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1、微机原理及应用 第第9 9章章 中断技术与中断控制器中断技术与中断控制器 9.1 9.1 9.1 9.1 中断技术概述中断技术概述 9.2 8086/80889.2 8086/80889.2 8086/80889.2 8086/8088中断系统中断系统 9.3 9.3 9.3 9.3 可编程中断控制器可编程中断控制器82828282C59AC59AC59AC59A 9.4 9.4 9.4 9.4 高档微机中断系统高档微机中断系统 微机原理及应用 9.1 9.1 9.1 9.1 中断技术概述中断技术概述中断技术概述中断技术概述 在程序运行中，系统出现了某种紧急事件在程序运行中，系统出现了某种紧急
2、事件( (如如: :同同 步操作、实时处理、故障处理等步操作、实时处理、故障处理等) )，CPCPU U必须中止现行必须中止现行 程序，转去处理此紧急事件程序，转去处理此紧急事件( (执行中断服务程序执行中断服务程序) )，并，并 在处理完毕后再返回被打断的程序的过程。在处理完毕后再返回被打断的程序的过程。 9.1.1 9.1.1 9.1.1 9.1.1 什么是中什么是中断断( (概念概念) ) 微机原理及应用 一个完整的中断过程包括：一个完整的中断过程包括： “ “ “ “中断请求中断请求” ” ” ”：是指中断源：是指中断源( (引起中断的事件或设备引起中断的事件或设备) ) 向向CPUC
3、PU发出的请求中断的要求；发出的请求中断的要求； “ “ “ “中断判优中断判优” ” ” ”：当有多个中断源发出中断请求时，需：当有多个中断源发出中断请求时，需 要通过适当的办法要通过适当的办法( (软件的；硬件的；软、硬件结软件的；硬件的；软、硬件结 合的合的) )决定究竟先处理哪个中断请求；决定究竟先处理哪个中断请求； “ “ “ “中断响应中断响应” ” ” ”：是指：是指CPUCPU中止现行程序转至中断服务程中止现行程序转至中断服务程 序的过程；序的过程； “ “ “ “中断处理中断处理” ” ” ”：是指：是指CPUCPU执行中断服务程序，完成中断执行中断服务程序，完成中断 请求所
4、要求的操作；请求所要求的操作； “ “ “ “中断返回中断返回” ” ” ”：执行完中断服务程序后，返回到原先：执行完中断服务程序后，返回到原先 被中断的程序。被中断的程序。 CPU CPU响应中断的条件响应中断的条件 1.1.设置中断请求触发器设置中断请求触发器 每一个中断源，要能发出中断请求信号，并且这每一个中断源，要能发出中断请求信号，并且这 个信号能保持着，直至个信号能保持着，直至CPUCPU响应这个中断后，才可清除响应这个中断后，才可清除 中断请求。故要求每一个中断源有一个中断请求触发中断请求。故要求每一个中断源有一个中断请求触发 器器A A，如，如下下图所示。图所示。 2.2.设置
5、中断屏蔽触发器设置中断屏蔽触发器 因为在实际系统中，往往有多个中断源。为了因为在实际系统中，往往有多个中断源。为了 增加控制的灵活性，在每一个外设的接口电路中，增增加控制的灵活性，在每一个外设的接口电路中，增 加一个中断屏蔽触发器，只有当此触发器为加一个中断屏蔽触发器，只有当此触发器为“ “ “ “1 1” ” ” ”时，时， 外设的中断请求才能被送出至外设的中断请求才能被送出至CPUCPU，如，如下下图所示。可图所示。可 把把8 8个外设的中断屏蔽触发器组成一个端口，用输出个外设的中断屏蔽触发器组成一个端口，用输出 指令来控制它们的状态。指令来控制它们的状态。 3. 3.中断是开放的中断是开
6、放的 在在CPUCPU内部有一个中断允许触发器。只有当其为内部有一个中断允许触发器。只有当其为 “ “ “ “1 1” ” ” ”时时( (即中断开放时即中断开放时) )，CPUCPU才能响应中断；若其为 才能响应中断；若其为 “ “ “ “0 0” ” ” ”( (即中断是关闭的即中断是关闭的) )，即使，即使INTRINTR线上有中断请求，线上有中断请求， CPUCPU也不响应。而这个触发器的状态可由也不响应。而这个触发器的状态可由STISTI和和CLICLI指指 令来改变。当令来改变。当CPUCPU复位时，中断允许触发器为复位时，中断允许触发器为“ “ “ “0 0” ” ” ”，即，即
7、 关中断，所以必须要用关中断，所以必须要用STISTI指令来开中断。当中断响指令来开中断。当中断响 应后，应后，CPUCPU就自动关中断，所以必须在中断服务程序就自动关中断，所以必须在中断服务程序 中用中用STISTI指令来开中断。指令来开中断。 4.4.现行指令执行结束现行指令执行结束 CPUCPU在现行指令结束后响在现行指令结束后响 应中断，即运行到最后一个应中断，即运行到最后一个 机器周期的最后一个机器周期的最后一个T T状态状态 时，时，CPUCPU才采样才采样INTRINTR线。若线。若 发现有中断请求，则把内部发现有中断请求，则把内部 的中断锁存器置的中断锁存器置“ “ “ “1
8、1” ” ” ”，然后，然后 下一个机器周期（总线周期下一个机器周期（总线周期 ）不进入取指周期，而进入）不进入取指周期，而进入 中断周期。其响应的流程如中断周期。其响应的流程如 右右图所示。图所示。 关于中断分类的补充说明关于中断分类的补充说明关于中断分类的补充说明关于中断分类的补充说明 为了支持多任务和虚拟存储器等功能，为了支持多任务和虚拟存储器等功能，80386803868038680386及及 以上以上CPU CPU CPU CPU 把外部中断称为把外部中断称为“ “ “ “中断中断” ” ” ”（interrupt),interrupt),interrupt),interrupt),
9、把把 内部中断称为内部中断称为“ “ “ “异常异常” ” ” ”（exception) exception) exception) exception) 。与。与8086808680868086一一 样，它也最多处理样，它也最多处理256256256256种中断和异常。种中断和异常。 根据引起异常的程序是否可被恢复和恢复点的不根据引起异常的程序是否可被恢复和恢复点的不 同，又把异常分为三类：同，又把异常分为三类： 故障故障(fault)(fault)(fault)(fault) 陷阱陷阱(trap)(trap)(trap)(trap) 中止中止(abort) (abort) (abort)
10、(abort) 把对应的异常处理程序分别称为把对应的异常处理程序分别称为故障处理程序、故障处理程序、 陷阱处理程序和中止处理程序。陷阱处理程序和中止处理程序。 故障故障是在引起异常的指令之前，把异常通知给系统的是在引起异常的指令之前，把异常通知给系统的 一种异常。故障的特点是可以排除的。一种异常。故障的特点是可以排除的。 例如，在执行一条指令时，如果发现它要访问的段不在内存例如，在执行一条指令时，如果发现它要访问的段不在内存例如，在执行一条指令时，如果发现它要访问的段不在内存例如，在执行一条指令时，如果发现它要访问的段不在内存 中，那么停止该指令的执行，并产生一个段不存在异常，对应中，那么停止
11、该指令的执行，并产生一个段不存在异常，对应中，那么停止该指令的执行，并产生一个段不存在异常，对应中，那么停止该指令的执行，并产生一个段不存在异常，对应 的故障处理程序可通过从外存加载该段到内存的方法来排除故的故障处理程序可通过从外存加载该段到内存的方法来排除故的故障处理程序可通过从外存加载该段到内存的方法来排除故的故障处理程序可通过从外存加载该段到内存的方法来排除故 障。之后，原引起异常的指令就可以继续执行，就不再产生异障。之后，原引起异常的指令就可以继续执行，就不再产生异障。之后，原引起异常的指令就可以继续执行，就不再产生异障。之后，原引起异常的指令就可以继续执行，就不再产生异 常。常。常。
12、常。 陷阱陷阱是在引起异常的指指令执行之后触发的一种异常。是在引起异常的指指令执行之后触发的一种异常。 在转入异常处理程序时，引起陷阱的指令已完成。陷在转入异常处理程序时，引起陷阱的指令已完成。陷 阱处理程序执行完，返回到引起陷阱令的下一条指令。阱处理程序执行完，返回到引起陷阱令的下一条指令。 软中断指令软中断指令软中断指令软中断指令INT n INT n INT n INT n 是陷阱的例子。是陷阱的例子。是陷阱的例子。是陷阱的例子。 中止中止是在系统出现严重的不可恢复的事件时触发的一是在系统出现严重的不可恢复的事件时触发的一 种异常。产生中止后，正执行的程序不能恢复执行，种异常。产生中止后
13、，正执行的程序不能恢复执行， 系统要重新启动才能恢复正常运行状态。系统要重新启动才能恢复正常运行状态。 微机原理及应用 9.1.2 9.1.2 中断源及其优先级中断源及其优先级 中断源中断源：发出中断请求的外部设备或内部原因。发出中断请求的外部设备或内部原因。 通常中断源有以下几种：通常中断源有以下几种： (1) (1) 一般的输入输出设备。如键盘、行打印机等。一般的输入输出设备。如键盘、行打印机等。 (2) (2) 数据通道中断源。如磁盘、磁带等。数据通道中断源。如磁盘、磁带等。 (3) (3) 实时时钟。实时时钟。 (4) (4) 故障源。故障源。 微机原理及应用 中断优先级中断优先级：按
14、照任务的轻重缓急给中断源排队。按照任务的轻重缓急给中断源排队。 排队方法有：排队方法有： 软件查询法软件查询法( (需要少量硬件需要少量硬件) ) 简单排队电路：如菊花链式简单排队电路：如菊花链式 ( ( daisy chain)daisy chain)优先级电路优先级电路 硬件排队电路硬件排队电路 可编程中断控制器可编程中断控制器( (如如82C59A)82C59A) 微机原理及应用 (1)(1)软件查询法软件查询法 把各个外设的中断请求信号把各个外设的中断请求信号“ “ “ “相或相或” ” ” ”，产生一个总的，产生一个总的 INTINTR R信号。信号。 当当CPUCPU响应中断后，进
15、入中断处理程序，在中断处理响应中断后，进入中断处理程序，在中断处理 程序的开始部分安排一段查询程序，对中断源逐个查程序的开始部分安排一段查询程序，对中断源逐个查 询。询。 优点：优点：询问的次序即是优先权的次序。最先询问询问的次序即是优先权的次序。最先询问 的，优先权的级别最高。的，优先权的级别最高。 省硬件。不需要有判断与确定优先权的硬件省硬件。不需要有判断与确定优先权的硬件 排队电路。排队电路。 缺点：中断响应慢，即缺点：中断响应慢，即由询问转至相应的服务程序入由询问转至相应的服务程序入 口的时间长，尤其是在中断源较多的情况下。口的时间长，尤其是在中断源较多的情况下。 用软件查询技术确定中
16、断优先权的流程如用软件查询技术确定中断优先权的流程如下下图所示。图所示。 查询程序有两种方式：查询程序有两种方式： A.A.屏蔽法屏蔽法 ININALAL, ,20H20H ; ;输入中断请求触发器的状态输入中断请求触发器的状态 TESTTEST ALAL, ,80H 80H ; ;检查最高位检查最高位( (电源故障电源故障) )是否有请求是否有请求 JNEJNEPWF PWF ; ;有，则转至电源故障处理程序有，则转至电源故障处理程序 TESTTEST ALAL, ,40H 40H ; ;否，检查磁盘是否有请求否，检查磁盘是否有请求 JNEJNEDISS DISS ; ;有，转至磁盘服务程序有，转至磁盘服务程序 TESTTEST ALAL, ,20H 20H ; ;否，检查磁带是否有请求否，检查磁带是否有请求 JNEJNEMT MT ; ;有，转至磁带服务程序有，转至磁带服
