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第七章 中断控制技术

第七章 中断控制技术. 理解中断的基本概念 中断、中断源的含义，中断的类型 实现中断的意义，中断系统的功能 CPU 响应中断的条件 了解 8086 CPU 的中断机构. 7-1 为什么要用中断. 快速的 CPU 与慢速的外设接口时采用中断方式。 实现中断的好处 实现同步操作： 有了中断， CPU 和外设可以同时工作。 实现实时处理： 在需要时，各个现场可以随时发出中断请求，要求 CPU 作出及时处理。 实现故障处理： 在计算机运行时，突然的故障可以通过中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。. 7-2 中断源.

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第七章 中断控制技术

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  1. 第七章 中断控制技术 • 理解中断的基本概念 • 中断、中断源的含义，中断的类型 • 实现中断的意义，中断系统的功能 • CPU响应中断的条件 • 了解8086 CPU的中断机构

  2. 7-1 为什么要用中断 • 快速的CPU与慢速的外设接口时采用中断方式。 • 实现中断的好处 • 实现同步操作：有了中断，CPU和外设可以同时工作。 • 实现实时处理：在需要时，各个现场可以随时发出中断请求，要求CPU作出及时处理。 • 实现故障处理：在计算机运行时，突然的故障可以通过中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

  3. 7-2 中断源 • 引起中断的原因或能发出中断申请的来源称为中断源。 • 一般的输入/输出设备（如键盘、打印机） • 数据通道中断源（磁盘、磁带等） • 实时时钟 • 故障源（如电源掉电） • 为调试程序而设置的中断源（断点和单步执行）

  4. 7-3 8086的中断方式 • 硬件中断：由外设的请求所引起的 • 可屏蔽中断 (INTR) ：CPU是否响应取决于标志位IF的状态 • IF=1，CPU处在开中断状态，可以响应； IF=0， CPU处在关中断状态，不响应。 • STI可以开中断，CLI关中断。 • 非屏蔽中断 (NMI) ： CPU在当前指令执行完，就可以响应。 • 软件中断：由指令的执行所引起的 DIV（IDIV）指令、INT指令、INTO指令、 单步执行（标志位TF=1）等。 • 8086中断优先权次序： 软件中断、NMI、INTR、单步执行最低。

  5. 软件中断（内部） 硬件中断（外部） 非屏蔽中断请求 INT n 指令 2 NMI 中 断 逻 辑 INTR 中 断 控 制 器 8259A 可屏蔽中断请求 3 4 1 0 断点 中断 溢出 中断 单步 中断 除数为 0 中断 OF=1 TF=1 INTO

  6. 7-4 中断系统的功能 • 实现中断及返回： • 有中断申请时，CPU能决定是否响应这个中断请求； • CPU在当前指令执行完，响应中断： • 中断类型码 N 乘4，作为中断向量表的指针 • 保护现场：SPSP-2，标志寄存器入栈 • 关中断： 清IF、TF（屏蔽新的INTR中断和单步中断） • 保留断点： SPSP-2，当前CS入栈； SPSP-2，当前IP入栈； • 从中断向量表中取出中断服务程序的入口地址 N*4地址的第一个字送IP； N*4地址的第二个字送CS； • 从新地址取指令执行（即执行中断服务程序） • 中断处理完，恢复断点和现场，开中断返回。

  7. 7-4 中断系统的功能 • 能实现中断优先权排队 • 通常，在系统中有多个中断源，会出现两个或更多个中断源同时提出中断请求的情况，这样就必须要设计者事先根据轻重缓急，给每个中断源确定一个中断级别------优先权排队。 • 当多个中断源同时发出中断申请时，CPU能找到优先级别最高的中断源，响应它的中断请求；在优先级别最高的中断源处理完之后，再响应级别较低的中断源。 • 能实现中断嵌套 当CPU在进行中断处理时，能同时处理其他的中断源的请求。 • 请求的中断源级别比当前的级别高时，中断嵌套。 • 请求的中断源级别与当前的级别相同或低时，暂不响应，等当前的中断处理完后，再响应。

  8. 7-5 CPU响应中断的条件 • 每个中断源设置一个中断请求触发器： 通过它，中断源的的中断请求信号一直保持到CPU响应后，然后清除中断请求信号。 • 接口电路中设置中断屏蔽触发器： 当此触发器为“1”时，外设的中断请求才能被送出至CPU • 中断是开放的： CPU内部有一个中断允许触发器，当其为“1”时，CPU才能响应中断，当其为“0”时，即使INTR线上有中断请求，CPU也不响应，即称为“可屏蔽中断” • CPU在当前指令结束后响应中断（CPU在当前指令的最后一个T状态检测到INTR信号，进入中断响应周期）

  9. 7-6 中断优先权的实现 • 用软件查询法确定中断优先权 • 将8个中断源的中断请求触发器组合起来，将各个外设的中断请求信号相“或”后，作为INTR信号 • 当CPU响应中断后，把中断请求触发器的状态读入CPU • 逐位检测（查询）它们的状态，若有中断请求就转到相应的中断服务程序。 • 查询的次序就是优先权的次序（最先查询的，优先级最高） • 查询程序的两种实现方法 • 屏蔽法：用 TEST指令，JNZ 实现跳转 • 移位法：用 RCL 指令 ，JC 实现跳转

  10. 7-6 中断优先权的实现 • 屏蔽法：用 TEST指令，JNZ 实现跳转 IN AL，20H；读入中断请求触发器的状态 TEST AL，80H；检查最高位D7是否有请求 JNZ SERVE7；有，转至第7号设备的服务程序 TEST AL，40H；否，检查次高位D6是否有请求 JNZ SERVE6；有，转至第6号设备的服务程序 TEST AL，20H；否，检查下一位D5是否有请求 JNZ SERVE5；有，转至第5号设备的服务程序 ……

  11. 7-6 中断优先权的实现 • 移位法：用 RCL指令，JC实现跳转 XOR AL，AL；AL清0 IN AL，20H；读入中断请求触发器的状态 RCL AL，1；检查最高位D7是否有请求 JC SERVE7；有，转至第7号设备的服务程序 RCL AL，1；否，检查次高位D6是否有请求 JC SERVE6；有，转至第6号设备的服务程序 RCL AL，1；否，检查下一位D5是否有请求 JC SERVE5；有，转至第5号设备的服务程序 ……

  12. 8 到 3 优先权 编码组 中断请求输入 A>B比较器 去CPU 的 INTR A2 A1 A0 1 优先权 寄存器 B2 B1 B0 CPU数据总线 2 优先权失效 7-6 中断优先权的实现 • 硬件实现优先权排队的电路

  13. 7-7 中断类型和中断向量 • 8086微处理器有处理256种中断的能力。 • 每个中断分配给一个中断类型码，在0～255之间，用 N（一字节代码）表示，也称为256种类型中断。 • 中断向量与中断向量表 • 中断向量：每种中断处理程序的入口地址称为中断向量。每个中断向量占4字节，前两个字节为IP，后两个为CS。 • 中断向量表：8086将内存最低地址的1K字节单元作为中断向量表（地址00000H ~ 003FFH），存放256种中断处理程序的入口地址。 • 中断向量表的分配如下图所示：

  14. 03FFH CS Type FF 用 户 可用 IP 03FCH : 0083H CS Type 40 IP 0080H 007FH CS Type 3F 系统保 留 IP 007CH : CS Type 5 IP 0014H 0013H CS Type 4 溢出中断 IP 0010H 000FH CS 8086 专 用 5 个 Type 3 断点中断 IP 000CH 000FH CS Type 2 非屏蔽中断 IP 0008H 0007H CS Type 1 单步中断 IP 0004H 0003H CS Type 0 除数为 0 IP 0000H

  15. 7-7 中断类型和中断向量 例1：8086内存的前1K字节建立了一个中断向量表，可以容纳多少个中断向量？如果有中断向量表指针是004CH，假设由该指针起的4个内存单元中顺序存放着59H，ECH，00H，F0H，中断服务程序的入口地址是多少？ 答：1、可以容纳256个中断向量。 2、 IP = 0EC59H ，CS = 0F000H 中断服务程序的入口地址为 PA = CS ×10H + IP = FEC59H

  16. 7-7 中断类型和中断向量 例2：若某中断源的中断类型是24H，对应该中断源的中断向量表入口地址是什么？ 若中断服务程序入口地址为4FE24H，则对应该中断源的中断向量表内容是什么，如何定位？ 答：1、对应该中断源的中断向量表入口地址为： 0段的0090H地址（24H*4=90H） 2、其中断服务程序入口地址为4FE24H ， 则在向量表中定位情况： (0090H)=24H (0091H)=00H (0092H)=E0H (0093H)=4FH

  17. 7-7 中断类型和中断向量 注意： 8086对不同的中断源的响应和处理的过程，主要区别在于获取相应类型码的方式不相同。 在取得中断类型码后的处理过程是一样的。 • INTR中断，在第2个中断响应周期的T4状态前沿，采样数据线获得中断类型码。 • NMI的中断，内部自动产生中断类型码为2。 • 软件中断，中断类型码也是自动生成的。

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