计算机组成-中断处理

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看书看到了关于中断IRQ的一些小的point不太理解于是查了资料并找了个视频学习了下,这里做了一个记录。


IRQ的全称

是“Interupt ReQuest”,即“中断要求”。当电脑内的周边硬件需要处理器去执行某些工作时,该硬件就会发出一个硬件信号,通知处理器工作,而这个信号就是IRQ。那为什么叫做“中断”呢?“中断”的意思是即使处理器正在执行其他工作,当它收到周边设备传来的中断信号时,处理器也会停下来,优先处理这个信号代表的工作,完成后再继续处理之前未完成的工作。


中断定义

: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。


中断的特征

:具有随机性。


中断的作用

:1,实现主机与外设之间的并行工作;2,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。3,实时处理。


中断的类型

:1,内部中断:来自于CPU内部的指令中断请求,分为软件中断和异常。2,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。


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。


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。


中断系统的基本功能

  1. 中断请求信号保持与清除,通常通过硬件实现;

  2. 中断系统的基本功能中断源识别

    中断号:是系统分配给每个中断源的代号,以便识别和处理。V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。(有软件和硬件两种方式)

  3. 中断系统的基本功能中断控制

    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。

    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。

    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。

    中断嵌套:

    当CPU正在处理某个中断时,会出现优先级更高的中断源申请中断;为了使更紧急的、级别更高的中断源及时得到服务,需要暂时打断(挂起)当前正在执行的中断服务程序,去处理级别更高的中断请求,处理完成后再返回被打断了的中断服务程序继续执行。

    但级别相同或级别低的中断源不能打断级别高的中断服务,这就是所谓的中断嵌套。

    可屏蔽中断可以进行中断嵌套。NMI不可以进行中断嵌套。

    中断屏蔽:处理器用指令来控制中断屏蔽触发是的状态,从而控制是否接受某个特殊外设的中断请求。处理器内部也有一个中断允许触发器,只有当其为”1”( 即开中断),CPU才能响应外部中断。

    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:

    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。

    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,以此改委实际服务顺序。

    中断的处理:

    中断相应周期: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。

    中断处理: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。

    标志位的处理与断点保存:处理器获得外部中断源的中断号后,保存断点(返回地址) , 关闭中断保护现场。

    向中断服务程序转移并执行中断服务程序返回断点。

    中断服务程序执行完毕后,恢复断点和现场,要返回主程序。


中断处理流程


在这里插入图片描述

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视频来源:《 计算机组成原理(华中科技大学HUST):第61讲,中断请求与响应》

另外参考:https://newsupport.lenovo.com.cn/commonProblemsDetail.html?noteid=028342



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