1、第章存储中断总线与系统3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求1)1)大容量大容量2)2)高速度高速度3)3)低价格低价格3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求1)1)容量容量 S SM M=W l m=W l m W W：存储体的字长，单位为：存储体的字长，单位为bitbit或或ByteByte。l l：每个存储体的字
2、数。：每个存储体的字数。m m：并行工作的存储体的个数：并行工作的存储体的个数。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求2)2)速度：从三个方面来描述：速度：从三个方面来描述：a a）访问时间）访问时间T TA AT TA A是存储器接到访存到信息被读到数据总线上所需是存储器接到访存到信息被读到数据总线上所需的时间。是确定的时间。是确定CPUCPU与存储器时间关系的重与存储器时间关系的重 要指标。要指标。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系
3、统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求2)2)速度：从三个方面来描述：速度：从三个方面来描述：b)b)存储周期存储周期T TM MT TMM是连续启动一个存储体所需要的时间间隔。一般是连续启动一个存储体所需要的时间间隔。一般来说总比来说总比T TA A大。大。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求2)2)速度：从三个方面来描述：速度：从三个方面来描述：c)c)存储器频宽存
4、储器频宽是指存储器可以提供的数据传送率，一般用每秒钟是指存储器可以提供的数据传送率，一般用每秒钟所传送的信息位数来衡量。所传送的信息位数来衡量。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求2)2)速度：从三个方面来描述：速度：从三个方面来描述：c)c)存储器频宽存储器频宽最大频宽最大频宽B BM M(极限频宽极限频宽)是存储器连续访问时能提供的频宽。是存储器连续访问时能提供的频宽。单体：单体：B BM M=W/T=W/TM Mm m体并行工作：体并行工作：B B
5、M M=mW/T=mW/TM M3、集中式独立请求方式为了I/O与CPU、主存并行操作，以及让多用户或多道程序共同运行。1 0 1 1如IBM370把中断分为以下六类：2总线的控制方式（非专用总线）SM=W l m缺点：要增大缓冲器空间和增加信息块大小访管指令是目态指令，当目态程序执行到要求输是存储器连续访问时能提供的频宽。如IBM370把中断分为以下六类：异常可分为 故障（Fault）第章存储中断总线与系统4 输入/输出系统1)当中断源较少时，通过中断系统硬件对每个中断源直接形成相应的中断处理程序入口，进入相应的中断处理程序。接受命令 启动成功中断处理次序为1432的例子异常可分为 故障（F
6、ault）p(k)与程序的状态密切相关，特别是指令转移概码实质上是对应此广义指令的管理程序入口。4)可以自由选择通道和设备进行灵活通信。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求2)2)速度：从三个方面来描述：速度：从三个方面来描述：c)c)存储器频宽存储器频宽实际频宽实际频宽 实际频宽小于最大频宽实际频宽小于最大频宽B BM M。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的
7、基本要求1.1.存储器的性能要求存储器的性能要求3)3)价格：价格：可以用总价格可以用总价格C C或每位价格或每位价格c c来表示。具有来表示。具有S SMM位的存位的存储器每位价格储器每位价格c=C/Sc=C/SMM。其中包括了存储器本身的价。其中包括了存储器本身的价格和为该存储器操作所必须的外围电路的价格。格和为该存储器操作所必须的外围电路的价格。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.13.1.1存储系统的基本要求存储系统的基本要求2.2.结论结论由于存储器的价格、速度和容量的要求是矛盾的，由于存储器的价格、速度和容量的要求是矛盾的，为了
8、同时满足三方面的要求，在一个完整的存储体为了同时满足三方面的要求，在一个完整的存储体系中，必须采用不同工艺的存储器，使得信息以各系中，必须采用不同工艺的存储器，使得信息以各种方式分布于不同的存储体。种方式分布于不同的存储体。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型1)1)单体单字单体单字存储器字长存储器字长W W与与CPUCPU字长字长W W相相同，一次访问一个存储器同，一次访问一个存储器字，主存最大频宽字，主存最大频宽B BM M=W/T=W/TM MW位读出寄存器读出寄存器地址寄存器单体单
9、字存储器单体单字存储器l3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型2)2)单体多字单体多字存储器字长等于存储器字长等于m m个个CPUCPU字，字，B BM M=mW/T=mW/TM MW位W位W位W位地址寄存器单体多字单体多字(m=4)(m=4)存储器存储器 W位单字长寄存器单字长寄存器3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型3)3)多体单字交叉多体单字交叉总线控制地址寄存器0 地址寄存器1
10、地址寄存器2地址寄存器3M0M1M2M3主控(主存控制部件)CPUIOP多体多体(m=4)(m=4)交叉存储器交叉存储器3)多体单字交叉多体单字交叉3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型3)3)多体单字交叉多体单字交叉a)a)存储器字长等于存储器字长等于m m个个CPUCPU字，字，B BM M=mW/T=mW/TM M。实际频。实际频宽大于单体多字。宽大于单体多字。单体多字：并行读出的单体多字：并行读出的m m个字要地址顺序的存在个字要地址顺序的存在于同一主存单元。于同一主存单元。多体单字
11、：多体单字：m m个个CPUCPU字地址不必顺序存放，只要字地址不必顺序存放，只要不发生冲突。不发生冲突。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型3)3)多体单字交叉多体单字交叉b)b)编址模式编址模式M Mj j体的编址模式为：体的编址模式为：m i+jm i+j；其中其中i=0i=0，1 1，l-1l-1，表示第，表示第i i个字；个字；j=0j=0，1 1，m-1m-1，表示第，表示第j j个分体；个分体；3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统
12、3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型3)3)多体单字交叉多体单字交叉b)b)编址模式编址模式M Mj j体的编址模式为：体的编址模式为：m mi+ji+j；其中其中i=0i=0，1 1，l-1l-1，表示第，表示第i i个字；个字；j=0 j=0，1 1，m-1m-1，表示第，表示第j j个分体；个分体；m m模，单体多字：一个主存包含的模，单体多字：一个主存包含的CPUCPU字数字数 多体单字：分体体数多体单字：分体体数3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型3)3)
13、多体单字交叉多体单字交叉b)b)编址模式编址模式M Mj j体的编址模式为：体的编址模式为：m mi+ji+j；其中其中i=0i=0，1 1，l-1l-1，表示第，表示第i i个字；个字；j=0 j=0，1 1，m-1m-1，表示第，表示第j j个分体；个分体；m m模，单体多字：一个主存包含的模，单体多字：一个主存包含的CPUCPU字数字数 多体单字：分体体数多体单字：分体体数3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型3)3)多体单字交叉多体单字交叉b)b)编址模式编址模式 模体 地址编址序列
14、对应二进制地址码最末两位状态M00，4，8，12，4i+0，00M11，5，9，13，4i+1，01M22，6，10，14，4i+2，10M33，7，11，15，4i+3，113.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统1.1.类型类型4)4)多体多字交叉多体多字交叉多个存储体，每个存储体有多个多个存储体，每个存储体有多个CPUCPU字字上述能并行读出多个上述能并行读出多个CPUCPU字的单体多字和多体单字的单体多字和多体单字或多体多字的交叉存储主存系统统称为并行主字或多体多字的交叉存储主存系统统称为并行主存系统
15、。存系统。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统2.2.分析分析提高提高m m值，可以提高主存系统的最大频率，但并不能值，可以提高主存系统的最大频率，但并不能线性提高实际频率。线性提高实际频率。原因：原因：1)1)模模m m越高，存储器数据总线越长，传输延迟增加；越高，存储器数据总线越长，传输延迟增加；2)2)系统效率问题，对于顺序取指，效率可以提高系统效率问题，对于顺序取指，效率可以提高m m倍，倍，但遇到转移指令，效率就会下降。但遇到转移指令，效率就会下降。很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断
16、和异常。为操作员或另一台CPU要启动一个程序所用。如IBM370把中断分为以下六类：给出交换信息的主存起始地址及交换的字数3中断系统的软、硬件功能分配4 输入/输出系统程序状态字中含有中断级屏蔽位字段，只要操作系统对每一类中断处理程序的现行程序状态字中的中断级屏蔽位设置成不同状态，就可以实现所希望的中断处理次序。2中断的响应次序与处理次序主要取决于交换PSW的时间。直接存储器访问（DMA）说明：通道进入“通道数据传送期”，开始通道与设备间的数据传送后，如果通道上连接的多台设备同时要求交换信息，或者通道的“数据宽度”与要传送的信息宽度不等时，则在数据传送期中还要多次选择当前要传送信息的是哪台设备
17、。4 输入/输出系统中 断 处 理 程 序1)模m越高，存储器数据总线越长，传输延迟增加；a）I/O总线所需的流量取决于该总线所接外设的数量、种类以及传输信息的方式和速率要求。为此可在设备或设备控制器中设置一定容量的缓冲器以缓冲来不及处理的信息，或可动态改变设备响应优先级，使得低速设备也有机会得到通道而保证微观上不丢失信息。广义指令由访管指令和若干参数组成，它的操作自陷（Trap）数据传送期间，“总线忙”维护“总线可用”的建立选择通道在物理上可以连接多个设备，但是这些设备不能同时工作，在某一段时间内，只能选择一个设备进行工作，在一段时间内只允许执行一个设备的通道程序，只有当这个设备的通道程序全
18、部执行完毕后，才能执行其他设备的通道程序。可共享总线的部件数受限于定时查询线的线数，扩展性稍差，控制较复杂。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统3.3.模型分析模型分析对于对于mm个独立分体的主存系统，处理机发出一串地个独立分体的主存系统，处理机发出一串地址为址为A A1 1,A,A2 2,A Aq q的访存申请队，在每个主存周期到的访存申请队，在每个主存周期到来前，申请队被扫描，截取从队头起的来前，申请队被扫描，截取从队头起的A A1 1,A,A2 2,A Ak k的的申请序列。申请序列是个在要求访存申
19、请的申请序列。申请序列是个在要求访存申请的k k个地址个地址中，没有两个或两个以上的地址处于同一分体中的中，没有两个或两个以上的地址处于同一分体中的最长序列。最长序列。3.1 3.1 存储系统的基本要求和并行主存系统存储系统的基本要求和并行主存系统 3.1.23.1.2并行主存系统并行主存系统3.3.模型分析模型分析显然显然k k表示表示 可以同时访问的分体个数的随机变量，不大于可以同时访问的分体个数的随机变量，不大于mm，系统效率取决于系统效率取决于k k的均值的均值B B，其值越大，可访问的分，其值越大，可访问的分体个数越多，系统效率越高。体个数越多，系统效率越高。1)1)数学模型数学模型
20、 设设p(k)p(k)表示申请序列长度为表示申请序列长度为k k的概率密度函数，的概率密度函数，其中其中k=1,2,mk=1,2,m。则。则k k的均值的均值B B为为 B=kB=k p(k)p(k)B B实际就是每个主存周期所访问的平均字数。而实际就是每个主存周期所访问的平均字数。而p(k)p(k)与程序的状态密切相关，特别是指令转移概与程序的状态密切相关，特别是指令转移概率率，它定义为给定指令的下条指令地址为非顺，它定义为给定指令的下条指令地址为非顺序地址的概率。因此序地址的概率。因此 p(k)=(1-)p(k)=(1-)k-1k-1 ，1km 1kk，则：中断处理次序为1234的例子逻辑
21、简单，容易通过重复设置来提高其可靠性。中断处理次序为1432的例子一步摆脱数I/O操作的控制，以便更好地jj号通道第i台设备的字节传送速率1)并非独立的处理机，指令简单，无大容量存贮器。如IBM370把中断分为以下六类：广义指令由访管指令和若干参数组成，它的操作1通道处理机工作原理4 输入/输出系统连接好主存与指定外设间的信息通路3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级1.1.基本概念基本概念2)2)中断请求中断请求:中断源向中断系统发出请求中断的申请。同时可以有多个中断请求，这时中断系统要根据中断响应优先次序对优先级高的中断请求予以相应。3.2
22、3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级1.1.基本概念基本概念3)3)中断响应中断响应:就是允许其中断CPU现行程序的运行而转去对该请求进行预处理，包括保存断点现场，调出相应中断处理程序，准备运行。也可以屏蔽这一请求使其暂时得不到响应。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级2.2.入口设置入口设置1)1)当中断源较少时，通过中断系统硬件对每个中断源直接形成相应的中断处理程序入口，进入相应的中断处理程序。2)2)当中断源较多时，先将它们按性质分类，对每一类给定一个中断处理程序入口，再由软件转入相应的中断源进行
23、处理。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：1)1)机器校验中断机器校验中断 2)2)管理程序调用（访管）中断管理程序调用（访管）中断 3)3)程序性中断程序性中断 4)4)外部中断外部中断5)I/O5)I/O中断中断6)6)重新启动中断重新启动中断3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：1)1)机器校验中断机器校验中断
24、告诉程序发生了设备故障。可用64位机器校验中断码指明故障原因和严重性，更为详细的中断原因和故障位置可由机器校验保存区内容提供。包含电源故障、运算电路误动作、主存出错、通道动作故障、处理器各种硬件故障等。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：2)2)管理程序调用（访管）中断管理程序调用（访管）中断用户需要操作系统介入时，通过执行“访管”指令时发生的中断，访管原因由“访管”指令中的8位码指明。第二级：程序性和管理程序调用中断如IBM370将机器校验分为紧急机器
25、校验和可抑制机器校验，分别为第一级和第三级。b）时钟线上的干扰信号易引起误同步。4 输入/输出系统CPU不能禁止重新启动中断。总线分配速度快，所有部件的总线请求同时送到总线控制器，不必查询；组织I/O操作难以小型化、集成电路化、总线长时成本高连接好主存与指定外设间的信息通路1)并非独立的处理机，指令简单，无大容量存贮器。灵活有效，适应挂有各种设备的总线，但中 断 处 理 程 序4 输入/输出系统很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断和异常。如IBM370把中断分为以下六类：1)模m越高，存储器数据总线越长，传输延迟增加；一部分由I/O指令、I/O设备及其控制器硬件内部完成形成条件码,启
26、动不成功,结束2通道处理机的工作原理和流量设计同一类中的中断请求的响应和处理的次序，一般由软件或通道来管理。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：3)3)程序性中断程序性中断 包括指令和数据的格式错、程序执行中出现异常（非法指令、目态下使用管态指令、贮存访问方式保护、寻址超过主存容量、各种溢出、除数为零、有效位为零等）以及程序的事件记录、监督程序对事件的监测引起的中断等。中断码为16位。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级
27、中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：4)4)外部中断外部中断 来自机器外部来自机器外部 各种定时器中断各种定时器中断包括：包括：外部信号中断外部信号中断 中断键中断。中断键中断。中断码为中断码为1616位。位。各种定时器中各种定时器中断用以计时、断用以计时、计费、控制等。计费、控制等。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：4)4)外部中断外部中断 来自机器外部来自机器外部 各种定时器中
28、断各种定时器中断包括：包括：外部信号中断外部信号中断 中断键中断。中断键中断。中断码为中断码为1616位。位。外部信号中断外部信号中断主要用于与其主要用于与其他机器和系统他机器和系统的联系。的联系。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：4)4)外部中断外部中断 来自机器外部来自机器外部 各种定时器中断各种定时器中断包括：包括：外部信号中断外部信号中断 中断键中断中断键中断中断码为中断码为1616位。位。中断键用于操中断键用于操作员对机器的作员对机器的干预干
29、预3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：4)4)外部中断外部中断 来自机器外部来自机器外部 若未被响应则继续保留若未被响应则继续保留外部中断分两类：外部中断分两类：如不响应则不再保留如不响应则不再保留3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：5)I/O5)I/O中断中断I/O中断是CPU与I/O设备及通道联系的工具，在I/
30、O操作完成或I/O通道或设备产生故障时发出。中断码 为16位。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级3.3.中断分类中断分类如如IBM370IBM370把中断分为以下六类：把中断分为以下六类：6)6)重新启动中断重新启动中断为操作员或另一台CPU要启动一个程序所用。CPU不能禁止重新启动中断。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断和异常中断和异常很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断和异常。1）中断专指那些与当前进程运行无关的请求暂停的事件,如机器故障中断请求、外设中断请求、定时
31、中断请求等。中断可以被屏蔽，暂时保存在中断寄存器，屏蔽解除后继续得到响应和处理。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断和异常中断和异常很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断和异常。2）异常由现行指令引起的暂停事件，如页面失效、溢出等，一般不能屏蔽，立即得到响应和处理。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断和异常中断和异常很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断和异常。2）异常 自陷（Trap）异常可分为 故障（Fault）失败（Abort）发生在引起异常的指令执
32、行的末尾，处理后返回原先正常程序的下一条指令继续执行。4 输入/输出系统外围处理机是一种独立性、通用性和功能m模，单体多字：一个主存包含的CPU字数3)中断响应:就是允许其中断CPU现行程序的运行而转去对该请求进行预处理，包括保存断点现场，调出相应中断处理程序，准备运行。如IBM370把中断分为以下六类：2通道处理机的工作原理和流量设计2、集中式定时查询方式2通道处理机的工作原理和流量设计采用哪种方式取决于控制线数目、总线分配速度、灵活性、可靠性等因素。1 存储系统的基本要求和并行主存系统2总线的控制方式（非专用总线）2)速度：从三个方面来描述：用户只有通过在目态程序中安排一条要求输入输中 断
33、 处 理 程 序向CPU报告设备和设备控制器状态和对状态分析逻辑简单，容易通过重复设置来提高其可靠性。总线分配速度取决于计数信号的频率和部件数，不是很高。通道选择设备期结束通道按通道程序组织I/O，进入通道数据传送期向CPU报告设备和设备控制器状态和对状态分析4 输入/输出系统3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断和异常中断和异常很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断和异常。2）异常 自陷（Trap）异常可分为 故障（Fault）失败（Abort）发生在执行指令的过程中，处理后返回原先发生故障的那条指令出重复执行。3.2 3.
34、2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断和异常中断和异常很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断和异常。2）异常 自陷（Trap）异常可分为 故障（Fault）失败（Abort）也发生在指令执行过程中，需强制干预或系统复位才可以使指令再正确执行下去。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断分级中断分级分级原因：中断源相互独立而随机地发出中断请求，常会同时发生多个中断请求。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断分级中断分级分级依
35、据：不同类不同类的中断要根据性质、紧迫性、重要性以及软件处理的方便性把中断源分级，中断系统按中断源的优先级来响应，通常优先级最高的定为一级。同一类同一类中的中断请求的响应和处理的次序，一般由软件或通道来管理。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断分级中断分级一般：第一级：机器校验中断第二级：程序性和管理程序调用中断第三级：外部中断第四级：输入/输出中断第五级：重新启动中断3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断分级中断分级一般：第一级：机器校验中断因为掉电、地址错、数据错、通路
36、错等必须及时处理，否则系统无法正常工作。但只影响局部的某些故障，优先级可以低一些。如IBM370将机器校验分为紧急机器校验和可抑制机器校验，分别为第一级和第三级。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断分级中断分级一般：第二级：程序性和管理程序调用中断因为如果程序性中断低于外部中断和I/O中断，那么在同时出现这三类中断时就会先响应外部或I/O中断，如果在处理这些中断的管理程序中出现新的程序性错误，则产生的程序性中断就可能与原先的程序性中断源混在一起，造成混乱。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分
37、类和分级4.4.中断分级中断分级一般：第二级：程序性和管理程序调用中断访管中断是在现行程序中安排一条“访管”指令资源进入中断。放在第二级是因为机器在执行“访管”指令时发生了紧急的机器故障和错误，只有先处理完才能根据“访管”指令功能进入管理程序。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断分级中断分级一般：第二级：程序性和管理程序调用中断访管中断不受中断级屏蔽的控制，使各级中断的管理程序都可用“访管”指令，以嵌套进入相应的管理程序，为系统程序的编制带来方便。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级
38、4.4.中断分级中断分级一般：第三级：外部中断第四级：输入/输出中断外部中断高于I/O中断，因为涉及多机联系、人机干预等控制操作，而I/O中断只是某台外设的请求，属于局部性的，而且还可由各通道管理，中断响应晚些也不至于丢失信息和带来太大影响。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.13.2.1中断的分类和分级中断的分类和分级4.4.中断分级中断分级一般：第五级：重新启动中断重启中断优先级一般最低，因为重新启动的时间不紧迫，但CPU处于停止状态时，重新启动就应该具有比挂起的I/O、外部或可疑之的极其校验中断都要高的优先级。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.23.2.2中断的响应次序与处
39、理次序中断的响应次序与处理次序1.1.中断处理原则中断处理原则在处理某级中断时,只有更高级的请求才能中断它的处理，等响应和处理完后再继续处理原来的那个中断请求。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.23.2.2中断的响应次序与处理次序中断的响应次序与处理次序2.2.中断响应次序中断响应次序同时发生多个中断请求时，由中断响应硬件的排队器所决定的响应次序，次序由高到低，是固定的。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.23.2.2中断的响应次序与处理次序中断的响应次序与处理次序3.3.中断处理次序中断处理次序为了能根据需要，由OS灵活改变实际的处理次序，很多机器设置了中断级屏蔽位寄存器，以决
40、定某级中断请求是否进入中断响应排队器。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.23.2.2中断的响应次序与处理次序中断的响应次序与处理次序2.2.中断处理次序中断处理次序 程序状态字程序状态字中含有中断级屏蔽位字段，只要操作系统对每一类中断处理程序的现行程序状态字中的中断级屏蔽位设置成不同状态，就可以实现所希望的中断处理次序。例例:系统有系统有4 4个中断级个中断级,每级现行每级现行PSWPSW有有4 4位屏蔽位位屏蔽位 “1”1”表示对该级的请求都开放表示对该级的请求都开放,允许其进入排队器。允许其进入排队器。“0”0”表示屏蔽各个请求表示屏蔽各个请求,不允许进入排队器，中断不允许进入排队
41、器，中断响应次序是响应次序是1 12 23 34 4，现要求各级中断处理次序，现要求各级中断处理次序为为1 14 43 32 2请设计屏蔽位状态。请设计屏蔽位状态。把硬件状态集合成PSW存到主存指定的单元或区域。3、集中式独立请求方式1)更接近于一般的处理机，指令丰富，功能强。范围时，价格将会呈指数上升，且I/O设备接口环节2、集中式定时查询方式这里只讲集中式总线控制率，它定义为给定指令的下条指令地址为非顺序地址的概率。优点：定长块不必过大，超过部分可以用单中断级屏蔽位举例1(1234)1通道处理机工作原理包括软件状态和硬件状态两种。很多计算机把中断现行进程的事件进一步细分为中断和异常。则该通
42、道极限流量可设计为0.当设备执行寻址等控制性动作时，通道暂时断开与这个设备的链接，挂起该设备的通道程序，去为其他设备服务，即执行其他设备的通道程序。1 0 1 12总线的控制方式（非专用总线）1)早期大部分功能是由软件完成的，中断响应和中断处理时间长。碍总线采用更为合理的分配算法。fbyte=1/25+1/25+1/150+1/150+1/800=0.2)速度：从三个方面来描述：中断级屏蔽位举例中断级屏蔽位举例(1432)中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级第1级第2级第3级第4级0 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 1 1用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序
43、中断中断请求请求t321234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子1111堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：1111101132堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t31234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：11112 级：级：101110014堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子4用户：用户：11112级：级：1
44、0113级：级：100110011000堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：11112级：级：10113级：级：100110003级：级：1001堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：11112级：级：10113级：级：10012级：级：1011堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用
45、户：11112级：级：1011用户：用户：1111堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：11112用户：用户：11111011堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：11111011100002级：级：1011堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：11112级：级：10112级：级：
46、10110000堆栈堆栈用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t1234中断处理次序为中断处理次序为1432的例子的例子用户：用户：1111用户：用户：11112级：级：1011堆栈堆栈 例例:系统有系统有4 4个中断级个中断级,每级现行每级现行PSWPSW有有4 4位屏蔽位位屏蔽位 “1”1”表示对该级的请求都开放表示对该级的请求都开放,允许其进入排队器。允许其进入排队器。“0”0”表示屏蔽各个请求表示屏蔽各个请求,不允许进入排队器，现要求不允许进入排队器，现要求各级中断处理次序和响应次序都是各级中断处理次序和响应次序都是1 12 23 34 4，请，请设计屏蔽位
47、状态。设计屏蔽位状态。中断级屏蔽位举例中断级屏蔽位举例1 1(1234)中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级第1级0000第2级1000第3级1100第4级1110用户程序用户程序中中 断断 处处 理理 程程 序序中断中断请求请求t234211234中断处理次序为中断处理次序为1234的例子的例子111110001111110011101111111111111000100000003.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.33.2.3中断系统的软、硬件功能分配中断系统的软、硬件功能分配1.1.中断系统的功能中断系统的功能 1)1)中断请求的保存和清除中断请求的保存和清除 2)2)优先
48、级的确定优先级的确定 3)3)中断断点及现场的保存中断断点及现场的保存 4)4)对中断请求的分析和处理对中断请求的分析和处理 5)5)中断返回中断返回这些功能全是由中断响应硬件和中断处理程序完成这些功能全是由中断响应硬件和中断处理程序完成的，中断系统的软硬件功能分配实质就是中断响应的，中断系统的软硬件功能分配实质就是中断响应硬件和处理程序软件的功能分配。硬件和处理程序软件的功能分配。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.33.2.3中断系统的软、硬件功能分配中断系统的软、硬件功能分配2.2.功能的实现功能的实现1)1)早期大部分功能是由软件完成的，中断响应和中断早期大部分功能是由软件完成的
49、，中断响应和中断处理时间长。处理时间长。2)2)后来中断响应及其次序由程序查询软件的方法改为后来中断响应及其次序由程序查询软件的方法改为中断响应排队器硬件实现；中断源的分析也由程序中断响应排队器硬件实现；中断源的分析也由程序查询改为硬件编码，直接或经中断向量表形成入口查询改为硬件编码，直接或经中断向量表形成入口地址，并把中断源的状况以中断码的方式经旧地址，并把中断源的状况以中断码的方式经旧PSWPSW告知中断处理程序。告知中断处理程序。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.33.2.3中断系统的软、硬件功能分配中断系统的软、硬件功能分配3.3.中断现场中断现场包括软件状态和硬件状态两种包括
50、软件状态和硬件状态两种。1)1)软件状态软件状态如作业名称和级别，上、下界值，各种软件状态和如作业名称和级别，上、下界值，各种软件状态和标志等。软件状态本来就在主存中，且数量随标志等。软件状态本来就在主存中，且数量随OSOS的的发展而扩大，宜于经中断处理程序保存。发展而扩大，宜于经中断处理程序保存。3.2 3.2 中断系统中断系统 3.2.33.2.3中断系统的软、硬件功能分配中断系统的软、硬件功能分配3.3.中断现场中断现场包括软件状态和硬件状态两种包括软件状态和硬件状态两种。2)2)硬件状态硬件状态如现行指令地址，条件码，各种控制寄存器及通用如现行指令地址，条件码，各种控制寄存器及通用寄存
