计算机组成原理第七章输入输出系统[三]研究.ppt

3、中断响应周期与中断隐指令 中断响应周期(INTC):指响应中断开始至执行服务程序之前CPU所处的一个机器周期状态. CPU一旦进入中断周期,即执行一条中断隐指令. 中断隐指令, 它类似于一条指令,但在 机器指令系统中并不存在,是CPU在中断周期由硬件自动完成的一条指令. 3、中断响应周期与中断隐指令 中断隐指令完成以下操作: (1) 发中断响应信号(INTA) (2) 关中断(关闭中断允许触发器EINT,使EINT置“0”) 为保护断点期间不被更高级的中断请求所打断,保证被中断的程序在中断服务程序执行完后能接着正确地执行下去. (3) 保护程序断点 为了使得切换前后的程序能正确运行,将程序状态字PSW和PC的内容压入堆栈. (4) 寻找服务程序入口地址 通过硬件自动生成向量地址,进而找到中断向量(即中断服务程序的入口地址),将其送入PC. 详见 图7.17. 三、中断服务处理 不同设备的服务程序是不同的,但其程序流程类似.一般中断服务程序的流程包括:保护现场、 中断服务、 恢复现场和中断返回. 1、保护现场 含义是将中断服务程序中用到的通用寄存器的内容保存起来. 具体做法是,在中断服务程序起始部分安排若干条存数指令,将寄存器的内容存至存储器中保存,或用进栈指令将现场内容压入堆栈. 三、中断服务处理 2、中断服务 中断服务程序的主体部分 对不同的中断源,中断服务操作不同 若中断源为打印机,中断服务程序中的指令为数据传送指令,将CPU中需要打印的字符代码,送入接口中的数据端口,供打印之用. 三、中断服务处理 3、恢复现场 中断服务程序的 结尾部分 含义是将原程序中的“现场”恢复到原来的寄存器中 具体做法是,用取数指令或出栈指令,将保存在存储器(或堆栈)中的信息,送到原来的寄存器 4、中断返回 中断服务程序的最后一条指令为中断返回指令 其作用是将原程序断点处内容(PC、PSW)送回原寄存器,以便继续执行原程序 7.3.4 中断屏蔽技术 一、 概念 多重中断:计算机在处理中断的过程中,有可能出现新的中断请求.此时,如果CPU暂停现行的中断服务程序,转去执行新的中断请求,称为中断嵌套,或多级中断,如图7.18所示. 单重中断:若CPU在执行中断服务程序时,对新的中断请求不予理睬,称为单级中断. 两种中断的处理流程略有不同,见图7.19. 二、实现多重中断的条件 提前设置“开中断”指令(见图7.18) 优先级别高的中断源有权中断优先级别低 的中断源 例如:有A、B、C、D四个中断源,优先级为A→B→C→D. 为保证级别低的中断源不干扰级别高的中断源的中断处理过程,特采用屏蔽技术. 三、屏蔽技术 1、屏蔽触发器与屏蔽字:接口中每级(n级)中断源均有各自的中断屏蔽触发器(共n个),用来决定是否屏蔽该中断源提出的中断请求,它们组成n位的中断屏蔽寄存器,其内容,称之为屏蔽码(屏蔽字). 屏蔽字与中断源的优先级别是一一对应的.见表7.1. 2、屏蔽技术可改变优先等级 中断响应优先级:指CPU响应各中断源请求的优先次序,这种次序是由硬件(排队判优线路) 决定的. 中断处理优先级:指CPU对各中断请求处理的先后次序. 如不使用屏蔽技术,响应的优先次序就是处理的优先次序. 总结：中断过程示意图 例：作示意图表示用程序中断方式进行数据I/O时，CPU与外设、外设与外设并行工作的操作时序，从中分析程序中断方式进行I/O操作的优点和不足。 解答： 用两台外设与CPU共同工作的情况为例作示意图如下—— 例:某计算机的CPU主频为500MHZ,CPI为5(即每条指令平均需要5个时钟周期).假定某外设的数据传输率为0.5MB/s,采用中断方式与主机进行数据传送,以32位为传输单位,对应的中断服务程序包含18条指令,中断服务的其他开销相当于2条指令的执行时间.请回答下列问题,要求给出计算过程. (1) 在中断方式下,CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少? 解:(1)CPU每秒包括500×106个时钟周期； 中断服务程序包括的时钟数为(18+2) ×5=100 即在中断方式下,CPU每次用于数据传送的时钟周期数为100 为达到外设0.5MB/s的数据传输率,外设每秒申请的中断次数:0.5MB/4B=125000 1秒内用于中断的开销: 100 ×12500012.5M个时钟周期 CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比:12.5M/500M=2.5% 1、中断发生时,程序计数器内容的保护,是由( )完成的. A