第7章_中断系统和中断控制器8259A

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中断分类
根据中断与CPU的相对关系，中断分为内部中 断和外部中断。
内部中断可以是中断指令设置的中断，调试程 序时设置的中断，或是程序运行过程中发生的非预 期情况而产生的中断；
外部中断则是由直接连到CPU引脚上的信号引 起的中断，如外部设备请求服务中断，实时时钟定 时到中断，电源掉电等等。
当有一中断源提出中断请求时，CPU首先判断 是否响应该中断?
* 如果CPU正在执行的是重要的程序，可以暂不 响应，即关中断；
*当CPU完成了当前的重要程序后，开中断予以 响应，同时，保存断点，转入中断处理；
* 当中断处理完后，恢复断点从而回到被中断运 行的原程序继续执行；
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3、中断优先权管理
（1）软件确定中断优先权 软件法是在CPU响应中断后，用软件查询确定
哪个中断源申请中断，先被查询的先响应。 查询次序决定了中断优先权次序，最先被查询
的中断源具有最高的优先权。
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1、中断及中断源
中断是一种让CPU挂起正在执行的程序而转去 处理特殊事件的操作。
CPU暂时停止执行原来的程序而转去中断处理， 处理好中断服务后再返回继续执行原来的程序，这 样一个过程就是一个中断过程 。
能够引起CPU中断的事件称为中断源 。 CPU中断系统的基本功能 。
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中断源
（1）一般的输入输出设备。如键盘，打印机等； （2）数据通道中断源。如磁盘，磁带机等直接与存 储器交换数据所要求的中断；
（3）实时时钟。在控制系统中使用外部硬件电路实 现时间控制，当定时时间到时向CPU发出中断申请； （4）故障引起的中断。如电源掉电等； （5）由中断指令或软件故障引起的中断。如系统功 能调用，除数为0，或者在程序调试时设置断点等引 起的中断。
8086/8088CPU有两类中断： * 内部中断 由执行中断指令或特殊事件引起； * 外部中断 由外围设备接口向CPU的中断请求
引脚INTR和NMI发出中断请求信号而引起的。
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二、8086/8088的中断系统
1、8086/8088的中断指令 2、8086/8088的中断分类 3、中断向量表 4、8086/8088中断处理过程
软件查询流程图
保护现场
A申请服务? Y
N
外设A中断服务程序
B申请服务? Y
N
外设B中断服务程序
C申请服务? Y
N ┆
外设C中断服务程序
恢复现场
* 软件查询次序就是优先权高低的次序； * 软件确定中断优先权不需复杂的硬件电路，简单易实现; * 中断源较多时，查询时间较长，中断响应较慢。
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中断向量存放地址为： n×4＝ 0010H
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1、8086/8088的中断指令
（3）中断返回指令 指令格式：IRET 指令操作：IP，CS，FR依此出栈，SP+6→SP
所有中断服务程序，无论是软件中断，还是硬件 中断，最后执行的指令一定是IRET，用以退出中断， 返回断点。
微机原理及应用第79章中断系统和中断控制器8259a一中断的基本概念二80868088的中断系统三中断控制器8259a20141031微机原理及应用2一中断的基本概念1中断及中断源2中断处理过程3中断优先权管理20141031微机原理及应用31中断及中断源中断是一种让cpu挂起正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作
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3、中断优先权管理
（2）硬件确定中断优先权 由硬件实现中断优先权的判别。 * 常用的硬件电路有：中断优先权编码电路，链
式优先权排队电路及专用硬件电路等。 * 利用中断控制器8259A，它具有8个优先权控
制，可以通过级联，扩展至64级优先权控制，且每 级中断都可设置为允许或屏蔽 。
⑥中断返回，从堆栈中弹出断点，返回主程序。
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3、中断优先权管理
中断优先权是事先根据中断源的重要性给每个 中断源确定一个中断优先级别——优先权。
中断优先权管理就是判别和确定各个中断源的 中断优先权。
中断优先权判别方法有软件和硬件两种方法。
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（3）优先权高的中断源能中断优先权低的 中断处理
在中断服务处理过程中：
若新的中断申请其优先级别更高，则CPU应再 一次中断，转去优先权更高的中断源服务。处理完 后，再回到原来的中断服务中，这也称为中断嵌套。
若新的中断源优先权级别为同级或低级，则 CPU暂不理会，继续正在处理的中断服务，直到当 前中断处理结束后再去处理新的中断申请。
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（4）中断服务和（5）中断返回
中断服务是指CPU执行中断服务程序。 中断服务程序应包括:
①保护现场，CPU响应中断时自动保护断点， 寄存器则由程序员决定是否要入栈；
②开中断，CPU响应中断时，自动执行关中断 操作。要实现中断嵌套，必须在中断服务程序中开 中断；
《微机原理及应用》
主讲教师
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
第7章 中断系统和中断控制器8259A
一、中断的基本概念 二、8086/8088的中断系统 三、中断控制器8259A
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一、中断的基本概念
1、中断及中断源 2、中断处理过程 3、中断优先权管理
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广东工业大学 自动断响应
中断排队是确定当前所有中断请求中优先级最 高的那个中断源。
因为CPU一次只能响应一个中断，所以必须首 先处理最紧急最重要的中断。
根据中断源的轻重缓急给予一个中断优先权级别， 优先权级别最高的中断源将首先得到响应。
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（1）中断请求
当中断源有请求时，将中断请求触发器置1：
* 若中断屏蔽触发器为“0”状态，表示允许该 中断源向CPU发出中断请求“信号”；
* 若中断屏蔽触发器为“1”状态，表示禁止该 中断源向CPU发出中断请求“信号”。
尽管该中断源有中断请求，也不能被送出，称该 中断请求被屏蔽了。
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1、8086/8088的中断指令
（1）中断指令 指令格式: INT n
；n=0~255，中断类型码
指令操作: SP－2 → SP(修改堆栈指针)， FR入栈， IF=0（中断标志置0，关中断，CPU不响应可屏蔽中 断） ，
非屏蔽中断请求 NMI
... 中断控制系统（ 8259A）
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（1）实现中断及返回
* 通过设置CPU内部的中断允许触发器(IFF)，开 关中断 。
当IFF＝1，使中断允许（开中断）； 当IFF＝0，使中断不允许（关中断）。
注意： 不可屏蔽中断，要求CPU立即处理。不受中断允
许触发器（IFF）的控制。 可屏蔽中断，受中断允许触发器（IFF）的控制。
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2、8086/8088的中断分类
8086/8088的中断系统可以处理256种不同的中断。
所有可能产生的中断源有：可屏蔽中断INTR、
非屏蔽中断NMI、指令中断INT n和特定条件下的中
断，分为两类：
可屏蔽中断请求
外部中断
TF=0（陷阱标志，TF＝0，CPU正常执行程序） ， SP－2 → SP (修改堆栈指针)， CS入栈 SP－2 → SP (修改堆栈指针)，IP入栈
[n×4] →IP [n×4+2] →CS
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1、8086/8088的中断指令
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（2）实现优先权排队，以确定优先处理的中 断源
一个系统中有多个中断源，存在着几个中断源 同时请求的可能；
因此，必须事先根据中断源的重要性，给每个 中断源确定一个中断优先级别——优先权。
中断响应时，CPU应能首先响应优先权级别高 的中断源。
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二、8086/8088的中断系统
8086/8088CPU具有一个功能很强、管理高效且 简便灵活的中断系统，可以处理多达256种中断源。
采用向量中断方法，对256种中断只需一次间接 访问就可获得任一中断源的中断服务程序的入口地 址，中断响应快速。
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3、中断优先权管理
（1）软件确定中断优先权
软件查询程序： IN AL,80H ;端口读入状态 TEST AL,80H; JNZ SERVE_A TEST AL,40H JNZ SERVE_B …… TEST AL,01H JNZ SERVE_H HLT
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（4）中断服务和（5）中断返回
③中断处理，对中断源作相应的处理，是中断 服务程序的核心；
④关中断，若中断服务程序设置了开中断，则 此时应该关中断，以保证恢复现场的操作不被打断；
⑤恢复现场，按后进先出的原则，PUSH和POP 应配对使用；
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3、中断优先权管理
如图，8个外设只要 有中断请求，CPU检测 到中断请求信号，响应 中断；
D 7～ D 0
CPU
INTR
I/O 端口 端口地址 80H ≥1
外设 AB CDEFGH 中断请求
读入端口80H的内容，逐位判别确定当前申请中 断的优先权最高的中断源，从而进入相应的中断服 务程序。
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1、8086/8088的中断指令
（2）溢出中断指令
指令格式：INTO
；与INT 4等价
指令操作: 溢出中断指令用于带符号数加减法运算后， 由于运算溢出而产生中断。
通常，写在一条算术运算指令后：
若运算结果使OF=1，进入中断类型码为4的中断；
否则，按顺序执行下一条指令。
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（2）中断排队和（3）中断响应
CPU通过中断排队确定了要响应的中断源后， 进入中断响应，自动完成以下步骤： ①关中断； ②保护断点，将正在执行的程序地址（断点）入栈； ③保护现场，标志寄存器FR自动入栈； ④形成中断服务程序入口地址。
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2、中断处理过程
一个中断过程应该包含以下五个过程: （1）中断请求 （2）中断排队 （3）中断响应 （4）中断服务 （5）中断返回
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（1）中断请求
中断向量就是中断服务程序的入口地址； 中断类型码 n×4 即为该中断向量的存放地址；
低字是IP，高字是CS，CPU取出CS和IP，转 去执行中断服务程序。
INT n 指令除了使IF＝0和TF＝0，对其他标志 位没有影响；
INT指令（即n=3)，称为断点中断指令，用于 软件调试。
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CPU中断系统的功能
（1）实现中断及返回 （2）实现优先权排队，以确定优先处理的中断源。 （3）优先权高的中断源能中断优先权低的中断处理
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（1）实现中断及返回
当中断源需要CPU为其服务时，首先送出中断 请求信号。
中断信号可以由中断指令或是某些特定条件产生， 也可以是通过CPU引脚（INTR）向CPU发出中断请 求信号而产生。
实际系统中一般都有多个中断源， 为了增加控 制的灵活性，每个中断源接口电路中，设置一个中断 请求触发器和一个中断屏蔽触发器。
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