计算机系统（一）期末复（yu）习（5）：栈与中断

前言

懒狗（指自己）复习完了（确信）。坐等挂科

好了不皮了。最后一章的内容是栈与中断。先介绍栈的机制及其实现，然后介绍通过栈来实现中断。

栈与LC-3中的栈

栈是先进后出的数据结构，学过数据结构这门课的，懂的都懂

压栈

使用栈顶指针top，top始终指向最新被压栈的元素。在进行一次压栈时，有：

1. 栈指针top–
2. 压入数据到top指向的内存

值得注意的是，栈指针的移动顺序是从高到低的，压栈，栈指针需要减小

退栈

退栈和压栈操作相仿，也是移动栈指针来实现的。值得注意的是，退栈只改变栈指针，其实数据还是在栈中的。

将栈顶数据取出到 R0 ，有两个步骤：

1. 取数据到R0
2. 栈指针top++

LC-3中栈操作

使用R0存取数据，使用R6表示栈指针。那么可以有如下的pop和push操作：

; Push
ADD	R6 R6 #-1
STR	R0 R6 #0

; Pop
LDR R0 R6 #0
ADD R6 R6 #1

溢出检测

压栈和退栈的过程中，要进行边界溢出检测，防止栈指针越界。

检测方法十分简单，在指针加减之前判断范围即可。下面给出压栈时，上溢出检测的代码：

	 LD  R1 MAX
	 ADD R6 R1 #0		; 如果top触顶则失败
	 BRz Fail 
	 ADD R6 R6 #-1
	 STR R0 R6 #0
	 AND R5 R5 #0		; 成功则R5=0
	 RET
Fail AND R5 R5 #0
	 ADD R5 R5 #1		; 失败则R5=1
	 RET
MAX  .FILL xC005		; -x3FFB

中断

这一章介绍中断及其驱动。通过硬件触发中断，然后通过栈来保存当前程序运行状态以嵌套中断。

在中断触发时，除了要保存PC和寄存器（寄存器由被调用者保存，不用操心），还要保存一些系统状态。这些状态被存储在PSR寄存器中。事实上，只用保存PC和PSR寄存器即可完成中断的响应以及嵌套。下面介绍PSR寄存器：

PSR寄存器

PSR寄存器即处理器状态寄存器，其15位是用户模式，10~8位是中断优先级，高优先级的中断响应可以打断低优先级的中断服务程序。2~0位则是nzp条件码。

超级用户栈

超级用户栈供特权用户使用，和普通用户的栈空间分离。当中断发生时，用户模式由普通用户切换到超级用户。

超级用户栈指针存储在SAVE.SSP寄存器中。而普通用户栈指针存储在SAVE.USP中。值得注意的是，在LC-3中都是通过R6来访问栈指针的。

中断过程

中断分为四个过程：

1. 保存现场，即保存中断发生时的系统状态，比如PC和PSR寄存器
2. 计算中断向量：通过中断向量寻址找到中断服务程序起始位置
3. 执行中断服务程序
4. 从栈中还原中断发生前的现场

1.保存现场

保存现场分为如下几个步骤：

1. 将普通用户栈指针R6存入SAVE.USP，然后从SAVE.SSP中取出超级用户栈指针
2. 将PC和PSR压入超级用户栈
3. 将PSR高位置０，设置中断优先级，将ｎｚｐ清零

2.计算中断向量

将中断向量高位01拓展，即如果有中断向量x23，那么补齐之后有 x0123

然后去内存指定地址找到中断服务程序的起始地址，并且赋值给PC。（指针寻址）

4.中断返回

和RET不同，使用RTI指令以从中断中返回。

和RET不同的点在于，RTI主要做了两次退栈的操作，即弹出PC和PSR。