计算机组成原理之中断的基本概念,中断的响应过程,中断处理过程,多重中断和中断屏蔽的概念

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1. 中断的基本概念

定义:中断是计算机在执行程序过程中,由于某种急需处理的事件或外部请求,CPU暂时中止当前执行的程序,转去处理该事件或请求,处理完毕后CPU再返回到原来被中止的程序继续执行。 中断源:引起中断的事件或设备称为中断源。中断源可以是外部设备(如键盘、鼠标、打印机等),也可以是内部事件(如定时器溢出、算术溢出等)。 中断类型:根据中断源的不同,中断可以分为外部中断(如I/O中断)和内部中断(如软件中断、硬件故障中断等)。

2. 中断的响应过程

中断请求:当中断源需要CPU处理时,会向CPU发出中断请求信号。 中断判优:如果同时有多个中断源发出请求,CPU会根据中断优先级来决定先响应哪个中断。优先级高的中断会先被响应。 中断响应:CPU在响应中断时,会保存当前程序的执行状态(如程序计数器PC的值、堆栈指针SP的值等),以便在中断处理完毕后能够恢复到原来的执行状态。然后,CPU会跳转到中断服务程序的入口地址,开始执行中断服务程序。

3. 中断处理过程

保护现场:在中断服务程序开始时,CPU会保护当前程序的执行环境,包括保存一些关键寄存器的值(如数据寄存器、指令寄存器等),以便在中断处理完毕后能够恢复原来的执行环境。 中断处理:中断服务程序会根据中断源的不同,执行相应的处理操作。例如,如果是I/O中断,可能会读取或写入I/O设备的数据;如果是定时器中断,可能会更新系统时间等。 恢复现场与中断返回:中断处理完毕后,CPU会恢复之前保存的现场信息,包括恢复程序计数器PC的值和堆栈指针SP的值等。然后,CPU会执行中断返回指令,返回到原来被中止的程序继续执行。

4. 多重中断与中断屏蔽的概念

多重中断:在中断处理过程中,如果又发生了新的中断请求,且该请求的优先级高于当前正在处理的中断,那么CPU会暂停当前中断的处理,转而响应新的中断请求。这种在中断处理过程中又发生中断的现象称为多重中断或中断嵌套。 中断屏蔽:为了控制中断的优先级和处理次序,计算机系统中通常会设置中断屏蔽寄存器。通过修改中断屏蔽寄存器的值,可以屏蔽某些中断源的请求,使其不被CPU响应。这样,就可以确保在特定情况下,只有优先级高的中断才能得到响应和处理。中断屏蔽技术可以提高系统的稳定性和响应速度。