输入输出方式及其中断处理(精)
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2018/10/5
N
取得下一条指令
p.263 是当前指令最图6-13
后一个T ?
Y N
INTR=1?
Y N
IF=1?
Flags入栈 清除IF、TF CS、IP入栈
取得中断向量并转向执 行用户中断处理程序
Y
CS、IP出栈 Flags出栈
17
（3）中断响应
• NMI中断——CPU无法屏蔽，自动转向中断类型2处 理过程。 • INTR中断——CPU将产生两个中断响应的总线周期 (p.123)，自动保护断点(Flags入栈;IF和TF清 零;CS、IP入栈)，进行向量中断处理。 • 向量中断——在中断响应的总线周期中，中断源 的相应接口把中断类型码n放到CPU的DB上，n×4 即为中断向量在中断向量表中的存储地址。CPU转 向从中断向量表取得的中断向量(即，中断服务程 序首地址)，并进入相应的中断服务子程序执行过 程。
2018/10/5 8
1、I/O接口电路的基本结构
从编程角度看，接口内部主要包括一个或多个
CPU可以进行读/写操作的寄存器，又称为I/O端口。
各I/O端口由端口地址区分。
AB
C P U
DB
地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
I/O端口1
外
I/O端口2
CB
I/O端口3
设
2018/10/5
9
2、I/O接口电路编址方式
中断请求 INTR
中断源
中断服务程序1
IRET
断点 使用堆栈 保护断点
2018/10/5
中断请求 INTR
中断服务程序2
IRET
6
3. DMA方式(直接存储器存取方式)
• 当外设的速度相对很高，且一次传送的数据量 很大时，中断方式的效率就很低。例如，对磁 盘的读写操作，一般的文件都有几十K，几百K， 甚至几兆，通过 DMA 方式利用专门的接口控制 电路，在存储器与高速的外设之间进行大量的 数据交换，而不需要CPU的参与。 • DMA控制器－DMAC，除了具有一般接口的特点 外，CPU可以通过对DMAC相应端口的读/写操作 来控制DMA的工作方式；DMAC在得到总线控制 权后，能够像CPU一样提供相应的控制信号来 控制系统总线，从而实现外设与内存之间高速 大量的数据传输。一般接口电路不具备控制总 线的能力。
2018/10/5 12
• 8086中断
1) 外 部 中 断 ： 由 外 部 硬 件 引 起 的 中 断 。 8086 的中断系统，外部中断请求由非屏蔽 中断NMI和可屏蔽中断INTR两个引脚引入。 2) 内部中断： ①内部硬件中断：硬件出错，除数为 0 ，溢 出错误，单步中断，断点中断。 ②内部软件中断：以指令 INT n 调用的中断， n为中断类型码。实际上调用的是系统软件 （主要是操作系统）中的子程序。
2018/10/5 10
3、I/O接口地址译码方法
• 直接地址译码——用译码器及部分逻辑器件组成
图6－11
A5
A6 A7 A8 74LS138
A
B C G2B G2A G1
A9
AEN IOW
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 × × × ××
——中断向量及其在中断向量表中的存储地址 5. 中断控制器8259A组成原理与编程应用
2018/10/5 2
6.1 I/O方式概论
• (p.168) I/O指令： – 输入指令: IN AL,PORT IN AL,DX – 输出指令： OUT PORT,AL OUT DX,AL • PORT: 端口地址
2018/10/5 7
6.2 I/O接口基本结构及编址方式
• 关于I/O“接口”与“端口” I/O接口与CPU之间传送的信息有数据、状态和控制信号 等3大类。每个接口内部都包含有一定数量的寄存器， 用来存放三种不同信息。为了区分不同的寄存器 （REG），需要给每个REG分配一个地址号，这就类 似于给内存单元编址一样。 I/O接口内部可寻址的REG又称为端口。按接受和传送的 信息有分为数据端口（双向，输入缓冲，输出锁存）， 状态端口（一般只读），控制端口（一般只写）。 CPU对外设工作方式的控制和信息的交换最终都归结 为CPU通过IN/OUT指令对各个可寻址端口的读写操作。
（1）统一编址：存储器（内存）与I/O端口的编 址占用同一个地址空间。特点是所有对内存操 作的指令对 I/O 端口同样有效，指令丰富，但 会损失一部分的内存空间。 （2）独立编址：内存与I/O端口对应不同的地址 空间。对I/O端口有专门的指令。缺点是对I/O 端口操作的指令不及统一编址时丰富（例如， 8086/8088中对I/O端口就只有最基本的输入输 出指令），但能最大程度地满足存储空间的寻 址范围。
2018/10/5
21
（4）中断的优先权（Priority）
优先权的管理原则 所谓优先权就是当有多个中断申请 时，根据轻重缓急，规定一个中断响应的次序。优先 权管理原则主要处理下面几个问题： 8086中断优先级 ①不同优先级级中断源同时 优先级 中断/异常 申请中断； ②较低级的正在执行中断服务 内部中断及异常 高 软件中断 程序中，又有较高级的申请； ③较高级的正在执行中断服 NMI中断 低 INTR中断 务程序中,又有较低级的申请； ④ 同级中断的同时申请处理
2018/10/5
4
例：有条件地从输入口取数
；设S_PORT为已定义的状态口地址 ；设D_PORT为已定义的数据口地址 (a) WAIT：IN AL,S_PORT ；取状态信息 TEST AL,80H ；若最高位＝1,为满足条件 JZ WAIT ；不满足条件，则循环等待 IN AL,D_PORT ；满足条件输入信息 (b) CHECK: IN TEST JZ IN DONE:RET AL,S_PORT ；取状态信息 WAIT CHECK
• 由开关可选的地址译码
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 “2－6”： 1 0 1 1 1 1 1 × × × —— 2F8H – 2FFH “4－8”： 1 1 1 1 1 1 1 × × × —— 3F8H – 3FFH
2018/10/5
AEN A3 A4 A5 A6 A7 A9 A8
在80386/486CPU中，内部中断及异常软件中断优 先级高，硬件中断优先级低。
2018/10/5 22
比较：中断控制与子程序调用 中断控制
程序进入方式 程序进入时刻 保护/恢复现场 保护/恢复断点 返回主程序指令 参数传递 外部随机请求
当前指令执行后
2018/10/5 18
向量中断，又称矢量中断。由中断源负责提供中 断服务程序入口地址的有关信息，即中断源通过 接口电路直接提供入口地址或中断源的标识码。 （3）中断向量表 在8086系统中，内存最低端的1K字节地址范 围内（从00000－003FFH），放置256个中断的中 断向量（入口地址），即称为中断向量表。每个 中断矢量在表中占据4个字节，地址较高的两个 字节放入口地址的段地址，地址较低的两个字节 放偏移地址。 中断向量表中的存储地址＝中断类型码n×4
20
用途 除法错误(保留) 调试异常(保留) NMI中断(保留) 单字节中断(保留) 溢出中断(保留) 数组边界检查
*:以上为部分已定义的中断类型，其余为操作系统或用户定义的中断类型。
• INTR中断响应过程
CPU接受请求后，进入中断响应总线周期： 1)在中断响应的总线周期中，CPU自动完成保护断 点、关中断 保护断点：(SP)←(SP)-2,((SS):(SP))←(FR) (SP)←(SP)-2,((SS):(SP))←(CS) (SP)←(SP)-2,((SS):(SP))←(IP) 关中断： (IF)←0 (TF)←0
1. 微机系统与外部设备进行数据交换常用的I/O方法√ ——程序直接传送/中断控制/DMA
2. I/O接口基本结构以及与内存编址方法√
3. 中断的基本概念√ ——中断源/向量中断/中断优先级/中断嵌套 ——中断请求与中断响应 4. 8086微机系统的中断结构√
——内部与外部中断/中断类型码/软件中断INT
2018/10/5 13
p.420 附录中关于中断的指令 ; (IF)←0，关中断，禁止INTR中断 ; (IF)←1，开中断，允许INTR中断 ; 中断返回(IP) ←((SS):(SP)), (CS)←((SS):(SP+2)), ; (FR)←((SS):(SP+4)), (SP)←((SP)+6) INT n ；软件中断指令 INTO ；溢出中断(＝ INT 4) INT ；单字节中断,也称断点中断(INT 3) …………………… CLI STI IRET
• 中断嵌套
– 对具有不同优先级中断源，在低级中断正在处理中， 又有高级中断请求的处理方式
2018/10/5 15
中断嵌套
嵌套：高优先级的中断 请求能打断正在处理 中的低级中断服务程 序；在较高级的中断 服务程序结束后，可 返回被打断的低级中 断服务程序，继续执 行。
优先级：＃1 < ＃2 < ＃3
取状态信息
取状态信息
满足条件否？
N
满足条件否？
N
AL,80H ;若最高位＝1,为满足条件 DONE ；不满足条件，则退出
Y
输入信息
Y
输入信息
AL,D_PORT;满足条件输入信息
(a) (b)
2018/10/5
5
2. 中断方式
• 中断的概念 －中断请求(Interrupt Request) －中断响应(Interrupt Acknowledge) 主程序
图6－12
2 6
4 8 11
6.3 80X86的中断系统
1. 80X86系统中断类别 • 中断——由外部事件(通过硬件产生)通 过CPU的NMI、INTR提出中断请求。 NMI： 非屏蔽中断，用于紧急处理。 INTR：可屏蔽中断，用于一般用户程序。 • 异常——386/486CPU在指令执行的内 部过程中，检测到不正常或非法的情况， 并由此要求进行相应的处理。
2018/10/5 19
图6-14
中断 类型码 0 1 2 3 4 5 …… n …… 255
2018/10/5
8086中断类型与中断向量(p.264)
RAM 类型0 CS:IP 类型1 CS:IP 类型2 CS:IP 类型3 CS:IP 类型4 CS:IP 类型5 CS:IP …… 类型n CS:IP …… 类型255 CS:IP 中断向量 存储地址(H) 00000 00004 00008 0000C 00010 00014 …… n×4 …… 003FC
第6章 输入输出方式及其中断处理
1. 2. 3. 4. I/O方式概论√ I/O接口基本结构及编址方式√ 80x86中断系统√ 可编程中断控制器8259A
存 储 器
地址总线 AB
CPU
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
数据总线 DB 控制总线 CB
2018/10/5
1
第6章知识点及教学要求
主 程 序
中断请求 1＃
1＃中 断服务 子程序
中断 响应 中断 响应
2＃中 断服务 子程序
3＃中 断服务 子程序
2＃
3＃
断点 IRET IRET IRET
2018/10/5
16
2、中断处理的一般过程 (1)中断处理流程图 (图6－13) (2)中断服务子程序结构 1）保护现场(类似于执行通用
子程序） 2）开中断（可选） 3）执行关于当前中断源或异常 处理所要求的I/O等程序操作 4）关中断（可选） 5）恢复现场 6）中断返回
2018/10/5
14
3）中断的控制功能 • CPU响应INTR中断的条件
– 外部有中断请求,且该中断请求没有被屏蔽 – CPU开中断，在当前指令结束后响应中断
• 中断响应、转向中断处理程序和中断返回
– 按矢量中断方式进行
• 中断优先级排队
– 对具有不同优先级中断源，发生同时请求中断的处 理方式，即，高优先级的先处理。
– 若地址值≦255，可直接寻址(寻址范围256个端口)； – 否则, 需经寄存器DX间接寻址(寻址范围64K个端口)
2018/10/5
ห้องสมุดไป่ตู้
3
1、程序直接传送方式
1）无条件传送 无条件：每次进行输入 / 输出之前，不需要查 询外设的状态(如，静态开关输入和LED显示输 出 )。 2）有条件传送 又称查询式传送，在每次输入/输出之前，先 要读取外设的状态，满足一定的条件才能进行 一次I/O操作。
N
取得下一条指令
p.263 是当前指令最图6-13
后一个T ?
Y N
INTR=1?
Y N
IF=1?
Flags入栈 清除IF、TF CS、IP入栈
取得中断向量并转向执 行用户中断处理程序
Y
CS、IP出栈 Flags出栈
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（3）中断响应
• NMI中断——CPU无法屏蔽，自动转向中断类型2处 理过程。 • INTR中断——CPU将产生两个中断响应的总线周期 (p.123)，自动保护断点(Flags入栈;IF和TF清 零;CS、IP入栈)，进行向量中断处理。 • 向量中断——在中断响应的总线周期中，中断源 的相应接口把中断类型码n放到CPU的DB上，n×4 即为中断向量在中断向量表中的存储地址。CPU转 向从中断向量表取得的中断向量(即，中断服务程 序首地址)，并进入相应的中断服务子程序执行过 程。
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1、I/O接口电路的基本结构
从编程角度看，接口内部主要包括一个或多个
CPU可以进行读/写操作的寄存器，又称为I/O端口。
各I/O端口由端口地址区分。
AB
C P U
DB
地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
I/O端口1
外
I/O端口2
CB
I/O端口3
设
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2、I/O接口电路编址方式
中断请求 INTR
中断源
中断服务程序1
IRET
断点 使用堆栈 保护断点
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中断请求 INTR
中断服务程序2
IRET
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3. DMA方式(直接存储器存取方式)
• 当外设的速度相对很高，且一次传送的数据量 很大时，中断方式的效率就很低。例如，对磁 盘的读写操作，一般的文件都有几十K，几百K， 甚至几兆，通过 DMA 方式利用专门的接口控制 电路，在存储器与高速的外设之间进行大量的 数据交换，而不需要CPU的参与。 • DMA控制器－DMAC，除了具有一般接口的特点 外，CPU可以通过对DMAC相应端口的读/写操作 来控制DMA的工作方式；DMAC在得到总线控制 权后，能够像CPU一样提供相应的控制信号来 控制系统总线，从而实现外设与内存之间高速 大量的数据传输。一般接口电路不具备控制总 线的能力。
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• 8086中断
1) 外 部 中 断 ： 由 外 部 硬 件 引 起 的 中 断 。 8086 的中断系统，外部中断请求由非屏蔽 中断NMI和可屏蔽中断INTR两个引脚引入。 2) 内部中断： ①内部硬件中断：硬件出错，除数为 0 ，溢 出错误，单步中断，断点中断。 ②内部软件中断：以指令 INT n 调用的中断， n为中断类型码。实际上调用的是系统软件 （主要是操作系统）中的子程序。
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3、I/O接口地址译码方法
• 直接地址译码——用译码器及部分逻辑器件组成
图6－11
A5
A6 A7 A8 74LS138
A
B C G2B G2A G1
A9
AEN IOW
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 × × × ××
——中断向量及其在中断向量表中的存储地址 5. 中断控制器8259A组成原理与编程应用
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6.1 I/O方式概论
• (p.168) I/O指令： – 输入指令: IN AL,PORT IN AL,DX – 输出指令： OUT PORT,AL OUT DX,AL • PORT: 端口地址
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6.2 I/O接口基本结构及编址方式
• 关于I/O“接口”与“端口” I/O接口与CPU之间传送的信息有数据、状态和控制信号 等3大类。每个接口内部都包含有一定数量的寄存器， 用来存放三种不同信息。为了区分不同的寄存器 （REG），需要给每个REG分配一个地址号，这就类 似于给内存单元编址一样。 I/O接口内部可寻址的REG又称为端口。按接受和传送的 信息有分为数据端口（双向，输入缓冲，输出锁存）， 状态端口（一般只读），控制端口（一般只写）。 CPU对外设工作方式的控制和信息的交换最终都归结 为CPU通过IN/OUT指令对各个可寻址端口的读写操作。
（1）统一编址：存储器（内存）与I/O端口的编 址占用同一个地址空间。特点是所有对内存操 作的指令对 I/O 端口同样有效，指令丰富，但 会损失一部分的内存空间。 （2）独立编址：内存与I/O端口对应不同的地址 空间。对I/O端口有专门的指令。缺点是对I/O 端口操作的指令不及统一编址时丰富（例如， 8086/8088中对I/O端口就只有最基本的输入输 出指令），但能最大程度地满足存储空间的寻 址范围。
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（4）中断的优先权（Priority）
优先权的管理原则 所谓优先权就是当有多个中断申请 时，根据轻重缓急，规定一个中断响应的次序。优先 权管理原则主要处理下面几个问题： 8086中断优先级 ①不同优先级级中断源同时 优先级 中断/异常 申请中断； ②较低级的正在执行中断服务 内部中断及异常 高 软件中断 程序中，又有较高级的申请； ③较高级的正在执行中断服 NMI中断 低 INTR中断 务程序中,又有较低级的申请； ④ 同级中断的同时申请处理
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例：有条件地从输入口取数
；设S_PORT为已定义的状态口地址 ；设D_PORT为已定义的数据口地址 (a) WAIT：IN AL,S_PORT ；取状态信息 TEST AL,80H ；若最高位＝1,为满足条件 JZ WAIT ；不满足条件，则循环等待 IN AL,D_PORT ；满足条件输入信息 (b) CHECK: IN TEST JZ IN DONE:RET AL,S_PORT ；取状态信息 WAIT CHECK
• 由开关可选的地址译码
A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 “2－6”： 1 0 1 1 1 1 1 × × × —— 2F8H – 2FFH “4－8”： 1 1 1 1 1 1 1 × × × —— 3F8H – 3FFH
2018/10/5
AEN A3 A4 A5 A6 A7 A9 A8
在80386/486CPU中，内部中断及异常软件中断优 先级高，硬件中断优先级低。
2018/10/5 22
比较：中断控制与子程序调用 中断控制
程序进入方式 程序进入时刻 保护/恢复现场 保护/恢复断点 返回主程序指令 参数传递 外部随机请求
当前指令执行后
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向量中断，又称矢量中断。由中断源负责提供中 断服务程序入口地址的有关信息，即中断源通过 接口电路直接提供入口地址或中断源的标识码。 （3）中断向量表 在8086系统中，内存最低端的1K字节地址范 围内（从00000－003FFH），放置256个中断的中 断向量（入口地址），即称为中断向量表。每个 中断矢量在表中占据4个字节，地址较高的两个 字节放入口地址的段地址，地址较低的两个字节 放偏移地址。 中断向量表中的存储地址＝中断类型码n×4
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用途 除法错误(保留) 调试异常(保留) NMI中断(保留) 单字节中断(保留) 溢出中断(保留) 数组边界检查
*:以上为部分已定义的中断类型，其余为操作系统或用户定义的中断类型。
• INTR中断响应过程
CPU接受请求后，进入中断响应总线周期： 1)在中断响应的总线周期中，CPU自动完成保护断 点、关中断 保护断点：(SP)←(SP)-2,((SS):(SP))←(FR) (SP)←(SP)-2,((SS):(SP))←(CS) (SP)←(SP)-2,((SS):(SP))←(IP) 关中断： (IF)←0 (TF)←0
1. 微机系统与外部设备进行数据交换常用的I/O方法√ ——程序直接传送/中断控制/DMA
2. I/O接口基本结构以及与内存编址方法√
3. 中断的基本概念√ ——中断源/向量中断/中断优先级/中断嵌套 ——中断请求与中断响应 4. 8086微机系统的中断结构√
——内部与外部中断/中断类型码/软件中断INT
2018/10/5 13
p.420 附录中关于中断的指令 ; (IF)←0，关中断，禁止INTR中断 ; (IF)←1，开中断，允许INTR中断 ; 中断返回(IP) ←((SS):(SP)), (CS)←((SS):(SP+2)), ; (FR)←((SS):(SP+4)), (SP)←((SP)+6) INT n ；软件中断指令 INTO ；溢出中断(＝ INT 4) INT ；单字节中断,也称断点中断(INT 3) …………………… CLI STI IRET
• 中断嵌套
– 对具有不同优先级中断源，在低级中断正在处理中， 又有高级中断请求的处理方式
2018/10/5 15
中断嵌套
嵌套：高优先级的中断 请求能打断正在处理 中的低级中断服务程 序；在较高级的中断 服务程序结束后，可 返回被打断的低级中 断服务程序，继续执 行。
优先级：＃1 < ＃2 < ＃3
取状态信息
取状态信息
满足条件否？
N
满足条件否？
N
AL,80H ;若最高位＝1,为满足条件 DONE ；不满足条件，则退出
Y
输入信息
Y
输入信息
AL,D_PORT;满足条件输入信息
(a) (b)
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2. 中断方式
• 中断的概念 －中断请求(Interrupt Request) －中断响应(Interrupt Acknowledge) 主程序
图6－12
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6.3 80X86的中断系统
1. 80X86系统中断类别 • 中断——由外部事件(通过硬件产生)通 过CPU的NMI、INTR提出中断请求。 NMI： 非屏蔽中断，用于紧急处理。 INTR：可屏蔽中断，用于一般用户程序。 • 异常——386/486CPU在指令执行的内 部过程中，检测到不正常或非法的情况， 并由此要求进行相应的处理。
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图6-14
中断 类型码 0 1 2 3 4 5 …… n …… 255
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8086中断类型与中断向量(p.264)
RAM 类型0 CS:IP 类型1 CS:IP 类型2 CS:IP 类型3 CS:IP 类型4 CS:IP 类型5 CS:IP …… 类型n CS:IP …… 类型255 CS:IP 中断向量 存储地址(H) 00000 00004 00008 0000C 00010 00014 …… n×4 …… 003FC
第6章 输入输出方式及其中断处理
1. 2. 3. 4. I/O方式概论√ I/O接口基本结构及编址方式√ 80x86中断系统√ 可编程中断控制器8259A
存 储 器
地址总线 AB
CPU
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
数据总线 DB 控制总线 CB
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第6章知识点及教学要求
主 程 序
中断请求 1＃
1＃中 断服务 子程序
中断 响应 中断 响应
2＃中 断服务 子程序
3＃中 断服务 子程序
2＃
3＃
断点 IRET IRET IRET
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2、中断处理的一般过程 (1)中断处理流程图 (图6－13) (2)中断服务子程序结构 1）保护现场(类似于执行通用
子程序） 2）开中断（可选） 3）执行关于当前中断源或异常 处理所要求的I/O等程序操作 4）关中断（可选） 5）恢复现场 6）中断返回
2018/10/5
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3）中断的控制功能 • CPU响应INTR中断的条件
– 外部有中断请求,且该中断请求没有被屏蔽 – CPU开中断，在当前指令结束后响应中断
• 中断响应、转向中断处理程序和中断返回
– 按矢量中断方式进行
• 中断优先级排队
– 对具有不同优先级中断源，发生同时请求中断的处 理方式，即，高优先级的先处理。
– 若地址值≦255，可直接寻址(寻址范围256个端口)； – 否则, 需经寄存器DX间接寻址(寻址范围64K个端口)
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ห้องสมุดไป่ตู้
3
1、程序直接传送方式
1）无条件传送 无条件：每次进行输入 / 输出之前，不需要查 询外设的状态(如，静态开关输入和LED显示输 出 )。 2）有条件传送 又称查询式传送，在每次输入/输出之前，先 要读取外设的状态，满足一定的条件才能进行 一次I/O操作。