第7章 中断系统

IP中， 程序就被转入并开始执行中断处理程序。
(IP)←(4×N) (CS)←(4×N+2) (8) 中断处理子程序包括保护现场、中断服务、(开中断)、 恢复现场及返回等部分。
寄 存 器
即清除IF及TF(IF←0， TF←0)，以便禁止其它可屏 蔽中断或单步中断发生为了 实现中断的嵌套。
图7-4 中断处理子程序
… …
系统保留中断
类型17~31
080H
…
用户自定义中断 类型32~255
3FFH
图示给出了中断类型码与中断向量所在位置之间的对 应关系。共有256个中断（00H~0FFH），其中： 类型00H～04H：专用中断； 类型05H～3FH：系统保留中断； 类型40H～0FFH：用户定义的中断。
BIOS: 基本输入输出系统 中断向量和中断向量表: 00H～04H----系统专用 10H～1FH----BIOS用( INT 21H 即为MS－DOS 的系统调用) 40H～FFH----用户用 08H～0FH----硬件中断 20H～3FH----DOS用
软件中断是应用程序提出的中断，每一个软件中断 都对应一个标准的功能，如：在屏幕上显示一个字符串， 或者从键盘接受一个字符，等等。 本章所介绍的中断，如果没有特别说明，不包括软 件中断。
7.3 异常
p313
① 异常的定义：
异常是在指令执行期间检测到的不正常的或非法的
状态，使指令不能成功执行。 异常是与特定指令的执行相联系的。例如，当微处 理器执行除法指令时，若商太大，使Leabharlann Baidu的寄存器容纳不 下，或是试图以零作除数，则称产生异常0。异常的发生 源于微处理器内部，且总是与微处理器操作同步。
2. 矢量地址
矢量地址 = （中断矢量类型号*4）
0000：007EH 0000：007FH 0000：0080H 0000：0081H 0000：0082H 0000：0083H 0000：0084H
… 12H 45H 10H 20H 30H 40H 52H
… 【例】某段内存空间的内容如右图所示。若已知中断的类型号 为20H, 求中断服务子程序的入口地址。 解：中断向量的存放位置为20H×4＝80H，则在中断矢量地址 0000：0080H～0000：0083H中就应顺序放入10H、20H、30H、 40H（IP=2010H CS=4030H，即中断服务子程序的入口地址为 4030：2010 ）。 当系统响应类型为20H号中断时，会自动查找中断向量， 找出对应的中断向量装入CS、IP，即转入该中断服务子程序。
7.5.2 中断向量表（P322）
中断向量：把各个中断服务子程序的入口地址都称为一个 中断向量； 中断向量（矢量）表：将中断向量按一定的规律排列成一 个表构成中断向量表，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。 向量表地址：中断向量在中断向量表中的位置。 实地址方式下，微处理器采用中断矢量表(Interrupt Vector Table, IVT)的方法来存储转入中断处理程序的入口地址。 中断矢量表起始于物理内存地址0，长度为1 KB，并依中 断矢量号为序连续存放256个中断的中断处理程序首地址。
7.4 中断及异常的优先级 （p321）
当计算机系统中有多个中断源时，中断管理系统将规定一
套机制，用以解决多个中断源得到CPU服务的先后次序。 当80X86 CPU完成当前指令的执行后，
将先按照以下的顺序检查是否有中断(包括异常)请求：①
除法出错；② 中断指令INT n；③ 溢出中断；④ 非屏蔽中断 NMI；⑤ 可屏蔽中断INTR；⑥ 单步中断。 然后把优先级最高的中断或异常通知给系统，将优先级较 低的异常废弃，而将优先级较低的中断挂起；当把较高优先级
1. 中断矢量表： p322
8086中断系统中的中断向量表是位于0段的0～3FFH 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，整个中断向量的排列是按 中断类型号进行的。
的中断处理完后，再按优先级次序响应和处理挂起的中断。
7.5 8086中断系统
7.5.1 中断分类及中断类型码
中断源 引起中断的原因或发出中断请求的设备称为中断源。
1. 中断分类 p314 中断源可以分为两大类，即外部(硬件)中断和内部(软件)中断。 （1）硬件中断：即通过外部的硬件产生的中断，如打印机、键 盘等。硬件中断又可分为：可屏蔽中断 和 非屏蔽中断。
可 屏 蔽 中 断 请 求
软件中断
硬件中断
小结： 中断分类及中断类型码
8086/8088系统最多可处理256级不同类型的中断。
可屏蔽中断(INTR) 外部中断(硬件中断) 非屏蔽中断(NMI ，中断类型码2) 中断分类 单步中断(中断类型码1) 内部中断(软件中断) 断点中断(中断类型码3) 溢出中断(中断类型码4) Int n 中断
① 可屏蔽中断： 由INTR引脚引入，它受中断允许标志IF 的影响和控制，即当 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。
★ 当IF被软件采用STI指令置1时，表明允许可屏蔽中断， CPU响应可屏蔽中断INTR； ★当IF被软件采用CLI指令置0时，表明禁止可屏蔽中断。 IF位可禁止可屏蔽中断的这一特性可用来将程序代码的 某一特定区域(常称为程序的临界区)设置成禁止中断，以保证 该区域内程序段的可靠执行。 ② 非屏蔽中断：经由NMI信号线(边沿触发)请求的中断称为 非屏蔽中断。 由NMI引脚引入，它不受中断允许标志的影响，每个系 统中仅允许有一个，都是用来处理紧急情况的，如掉电处理。 这种中断一旦发生，系统会立即响应。
（2）软件中断：即根据某条指令或者对标志寄存器中某个标志 的设置而产生，它与硬件电路无关，常见的如除数为0，或 用INT n指令产生。
INT n指令 非屏蔽中断请求
NMI 中 断 逻 辑 INTR 中 断 控 制 系 统
（ 8259A）
INT 3 INTO 指令 指令
单步 中断
除数为0 中断
。 。 。
为什么要使用中断？ 为了解决这个矛盾，提出了中断传送方式，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。 这样CPU就避免了把大量时间耗费在等待、查询状态 信号的操作上，使其工作效率得以大大地提高。
7.1 概述
中断和异常是处理器处理突发事件时所采取的两种不同 的处理方法，具体来说，中断指的是处理器暂停当前的程序， 转而去处理中断事件；而异常虽然也会对异常事件作出反应， 但不一定会暂停当前的程序。 在8086/8088处理器时代，中断主要包括外部中断 和 内 部中断两种。 在386/486等32位处理器时代，内部中断的数量和功能被 扩充，习惯上，称内部中断为异常，而中断则主要指外部中 断。
7.5.3 外部可屏蔽中断的响应和处理过程(p323)
终端或异常的响应顺序：① 除法出错；② 中断指令INT n； ③ 溢出中断；④ 非屏蔽中断NMI；⑤ 可屏蔽中断INTR；⑥ 单步中断。 外部可屏蔽中断的响应和处理过程示于图8.5中，简述如下： (1) CPU响应中断的条件：CPU要响应可屏蔽中断请求， 必须满足的条件：中断允许标志置1( IF=1)，没有异常，没有 非屏蔽中断(NMI=0)，没有总线请求（HOLD=0）,无内部中断 （对8086则为无软件中断）。 (2) 外部设备发中断请求： 当某一外部设备通过其接口电 路向中断控制器8259A发出中断请求信号时，经8259A处理后， 得到相应的中断矢量号，并同时向CPU申请中断(INT=1)。
7.2
中断的定义: p312
中断实质上是指一种处理过程。 当计算机在执行 正常程序的过程中，如果出现某些异常事件或某种外部 请求时，处理器就暂停执行当前的程序，而转去执行对 异常事件或某种外部请求的处理操作；当处理完毕后， CPU再返回到被暂停执行的程序，继续执行，这个过程 被称为程序中断，简称中断。 外部中断是由外部设备通过CPU的中断请求线(如 INTR)向CPU提出的。能够向CPU发出中断请求的设备 或事件称为中断源。
((SP)+1：(SP))←(PSW)
(SP)←(SP)-2 ((SP+l：(SP))←(CS) (SP)←(SP)-2 ((SP)+1：(SP))←(IP)
(6) 清除IF及TF(IF←0，TF←0)，以便禁止其它可屏蔽中 断或单步中断发生。 (7) 求中断程序的入口地址 ：根据8259A向CPU送的中断 矢量号n求得矢量地址，再查中断矢量表，得相应中断处理程 序首地址(段内偏移地址和段地址)，并将 位首地址置入CS及
连续2个
IF←0, TF ←0,禁止发生可屏蔽中断和单步中断 根据中断类型码求中断的入口地址CS:IP，转入 相应的中断子程序
堆栈
IRET
开中断为 了实现中 断的嵌套
外部可屏蔽中断的响应和处理过程
(3) CPU是否立即发中断响应信号 INTA ？ 如果现行指令不是HLT或WAIT指令，则CPU执行完当前 指令后便向8259A发出中断响应信号( 响应该可屏蔽中断请求。 若现行指令为HLT，则中断请求信号INTR的产生使处理 = 0)，表明CPU INTA
②异常分类: 产生异常后，系统根据引起异常的程序是否可被恢复这一 原则，进一步又把异常分为故障(Fault)、陷阱(Trap)和中止 (Abort)三类。
故障是引起该故障的程序可被恢复执行的异常，它也是 在引起故障的指令执行之前就报告给系统的一种异常。 陷阱是在指令执行期间被检测到的，并在引起异常的指 令执行之后向系统报告的一种异常。 中止是微处理器面临严重错误时产生的异常。例如，系 统出现硬件错误或系统表中出现非法值或不一致的值时，便产 生中止异常，引起中止的指令无法确定。产生中止时，正执行 的程序不能被恢复。因而，产生中止异常后，系统需重建各种 系统表格，或需重新启动操作系统。
第七章
中断和异常
7.1 概述 7.2 中断 7.3 异常 7.4 中断及异常的优先级 7.5 8086中断系统 7.6 中断优先级管理器8259A-PIC 习题与思考题
为什么要使用中断？
从查询式的传输过程可以看出，它的优点是硬件 开销小，使用起来比较简单。但在此方式下，CPU要不 断地查询外设的状态，当外设未准备好时，CPU就只能 循环等待，不能执行其它程序，这样就浪费了CPU的大 量时间，降低了主机的利用率。
器退出暂停状态，响应中断，进入中断处理程序。
若现行指令为WAIT指令，且 TEST 引脚加入低电平信号， 则中断请求信号INTR产生后，便使处理器脱离等待状态，响 应中断，进入中断处理程序。
HLT： 暂停指令
(4) 8259A连续两次接收(2个总线周期) INTA = 0的中断 响应信号后，便通过总线将中断矢量号送CPU。 (5) 保护断点。将标志寄存器内容、当前CS内容及当前IP 内容压入堆栈： (SP)←(SP)-2
中断向量和中断向量
000H
004H 008H IP偏移地址 CS段基地址 IP偏移地址 CS段基地址 IP偏移地址 CS段基地址
中断类型码0（除法错）
中断类型码1（单步中断） 中断类型码2（NMI中断）
00CH
014H
中断类型码3（断点中断）
中断类型码4（溢出中断）
· · · · · ·
中断类型码5（保留）
① 保护现场（由一系列的PUSH指令完成）。目的是为了保护那 些与主程序中有冲突的寄存器，(如AX，BX，CX等)，如果中 断服务子程序中所使用的寄存器与主程序中所使用的寄存器等 没有冲突的话，这一步骤可以省略。 ② 开中断（由STI指令实现）。目的是为了能实现中断的嵌套。 ③ 中断服务 ④ 恢复现场是与保护现场对应的，但要注意数据恢复的次序，以 免混乱。 ⑤ 返回（使用中断返回指令IRET）。 中断处理程序执行完毕， 最后执行一条中断返回指令IRET，将原压入堆栈的标志寄存 器内容及断点地址重又弹出至原处。