第五章中断技术

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四 中断优先级和中断嵌套
1.中断优先级(Priority)的解决方法
系统中多个中断请求可能同时出现，CPU只 能按一定的次序(优先级策略)予以响应和处 理，这个响应的次序称为中断优先级。一般 的方法有：
软件查询法(需要少量硬件) 菊花链(daisy chain)优先级排队电路 可编程中断控制器(如8259)
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二 中断方式
中断定义：在程序运行中，出现了某种紧急事 件，CPU必须中止现行程序，转去处理此紧急 事件(执行中断服务程序)，并在处理完毕后再 返回运行程序的过程。
中断的全过程及有关概念：
一个完整的中断过程包括：
中断请求； 中断判优； 中断响应； 中断处理； 中断返回.
则：中断服务程序的入口地址 为 CS=4030;IP=2010
入口地址为:43210
(0083H)=40H
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中断向量和中断向量表
例3.中断类型号为23(17H)，中断服务程序的 入口地址为:2340:7890H，由于中断类型号 17H对应的中断向量存放在0段的 0000:005CH(17H×4=5CH)处，所以有：
所有内部中断(除法错、INT n、 INT0、单步)以及NMI中断不需 要从数据总线上读取中断类型 码，而INTR中断需读取中断类 型码，中断类型码由发出INTR 信号的接口提供。
中断
优先 级
除法错,INTn,INT0 NMI INTR 单步中断
最高 最低
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单步运行方式时发生中断的处理过程
执行IRET指令
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结束当前指令
除法错，INT n,INT0?
(1)
Y
读中断类型码
N
响应中断
Y NMI?
N INTR?
N
TF=1? N 执行下一条指令
IF=1? N
(1)
内部自动提供类型码
(2)
FR－>栈
(3) TF－>暂存器
(4) 0－>TF和IF
(5) CS、IP－>栈
256个中断向量要占256*4＝1024个字节单元，地址编号从 00000H~003FFH
5个专用中断(类型0～类型4)，它们有固定的定义和处理功能； 27个保留的中断(类型5～类型31)。占0000:0014H～
0000:007FH，共108个字节单元。这个区域供系统使用，不允许 用户自行定义。 224个用户可定义的中断(类型32～类型255)。占 0000:0080H~0000:03FFH单元；使用时，要由用户自行填写相 应的中断入口地址。（其中有些中断类型已经有了固定用途，例 如，类型21H的中断已用作MS-DOS的系统功能调用)。
第五章 中断系统
中断的基本概念 8086/8088的中断系统 可编程中断控制器8259A 8259A在微机系统中的应用
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第一节 中断的基本概念
一 CPU与外设之间的数据传送控制方式(即
I/O控制方式)，通常有以下三种：
程序控制方式 中断方式 DMA方式(Direct Memory Access)
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(1)软件查询法
INT “或”
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210
端口号＝ XXH
磁磁 盘带
CRT
键打
盘印
把各个外设的中断请求信号“相或”，产生一个总的INT信 号
当CPU响应中断后，进入中断处理程序，在中断处理程序的 开始部分安排一段带有优先级的查询程序。
优点：省硬件
缺点：中断响应慢
•INTR=INT1+INT2+INT3
中断请求
•当INTA信号沿菊花链行进时，最 靠近CPU并发出INT请求的接口将 首先拦截住INTA信号，并送出中 断类型码，进入相应的中断处理 程序；在服务完成后撤销其请求 (解除对下一级的阻塞和封锁)。
INTA INTR
(3)可编程中断控制器(如8259)
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二 中断向量和中断向量表
中断向量 即中断服务程序的入口地址。
中断向量表是存放中断向量(中断服务程序入 口地址)的一个特定的内存区域(最低地址区).
一个中断向量占4个字节单元，其中：
低地址的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(低地址)，高字节在后 (高地址);
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二 中断方式
中断请求是指中断源(引起中断的事件或设备)向CPU发出的请求中断的 要求；
中断判优当有多个中断源发出中断请求时，需要通过适当的办法(软件的； 硬件的；软、硬件结合的)决定究竟先处理哪个中断请求，这就是“中断 判优”；
中断响应是指CPU中止现行程序转至中断服务程序的过程；
(4N,4N+1)－>IP (4N+2,4N+3)－>CS
Y 有NMI？
N Y
暂存器=1? N
执行中断服务程序
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执行IRET指令
(弹出CS,IP,FR)
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8086/8088中断处理流程图
*8086中断优先级(Priority)
说明：
(1)~(5)步是CPU的内部处理(由 硬件自动完成)
高地址的两个字节单元存放中断服务程序入口地址 的段地址(CS)－低字节在前(低地址)，高字节在后 (高地址)。
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中断向量和中断向量表
8086/8088的中断向量表如书P80图5.1所示。 解释：
8086/8088可以处理256种中断，对每种中断都指定一个中断 类型号(也称中断向量号)，每个中断类型号与一个中断服务程 序的入口地址相对应。
1E00 0 H + 0A0 0 H
1EA00H (1E00:0A00H)
….... 中断服务程序
1EA0 0 H
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FFFFFH
高地址
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中断向量和中断向量表
例2.中断类型号为20H，中断服务程序的 入口地址存放在0000:0080H开始的4个 单元中。若：
(0080H)=10H (0081H)=20H (0082H)=30H
IF=1 TF=1
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中断向量和中断向量表
例1：若中断类型号为3，则由中断类型号取 得中断服务入口地址的过程如下图所示：
中断类型号3×4 ＝000CH
00000H 00001H
内存
低地址
0000CH (0000:000CH)
…….
00(IPL) 0A(IPH)
00(CSL) 1E(CSH)
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中断的分类
(注意，这里的IF是CPU内部的标志寄存器的IF位，IF ＝0，则对所有从INTR引脚进入的中断请求均不予 响应(“总开关”)；另外，也可以在CPU外部的中断 控制器(8259)中以及各个I/O接口电路(如8255)中对 某一级中断或某个中断源单独进行屏蔽)。
第二类：软件中断：是由CPU内部的标志状态 (如TF、OF)或执行一条中断指令(INT n)，以及 除数为0引起的中断，也称为内部中断。
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三 中断响应和处理过程
对于不同的中断类型(如可屏蔽中断、不 可屏蔽中断；外部中断、内部中断…)， 处理器(CPU)进行响应和处理的具体过程 并不完全相同；另外，就是对同一种中 断类型(如可屏蔽中断)，不同的处理器 (如Z80，80X86)进行响应和处理的过程 也不尽相同。
程序控制方式：是在CPU的控制下，通过执行 程序指令进行的数据传送方式。又分为“无条 件传送”和“程序查询传送”两种方式。
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程序控制方式
无条件传送方式：是在假定外围设备(Peripheral Device)已经准备好的情况下，直接利用输入/输出指令 (IN指令，OUT指令)与外围设备传送数据，而不去检测 外设的工作状态。
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三 中断响应和处理过程
中断一般由硬件(处理器内部)和软件(由程序设 计者编写的中断服务程序)共同完成，即整个 中断响应和处理过程是由CPU内部的有关硬件 和中断处理软件密切配合完成的。
针对一个具体的系统(机型)，中断服务程序设 计者应该清楚在中断响应时，“硬件”完成了 哪些操作(如FR是否已被压入堆栈)，还需要 “软件”(中断服务程序)完成哪些操作。
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中断向量和中断向量表
由于中断向量在中断向量表是按中断类型号顺序存放 的，所以每个中断向量的地址可由中断类型号×4计算 出来。CPU响应中断时，需把中断类型号N乘以4，得 到中断向量的对应地址4N(该中断向量所占4个字节单 元的第一个字节单元的地址)，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)，这就是转入中断类型号为N的中 断服务程序的控制过程。[N的来源，对于不同的中断 类型(内部，外部:NMI、INTR)情况有所不同，详见后 述]
N
TF=1? N 执行下一条指令
(1)
读中断类型码 响应中断
IF=1? N
(1)
内部自动提供类型码
(2)
FR－>栈
(3) TF－>暂存器
(4) 0－>TF和IF
(5) CS、IP－>栈
(4N,4N+1)－>IP (4N+2,4N+3)－>CS
Y 有NMI？
N Y
暂存器=1? N
执行中断服务程序
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读取状态信息
读取状态信息
否 准备好？
是 忙？
是
否
输入数据
输出数据
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程序控制方式
程序查询传送方式比无条件传送方式要 准确可靠，但在此种方式下，CPU要不断 查询外设的状态，占用了大量CPU时间， 而真正用于数据传送的时间却很少，即 CPU的工作效率很低；另外，采用这种方 式，也很难满足实时系统对I/O处理的要 求。因此，出现了中断控制方式。
将中断分为两大类(如表5.1表5.2所示)：
第一类：硬件中断：是由外部的中断请求信 号启动的中断，也称为外部中断。又可分为：
非屏蔽中断NMI:整个系统只有一个，不受IF屏蔽 可屏蔽中断INTR:受IF屏蔽，在中断控制器8259
的统一管理下，可屏蔽中断有几个至几十个。
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(005CH)= 90 (005DH)= 78 (005EH)= 40
左移2位:
0001 0111 B 0101 1100 B
5 CH
(005FH)= 23
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三 8086/8088中断处理流程图
结束当前指令
除法错，INT
Y
n,INT0?
N Y
NMI?
N INTR?
Fra Baidu bibliotek长江大学地物学院
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五 中断嵌套
通常，正在执行较低级的中断服务程序 时，可以响应较高级的中断请求，而将 正在处理的中断暂时挂起，称为中断嵌 套。
STI ……..
STI IRET
……. IRET
可实现 “多重嵌套”
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第二节 8086/8088的中断系统
一.中断的分类：在8086/8088系统中，可
优点：控制程序简单 缺点：数据传送不可靠
程序查询方式(也称“条件传送”方式)
主要特点：CPU通过执行程序不断读取并检测外设的状态，只 有在外设确实已准备就绪的情况下，才进行数据传送；否则， 还要继续不断地查询外设的状态。
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程序控制方式
查询式输入、输出程序流程图
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(2)菊花链优先级排队电路 *
设备1
设备2
CPU INTA
INTR
接口
中断回答 中断请求 INT1 菊花链 逻辑电路
接口 INT2
+5V
INT1+INT2+INT3
集电极开路门(OC门)
设备3 接口
INT3
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(2)菊花链优先级排队电路
中断处理就是指CPU执行中断服务程序；
执行完中断服务程序后，返回到原先被中断的程序称为“中断返回”。
为了能正确返回到原来程序被中断的地方(也称断点－即主程序中当前指 令下面一条指令的地址)，在中断服务程序的最后应专门放置一条中断返 回指令。
另外，为了使主程序在返回后仍能从断点处继续执行，还需要在中断服 务程序的开头－保护现场(通过PUSH指令实现)，在中断服务程序的末 尾－恢复现场(通过POP指令实现)。