第7章 中断系统

中断响应过程与时序
1.硬件中断的响应过程 硬件中断是指由NMI引脚进入的非屏蔽中断或由 INTR引脚进入的可屏蔽中断。下面以可屏蔽中断为 例。 CPU在INTR引脚上接到一个中断请求信号，如果此 时IF=1，CPU 就会在当前指令执行完以后开始响应 外部的中断请求，这时，CPU在INTA引脚连续发两 个负脉冲，外设在接到第二个负脉冲以后，在数据 线上发送中断类型码，接到这个中断类型码后， CPU做如下动作：

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(2)可屏蔽中断 可屏蔽中断INTR 信号连到CPU 的INTR 引脚，它 受CPU 中断允许标志位IF 的控制，即IF=1 时， CPU 才能响应INTR 引脚上的中断请求。当可屏蔽 中断被响应时，CPU需执行7 个总线周期，即： ①执行第一个INTA 总线周期，通知外部中断系统 做好准备； ②执行第二个INTA 总线周期，从外部中断系统获 取中断类型号，并乘以4，形成中断向量地址；
中断优先权
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0X86有一个简单而灵活的中断系统，可处理
256 种不同的中断请求。 中断分为两大类，即外部中断（硬件中断） 和内部中断（软件中断）
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1.硬件中断 硬件中断即通过外部的硬件产生的中断，如打印机、 键盘等，有时也称为外部中断。硬件中断又可分为 两类：非屏蔽中断和可屏蔽中断。 (1)非屏蔽中断 非屏蔽中断NMI 信号连到CPU 的NMI 引脚，它不 受CPU 中断允许标志位IF 的控制。一旦发生，立 即转至中断类型号为2 的中断处理服务程序。NMI 的优先级高于INTR。当CPU 采样到NMI 有请求时， 在内部将其锁存，并自动提供中断类型号2，然后 按以下顺序处理：
第七章 中断系统
中断的基本概念
中断传送方式：即当CPU
进行主程序操作时， 外设的数据已存入输入端口的数据寄存器； 或端口的数据输出寄存器已空，由外设通过 接口电路向CPU 发出中断请求信号，CPU 在满足一定的条件下，暂停执行当前正在执 行的主程序，转入执行相应能够进行输入/输 出操作的子程序，待输入/输出操作执行完毕 之后CPU 即返回继续执行原来被中断的主程 序
中断源同时提出中断请求时，中断系统能根 据各中断源的性质分清轻重缓急，给出处理 的先后顺序，确保优先级别较高的中断请求 先处理
(3)能实现中断嵌套。若在中断处理过程中又
有新的优先级较高的中断源提出请求，中断 系统要能使CPU 暂停当前中断服务程序的执 行，转去响应和处理优先级较高的中断请求， 处理完后再返回原优先级较低的中断服务程 序中
中断优先权


3.专用硬件方式 采用可编程的中断控制器芯片，如Intel 8259A。 中断控制器使得CPU的INTR和INTA引脚不再与接口直接相 连，而是与中断控制器相连，外设的中断请求信号通过 IR0～IR7 进入中断控制器，经优先级管理逻辑确认为级别 最高的那个请求的类型号后会经过中断类型寄存器在当前中 断服务寄存器的某位上置1，并向CPU 发INTR 请求。CPU 发出INTA 信号后，中断控制器将中断类型码送出。在整个 过程中，优先级较低的中断请求都受到阻塞，直到较高级的 中断服务完毕之后，当前服务寄存器的对应位清0，较低级 的中断请求才有可能被响应

3.中断响应 CPU 收到中断请求后，首先判断能否接受。若能接 受，则响应该中断请求。通常中断响应的操作过程 应包括:保留断点地址、关闭中断允许、转入中断服 务程序。8086 微处理器有两个引脚接收中断请求信 号，一个是非屏蔽中断（NMI），另一个是可屏蔽 中断（INTR）。NMI 引脚一旦接收到请求，CPU 立即予以响应；INTR 引脚接收到的请求，受标志 寄存器的IF 标志位控制，当IF=1，CPU 允许中断； 而当IF=0，CPU禁止中断

中断向量和中断向量表

图7-7 给出了中断 类型码与中断向量 所在位置之间的对 应关系。其中 00H～04H 为专用 中断，05H～3FH 为系统保留中断， 用户一般是不能对 它们定义的（这里 面有一些为固定的 用途。
中断向量和中断向量表

08H～0FH 为硬件中断；10H～1FH 为BIOS 调用； 20H～3FH 为DOS调用，如INT 21H 即为MS-DOS 的系统调用），40～FF 为用户定义的中断。中断 类型号×4 即可计算某个中断类型的中断向量在整 个中断向量表中的位置。如类型号为20H，则中断 向量的存放位置为20H×4=80H，（设中断服务子 程序的入口地址为4030：2010，则在0000： 0080H～0000：0083H 中就应顺序放入10H，20H， 30H，40H。当系统响应20H 号中断时，会自动查 找中断向量表，找出对应的中断向量装入CS，IP， 即转入该中断服务子程序
中断方式下接口电路
数据输入的过程：当外设发STB→数据入锁
存器，中断请求触发器置1→若没有屏蔽则产 生INTR→CPU满足条件（允许中断；指令执 行完）发INTA →（进入中断服务子程序）读 数据，发RD ，和地址→清中断请求触发器， 数据送D0～D7。
中断优先权
中断优先权管理有两层含义:
(2)执行中断服务程序 这是中断处理的核心部分，完成中断源要求完成的 任务。 (3)恢复现场 将中断服务程序执行前保护的信息从堆栈中弹出恢 复到原寄存器。 5.中断返回 执行中断返回指令，返回到原程序断点处继续运行

中断方式下接口电路

中断方式增加中断功能接口电路，用来产生中断请求信号

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①将中断类型号乘以4，得到中断向量地址0008H； ②将标志寄存器内容压入堆栈保护； ③清IF 和TF 标志，屏蔽INTR 中断和单步中断； ④保存断点，即把断点处的IP 和CS 内容压栈； ⑤从中断向量表中取中断服务程序的入口地址，分 别送至CS 和IP； ⑥转入相应中断服务程序并执行； ⑦恢复断点及标志寄存器内容，中断返回。 IBMPC/XT 系统中，NMI 主要用于解决系统主板上 RAM 出现的奇偶错，或I/O 通道中扩展选件板上出 现的奇偶校验错等
中断的基本概念
中断是指CPU
中止正在执行的程序，转去执 行请求CPU 为之服务的内、外部事件的服务 程序，待该服务程序执行完后，又返回到被 中止的程序中继续运行的过程 中断源是指引起CPU中断的事件
中断的基本概念
中断源有：
(1)外部设备的请求，如CRT
终端、键盘、打
印机等； (2)由硬件故障引起的，如电源掉电，硬件损 坏等； (3)实时时钟，如定时器芯片等； (4)由软件引起的，如程序错、运算错、为调 试程序而设置的断点

CPU
响应中断的条件：①接收到中断请求信 号；②若是INTR 类中断，CPU 必须允许响 应；③等现行指令执行完
4.中断处理
中断处理通常是由中断服务程序完成的，一
般按以下模式设计： (1)保护现场 为不使中断服务程序的运行影响主程序的状 态，将中断服务程序中用到的寄存器内容压 入堆栈保护

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③执行一个总线写周期，将标志寄存器内容
压栈，同时使IF 为0，TF 为0；由INTR引脚 引入，它受中断允许标志的影响，也就是说， 只有当IF=1 时，可屏蔽中断才能进入，反之 则不允许进入，可屏蔽中断可有多个，一般 是通过优先级排队，从多个中断源中选出一 个进行处理；
中断处理过程
1.中断请求
中断请求是中断过程的第一步。中断源产生
中断请求的条件，因中断源而异
2.中断判优 两个或两个以上的中断源同时提出中断请求，必须 根据中断源的轻重缓急，给每个中断源确定一个中 断级别，CPU 首先响应优先级别最高的中断源的请 求，处理完毕后，再响应级别较低的中断源的请求。 中断判优的另一作用是决定可否实现中断嵌套。当 CPU 响应某一中断请求并为之服务时，若有一个优 先权更高的中断源发出请求，CPU 应能及时响应； 反之，若有一个优先权较低的中断源发出请求，中 断判优电路应屏蔽这一中断请求，直至原有中断请 求服务完再响应优先权较低的中断请求
一是多个中断源同时提出请求时，应首先响
应优先权高的中断请求； 二是当CPU 正在处理某一级中断请求时，又 有其他的中断请求产生，这时应能响应更高 一级的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的 中断请求。
中断优先权
中断判优逻辑的具体实现方法有以下三种。 1.软件查询法 只需有简单的硬件电路，如将A，B，C 三台设备的 中断请求信号“或”后作为系统INTR，这时，A， B，C 三台设备中只要至少有一台设备提出中断请 求，都可以向CPU发中断请求。进入中断服务子程 序后，再用软件查询的方式分别对不同的设备的服 务，查询程序的设计思想同查询式，查询的前后顺 序就给出了设备的优先级
中断系统功能
(1)能实现中断响应、中断服务及中断返回。
当某一中断源发出中断请求时，CPU能决定 是否响应这一中断请求，若允许响应这个中 断请求，CPU 在保护断点后，将转移到相应 的中断服务程序中，中断处理完，CPU 返回 到原断点处继续执行原程序
(2)能实现中断优先权排队。当有两个或多个
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④执行一个总线写周期，把CS
内容压栈； ⑤执行一个总线写周期，把当前IP 内容压栈； ⑥执行一个总线读周期，从中断向量表中读 取中断服务程序的偏移地址并送IP； ⑥执行一个总线读周期，从中断向量表中读 取中断服务程序的段地址并送CS。
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2.软件中断（内部中断） 内部中断是由于80X86内部执行程序出现异常引起 的程序中断，包括除法错中断、溢出中断、INTn指 令中断、单步中断和断点中断。内部中断响应后不 需要INTA 总线周期，处理过程与NMI过程基本相同。 (1)除法错中断。在执行除法指令时，若除数为0 或 商超过寄存器所能表达的范围，则CPU 立即产生一 个0 型中断。 (2)溢出中断。如果上一条指令使溢出标志位OF 为1， 则执行INTO 指令产生中断，溢出中断的中断类型 号为4。

中断优先权
2.
简 单 硬 件 方 法
Fra Baidu bibliotek
中断优先权
链式中断优先权排队电路，也称菊花链法。
基本原理是将所有的设备连成一条链，靠近 CPU 的设备优先级最高，越远的设备优先级 别越低，则发出中断响应信号时，若级别高 的设备发出了中断请求，在它接到中断响应 信号的同时，封锁其后的较低级设备使得它 们的中断请求不能响应，只有等它的中断服 务结束以后才开放，允许为低级的设备服务

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3.中断类型码
8086/8088
为每个中断源分配了一个中断类 型码，其取值范围为0～255，即可处理256 种中断。其中包括软件中断，系统占用的中 断以及开放给用户使用的中断。
中断向量和中断向量表
中断向量：把各个中断服务子程序的入口称为一个 中断向量； 中断向量表：将这些中断向量按一定的规律排列成 一个表，就是所谓的中断向量表，当中断源发出中 断请求时，即可查找该表，找出其中断向量，就可 转入相应的中断服务子程序。8086/8088中断系统 中的中断向量表是位于0 段的0～3FFFH 的存贮区 内，每个中断向量占四个单元，其中前两个单元存 放中断处理子程序的入口地址的偏移量（IP），低 位在前，高位在后；后两个单元存放中断处理子程 序入口地址的段地址（CS），也是低位在前，高位 在后，整个中断向量表的排列是按中断类型号进行 的

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(3)INTn 指令中断。在执行中断指令INTn 时产生的 一个中断类型号为n 的内部中断。 (4)单步中断。当陷阱标志TF 置“1”时，80X86 处 于单步工作方式。在单步工作时，每执行完一条指 令，CPU 自动产生中断类型号为1 的中断。 (5)断点中断。断点中断是80X86 提供的一种调试程 序的手段。用于设置程序中的断点，中断类型号为 3