计算机硬件基础第6章中断课件

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1、1,第6章中断技术,1956年，美国，IBM公司 IBM 7049机上首先使用了中断处理技术 并开始使用“中断”（interrupt）这一术语,2,第一节 概述,在中断方式中，由外部设备主动向CPU发出请求，等候处理；在没有发出请求时，CPU和外设都可以独立进行的工作。,3,作用：引入中断技术以后，可以使CPU和外设在大部分时间里并行工作，提高CPU利用率。 工作方法：外设接收到CPU的命令后，按自己的控制规律执行相应操作，完成后向CPU发出中断请求，CPU暂停正在执行的程序，转为对外设进行处理，处理完后返回断点处继续执行。,一、中断的作用和方法,4,二、中断的定义：,中断定义： CPU执行程

2、序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(称为中断服务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。 中断请求：外设的硬件中断请求和系统软件指令的 软件中断请求。,中断请求取决于事件的发生时间，而这个时间是随机的，因此 在执行程序的过程中中断程序的插入也是随机的。这是子程序 和中断处理程序的重要区别。,6,三、中断源,中断源：引起CPU中断的事件，发出中断请求的来源。 硬件中断源：I/O设备，系统时钟，故障源等等。 软件中断源：程序中断指令，指令运行出错等。 目前的微处理器系统都

3、具有中断功能，且已经不仅局限在输入/输出处理中，而是在更多的方面起着重要作用。 例如：自动监视系统运行情况的故障源，BIOS和DOS操作系统为用户提供的中断调用服务程序等。,7,中断源分类,8,外部（硬件）中断的一般过程,中断请求 中断判优及中断源识别 cpu响应中断 中断处理（服务） 中断返回,9,中断请求,中断请求信号应保持到中断被处理为止； CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。,NMI INTR,10,（一）中断请求 中断源向CPU发出的中断信号。,对于硬件中断源：必须通过专门的电路传送给CPU； CPU也有专门的引脚接收中断请求信号。 8086/8088CPU用INTR引脚和NM

4、I引脚接 收硬件中断请求信号。 对于软件中断源，在CPU内部由中断指令或程序出错直接 引发中断。,（二）中断标志 1、中断允许标志 在CPU的标志寄存器中的IF标志。表示是否可以响应外设的中断请求。通常用1来表示允许。 2、中断请求标志 对应每个外设有一位，用来纪录外设的中断请求状态。有请求时置1，中断处理完后清0。 在PC机中，用8259A来管理外设的中断请求，而在8051系列的单片机中，该标志也在CPU内部。,12,（三）中断屏蔽 有些硬件中断源的请求可以根据IF标志决定是否响应，而有些硬件中断源的请求需要一定被响应。 在8086/8088系统中，INTR是可屏蔽中断请求引脚；NMI是不可

5、屏蔽的中断请求引脚。 在PC机系统中，通过8259A管理的外设中断源连在CPU的INTR引脚上。在8259A内部有8位的中断申请寄存器和8位的中断屏蔽寄存器，可以对应于8个外设的中断申请和中断屏蔽。,13,当系统具有多个中断源时，有可能同时发出请求，由CPU按照重要性和急迫性（中断优先级别）择优响应。 一般的处理原则是： 1、不同优先级同时请求，按优先级别高低处理。 2、低优先级中断正在处理，出现高优先级请求，转去处理高优先级请求。 3、高优先级中断正在处理，出现低优先级请求，暂不响应。 4、中断处理时，出现同级别请求，当前中断处理完以后再处理新的请求。,中断判优,14,中断嵌套 在CPU的处

6、理外部中断的时候，如果有更高优先级的中断请求，再转去处理高优先级的中断。 在PC机中，可以中断嵌套。,15,中断判优 方法,软件判优 顺序查询同类中断请求，先查询的先服务 （即先查询的优先级别高） 硬件判优 链式判优、并行判优（中断向量法）,16,1、软件中断（除单步中断外） 2、NMI 3、INTR 4、单步中断 在PC机系统中外设中断源通过8259A中断优先级管理器连接到INTR引脚，外设中断源的优先级别由8259A进行管理。,不同中断源优先级顺序,17,中断源识别,软件查询法 中断矢量法。 由中断源提供中断类型号，CPU根据类型确定中断源。,18,断点与返回地址 CPU在每条指令执行的最

7、后一个时钟周期检测中断请求，如果响应中断的话，转去执行中断处理程序，程序被中断的地方称为“断点”。 断点处的指令是中断处理结束后，返回时恢复执行的第一条指令的地址称为“返回地址”。,19,1、CPU在每条指令执行的最后一个时钟周期检测中断请求，如果以下之一，CPU自动进入中断响应周期。 (1) 有软件中断； (2) 有NMI中断信号； (3) 有INTR中断信号且CPU允许响应中断。,中断响应和处理,20,2、进入中断响应周期以后，如果是INTR，则产生INTA信号给中断源，让中断源通过数据总线的低8位送出中断类型码给CPU；如果是NMI，类型码是2；中断指令中有类型码；程序出错有默认类型码。

8、 3、标志寄存器进栈，清除TF和IF标志，CS和IP进栈，用于返回。,21,4、形成中断服务程序入口地址，转入中断服务程序执行。每个中断的有自己的处理程序，各种微处理器形成中断服务程序入口地址的方法也不相同。,22,5、进入中断服务程序。通常由以下步骤组成： (1) 保护现场，开中断； (2) 中断处理； (3) 关中断，恢复现场，开中断； (4) 用中断返回指令（IRET）返回。 （七）中断返回 从堆栈中恢复断点（返回地址的CS和IP、标志寄存器） 返回到主程序继续执行。 （八）优先级判别,23,通常用专门的中断优先级处理电路Intel 8259A 来管理若干个硬件中断源，将中断请求信号送给

9、微处理器。 例如：在PC/XT机中使用8259A管理硬件中断源， 将中断请求送到8088的INTR引脚，将中 断类型码送到数据总线D7D0上。,24,菊花链逻辑电路,INTAin,IREQ,INTR,&,1,INTAout,DB,三态门,中 断 向 量 码,E,外设接口,中断确认,菊花链 逻辑电路,25,第二节 8086/8088的中断结构,256种中断类型：用1个字节表示中断类型码； 中断向量：每个中断类型对应于4个字节的程序入口地址，此入口地址称为中断向量；低字为段内偏移，高字为段基址。 256个中断向量存放在内存最开始的1KB的中断向量表中。,26,中断向量表的初始化,将用户自定义的中断

10、服务程序入口地址放入向量表（如：温度过高） 两种方法： 直接写中断向量表 利用DOS中断功能调用：INT 25H,27,中断向量表的初始化,例：将中断向量码为48H的服务程序入口地址放入向量表 直接写中断向量表 MOV AX，0 ；0段 MOV DS，AX MOV SI， 48H*4 ；偏移量 MOV DX，OFFSET it_proc ；服务程序偏移量 MOV SI，DX MOV DX，SEG it_proc ；服务程序段地址 MOV SI+2，DX 利用DOS中断功能调用：INT 25H MOV DX，SEG it_proc MOV DS，DX MOV DX，OFFSET it_proc

11、MOV AX，2548H ；向量码为48H INT 21H,28,内部中断 外部中断,除法错中断 溢出中断 单步中断 软件中断,非屏蔽中断 可屏蔽中断,256个中断源,29,NMI,INTR,中断逻辑,软件中断指令,溢出中断,除法错,单步中断,非屏蔽中断请求,中断控 制器 8259A PIC,8086/8088CPU内部逻辑,断点中断,可 屏 蔽 中 断 请 求,n,4,3,0,1,2,8086/8088中断源类型：,30,8088/8086内部中断响应过程,响应过程步骤： PUSH FLAG 暂存TF 清除IF和TF PUSH CS PUSH IP 0:中断类型号*4 I P 0:中断类型号

12、*4+2CS,31,8088/8086外部中断响应过程,可屏蔽中断（INTR）： INTA周期1，PIC进行中断的排队和优先级处理 INTA周期2，PIC把中断类型号放到DB上，由CPU读入 PUSH FLAG 暂存TF 清除IF和TF PUSH CS PUSH IP 0:中断类型号*4 I P 0:中断类型号*4+2CS NMI中断响应过程与内部中断类似,INTR,中断控 制器 8259A PIC,32,第三节 8259A可编程中断控制器,8259A是Intel公司专为简化中断控制硬件接口而设计的LSI芯片。它可以接收8级外部硬件中断，具有中断优先级排队、中断屏蔽、提供中断类型号等功能，并可

13、通过编程选择不同工作方式，使用非常方便，因而在PC和各种系统中得到普遍应用。,33,8259A的外部特性及连接,8259A是一个28脚DIP（双列直插式）封装的接口芯片。是其方框图和外部引脚图。,34,芯片引脚信号定义如下： (1) D7D0：8位双向数据线。用于在CPU和8259A之间传送命令字、状态或中断类型号。一般与CPU的D7D0数据总线连接。 (2) WR：写控制信号，低电平有效。 (3) RD：读控制信号，低电平有效。 (4) CS：片选信号，当为低电平时，8259A被选中，CPU才可对它进行读写。 (5) A0：地址线。用来选择8259A内部不同的命令字。 (6) IR7IR0：

14、中断请求输入。在多个8259A构成的主从级连系统中，则用来与从片8259A连接。 (7) INT：中断请求输出信号，用来向CPU发中断请求信号。,35,(8) INTA：中断响应，输入信号。它与系统的INTA信号连接。当信号有效时，8259A将把中断类型号送入数据总线。 (9) CAS2CAS0：级连线。用于构成多个8259A的主从系统。 (10) SP/EN：双功能信号。在缓冲方式下，该引脚作为控制缓冲器传送方向的输出信号。而其他方式则为输入信号，用于表示该8259A是主片（1）还是从片（0）。 单片8259A与CPU的连接见图8.15。在单片系统中，8259A的CAS2CAS0不用，SP/

15、EN引脚置为高电平，表明是主8259A。CS接地址译码输出，8259A的A0一般与CPU的地址线A0连接，这样，8259A将占有两个端口地址。PC/XT计算机使用单片8259A，使用20H和21H两个端口地址。,36,如果系统的中断源超过8个，单片8259A就无法满足要求。这时需要级连多片8259A。以PC/AT机为例，它使用了两片8259A。SP/EN=1的8259A为主片，其INT信号直接与CPU的INTR引脚连接，而另一个8259A的SP/EN接地，表明是从片。注意从片的INT信号连接与主片不同，它的INT信号不需和CPU总线相连，而连接到主片的某个IR引脚，此处是IR2。其他信号如CAS2CAS0、INTA、RD、WR、D7D0、A0都是主从8259A各自同名的信号并接在一起，如果有更多的从片也是如此，但为了保证信号传输可靠，一般需在这些信号线之间接入驱动缓冲器。,PC/AT计算机连接一个从片之后可以处理15级中断。8259A最多可级连8个从片，处理64级中断。,