中断原理实验报告

标题：中断原理实验报告实验目的本实验的目的是为了深入理解中断的概念和原理，掌握中断在计算机系统中的作用和处理流程。通过实验，学生将能够识别不同的中断类型，理解中断向量表的作用，并能够编写程序来处理简单的中断事件。实验环境实验在x86架构的PC机上进行，使用Linux操作系统作为开发环境。实验工具包括GCC编译器、QEMU虚拟机（用于模拟中断处理环境）以及基本的调试工具，如GDB。实验内容1.中断基础中断是计算机系统中一种重要的异常处理机制，它允许硬件或软件在执行过程中打断CPU的正常程序流程，转而处理突发事件或请求。中断的类型包括硬件中断和软件中断，其中硬件中断是由外部事件引起的，如键盘中断、时钟中断等；软件中断则是由CPU内部事件引起的，如除以零、非法指令等。2.中断向量表中断向量表是内存中的一块区域，它存储了中断处理程序的入口地址。当CPU接收到中断请求时，它会根据中断类型查找中断向量表，获取对应的中断处理程序的入口地址，然后跳转到该地址执行处理程序。3.编写中断处理程序在实验中，学生将编写一个简单的中断处理程序，该程序将响应键盘中断，并在控制台上打印出按键信息。这需要学生理解如何注册中断处理程序，以及如何在处理程序中获取中断源的信息。4.调试与测试学生将使用GDB等调试工具来测试中断处理程序的正确性。通过设置断点、单步执行等方式，确保中断处理程序能够正确响应键盘中断，并输出预期的结果。实验结果与分析通过实验，学生将能够观察到中断处理的过程，理解中断向量表的工作原理，并且能够编写和调试简单的中断处理程序。实验结果将验证中断处理程序是否能够正确响应中断请求，并输出预期结果。学生将分析实验中可能遇到的问题，如中断处理程序的编写错误、中断向量表的配置问题等，并提出解决方案。结论中断是计算机系统中不可或缺的一部分，它使得系统能够对外部事件做出及时响应。通过本实验，学生不仅掌握了中断的基本概念和原理，还具备了编写和调试中断处理程序的能力。这对于进一步学习操作系统和计算机体系结构具有重要意义。参考文献[1]《计算机组成与设计》，DavidA.Patterson&JohnL.Hennessy，第四版[2]《深入理解计算机系统》，RandalE.Bryant&DavidO’Hallaron，第三版[3]《Linux内核设计与实现》，RobertLove，第二版[4]《x86AssemblyLanguageProgramming》，RandalHyde附录实验代码示例```c#include<stdio.h>#include<stdint.h>#include<stddef.h>#include<string.h>#defineIRQ_KEYBOARD1#defineVECTOR_TABLE_SIZE256voidkeyboard_interrupt_handler(void){uint8_tscancode;uint16_tcharacter;//模拟读取键盘扫描码

scancode=0x50;

//模拟将扫描码转换为字符

character=(scancode>>4)|((scancode&0x0F)<<8);

//打印字符

putchar(character);

putchar('\n');}voidinterrupt_handler(intinterrupt_number){switch(interrupt_number){caseIRQ_KEYBOARD:keyboard_interrupt_handler();break;default:printf(“Unhandledinterrupt%d”,interrupt_number);break;}}intmain(){//初始化中断向量表void(*isr_table[VECTOR_TABLE_SIZE])(void)={0};isr_table[IRQ_KEYBOARD]=interrupt_handler;//注册中断处理程序

//此处需要实际的系统调用或汇编指令来完成注册

//等待用户输入

while(1){实验目的本实验旨在通过对中断原理的实验研究，深入理解中断的概念、工作原理以及在计算机系统中的应用。通过实际操作和观察，学生将能够掌握中断的触发、处理以及中断响应的过程，并能够分析中断在提高系统效率和响应能力方面的作用。实验环境实验在基于x86架构的PC机上进行，使用Linux操作系统作为实验平台。实验将使用汇编语言编写中断处理程序，并利用GCC编译器进行编译。实验内容1.中断的概念中断是指计算机在执行当前程序的过程中，由于特殊事件的发生而被打断，转而执行相应的事件处理程序，处理完毕后再返回原程序继续执行的过程。这些特殊事件可以是硬件故障、外部设备请求、定时器溢出或者其他需要系统注意的事件。2.中断的分类中断可以根据不同的标准进行分类：硬件中断和软件中断：硬件中断是由硬件事件（如键盘中断、时钟中断等）引起的，而软件中断通常是由软件错误或异常情况引起的。同步中断和异步中断：同步中断是可预测的，通常与时钟周期或指令执行有关，而异步中断则是不可预测的，随时可能发生。可屏蔽中断和不可屏蔽中断：可屏蔽中断可以通过中断屏蔽位来控制是否响应，而不可屏蔽中断则必须得到及时处理。3.中断的工作原理中断的工作原理主要包括以下几个步骤：中断源产生中断请求。处理器检测到中断请求，如果当前处于可中断状态，则响应中断。处理器保存当前状态，包括程序计数器（PC）和通用寄存器等。处理器跳转到中断向量表，根据中断类型号找到对应的中断处理程序入口地址。执行中断处理程序，处理中断事件。处理完毕后，返回原来的程序继续执行。4.实验步骤4.1编写中断处理程序使用汇编语言编写一个简单的中断处理程序，该程序将响应键盘中断，并在控制台上打印出键入的字符。[org0x7c00]

;加载中断向量表

movax,0x0000

movds,ax

;安装键盘中断处理程序

movax,0x0003

movds,ax

movbyte[0x00],0x00

movword[0x02],0x0000

movbyte[0x04],0x90

;跳转到操作系统引导程序

jmp0x0000:0x7c00

;键盘中断处理程序

keyboard_handler:

;保存现场

pusha

;获取键值

movah,0x00

int0x16

movbx,ax

;打印键值

movah,0x0e

int0x10

;恢复现场

popa

iret

;结束标记

times510-($-$$)db0

dw0xaa554.2编译和链接中断处理程序使用GCC编译器将汇编语言文件编译成可执行文件，并将其链接到操作系统的中断向量表中。gcc-ckeyboard.s

ld-Ttext0x7c00-okeyboard.binkeyboard.o4.3运行实验将编译好的keyboard.bin文件复制到启动盘或者使用QEMU模拟的虚拟机中，然后启动系统观察中断处理程序的执行效果。5.实验结果与分析在实验中，我们观察到当按下键盘上的键时，控制台会立即打印出对应的字符。这表明中断处理程序成功地捕获了键盘输入事件，并进行了相应的处理。通过分析中断处理程序的执行流程，我们可以看到中断机制是如何提高系统对外部事件的响应能力的。6.结论中断是计算机系统中非常重要的一部分，它使得系统能够快速响应外部事件，提高了系统的灵活性和效率。通过本实验，我们深入理解了中断的工作原理，学习了如何编写和安装中断处理程序，这对于进一步学习操作系统和计算机体系结构具有重要意义。标题：中断原理实验报告实验目的本实验旨在通过实际操作和观察，深入理解中断的概念、原理以及在计算机系统中的应用。通过搭建中断实验环境，分析中断响应流程，探究中断处理机制，从而提升对计算机系统底层工作的认识。实验环境硬件环境：使用x86架构的PC机，配备至少4GB内存，安装了最新BIOS固件。软件环境：运行在64位Windows10操作系统上，使用VisualStudio2019作为开发环境，编写C/C++程序进行中断处理实验。实验步骤初始化设置：安装并配置开发环境，确保编译器、调试器等工具正常工作。编写中断处理程序：使用C/C++编写一个简单的程序，该程序能够产生中断，并设置中断处理函数。编译与链接：编译源代码，生成可执行文件，并确保中断处理函数被正确链接。运行与观察：运行编译后的程序，观察程序如何响应中断，并使用调试器查看中断发生时的上下文信息。分析与记录：分析中断处理流程，记录中断发生时程序的状态变化，以及操作系统如何调度中断处理程序。实验现象在实验过程中，观察到程序在执行到特定代码时产生了中断，随后操作系统接管了控制权，转而执行中断处理程序。通过调试器，可以追踪到中断发生时的寄存器状态、堆栈信息等，这些都有助于理解中断的内部机制。实验结果通过实验，验证了中断处理的基本流程：中断源产生中断请求，CPU检测到中断请求后，保存当前程序的状态，跳转到中断处理程序入口，执行中断处理逻辑，最后返回并继续执行被中断的程序。同时，还观察到中断处理程序的执行优先级高于普通程序，这保证了中断处理的高效性和及时性。讨论与分析中断是计算机系统中一个非常重要的概念，它使得系统能够响应外部事件或内部异常。在实验中，我们看到了