 ? 硬件：首先是 接口方面 。中斷請(qǐng)求、信號(hào)傳遞、排隊(duì)判優(yōu)等由接口中的硬件完成，最后優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求到達(dá) CPU。其次是 CPU方面 ，主要是中斷響應(yīng)邏輯。 CPU收到請(qǐng)求信號(hào)以后，便開始一個(gè)稱為 “ 中斷響應(yīng)周期 ” 的時(shí)間段，在這個(gè)時(shí)間段中完成到中斷服務(wù)程序的切換。 42 向量中斷的全過程 向量中斷是一種重要的中斷方式，我們主要討論向量中斷。通常，向量中斷的過程劃分為五個(gè)階段 : ① 中斷請(qǐng)求 ② 中斷判優(yōu) ③ 中斷響應(yīng) ④ 中斷處理 ⑤ 中斷返回 下面將以向量中斷為例來介紹中斷的全過程。 43 ① 中斷請(qǐng)求與傳遞 ? 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的第一個(gè)條件是 中斷源有中斷請(qǐng)求 。外設(shè)工作完成，等待和主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。例如，輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，等待主機(jī)取走數(shù)據(jù)；或者輸出設(shè)備已經(jīng)將數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)取走，等待主機(jī)送來新的數(shù)據(jù)。 ? 產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)的第二個(gè)條件是 允許外設(shè)以中斷方式工作 。在中斷接口電路中有一個(gè)中斷屏蔽觸發(fā)器，它相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。當(dāng)該觸發(fā)器為 0時(shí)，表示開放中斷，即可以發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；當(dāng)該觸發(fā)器為 1時(shí)，表示屏蔽中斷，即中斷請(qǐng)求信號(hào)不能發(fā)出。 中斷請(qǐng)求與傳送（續(xù)一） 中斷請(qǐng)求信號(hào)必須傳送到 CPU才能得到響應(yīng)。有三種傳遞方式： ? 公共請(qǐng)求線：多個(gè)中斷源公用一根請(qǐng)求線向 CPU提出中斷請(qǐng)求。 ? 獨(dú)立請(qǐng)求線：每個(gè)中斷源有自己的中斷請(qǐng)求線，將中斷信號(hào)直接送往 CPU。 ? 二維結(jié)構(gòu)：將中斷請(qǐng)求線連接成二維結(jié)構(gòu)，用多條線向 CPU請(qǐng)求中斷，每條線上有多個(gè)中斷源。 45 ② 中斷判優(yōu) ? 一臺(tái) 計(jì)算機(jī)允許有多個(gè)中斷源 。在中斷接口電路中，記錄中斷事件的觸發(fā)器稱為中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，一個(gè)觸發(fā)器紀(jì)錄一個(gè)中斷；多個(gè)中斷請(qǐng)求觸發(fā)器通稱為中斷請(qǐng)求寄存器，一個(gè)中斷請(qǐng)求寄存器可以記錄多個(gè)中斷請(qǐng)求。 ? CPU在任何瞬間只能接受一個(gè)中斷請(qǐng)求 。當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，應(yīng)該先響應(yīng)誰的中斷請(qǐng)求，則由中斷優(yōu)先級(jí)決定。所謂中斷優(yōu)先級(jí)是指多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)， CPU響應(yīng)中斷的優(yōu)先次序，它由優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路決定。 ? 一般 原則是按照中斷事件的輕重緩急劃分優(yōu)先級(jí) 。對(duì)那些提出中斷時(shí)需要立即響應(yīng)和處理的中斷源，規(guī)定較高級(jí)別的優(yōu)先級(jí)，而對(duì)那些提出中斷請(qǐng)求時(shí)可以延遲響應(yīng)和處理的中斷源，則規(guī)定較低的優(yōu)先級(jí)。例如，“故障、 DMA、外中斷 ……” 優(yōu)先級(jí)依次降低。 46 中斷判優(yōu)：軟件判優(yōu) 當(dāng)中斷發(fā)生后，尤其是當(dāng)多個(gè)中斷源提出中斷請(qǐng)求后，如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)的判斷呢？中斷判優(yōu)方法有兩種：軟件判優(yōu)法和硬件判優(yōu)法。 ? 所謂軟件判優(yōu)是指用程序查詢的方法確定中斷源的優(yōu)先級(jí)。軟件判優(yōu)時(shí)，最先檢查的中斷源具有最高優(yōu)先級(jí)，以后檢查的中斷源的優(yōu)先級(jí)逐次遞減，最后檢查的中斷源的優(yōu)先級(jí)最低。軟件判優(yōu)可以靈活修改優(yōu)先級(jí)。（想想，軟件屬于中斷程序） 47 中斷判優(yōu)： 串行排隊(duì)鏈判優(yōu) 硬件判優(yōu)又分為串行排隊(duì)鏈判優(yōu)和獨(dú)立請(qǐng)求排隊(duì)判優(yōu)。 ? 串行排隊(duì)鏈判優(yōu)：串行排隊(duì)鏈判優(yōu)用硬件實(shí)現(xiàn)，包括串行排隊(duì)電路和向量編碼電路。 ? 當(dāng)同時(shí)有兩個(gè)（以上）中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，被選中的總是最左邊的一個(gè)中斷源 。 48 中斷判優(yōu)： 獨(dú)立請(qǐng)求排隊(duì)判優(yōu) ? 假設(shè)中斷請(qǐng)求寄存器的內(nèi)容為 1111，中斷屏蔽寄存器的內(nèi)容為 0010，那么進(jìn)入排隊(duì)器的中斷請(qǐng)求是 1101。根據(jù)優(yōu)先次序，排隊(duì)輸出為 1000，并由編碼器產(chǎn)生中斷源 1對(duì)應(yīng)的向量地址。 ? 硬件排隊(duì)判優(yōu)的特點(diǎn)是速度快，硬件電路復(fù)雜。 49 ③ 中斷響應(yīng) ? 經(jīng)過中斷判優(yōu)的中斷請(qǐng)求需要等待 CPU的響應(yīng)才能得到處理。然而， CPU對(duì)中斷的響應(yīng)是有條件的。CPU響應(yīng)中斷要滿足三個(gè)條件： ? 中斷源有中斷請(qǐng)求，而且未受到屏蔽； ? CPU接受中斷請(qǐng)求， CPU處于開中斷狀態(tài) ； ? 一條指令執(zhí)行完畢，而且無 DMA請(qǐng)求。 50 中斷響應(yīng)（續(xù)） 當(dāng) CPU決定響應(yīng)中斷后，進(jìn)入一個(gè)稱為“中斷響應(yīng)周期”的過渡期（位于原程序和中斷服務(wù)程序之間）。在此期間， 完全依靠硬件切換程序 ，也就是完成以下四項(xiàng)操作。 ? CPU向外設(shè) 發(fā)出中斷應(yīng)答信號(hào) INTA，表示 CPU對(duì)中斷的認(rèn)可。中斷控制器收到該信號(hào)后，將中斷的向量地址（微機(jī)中為中斷類型碼）發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上， CPU取走向量地址，并撤銷 INTA。 ? 關(guān)中斷 。目的是為了保證本次中斷響應(yīng)過程不受干擾。 ? 保護(hù)斷點(diǎn) 。斷點(diǎn)指程序計(jì)數(shù)器 PC的值和狀態(tài)寄存器 PSW的值。把兩者內(nèi)容依次壓入堆棧，稱為保護(hù)斷點(diǎn)。保護(hù)斷點(diǎn)是為了在中斷結(jié)束后恢復(fù)斷點(diǎn)，從而返回被中斷的程序。 ? CPU根據(jù)中斷向量地址 獲得中斷服務(wù)程序的入口地址 ，送入 PC。到此中斷響應(yīng)周期結(jié)束，開始中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。 ④ 中斷處理 52 中斷處理（續(xù)） ? 中斷處理是通過執(zhí)行中斷處理程序完成的。中斷處理程序是事先編好放在內(nèi)存固定位置的一段程序。 ? 中斷處理程序的編制不可避免會(huì)用到一些通用寄存器，而這些寄存器在被中斷的程序中也可能正在使用，它們存放著現(xiàn)行程序的工作數(shù)據(jù)，所以稱之為中斷現(xiàn)場 。為了不破壞這個(gè)工作現(xiàn)場，必須在中斷程序中加以保護(hù)，由軟件將其轉(zhuǎn)移到安全的地方，通常是壓入堆棧。 ? 中斷處理程序一般采用 三段式結(jié)構(gòu) ，開頭保護(hù)現(xiàn)場，中間為中斷處理（屬于實(shí)質(zhì)性內(nèi)容），結(jié)尾恢復(fù)現(xiàn)場。 硬件保護(hù)斷點(diǎn) 軟件保護(hù)現(xiàn)場 53 ⑤ 中斷返回 中斷返回是由中斷處理程序的最后一條指令（ IRET）實(shí)現(xiàn)的，該指令的功能一是恢復(fù)原來被中斷程序的 PC和PSW值，這些值在中斷響應(yīng)周期中保存于堆棧中；二是開中斷。這樣就又轉(zhuǎn)到了原來程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)工作。 54 程序中斷方式的基本接口 程序中斷由外設(shè)接口狀態(tài)和 CPU兩方面來控制 . ? 在接口中，有決定是否向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的機(jī)構(gòu)，主要是 準(zhǔn)備就緒 RD和 中斷屏蔽 IM兩個(gè)觸發(fā)器。 ? 在 CPU方面，有決定是否受理中斷請(qǐng)求的機(jī)構(gòu)，主要是 中斷請(qǐng)求 IR和 允許中斷 EI兩個(gè)觸發(fā)器。 55 單級(jí)中斷與多級(jí)中斷處理 ? 單級(jí)中斷： 單級(jí)中斷系統(tǒng) 是中斷結(jié)構(gòu)中最基本的一種形式。單級(jí)中斷系統(tǒng)中不同優(yōu)先級(jí)的設(shè)備同時(shí)請(qǐng)求時(shí)， CPU按照優(yōu)先級(jí)一個(gè)一個(gè)進(jìn)行處理。 當(dāng) CPU正在處理某個(gè)中斷時(shí)，不允許其它中斷源再中斷 CPU的程序 ，即使優(yōu)先權(quán)比它高的中斷源提出中斷請(qǐng)求也是如此。 56 單級(jí)中斷與多級(jí)中斷處理 (續(xù) ) ? 多級(jí)中斷 多級(jí)中斷系統(tǒng) 是指計(jì)算機(jī)中有很多中斷源，根據(jù)各個(gè)中斷事件的輕重緩急的程度分成若干級(jí)別，每個(gè)級(jí)別分配一個(gè)優(yōu)先權(quán)，而且規(guī)定 優(yōu)先權(quán)高的中斷級(jí)可以打斷優(yōu)先權(quán)低的中斷服務(wù)程序 ，并以程序嵌套方式進(jìn)行工作。 57 單級(jí)中斷與多級(jí)中斷處理 (續(xù) ) ? 中斷屏蔽與中斷處理次序 ? 中斷響應(yīng)次序是由硬件排隊(duì)判優(yōu)線路決定的 。 但是 ，