《中断系统》课件2.pptx

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1、中断系统 制作人：制作者ppt时间：2024年X月目录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章 中断系统的基本组成中断系统的基本组成第第3 3章章 基于硬件的中断系统基于硬件的中断系统第第4 4章章 基于软件的中断系统基于软件的中断系统第第5 5章章 中断系统的优化中断系统的优化第第6 6章章 总结总结 0101第1章 简介 中断系统是什么中断系统是什么中断指计算机在执行程序时，由于发生了与程序执行无关中断指计算机在执行程序时，由于发生了与程序执行无关的事件而中断正在执行的程序，并转去执行事先安排好的的事件而中断正在执行的程序，并转去执行事先安排好的相应操作。中断系统就是为了响应和管理这些中断而

2、设计相应操作。中断系统就是为了响应和管理这些中断而设计的系统。中断系统在计算机中起到重要的作用，可以使计的系统。中断系统在计算机中起到重要的作用，可以使计算机资源得到最大的利用。中断系统的设计要点包括：中算机资源得到最大的利用。中断系统的设计要点包括：中断向量表、中断控制器、中断服务程序等。断向量表、中断控制器、中断服务程序等。早期的中断系统通过硬件机制实现硬件中断通过软件机制实现软件中断由外部设备发出的中断请求外部中断由计算机内部发生的错误引起的中断内部中断现代中断系统的发展采用多级、中断向量表的设计提高中断系统的效率采用可编程中断控制器（PIC）实现中断的可编程性采用故障处理机制提高中断系

3、统的可靠性支持多种中断接口满足多种需求基基于于软软件件的的中中断断系系统统通过软件进行中断处理通过软件进行中断处理灵活性强，可编程性好灵活性强，可编程性好响应速度相对较慢响应速度相对较慢操操作作系系统统中中的的中中断断系系统统集成在操作系统中集成在操作系统中可在多任务操作下协调多个中可在多任务操作下协调多个中断断通常采用中断向量表通常采用中断向量表硬硬中中断断和和软软中中断断的的应应用场景用场景硬中断：网络通信、视频解码、硬中断：网络通信、视频解码、音频播放等音频播放等软中断：文件读写、系统调用、软中断：文件读写、系统调用、内存释放等内存释放等两种中断不是绝对的，可根据两种中断不是绝对的，可根

4、据需求灵活切换需求灵活切换中断系统的分类基基于于硬硬件件的的中中断断系系统统通过硬件进行中断处理通过硬件进行中断处理响应迅速，效率高响应迅速，效率高缺乏灵活性缺乏灵活性未来中断系统的未来中断系统的展望展望随着计算机技术的发展，中断系统也在不断演进，未来中随着计算机技术的发展，中断系统也在不断演进，未来中断系统将更加智能化、高效化和个性化。中断控制器的可断系统将更加智能化、高效化和个性化。中断控制器的可编程化程度将会更高，中断处理的速度和响应能力也将更编程化程度将会更高，中断处理的速度和响应能力也将更加出色。同时，对中断系统的安全性、可靠性等方面的要加出色。同时，对中断系统的安全性、可靠性等方面

5、的要求也将越来越高。中断系统的应用场景也将更加广泛，如求也将越来越高。中断系统的应用场景也将更加广泛，如人工智能、云计算、物联网等。人工智能、云计算、物联网等。0202第2章 中断系统的基本组成 中断控制器中断控制器中断控制器是一种硬件设备，负责接收和处理各种中断信中断控制器是一种硬件设备，负责接收和处理各种中断信号。它可以检测外部设备的中断请求，并发送中断请求信号。它可以检测外部设备的中断请求，并发送中断请求信号给处理器，使得处理器能够暂停正在执行的任务，并且号给处理器，使得处理器能够暂停正在执行的任务，并且开始执行与中断信号相关的任务。中断控制器根据中断信开始执行与中断信号相关的任务。中断

6、控制器根据中断信号的类型和优先级，决定处理器要执行哪个中断服务程序。号的类型和优先级，决定处理器要执行哪个中断服务程序。中断控制器的分类需要使用编程器进行编程来处理中断请求可编程中断控制器（PIC）除了中断请求处理外，还可以处理时钟信号可编程中断/定时器控制器（PIT）用于支持多处理器系统的中断控制器高级可编程中断控制器（APIC）中断向量表的作用中断向量表是一个数组，其中每个元素都包含了一个入口点地址向量表根据中断号对应到中断服务程序的地址操作系统在启动时会初始化中断向量表，将不同的中断号映射到相应的中断服务程序中断向量表由操作系统维护处理器可以直接跳转到中断服务程序，而不需要每次都扫描整个

7、中断服务程序中断向量表使得中断处理更加高效 处理器芯片处理器芯片处理器芯片是中央处理器（处理器芯片是中央处理器（CPUCPU）的核心部件。它包含了）的核心部件。它包含了计算单元、寄存器、指令缓存和高速缓存等组件。处理器计算单元、寄存器、指令缓存和高速缓存等组件。处理器芯片的类型有单核处理器、多核处理器、超线程处理器等。芯片的类型有单核处理器、多核处理器、超线程处理器等。它的作用是执行指令、控制计算机的操作，将指令翻译为它的作用是执行指令、控制计算机的操作，将指令翻译为操作并且执行操作并且执行 多核处理器多核处理器有多个计算单元有多个计算单元能够并行处理多个任务能够并行处理多个任务超线程处理器超

8、线程处理器通过模拟出额外的计算单元来通过模拟出额外的计算单元来实现并行处理实现并行处理性能比单核处理器高，但比多性能比单核处理器高，但比多核处理器低核处理器低嵌入式处理器嵌入式处理器专门用于控制嵌入式系统专门用于控制嵌入式系统能够在低功耗和小尺寸上提供能够在低功耗和小尺寸上提供高性能高性能不同处理器芯片的特性单核处理器单核处理器只有一个计算单元只有一个计算单元需要通过时间分片来实现多任需要通过时间分片来实现多任务务中断服务程序的实现中断服务程序是用汇编语言编写的，主要用于处理中断信号中断服务程序的编写中断服务程序由中断处理程序和中断返回程序组成中断服务程序的架构中断处理程序是在中断信号发生时被

9、调用的程序，它负责向处理器发送中断请求信号，并且保存处理器的现场中断处理程序中断返回程序是在中断服务程序执行完成后被调用的程序，它负责恢复处理器的现场，并且恢复中断前正在执行的任务中断返回程序中断服务程序中出现了无法跳出的死循环死循环0103中断服务程序响应时间过长，导致其他任务无法正常执行响应时间过长02中断服务程序执行出现了致命错误，导致操作系统崩溃崩溃 0303第3章 基于硬件的中断系统 基于8259A的中断系统8259A是一种可编程中断控制器，它通过监视系统总线上的中断请求，协调处理器和其他设备之间的通信。8259A的工作原理是基于优先级编码和级联技术，可以将多个设备的中断请求归类以提

10、高系统响应性能。8259A广泛应用于各种计算机平台，包括IBM PC和Macintosh等。8259A的工作原理设备向8259A发送中断请求，请求处理器对设备操作进行响应。中断请求8259A通过设置中断请求优先级和向量号来分配处理器的中断响应顺序。中断优先级编码8259A可以级联连接，将多个中断控制器组合成一个单独的系统，以最大化中断控制的效率。级联技术 8259A在操作系统中扮演关键角色，负责管理和分配中断请求。操作系统01038259A在图形显示中扮演关键角色，负责管理和分配图形处理器的中断请求。图形显示028259A在网络通信中扮演关键角色，负责管理和分配网络通信设备的中断请求。网络通信

11、基于APIC的中断系统APIC是一种先进的中断控制器，它通过多处理器的系统总线连接，协调处理器和其他设备之间的通信，提高系统响应性能。APIC的工作原理是基于中断消息传递和处理器互连，可以将多个处理器的中断请求归类以提高系统可靠性和可扩展性。APIC广泛应用于高端服务器和工作站等高性能计算机平台。APIC的工作原理APIC通过中断消息传递来管理和分配中断请求，提高系统响应性能。中断消息传递APIC通过处理器互连来提高系统可靠性和可扩展性，确保所有处理器都能响应中断请求。处理器互连 APIC在高性能计算机中扮演关键角色，提供可靠和高效的中断控制，以满足各种计算需求。高性能计算机0103 02AP

12、IC在数据中心中扮演关键角色，提供可扩展和可靠的中断控制，以支持多种应用场景。数据中心基于PCI-MSI的中断系统PCI-MSI是一种新型的中断控制器，它通过PCI总线来管理和分配中断请求，提高系统可扩展性和性能。PCI-MSI的工作原理是基于消息传递和硬件中断向量，可以将多个设备的中断请求归类以提高系统响应性能。PCI-MSI广泛应用于现代计算机平台，包括个人电脑和服务器等。PCI-MSI的工作原理PCI-MSI通过消息传递来管理和分配中断请求，提高系统可扩展性和性能。消息传递PCI-MSI通过硬件中断向量来分配处理器的中断响应顺序，提高系统响应性能。硬件中断向量 PCI-MSI在个人电脑中

13、扮演关键角色，提供可靠和高效的中断控制，以满足各种应用需求。个人电脑0103 02PCI-MSI在服务器中扮演关键角色，提供可扩展和可靠的中断控制，以支持多种应用场景。服务器 0404第4章 基于软件的中断系统 操作系统中的中断系统操作系统中的中断系统具有哪些特点中断系统的定义中断系统的具体实现方式及机制中断系统的实现如何优化中断系统的性能，提高系统整体性能中断系统的性能优化 BIOS中的中断系统BIOS中的中断系统与操作系统中的中断系统有何不同中断系统的定义BIOS中的中断系统的实现方式及机制中断系统的实现BIOS中的中断系统的主要应用场景中断系统的应用 BIOSBIOS中的中断系统中的中断

14、系统中断响应时间慢中断响应时间慢只支持有限的中断类型只支持有限的中断类型中断分配固定中断分配固定优缺点优缺点操作系统中的中断系统具有更操作系统中的中断系统具有更高的灵活性和可扩展性高的灵活性和可扩展性BIOSBIOS中的中断系统具有更稳定中的中断系统具有更稳定的性能的性能 操作系统中的中断系统与BIOS中的中断系统的对比操操作作系系统统中中的的中中断断系统系统中断处理速度快中断处理速度快支持多种中断类型支持多种中断类型支持动态分配中断支持动态分配中断操作系统中的中操作系统中的中断系统断系统中断系统是操作系统中的重要部分，它负责处理各种类型中断系统是操作系统中的重要部分，它负责处理各种类型的中断

15、请求，包括硬件中断、软件中断等。中断系统的设的中断请求，包括硬件中断、软件中断等。中断系统的设计和实现直接影响着系统的性能和稳定性。为了提高中断计和实现直接影响着系统的性能和稳定性。为了提高中断系统的性能，需要做好中断系统的优化工作。系统的性能，需要做好中断系统的优化工作。操作系统中的中断系统优化策略优化中断处理程序的性能和响应时间中断处理程序的优化优化中断向量表的存储和管理方式，提高中断响应速度中断向量表的优化优化中断控制器的硬件和软件设计，提高中断的处理效率中断控制器的优化优化中断共享机制，提高资源的利用效率中断共享机制的优化BIOS中负责初始化硬件设备系统初始化0103BIOS中负责实现

16、CMOS设置的相关功能CMOS设置02BIOS中负责引导操作系统的启动操作系统引导中断系统的实现中断系统的实现方法有多种，可以采用软件中断、硬件中断、外部中断等方式，不同的中断类型对应不同的中断处理程序。中断系统的实现需要考虑中断向量表的管理、中断控制器的设计、中断响应速度等方面。操作系统中的中断类型用于实现操作系统时间片轮转机制时钟中断用于响应硬件设备的中断请求外部设备中断由操作系统或应用程序主动发起的中断请求软件中断由硬件设备或软件错误引起的中断异常中断BIOSBIOS中的中断中的中断系统系统BIOSBIOS中的中断系统是一种固件级别的中断处理程序，负中的中断系统是一种固件级别的中断处理程

17、序，负责管理系统的各种硬件设备，提供系统初始化、责管理系统的各种硬件设备，提供系统初始化、CMOSCMOS设设置、操作系统引导等基本功能。置、操作系统引导等基本功能。BIOSBIOS中的中断系统中的中断系统采用硬件中断方式实现采用硬件中断方式实现只支持有限的中断类型只支持有限的中断类型中断响应速度较慢中断响应速度较慢中断处理程序不可动态加载和中断处理程序不可动态加载和卸载卸载优缺点优缺点操作系统中的中断系统具有更操作系统中的中断系统具有更高的灵活性和可扩展性高的灵活性和可扩展性BIOSBIOS中的中断系统具有更稳定中的中断系统具有更稳定的性能的性能 操作系统中的中断系统和BIOS中的中断系统的

18、区别操操作作系系统统中中的的中中断断系统系统采用软件中断方式实现采用软件中断方式实现支持多种中断类型支持多种中断类型中断响应速度快中断响应速度快中断处理程序可以动态加载和中断处理程序可以动态加载和卸载卸载 0505第5章 中断系统的优化 中断调度算法什么是中断调度算法中断调度算法的定义常见的中断调度算法有哪些中断调度算法的分类如何实现中断调度算法中断调度算法的实现 中断共享技术什么是中断共享技术中断共享技术的定义如何实现中断共享技术中断共享技术的实现中断共享技术有哪些优点中断共享技术的优点 中断处理优化什么是中断处理优化中断处理优化的定义哪些技术可以用于中断处理优化中断处理优化的常见技术中断处

19、理优化的实现效果如何中断处理优化的实现效果 中断调度算法的中断调度算法的定义定义中断调度算法是指操作系统中用于决定中断响应优先级的中断调度算法是指操作系统中用于决定中断响应优先级的算法。在操作系统中，有多个设备可能会同时请求中断，算法。在操作系统中，有多个设备可能会同时请求中断，中断调度算法就是用来决定哪个设备先获得中断调度算法就是用来决定哪个设备先获得CPUCPU的控制权的控制权的。的。多个设备共用同一个中断线共享中断线0103多个设备使用同一个中断向量表共享中断向量表02多个设备共用同一个中断处理程序共享中断处理程序中断掩码中断掩码根据优先级设置中断掩码根据优先级设置中断掩码控制中断的响应

20、和屏蔽控制中断的响应和屏蔽快速中断处理快速中断处理通过优化中断处理程序的逻辑通过优化中断处理程序的逻辑提高中断处理的效率提高中断处理的效率中断预处理中断预处理提前处理可能的中断提前处理可能的中断减少中断处理程序的执行时间减少中断处理程序的执行时间中断处理优化的常见技术CPUCPU亲和性亲和性为不同的中断分配不同的为不同的中断分配不同的CPUCPU核心核心防止中断并行处理引起的冲突防止中断并行处理引起的冲突中断调度算法的分类常见的中断调度算法有循环、优先级、先来先服务等。其中，循环算法按照中断响应的顺序依次响应每个中断；优先级算法按照中断的优先级顺序响应中断；先来先服务算法按照中断请求的先后顺序

21、响应中断。中断处理优化的实现效果经过优化的中断处理程序能够更快地响应中断请求，提高系统的响应速度提高了系统的响应速度通过CPU亲和性、中断掩码等技术的应用，可以有效地减少中断冲突，提高系统的稳定性减少了中断冲突通过中断预处理、快速中断处理等技术的应用，可以优化系统的性能，提高系统的效率优化了系统的性能 0606第6章 总结 中断系统的现状包括但不限于中断系统的应用范围包括但不限于中断系统的技术发展趋势 中断系统的问题与展望包括但不限于中断系统的问题总结包括但不限于中断系统的未来发展展望 中断系统的应用实例包括但不限于汽车电控系统中的中断系统应用实例包括但不限于工业控制系统中的中断系统应用实例包

22、括但不限于家用电器控制系统中的中断系统应用实例 中断系统的应用中断系统的应用范围范围中断系统是计算机中重要的技术之一，广泛应用于操作系中断系统是计算机中重要的技术之一，广泛应用于操作系统、网络通信、数据存储等领域，以及汽车电控系统、工统、网络通信、数据存储等领域，以及汽车电控系统、工业控制系统、家用电器控制系统等实际应用。业控制系统、家用电器控制系统等实际应用。可能导致中断响应速度不够快0103可能导致中断相关的资源竞争02可能导致中断嵌套问题应用方向应用方向云计算云计算大数据大数据人工智能人工智能发展方向发展方向可靠性可靠性安全性安全性实时性实时性 中断系统的未来发展展望技术方向技术方向异步中断异步中断中断共享中断共享中断预测中断预测汽车电控系统中的中断系统应用实例中断系统在汽车电控系统中的应用越来越广泛，可以实现对发动机、变速器、转向系统、制动系统等部分的精确控制，提高了车辆的安全性和稳定性，同时也提高了发动机的效率和可靠性。可以实现工业生产流程控制0103可以实现智能制造02可以实现机器人控制家用电器控制系统中的中断系统应用实例可以实现智能家居系统可以实现消费电子设备可以实现家用安防系统 再会！