最新计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
单片机的中断处理方式
单片机的中断处理方式单片机中断是指在程序运行过程中，发生某些特定的事件时，暂停正在执行的程序，转而执行另外一段特定的程序，完成特定的任务后，再返回原程序继续执行。
中断处理方式能够提高单片机的响应速度和实时性，因此在嵌入式系统中得到广泛应用。
单片机的中断处理方式有两种：硬件中断和软件中断。
一、硬件中断硬件中断是通过外部触发器来实现的。
单片机的中断请求引脚接收到外部信号后，触发中断。
硬件中断包括外部中断和定时器中断。
1. 外部中断外部中断是通过外部信号引脚的电平变化或边缘触发来引发的。
当外部信号满足一定条件时，单片机会停止当前任务，转而执行与该中断相对应的子程序。
外部中断可以用于实现按钮的按下、外部传感器数据的采集等，以实现实时响应。
2. 定时器中断定时器中断是通过单片机内部的计时器来实现的。
单片机中的定时器会定期产生中断信号，通过设定定时器的计数值和工作模式，可以实现特定时间间隔的中断。
定时器中断广泛应用于实时时钟、定时测量、定时采样等需要定时触发的场景。
二、软件中断软件中断是由程序内部主动触发的，通常通过软件指令执行INT指令来触发中断。
软件中断可以由开发人员自定义，并根据需求在程序中进行调用。
软件中断可以用于实现特定事件的调度和处理，例如实现任务的优先级调度、不同模块之间的通信等。
通过软件中断，可以在不同任务之间灵活切换执行，提高系统的多任务处理能力。
中断处理方式的选择应根据具体的应用场景和需求来确定。
硬件中断适用于外部事件的实时响应，而软件中断则适用于程序内部事件的处理。
在编写中断处理程序时，需遵循以下几点原则：1. 快速响应：中断处理程序应尽可能地短小快速，以保证系统能够及时响应中断事件。
2. 恰当处理：中断处理程序应准确地处理中断事件，并根据需要执行相应的操作，例如保存寄存器状态、执行特定任务等。
3. 中断嵌套：当多个中断事件同时发生时，需要根据优先级进行中断嵌套处理，确保高优先级的中断能够先得到响应。
教案-计算机组成原理(DOC)
计算机组成原理教案（数字媒体专业）第一章计算机系统概论内容简介：计算机系统的层次结构，冯·诺伊曼计算机的硬件结构和主要功能，计算机的工作步骤以及计算机的主要技术指标。
教学目标：了解计算机系统的层次结构；了解冯·诺伊曼计算机的特点及硬件构成；理解计算机的工作步骤，了解计算机的主要技术指标的含义及其对计算机的影响。
教学重点和难点：虚拟机的概念；计算机的硬件构成；计算机的工作步骤。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机系统简介1．计算机的软硬件概念（1）硬件（2）软件（3）软硬件的关系2．计算机系统的层次结构（1）虚拟机的概念（2）各层虚拟机及与真实机器的层次关系3．计算机的基本组成（1）冯·诺伊曼计算机的特点（2）计算机硬件结构，总线的构成。
讨论、分析直连结构的问题，提出总线思想，并简单介绍总线结构。
（3）计算机的工作步骤提出计算机解决问题的基本步骤计算机基本构成部件的介绍（运算器、存储器、控制器）以计算ax2+bx+c为例分析计算机工作的过程4．计算机的主要技术指标（1）机器字长计算机同时处理的二进制位机器字长与数据总线宽度、存储字长的关系（2）存储容量存储容量的单位主存容量辅存容量（3）运算速度几种计算运算速度的方法并对它们进行比较运算速度的表示单位第二章计算机的发展及应用内容简介：计算机的发展史；计算机的应用领域；计算机的发展展望。
教学目标：了解计算机的产生和发展以及发展思路；了解计算机的应用领域；了解计算机的发展趋势。
教学重点和难点：计算机的应用领域。
教学媒体和教学方法：使用幻灯片在多媒体教室进行教学；教学中采用讲授与讨论相结合的方法。
教学过程：一、计算机的发展史1．计算机的产生和发展现代计算机的研究工作第一台电子计算机的产生计算机的发展阶段计算机的发展规律计算机的发展趋势2．微型计算机的出现和发展微型计算机的发展阶段微型计算机的发展带来的工作、学习、生活方式的变化3．软件技术的兴起和发展软硬件的融合，简介嵌入式发展方向二、计算机的应用1．科学计算和数据处理通过ENIAC进行计算的一个案例，直观体会计算机的计算能力2．工业控制和实时控制3．网络技术应用4．虚拟现实介绍虚拟现实技术的一些应用5．办公自动化和管理信息系统6．多媒体技术7．人工智能三、计算机发展的展望第三章系统总线内容简介：总线的概念；总线的分类；总线的特性和性能指标；总线结构；总线控制。
计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第八章
16. 计算机为了管理中断，在硬件上 计算机为了管理中断 管理中断， 设置？ 作用？ 通常有哪些设置 各有何作用 通常有哪些设置？各有何作用？对指令系 有何考虑？ 统有何考虑？ 计算机为了管理中断， 解：计算机为了管理中断，在硬件上 中断系统。 设有专门处理中断的机构——中断系统 设有专门处理中断的机构——中断系统。 它通常包括 中断请求寄存器、 包括： Байду номын сангаас通常包括：中断请求寄存器、中断优先 级排队器、向量编码器、 级排队器、向量编码器、中断允许触发器 EINT）、中断标记触发器（INT）、 ）、中断标记触发器 （EINT）、中断标记触发器（INT）、 中断屏蔽触发器（寄存器） 功能如下： 中断屏蔽触发器（寄存器）等。功能如下： 中断请求寄存器——对中断源发来的 中断请求寄存器——对中断源发来的 一过性中断请求信号进行登记 登记； 一过性中断请求信号进行登记； 中断优先级排队器——对同时提出的 中断优先级排队器——对同时提出的 裁决， 多个中断请求信号进行裁决 多个中断请求信号进行裁决，选出一个最 紧迫的进行响应； 紧迫的进行响应；
（2）中断周期流程图如下： 中断周期流程图如下： ↓ 关中断（ EINT） 关中断（0→EINT） ↓ SP→BUS→MAR SP→BUS→ ↓ SP+1→ SP+1→SP ↓ PC→BUS→MDR PC→BUS→
说 明
堆栈栈顶地址送MAR 堆栈栈顶地址送MAR 修改堆栈指针 断点送内存
↓ 存储器写（CU(-W)→ 存储器写（CU(-W)→M） 进栈 ↓A
LDA ↓ IR（X）→MAR IR（ ↓ N @=1? ↓Y（间址） 间址） 存储器读（ 存储器读（CU(R) →M） ↓ MDR →BUS →MAR ↓ 存储器读（ 存储器读（CU(R) →M） ↓ MDR →BUS →AC ↓ 直 接 寻 址
计算机组成原理试题集含答案(9)
计算机组成原理试题集含答案第六章a单选题1、在集中式总线仲裁中，（A ）方式对电路故障最敏感。
菊花链方式独立请求方式分布式计数器定时查询方式2、计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时：(C) 减少了信息传输量提高了信息传输的速度减少了信息传输线的条数加重了CPU的工作量3、系统总线中地址线的功能是：(D)选择主存单元地址选择进行信息传输的设备选择外存地址指定主存和I/O设备接口电路的地址4、采用串行接口进行7位ASCII码传送，带有1位奇校验位，l位起始位和1位停止位,当传输率为9600波特时，字符传送速率为：(A)960873.13724805、同步通信之所以比异步通信具有较高的传输速率，是因为：(D)同步通信不需要应答信号且总线长度比较短同步通信用一个公共的时钟信号进行同步同步通信中，各部件存取时间比较接近以上各项因素的综合结果6、在集中式总线仲裁中，（ B）方式响应时间最快。
链式查询计数器定时查询分布7、计算机系统的输入输出接口是( C)之间的交接界面。
CPU与存储器存储器与外围设备主机与外围设备CPU与系统总线8、在计数器定时查询方式下，每次计数从0开始，则(A) 设备号小的优先级高设备号大的优先级高每个设备使用总线的机会相同以上都不对9、在集中式总线仲裁中，(B)方式相应最快。
链式查询计数器定时查询不能确定10、系统总线是指(D)运算器、控制器、寄存器之间的连接部件运算器、寄存器、主存之间的连接部件运算器、寄存器、外围设备之间的连接部件CPU、主存、外围设备之间的连接部件判断题11、波特是信号传输速度的单位，波特率等于每秒内线路状态的改变次数。
1200波特率即指信号能在1秒钟内改变1200次值。
对12、分时传送即指总线复用或是共享总线的部件分时使用总线。
对13、实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步是计算机接口的主要功能之一。
对14、总线带宽是衡量总线性能的重要指标，它定义了总线本身所能达到的最高传输速率（但实际带宽会受到限制）。
计算机组成原理习题 第八章输入输出系统
第八章输入输出系统一、填空题；1.直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和之间进行。
2.通道是一个特殊功能的，它有自己的专门负责数据输入输出的传输控制。
3.并行I/O接口和串行I/O接口是目前两个最具有权威性的标准接口技术。
4.在计算机系统中，CPU对外围设备的管理，除了程序查询方式、程序中断方式外，还有方式、方式和方式。
5.程序中断方式控制输入输出的主要特点是，可以使A 和B 并行工作。
6.DMA控制器按其A 结构，分为B 型和C 型两种。
7.通道是一个特殊功能的A ，它有自己的B 专门负责数据输入输出的传输控制，CPU只负责C 功能。
8.通道有三种类型：A 通道、B 通道、C 通道。
9.二、选择题：1.下面有关“中断”的叙述，______是不正确的。
A.一旦有中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转而去受理中断请求B.CPU响应中断时暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序C.中断方式一般适用于随机出现的服务D.为了保证中断服务程序执行完毕以后，能正确返回到被中断的断点继续执行程序，必须进行现场保存操作2.中断向量地址是______。
A. 子程序入口地址B. 中断服务例行程序入口地址C. 中断服务例行程序入口地址的地址D. 主程序返回地址3.在数据传送过程中，数据由串行变并行或由并行变串行，其转换是通过______。
A. 移位寄存器B. 数据寄存器C. 锁存器D. 指令寄存器4.下述I/O控制方式中，主要由程序实现的是______。
A. PPU(外围处理机)方式B. 中断方式C. DMA方式D. 通道方式5.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用______的时间。
A. 一个指令周期B. 一个机器周期C. 一个时钟周期D. 一个存储周期6.发生中断请求的条件是______。
A. 一条指令执行结束B. 一次I/O操作开始C. 机器内部发生故障D. 一次DMA操作开始7.中断向量地址是______。
《计算机组成原理》8-输入输出系统
允许中断３
INTA &
&
&
允许中断４ &
&
&
&
1
1
1
1
INTR1
INTR2
INTR3
（ b） 串 行 优 先 链 中 断 排 队 线 路
INTR4
&
至下一级
≥1
INT
程序中断方式
2、中断的处理过程
✓ 软件排队的基本做法是：当CPU访问到 INT0
中
有中断请求时，则保留好中断断点后立
断 服
即进入软件排队程序的入口。从最高优
✓ 中断排队的实现 可以用硬件排队或软件排队两种方法来实现
➢ 硬件排队方式 硬件排队的基本特点是，优先级别高的中断源提出中 断请求后，就自动封锁优先级别较低的中断源的中断请求
➢ 软件排队方式 软件排队是通过编写查询程序实现的。
程序中断方式
2、中断的处理过程
➢ 硬排队方式 I N T R0
INTR1 1
程序直接控制方式
2、条件传送方式
✓ 通过程序查询接口中的状态来控制数据传送的方式，也被称为程序查询 方式。
✓ 程序查询方式中，在执行一次有效的数据传送操作之前，必须对外部设 备的状态进行查询，如果外部设备准备就绪，才能执行数据传送操作。
程序直接控制方式
2、条件传送方式
检查状态标记
N 准备就绪？ Y 执行数据传送
I/O接口
1、接口的概念
✓ 介于主机与外部设备之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路，简称I/O接口
（Interface）
✓ 对于主机，I/O接口提供了外部设备的工作状态及数据；对于外部设备，I/O
计算机组成原理复习要点
第三章 运算方法和运算器件
• 定点加、减运算及其溢出判断方法，其中减法运算是通过补码加法运 算实现的，其中根据[x]补求[-x]补。什么时候将会发生溢出？P6162,三种溢出判断方法。在计算机中，所表示的数会发生溢出，其根本 原因是计算机的字长有限。
• 定点原码乘法采用数值位用绝对值相乘，符号位单独处理；补码乘法 采用Booth算法；定点原码加减交替除法 ：仅当最后一步余数为负时， 做恢复余数的操作
第二组：
4000H~7FFFH
第三组：
8000H~BFFFH
第四章：
C000H~FFFFH
第五章 指令系统
• 指令的格式是指指令用二进制表示的形式，通常由指令码和操作数的 地址码两部分组成，操作数有一地址、二地址和多地址之分；指令码 有定长与不定长之分；指令系统是表征一台计算机性能的重要因素， 它的格式和功能不仅直接影响到机器的硬件结构而且也影响到系统软 件。
复习要点
第一章 计算机系统概论
计算机系统
硬件系统
软件系统
外围设备 主机
系统软件
应用软件
外输输 C 内 存入出 P 存 储设设 U 器备备
寄运 控 高
存算 制 速
器器 器 缓
包
存
含
( )
操 作 系 统
语数
言据
处 理 程
… …
库 管 理
序系
统
数自 据动 处控 理制 程程 序序
企科
业学
管… 计 理… 算
• 流水线的概念，流水CPU是一种非常经济而实用的时 间并行技术，影响流水线性能的因素：访存冲突（即 资源相关）和相关（数据相关、控制相关）问题
第八章 系统总线
• 系统总线的结构有单总线和多总线之分，功能有数据 线、地址线和控制线之分，其中地址线（控制线）的 功能：提供主存、I / O接口设备的地址（控制信号、 响应信号）。计算机系统中，根据应用条件和硬件资 源不同，数据传输方式可采用串行微指令的编码。注意PC+1在不同机器中的含义， 如8位字长、16位指令和16位字长、16位指令
计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式 PPT
请求，那么依次分别处理设访备问存A储、器T设m 备B、设
备C的时间如下：
0、指令周期 1、链式查询Tdc
tA = 2TM + TDC + TS + TA + TR
2、保护现场Ts 3、恢复现场Tr
tB = 2TM + 2TDC + TS + TB + TR
tC = 2TM + 3TDC + TS + TC + TR
• 由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口， 这种方法通常称为向量中断。
8.3.4多级中断
8.3.4多级中断
8.3.4多级中断
8.3.4多级中断
• 多级中断源的识别
中断优先排队电路 中断向量产生电路
举例
中断处理流程，并假访设问存执储行器T一m 条指令 的时间也为TM。如果三个设备同时发出中断
• ③轮换优先级方式B：要求CPU可在任何时间规定最优优先 级，然后顺序地规定其他IR线上的优先级。
• ④查询方式：由CPU访问8259的中断状态寄存器，一个状 态字能表示出正在请求中断的最高优先级IR线，并能表示出 中断请求是否有效。
8.3.5中断控制器
处理三个设备所需的总时间为：T=tA+tB+tC
T是达到中断饱和的最小时间，即中断极限频 率为：f=1/T
8.3.5中断控制器
8.3.5中断控制器（略）
多个8259进行级联以处理多达64个中断请求。在这种情 况下允许有一个主中断控制器和多个从中断控制器，称为 主从系统。
优先级选择方式有四种：
• ①完全嵌套方式：是一种固定优先级方式，连至IR 0的设 备优先级最高，IR 7的优先级最低。这种固定优先级方式 对级别低的中断不利，在有些情况下最低级别的中断请求可 能一直不能被处理。
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8.3.2程序中断方式的基本接口
⑨表①示表中示断④⑤⑦由服⑥表表表程务表示示示序程（示当允如启②③序1在设许果0动表表通）一备中“外示示过表条动断⑧中设接数输示指作标表断，口据入C令结志示屏将P向由指执束E转U蔽该I外外令行为或发向”外设设把末“缓出该标设发传接尾1冲控设志接”出送口C时寄制备I口MP启到中，存信的U的为动接数接器号检中“信口据口数C查断忙0将号的缓”向据中服”时接；缓冲C填断务标，P口冲寄满请程U志C中寄存时求发P序B的存器U，线出S入在B器的置设，中口S一；数“备断和；条据1向请R”指读D，接求标令至“口信志执C准送号P复行备出；U位结就中一。束绪的”寄标存志器R；D 控后将制受中信理断号外请，设求将的线数中的据断请“请求准求信备，号就向接绪外收”设到标发“志出中R响D断应置请中“求断1””信；标号志并IR关；闭中断；
中断处理流程，并假访设问存执储行器T一m 条指令 的时间也为TM。如果三个设备同时发出中断
请求，那么依次分别处理设访备问存A储、器T设m 备B、设
备C的时间如下：
0、指令周期 1、链式查询Tdc
tA = 2TM + TDC + TS + TA + TR
2、保护现场Ts 3、恢复现场Tr
tB = 2TM + 2TDC + TS + TB + TR
tC = 2TM + 3TDC + TS + TC + TR
处理三个设备所需的总时间为：T=tA+tB+tC
T是达到中断饱和的最小时间，即中断极限频 率为：f=1/T
8.3.5中断控制器
8259中断控制器是一个集成电路芯片，它将中断 接口与优先级判断等功能汇集于一身，常用于微 型机系统。其内部结构如图8.11所示。
8.3.3单级中断
所有中断源属于同一级，离CPU越近，优 先级越高。
要点：在执行某个中断请求的过程中，不 允许其他中断源再打断中断服务程序。即 使其优先级别更高。
单级中断示意图8.7类似于第六章的链式查 询方式。
8.3.3单级中断
中断响应：
8.3.3单级中断
中断源的识别：串行排队链法（菊花链查询方式）
(2)若CPU现执行设备B的中断服务程序， IM2，IM1，IM0的状态是什么?如果CPU 执行设 备D的中断服务程序，IM2，IM1， IM0的状态又是什么?
答：当前执行B的中断： IM2，IM1，IM0为111 当前执行D的中断： IM2，IM1，IM0为011
(3)每一级的IM能否对某个优先级的个别设 备单独进行屏蔽?如果不能，采取什么办法 可达到目的?
答：不能，因为共用IM。 通过设置允许中断触发器为0，禁止该设备发
出中断，对其屏蔽。
(4)假如设备C一提出中断请求，CPU立即 进行响应，如何调整才能满足此要求?
答：增加更高一级（第3级）的中断请求逻 辑，将C单独放置于第3级中。
例2（略）：参见例1所示的系统，只考虑A，B， C三个设备组成的单级中断结构，它要求CPU在 执行完当前指令时对中断请求进行服务。假设： (1)CPU“中断批准”机构在响应一个新的中断之 前，先要让被中断的程序的一条指令一定要执行 完毕；(2)TDC为查询链中每个设备的延迟时间； (3)TA，TB，TC分别为设备A，B，C的服务程序 所需的执行时间； (4)TS,TR为保存现场和恢复 现场所需的时间；(5)主存工作周期为TM。 试问： 就这个中断请求环境来说，系统在什么情况下达 到中断饱和?
• IR1，IR2，IR3为中断请求信号 • IS1，IS2，IS3为中断选中信号 • INTI为中断排队输入 • INTO为中断排队输出
中断源识别之后获取中断向量
• 当CPU响应中断时，由硬件直接产生一个固定的地 址(即向量地址)
• 由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口， 这种方法通常称为向量中断。
计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
8.3 程序中断方式
8.3.1中断的概念、功能 8.3.2程序中断方式的基本接口 8.3.3单级中断 8.3.4多级中断 8.3.5Pentium中断机制
8.3.1中断的概念、功能
不再接 中断
硬件 实现
软件 实现
可再接 中断
8.3.1中断的概念、功能
8.3.4多级中断
8.3.4多级中断
• 多级中断源的识别
中断优先排队电路 中断向量产生电路
举例
例1、参见图8.9所示的二维中断系统。请 问： (1)在中断情况下，CPU和设备的优先 级如何考虑?请按降序排列各设备的中断优 先级。
答：在中断情况下，CPU的优先级最低。 各设备的优先次序是： A→B→C→D→E→F→G→H→I→CPU。
中断处理过程注意几个问题：
响应中断时机：外界中断请求是随机的，但 CPU只有在当前指令执行完毕后，才转至公操 作
断点保护问题（PC，寄存器内容和状态的保 存）
中断屏蔽：开中断和关中断问题。 中断是由软硬件结合起来实现的
8.3.2程序中断方式的基本I/O接口
数据缓冲寄存器 BS外设接口忙（BuSy）标志 RD外设准备就绪（ReaDy）标志 EI（Enable Interrupt中断允许触发器） IR（Interrupt Request）中断请求触发
8.3.4多级中断
概念：多级中断系统是指计算机系统中有相当多 的中断源，根据各中断事件的轻重缓急程度不 同而分成若干级别，每一中断级分配给一个优 先权。
多级指的是优先权级别有多个 每级有一个中断优先权 优先权高的中断级别级可以打断低的级别
• 如图8.9示
8.3.4多级中断
-多级中断可分为一维多级中断和二维多级中断 一维多级中断：每一级中断中有一个中断源。 二维多级中断：每一级中断中有多个中断源
-说明：
• 中断响应时，确定哪一级中断和中断源采用硬件实现。采 用了独立请求方式和链式查询方式相结合的方式。多级中 断可以嵌套，但同一级的中断不允许嵌套
• 使用多级堆栈保存现场（包括IM） • 一个系统有n级中断，则CPU中有n个IR，n个IM，某级中
断被响应后，则关闭本级和低于本级的IM