本章讨论处理器如何处理执行中的不连续性
程序执行的不连续性---------------------------一
体系结构的改进---------------------------------二
硬件的细节---------------------------------------三
一 ：程序执行的不连续性
引入同步和异步：
同步，在规定好的时间内发生的事件，如第三章的各个微状态之间的转移。
异步，系统正在进行的，其他活动相关的，不可预料的时间发生的事情，如中断。
程序执行的不连续性：
中断，设备引起处理器注意的机制，一般指外部设备引起的不连续性。
异常，内部产生的问题，执行非法指令，要打断原有指令序列的执行然后去处理。
陷入，当前运行的程序无法处理的一种内部情况，只能调用操作系统来处理。
不连续性是一种工具：
他允许计算机系统提供输入/输出
他允许计算机系统为相互竞争的活动管理资源。
他允许计算机系统帮助程序员开发正确的程序。
检测不连续性是处理器的责任，引导处理器处理不连续性代码是操作系统的责任。
处理不连续性要做的事：
硬件隐式完成的活动
操作系统显式完成的活动。
引入处理过程，处理器处理不连续时执行的过程。
处理器在处理不连续性上，与第二章的调用过程基本一样，但是有四个要注意：
1、不连续性可以在指令执行的任意位置发生。
2、不连续性是计划外的，硬件控制权给处理过程，要保存PC的值。
3、在检测到不连续性时，硬件需要确定处理过程的地址，以便转交控制权。
4、硬件隐式保存PC值，需要知道如何如恢复。
引入异常/陷入寄存器ETR，用来保存不连续性的编号。
操作系统和处理器体系结构合作解决：
1、体系结构定义一系列异常和他们对应的编号
2、操作体统定义一系列异常（中断，陷入）以及他们对应的编号。
3、在启动操作系统，建立中断向量表IVT，给出处理异常中断陷入的处理过程地址。
4、在普通程序执行时，硬件检测异常和陷入，将矢量表填入ETR
5、在普通程序执行时，硬件检测外部中断以及对应编号。
6、硬件使用矢量值索引IVT，找到处理过程，将控制权交给处理过程。
二：体系结构的改进
修改FSM：
在原来FSM基础上多一个宏状态
FSM在指令结束时检查，有中断则到INT宏状态，没有就返回Fetch。
把当前PC保存在某个寄存器$k0，接受处理过程的地址，装入PC。
之所以在最后一个检查，因为处理器的寄存器处于干净的状态。
处理级联中断：
中断中又中断回事去原始程序的PC值。
为处理级联中断引入：
禁止中断指令
允许中断指令
处理方法：
关闭中断，原始程序的返回地址保存到$k0，
打开中断，保存寄存器堆，然后执行指令，
执行处理过程，
关闭中断，恢复寄存器$k0，返回原程序。
设备会有不同的优先级，如硬盘〉键盘，如果硬盘中断则忽视键盘。
从处理过程中返回：
引入新指令：Return from interrupt （RETI）
语义：Load PC from $k0;
Enable interrupts;
这是一条原子指令，执行完之前不会有新的中断。
三：硬件的细节
中断数据通路的细节
引入：
INT线，所有希望中断CPU的设备都断言该线。
INTA线，CPU断言该线，让一个设备得到确认。
所有设备通过“线或”（超出本书范围）先到INT线上
处理器发出的INTA线一次穿过所有设备（菊链），最接近处理器的优先处理。
推广：
多条INT和INTA线，每一对对应一个优先级
设备速度越快，丢失数据可能性越高，所以需要快速处理。
获得过程地址的细节：
在收到处理器发送的INTA信号时，将它的向量放到数据总线上，
与之前操作系统开机放在内存中的IVT对应。
总结：
1、无论何时，设备中断处理器都断言INT。
2、处理器完成EXCUTE宏后检查INT宏状态。
3、如果有中断请求，处理器进入INT宏状态并将INTA线断言。
4、设备收到INTA信号后，将自己的向量放到数据总线上。
5、处理器收到向量并在IVT中查找对应表项，记录处理过程的PC值。
6、处理器将PC保存在$k0中并将IVT中取出的值填入PC。
保存/恢复栈:
中断与当前运行的程序没有关系，取内存哪里为栈。
体系结构有栈指针寄存器来保存两个栈：
用户栈
系统栈
进入INT宏状态，FSM执行栈切换。
硬件改进：
1、复制栈指针，指派$sp为栈指针，复制一个给用户一个给系使用，
中断处理过程保存状态用系统$sp，不会弄乱用户栈。
2、特权模式，处理器引入一个模式位来判断时用户模式还是内核模式（FSM在INT宏状态中为“内核”），
之前允许中断的指令只可以由操作系统使用，也叫特权指令。
体系结构和硬件改进总结：
一个中断向量表IVT，由操作系统初始化为各处理过程的地址。
一个异常/陷入寄存器ETR，含有内部产生的异常和陷入的向量。
接受外部中断的向量的硬件机制。
用户/内核模式和与之相关的处理器模式位。
与模式位有关的用户/内核栈。
一个硬件机制，中断时隐式将当前PC保存到特殊寄存器$k0中。
加入只能由操作系统使用的特权指令用来打断。