計算機組成原理：8-2 輸入輸出系統

復習思考題22主機和外設之間需要交換的信息有數據信息、控制信息、狀態(tài)信息、聯絡信息和外設識別信息。I/O端口地址就是主機與外設直接通信的地址。（對）一個I/O接口至少包含兩個或兩個以上的端口。（對）I/O端口的編址方式有獨立編址、統一編址兩種。主機與外備采用程序查詢方式傳送數據時，主機與設備是串行工作的。在I/O控制方式中，主要由軟件實現的控制方式為程序查詢方式和程序中斷方式。第8章輸入輸出系統8.1主機與外設的連接8.2程序查詢方式及其接口8.3中斷系統和程序中斷方式8.4DMA方式及其接口8.5通道控制方式8.6總線技術中斷的基本類型自愿中斷和強迫中斷自愿中斷(程序自中斷)——不是隨機產生的中斷，而是在程序中安排的有關指令，如：軟中斷等。

強迫中斷——隨機產生的中斷，當中斷產生后，由中斷系統強迫計算機中止現行程序并轉入中斷服務程序。程序中斷和簡單中斷程序中斷——即前面提到的中斷，主機在響應中斷請求后，通過執(zhí)行一段中斷服務程序來處理更緊迫的任務。簡單中斷——就是外設與主存間直接進行信息交換的方法，即DMA方式。它不破壞程序執(zhí)行現場。內中斷和外中斷外中斷——I/O設備、定時時鐘等來自處理機外部設備的中斷。內中斷——處理機硬件故障或程序“出錯”引起的中斷。中斷的基本類型向量中斷和非向量中斷向量中斷——中斷服務程序的入口地址是由中斷源自己提供。非向量中斷——中斷源不直接提供中斷服務程序的入口地址，而由CPU查詢之后得到。單重中斷和多重中斷

單重中斷——中斷服務程序的過程中CPU不能被再打斷

多重中斷——在執(zhí)行某個中斷服務程序時，CPU可去響應級別更高的中斷請求，又稱為中斷嵌套。80x86處理器的中斷源分類80x86有一個使用靈活、簡單的中斷系統，可處理256種類型的中斷，可分為內中斷（軟中斷）、外中斷（硬中斷）INTn指令INTO指令除法錯誤單步TF=1中斷邏輯CPU非屏蔽中斷請求n0418259A可編程中斷控制器（PIC）IR0系統定時器IR1鍵盤IR2彩色/圖形接口IR3串口COM1IR4串口COM2IR5LPT2控制器IR6磁盤控制器IR7LPT1控制器08090A0B0C0D0E0FNMIINTR80x86處理器的中斷源分類外中斷——通過外設硬件產生的中斷請求，分為非屏蔽中斷(NMI)——用于緊急、異常情況處理可屏蔽中斷(INTR)——處理器可根據情況屏蔽的中斷請求INTn指令INTO指令

除法錯誤單步TF=1中斷邏輯CPU非屏蔽中斷請求n0418259A可編程中斷控制器（PIC）IR0系統定時器IR1鍵盤IR2彩色/圖形接口IR3串口COM1IR4串口COM2IR5LPT2控制器IR6磁盤控制器IR7LPT1控制器08090A0B0C0D0E0FNMIINTR80x86處理器的中斷源分類內中斷（軟中斷）由處理器內部產生而不通過中斷請求線請求，都為非屏蔽中斷。INTn指令INTO指令

除法錯誤單步TF=1中斷邏輯CPU非屏蔽中斷請求n0418259A可編程中斷控制器（PIC）IR0系統定時器IR1鍵盤IR2彩色/圖形接口IR3串口COM1IR4串口COM2IR5LPT2控制器IR6磁盤控制器IR7LPT1控制器08090A0B0C0D0E0FNMIINTR8.3.2中斷請求和中斷判優(yōu)中斷源是指中斷的來源，即任何引起計算機中斷的事件一般每臺計算機都有多個中斷源。中斷請求寄存器由多個中斷請求觸發(fā)器構成，記錄中斷請求信號它的內容稱為中斷字或中斷碼，中斷字中為“1”的位就表示對應的中斷源有中斷請求。CPU判優(yōu)邏輯1#設備2#設備n#設備INTRnINTAnINTR2INTA2NTR1INTA1中斷請求信號的傳送——獨立請求線每臺設備分配一個優(yōu)先級，每臺設備都通過各自的中斷請求線，將中斷請求信號傳送到CPU，在CPU內設置有判有邏輯，接受各中斷請求信號。并且給每臺設備設一根中斷響應線傳送中斷響應信號。CPUINTA1#中斷源2#中斷源n#中斷源地址數據線控制線INTR中斷請求信號的傳送——公共請求線多個中斷源共有一根公共請求線特點——在負載允許的情況下，中斷源的數目可隨意擴充，但CPU在接到中斷請求后，必須通過軟件或硬件的方法來識別中斷源，然后再找出中斷服務程序的入口地址。中斷請求信號的傳送——二維結構CPUINTRINTAINVEC1#中斷源2#中斷源3#中斷源4#中斷源5#中斷源6#中斷源7#中斷源8#中斷源9#中斷源數據線2中斷判優(yōu)邏輯把幾個設備歸到同一個優(yōu)先級上，把同一優(yōu)先級的I/O設備掛在同一根公共請求線上。在不同請求線上I/O設備中斷優(yōu)先級不同。INTR0INTA0INTR1INTA1INTR2INTA2中斷優(yōu)先級與判優(yōu)方法中斷優(yōu)先級排隊當多個中斷源同時發(fā)出中斷請求時，CPU在任何瞬間只能接受一個中斷源的請求。確定中斷優(yōu)先級的原則對那些提出中斷請求后需要立刻處理，否則就會造成嚴重后果的中斷源規(guī)定最高的優(yōu)先級；對那些可以延遲響應和處理的中斷源規(guī)定較低的優(yōu)先級。如故障中斷一般優(yōu)先級較高，接著才是I/O設備中斷。I/O設備可以根據各個設備的速度來決定優(yōu)先級。一個中斷源對應一個中斷服務程序，每個中斷服務程序都有優(yōu)先級。只有當某個中斷源的優(yōu)先級別高于CPU現在的優(yōu)先級時，才能中止CPU執(zhí)行現在的程序。中斷判優(yōu)的方法軟件判優(yōu)法

用程序來判別優(yōu)先級，這是最簡單的中斷判優(yōu)方法。這種方法靈活，但占CPU時間，判優(yōu)速度慢。硬件判優(yōu)電路采用硬件實現中斷優(yōu)先級判定可節(jié)省CPU時間，而且速度快，但是成本較高。8.3.3中斷響應和中斷處理中斷響應I/O設備提出中斷請求后，CPU中止現行程序的執(zhí)行，轉去為某個設備服務的過程，稱為中斷響應。中斷響應的條件CPU接收到中斷請求信號CPU允許中斷

（開中斷,EINT=1）一條指令執(zhí)行完畢中斷隱指令中斷隱指令CPU響應中斷后，由硬件實現將控制轉去執(zhí)行中斷服務程序，實現這些操作的稱為中斷隱指令。注意：它并不是指令系統中的一條真正的指令，它沒有操作碼，所以它是一種不允許、也不可能為用戶使用的特殊指令。中斷隱指令所完成的操作保存斷點——保護PC的內容暫不允許中斷（關中斷,EINT=0）——以確保能用程序正確保護現場引出中斷服務程序——中斷服務程序的入口地址送PC中斷周期0MAR(PC)MDR發(fā)“Write”命令MDRM(MAR)向量地址PC0EINT進入中斷服務程序向量中斷時，中斷源向CPU發(fā)出中斷請求信號之后，CPU經過一定的判優(yōu)處理，若決定響應這個中斷請求，則向中斷源發(fā)出中斷響應信號。中斷源接到中斷響應信號后就通過自己的向量地址發(fā)生器向CPU發(fā)送向量地址。工作完成允許中斷發(fā)中斷請求中斷優(yōu)先級判定選優(yōu)中斷響應識別中斷源向量地址形成現場處理啟動中斷服務程序中斷源CPU向量地址_____INTRINTA中斷源CPU進入中斷服務程序的方法當向量地址是中斷服務程序的入口地址CPU不需要再經過處理就可以進入相應的中斷服務程序向量地址是中斷向量表的指針從中斷向量表的相應單元中再取出中斷服務程序的入口地址，此時中斷源給出的向量地址是中斷服務程序入口地址的地址。80x86的中斷向量表內存的最低1KB建立了一個中斷向量表分成256組，每組占4B前2B存放中斷服務程序入口地址的偏移量(IP)后2B存放中斷服務程序入口地址的段地址(CS)00000H00004H003FCH0型中斷向量1型中斷向量255型中斷向量N型中斷向量……4*N4N4N+2N型ISP首指令的偏移量N型ISP代碼段的段地址中斷響應與處理過程CPU存儲器I/O控制器外設中斷寄存器ADDSUBANDORREADSTORERTI中斷服務例程保存PC中斷服務地址中斷現場的保護和恢復中斷現場是發(fā)生中斷時CPU的主要狀態(tài)，其中最重要的是斷點，另外還有一些通用寄存器的狀態(tài)。保護中斷現場的原因CPU要進行現行程序和中斷服務程序運行狀態(tài)的轉換保護中斷現場的方法一般中斷隱指令中，CPU硬件將自動保存斷點，有的還自動保存程序狀態(tài)寄存器的內容。在中斷服務程序開始，應由軟件去保存那些硬件沒有保存，而在中斷服務程序中又可能用到的寄存器（如某些通用寄存器）的內容，在中斷返回之前，這些內容還應該被恢復。中斷現場的保護和恢復8.3.4多重中斷與中斷屏蔽多重中斷系統將中斷源分成若干級別，每一中斷級分配給一個優(yōu)先權。優(yōu)先權高的中斷級可以打斷優(yōu)先權低的中斷服務程序，以中斷嵌套方式工作。實現中斷嵌套方式應具備的條件須保護多個斷點,再恢復----堆棧CPU進入某中斷服務程序后,系統須開中斷才可實現中斷嵌套。主程序1級中斷服務程序2級中斷服務程序允許和禁止中斷用CPU的中斷允許觸發(fā)器來控制允許中斷還是禁止中斷當中斷允許觸發(fā)器被置“1”，則允許中斷（開中斷），當中斷允許觸發(fā)器被置“0”，則禁止中斷（關中斷）。開中斷和關中斷的時機開中斷保護完現場后或恢復完現場后關中斷保護和恢復現場之前當某中斷服務程序中不允許被其它中斷請求打斷時中斷處理過程關中斷保存斷點，保存現場判別中斷條件轉入中斷服務程序開中斷執(zhí)行中斷服務程序關中斷恢復斷點，恢復現場開中斷返回斷點中斷屏蔽中斷源發(fā)出中斷請求之后，這個中斷請求并不一定能真正送到CPU去，在有些情況下，可以用程序方式有選擇地封鎖部分中斷——中斷屏蔽給每個中斷源配備一個中斷屏蔽觸發(fā)器MASK，則每個中斷請求信號在送往判優(yōu)電路之前，還要受到屏蔽觸發(fā)器的控制。當MASK