第12讲第5章输入输出系统(5.5)公开课

1、计算机组成原理 课程教案（第12次课）章 节名 称第5章 输入输出系统（5.5）课 时安 排第6周 2学时授 课方 式理论课教学环境及教具准备有投影仪的教室PPT多媒体教学课件教 学目 的让学生掌握中断服务程序的流程，对程序中断方式有全面的认识教 学重 点程序中断方式的接口电路、CPU响应中断的条件、中断服务程序流程教 学难 点单重中断和多重中断的服务程序流程教 学 基 本 内 容是否重、难点方法及手段l 5.5程序中断方式l 5.5.1中断的概念l 5.5.2 I/O中断的产生l 5.5.3程序中断方式的接口电路l 5.5.4 I/O中断处理过程l 5.5.5中断服务程序的流程了解了解重点重

2、点重点&难点多媒体讲解多媒体讲解多媒体讲解多媒体讲解举例讲解教 学 过 程 与 设 计复习旧课：程序查询服务方式存在的主要问题是什么？引入新课：引入程序中断方式的理由和响应中断的条件？5.5程序中断方式5.5.1中断的概念l 计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程序，这就是“中断”。5.5.2 I/O中断的产生l 如果在设备准备的同时，CPU不作无谓的等待，而继续执行现行程序，只有当I/O设备准备就绪向CPU提出请求后，再暂时中断CPU现行程序转入I/O服务程序，这便产

3、生了I/O中断。动画演示P194页图5.36所示为由打印机引起的I/O中断时，CPU与打印机并行工作的时间示意图。5.5.3程序中断方式的接口电路为处理I/O中断，在I/O接口电路中必须配置相关的硬件线路。（1）中断源配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器l 每台外部设备都必须配置一个中断请求触发器INTR，当其为“1”时，表示该设备向CPU提出中断请求。l 每台外部设备一般还配置一个中断屏蔽触发器MASK，当其为“1”时，表示该设备向CPU提出的中断请求被屏蔽。动画演示P195页图5.37所示接口电路中D、INTR、MASK和中断查询信号的关系。问题1：中断查询信号的含义？由什么部件发出？（2）

4、排队器l 当多个中断源有中断请求时，CPU只能按优先级予以响应。l 如硬件法链式排队器。l 第八章介绍软件排队法。动画演示P196页图5.38所示经修正的完整链式排队器电路。（3）中断向量地址形成部件（设备编码器）l 完成中断服务程序入口地址寻找。l 如由软件产生，详见第八章。l 硬件向量法。由硬件产生向量地址，再由向量地址找到入口地址，如P197页图5.39、图5.40所示。FLASH动画演示链式排队及中断向量产生电路。P212页题5.25剖析：根据要求设计一个产生3个设备向量地址的电路。 3个设备的优先级按ABC降序排列。 A、B、C的向量地址分别为、。 排队器采用链式排队电路。 当CPU

5、发来中断响应信号INTA时，可将向量地址取至CPU。（4）程序中断方式接口电路的基本组成P198页图5.41所示程序中断方式接口电路的基本组成。5.5.4 I/O中断处理过程（1）CPU响应中断的条件和时间l CPU响应I/O设备提出中断请求的条件是必须满足CPU中的允许中断触发器EINT为“1”，该触发器可以通过软硬件法控制置位、复位。l CPU响应中断的时间一定是在每条指令执行阶段的结束时刻。（2）I/O中断处理过程动画演示P198页图5.41所示程序中断方式输入设备接口电路的中断处理过程。5.5.5中断服务程序的流程（1）中断服务程序的流程不同设备的服务程序是不相同的，可它们的程序流程又

6、是类似的。一般中断服务程序的流程分四大部分：保护现场、中断服务、恢复现场和中断返回。1）保护现场l 保护现场有两个含义，其一是保存程序的断点；l 其二是保存通用寄存器和状态寄存器的内容。l 前者由中断隐指令完成，后者由中断服务程序完成。2）中断服务（设备服务）l 这是中断服务程序的主体部分，对于不同的中断请求源，其中断服务操作内容是不同的。3）恢复现场l 这是中断服务程序的结尾部分，要求在退出服务程序前，将原程序中断时的“现场”恢复到原来的寄存器中。4）中断返回l 中断服务程序的最后一条指令通常是一条中断返回指令，使其返回到原程序的断点处，以便继续执行原程序。全国硕士研究生入学考试计算机组成原

7、理试题分析：单级中断系统中，中断服务程序执行顺序是：I、保护现场 II、开中断 III、关中断 IV、保存断点 V、中断事件处理 VI、恢复现场 VII、中断返回AI、V、VI、II、VIIBIII、I、V、VIICIII、IV、V、VI、VIIDIV、I、V、VI、VII答案：A#有关中断的几点说明：l CPU一旦响应了某中断源的中断请求后，便由硬件线路自动关中断，即中断允许触发器EINT被置“0”。l 程序中断方式克服了程序查询方式中的CPU“踏步”现象，实现了CPU与I/O的并行工作，提高了CPU的资源利用率。l 根据需要可以设置多重中断。（2）单重中断和多重中断l 单重中断：不允许中断

8、 现行的 中断服务程序。l 多重中断：允许级别更高的中断源中断现行的中断服务程序。（3）单重中断和多重中断的服务程序流程动画演示P201页图5.43所示单重中断和多重中断的服务程序流程。问题2：单重中断和多重中断的主要区别？主程序和服务程序抢占CPU示意图如P201页图5.44所示。程序中断接口芯片 8259A 的内部结构图。实 验内 容本章无安排实验课 内练 习PPT多媒体教学课件后的课堂练习题课 外作 业P213页教材课后练习题5.26、5.31 考 核要 求1.本章考试题型主要有：选择题、填空题、简答题、设计应用题2.本章主要考核I/O设备与主机的联系方式、I/O设备与主机信息传送控制方式，单重、多重中断服务程序流程、DMA与主存交换数据的三种方法和过程参 考资 料1白中英.计算机组成原理（第四版.立体化教材）.科学出版社,20122唐朔飞.计算机组成原理学习指导与习题解答.高等教育出版社,20103李淑芝.计算机组成原理考研指定教材习