harbin institute of technology
计算机组成原理大作业。
—深入理解“中断系统 ”
课程名称： 计算机组成原理
设计题目： 深入理解中断系统
院系： 航天学院
班级： 1104103班
设计者。学号。
目录。一、中断简介 1
1.1什么是中断 1
1.1.1硬中断： 1
1.1.2软中断： 2
1.1.3硬中断和软中断的区别： 2
1.2中断技术产生的原因 2
1.3中断的优缺点 3
1.3.1优点 3
1.3.2缺点 4
二、中断的基本概念 4
2.1中断源 4
2.2中断嵌套 5
2.3中断级联 5
2.4软中断 5
2.5硬中断 5
2.6nmi 6
2.7可屏蔽中断 6
2.8中断请求号 6
2.9中断向量 6
2.10中断响应inta 6
2.11中断周期 6
2.12单步中断 6
2.13if中断允许标志位 7
2.14imr中断屏蔽字 7
2.15中断优先级 7
2.16中断控制器 7
2.17中断处理子程序 7
2.16 0号中断 8
2.17 1号中断 8
三、8259a 8
问题： 8四、8259a初始化程序 8
问题： 8五、我的计算机配置 9
中断是指cpu可以在执行完当前正在执行的指令之后，检测到从cpu外部或内部产生的一种随机的请求信息，cpu暂停当前正在执行的指令并转而立即对接收的信息进行处理，当处理完毕后cpu再返回到暂停处继续执行原来的指令。这些引起中断的事件称为中断源，它们可能是来自外设的输入输出请求，也可能是计算机的一些异常事故或其它内部原因。
现在举一个例子来说明中断的作用。假设你在等一个**，如果**没有铃声，那么你只能等着**；而如果有了铃声，你就可以干别的事情比如看书，等到铃声一响，代表了通知你**来了，那么你就能放下手头的事情去处理“接**”事物。
而现在的中断实质上是包括由外部事件引起的硬中断（又称外中断）和由内部预先安排的特定指令或内部异常引起的软中断两大类。
1. 硬中断是由外部事件引起的因此具有随机性和突发性；软中断是执行中断指令产生的，无面外部施加中断请求信号，因此中断的发生不是随机的而是由程序安排好的。
2. 硬中断的中断响应周期，cpu需要发中断回合信号（nmi不需要），软中断的中断响应周期，cpu不需发中断回合信号。
3. 硬中断的中断号是由中断控制器提供的（nmi硬中断中断号系统指定为02h）；软中断的中断号由指令直接给出，无需使用中断控制器。
4. 硬中断是可屏蔽的（nmi硬中断不可屏蔽），软中断不可屏蔽。
1. 编程异常通常叫做软中断。
2. 软中断是通讯进程之间用来模拟硬中断的一种信号通讯方式。
3. 中断源发中断请求或软中断信号后，cpu或接收进程在适当的时机自动进行中断处理或完成软中断信号对应的功能。
4. 软中断是软件实现的中断，也就是程序运行时其他程序对它的中断；而硬中断是硬件实现的中断，是程序运行时设备对它的中断。
1. 软中断发生的时间是由程序控制的，而硬中断发生的时间是随机的。
2. 软中断是由程序调用发生的，而硬中断是由外设引发的。
3. 硬件中断处理程序要确保它能快速地完成它的任务，这样程序执行时才不会等待较长时间。
当cpu与外部设备交换信息的时候，如果用查询的方式，那么cpu就会浪费很多时间去等待外部设备。这样就存在快速的cpu与慢速的外部设备之间的矛盾，当cpu与外设工作不同步时，很难确保cpu在对外设进行读写操作时，外设一定是准备好的。为保证数据的正确传送，可采用查询方式。
但是在查询方式下，cpu主动地查询所有外设以确定其是否准备好，是否需要进行数据传送，会使cpu的效率降低，特别是与低速外设进行数据交换时，cpu需要等待更多的时间。另外在对多个外设进行i/o操作时，如果有些外设的实时性要求较高，cpu有可能因来不及响应而造成数据丢失。这也是计算机在发展过程中面临的严重问题之一。
为了解决这个问题，一方面要提高外部设备的工作速度；另一方面，就应运而生了中断技术。
例如打印文稿的操作。因为cpu传送数据的速度高，而打印机速度较慢，如果不采用中断技术，cpu将经常处于等待状态，这会使得电脑的工作效率极低。而采用了中断方式后，cpu就可以在打印的同时进行其他的工作，而只在打印机缓冲区内的当前内容打印完毕，而发出中断请求之后才予以响应，这时才暂时中断当前的工作转去执行停止打印的操作，之后再返回执行原来的程序。
这样就大大地提高了计算机系统的效率。
中断最初的目的是为了解决高速cpu与低速外设之间的速度矛盾。实际上，中断的功能远远超出了预期的设计，被广泛地应用在分时操作、实时处理、人机交互、多机系统等方面，中断技术大大地提高了cpu的工作效率。
中断技术实现了cpu和外部的并行工作，从而消除cpu的等待时间，提高了cpu的利用率。另外，cpu可同时管理多个外部设备的工作，提高了输入/输出数据的吞吐量。
cpu与外部设备进行数据传输的过程如下：cpu启动外部设备工作后，执行自己的主程序，此时外部设备也开始工作。当外设需要数据传输时，发出中断请求，cpu停止它的主程序，转去执行中断服务子程序。
中断处理结束以后，cpu继续执行主程序，外部设备也继续工作。如此不断重复，直到数据传送完毕。在此操作过程中，对cpu来说是分时的，即在执行正常程序时，接收并处理外部设备的中断请求，cpu与外部设备同时运行，并行工作。
在实时控制系统中，现场定时或随机地产生各种参数、信息，要求cpu立即响应。利用中断机制，计算机就能实时地进行处理，特别是对紧急事件的处理。
计算机运行过程中，如果出现某些故障，如电源掉电、运算溢出等，计算机可以利用中断系统自行处理。
1.由于加入了中断系统，计算机变得更加复杂，硬件的结构更加繁琐；
2.由于中断完成后要返回当时正在执行的事物，那么就涉及到了一个问题，就是对当时事物的保存，所以中断技术中又要考虑一个重要问题，那就是中断现场保护。
基本概念：中断源、中断嵌套、中断级联、软中断、硬中断、nmi、可屏蔽中断、中断请求号、中断向量、中断响应inta、中断周期、单步中断、if中断允许标志位、imr中断屏蔽字、中断优先级、中断控制器、中断处理子程序、0号中断、1号中断。
我们把引起中断的原因，或者能够发出中断请求信号的**统称为中断源。
通常中断源有以下几种：
1.外部设备请求中断。一般的外部设备（如键盘、打印机和a / d转换器等）在完成自身的操作后，向cpu发出中断请求，要求cpu为他服务。
由计算机硬件异常或故障引起的中断，也称为内部异常中断。
2.故障强迫中断。计算机在一些关键部位都设有故障自动检测装置。
如运算溢出、存储器读出出错、外部设备故障、电源掉电以及其他报警信号等，这些装置的报警信号都能使cpu中断，进行相应的中断处理。
3.实时时钟请求中断。在控制中遇到定时检测和控制，为此常采用一个外部时钟电路（可编程）控制其时间间隔。
需要定时时，cpu发出命令使时钟电路开始工作，一旦到达规定时间，时钟电路发出中断请求，由cpu转去完成检测和控制工作。
4.数据通道中断。数据通道中断也称直接存储器存取（dma）操作中断，如磁盘、磁带机或crt等直接与存储器交换数据所要求的中断。
5.程序自愿中断。cpu执行了特殊指令（自陷指令）或由硬件电路引起的中断是程序自愿中断，是指当用户调试程序时，程序自愿中断检查中间结果或寻找错误所在而采用的检查手段，如断点中断和单步中断等。
处理器正在执行着中断，又接受了更急的另一件“急件”，转而处理更高一级的中断的行为。具体是指中断系统正在执行一个中断服务时，有另一个优先级更高的中断提出中断请求，这时会暂时终止当前正在执行的级别较低的中断源的服务程序，去处理级别更高的中断源，待处理完毕，再返回到被中断了的中断服务程序继续执行，这个过程就是中断嵌套。
如果一台计算机要处理的中断信息多达八个以上，那么它本身的中断控制器的中断申请端口就显得不够用了。在这种情况下，我们可以采用中断控制器的级联技术，来扩展中断申请端口，增强微型计算机对多中断的处理能力。
是和硬中断相对应的，常常是硬中断服务程序对内核的中断，用软件方式进行模拟。软中断分为失效、自陷和终止三种类型。
实现宏观上的异步执行效果软中断是linux系统原“底半处理”的升级，在原有的基础上发展的新的处理方式，以适应多cpu、多线程的软中断处理。软中断是实现系统api函数调用的手段。
硬中断是由外部事件引起的因此具有随机性和突发性；软中断是执行中断指令产生的，无面外部施加中断请求信号，因此中断的发生不是随机的而是由程序安排好的。
nmi(nonmaskableinterrupt)——不可屏蔽中断(即cpu不能屏蔽)无论状态寄存器中if位的状态如何，cpu收到有效的nmi必须进行响应；nmi是上升沿有效；中断类型号固定为2;它在被响应时无中断响应周期。不可屏蔽中断通常用于故障处理(如：协处理器运算出错，存储器校验出错，i/o通道校验出错等)。
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