计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
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
最新计算机组成原理第八章 第3讲 程序中断方式
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。
计算机组成原理第八章第3讲程序中断方式
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?
器遇到非法指Байду номын сангаас等等。 为了调试程序而设置的中断。
硬件实现 软件实现 不再接中断 可再接中断
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
程序中断方式
PLEASE ENTER YOUR TITLE HERE
汇报人姓名
8.3 程序中断方 式
输入内容一
输入内容二
中断（Interrupt）是指CPU暂时中止现行程序，转去处理随机 发生的紧急事件，处理完后自动返回原程序的功能和技术。
中断系统是计算机实现中断功能的软硬件总称。一般在CPU中 设置中断机构，在外设接口中设置中断控制器，在软件上设置 相应的中断服务程序。
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。
• ②轮换优先级方式A：每个级别的中断保证有机会被处理， 将给定的中断级别处理完后，立即把它放到最低级别的位置 上去。
计算机组成原理试题库(含答案及解析)
计算机组成原理试题一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。
）1.为了缩短指令中某个地址段的位数，有效的方法是采取（C）。
A、立即寻址B、变址寻址C、间接寻址D、寄存器寻址2.某计算机字长是16位它的存储容量是64KB,按字编址,它们寻址范围是（C ）。
A．64K B．32KB C．32K D．16KB3.某一RAM芯片其容量为512*8位,除电源和接地端外该芯片引线的最少数目是（C ）。
A. 21B. 17C. 19D.204.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是( C )。
A.实现存储程序和程序控制B.可以直接访问外存C.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度5.寄存器间接寻址方式中，操作数处在( B )。
A.通用寄存器B.贮存单元C.程序计数器D.堆栈6.RISC是( A )的简称。
A.精简指令系统计算机B.大规模集成电路C.复杂指令计算机D.超大规模集成电路7．CPU响应中断的时间是_ C _____。
A．中断源提出请求；B．取指周期结束；C．执行周期结束；D．间址周期结束。
8．常用的虚拟存储器寻址系统由____A__两级存储器组成。
A．主存－辅存；B．Cache－主存；C．Cache－辅存；D．主存—硬盘。
9．DMA访问主存时，让CPU处于等待状态，等DMA的一批数据访问结束后，CPU再恢复工作，这种情况称作__A____。
A．停止CPU访问主存；B．周期挪用；C．DMA与CPU交替访问；D．DMA。
10．浮点数的表示范围和精度取决于__C____ 。
A．阶码的位数和尾数的机器数形式；B．阶码的机器数形式和尾数的位数；C．阶码的位数和尾数的位数；D．阶码的机器数形式和尾数的机器数形式。
11．中断向量可提供___C___。
A．被选中设备的地址； B．传送数据的起始地址；C．中断服务程序入口地址；D．主程序的断点地址。
计算机组成原理试题库(含答案)--
计算机组成原理试题一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。
）1.为了缩短指令中某个地址段的位数，有效的方法是采取（C）。
A、立即寻址B、变址寻址C、间接寻址D、寄存器寻址2.某计算机字长是16位它的存储容量是64,按字编址,它们寻址范围是（C ）。
A．64K B．32C．32K D．163.某一芯片其容量为512*8位,除电源和接地端外该芯片引线的最少数目是（C ）。
A.21B.17C.19D.204.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是( C)。
A.实现存储程序和程序控制B.可以直接访问外存C.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度5.寄存器间接寻址方式中，操作数处在( B )。
A.通用寄存器B.贮存单元C.程序计数器D.堆栈6是(A)的简称。
A.精简指令系统计算机B.大规模集成电路C.复杂指令计算机D.超大规模集成电路7．响应中断的时间是_ C 。
A．中断源提出请求；B．取指周期结束；C．执行周期结束；D．间址周期结束。
8．常用的虚拟存储器寻址系统由两级存储器组成。
A．主存－辅存；B．－主存；C．－辅存；D．主存—硬盘。
9．访问主存时，让处于等待状态，等的一批数据访问结束后，再恢复工作，这种情况称作。
A．停止访问主存；B．周期挪用；C．与交替访问；D．。
10．浮点数的表示范围和精度取决于。
A．阶码的位数和尾数的机器数形式；B．阶码的机器数形式和尾数的位数；C．阶码的位数和尾数的位数；D．阶码的机器数形式和尾数的机器数形式。
11．中断向量可提供。
A．被选中设备的地址；B．传送数据的起始地址；C．中断服务程序入口地址；D．主程序的断点地址。
12．加法器采用先行进位的目的是。
A．优化加法器的结构；B．节省器材；C．加速传递进位信号；D．增强加法器结构。
13．在独立请求方式下，若有N个设备，则。
A．有一个总线请求信号和一个总线响应信号；B．有N个总线请求信号和N个总线响应信号；C．有一个总线请求信号和N个总线响应信号；D．有N个总线请求信号和一个总线响应信号。
计算机组成原理课件第08章
一、接口的功能和组成
1、总线连接方式的I/O接口电路 、总线连接方式的 接口电路 在总线结构的计算机系统中，每一台 I/O设备都是通过I/O接口挂到系统总线上 的。如图示：
数据线： 数据线：传送数据信息 ，其根数一般等于存储 字长的位数或字符的位 数。双向。 设备选择线： 设备选择线：传送设备 码，其根数取决于I/O指 令中设备码的位数。单 向。 命令线： 命令线：传输CPU向设 备发出的各种命令信号 ，其根数与命令信号多 少有关。单向总线。 状态线： 状态线：向主机报告I/O 设备状态的信号线。单 向总线。
CPU在任何瞬间只能接受一个中断源 CPU在任何瞬间只能接受一个中断源 的请求。 的请求。因此，当多个中断源提出中断请 求时，CPU必须对各中断源的请求进行排 队，且只能接受级别最高的中断源的请求 ，不允许级别低的中断源中断正在运行的 中断服务程序。此时，就可用MASK来改 变中断源的优先级别。 另外，CPU总是在统一的时间，即执 CPU总是在统一的时间， 总是在统一的时间 行每一条指令的最后时刻， 行每一条指令的最后时刻，查询所有设备 是否有中断请求。 是否有中断请求。 接口电路中D、INTR、MASK和中断 查询信号的关系如图示：
2、排队器 、 当多个中断源同时向CPU提出请求时，经 排队器的排队，只有优先级高的中断源排上 队，这样就能实现CPU按中断源优先级的高 低响应中断请求。 下图是设在各个接口电路中的排队电路— —链式排队器。
其中首尾相接的虚线部分组成的门电路是排 当各中断源均无中断请求时，各INTRi 为高电 队器的核心，由一个非门和一个与非门构成。 平，其INTP1 '、 INTP2' 、 INTP3 '……均为高电平 中断源优先级最高的是1号中断源。当多个中 。一旦某中断源提出中断请求,就迫使比其优先级 断源提出中断请求时，排队器输出端INTPi， 低的中断源之INTPi '变为低电平，封锁其发中断 只有一个为高电平，表示该中断源排上队。 请求。
《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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精品课件
(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01精品1课件
数据通道中断。如磁盘、磁带等要同主机进行数据交换等。 实时时钟中断。 故障中断。例如电源掉电、设备故障等要求CPU进行紧急处
理等。 系统中断。如运算过程出现溢出、数据格式非法，数据传送
过程出现校验错，控制器遇到非法指令等等。 为了调试程序而设置的中断。
精品课件
8.3.1中断的概念、功能
不再接 中断
• 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。
-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
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。
精品课件
8.3.3单级中断
中断响应：
精品课件
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）
中断系统是计算机实现中断功能的软硬件 总称。一般在CPU中设置中断机构，在外 设接口中设置中断控制器，在软件上设置 相应的中断服务程序。
精品课件
8.3.1中断的概念、功能
中断适合于处理随机出现的事务 主程序只在设备就绪时才与之交互数据
精品课件
8.3.1中断的概念、功能
中断系统的功能包括：
(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。
精品课件
(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。
硬件 实现
精品课件
软件 实现
可再接 中断
8.3.1中断的概念、功能
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
精品课件
精品课件
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（示当允如启序②③1在设许果动0通表表一备中）“外过示示条动断表⑧中设输接数指作标示表断，入口据令结志C示屏将P指向 由执束E转蔽该UI令外外为行或发向”外把设设“末缓出该标设接发传1尾冲控设志接”口出送C寄制备I口时PM中启到存信U的，为数动接器检号中“接“据信口数查C断忙口0缓号的将据中”服向冲；缓接填断时务标C寄冲口满请P，程志存寄中U时求C序B发器存的P，线S入U出置的器B设，口在S中“数；备和；一断1据向R”条请读D接，指求标至口“令信志C送准执P号复出U备行；位中一就结。的绪束寄”存标器志；RD 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”设到标精发品“志出课件中R响D断应置请中“求断1””信标；号志并IR关；闭中断；
1)实现主机和外设的并行工作； 2)处理故障； 3)实现多道程序的分时操作； 4)实时控制； 5)实现人机联系； 6)实现多机通信。
精品课件
8.3.1中断的概念、功能
中断源：能够向CPU发出中断请求的事件。 常见中断源有：
输入、输出设备中断。如键盘、打印机等工作过程中已做好 接收或发送准备。
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）中断请求触发器 IM（Interrupt Mask）中断屏蔽触发器
程序中断方式
精品课件
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
精品课件
8.3.1中断的概念、功能
中断（Interrupt）是指CPU暂时中止现 行程序，转去处理随机发生的紧急事件， 处理完后自动返回原程序的功能和技术。
断被响应后，则关闭本级和低于本级的IM，开放更高级的 IM。
精品课件
8.3.4多级中断
精品课件
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
精品课件
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。
精品课件
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
精品课件
精品课件
8.3.4多级中断