计算机组成原理学习笔记第8章I/O系统 8.3 中断请求与响应

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1.中断的基本概念

1️⃣中断:是指CPU在正常运行程序时,由于内部/外部事件(或由程序)引起CPU中断正在运行的程序,而转到
为中断事件服务的程序中去,服务完毕,再返回执行原程序的这一过程。
2️⃣中断的特征:具有随机性。

2.中断的作用

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1️⃣实现主机与外设之间的并行工作
2️⃣故障处理:中断系统能使计算机在运行过程中出现故障的时候,
调用相应的中断服务程序处理故障。
3️⃣实时处理

3.中断的类型

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1️⃣内部中断:来自于CPU内部指令中断请求,分为软件中断和异常
2️⃣外部中断:中断请求来自CPU外部,又分为可屏蔽和不可屏蔽中断
3️⃣不可屏蔽中断NMI:由系统内部硬件引发的中断,优先级高于外部硬件中断,且不受中断允许标志位的影响,所以是不可屏蔽中断。
4️⃣可屏蔽中断:由外设通过中断请求线向处理器申请而产生的中断,处理器可以用指令来屏蔽(禁止),即不响应它的中断请求。

4.中断系统的基本功能

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①中断请求信号保持与清除

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②中断源识别

中断号:是系统分配给每个中断源的代号,以便识别和处理。
◆ 中断号在中断处理过程中起到很重要的作用。
◆ 中断号的获取:CPU对系统中不同类型的中断源,获取它们的中断号的方法是不同的。

③中断控制

中断触发方式:是指外设以什么逻辑信号去申请中断,即边沿触发和电平触发两种方式。
中断排队方式:当系统有多个中断源时,就可能出现同时有几个中断源都申请中断,而处理器在一个时刻只能响应并处理一个中断请求;为此,要进行中断排队。处理器按“优先级高的先服务”的原则提供服务。

  • 1️⃣按优先级排队:根据任务的轻重缓急,给每个中断源指定CPU响应的优先级,任务紧急的先响应,可以暂缓的后响应。
  • 2️⃣循环轮流排队:不分级别高低,CPU轮流响应各个中断源的中断请求

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④中断优先级

中断优先级:是指CPU响应和处理中断请求的先后次序
◆ 为了兼顾中断响应的时效与配置的灵活,通常采用两套机制结合组成中断优先序管理体系:

  • 1️⃣硬件响应优先序:未被屏蔽的几个中断源同时提出申请时, CPU选择服务对象的顺序由硬件电路实现,用户不能修改
  • 2️⃣软件服务优先序:在各中断服务程序开头,用软件设置自己的中断屏蔽字,以此改变实际服务顺序。
⑤中断的处理

1️⃣中断响应周期
◆ 当CPU收到外设的中断请求后,如果当前一条指令已执行完,且允许中断, CPU进入中断响应周期,发出中断应答信号完成一个中断响应周期

2️⃣中断响应
◆ 读取中断源的中断号,完成中断申请与中断响应的握手过程

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3️⃣单级中断处理的流程
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4️⃣多级中断处理流程
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笔记内容学习资料:计算机组成原理微课版(谭志虎、秦磊华等编著)
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