计算机原理 8.3程序中断方式

Question

如题所述

Answer 1

计算机原理：深入解析8.3程序中断方式

程序中断方式是计算机系统中一种至关重要的操作模式，它让程序能够灵活响应外部事件，实现高效处理。下面我们详细探讨这一节的核心内容。

一、程序中断方式的基本概念

1. 显著特征：程序中断方式以随机性和程序切换性为特点，它意味着在任何时候，控制权可以由运行中的程序被其他事件截断，转而执行中断服务程序。

2. 向量地址的重要性：中断服务程序的入口地址通常由硬件以向量地址的形式提供，这有助于快速定位和响应中断请求。

3. 向量中断与非向量中断：向量中断凭借硬件提供的直接入口地址，提升了中断响应速度。相比之下，非向量中断则需要软件查询，响应速度略慢。

4. 中断嵌套：多重中断处理，当处理一个中断时，若遇到优先级更高的中断，中断系统会暂停当前服务，转而处理更高优先级的中断，体现了中断方式的动态性。

二、中断方式的接口设计

1. 中断触发器，如RD，是设备准备就绪的标志，表明中断请求可以被处理。
2. 允许中断，通过EI指令控制中断请求的接纳，允许程序主动决定是否接受中断。
3. 中断请求触发器，IR存储设备发出的中断请求信号，是中断处理的入口。
4. 中断屏蔽触发器，IM标志决定CPU是否处理或屏蔽特定中断，保证系统的稳定运行。

三、中断源的多样性

中断源是系统中的关键事件发生点，它们可以是：

输入输出设备：如键盘、鼠标，完成任务后会发出中断请求。
数据通道：数据传输完成后，中断用于通知CPU。
实时时钟：定时器溢出或时间事件发生时，引发定时中断。
故障中断：硬件故障时，中断信号用来启动错误处理。
系统中断：操作系统内部的控制，如任务切换或系统状态改变。

值得注意的是，所有软中断都是非屏蔽中断，可以随时被CPU处理。

四、中断处理流程的精细管理

中断过程分为五个关键步骤：

中断请求：当设备完成任务或满足特定条件，会向CPU发送中断请求。
中断判优：根据中断的优先级和任务的紧急程度，决定是否处理和如何处理。
中断响应：CPU在满足特定条件（如无更高优先级中断）时，中断现行任务，进入中断服务程序。
中断处理：在中断服务子程序中，保护现场、开启中断，执行特定任务并恢复现场。
中断返回：中断服务程序结束后，CPU回到中断前的断点，继续执行。

最后，中断服务过程中，为了保证系统的稳定，对同一级或低级中断的屏蔽机制是必不可少的。

理解程序中断方式是深入计算机系统运作的核心，它在处理复杂任务和保证系统效率中发挥着至关重要的作用。通过掌握这些核心概念和流程，我们可以更好地设计和优化我们的软件系统。