微机原理期末复习第七章

◎DMA 传送方式 DMA （Direct Memory Access）传送方式又称直接存储器存取方式 。其原理就是在存储 器与外设之间开辟一条高速数据通道，使外设与内存之间直接交换数据。这一数据通道是通 过 DMA 控制器来实现的。在 DMA 传送期间，不需要 CPU 的任何干预，而是由 DMA 控制 器控制系统总线，在其控制下完成数据传送任务。 对于高速数据传送和与外设频繁交换信息的场合，DMA 方式比中断传送方式效率高。因 为中断传送要不断的保护断点和现场，使 CPU 的工作效率大为降低。
2011-6-22 David Chen
2.1 8259A 的外部特性 ※8259A 是 28 脚封装的 NMOS 芯片，其管脚如上图所示。 1．8259A 与 CPU 的连接信号
• D7~D0: CPU 与 8259A 之间的数据线。 • RD 和 WR:读/写命令线，通常分别接 CPU 的 IOR 和 IOW 信号。 • CS 和 A0:片选线和地址线。CS 由系统的 I/O 译码器产生，它确定该 8259A 在系统 I/O 空间的基地址。A0 用于选择 8259A 的内部寄存器。因只有一条地址线，可知该芯片有两个 端口地址。 • INT:中断请求线，高有效，接到 CPU 的 INTR 信号。 • INTA: CPU 或总线控制器 8288 来的中断响应信号线。在中断响应期间，该信号线送 CPU 来的负脉冲。 • IR0~IR7: 8259A 的 8 个异步中断请求输入信号。高电平和上升沿表示有请求。 2. 8259A 与外设间的连接信号 • CAS2~CAS0:级联信号。它是双向信号，当系统的中断请求多于 8 个时，可用两个或更 多的 8259A 级联，其中一个是主中断控制器，其余的是从控制器。从控制器的 INT 输出接 到主控制器的一个 IR 输入上。在中断响应期间，若主 8259A 判定所响应的是由某一从 8259A 来的中断请求，则它在级联线上发出该从 8259A 的识别号，并由各个从 8259A 接收。 • SP/EN:双向信号线。当 8259A 与系统数据总线之间加双向总线驱动器以加大 8259A 的 驱动能力时，8259A 应处于“缓冲方式”。这时，应是输出线，以控制双向总线驱动器的 EN
3.中断嵌套 • 当前正在被执行的中断服务程序可被优先级更高的中断请求中断 • 优先级相同或更低的中断请求不能中断当前正在被执行的中断服务程序
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第三节 PC 机的中断系统 1.中断源类型
外部中断（硬中断） 非屏蔽中断 NMI 可屏蔽中断 INTR
内部中断（软中断） 除法错中断 溢出错中断 断点中断 单步中断
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6.I/O 端口地址译码 译码电路的两种译码方式 固定式端口地址译码 可选式端口地址译码 译码电路的实现途径 门电路译码 译码器译码 GAL、FPGA 器件实现译码（译码电路对外可保密）
7.用门电路实现地址译码，有全译码和部分译码 全译码电路：I/O 所有地址线都参加译码的电路称为全译码电路。溢出的 I/O 地址是
广义地说，能引起 CPU 产生程序中断的随机事件就是中断源。例如：外设故障、传输错 误、定时器时间到等都可以是中断源；某外设需要传送数据向 CPU 发出中断请求，该外设
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即是中断源。对主机来说，系统掉电、硬件故障、软件错误、设置断点、单步操作等也是中 断源。 * 中断过程
中断的全过程分为以下五步：中断请求，中断判优，中断响应，中断服务（处理），中断 返回。
◎中断请求 中断请求分为边沿请求和电平请求。请求信号由低到高或有高到低的跳变为边沿触发请 求；请求信号为高电平或低电平为电平触发请求。 ◎中断判优 1、软件判优 2、硬件判优 ◎中断响应 中断响应就是 CPU“中断”现正在进行的处理任务，转向中断请求相对应的处理程序的 过程。 中断响应过程应解决如下问题： * 保护断点 * 保护现场 * CPU 关中断 * 转到中断请求所对应的处理程序 （控制权转移：方法有固定入口地址；矢量中断） ◎中断处理（服务） 中断处理就是执行中断服务程序，完成中断源提出的处理要求。实际上是软件编程问题。 中服程序与子程序的区别：随机事件与意料之中事件；对主程序透明与不透明。 中服程序中如何保护现场与恢复现场。 若允许中断嵌套，应该在中服程序中开中断（STI)。 ◎中断返回
2.I/O 接口的主要功能 ● 数据缓冲功能（解决速度差异） ● 设备选择（端口地址，译码） ● 信号转换功能（电平，并、串，数、模等转换） ● 对外设的控制与监测功能（发命令，监测状态等） ● 中断请求与管理 ● 可编程功能 3．I/O 端口:把 I/O 接口电路中能被 CPU 直接访问的寄存器或某些特定器件称之为端口 （Port）。I/O 接口中常设有数据端口、命令端口和状态端口。 4. I/O 端口的编址方式
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端。若不采用缓冲方式，则是输入线（见图 7.19），由它决定该 8259A 编程为“从片”（=1） 还是编程为“主片”（=0）。 2.2 8259A 的内部结构
IF=0，屏蔽中断（执行 CLI 指令） IF=1，允许中断（执行 STI 指令） 使用中断控制器管理多个硬件中断源 7.内部中断（软中断） 除法错中断 执行 DIV 或 IDIV 指令时，商超出机器表示的最大值，即产生 0 号中断 溢出错中断 当 FR 的 OF=1 时，执行 INTO 指令，即产生 4 号中断 单步中断 当 FR 的 TF=1 时，执行每条指令，即产生 1 号中断 指令中断 断点中断 INT 3H（机器码为：CCH），单字节指令 INT nH 7.中断向量表
8.外部中断响应与处理过程 中断申请 外设向 CPU 发中断请求信号申请 CPU 给予服务，CPU 决定是否响应 中断响应 发中断响应信号 INTA，获取中断类型号，保存断点及 FR 于堆栈，查表获得中断
服务程序入口地址 中断服务程序 保护现场，开中断，对外设进行服务（I/O 操作），恢复现场 中断返回 从堆栈弹出断点及 FR，回到中断前的地址继续执行
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9.中断操作流程
例如：某中断向量号为 72H，图 7.16 示出了中断操作过程，如下所述： ①取中断向量号 72H； ②计算中断向量地址 72×4=1C8H； 72×4+2=1CAH; ③取中断服务程序入口地址的偏移量送入 IP， IP=2050H，段地址送入 CS，CS=A000H； ④转入中断服务程序 A0000H:2050H； ⑤中断返回到 INT 72H 指令的下一条指令。
•与存储器统一编址（或存储器映射方式） 优点：指令多且齐全；端口空间大。 缺点：指令长且慢；占用内存空间。
•I/O 独立编址 优点：指令短（设有单独的 I/O 指令）执行快；不占内存空间；程序易读。 缺点：端口空间小；需要单独的 I/O 读、写信号。
5.CPU 与 I/O 端口之间传送信息的方式 ◎无条件传送
5.非屏蔽中断 NMI 当 CPU 收到非屏蔽中断 NMI 请求后，默认该请求的中断类型号为 02H。早期的包括 3
个非屏蔽中断源 协处理器出错 系统 RAM 奇偶校验错
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I/O 通道校验错 6.可屏蔽中断 INTR
在 CPU 的 INT 引脚输入“高”有效信号时，则产生硬件可屏蔽中断请求信号。 是否屏蔽由 FR 寄存器的 IF 位决定。
2.1 软件查询判优 CPU 响应中断后，转入执行一特定地址的中断服务程序，该中断服务程序查询状态口，
确定发出中断请求的外设，然后进行相应的处理。
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2.2 硬件判优（向量中断法） 多个外设经中断控制器向 CPU 提出中断请求，CPU 响应中断发出 INTA 信号，中断 控制器将相应的中断向量号（中断类型号）放在数据总线上，CPU 读取后，即可确定中 断源，查中断向量表进行相应处理。 矢量中断优先级控制器原理如下图，优先级判别器判别出最高优先级请求，将其优先 级别转换为 3 位代码，送到中断矢量寄存器的低 3 位及当前在服务寄存器；之后，中断 控制逻辑向 CPU 发出中断请求信号，CPU 中止正执行的程序，向中断控制电路发回中 断响应信号，然后进入中断处理过程。
中断返回就是 CPU 控制权由中服程序转移到被中断程序的过程。用 IRET 指令。 2.中断判优
什么是中断判优 CPU 管理多个中断源时，在收到中断源发出的中断请求后，需判断是哪一个中断源
提出的中断请求，以便对它进行服务（或处理） 中断判优的方法 软件查询判优法 硬件判优法（向量中断和链式判优）
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◎程序查询传送方式 读 I/O 端口状态信息，若准备就绪，就输入或输出，否则，就继续查询等待。显然，该方 式 CPU 的大部分时间都用在了查询和等待了，所以传送效率不高。 下图是一个查询输入的接口电路。其查询程序如下：
wait1: mov dx,stport in al,dx test al,80h ;当 ready=1,数据已准备好。 jz wait1 ;当 ready=0,数据未准备好。 mov dx,dtport ; 准备好，读端口数据 in al,dx2.PC 机中断系统微机原理与接口技术总复习
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3.中断源的优先级
4.硬中断与软中断的比较 硬中断的特点 由外部事件引起，具有随机性 CPU 需发中断响应信号（对 INTR），对 NMI 不发 可以被屏蔽（对 INTR），对 NMI 不能屏蔽 由中断控制器发中断类型号（对 INTR），对 NMI，CPU 自动产生（02 号） 软中断的特点 通常，用中断指令触发，中断的发生时刻是可知的 CPU 不发中断响应信号 中断类型号（n）由指令直接给出 不可被屏蔽