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计算机组成 |
2018-11-21 02:56:52 -0800 |
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最早的CPU设计是轮询设备去处理事件（轮询键盘 鼠标 网卡等等），导致多设备多任务无法并行，响应速度也会慢
TODO 时钟周期
中断模式设计
- 硬件中断
- 可屏蔽中断：常由计算机的外设或一些接口功能产生，如键盘、打印机、串行口等这种类型的中断可以在CPU要处理其它紧急操作时，被软件屏蔽或忽略
- 非屏蔽中断：由意外事件导致，如电源断电、内存校验错误等 对于这种类型的中断事件，无法通过软件进行屏蔽，CPU必须无条件响应
- 软件中断(又称内部中断 软中断 异常): 在程序中调用INTR中断指令引起的中断
- 陷阱 是一种有意的，预先安排的异常事件，一般是在编写程序时故意设下的陷阱指令，而后执行到陷阱指令后，CPU将会调用特定程序进行相应的处理，处理结束后返回到陷阱指令的下一条指令。如系统调用，程序调试功能等。
- 故障 故障是在引起故障的指令被执行，但还没有执行结束时，CPU检测到的一类的意外事件。出错时交由故障处理程序处理，如果能处理修正这个错误，就将控制返回到引起故障的指令即CPU重新执这条指令。如果不能处理就报错。
- 终止 执行指令的过程中发生了致命错误，不可修复，程序无法继续运行，只能终止，通常会是一些硬件的错误。终止处理程序不会将控制返回给原程序，而是直接终止原程序
中断处理过程
- 中断请求触发: 中断请求是由中断源向CPU发出中断请求信号。外部设备发出中断请求信号要具备以下两个条件：
- 外部设备的工作已经告一段落。 例如输入设备只有在启动后，将要输入的数据送到接口电路的数据寄存器（即准备好要输入的数据）之后，才可以向CPU发出中断请求。
- 系统允许该外设发出中断请求。 如果系统不允许该外设发出中断请求，可以将这个外设的请求屏蔽。当这个外设中断请求被屏蔽，虽然这个外设准备工作已经完成，也不能发出中断请求。
- 中断响应、处理、返回
- 关闭中断信号接收器
- 保存现场(或称 Context、上下文)
- 给出中断入口，转入中断服务程序执行
- 处理完成，返回并恢复现场
- 开启中断信号接收器
中断排队和中断判优
中断申请是随机的，有时会出现多个中断源同时提出中断申请, CPU每次只能响应一个中断源的请求。 CPU不可能对所有中断请求一视同仁，它会根据各中断源工作性质的轻重缓急，预先安排一个优先级顺序。当多个中断源同时申请中断时，即按此优先级顺序进行排队，等候CPU处理。
多核CPU的中断处理和单核有很大不同。多核的各处理器核心之间需要通过中断方式进行通信，所以CPU芯片内部既有各处理器核心的本地中断控制器，又有负责仲裁各核之间中断分配的全局中断控制器。
现今的多核处理器在中断处理和中断控制方面主要使用的是APIC（Advanced Programmable Interrupt Controllers），即高级编程中断控制器。它是基于中断控制器两个基础功能单元——本地单元以及I/O单元的分布式体系结构。在多核系统中，多个本地和I/O APIC单元能够作为一个整体通过APIC总线互相操作
作用和优点
- 可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。
- 可允许多个外设同时工作，大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度。
- 可以使CPU及时处理各种软硬件故障（比如计算机在运行过程中，出现了难以预料的情况或一些故障，如电源掉电、存储出错、运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。）
MESI（Modified Exclusive Shared Or Invalid）
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