【README】

1.本文总结自bilibili《计算机组成原理（哈工大刘宏伟）》的视频讲解，非常棒，墙裂推荐；

2.采用一问一答的方式对中断进行总结（中断7问题），refer2

8.4-中断系统小结（cpu响应中断）_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客_cpu响应中断的步骤【README】本文转自bilibili《计算机组成原理（哈工大刘宏伟）》的视频讲解，非常棒，墙裂推荐；【1】中断系统1）作用：用中断系统实现了外设数据的输入输出；还可以用于程序调试，计算机系统的异常事件，都可以用中断系统来处理；2）中断因素人为设置的中断；程序性事故，如java异常；硬件故障，如硬盘坏道；Io设备，如数据输入输出；外部事件，如键盘中断按钮，调试程序；3）中断系统需要解决的问题序号问题1https://blog.csdn.net/PacosonSWJTU/article/details/1235392163.本文首先给出中断全流程：

【1】概述

【1.1】引起中断的各种因素

0）中断系统作用：
第5章，我们用中断系统实现了数据的输入输出上；还可以用于程序调试，计算机系统的异常事件，都可以用中断系统来处理；

1）引起中断的各种因素

人为设置的中断；
程序性事故，如java异常；
硬件故障，如硬盘坏道；
Io设备，如数据输入输出；
外部事件，如键盘中断按钮，调试程序；

【1.2】中断系统需解决的问题

序号	问题
1	各中断源如何向cpu提出请求？
2	各中断源同时提出请求，怎么办？
3	Cpu在什么条件，什么时间，以什么方式响应中断？
4	如何保护现场
5	如何寻找入口地址？
6	如何恢复现场，如何返回？
7	处理中断的过程中又出现新的中断怎么办？

【2】中断请求标记和中断判优逻辑

【2.1】中断请求标记

【问题1】多个中断源如何提出中断请求？
给每一个中断源设置一个触发器，用触发器来标记这个中断源是否提出了中断请求；
（一个中断源对应一个中断请求触发器INTR）多个触发器组成了中断请求标记寄存器；

中断触发器可以做在中断源的接口电路，或做在cpu内部；

【2.2】中断判优逻辑

【问题2】多个中断源同时提出中断请求，怎么办？
Cpu如何响应，响应对系统影响最大的中断源；

对中断源进行分级；响应优先级最高的中断源（对中断源的级别进行排队）；

排队器可以在中断源接口电路，或在cpu内部；
上图由硬件实现的排队器；也可以软件实现排队器；如下：

【3】中断服务程序入口地址的寻找

【3.1】硬件向量法

排队器输出：只有1根线是高电平1，其他全部为低电平0；
向量地址形成部件：根据排队器输出，确定需要响应的中断源，从而确定执行哪一个中断服务程序（通过中断向量地址确定）；

【问题3】如何寻找中断服务程序的入口地址？（硬件向量法，或软件查询法）

用硬件查找中断服务程序入口地址有两种方法：

方法1：在中断向量地址的存储单元中存放一条跳转指令如 jmp 200，则200就是中断服务程序的入口地址；
方法2：在中断向量地址的存储单元中存放的就是中断服务程序的入口地址，如中断向量地址12H，其保存的入口地址200；

【3.2】软件查找法

用软件如何查找中断服务程序入口地址？
通过执行中断识别程序，进行查找；
利用软件方法更加灵活；

中断识别程序查询步骤：

步骤	指令	说明
1	SKP DZ 1#	SKP表示跳过下一条指令；指令功能：查询第1号中断源的完成触发器D；看触发器是等于0还是等于1；若等于1，说明中断源已经准备好了，提出了中断请求，cpu就要去执行响应的中断服务程序（步骤2）；若等于0，说明1号中断源没有准备好，则跳过指令2，进入2号中断源的查询（步骤3）
2	JMP 1#SR	执行中断服务程序
3	SKP DZ 2	……
4	JMP 2SR	……

【4】中断响应

【问题4】Cpu在什么条件，什么时间，以什么方式响应中断？

1）cpu在什么条件下响应中断请求？

为了表示cpu是否响应中断请求，有一个允许中断触发器EINT，值=1表示允许cpu响应中断源发出的中断请求；

2）cpu在什么时间响应中断请求？
通常情况下，cpu只有在指令的执行阶段结束以后，才能够响应中断请求；
但cpu的某些指令的执行阶段比较长，这种情况就允许cpu在指令执行过程中，响应中断请求；
问题：为什么cpu要把响应中断的时间放在指令执行阶段以后呢？

3）cpu响应中断过程：

在指令执行以后，cpu发送查询信号到中断源的中断请求触发器；查询信号把中断请求触发器的输出端设置为1，把中断请求信号发送到排队电路；

【4.3】中断隐指令

1）中断隐指令：说的是保存程序断点，寻找中断服务程序入口地址，关中断这3个步骤是计算机硬件来完成的，并不是在某一条具体指令的驱动下完成的；即，中断隐指令并不是指令集中的指令；但在响应中断过程中，这些硬件操作都要执行；

EINT，允许中断的R-S触发器；（值为1，表示允许中断）
INT，中断标记的R-S触发器；（值为1，表示相应中断；只要INT设置为1，EINT就要被设置为0）

【4.3.1】中断响应过程中要解决的3个问题：

问题1）保护程序断点：断点就是中断服务程序执行完成后，返回执行的指令；

方法1：断点存到特定地址（0号地址）内；
方法2：断点进栈；

问题2）寻找中断服务程序入口地址；

方法1）采用硬件向量法：把中断向量地址发送到PC寄存器；PC中保存了向量地址，这个向量地址保存了中断服务程序的入口地址，或跳转指令，该指令会跳转到中断服务程序；
方法2）软件查询法：中断识别程序的入口地址发送到PC寄存器；计算机执行中断识别程序来查找中断服务程序的入口地址；

问题3）硬件关中断（把中断允许触发器的值设置为0）；

关中断的目的：避免在单重中断的机器中，在执行中断服务程序的过程中，有新的中断源会打断当前的中断服务程序的执行；

另外，即使在多重中断的cpu中，采用关中断的方式，也是为了保存程序断点，保存程序现场的一个过程；

【4.3.2】中断响应步骤

步骤	描述
1	Cpu完成指令执行阶段后，通过硬件向量法查找中断源；各个中断源的信号送入排队器；
2	排队器把中断源信号（只有一根线为1）送给中断标记触发器，从而把INT设置为1，而EINT设置为0；
3	此外，排队器还要把中断信号送给向量地址形成部件，这个向量地址送给PC，为执行中断服务程序做准备；（向量地址保存了中断服务程序的入口地址）

【5】保护现场与恢复现场

1）保护现场

1.1 ）保存断点：由中断隐指令（硬件）来做，包括3个步骤（保存断点，形成中断服务程序的入口地址，硬件关中断）；
1.2）保存寄存器内容（由中断服务程序来做，软件）：cpu当中的一些寄存器在执行中断服务程序的时候需要用到；这些寄存器的内容也要进行保存；因为这些内容将来中断返回的时候，主程序还要用到；

2）恢复现场

2.1）由中断服务程序完成；因为中断服务程序在保存现场的时候，可以吧寄存器内容压入到堆栈中；在中断服务程序恢复现场时，可以出栈；

3）中断服务程序的工作内容包括：

保护现场；push指令；
其他服务程序（中断服务程序剩余部分）；
恢复现场；pop指令；
中断返回；IRET指令；

【6】多重中断

【6.1】多重中断概念

【问题7】处理中断的过程中又出现新的中断，怎么办？
再问：如果新的中断源的优先级，高于当前正在处理的中断源的优先级，又要如何处理？处理过程如下：

处理中断1时，发生了中断2，且中断2优先级大于中断1，则停止中断1的服务程序，转而执行中断2的服务程序；
处理中断2时，发生了中断3，且中断3优先级大于中断2，则停止中断2的服务程序，转而执行中断3的服务程序；
上图中：产生了3次中断，和3个断点，分别是 k+1, l+1, m+1 ；

【6.2】实现多重中断的条件

1）要允许cpu在执行某个中断服务程序时，响应新的中断请求；就要提前打开 EINT允许中断触发器（设置 EINT=1）；

2）是不是任何一个新的中断请求都能打断当前正在执行的中断服务？不是的；
只有高优先级的中断源才可以打断低优先级中断源；

3）中断过程如下：

时间轴	中断请求	主程序	中断服务程序(优先级降序)
时间轴	中断请求	主程序	A	B	C	D
1	BC
2		保存主程序断点
3		转到中断服务程序B		执行
4		从B中恢复到主程序断点
5		保存主程序断点
6	D	转到中断服务程序C			执行
7		从C中恢复到主程序断点
8		保存主程序断点
9	A	转到中断服务程序D				执行
10		保存中断服务程序D的断点
11		转到中断服务程序A	执行
12						从A恢复到中断服务程序D断点继续执行
13		从D种恢复继续执行

详细步骤解析如下：

1) 主程序在运行时，中断源BC请求中断；
2) 又B优先级高于C，则主程序响应B中断，保存主程序中断断点，执行B的中断服务程序；
3) 恢复现场到主程序；
4) 主程序响应中断C，保存主程序的中断断点，执行C的中断服务程序；
5) 在执行C的中断服务程序过程中，中断D请求中断；由C的优先级高于D，所以cpu不会理会D，而是继续执行中断C；
6) 恢复现场到主程序；
7) 主程序响应中断D，保存主程序的断点，执行D的中断服务程序；
8) 在执行D的过程中，中断源A请求中断；
9) 又A的优先级高于D；所以保存D的中断服务程序为断点，转而响应中断A，执行A的中断服务程序；
10) 恢复现场到D的中断服务程序；执行D的中断服务程序；
11) 恢复到主程序；

【补充】 中断谁就要返回到谁的执行现场；

【6.3】中断屏蔽技术

refer2 中断屏蔽技术_PacosonSWJTU的博客-CSDN博客

【6.4】多重中断的断点保护

1）断点保护有2个方法：

方法1：断点进栈；由中断隐指令来完成；
方法2：断点存入0号或某个内存地址，由中断隐指令来完成；

2）在中断周期中，需要保存断点；如断点保存到0地址；

步骤1：把0地址送入MAR，主存地址寄存器；
步骤2：命令存储器写操作；
步骤3：把PC保存的断点值写入MDR，主存数据寄存器；之前把断点（下一条指令地址）写入0地址，断点在PC寄存器中，因为PC寄存器存储了下一条要执行的指令的地址（下一条指的是主程序或当前正在执行的程序的下一条）；
步骤4：把MDR的数据送入到MAR指向的内存单元中；

3）有个问题：中断周期的保存断点阶段，如果都把断点地址保存到0地址，那遇到多种中断，下一个中断周期的断点地址就会把上一个中断的断点给覆盖掉；
如何保证断点内容不丢失呢？

【6.4.3】程序断点存入0地址的断点保护

上述指令列表的执行步骤如下：

向量地址	内容	说明
0	断点内容	保存程序断点到0地址；
5	JMP SERVE	serve 是中断服务程序的入口地址；中断向量形成部件把向量地址5送入pc寄存器；
SERVE	STA SERVE	保存现场；如保存acc寄存器的内容到SERVE指向的内存单元中；
	…
	LDA 0	把0地址的内存单元数据取出来放入acc寄存器； 0地址的内存就是程序断点；
	STA RETURN	通过STA指令，把程序断点保存在RETURN单元；（通过转存把程序断点保护起来）
	置屏蔽字	设置中断屏蔽字在开中断之前；
	ENI	开中断
	…
	LDA SAVE	恢复程序现场；把SAVE内存单元的内容送入acc寄存器；
	恢复中断屏蔽字	在返回中断之前，要恢复中断屏蔽字；
	JMP @ RETURN	通过一条间接跳转指令（间址寻址）；跳转到RETURN内存单元保存的那个地址（程序断点）；
SAVE	XXX	存放ACC内容
RETURN	XXX	转存0地址内容