东南大学电子信息工程之微机学第5章-5(3学时)中断控制接口
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⑵ 特殊全嵌套方式：与⑴的普通全嵌套方式类似， 区别是CPU处理某一中断时，允许比它高的和与 它同级的中断请求进入，而只禁止比它低的中断 请求。
29
一般全嵌套方式与特殊全嵌套方式的区别
B. 一 般 嵌 套 方 式 ： IR4的中断被服务
时，这些中断将
被封锁。
主8259A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
从8259A
C. 一般嵌套方式： 从片的INT被主片封 锁，故更高级别的 IR0-IR2中断也无法 得到响应
IR0
IR0
IR1
IR1
IR2
IR2
IR3
去CPU INT IR4
IR3
INT IR4
IR5
IR5
IR6
IR6
IR7
特殊嵌套方式:
IR7
IR4的中断被服务
D. 时 , 只 封 锁 IR5IR7。
A.
假定IR3发生中 断,并获得服务
特殊嵌套方式：
E.
因主片不封锁从片的INT， 故 级 别高 的 IR0-IR2中断
CS
-3
-2
FLAGS
-1
SP→
中断时的栈顶
返回的断点
中断向量表
0
……
中
4n
IP
断
4n+1
服 务
4n+2
CS
4n+3
程 序 入 口
……
3FFH
17
例5.2 中断操作过程
某中断类型号为72H，给出中断操作过程。 ① 将标志寄存器FLAGS的内容压入堆栈 ② 中断允许标志IF和单步标志TF清零 ③将断点保存到堆栈中 ④取中断类型号72H； ⑤计算中断向量地址 72H×4=1C8H；
24
5.3.3 与处理器接口
A0 RD* WR* CS* 01 0 0 11 0 0 00 1 0 10 1 0 ×1 1 0 ×× × 1
功能
写入ICW1、OCW2和OCW3 写入ICW2～ICW4和OCW1 读出IRR、ISR、查询字 读出IMR 数据总线高阻状态 数据总线高阻状态
思考：如何区分是写入ICW1、OCW2还是OCW3？
72H×4+2=1CAH；
⑥取中断服务程序入口地址的偏移量送IP，（IP）
=2050H， 段地址送CS，（CS）=A000H；
⑦转入中断服务程序A000H：2050H； ⑧中断返回到断点地址处继续执行原程序
18
5.3 8259A中断控制器
Intel 8259A是可编程中断控制器； 可 用 于 管 理 Intel 8080/8085 、 8086/8088 、
11
例5.1 中断类型号为27H
中断向量指针的低地址= 27H ×4= 9CH 中断向量指针的高地址= 27H ×4+2= 9EH 即该中断向量存放在 0000H: 009CH 开始的4个 连续单元中。 如果这4个单元中的内容如下：
0000: 009C 2AH 0000: 009D 43H 0000: 009E 65H 0000: 009F 87H
器CS的值和指令指针存器IP的值压入堆栈，先压CS，再 压IP的值； 4）根据当前中断的中断类型码查中断向量表，得到中断向量 （中断服务程序入口地址）分别装入CS和IP，从而转到相 应的中断服务程序； 5）执行中断服务程序，结束后恢复断点，从而继续执行原来 的程序。
16
堆栈
SS→
……
-6
IP
-5
-4
外部通过可屏蔽中断INTR请求，由IF控制是否响 应；响应时产生INTA*信号；
可屏蔽中断主要用于与外设交换数据。
IF控制可屏蔽中断的响应
8
3.中断标志IF的状态
IF＝0：可屏蔽中断不会被响应
关中断、禁止中断、中断屏蔽 系统复位，使IF＝0 任何一个中断被响应，使IF＝0 执行指令CLI，使IF＝0
80286/80386的可屏蔽中断； 8259A的基本功能：
一片8259A可以管理8级中断，可扩展至64级； 每一级中断都可单独被屏蔽或允许； 在中断响应周期，可提供相应的中断向量号； 8259A设计有多种工作方式，可通过编程选择。
19
8259A的主要任务
• 接受外部的中断请求； • 管理所有外部的中断请求(排队、判优、屏蔽、嵌套)； • 向CPU产生中断请求INTR及中断类型号； • 接受CPU命令及返回状态。 • 屏蔽中断输入。
0000:0014H
CS
0000:0013H 溢出中断
IP
0000:0010H
CS
0000:000FH 断点中断
IP
0000:000CH
CS
0000:000BH 非屏蔽中断
IP
0000:0008H
CS
0000:0007H 单步中断
IP
0000:0004H
CS
0000:0003H
除数为0中断
IP
0000:0000H
INTR——可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控 制。IF=1时，执行完当前指令后CPU对它作出响应；
NMI——非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU
都要响应此中断请求信号。
3
5.1 基本概念(续)
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。
28
1. 优先级管理方式
⑴ 普通全嵌套方式：普通全嵌套方式是8259A初始 化后自动进入的基本工作方式。此时优先级从 IR0到IR7依次降低。当某一中断处理时，可响 应比它高的中断，但禁止比它低的或同级中断进 入。当某一中断请求处理结束时，CPU向8259A 发送中断结束命令EOI，以使ISR中相应位清零。
注意: 中断优先级除单步中断外都比硬件中断高且不能被屏蔽。
软件中断的中断向量号已定
7
2. 硬件中断（外部中断）
由8088/8086外部提出中断请求引起的程序中断 非屏蔽中断：向量号为2
外部通过非屏蔽中断NMI请求，必须响应； 非屏蔽中断主要用于处理系统的意外或故障。
可屏蔽中断：向量号来自中断控制器
⑷ 特殊循环方式：用户根据要求用置优先级命令 指定最低优先级，例如设置IRi为最低优先级， 则最高优先级为IRi+1，其它各级按循环方式类 推。
31
2. 中断结束方式
⑴ 自动中断结束方式，中断处理结束时自动将ISR中相应位清 零，只需将初始化命令字ICW4中的AEOI置为1即可实现这 种方式。
中断屏蔽寄存器IMR
保存对中断请求信号IR的屏蔽状态； Di位为1表示IRi中断被屏蔽（禁止）；为0表示允许。
23
5.3.2 内部结构
数据总线缓冲器 读写控制逻辑，一片8259A只占用两个端口地址，
由A0来选择，其它高位地址译码输出作为片选信号 CS*。WR*、RD*分别为写信号和读信号。 级联缓冲器/比较器，扩充中断用。 优先级判别器PR，当有多个中断同时请求中断时， 判别当前优先级最高的中断请求进入系统。 控制逻辑，控制芯片内各个部件协调一致地工作。
IF＝1：可屏蔽中断会被响应
开中断、允许中断、中断开放 执行指令STI，使IF＝1
执行指令IRET恢复原IF状态
明确IF标志的状态是关键
9
回顾
5.2.2 8088的中断向量表
向量号为N的中断向量的 物理地址＝N×4
10
5.2.2 8086/8088的中断向量表(续)
用户可使用的中断 （共224个）
可 以 得 到 响 应 。 ( 但 IR3-
IR7仍被本从片封锁)
30
1. 优先级管理方式 (续）
⑶ 自动循环方式：任何一级中断请求被处理完后， CPU 向 8259A 发 送 中 断 结 束 命 令 EOI ， 以 使 ISR 中优先级最高的置1位清零，并重新赋给它最低 优先级，而将最高优先级赋给比它低一级的中断 请求，其它中断请求的优先级则以循环方式类推。
8088/8086的中断系统采用向量中断机制
能够处理256个中断； 用中断向量号0～255或00H～FFH区别； 可屏蔽中断还需要借助专用中断控制器Intel 8259A实
现优先权管理。
4
5.2 8088/8086的中断系统
中断系统－－实现中断过程的软硬件系统
中断系统应具有以下功能： 能实现中断响应、中断服务和中断返回 能实现中断优先权排队 能实现中断嵌套
2
5.1 基本概念(续)
引起CPU中断的事件：中断源
外设——请求输入输出数据，报告故障等；
事件——掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时 时间到等；
中断源分为：外部中断、内部中断
内部中断——CPU内部执行程序时自身产生的中断； 外部中断——CPU以外的设备、部件产生的中断；
8086/8088的外部中断信号：INTR、NMI
如何区分是写入ICW2、ICW3还是OCW1？
如何区分读出的是IRR、ISR还是查询字？
25
8259A内部寄存器的寻址方法
/CS /RD /WR A0 D4 D3 000 001
0 1 0 01x 1xx
0
0
1
0 1
x
x
读写操作
写OCW2 写OCW3 写ICW1 写 ICW2,ICW3,ICW4,OCW1( 顺 序 写 入) 读出IRR、ISR、查询字 读出IMR
类型255 （十进制）
︽︾
专用的中断 （共27个）
类型32 类型31 （十进制）
︽︾
专用的中断 （共5个）
类型5 类型4 类型3 类型2 类型1 类型0
CS
0000: 03FFH
IP
︽︾
中断向量表 （0:0-0:3FFH）
0000:007FH
CS IP
请查阅附录5.1 0000:007EH
︽︾
P460
12
例5.1 中断类型号为27H
则该中断类型号27H的中断向量（中断服 务程序入口地址）的逻辑地址是
8765H: 432AH 即
(CS)=8765H、(IP)=432AH 物理地址是
8B97AH
13
5.2.3 中断响应过程
1. 硬件中断响应总线周期
非屏蔽中断（NMI）：不受中断标志位的控制， 中断类型号为2，所以中断向量放在0000:0008开始 的4个单元中。NMI中断一般用于紧急情况的处理。
处理的中断进行优先级比较, 若新进入的中断优先级 高，该中断请求被送到CPU。 若CPU的IF=1，CPU完成当前指令后，响应中断， 在 INTA引脚上发出两个连续的中断响应信号，在第2 个中断响应到来时，8259将类型号放到数据总线上。 ISR对应位被置“1”
27
5.3.4 8259A的工作方式
第5章-2 中断控制系统
教学重点:
中断的基本概念 8088/8086 CPU的中断系统 8259A的结构原理和操作方式 8259A的应用
1
5.1 基本概念
中断的定义
CPU执行程序时，由于发生了某种随机的 事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正 在运行的程序，转去执行一段特殊的服务 程序(称为中断服务程序或中断处理程序)， 以处理该事件，该事件处理完后又返回被 中断的程序继续执行，这一过程称为中断。
5
5.2.1 中断类型
优先级顺序：除法除、INT n、INTO、NMI、INTR、单步
6
1. 软件中断（内部中断）
由于CPU内部执行程序出现异常引起的程序中断
除法错中断：向量号为0 断 点 中 断：向量号为3 溢 出 中 断：向量号为4; 条件：OF＝1 指 令 中 断：向量号为n 单 步 中 断：向量号为1; 条件：TF＝1且IF＝1
20
5.3.1 8259A的引脚
21
5.3.2 内部结构
22
5.3.2 内部结构
中断请求寄存器IRR
保存8条外界中断请求信号IR0～IR7的请求状态； Di位为1表示IRi引脚有中断请求；为0表示无请求。
中断服务寄存器ISR
保存正在被8259A服务着的中断状态； Di位为1表示IRi中断正在服务中；为0表示没有被服务。
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，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。
14
1. 硬件中断响应总线周期（续）
通知中断控制器中断 申请已被响应， 准备类型码
需要/CS、A0、/RD、/WR和D4、D3的配合
读IRR、ISR或中断向量号之前先写OCW3， 根据OCW3的内容，选择读哪一个。
26
82598中25断9中请断求请过求程过程
当IR0～IR7上出现某一中断请求信号 IRR对应位被置“1” IMR的相应位决定是否将其屏蔽 中断请求进PR，PR把新进入的中断请求和当前正在
要求中断控制器将中断源 的类型码送入数据总 线，供CPU读取
中断响应总线周期 15
2. 中断响应和中断处理过程
先判断IF是否为1，若IF=1则进入中断响应，此时CPU要读 取中断类型码，然后进入所有中断都要做的事。
1）将标志寄存器FLAGS的内容压入堆栈； 2）将中断允许标志IF和单步标志TF清零； 3）将断点保护到堆栈中。当前指令下面的一条指令的段寄存
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一般全嵌套方式与特殊全嵌套方式的区别
B. 一 般 嵌 套 方 式 ： IR4的中断被服务
时，这些中断将
被封锁。
主8259A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
从8259A
C. 一般嵌套方式： 从片的INT被主片封 锁，故更高级别的 IR0-IR2中断也无法 得到响应
IR0
IR0
IR1
IR1
IR2
IR2
IR3
去CPU INT IR4
IR3
INT IR4
IR5
IR5
IR6
IR6
IR7
特殊嵌套方式:
IR7
IR4的中断被服务
D. 时 , 只 封 锁 IR5IR7。
A.
假定IR3发生中 断,并获得服务
特殊嵌套方式：
E.
因主片不封锁从片的INT， 故 级 别高 的 IR0-IR2中断
CS
-3
-2
FLAGS
-1
SP→
中断时的栈顶
返回的断点
中断向量表
0
……
中
4n
IP
断
4n+1
服 务
4n+2
CS
4n+3
程 序 入 口
……
3FFH
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例5.2 中断操作过程
某中断类型号为72H，给出中断操作过程。 ① 将标志寄存器FLAGS的内容压入堆栈 ② 中断允许标志IF和单步标志TF清零 ③将断点保存到堆栈中 ④取中断类型号72H； ⑤计算中断向量地址 72H×4=1C8H；
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5.3.3 与处理器接口
A0 RD* WR* CS* 01 0 0 11 0 0 00 1 0 10 1 0 ×1 1 0 ×× × 1
功能
写入ICW1、OCW2和OCW3 写入ICW2～ICW4和OCW1 读出IRR、ISR、查询字 读出IMR 数据总线高阻状态 数据总线高阻状态
思考：如何区分是写入ICW1、OCW2还是OCW3？
72H×4+2=1CAH；
⑥取中断服务程序入口地址的偏移量送IP，（IP）
=2050H， 段地址送CS，（CS）=A000H；
⑦转入中断服务程序A000H：2050H； ⑧中断返回到断点地址处继续执行原程序
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5.3 8259A中断控制器
Intel 8259A是可编程中断控制器； 可 用 于 管 理 Intel 8080/8085 、 8086/8088 、
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例5.1 中断类型号为27H
中断向量指针的低地址= 27H ×4= 9CH 中断向量指针的高地址= 27H ×4+2= 9EH 即该中断向量存放在 0000H: 009CH 开始的4个 连续单元中。 如果这4个单元中的内容如下：
0000: 009C 2AH 0000: 009D 43H 0000: 009E 65H 0000: 009F 87H
器CS的值和指令指针存器IP的值压入堆栈，先压CS，再 压IP的值； 4）根据当前中断的中断类型码查中断向量表，得到中断向量 （中断服务程序入口地址）分别装入CS和IP，从而转到相 应的中断服务程序； 5）执行中断服务程序，结束后恢复断点，从而继续执行原来 的程序。
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堆栈
SS→
……
-6
IP
-5
-4
外部通过可屏蔽中断INTR请求，由IF控制是否响 应；响应时产生INTA*信号；
可屏蔽中断主要用于与外设交换数据。
IF控制可屏蔽中断的响应
8
3.中断标志IF的状态
IF＝0：可屏蔽中断不会被响应
关中断、禁止中断、中断屏蔽 系统复位，使IF＝0 任何一个中断被响应，使IF＝0 执行指令CLI，使IF＝0
80286/80386的可屏蔽中断； 8259A的基本功能：
一片8259A可以管理8级中断，可扩展至64级； 每一级中断都可单独被屏蔽或允许； 在中断响应周期，可提供相应的中断向量号； 8259A设计有多种工作方式，可通过编程选择。
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8259A的主要任务
• 接受外部的中断请求； • 管理所有外部的中断请求(排队、判优、屏蔽、嵌套)； • 向CPU产生中断请求INTR及中断类型号； • 接受CPU命令及返回状态。 • 屏蔽中断输入。
0000:0014H
CS
0000:0013H 溢出中断
IP
0000:0010H
CS
0000:000FH 断点中断
IP
0000:000CH
CS
0000:000BH 非屏蔽中断
IP
0000:0008H
CS
0000:0007H 单步中断
IP
0000:0004H
CS
0000:0003H
除数为0中断
IP
0000:0000H
INTR——可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控 制。IF=1时，执行完当前指令后CPU对它作出响应；
NMI——非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU
都要响应此中断请求信号。
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5.1 基本概念(续)
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。
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1. 优先级管理方式
⑴ 普通全嵌套方式：普通全嵌套方式是8259A初始 化后自动进入的基本工作方式。此时优先级从 IR0到IR7依次降低。当某一中断处理时，可响 应比它高的中断，但禁止比它低的或同级中断进 入。当某一中断请求处理结束时，CPU向8259A 发送中断结束命令EOI，以使ISR中相应位清零。
注意: 中断优先级除单步中断外都比硬件中断高且不能被屏蔽。
软件中断的中断向量号已定
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2. 硬件中断（外部中断）
由8088/8086外部提出中断请求引起的程序中断 非屏蔽中断：向量号为2
外部通过非屏蔽中断NMI请求，必须响应； 非屏蔽中断主要用于处理系统的意外或故障。
可屏蔽中断：向量号来自中断控制器
⑷ 特殊循环方式：用户根据要求用置优先级命令 指定最低优先级，例如设置IRi为最低优先级， 则最高优先级为IRi+1，其它各级按循环方式类 推。
31
2. 中断结束方式
⑴ 自动中断结束方式，中断处理结束时自动将ISR中相应位清 零，只需将初始化命令字ICW4中的AEOI置为1即可实现这 种方式。
中断屏蔽寄存器IMR
保存对中断请求信号IR的屏蔽状态； Di位为1表示IRi中断被屏蔽（禁止）；为0表示允许。
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5.3.2 内部结构
数据总线缓冲器 读写控制逻辑，一片8259A只占用两个端口地址，
由A0来选择，其它高位地址译码输出作为片选信号 CS*。WR*、RD*分别为写信号和读信号。 级联缓冲器/比较器，扩充中断用。 优先级判别器PR，当有多个中断同时请求中断时， 判别当前优先级最高的中断请求进入系统。 控制逻辑，控制芯片内各个部件协调一致地工作。
IF＝1：可屏蔽中断会被响应
开中断、允许中断、中断开放 执行指令STI，使IF＝1
执行指令IRET恢复原IF状态
明确IF标志的状态是关键
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回顾
5.2.2 8088的中断向量表
向量号为N的中断向量的 物理地址＝N×4
10
5.2.2 8086/8088的中断向量表(续)
用户可使用的中断 （共224个）
可 以 得 到 响 应 。 ( 但 IR3-
IR7仍被本从片封锁)
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1. 优先级管理方式 (续）
⑶ 自动循环方式：任何一级中断请求被处理完后， CPU 向 8259A 发 送 中 断 结 束 命 令 EOI ， 以 使 ISR 中优先级最高的置1位清零，并重新赋给它最低 优先级，而将最高优先级赋给比它低一级的中断 请求，其它中断请求的优先级则以循环方式类推。
8088/8086的中断系统采用向量中断机制
能够处理256个中断； 用中断向量号0～255或00H～FFH区别； 可屏蔽中断还需要借助专用中断控制器Intel 8259A实
现优先权管理。
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5.2 8088/8086的中断系统
中断系统－－实现中断过程的软硬件系统
中断系统应具有以下功能： 能实现中断响应、中断服务和中断返回 能实现中断优先权排队 能实现中断嵌套
2
5.1 基本概念(续)
引起CPU中断的事件：中断源
外设——请求输入输出数据，报告故障等；
事件——掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时 时间到等；
中断源分为：外部中断、内部中断
内部中断——CPU内部执行程序时自身产生的中断； 外部中断——CPU以外的设备、部件产生的中断；
8086/8088的外部中断信号：INTR、NMI
如何区分是写入ICW2、ICW3还是OCW1？
如何区分读出的是IRR、ISR还是查询字？
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8259A内部寄存器的寻址方法
/CS /RD /WR A0 D4 D3 000 001
0 1 0 01x 1xx
0
0
1
0 1
x
x
读写操作
写OCW2 写OCW3 写ICW1 写 ICW2,ICW3,ICW4,OCW1( 顺 序 写 入) 读出IRR、ISR、查询字 读出IMR
类型255 （十进制）
︽︾
专用的中断 （共27个）
类型32 类型31 （十进制）
︽︾
专用的中断 （共5个）
类型5 类型4 类型3 类型2 类型1 类型0
CS
0000: 03FFH
IP
︽︾
中断向量表 （0:0-0:3FFH）
0000:007FH
CS IP
请查阅附录5.1 0000:007EH
︽︾
P460
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例5.1 中断类型号为27H
则该中断类型号27H的中断向量（中断服 务程序入口地址）的逻辑地址是
8765H: 432AH 即
(CS)=8765H、(IP)=432AH 物理地址是
8B97AH
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5.2.3 中断响应过程
1. 硬件中断响应总线周期
非屏蔽中断（NMI）：不受中断标志位的控制， 中断类型号为2，所以中断向量放在0000:0008开始 的4个单元中。NMI中断一般用于紧急情况的处理。
处理的中断进行优先级比较, 若新进入的中断优先级 高，该中断请求被送到CPU。 若CPU的IF=1，CPU完成当前指令后，响应中断， 在 INTA引脚上发出两个连续的中断响应信号，在第2 个中断响应到来时，8259将类型号放到数据总线上。 ISR对应位被置“1”
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5.3.4 8259A的工作方式
第5章-2 中断控制系统
教学重点:
中断的基本概念 8088/8086 CPU的中断系统 8259A的结构原理和操作方式 8259A的应用
1
5.1 基本概念
中断的定义
CPU执行程序时，由于发生了某种随机的 事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正 在运行的程序，转去执行一段特殊的服务 程序(称为中断服务程序或中断处理程序)， 以处理该事件，该事件处理完后又返回被 中断的程序继续执行，这一过程称为中断。
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5.2.1 中断类型
优先级顺序：除法除、INT n、INTO、NMI、INTR、单步
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1. 软件中断（内部中断）
由于CPU内部执行程序出现异常引起的程序中断
除法错中断：向量号为0 断 点 中 断：向量号为3 溢 出 中 断：向量号为4; 条件：OF＝1 指 令 中 断：向量号为n 单 步 中 断：向量号为1; 条件：TF＝1且IF＝1
20
5.3.1 8259A的引脚
21
5.3.2 内部结构
22
5.3.2 内部结构
中断请求寄存器IRR
保存8条外界中断请求信号IR0～IR7的请求状态； Di位为1表示IRi引脚有中断请求；为0表示无请求。
中断服务寄存器ISR
保存正在被8259A服务着的中断状态； Di位为1表示IRi中断正在服务中；为0表示没有被服务。
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，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。
14
1. 硬件中断响应总线周期（续）
通知中断控制器中断 申请已被响应， 准备类型码
需要/CS、A0、/RD、/WR和D4、D3的配合
读IRR、ISR或中断向量号之前先写OCW3， 根据OCW3的内容，选择读哪一个。
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82598中25断9中请断求请过求程过程
当IR0～IR7上出现某一中断请求信号 IRR对应位被置“1” IMR的相应位决定是否将其屏蔽 中断请求进PR，PR把新进入的中断请求和当前正在
要求中断控制器将中断源 的类型码送入数据总 线，供CPU读取
中断响应总线周期 15
2. 中断响应和中断处理过程
先判断IF是否为1，若IF=1则进入中断响应，此时CPU要读 取中断类型码，然后进入所有中断都要做的事。
1）将标志寄存器FLAGS的内容压入堆栈； 2）将中断允许标志IF和单步标志TF清零； 3）将断点保护到堆栈中。当前指令下面的一条指令的段寄存