05 中断.ppt

第5章 中断
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中断的概念
概述
中断是现代计算机技术领域里的一项非常重要的技术。最初,中断仅仅是为了解决对I/O接口进行查询而使得CPU效率变低的弊端,同时又确保在运行过程中能够实时处理外围设备的各种服务要求而采用的一种措施。
中断是为快速改变程序的运行环境而提供的一种机制。程序控制的转换是由微处理机内部事件或者是外部硬件事件启动的。特别是高速运行的微处理机与数据传送速度较低或接收数据的速度较低的输入/输出设备接口之间进行数据交换时,中断就显得特别有用。例如,在利用键盘进行输入操作时,若用82C55的选通和软件查询来获得来自键盘的数据,可以说是“少、慢、差、费”。利用中断处理程序是一种最佳选择。
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所谓中断,其实是CPU在执行当前程序的过程中,由于某种随机出现的外围设备的请求,使得CPU暂时停止正在执行的程序(即中断),转去执行为外围设备服务的程序。当为外围设备服务的程序执行完后,CPU再返回到暂时停止正在执行的程序处(即断点)继续执行其原来的程序。这种中断就是人们通常所说的外部中断。
但是随着计算机体系结构不断的更新换代和应用技术的日益提高,中断技术发展的速度也是非常迅速,中断的概念也随之延伸,中断的应用范围也随之扩大。除了传统的外围部件引起的硬件中断外,又出现了内部的软件中断概念。
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外部中断和内部软件中断就构成了一个完整的中断系统。发出中断请求的来源非常多,不管是由于外部事件而引起的外部中断、还是由于软件执行过程而引发的内部软件中断,凡是能够提出中断请求的设备或异常故障,均被称其为中断源。按中断源的不同,Pentium又把中断分成三种类型。
(1)中断:
(2)异常:
(3)程序异常:
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实模式下的中断操作
当微处理机执行完当前指令之后,它就按给定的顺序来检查下面一些条件,以便确定一个中断是否有效。
①检查指令的执行;
②检查是否单步执行的指令;
③检查是不是一条不可屏蔽中断NMI;
④检查浮点部件的段是否越界;
⑤检查是不是一条可屏蔽中断INTR;
⑥检查是不是一条调用中断过程指令INT。
如果在检查的过程中发现一个或多个中断条件与检查的条件相符合,就按顺序执行下列操作步骤:
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(1)将标志寄存器的内容下压入栈。
(2)清除标志寄存器中的允许中断标志IF位和自陷标志TF位,此举就有效地禁止可屏蔽中断INTR外引线上的信号的出现以及自陷或单步功能的实施。
(3)将代码段寄存器CS的内容下压入栈。
(4)将指令指针寄存器IF的内容下压入栈。
(5)将中断向量的内容取出,并将其送入指令指针寄存器IF和代码段寄存器CS,这样就可以将程序下一条指令的执行从中断向量寻址的中断服务程序开始。
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保护模式下的中断操作
保护模式下的中断操作与实模式下的中断操作几乎是一样的,但二者的中断向量表有所不同。
在实模式下,使用的是中断向量。而在保护模式下,使用的是保存在中断描述符表IDT中的中断描述符。
实模式下的中断向量完全可以转换成保护模式下的中断,其实施的方法是将复制的中断向量表中的中断服务程序地址转换成中断描述符表IDT中的32位偏移量地址而实现的。
保护模式下的中断功能,除了使用中断描述符表IDT中的中断描述符之外,其余与实模式下的中断功能类似,均是通过使用从中断返回IRET指令或 IRETD 指令实现。其中,惟一的差别是:在保护模式下微处理机访问的是中断描述符表IDT,而不是中断向量表。
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中断系统
中断系统的作用
(1)实现分时操作:
Pentium微处理机可同时运行多道程序,它可以依靠定时器,通过中断系统将CPU的时间分配给各道程序使用。对I/O系统而言,中断系统可作为低速的外部设备与高速的CPU之间的一种联系纽带,通过中断系统可以实现多个I/O设备与CPU之间的并行操作。
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(2)处理异常事故:
当处理机在执行操作时,若出现了诸如除数为0、计算结果溢出、非法操作等程序性的错误,或者出现了机器故障。这时就可以通过中断系统进行处理,或者将故障与错误记录下来为故障诊断和机器的恢复作好准备。
(3)实现实时操作:
在实时控制系统中,许多信号往往都是随机产生的,只有通过中断系统才能对它们进行处理,以避免信息的丢失。
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中断响应和处理过程
计算机的结构不同,中断系统的响应与处理过程也不尽相同,但其基本处理过程还是相似的。
处理机系统内存在着多个中断源,而且每一个中断源的处理内容也不会是一样的。因此必须为每个中断源预先编好中断处理程序并且将其存放到主存储器中。
而当CPU响应中断之后,就会调出相应的中断处理程序对中断进行处理。有的机器则是通过中断系统硬件为每个中断源形成一个程序入口,