查缺补漏----I/O中断处理过程

中断优先级包括响应优先级和处理优先级，响应优先级由硬件线路或查询程序的查询顺序决定，不可动态改变。处理优先级可利用中断屏蔽技术动态调整，以实现多重中断。下面来看他们如何运用在中断处理过程中：

中断控制器位于CPU和外设之间，用于处理I/O中断请求。以下是一个简化的中断控制器：

现在有A,B,C三个中断源。中断响应优先级：A>B>C，中断处理优先级：C>B>A

根据图来看，CPU响应中断应该具备3个条件：

① 在 CPU 内部设置的中断屏蔽寄存器（触发器）必须是开放的。

② 外设有中断请求时，中断请求寄存器（触发器）必须处于“1”状态，保持中断请求信号。

③ 外设(接口)中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至 CPU。

具备上述三个条件时，CPU 在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。

假设CPU正在处理A中断源的中断请求，此时B,C同时发出了中断请求，CPU执行完当前指令后，会检查INTR(中断请求信号寄存器)是否有效（INTR高电平有效）。

怎么看INTR是否有效，那就要看屏蔽寄存器是否会将信号屏蔽，由于中断处理优先级C>B>A，所以屏蔽寄存器不会屏蔽中断信号，INTR会接收到中断请求，变为有效。

CPU是否能检测到中断请求信号有效，是由中断处理优先级决定的，而不是中断响应优先级。

由于现在B,C的处理优先级都大于A，所以都要被送到判优电路。当有多个中断源的中断请求到达判优电路时，就由中断响应优先级来决定CPU应该响应哪一个。响应优先级B>C，所以向量地址形成线路会形成中断源B的中断类型号（也就是下图的送中断向量的过程）。

CPU响应B中断源的中断请求，执行B的中断服务程序，程序会设置新的中断屏蔽字(每个中断源对应一个屏蔽字，其中1越多，优先级越高)，并且保存现场，并且开中断。

由于C的中断请求还没有被处理，并且处理优先级C>B，所以B的中断服务程序又会响应C中断源发来的中断请求。当C的中断服务程序执行完后，返回到B，B的服务程序再返回到A。所以，完成顺序C>B>A，响应顺序B>C。

总结（非常重要）：

中断优先级包括响应优先级和处理优先级，中断屏蔽标志改变的是处理优先级。中断响应优先级是由中断查询程序或中断判优电路决定的，它反映的是多个中断同时请求时哪个先被响应，即中断服务程序开始执行的顺序。在多重中断系统中，中断处理优先级决定了本中断是否能打断正在执行的中断服务程序，决定了多个中断服务程序执行完的次序。

注：

① 中断类型号是通过数据线传给CPU的，一定要记得地址线是单向的（地址只能从 CPU 传向外部存储器或 I/O 端口）。中断类型号用于指出中断向量的地址，CPU响应某个外部中断后，就从数据总线上获取该中断源的中断类型号，然后据此计算对应中断向量的地址，再根据该地址从中断向量表中取出中断服务程序入口地址，即中断向量。

② 只有每条指令执行的最后一个操作控制信号CPU才会检测INTR是否有中断请求信号。CPU采样到INT信号有效，则进入中断响应周期。

③ CPU检测到信号有效，进入中断响应周期，隔一段固定的时间就会发出中断查询信号，也就是在中断响应过程中，发出中断查询信号（中断回答信号）。由这个信号，所有未被屏蔽的信号就会进入判优电路，由判优线路决定是否响应。

到这里就可以更清楚地理解中断响应的条件：

① CPU处于开中断状态        ② 一条指令执行完        ③ 至少要有一个未被屏蔽的中断请求

中断响应的时间点和异常处理的时间点是不一样的，中断一定是在一条指令执行结束后开始查询有无中断请求，有的话立即响应，所以一定是在指令执行完时响应中断，而异常发生在指令执行过程中，异常的处理是在指令执行中进行的。

中断处理的过程：

中断响应：

中断响应是硬件完成的，也就是从总线上取中断地址，CPU会做三件事：

① 关中断；② 保护断点和程序状态；③ 识别中断源：取得中断服务程序的首地址和初始PSW送PC和PSWR

执行中断服务：

（1）准备阶段：

① 保护现场（比如一些通用寄存器的内容）及旧屏蔽字（比如B打断A的中断服务程序后，要保存A的中断屏蔽字，以便中断返回时恢复旧的屏蔽字）

② 查明原因(软件识别中断时才会用到)

③ 设置新屏蔽字 ④ 开中断

注：对于保存屏蔽字，设置新的屏蔽字以及开中断，都是针对多级中断的，因为可能会有多个中断请求，所以需要设置屏蔽字和开中断。

（2）进行具体的中断处理

（3）恢复阶段：
① 关中断 ② 恢复现场及旧屏蔽字 ③ 清除中断标志（清除该中断源的中断请求，否则CPU又检测到中断，又会反复进入中断）④ 开中断 ⑤ 中断返回

注：这里为什么又要开中断了呢？这个开中断是对应中断响应的关中断的，如果这里不开中断就没有办法响应新的中断请求了。

所以：

对于单级中断：

中断响应：

① 关中断        ② 保存断点和程序状态        ③ 寻找中断程序入口地址

中断服务：

① 保存现场        ② 处理中断事件       ③ 恢复现场        ④ 开中断        ⑤ 中断返回

对于多级中断：

中断响应：

① 关中断        ② 保存断点和程序状态        ③ 寻找中断程序入口地址

中断服务：

① 保存现场和屏蔽字        ②开中断        ③ 处理中断事件       ④ 关中断        ③ 恢复现场和屏蔽字        ④ 开中断        ⑤ 中断返回

（1）1号中断源：11111 2号：01100 3号：00100 4号：01111 5号： 01101

① 先响应2的中断请求，即保存现场，保存中断屏蔽字，设置新的中断屏蔽字，开中断。一旦开中断，就会立马响应4，因为4的中断处理优先级大于2。

② 处理完4的中断服务程序后，会回到2继续执行其中断服务程序。

③ 中断处理优先级1>5>2>3，所以当1，3，5同时发出中断请求，2能屏蔽3。

④ 中断响应优先级1>5，所以先执行1，并且1的中断处理优先级也是最高的，所以1不会被5打断。（如果这里1的中断处理优先级小于5，则1中断服务程序执行过程中会响应5的中断请求）

⑤ 1处理完后，返回2，由于5的中断处理优先级大于2，所以5会被响应。

⑥ 由于2的处理优先级大于3，所以3号中断源被2号屏蔽，只有当2号执行完后，并且返回用户程序（因为2号的中断屏蔽字决定了2号是检测不到3号的中断请求的），再执行3号中断请求

例题：