中断的基本概念

3. 常见的中断源
1)．外部设备请求（输入/输出）中断：是 指系统中外设所发生的中断。
2). 数据通道中断：如DAM操作等（磁带、 磁盘）；
3)．实时请求中断：实时中断用于实时系 统中，在工业控制中经常使用。
4)．故障请求中断：与机器硬件错误有关 的中断系统称谓硬件故障中断。
5)．程序性中断：与用户程序错误有关的 中断，统称为程序性中断。
n号设备接口
I/O DATA BUS 图7.7 串行顺序链识别中断方法
7.1.4 中断嵌套
1．中断优先级：当CPU正在处理中断时， 能响应更高级别的中断请求，而屏蔽掉 同级或较低级别的中断请求。
2．单级中断处理:单级中断处理不允许其 他设备再中断CPU的程序。
3. 多级中断处理（中断嵌套）：多级中断 处理允许优先级高的中断打断优先级低 的中断服务程序。
Y
IRQ3 的服务程序
恢复现场 中断返回
图7.5 程序查询识别中断方法
二、硬件查询确定优先级
中断请求信号
CPU 中断响应信号
外调 A
允许 中断 接收 请求
外设 B
外设 C
允许 中断 接收 请求
允许 中断 接收 请求
图7.6 排队链优先权的控制方法
中断请求 IRQ
POL1号设备接口 2号设备接口 CPU SYN
（3）中断类型号32~255（224个）为用户使 用的中断指针，占用0080H~03FFH的896 个字节，它可由用户指定。
表7-1 IBM PC／XT机的中断类型号的安排（一）
中断向量表的初始化
方法一：采用DOS系统功能调用。即INT 21H的25H号功能调用。
方法二：将中断服务程序的入口地址直接 装入中断向量表中。
• 当有多个中断源同时请求时，CPU就要识别出 是哪些中断源有中断请求，辨别和比较它们的 优先权（Priority），先响应优先权级别最高 的中断申请。另外，当CPU正在处理中断时， 也要能响应更高级的中断申请，而屏蔽掉同级 或较低级的中断请求。
• 要判别和确定各个中断源的中断优先权，可以 用软件和硬件两种方法。
7.2 8086/8088的中断系统 7.2.1 外部中断 7.2.2 内部中断 7.2.3 中断向量表 7.2.4 中断过程
7.2 8086/8088的中断系统
8086/8088CPU的中断结构体系
内部中断
8086/8088 CPU
单步 （ TF=1 ）
中
除法出错
断
INT O 溢出
逻
辑 INT 3 断点
用户可用 中断向量 （224 个）
系统保留 中断向量 （27 个）
专用 中断向量 （5 个）
003 FFH 003 FCH
255 号向量 ∶
00080H 0007CH
32 号向量 31 号向量
∶
00014H 00012H
5 号向量 4 号向量 (溢出 )
0000CH
3 号向量
00008H
2 号向量（非屏蔽）
2）CPU不执行中断响应总线周期INTA。
3）除单步中断外，其他内部中断的优先级都比外 部中断的要高，都不能被屏蔽（禁止）。
4）单步中断的优先级是所有中断里最低的，它可 以用陷阱标志位TF置0来屏蔽。
8086/8088CPU中断优先级
中断
除法出错，INT n，INT 0 （指令）（溢出）
NMI（外部不可屏蔽） INTR（外部可屏蔽）
7.1.1 中断的基本概念
一、中断和中断源
1. 中断的概念 所谓“中断” 是指在CPU正常运行程序时, 由于内、外部事件引起CPU暂时中止正在执 行的程序，转而去执行请求CPU暂时中止的 内、外部事件的服务程序，待该服务程序处 理完毕后返回到被中止的程序。
2. 中断源 引起中断的原因，或能发出中断请求的来源， 称为中断源。
单步中断
优先级 最高
最低
中断类型号
• 中断类型号：对每种中断都指定一个中 断类型号代码（中断类型号）。
• 中断类型号从0～255，每一个中断类型 号都可以与一个中断服务程序相对应。 中断服务程序存放在存储区域内，而中 断服务程序的起始地址（入口地址）放 在内存的中断向量表内。
7.2.3 中断向量表
此过程由欲提出中断的外部设备或内部 系统提出。当外部设备需要完成某种特 定的操作或者处理器系统内部出错时， 需要CPU进行处理，外部设备可以向 CPU提出中断申请，请求CPU进行处理。
中断响应
CPU给设备发出一个中断应答信号；当 外设提出的中断申请被CPU接收并认可 后，首先解决的是必须关中断，其次是 微处理器在处理中断、实现控制权的转 移前必须把当前程序状态保存起来，最 后是查找中断源，即查找提出中断请求 的是外围设备还是内部系统。
第七章 中断
7.1 概述
7.1.1 中断的基本概念 7.1.2 中断的处理过程 7.1.3 中断优先级 7.1.4 中断看套嵌套
7.2 8086/8088的中断系统
7.2.1 外部中断 7.2.2 内部中断 7.2.3 中断向量表 7.2.4 中断过程
7.3 可编程中断控制器8259A
7.3.1 8259A的内部结构与功能 7.3.2 8259A的初始化命令字及其编程 7.3.3 8259A的操作命令字及其编程 7.3.4 8259A的应用举例
二、中断系统功能
中断系统应具有如下功能： （1）实现中断及返回的功能 （2）能实现优先权排队的功能 （3）高级中断源能中断(打断)低级的中断处理的
功能。 为满足上述中断要求，中断系统应具有的功 能可归结为中断处理和中断控制。 1. 中断处理 包括中断请求、响应中断请求、中断处理与 中断返回。 2. 中断控制 主要是实现中断优先级的排队和中断嵌套。
7.2.4 中断过程
• 8086/8088中断处理过程:
1）将中断类型码乘4，指向中断向量表中的中 断处理子程序的入口地址。
2）保存CPU的状态。 3）清除CPU内部标志寄存器中的IF（中断允许
标志位）和TF（陷阱标志位）的状态标志。 4）保存原来执行的主程序的中断点。 5）转中断处理子程序入口地址。 6）执行中断处理子程序。 7）返回到被中断了的主程序的断点继续执行。
现场保护
为了确保在中断完成之后，程序能正确 地返回到原来的断点处，继续执行原程 序的下一条指令，必须对断点处的各种 数据进行现场保护，主要是标志寄存器 和CS、IP的值，我们可以将其压入堆栈 中，利用堆栈来进行保护。同时还要清 除中断标志IF和TF，关闭中断。
执行中断服务程序
根据中断类型号N，可以在中断向量表中 查出要执行中断服务程序的入口地址， 从而执行相应的中断处理程序，该程序 可以是用户自己编写的程序，也可以是 系统提供的程序。
• 中断向量表（又称中断指针表）：是存放中断 服务程序入口地址（即“中断向量”）的表格。 是中断类型号与它相应的中断服务程序入口地 址之间的转换表。
• 它存放在存储器的最低端，共1024个字节，每 4个字节存放一个中断服务程序入口地址（一 共可存放256个中断服务程序的入口地址）。
• 较高的两个字节存放中断服务程序入口的段地 址，较低的两个字节存放中断服务程序入口的 段内偏移量地址，这4个单元的最低地址称为 向量地址，其值对应中断类型码乘4。
(1).查询中断 主要采用软件查询,用程序查询在中断线上的每一个外设,依次读出每个 外设的中断状态来判断是哪个外设发出中断请求。如图7.4所示 (2).向量中断 又称矢量中断,在具有向量中断的微机系统中,每个外设都预先指定一个 中断向量,当CPU识别出某个外设请求中断并予以响应时,控制逻辑就依 次将外设的中断向量送入CPU,以自动地提供相应的中断服务程序的入 口地址,转入中断服务。用向量中断来确定中断源主要是用硬件实现的。
1 号向量（单步）
00004H
00000H
0 号向量（除法错）
CS IP
16 位
图7.12 中断向量表示意图
中断向量表由三部分组成，如图7.12所示。
（1）中断类型号0~4（5个）为专用中断指 针，占用0000H~0013H的20个字节，并且 用户不能对其修改。
（2）中断类型号5~13（27个）为保留中断 指针，占用0013H~007FH的108个字节， 这是Intel公司保留的中断指针，用户不应 使用。
中断响应：CPU给设备发出一个中断应答 信号；（INTA）
现场保护：保护执行中断服务程序前的各 种信息；
执行中断服务程序：完成特定的操作；
中断返回:退出中断服务程序,恢复现场。 微机中断过程如图7.1所示。
中断 请求
原 程 序
中断
中断处理程序 CPU 响应中断
中断返回
图7.1 中断过程示意图
中Hale Waihona Puke 请求恢复现场在中断处理程序完成后，应当对现场进 行恢复。此时可以将保存在堆栈中的内 容弹出，即按照“后进先出”的原则将 相应的值弹出到原来的寄存器中，从而 恢复中断前的状态。
中断返回
任何一个中断都必须在中断服务程序的 末尾并在中断服务程序指令返回之强前 才重新开放中断。
二、CPU对中断的响应
1.关中断 2.保护断点 3.识别中断源
4.保护现场 5.执行中断服务程序 6.恢复现场 7.开中断与返回
中断入口 保护现场，读中断位状态
Y 是 A 设备
N
是 B 设备
Y
N
是 C 设备
Y
N
出错出口
A 中断服务程序 B 中断服务程序 C 中断服务程序
恢复现场
图7.4 软件查询方法流程图
开中断，返回
7.1.3 中断优先级
1．优先权概念
根据中断源提出中断申请的轻重缓急为每个中 断源确定了CPU对它们响应的优先权。CPU在 分配优先权时，一般是按照提出中断的外设的 速度和它们在微机系统中所处的地位来进行分 配的。
INT n 指令
外部中断
NMI 非屏蔽中断请求
INTR
8259A
可屏蔽中断请求
图7.11 8086/8088的中断源
7.2.1 外部中断
可分为：可屏蔽中断INTR和非屏蔽中断NMI
（1）可屏蔽中断INTR：是否响应INTR的请求，取决于中断 允许标志位IF的状态。
可屏蔽中断请求线通常由Intel8259A提供，该Intel8259A又与需要中断 服务的设备相连，并能判断是某个提出的中断的设备的优先级高低。 CPU对INTR中断请求的响应过程是执行两个INTA（中断响应）周期。 INTR信号高电平有效，CPU将根据中断允许标志IF的状态而采取不同 的措施。注意：CPU并不锁存INTR信号，因此INTR信号必须具有保持 有效状态的功能。
CLK ALE LOCK INTA AD7-AD0
第一个中断应答周期
空闲状态 （8088无）
第二个中断应答周期 向量类型
7.2.2 内部中断
内部中断是通过软件调用的不可屏蔽中断，包括： 溢出中断、除法出错中断、单步中断、INT n指 令中断以及断点中断INT3。
内部中断的特点是：
1）是指令中指定的，或隐含的，或是预定的。
本章学习目标
• 掌握有关中断的基本概念、中断优先级、 中断嵌套、中断屏蔽、中断向量等基本 概念。
• 了解8086/8088中断系统中的中断源分类、 系统结构。
• 掌握可编程中断控制器8259A的功能、 内部结构、工作方式及初始化命令和操 作命令的定义、使用方法，服务程序的 基本编写方法。
7.1 概述 7.1.1 中断的基本概念 7.1.2 中断的处理过程 7.1.3 中断优先级 7.1.4 中断嵌套
• 不可屏蔽中断：凡是微处理器内部不能“屏蔽” 的中断，称为不可屏蔽中断。
• 屏蔽：所谓“屏蔽”是指微处理器拒绝响应中断 请求信号，不允许打断微处理器所执行的主程序。 这通常是由内部触发器（或中断允许触发器）来 控制的。
7.1.2 中断的处理过程
微型计算机系统的中断过程大致分为：
中断请求：由需要提供中断服务程序的设 备提出；（CPU引脚INTR上的请求）
三、中断的主要用途
计算机采用中断控制技术主要用在以下三 个方面：
（1）故障处理 （2）分时操作 （3）实时处理
四、可屏蔽中断和不可屏蔽中断
• 根据微处理器内部受理中断请求的情况，中断可 分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。
• 可屏蔽中断：凡是微处理器内部能够“屏蔽”的 中断，称为可屏蔽中断。(IF=0时屏蔽外部中断）
• 软件采用查询技术。当CPU响应中断后，就用 软件查询以确定是哪些外设申请中断，并判断 它们的优先权。
一、软件查询确定中断优先级
中断处理入口
保护现场
检查 IRQ1 的中断状态是否为“1”
N
检查 IRQ2 的中断状态是否为“1”
N
检查 IRQ3 的中断状态是否为“1”
N
Y
IRQ1 的服务程序
Y
IRQ2 的服务程序