计算机组成原理第七章输入输出系统[一]讲述技术总结.ppt

主程序 (需要I/O时) 启动外设 中断服务程序 在其中完成I/O CPU与外设并行 图7.5 程序中断方式示意图 理解中断时应注意以下几个问题:(1)中断过程实质上是一种程序切换过程,必须处理好保存旧现场、建立新现场的问题;(2)中断具有随机性,故必须及时检测中断请求信号,以便能够及时处理中断;(3)中断不具备重复性;(4) 程序中断与调用子程序的异同. 例：设某外设向CPU传送信息的最高频率为40K次/秒,而相应中断处理程序的执行时间为40μS.问该外设可否采用中断方式工作?为什么? 解： 该外设传送一个数据的时间为1/40=25μS，即请求中断的周期为25μS，25μS40μS,会丢失数据,所以该设备不能采用中断方式工作. 结论：程序中断方式一般用于连接低速设备. 7.3.1 中断的基本概念 二、中断系统的作用 1、使CPU与I/O设备并行工作 下图为由打印机引起的I/O中断时,CPU与打印机并行工作的时间示意图. CPU 执行主程序 启动 打印机 继续执行 主程序 响应中断 传输 数据 响应返回 继续执行 主程序 响应中断 传输 数据 响应返回 打印机 空闲 准备 发中断请求 发中断请求 接收 数据 打印 接收 数据 打印 图7.6CPU与打印机并行工作的时间示意图 二、中断系统的作用 2、使计算机系统拥有应急能力 如计算机运行中出现突然掉电,需利用中断技术立即启动另一备份电源,并迅速进行一些必要处理. 3、便于进行人—机联系 如人们在机器运行过程中想随机抽查计算的中间结果. 4、使多道程序处理成为可能 如计算机实现多道程序运行时,可通过分配给每道程序一个固定时间片,利用时钟定时发中断进行程序切换. 5、实现实时控制 要求CPU即时响应外来信号的请求,并能完成相应操作. 三、基本概念 1、中断源:凡能向CPU提出中断请求的各种因素. 如人为设置的中断(自愿中断),程序性事故(定点溢出、非法除法等),硬件故障(电源掉电、磁表面损坏等)、I/O设备、外部事件(用户通过键盘中断现行程序) 2、内中断与外中断 内中断：CPU内部硬件或软件原因引起的中断,分为强迫中断和自愿中断. 自愿中断(程序自中断):计算机系统为方便用户调试软件, 在程序中安排了相关指令,这些指令可以使机器进入中断处理的过程,如:80X86指令系统中的软中断指令INT n.非随机的. 强迫中断:随机产生的待处理紧急事件所引起的中断.分为硬件故障和软件中断(如溢出等). 三、基本概念 2、内中断与外中断 外中断：CPU以外的部件引起的中断,均为强迫中断. 分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断. 不可屏蔽中断:用于应急处理,如掉电、主存读写校验错等,优先级别高. 可屏蔽中断:用于一般I/O设备的数据传送,优先级别较低. 例:下列选项中,能引起外部中断的事件是( ). A.键盘输入 B.除数为0 C.浮点数运算下溢 D.访存缺页 3、向量中断与非向量中断 中断向量(Interrupt Vector) 中断过程是由一个程序切换到另一个程序的过程,切换的实质是旧PC(内容)与PSW的保护及新PC与PSW的装入.某中断服务程序的(新的)PC和PSW共称为该中断的中断向量,或理解为:中断服务程序入口地址即为中断向量. PSW PC SP 内存中的 堆栈区 CPU PSW PC 存放各中断 向量的内存区 新PC 新PSW 图7.7 切换的示意图 ① ② 中断向量地址(向量地址VA) 将各个中断源的中断向量组织成一个表 称为向量表,向量表通常在内存中开辟的一块存储区域,如下图所示. 图7.8 中断向量表 存放中断向量 的单元地址,称 为中断向量地址, 简称向量地址VA. 入口地址200 PSW1 入口地址300 PSW2 ┇ 入口地址n PSWn ┇ 中断服务程序1 中断服务程序2 ┇ A1 A2 . . . An . . . 200 300 . . . 中断向量表 向量地址 向量中断：CPU响应中断后,由中断机构自动将向量地址送CPU,由其指明向量位置并实现切换. 非向量中断：非向量中断的中断源不能直接提供中断服务程序的入口地址,而由CPU通过软件方式查询后得到. 4、单级中断和多级中断 单级中断：CPU执行中断服务的过程中不能被再打断. 多级中断(中断嵌套)：在执行某个中断服务程序的过程中,CPU可去响应级别更高的中断请求. 7.3.1 中断的基本概念 四、中断系统应具备的功能 1、各个中断源如何向CPU提出中断请求; 2、CPU在什么条件、什么时候、以什么方式来响