《中断技术》PPT课件.ppt
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1、计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院第五章第五章 中断技术中断技术v中断的基本概念中断的基本概念v中断系统中断系统vPC机中断系统机中断系统v可编程中断控制器可编程中断控制器8259A计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断的基本概念中断的基本概念CPU获取外部设备获取外部设备事务处理请求事务处理请求事务处理请求事务处理请求的方式:的
2、方式:查询方式查询方式中断方式中断方式计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院事务处理请求的响应及执行过程事务处理请求的响应及执行过程CPU数据缓冲器件数据缓冲器件外设外设7外设外设6外设外设5外设外设0事务处理请求事务处理请求1:无无0:有有逻辑与门逻辑与门INTR查询方式查询方式中断方式中断方式计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院事务
3、处理请求的软件识别过程事务处理请求的软件识别过程重复查询:重复查询:开始开始读缓冲器的值读缓冲器的值有请求有请求请求处理请求处理请求处理请求处理请求处理请求处理760执行其他任务执行其他任务否否是是1.查询请求来源2.程序跳转计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院查询方式查询方式查询方式:按序依次检查外设对应的状态变化,依据预先查询方式:按序依次检查外设对应的状态变化,依据预先设定的规则,判断有无事务处理请求,有则执行事务处理,设定的规则,判断有无事务处理请求,有则
4、执行事务处理,无则继续。无则继续。优点:简单优点:简单缺点:加重缺点:加重CPU负担负担 浪费计算资源浪费计算资源计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断方式中断方式什么是程序?什么是程序?计算机如何执行程序?计算机如何执行程序?什么是程序的入口地址?什么是程序的入口地址?如何找到程序的如口地址?如何找到程序的如口地址?事务处理事务处理 就是就是 执行执行预先编写的设备控制程序预先编写的设备控制程序计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学
5、学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院事务处理请求事务处理请求事务处理请求事务处理请求中断请求信号中断请求信号事务处理程序事务处理程序中断服务程序中断服务程序事务处理程序入口事务处理程序入口中断服务程序入口中断服务程序入口(中断向量中断向量)计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断的过程中断的过程中断请求中断请求中断响应中断响应中断识别中断识别中断处理中断处理中断返回中断返回保留断点保留断点保留断点保
6、留断点保护现场保护现场保护现场保护现场获取中断服务程序的入口地址获取中断服务程序的入口地址获取中断服务程序的入口地址获取中断服务程序的入口地址执行中断服务程序执行中断服务程序执行中断服务程序执行中断服务程序恢复现场恢复现场恢复现场恢复现场重置断点重置断点重置断点重置断点计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院基本概念基本概念CPU在正常运行程序时,由于内部在正常运行程序时,由于内部/外部事件或由程序预先安排外部事件或由程序预先安排的事件,引起的事件,引起CPU中断正在
7、运行的程序,而转达到为内部中断正在运行的程序,而转达到为内部/外部外部事件或为预先安排的事件服务的程序中去。服务完毕,再返回去事件或为预先安排的事件服务的程序中去。服务完毕,再返回去继续执行被暂中断的程序。继续执行被暂中断的程序。中断过程:中断过程:中断过程:中断过程:中断处理的隐操作:中断处理的隐操作:中断处理的隐操作:中断处理的隐操作:程序状态及程序断点地址的进栈及出栈。程序状态及程序断点地址的进栈及出栈。中断请求中断请求中断响应中断响应中断服务中断服务中断结束中断结束中断处理中断处理计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科
8、学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断源中断源发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。发出中断请求的外部设备或引起中断的内部原因称为中断源。外设中断外设中断指令中断指令中断程序性中断程序性中断硬件故障中断硬件故障中断内部中断内部中断外部中断外部中断异常中断异常中断软件中断软件中断可屏蔽中断可屏蔽中断非屏蔽中断非屏蔽中断异常事件引起异常事件引起中断指令引起中断指令引起INTR中断中断NMI中断中断计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机
9、科学学院中断识别中断识别获取中断服务程序入口地址的方法。获取中断服务程序入口地址的方法。软件查询(轮询)法软件查询(轮询)法 软件查询,入口地址固定,子程序调用软件查询,入口地址固定,子程序调用中断向量法中断向量法中断源与中断中断源与中断(类型类型)号号中断号与中断向量中断号与中断向量中断向量与中断向量表中断向量与中断向量表计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断优先级中断优先级并发中断(中断嵌套)的处理技术并发中断(中断嵌套)的处理技术 当有多个中断源同时请求时
10、,当有多个中断源同时请求时,CPU就要识别出是哪些中断就要识别出是哪些中断源有中断请求,辨别和比较它们的优先权(源有中断请求,辨别和比较它们的优先权(Priority),先响),先响应优先权级别最高的中断申请。另外,当应优先权级别最高的中断申请。另外,当CPU正在处理中断时,正在处理中断时,也要能响应更高级的中断申请,而屏蔽掉同级或较低级的中断也要能响应更高级的中断申请,而屏蔽掉同级或较低级的中断请求。请求。要判别和确定各个中断源的中断优先权,可以用软件和要判别和确定各个中断源的中断优先权,可以用软件和硬件两种方法。硬件两种方法。软件采用查询技术。当软件采用查询技术。当CPU响应中断后,就用软
11、件查询以响应中断后,就用软件查询以确定是哪些外设申请中断,并判断它们的优先权。确定是哪些外设申请中断,并判断它们的优先权。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断优先级中断优先级解决问题解决问题中断嵌套中断嵌套v对同时产生的中断:对同时产生的中断:首先处理优先级别较高的中断;若优先级别相同,首先处理优先级别较高的中断;若优先级别相同,则按先来先服务的原则则按先来先服务的原则v对非同时产生的中断:对非同时产生的中断:低优先级的中断程序允许被高优先级的中断源所低优先级
12、的中断程序允许被高优先级的中断源所中断中断计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断优先级中断优先级(续)(续)(续)(续)原则:原则:原则:原则:按机器故障、按机器故障、DMA、外围硬件、软件递减。、外围硬件、软件递减。结果:结果:结果:结果:CPU专用专用DMA外围硬件外围硬件BIOSDOS自由自由 即基本按中断向量表排序。即基本按中断向量表排序。外围硬件一般可由用户修改其优先权。外围硬件一般可由用户修改其优先权。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机
13、科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断处理中断处理执行中断服务程序执行中断服务程序软件现场保护软件现场保护(关键关键/使用的寄存器值入堆栈使用的寄存器值入堆栈)事务处理程序事务处理程序软件现场恢复软件现场恢复(从堆栈中恢复关键从堆栈中恢复关键/使用寄存器的值使用寄存器的值)计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断系统的功能中断系统的功能中断系统应具有如下功能:中断系统应具有如下功
14、能:(1)实现中断及返回)实现中断及返回(2)能实现优先权排队)能实现优先权排队(3)中断嵌套处理)中断嵌套处理计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院PCPC微机中断系统微机中断系统IBM PC/XT中有三种类型的中断:中有三种类型的中断:(1)内部中断,即软件中断。包括被零除、单步、溢出)内部中断,即软件中断。包括被零除、单步、溢出和中断指令(包括断点中断)等。这是由和中断指令(包括断点中断)等。这是由 8086执行指令执行指令产生的中断。产生的中断。(2)非屏蔽
15、中断)非屏蔽中断NMI。在。在IBM PC/XT中若存储器的读写中若存储器的读写奇偶校验错,或者是由奇偶校验错,或者是由8087的异常状态产生的中断都送的异常状态产生的中断都送至至8086的的NMI输入端要求处理。输入端要求处理。(3)可屏蔽中断)可屏蔽中断INTR。这是由外部设备通过一片。这是由外部设备通过一片8259A产生的中断请求。产生的中断请求。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院PCPC微机中断源微机中断源除法错中断除法错中断溢出中断溢出中断单步中断单步
16、中断软件中断软件中断非屏蔽中断非屏蔽中断可屏蔽中断可屏蔽中断256个中个中断源断源内部中断内部中断外部中断外部中断计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院PCPC机的中断向量表机的中断向量表l存放各类中断的中断服务存放各类中断的中断服务程序的入口地址程序的入口地址l每个入口占用每个入口占用4 Bytes4 Bytes,低低字为段内偏移,高字为段基字为段内偏移,高字为段基址址l表的地址位于内存的表的地址位于内存的00000H00000H003FFH003FFH,大小为大
17、小为1KB1KB,共,共256256个入口个入口计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院PCsPCs机中断响应和处理流程图机中断响应和处理流程图计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院中断的可屏蔽性中断的可屏蔽性1 1非屏蔽中断非屏蔽中断出现在出现在NMI线上的中断请求,不受标志位线上的中断请求,不受标志位IF的影响,的影响,在当前指令执行完
18、以后,在当前指令执行完以后,CPU就响应。就响应。2 2可屏蔽中断可屏蔽中断 出现在出现在INTR线上的请求信号是电平触发的,它的出线上的请求信号是电平触发的,它的出现是异步的,在现是异步的,在CPU内部是由内部是由CLK的上升沿来同步的。在的上升沿来同步的。在INTR线上的中断请求信号(即有效的高电平)必须保持线上的中断请求信号(即有效的高电平)必须保持到当前指令的结束。到当前指令的结束。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院常用软件中断常用软件中断中断号功 能中
19、断号功 能10H10H视频服务中断视频服务中断13H13H软硬盘控制中断软硬盘控制中断14H14H串行口中断串行口中断15H15H各种各种IOIO设备中断设备中断16H16H键盘中断键盘中断17H17H并行打印口中断并行打印口中断20H返回DOS21HDOS功能调用23HCtrl+Break处理24HDOS严重错误33H鼠标中断2FH31HDOS保护方式接口BIOS、DOS、自由中断的汇编调用方式:、自由中断的汇编调用方式:INT n INT n ;n n为中断向量号,如为中断向量号,如为中断向量号,如为中断向量号,如 INT 10H INT 10H、INT 21HINT 21H计算机科学学院
20、计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院可编程中断控制器可编程中断控制器8259A8259A功能说明功能说明外部特性外部特性内部特性内部特性工作方式工作方式初始化初始化应用示例应用示例计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院功能功能优先级排队管理:优先级排队管理:(完全嵌套、循环优先级、特定屏蔽)(完全嵌套、循环优先级、特定屏蔽)接受和扩充外部设备的中断请
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