四、控制单元（CU）在加载中断入口地址时的具体角色

目录

• 控制单元（CU）在加载中断入口地址时的具体角色
  • 1. 中断源的识别
  • 2. 查询中断向量表（IVT）/中断描述符表（IDT）
  • 3. CU控制加载过程的数据流
  • 流程图：CU如何加载中断地址
• 总结：CU的核心作用

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加载中断服务程序（ISR）入口地址这个操作，是由控制单元（CU）主导和负责执行的。

CU是整个中断响应过程的“大脑”和“指挥中心”。它不仅负责执行这个加载操作，还负责协调中断周期中的所有步骤。

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控制单元（CU）在加载中断入口地址时的具体角色

CU在这个过程中并非亲自“存储”地址，而是发出精确的控制信号，来控制数据通路，将正确的地址从源头加载到目的地（PC）。以下是其工作原理的分解：

1. 中断源的识别

当硬件中断请求（IRQ）信号到达CPU时，CU会首先识别中断源（是哪个设备发出的中断）。这通常通过一个中断控制器（如8259A PIC或现代的APIC）来完成，该控制器会提供一个中断向量号。

2. 查询中断向量表（IVT）/中断描述符表（IDT）

• CPU内存中有一个预定义的表，叫做中断向量表（IVT） 或 中断描述符表（IDT）。
• 这个表的索引就是中断向量号。
• 每个表项（或称“门”）包含了对应中断服务程序的入口地址（在保护模式下，这个地址是段选择子和偏移量的组合）。

3. CU控制加载过程的数据流

CU会激活一条专门的数据通路来完成地址加载。这个过程的数据流如下：

1. 计算地址：

   • CU根据收到的中断向量号，计算出对应中断向量在IVT/IDT中的物理内存地址。
   • 公式通常是：中断向量表基地址 + 中断向量号 * 每个向量的大小（例如4字节或8字节）。

2. 发出内存读命令：

   • CU将计算出的内存地址送入内存地址寄存器（MAR），并通过地址总线发送给内存。
   • CU通过控制总线发出内存读信号。

3. 读取中断向量：

   • 内存将指定地址的内容（即中断服务程序的入口地址）通过数据总线送回CPU，存入内存数据寄存器（MDR）。

4. 将入口地址加载到PC：

   • 这是最关键的一步：CU发出控制信号，将MDR中的内容（入口地址）直接写入程序计数器（PC）。
   • 这个操作覆盖了PC中原先保存的下一条指令地址（断点已被压栈保存，所以覆盖是安全的）。

流程图：CU如何加载中断地址

graph TD A[硬件中断请求] --> B[CU识别中断源<br>获取中断向量号]; B --> C[CU计算IVT/IDT项地址]; C --> D[地址->MAR->地址总线->内存]; D --> E[CU发内存读信号]; E --> F[内存读出的入口地址->数据总线->MDR]; F --> G[CU发信号: MDR -> PC]; G --> H[PC指向ISR入口<br>下一个取指周期开始执行ISR];

总结：CU的核心作用

在整个“加载中断程序入口地址”的过程中，控制单元（CU） 负责：

1. 协调时序：确保在断点安全保存到栈中之后，再执行加载PC的操作。
2. 执行计算：计算中断向量在内存表中的地址。
3. 发出命令：发出内存读控制信号。
4. 控制通路：发出内部控制信号，打通“MDR -> PC”这条数据通路，完成最终的加载动作。

可以这样类比：

• 中断向量号就像一本书在图书馆中的索书号。
• 中断向量表（IVT/IDT） 就像图书馆的目录柜。
• 控制单元（CU） 就是图书管理员：他根据你的索书号（中断向量号）查到这本书的具体书架位置（计算地址），走过去取书（内存读），然后把书交给你（将地址加载到PC）。
• PC就是你，拿到了书就开始阅读（执行ISR）。

因此，“加载中断程序入口地址”这一关键操作，完全是在控制单元（CU）的指挥下完成的。