計算機硬件技術--中斷技術知識考試題(doc 10頁)

計算機硬件技術--中斷技術知識考試題內容提要：
1什麼是中斷？采用中斷技術有哪些好處？
答：中斷是指由CPU內／外部事件引起或由程序的預先安排，使CPU中斷正在運行的正常程序（主程序），而轉到為該內部／外部事件或預先安排的事件服務程序，待服務完畢，再返回被暫時中斷的正常程序處繼續執行正常程序的過程。
采用中斷技術，可以使計算機方便地實現如下一些操作：
（1）分時操作。有了中斷係統，CPU可以命令多個外部設備同時工作，CPU分時控製這些外設，大大提高了CPU的吞吐率。
（2）實現實時處理。當計算機用於實時控製，係統要求計算機為它服務的時間是隨機的，而中斷係統中這種請求--響應模式正好迎合了實時係統的需求。
（3）故障處理。計算機在運行過程中，往往會出現一些故障，如電源掉電、存儲出錯、運算溢出等。有了中斷係統，當出現上述情況時，CPU可以隨時轉去執行故障處理程序，自行處理故障而不必停機。
隨著微型計算機的發展，中斷係統不斷增加新的功能，中斷係統甚至可以實現計算機係統中軟硬件資源的自動管理。
2什麼叫中斷係統？它具備哪些功能？
答：把能夠實現中斷全部功能的軟件、硬件的總稱稱為中斷係統。
不同計算機的中斷係統，其具體實現可能不盡一樣，但中斷係統的基本功能是相同的。中斷係統的基本功能如下：
1．能實現中斷響應、中斷處理（服務）、中斷返回和中斷屏蔽。這是中斷係統最基本的功能。
2．能實現中斷優先級排隊（管理）。即當有多個中斷源同時申請中斷時，CPU如何能夠優先響應最緊急的中斷申請。
3．能實現中斷嵌套。即當CPU正在為優先級較低的中斷源服務時，具有較高優先級的中斷源提出中斷申請，此時中斷係統應當允許較高優先級的中斷源中斷較低優先級的中斷源，待較高優先級的中斷處理完成後，再接著處理較低優先級的中斷，這種中斷服務程序再被中斷的過程稱為中斷嵌套。
3何謂非屏蔽中斷和可屏蔽中斷？
答：非屏蔽中斷是指用戶不能用軟件屏蔽的中斷。它是通過8086的NMI引腳進入。非屏蔽中斷不受中斷允許標誌IF的影響，當NMI線上一旦有請求時，CPU便在執行完當前指令後，立即予以響應。所以，這種中斷通常用來處理係統的緊急事件和重大故障，如係統的掉電處理、內存或I/O總線的奇偶錯誤等。
可屏蔽中斷是指用戶可以用指令禁止和允許的中斷。它是來自CPU的INTR端的中斷。當CPU收到可屏蔽中斷請求信號時，是否予以響應取決於中斷允許標誌IF的狀態。若IF=1，則CPU在執行完當前指令後，響應中斷請求；若IF=0，則禁止可屏蔽中斷。
可屏蔽中斷通常用於各種外部設備的中斷。微型計算機配置的外部設備一般有硬盤、軟盤、鍵盤、顯示器和打印機等。這些外部設備通過8259A可編程中斷控製器與CPU相連，8259A接收來自外設的中斷請求，由8259A向CPU發出中斷請求。
4CPU在什麼情況下才響應中斷（可屏蔽）？
答：一個可屏蔽中斷若想得到CPU的響應，必須同時滿足以下所有條件：
首先，CPU應收到一個可靠的中斷請求信號，且該中斷請求信號應一直保持到它被響應為止。
其次，在中斷請求的同時，沒有更高級的請求信號發生。即這個中斷請求應該是當前申請中斷的、且沒有被屏蔽的、優先級最高的中斷源。
第三，CPU內部應處在開中斷（允許中斷）狀態。對8086CPU，應設置IF=1。
第四，CPU至少要在當前指令執行完成時才可能響應中斷。事實上，CPU隻在特定的時刻（當前指令周期最後一個總線周期的最後一個時鍾周期）才采樣有無中斷申請。
第五，如果遇到CPU正在執行中斷返回指令（IRET），或CPU正在對中斷資源進行操作（如執行STI指令），則要在現行指令執行完後接著再執行一條其他指令，此後才能響應新的中斷。這麼做的目的是為了隔離兩個中斷。
5什麼叫中斷優先權（級）？有哪些解決中斷優先權（級）的辦法？
答：大多數的處理機係統都是多中斷源—單申請線的係統，即多個中斷源共用同一條中斷申請線向CPU申請中斷。因此首先要解決係統中有兩個或兩個以上中斷源同時申請中斷時CPU優先響應哪個中斷源的中斷申請問題，即讓哪個中斷源的中斷申請優先通過唯一的中斷申請線向CPU申請中斷。為此，提出了中斷優先級的概念。CPU總是首先響應當前申請中斷的、最高優先權的請求。
軟件查詢中斷源及優先級排隊方法。該方法的主要思想是：多個中斷源的中斷申請通過一個“或”邏輯後由同一引腳向CPU申請中斷，同時在中斷接口電路中設置一個中斷請求鎖存器，以保存各個中斷源的中斷申請。CPU中斷響應，在關閉中斷、保護斷點和標誌寄存器內容後，轉入係統唯一的、為所有中斷源所共用的中斷服務程序入口執行中斷服務程序，在中斷服務程序中用軟件查詢的辦法查找中斷源，從而將程序轉向相應的中斷服務程序。顯然，按照先查到的先服務的思想，軟件查詢的順序就是中斷優先級的順序。實現這種軟件查詢中斷源及優先級排隊方法所需的硬件接口邏輯非常簡單，改變各中斷源的優先級次序也非常方便，但缺點是軟件查詢所需的時間較長。因此這種方法主要用於係統規模較小、對響應時間要求不太高的場合。
鏈式優先權排隊邏輯。多個中斷源的中斷申請通過一個“或”邏輯後由同一引腳向CPU申請中斷，同時設置中斷請求觸發器以保存各個中斷源的中斷申請。各中斷源還需準備一個唯一標識該中斷源的的標識碼—中斷矢量，已備CPU在響應中斷時根據此標識碼來判斷中斷的來源以及將要轉入的中斷服務程序入口。來自CPU的中斷響應信號通過多個與門逐次向後傳送，形成一個傳送信號的鏈條，稱為菊花鏈。每個中斷源的中斷優先級由它們在鏈條中的位置來決定。處於鏈首的中斷源具有最高的優先級，鏈尾中斷源的優先級最低。在當前申請中斷的中斷源中，隻有收到有效信號的中斷源，才有資格打開三態緩衝器向數據總線釋放其中斷矢量。處在鏈條前端的中斷源，可以中斷處於鏈條後端正在進行服務的中斷源。鏈式優先權排隊邏輯電路比較簡單，中斷響應速度快（隻取決於門電路的延遲時間），但隨著中斷源個數的增加鏈條的長度也隨之增加，中斷源個數過多時也影響中斷響應速度並且電路也顯龐大，此外，調整中斷源的優先級次序也比較麻煩。
編碼器和比較器優先級排隊邏輯。具有中斷請求寄存、中斷屏蔽、中斷嵌套、自動對中斷源進行編碼並輸出中斷矢量等功能。編碼器和比較器優先級排隊邏輯功能齊全、中斷響應速度較快，但硬件比較複雜。
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