大工计算机原理-第6章 中断系统

你正在溜号，老师突然提问你，你回答完坐下后，接着溜号。

这就是现实中，中断的实例。

这一章的概念很重要
1、中断：当CPU正常运行时，系统外部、内部或现行程序本身若出现紧急事件，处理器必须立即强行中止现行程序的运行，改变机器的工作状态并启动相应的程序来处理这些事件，然后再恢复原来的程序运行,这一过程称为中断。

2、中断源：能够向CPU发出中断请求的中断来源称为中断源。

中断源分为（硬件中断源）和（软件中断源）。

中断源能发出中断请求信号到CPU，所以中断源中一般要求有（中断请求触发器），请求信号有（边沿请求）和（电平请求）两种。

3、中断系统的目的：维持系统正常工作，提高系统效率；实时处理；为故障处理作准备。

4、中断分类：中断分为（外部中断，也叫硬件中断）和（内部中断，也叫软件中断）两大类。

其中外部中断分为两类：
⑴可屏蔽中断INTR，受标志寄存器中的IF位控制；（高电平触发）
⑵不可屏蔽中断NMI，不受标志寄存器中的IF位控制。

（上升沿信号触发）
5、中断系统功能
⑴中断处理：发现中断请求、响应中断请求、执行中断服务程序、中断返回。

⑵中断控制：中断优先权排队、中断嵌套。

某优先权低的中断B正在处理中，允许另一个优先权高于它的中断A中断它(B)。

二、中断处理过程
8086CPU在每条指令的（最后一个时钟周期）检测（中断请求信号输入线INTR）。

我的理解：
检测：程序的执行就是一条条指令的执行，而每条指令执行后会自动检测是否有中断发生。

是否中断处理：如果检测到有中断发生，是否响应它呢？有两个条件：①当前是否开放中断？(也就是IF=1？)②现行指令执行完了吗？如果这两个条件都是成立，则进入中断处理阶段。

中断处理过程（######重要重要重要重要######）：
1.关中断(中断响应信号INTA)
2.保存断点(指令指针IP值和CS值压入堆栈，也就是断点保护)
3.识别中断源（找到相应的中断服务程序的入口地址，就是中断的识别）
4.保护现场（把断点处有关寄存器的内容以及标志寄存器的状态压入堆栈保护）
5.执行中断服务程序（此期间，可在适当时刻重新开放中断，以允许响应较高优先级的中断）
6.恢复现场并返回
我的解释：1-有人请求我了，其它人别请求我了。

2-记住此位置，以便将来再回来。

3-谁请求的我，找到它。

4-记住更详细的细节，以便回来时恢复现场。

5-到请求我的那疙瘩去一趟，这时候又可以让一些人请求我了。

6-完成请求，我回来了，恢复现场，就像什么都没发生。

● 现场：是指进入中断服务程序之前，CPU 各个寄存器的状态。

前3项是中断响应过程，一般由中断系统硬件负责完成；后3项是中断处理过程，通常是由用户或系统程序设计者编制的中断处理程序(软件)负责完成。

● 中断优先级：实际系统中，多个中断请求可能同时出现，但中断系统只能按一定的次序来响应和处理，这时CPU 必须确定服务的次序，即根据中断源的（重要性）和（实时性），照顾到（操作系统处理的方便），对中断源的响应次序进行确定。

这个响应次序称为中断优先级。

我的解释：中断请求可能同时出现，但同一时刻我只能处理一个，怎么办？有三点依据来确定我处理它们的次序：根据中断源的①重要性和②实时性，照顾到③操作系统处理的方便。

这个次序就是中断优先级。

重要重要
⏹ 软件查询法：软件来确定中断优先级（硬件简单，实时性差）。

非解决之道！
⏹ 硬件组成中断优先级编码电路来实现。

真正解决之道！
✓ 简单硬件查询方式——菊花链法
✓ 中断控制专用硬件方式
●
中断嵌套的深度：可多级，级数原则上不受限制，取决于堆栈深度。

● 中断分类：
二、中断向量表
中断向量：实际上就是中断服务程序的入口地址，每个中断类型对应一个中断向量。

每个中断向量占（4字节）的存储单元。

其中，前两个字节单元存放中断服务程序入口地址的偏移量(IP)，低字节在前，高字节在后；后两个字节单元存放中断服务程序入口地址的段基值(CS)，也是低字节在前，高字节在后。

（一定要记住呀）
中断向量表：存放中断向量的存储区称为中断向量表。

通常在存储器的低地址区。

8086/8088有256种中断类型，类型号为0-255（或0-FFH ），共有256个中断向量，每个占4个存储单元，所以需要1024个字节，在存储器的最低端，地址从00000H-003FFH ，这块地址空间就是中断向量表。

（一定要记住呀）先是IP 的低高字节，再是CS 的低高字节。

● 从低地址开始：
5个专用的中断：#0-除数为0中断、#1-单步中断、#2-非屏蔽中断(NMI)、#3-断点
中断、#4-溢出中断
27个保留的中断:
大部分用于系统中断，如20H-3FH 为DOS 中断调用。

● 中断向量按中断类型码从0-255顺序存放。

知道了中断类型号，便可计算出相应的中断
向量在表中存放的位置。

从0开始哟！
先是IP 的低高字节，再是CS 的低高字节。

中断类型号×4=中断向量指针的低地址 →（IP ）
中断类型号×4+2 =中断向量指针的高地址 →（CS ）
● 设中断类型码为N ，试叙述使程序转入相应中断服务程序的控制过程。

CPU 响应中断时，只需要把中断类型码N 左移2位（乘以4），即可得到中断向量在中断向量表中的对应地址4N ，然后把由此地址开始的两个低字节单元的内容装入IP 寄存器： IP ← (4N, 4N+1)； 再把两个高字节单元的内容装入 CS 寄存器: CS ←(4N+2, 4N+3)。

这就是使程序转入中断类型码为N 的中断服务程序的控制过程
● 要会计算。

◆ 例子1：中断类型码为27H 的中断所对应的中断向量应存放在:
中断类型码27H=0010 0111B ，左移2位得：1001 1100B （9CH ）。

可得向量表地址为：
从0000H ：009CH 开始的4个连续字节单元中 如果相应存储单元的内容如下图所示，按先低后高原则，IP ＝4321H ，CS ＝8765H 。

那么27H 号中断的中断服务程序的入口地址即为8765H:4321H 。

0000:009FH
0000:009CH
◆ 例子2：设中断向量表中（00128H ）=258AH ；（0012AH ）=3C02H ；当执行INT 4AH
指令后，则转移到中断子程序入口的物理地址是多少？
解： 4AH ＝0100 1010B ，左移2位，即4AH*4＝128H
（IP ）=（0128H ）=258AH ，（CS ）=（012AH ）=3C02H
转移到中断子程序入口的物理地址=3C02H ：258A ＝3C02H*16+258AH=3E5AAH
◆例子3：在一个系统中，对应于中断类型号27H的中断处理程序放在
2345H:7890H开始的内存区域，请计算相应的中断向量表地址及内容。

解：0000：009CH~009FH 存放（90H、78H、45H、23H）
●外部中断，也称硬件中断。

8086 CPU为外部中断提供两条引线，即（NMI）和（INTR），
用来输入中断请求信号。

（注意填空）
1、非屏蔽中断（NMI）：不受中断标志位的控制，中断类型号固定为2，所以中断向量放
在0000：0008开始的4个单元中。

N MI中断一般用于紧急情况的处理。

2、可屏蔽中断（INTR）：受中断标志位的控制，IF=1，CPU才能响应INTR中断。

CPU响
应INTR中断时，往INTA引脚上发两个负脉冲(因INTR是0有效)，外设接到第二个负脉冲后，立即往数据总线上送出中断类型码，供CPU读取。

3、若NMI和 INTR 同时发生，则优先响应NMI。

●内部中断即软件中断，它是由于CPU执行了INT n(含INT 3)、INT 0指令，或者由于除
法出错以及进行单步操作所引起的中断，主要包括：INT n指令中断、断点中断、溢出中断、除法错中断以及单步中断。

（与专用的5个中断，基本相对应！）
●要记住5个专用类型：
◆类型0中断-----除数为0中断（软）
◆类型1中断-----单步中断（软）
◆类型2中断-----非屏蔽中断(NMI) （硬件中断）
◆类型3中断-----断点中断（软）
◆类型4中断-----溢出中断（软）
●单步中断（类型1）
当把CPU标志寄存器的TF＝1后，CPU便处于单步工作方式。

在单步工作方式下，CPU每执行完一条指令，就会自动产生一个1 型中断，进入1型中断处理程序。

此处理程序显示CPU内部各寄存器的内容并告知某些附带的信息。

●简答题：
对一个大的程序，不可能对整个程序全部用单步方式来调试，而只能先将程序中的某错误确定在程序中的一小段中，再对这一小段程序用单步方式跟踪调试。

断点中断就是用来达到这个目的的。

◆在所有INT n
断指令都是两字节指令。

◆内部中断的特点是：
(1) 中断类型码由CPU内部自动提供。

(2) 除单步中断外，所有内部中断都不可以用软件的方法来禁止（屏蔽）。

单步中断可以通过软件将TF标志置1或清0来予以允许或禁止。

(3) 除单步中断外，所有内部中断（也就是软件中断）的优先级都比外部中断高。

软
软
◆
所有内部中断的优先级都比外部中断高。

（错） ◆
所有软件中断的优先级都比硬件中断高。

（错） ◆
所有内部中断都不可以用软件的方法来禁止（屏蔽）
◆
所有软件中断都不可以用软件的方法来禁止（屏蔽）◆ 所谓断点就是指响应中断时，主程序中当前指令下面的一条指令的段寄存器CS 的值和
指令指针寄存器IP 的值压入堆栈，先压CS ，再压IP 的值。

（与中断向量表的顺序相反）
#####中断类型号的获得#####
⑴ 除法错误、单步中断、非屏蔽中断NMI 、断点中断和溢出中断，分别由CPU 内部自动提供中断类型号（0-4）。

⑵ 软件中断(内部中断)，则是从指令流中，即在第2个字节中读得中断类型号。

⑶ 硬件中断(外部中断)，可屏蔽中断INTR 可以用不同的方法获得中断类型号，通常由硬件提供，如8259A 芯片可以将中断类型号送到数据总线上，由CPU 读取而获得。

至于不可屏蔽中断NMI ，中断类型码由CPU 内部自动产生，固定为类别码2。

⏹ Intel 8259A （可编程中断控制器(PIC Programmable Interrupt Controller )）用于管理和控制8086/8088的外部中断请求，实现优先级判决，提供中断类型码，屏蔽中断输入等功能。

⏹ 使用单片8259A 可以管理8级中断；采用级联方式，可扩充到64级
⏹ （但需要用9片8259A 。

1主，8从）。

⏹ CAS2-CAS0 ------级联线（CASCADE LINES ），传送3位标识码，用于区分特定的从控制器。

双向：对于主片为输出，对于从片为输入。

主片CAS 0~CAS 2为输出，从片CAS 0~CAS 2为输入；主从片间对应的CAS 0~CAS 2相连；（见下图）
⏹ EN SP /------从片(Slave PIC)/允许缓冲器信号。

作为输入时，8259A 作为主片（EN SP /＝1）下图接+5V
8259A 作为从片（EN SP /＝0）下图接地
#########东大课件，级联的解释##########
一个系统中，8259A 可以级连，有1个主8259A ，若干个（最多8个）从8259A 。

级连时，主8259A 的三条级连线CAS0～CAS2作为输出线，连至每个从8259A 的CAS0～CAS2。

每个从8259A 的中断请求信号INT ，连至主8259A 的一个中断请求输入端IR 。

主8259A 的INT 线连至CPU 的中断请求输入端SP*/EN*在非缓冲方式下，规定该8259A 是主片（SP*＝1）还是从片（SP*＝0）
主 从
从。