微机原理与接口技术 周荷琴第五版课件 微型计算机的中断系统
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9
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级
当系统中有多个设备提出中断请求时，就有一个该响应谁的 问题，也就是一个优先级的问题，解决优先级的问题一般可有 三种方法：软件查询法、简单硬件方法及专用硬件方法。
10
软件查询方法
只需有简单的硬件电路，如将A、B、C三台设备的中断请求信 号“或”后作为系统INTR，这时，A、B、C三台设备中只要至少 有一台设备提出中断请求，都可以向CPU发中断请求。进入中断 服务子程序后，再用软件查询的方式分别对不同的设备的服务， 查询程序的设计思想同查询式，查询的前后顺序就给出了设备的 优先级。
微型计算机原理及其应用
——第七章：微型计算机的中断系统
1
第七章：微型计算机的中断系统
1.中断的概念及处理过程 2.8086中断系统 3.中断控制器8259A
2
第七章：微型计算机的中断系统
1. 中断的概念及处理过程 2. 8086中断系统 3. 中断控制器8259A
3
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 什么是中断？
8086中断系统中的中断向量表是位于0段的0～3FFFH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。
11
软件查询方法
12
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级——简单硬件方法 将所有的设备连成一条链，靠近CPU的设备优 先级最高，越远的设备优先级别越低，则发出中 断响应信号，若级别高的设备发出了中断请求， 在它接到中断响应信号的同时，封锁其后的较低 级设备使得它们的中断请求不能响应，只有等它 的中断服务结束以后才开放，允许为低级的设备 服务。
34
硬件查询优先方式——菊花链法
35
矢量中断优先级
36
中断嵌套
37
第七章：微型计算机的中断系统
1. 中断的概念及处理过程 2. 8086中断系统 3. 中断控制器8259A
38
第七章：微型计算机的中断系统——中断控制器8059A 8259A性能概述
23
第七章：微型计算机的中断系统
1. 中断的概念及处理过程 2. 8086中断系统 3. 中断控制器8259A
24
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断分类及中断类型码
中断源可以分为两大类，即外部(硬件)中断和内部(软件)中断。 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：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。 不可屏蔽中断：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。 可屏蔽中断：由INTR引脚引入，它受中断允许标志的影响，也就 是说，只有当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。 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。
26
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断分类及中断类型码
INT n指令 非屏蔽中断请求
中 断 逻 辑
NMI INTR 中 断 控 制 系 统
（ 8259A）
INT 3 指令
INTO 指令
单步 中断
除数为0 中断
。 。 。
可 屏 蔽 中 断 请 求
软件中断
硬件中断
27
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断分类及中断类型码
6
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断服务程序: 为中断请求源服务的子程序。
中断类型号：根据中断服务程序入口地址在中断向 量表中的位置编号，该编号即中断类型号。中断 向量表存储器由0000H开始每４个连续单元为１个 类型号，共256个类型号。 中断向量表：CPU响应中断后，必须由中断源提供地 址信息，引导程序进入中断服务子程序，这些中 断服务子程序的入口地址存放在中断向量表中。
中断类型码：8086为每个中断源分配了一个中断类型码，其取值范围为0～ 255，即可处理256种中断。其中包括软件中断，系统占用的中断以及开放给用 户使用的中断。 中 断 优 先 级 最 高
内中断（除法错，INTO，INT） 非屏蔽中断NMI 可屏蔽中断INTR
单步中断
最 低
中断类型码或者包含在指令中，或者预先规定； 所有内部中断和NMI中断都不执行INTA总线周期； 除单步中断外，任何内部中断都无法禁止且都比外部中断优先级高；
17
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断过程
中断处理和中断返回中的所有内容，也叫做中断服务程序。即：
18
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统
可屏蔽中断处理过程
19
20
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断响应过程
21
22
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断响应过程与时序
中断类型码5（保留）
系统保留中断
080H
用户自定义中断 3FFH
30
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断向量和中断向量表
00H：除法出错中断 01H: 单步中断 02H: NMI端引入的不可屏蔽中断 03H: 断点中断 04H：溢出中断 05H～31H：---系统使用中断，不容许用户修改 （08H ～ 0FH：8259A中断向量；10H～1FH：---BIOS用） 20H～3FH：---DOS用 40H～FFH：---用户用
中断方式提高了CPU的工作效率，但是它同时也提高了系统的硬 件开销。因为系统需增加含有中断功能接口电路，用来产生中断请 求信号。以输入方式为例，接口电路如图所示。
外设发STB→数据入锁存器，中断请求触发器置1→若没有屏蔽则产 生INTR→CPU满足条件(允许中断；指令执行完)发→(进入中断服务子 程序)读数据和地址→清中断请求触发器，数据送D0～D7。
13
简单硬件方法
14
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级——专用硬件方法
采用可编程的中断控制器芯片，如Intel8259A。
15
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断过程
是指中断请求、中断响应、中断处理、中断返回这四个过程。中 段请求、中断响应由硬件完成，中断处理、中断返回由软件完成。 中断请求 1）外部设备发中断请求的条件：当外设准备就绪或本身工作已经完 成时，才向CPU提出中断请求。 2）外部设备中断请求的标志：当外设要求和CPU进行数据交换时， 将中断请求信号送往中断请求触发器或中断控制器，经它们处理后， 向CPU发出中断请求。 中断响应 如果CPU处于开中断状态，经判优后响应其中最高优先级的中断 请求，关中断，将断点压入堆栈中（有的微机还将程序状态字和相 关寄存器的内容压入堆栈）保存，以备返回原程序，紧接着将相应 的中断处理程序入口地址或中断向量送CPU，转入中断服务程序。
7
中断响应：
中断请求何时发生是随机的。CPU在每条指 令的最后一个T周期去检测INTR引脚，CPU一旦 检测到有中断请求，在满足中断响应的条件下 （IF=1），CPU响应中断，向外设发INTA中断响 应信号。并保护断点（当前CS，IP和PSW值入 栈），然后转向中断服务程序。中断服务程序执 行完毕，CPU返回原执行程序的中断处，继续向 下执行，称为中断返回。
在CPU执行程序的过程中，由于某种突发事件的发生，强迫CPU暂 时停止正在执行的程序，转向对该突发事件进行处理，对这个事件 处理结束后又能回到原中止的程序,接着中止前的状态继续执行原来 的程序，这一个过程就称为中断。把引起中断的原因或触发中断请 求的来源称为中断源。
4
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断请求信号的产生
28
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断向量和中断向量表
中断向量：把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量；
中断向量表：将这些中断向量按一定的规律排列成一个表，就是所谓的中断向 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。
29
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断向量和中断向量表
000H 004H 008H 00CH 014H
· · · · · ·
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） 中断类型码3（断点中断） 中断类型码4（溢出中断）
8
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程
中断源：引起程序中断的事件称为中 断源。 8086中断源：外部中断源和内部中断 源,都包含于256个中断类型中； 内部中断源：中断指令 INT n引起的中 断；由CPU的某些运算错误引起的中断； 由调试程序debug设置的中断 外部中断源：外部硬件产生。分为不 可屏蔽中断（请求线NMI） 可屏蔽中 断（请求线 INTR）
25
第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 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
31
中断向量：中断服务程序的入口地址
中断向量的获取：
8086/8088 CPU根据中断类型号在中断向量表中取得。
中断向量表：中断服务程序的入口地址存放的区域
（也称中断矢量表）
中断类型号的获取：
1.中断指令INT n 中直接得到；
2.外部中断类型寄存器从DB输入。
32
8086/8088CPU中对应于256个中断类型的中断向量必须设 置于0000H至03FFH的1KB内存空间的中断向量表中。
16
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断过程
中断处理 保护现场。将在中断处理程序中使用的有关寄存器的内容压入堆栈 保护起来。在现场保护的过程中，绝对不允许被中断(应禁止中断), 否则现场将被破坏。当现场保护好后应开中断。 中断服务。即该中断所要执行的具体指令内容。 恢复现场。当中断服务结束后，应用中断结束命令清除中断标志， 立即关中断，以保证恢复现场的过程不受干扰。恢复现场就是把原 来压入堆栈的有关寄存器的内容弹出。现场恢复后应开中断，以便 CPU响应更高级的中断请求。 中断返回 将压入的断点地址弹出，保证被中断的程序按原来状态执行下去。
PA0 PA1 PA1 PA0 P0
Baidu Nhomakorabea
P1
中 断 服 务 程 序
PA255 PA255
P255
33
8086/8088 CPU中断优先级： 内中 最高 不可屏蔽中断 可屏蔽中断 单步中断 最低
可屏蔽中断优先级设定三种方式：
软件查询中断优先级 硬件查询优先级——菊花链 矢量中断优先级
多中断源的中断嵌套
① 进入中断处理程序时，系统自动关中断； 中断服务程序中必须有STI开中断指令允许其 它中断进入实现中断嵌套。 ② 中断结束返回前要有EOI中断结束命令，EOI结束 命令应放在中断返回指令 IRET前面。 RET
5
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级
中断优先级
（1）如果有多个不同优先级的中断源同时提出中断请求时， CPU应当先响应最高优先级的中断源。 （2）如果CPU正在对某一中断源服务时，比它优先级更高 的中断源提出中断请求时，CPU能够暂停正在执行的中断 服务程序转向对优先级高的中断源进行服务，当服务结束 后再返回原优先级较低的中断服务程序继续执行。 中断嵌套 正在运行的中断处理程序，被优先级高的中断源中断， 从而转入新的中断处理程序，当新的中断处理程序执行完 再回到原来的中断处理程序，这一现象称为中断嵌套。
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级
当系统中有多个设备提出中断请求时，就有一个该响应谁的 问题，也就是一个优先级的问题，解决优先级的问题一般可有 三种方法：软件查询法、简单硬件方法及专用硬件方法。
10
软件查询方法
只需有简单的硬件电路，如将A、B、C三台设备的中断请求信 号“或”后作为系统INTR，这时，A、B、C三台设备中只要至少 有一台设备提出中断请求，都可以向CPU发中断请求。进入中断 服务子程序后，再用软件查询的方式分别对不同的设备的服务， 查询程序的设计思想同查询式，查询的前后顺序就给出了设备的 优先级。
微型计算机原理及其应用
——第七章：微型计算机的中断系统
1
第七章：微型计算机的中断系统
1.中断的概念及处理过程 2.8086中断系统 3.中断控制器8259A
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第七章：微型计算机的中断系统
1. 中断的概念及处理过程 2. 8086中断系统 3. 中断控制器8259A
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第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 什么是中断？
8086中断系统中的中断向量表是位于0段的0～3FFFH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。
11
软件查询方法
12
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级——简单硬件方法 将所有的设备连成一条链，靠近CPU的设备优 先级最高，越远的设备优先级别越低，则发出中 断响应信号，若级别高的设备发出了中断请求， 在它接到中断响应信号的同时，封锁其后的较低 级设备使得它们的中断请求不能响应，只有等它 的中断服务结束以后才开放，允许为低级的设备 服务。
34
硬件查询优先方式——菊花链法
35
矢量中断优先级
36
中断嵌套
37
第七章：微型计算机的中断系统
1. 中断的概念及处理过程 2. 8086中断系统 3. 中断控制器8259A
38
第七章：微型计算机的中断系统——中断控制器8059A 8259A性能概述
23
第七章：微型计算机的中断系统
1. 中断的概念及处理过程 2. 8086中断系统 3. 中断控制器8259A
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断分类及中断类型码
中断源可以分为两大类，即外部(硬件)中断和内部(软件)中断。 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：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。 不可屏蔽中断：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。 可屏蔽中断：由INTR引脚引入，它受中断允许标志的影响，也就 是说，只有当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。 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。
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断分类及中断类型码
INT n指令 非屏蔽中断请求
中 断 逻 辑
NMI INTR 中 断 控 制 系 统
（ 8259A）
INT 3 指令
INTO 指令
单步 中断
除数为0 中断
。 。 。
可 屏 蔽 中 断 请 求
软件中断
硬件中断
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断分类及中断类型码
6
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断服务程序: 为中断请求源服务的子程序。
中断类型号：根据中断服务程序入口地址在中断向 量表中的位置编号，该编号即中断类型号。中断 向量表存储器由0000H开始每４个连续单元为１个 类型号，共256个类型号。 中断向量表：CPU响应中断后，必须由中断源提供地 址信息，引导程序进入中断服务子程序，这些中 断服务子程序的入口地址存放在中断向量表中。
中断类型码：8086为每个中断源分配了一个中断类型码，其取值范围为0～ 255，即可处理256种中断。其中包括软件中断，系统占用的中断以及开放给用 户使用的中断。 中 断 优 先 级 最 高
内中断（除法错，INTO，INT） 非屏蔽中断NMI 可屏蔽中断INTR
单步中断
最 低
中断类型码或者包含在指令中，或者预先规定； 所有内部中断和NMI中断都不执行INTA总线周期； 除单步中断外，任何内部中断都无法禁止且都比外部中断优先级高；
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第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断过程
中断处理和中断返回中的所有内容，也叫做中断服务程序。即：
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统
可屏蔽中断处理过程
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断响应过程
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断响应过程与时序
中断类型码5（保留）
系统保留中断
080H
用户自定义中断 3FFH
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断向量和中断向量表
00H：除法出错中断 01H: 单步中断 02H: NMI端引入的不可屏蔽中断 03H: 断点中断 04H：溢出中断 05H～31H：---系统使用中断，不容许用户修改 （08H ～ 0FH：8259A中断向量；10H～1FH：---BIOS用） 20H～3FH：---DOS用 40H～FFH：---用户用
中断方式提高了CPU的工作效率，但是它同时也提高了系统的硬 件开销。因为系统需增加含有中断功能接口电路，用来产生中断请 求信号。以输入方式为例，接口电路如图所示。
外设发STB→数据入锁存器，中断请求触发器置1→若没有屏蔽则产 生INTR→CPU满足条件(允许中断；指令执行完)发→(进入中断服务子 程序)读数据和地址→清中断请求触发器，数据送D0～D7。
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简单硬件方法
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第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级——专用硬件方法
采用可编程的中断控制器芯片，如Intel8259A。
15
第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断过程
是指中断请求、中断响应、中断处理、中断返回这四个过程。中 段请求、中断响应由硬件完成，中断处理、中断返回由软件完成。 中断请求 1）外部设备发中断请求的条件：当外设准备就绪或本身工作已经完 成时，才向CPU提出中断请求。 2）外部设备中断请求的标志：当外设要求和CPU进行数据交换时， 将中断请求信号送往中断请求触发器或中断控制器，经它们处理后， 向CPU发出中断请求。 中断响应 如果CPU处于开中断状态，经判优后响应其中最高优先级的中断 请求，关中断，将断点压入堆栈中（有的微机还将程序状态字和相 关寄存器的内容压入堆栈）保存，以备返回原程序，紧接着将相应 的中断处理程序入口地址或中断向量送CPU，转入中断服务程序。
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中断响应：
中断请求何时发生是随机的。CPU在每条指 令的最后一个T周期去检测INTR引脚，CPU一旦 检测到有中断请求，在满足中断响应的条件下 （IF=1），CPU响应中断，向外设发INTA中断响 应信号。并保护断点（当前CS，IP和PSW值入 栈），然后转向中断服务程序。中断服务程序执 行完毕，CPU返回原执行程序的中断处，继续向 下执行，称为中断返回。
在CPU执行程序的过程中，由于某种突发事件的发生，强迫CPU暂 时停止正在执行的程序，转向对该突发事件进行处理，对这个事件 处理结束后又能回到原中止的程序,接着中止前的状态继续执行原来 的程序，这一个过程就称为中断。把引起中断的原因或触发中断请 求的来源称为中断源。
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第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断请求信号的产生
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断向量和中断向量表
中断向量：把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量；
中断向量表：将这些中断向量按一定的规律排列成一个表，就是所谓的中断向 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。
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 中断向量和中断向量表
000H 004H 008H 00CH 014H
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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） 中断类型码3（断点中断） 中断类型码4（溢出中断）
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第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程
中断源：引起程序中断的事件称为中 断源。 8086中断源：外部中断源和内部中断 源,都包含于256个中断类型中； 内部中断源：中断指令 INT n引起的中 断；由CPU的某些运算错误引起的中断； 由调试程序debug设置的中断 外部中断源：外部硬件产生。分为不 可屏蔽中断（请求线NMI） 可屏蔽中 断（请求线 INTR）
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统 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
31
中断向量：中断服务程序的入口地址
中断向量的获取：
8086/8088 CPU根据中断类型号在中断向量表中取得。
中断向量表：中断服务程序的入口地址存放的区域
（也称中断矢量表）
中断类型号的获取：
1.中断指令INT n 中直接得到；
2.外部中断类型寄存器从DB输入。
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8086/8088CPU中对应于256个中断类型的中断向量必须设 置于0000H至03FFH的1KB内存空间的中断向量表中。
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第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断过程
中断处理 保护现场。将在中断处理程序中使用的有关寄存器的内容压入堆栈 保护起来。在现场保护的过程中，绝对不允许被中断(应禁止中断), 否则现场将被破坏。当现场保护好后应开中断。 中断服务。即该中断所要执行的具体指令内容。 恢复现场。当中断服务结束后，应用中断结束命令清除中断标志， 立即关中断，以保证恢复现场的过程不受干扰。恢复现场就是把原 来压入堆栈的有关寄存器的内容弹出。现场恢复后应开中断，以便 CPU响应更高级的中断请求。 中断返回 将压入的断点地址弹出，保证被中断的程序按原来状态执行下去。
PA0 PA1 PA1 PA0 P0
Baidu Nhomakorabea
P1
中 断 服 务 程 序
PA255 PA255
P255
33
8086/8088 CPU中断优先级： 内中 最高 不可屏蔽中断 可屏蔽中断 单步中断 最低
可屏蔽中断优先级设定三种方式：
软件查询中断优先级 硬件查询优先级——菊花链 矢量中断优先级
多中断源的中断嵌套
① 进入中断处理程序时，系统自动关中断； 中断服务程序中必须有STI开中断指令允许其 它中断进入实现中断嵌套。 ② 中断结束返回前要有EOI中断结束命令，EOI结束 命令应放在中断返回指令 IRET前面。 RET
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第七章：微型计算机的中断系统——概念及处理过程 中断优先级
中断优先级
（1）如果有多个不同优先级的中断源同时提出中断请求时， CPU应当先响应最高优先级的中断源。 （2）如果CPU正在对某一中断源服务时，比它优先级更高 的中断源提出中断请求时，CPU能够暂停正在执行的中断 服务程序转向对优先级高的中断源进行服务，当服务结束 后再返回原优先级较低的中断服务程序继续执行。 中断嵌套 正在运行的中断处理程序，被优先级高的中断源中断， 从而转入新的中断处理程序，当新的中断处理程序执行完 再回到原来的中断处理程序，这一现象称为中断嵌套。