第8章 中断系统

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一、中断结构
8086最多能处理256种不同的中断类型; 1.中断源类型 外部中断: 来自CPU外的中断请求 通过NMI和INTR引入CPU 内部中断: 软中断——CPU执行软件中断 指令 INT n 内部硬件中断——系统运行程序时, 硬件出错或某些特殊事件发生 引起的中断。
非屏蔽中断请求 NMI 中断逻辑 8259A 可屏蔽 中断请求
不同的机器,中断响应周期的功能基本相同,但具体实现部完全相 同。 中断响应流程图
执行命令 N INTR=1 Y 如果 TF ‘0’ ‘0’ 一般由处理器 自动完成
保护断点 CS: IP 压栈 PSW 压栈 中断服务程序首 地址 CS:IP
三、中断处理和中断返回
当处理器响应中断,处理器将程序转移到中断服务程序的首 地址后,执行用户编写的中断处理程序,处理后再返回原程序。 中断处理程序一般由四部分组成: 保护现场 中断服务恢复现场 中断返回,
处理器
D7−0
D7 D6 INT0 INT1
INT0
INT7
中断处理
INTR
中断 响应
INTA
港口
… …
D0
… …
… …
INT7
在 AL 中,
排队,识别 INTR 转入相应的中断服务程序
INT0 其中。从高到低?$
INT1 … INT7

查询处理流程:
中断处理程序 保护现场 在 AL 中,港口 INT0 INT1 优先权 寄存器 INT0 服务 INT1 服务
8-1 概述
一、中断的提出(中断)
矛盾:高速处理器(我们)与外设慢速( ms )之间的矛盾。 如输入/输出接口章节如述: 同步方式——对外设工作过程要了解,时间固定,要求 处理器与外设同步工作。 异步方式-- 时,外设的处理器与外设之间采用应答式输入/ 输出。 出自时,外设要空;处理器总是踏步的要准备 好; 查询外设状态。 两种情况下,处理器运行时间极大浪费,工作效率低。
第8章 中断系统
8-1 8-2 8-3 8-4 8-5 概述 中断的处理过程 多中断源的中断系统 8086/8088的中断系统 8086/8088的中断系统 可编程中断控制器8259A 可编程中断控制器8259A PIC
本章学习重点 ① 有关中断的很多概念 ② 8086 中断系统的特点、功能 ③ 中断接口设计方法
解决办法: 一方面设法提高外设的工作速度; 另一方面计算机系统就发展了中断概念
设想: 外设主动提出请求 处理器响应处理。
二、中断概念
中断-- 处理器在执行现行程序过程中,当出现某些异常事情或某种外部请求时, 处理机中止执行现行程序,转而执行对异常事件或某种外设请求的处理操作 一旦处理完毕,处理器自动返回到被暂时中断的程序,接着往下执行正常程 序。这一过程叫做中断,也称程序中断。
原程序
INT1 中断处理程序 响应 INT0
INTHale Waihona Puke Baidu 中断处理程序

INT1 INT0
……
③处理某一中断过程中,若出现低级或同级中断请求,则必须等 当前中断处理完后,才予以响应。 ④同级中断同时请求时,按预先规定的次序逐一处理。

中断返回
IRTE
中断返回
二、中断源识别和优先权确定
要识别去哪些中断源有请求及其优先权,可以用软件和硬件两 种方法实现。 1.软件处理法(软件查询) 由用户通过编程查询解决中断源识别,按先前确定的中断源 的优先级次序进行查询。
控制
IMR
中断屏蔽 寄存器
IRR
中断请求

由程序控制 1 2 n
中断源
1 )中断源的识别 记录下不同来源的中断请求信号( D 触发器构成 IRR ) 2 )处理器及时查询到中断请求 一般在程序运行中,每执行完一条指令或开始取下条指令前, 处理器要检测有无中断请求。 3 )中断请求的优先权排队 当同时出现多个中断请求时,要根据优先权选出最紧急的予 以响应。 4 )中断的多级嵌套 在执行低优先级中断的服务程序时,允许高优先级中断请求。 5 )中断服务程序入口地址的形成 不同的中断源对应不同的中断服务例程,处理器一旦响应中 断,中断系统必须能够形成中断服务程序入口地址。 6 )中断屏蔽 在执行程序的某些阶段,有时不允许响应某些中断处理器。
现行程序 中断处理程序

中断 请求
处理器响应中断
。 。 …

中断返回
:中断过程
程序

三、中断功能的作用
1.并行操作(外设与处理器) 当外设准备好后,发中断请求处理器响应执行输入/输出。外 设与处理器并行工作。提高了处理器的利用率。。 2.实现实时处理 现场某参数异常时,向处理器发出中断请求处理信号,处理器 可实现实时处理。 3.故障紧急处理。 计算机在运行过程中,往往会出现预料不到的情况如电源掉电, 运算溢出,硬件故障等等。利用中断技术处理器可自行处理。
例如:一个系统的优先级
0 1 2 3 4 5 6 7
电源故 KEY B 障 高
PRN
磁盘
磁带
CTR
低带 输入 低
低带输 出
处理器对各中断级处理的一般原则:( 4 条原则) ①不同级的中断同时发生时,先高后低; ②允许多重中断或中断嵌套: 处理器正在处理低级中断时,又出现了高级别中断请求,应 立即暂停低级中断处理程序去响应高优先级请求,等处理完高级 中断后,再返回接着处理低级中断处理程序。
8086,通常可屏蔽中断通过8529A PIC中断控制器进行优先权控制 后,由8259A向CPU的INTR发请求信号;同时向CPU送相应的 中断标识码(中断类型码) ②由NMI(NON-Maskable INTERRUPT)请求的中断称为非屏蔽 中断(或不可屏蔽中断) 它不受IF控制 处理应急事件,电源掉电 (2)内部中断(都属于非屏蔽中断) 软中断 INT n ;中断指令 内部硬件中断 除数为0 运算溢出 单步中断
执行指令 中断请求? 中断响应 保护现场 中断服务程序 恢复现场 中断返回 执行下条指令 中断处理和中断返回
中断处理流程图
8-3 多中断源的中断系统
一、中断优先权 (优先)
多个中断源,系统计算时,已规定了不同级别中断请求线。 如 8086- CPU NMI 高 INTR 低 当多个请求同时出现,共用一条中断请求时,如何处理? 处理器应 为哪个中断源服务。 优先权——把多个中断源按轻重缓急的级别从高到低进行排队,这 些高低级别称为‘中断优先权’ 排队原则:①故障或正常中断 ②快速外设或慢速外设 ③输入或输出
应能够在程序执行下,禁止某些中断,即“屏蔽”当不需屏蔽时, 应能及时撤消。。 7 )中断响应及返回 处理器每次响应中断请求,都将中止执行现行程序,转去执行相 应的中断服务程序为了在执行中断处理程序后能正确地返回中止 地址,要求在转入中断处理前,保留现场(PSW. Ri ) 在中断返回时,要恢复这些现场,利用堆栈。 3.中断控制系统的基本结构 实现上述功能的中断控制系统,既有硬件,也有软件,两者功 能要紧密配合,不能分离。 假定采用向量中断方式。
INT0
INT7
中断 请求 寄存器 IRR
INTR
中断 屏蔽 寄存器 IMR
五、一般中断系统结构回顾
P5 一般结构框图
问题:矢量中断和中断矢量的定义及区别?

… …
IMR 一般由软件设置。 当 INT7 =‘0’,屏蔽 INT0 当 INT6 =‘0’,屏蔽 INT1
… … …
8-4 8086/8088的中断系统

… …
INTn
处理器
外设 提供 中断 类型号
处理器 D7 INTR
……
INT 单线中断 多级中断 矢量中断
NMI INTR
8086
INTA
提供 中断 类型码
8259 A
8-2 中断的处理过程
一般分为以下几步: 中断请求 中断响应 中断处理 中断返回
一、中断请求(以外设中断为例)
当外部设备需中断服务时,经接口电路向处理器发出中断请求 信号 INT。 8086/8088 处理器的输入 INTR 引脚。



优点:硬件简单,程序按优先级高低查询,层次分明; 缺点:当查询费时,到转移到相应服务程序时间长; 应用场合:中断源较少,实时要求不太高。 2.硬件排队 用硬件电路对中断源实现优先权排队,并将程序引导到相应的 中断处理程序入口。 ( 1 )链式优先权排队电路 # # #
0 设备
控制
1 设备
7
控制信号
四、中断系统及其结构
1.中断系统 实现中断控制过程所需的硬件和软件系统称为中断系统它属 于计算机结构设计方向的内容。(随不同计算机而异,但以下为 共性)。
2.中断系统的基本要求 中断控制逻辑一般结构框图
INTR CPU CS:IP INT 触发器
中断向量 地址
中断向量形成 线路
优先逻辑
IEN 禁止/ 开放 中断 (由程序执行)
查询程序
( 1 )移位法: XOR AL,AL 在AL,移植 RCL AL,1 JC INT0SER RCL AL,1 JC INT1SEA
INT7 出错 恢复现场 中断返回
INT7 服务
( 2 )屏蔽法 在 AL 中,港口 及 AL,80 H JNZ INT0SEA 在 AL 中,港口 及 AL,40 H JNZ INT1SEA
CPU INTR
Q
C
READY(来自外设) +5 V
D
INTA
R
D触发器
D7 −0 缓冲器 外设 中断 矢量 不同外设 应提供不同 中断矢量
过程:
INTR
INTA =‘0’
清INTR CPU读该中断 请求对应的中断 矢量
根据中断矢量 CPU自动转入 服务程序入口
四、中断屏蔽(INTERRUPT MASK)
二、中断响应
cpu 在执行指令的最后时刻检查 INTR= ‘ 1', 若 INTR=‘1',且 IEN=‘1'( 处理器允许中断) ,则处理器进入中断响应周期。 即如果=‘ 1' 1)发中断响应信号 INTA = ‘ 0 ’。 INTA CPU引脚 2 )关中断( CLI ) 处理器一旦响应中断,立即清如果和 TF 是为了防止在中断 响应。
过程中或进入中断服务程序前受到其它中断源的干扰(在刚转入中 断处理而尚未开始正式执行中断服务程序本身之间)可能影响别 的中断请求,而打乱整个程序。。 ( 3 )保护处理器的现行状态(断点地址和 PSW )推 保护断点: 将处理器响应中断前指令指针 IP 和代码段 RCS 的内容(下 条指令地址)压入堆栈。 保护 PSW : 程序状态字是现行程序运行结果产生的状态标志和控制标志。 这样,保证当中断处理程序执行完后能正确返回原程序。 ( 4 )自动将程序控制转移到中断请求对应的中断服务程序的首地 址。 中断服务程序第一条指令段地址 CS 偏移地址 IP 上述四步由处理器自动完成
五、微处理器的中断技术
计算机中断处理功能的强弱,是反映计算机系统性能好坏的重要 指标。
通常有下列三种中断技术:
INT1
INTR 处理器
INT1
INTR1
D0
INTn INTn
8086/8086 处理器中断系统: 将多级中断与矢量中断相结合 中断请求线= 条 NMI-- 非屏蔽中断 INTR-- 可屏蔽中断 INTA ——中断响应
软中断 INT n
断点 中断 INT
除法 出错 中断
溢出 中断 INT0
单步 中断 TF=1
(1)外部中断 由外部硬件中断源引起的中断 INTR和NMI ①由INTR信号线请求的中断称为可屏蔽中断 它受PSW中的IF标志影响和控制: IF=1 允许中断 (STI 置 1),CPU响应中断 IF=0 允许中断 (CLI 置 0),CPU不响应中断
设备 中断矢量控制

至下一设备
INTA
INTR

INT0
INT1
向处理器申请中断
INT7
( 2 )用硬件编码器和比较器的优先权排队电路

8214 8:3
A2 A1 A0
优先权 编码器
INT0 INT1 INT7

去处理器 INTR
一>B
B2 B1 B0
+5 V 中断矢量 去处理器 D7−0 三 态 缓 冲 器
现行 优先 权寄 存器
INTA
来自处理器
3.软硬比较 软: 省硬件,询问次序即是优先权次序,响应时间长; 硬:响应快,硬件复杂。
三、矢量中断(向量中断)
到现在为止,当INTR=‘1,' 有中断申请时,处理器在执行指 令的最后,检测到 INTR 有效后,如何转入对应的中断服务例程 的入口? 1.定义:请求中断的外设获得批准后,由外设中断借口逻辑电路引 导处理机自动的转入相应的服务程序这种中断源引导处理机进入 中断服务程序的中断过程叫矢量中断。(向量中断)。
2、中断矢量表(中断向量表)
亦称中断指针表
8086/8088中,每一个外部或内部中断都有一个确定的8位中 断类型码。 28 =256个类型码。 在内存00000H—003FFH共1K单元,按中断类型号(0-255)顺 序存放256种中断源对应的中断处理程序首地址。
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