在 MIPS 处理器的术语中,异常(exception)是由处理器内部执行指令产生的,因此异常总是和某条指令是同步的;
而中断(interrupt)指的是处理器外部产生的,它和处理器内部执行的指令没有必然的对应关系,因此称中断是异步的。
正因为如此,对于中断的处理并不能按照处理异常的方式进行,一般来讲,有两种方式对中断进行处理。
- 马上处理。
- 当中断发生时,将此时流水线中的所有指令都抹掉,按照 10.4.2 节介绍的方法,对处理器的状态(RAT/BUSY TABLE/FREE LIST)进行恢复
- 并将流水线中最旧的那条指令的 PC 值保存起来(当然还要保存一些其他的状态寄存器)
- 然后跳转到对应的中断处理程序(interrupt handler)中,当从其中返回时,会使用中断发生时所保存的PC值来重新取指令,也就是那些从流水线中被抹掉的指令都会重新取到流水线中。
- 这种方式对于中断的响应是最快的,但是由于需要将流水线中所有的指令都抹掉,这些指令相当于在流水线中做了无用功,它们需要在中断处理完后重新执行,这样浪费了一些效率;
- 延迟处理
- 当中断发生时,流水线停止取指令,但是要等到流水线中所有的指令都退休(retire)之后才对这个中断进行处理,这样能够保证流水线中这些已有的指令不被“浪费”
- 而且当流水线中所有的指令都退休之后,此时流水线的状态肯定是正确的,也就不需要进行状态恢复了。
- 但是需要考虑的几个问题如下。
- ① 如果在流水线中的这些指令发生了 D-Cache 缺失,那么需要很长的时间才能够解决,这样导致了过长的中断响应时间。
- ②如果在流水线中发现了一条预测失败的分支指令,那么首先需要对这个情况进行处理,将处理器的状态进行恢复,这需要消耗一定的时间,也造成了中断响应时间的增大。
- ③ 如果流水线中的这些指令中发生了异常(exception),那么是先对异常进行处理,还是先对中断进行处理?这需要仔细地进行权衡,但是一般来说,应该是先对中断进行处理,因为很多类型的异常处理需要耗费很长的时间,如 D-Cache 缺失、TLB 缺失或者 PageFault 等,这样会导致中断的响应时间过长而无法忍受。