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1、7.3.2程序中断方式的接口电路 一、中断请求触发器和中断屏蔽触发器,接口电路中,每台外设都相应配备一个中断请求触发器(INTR),完成触发器D,中断屏蔽触发器MASK; 中断请求触发器的作用是存放设备的中断请求; 中断屏蔽触发器MASK的作用是,当MASK=1时,封锁其中断源的请求; 中断请求触发器和中断屏蔽触发器在接口电路中成对出现;,一、中断请求触发器和中断屏蔽触发器,当设备本身准备就绪,完成触发器D =1,且该设备未被屏蔽(MASK=0),CPU的中断查询信号可将中断请求触发器置“1”(INTR=1).,。,。,。,Q,D,&,1,Q Q,INTR,D,来自CPU的中断查询信号,MAS
2、K,Q,图7.9 接口电路中D、INTR、MASK和中断查 询信号的关系,各个中断源均有对应的中断请求触发器,它们可以分散在各个中断接口电路内(如图7.15所示),也可以集中在CPU的中断系统中,构成一个中断请求寄存器,如图7.10所示. 寄存器中n位分别对应n个中断源的中断请求. 中断屏蔽触发器的情况亦然.,1,2,3,4,5,n-1,n,过热,阶上溢,非法除法,键盘输入,打印机输出,图7.10 中断请求寄存器,二、中断请求信号的传送,1、独立请求线：各个中断源单独设置自己的中断请求线,每条中断请求线直接送往CPU. 特点：CPU接到中断请求的 同时就知道了中断源是谁,故响应 速度快,但CP
3、U能连接的中断请求 线数目有限,中断源难于扩充.,CPU,中断 源1,中断 源2,中断 源n,INTR1,INTR2,INTRn,2、公共请求线：各个中断源的中断请求信号通过三态门电路汇集到一根公共中断请求线上。特点：在负载允许的情况下中断源的数目可以随意扩充；但CPU在接到中断请求后必须通过软件或硬件的方法来识别中断源进而再找到中断服务程序的入口地址。 3、二维结构：同一优先级别的中断源，采用一根公共的请求线；不同请求线上的中断源优先级别不同。,CPU,中断 源n,中断 源1,INTR,CPU,中断 源1,中断 源2,INTR2,INTR1,中断 源n,中断 源3,INTR3,三、中断判优逻
4、辑,中断系统在任一时刻,只能响应一个中断源的请求; CPU必须给予不同的中断源不同等级的优先级别.当多个中断源同时向CPU提出请求时, CPU按照优先级别的高低(中断判优) 予以响应; 中断判优可以采用硬件和软件两种方法.,1、软件判优 通过编写查询程序实现,即查询各中断请求触发器的状态; 程序查询的次序,即为CPU响应的优先级别.,是否A请求?,是否B请求?,是否C请求?,Y,Y,Y,N,N,N,图 7.11 按照ABC优先级别的软件排队,转A的服务程序入口地址,转B的服务程序入口地址,转C的服务程序入口地址,优点：软件判优方法简单,可以灵活地修改中断源的优先级别; 缺点：不管外设是否有中断
5、请求都需按次序逐一询问,效率低,适用于中低速外设.,是否A请求?,是否B请求?,是否C请求?,Y,Y,Y,N,N,N,图 7.11 按照ABC优先级别的软件排队,转A的服务程序入口地址,转B的服务程序入口地址,转C的服务程序入口地址,2、硬件判优 采用硬件判优电路实现中断优先级的判定可以节省CPU时间,速度快但成本高. 根据中断请求信号的传送方式不同有不同的优先排队电路,常见的方案有:独立请求线的优先排队电路、公共请求线的优先排队电路等. 共同特点:优先级别高的中断请求将自动封锁优先级别低的中断请求的处理.,公共请求线的优先排队电路 如果中断请求信号的传递模式采用公共请求线方式,相应可采用链式
6、优先级排队(daisy-chain method)逻辑.该逻辑具有链式排队和提供中断程序入口地址的功能,亦称“串行排队链法”或“菊花链方式”.,中断的排队判优及向量编码线路如图7.12所示.,CPU只有一根中断响应输入线INTR和一根中断响应输出线INTA(单线中断),三台设备的中断响应次序为12 3,排队优先可以用串行优先链来完成,响应中断后,通过数据总线的D0-D7来送出向量地址。,或,与,与,与,与,与,与,向量地址形成部件(编码器),CPU,INTA,INTR,INTR1,INTR2,INTR3,数据线,向量地址形成,向量中断优先权编码器,INTR1,INTR2,INTR3,中断请求寄
7、存器,1,2,3,图7.12串行排队优先及向量编码线路(1),优先权 排队电路,中断的串行排队优先识别的工作原理如下：,所有中断源的中断请求INTR1，INTR2，通过一条中断请求线INTR送CPU； 在开中断的情况下,CPU在当前指令执行结束时,响应中断请求,发出INTA信号； INTA信号串行的一次连接所有的中断源； 若某设备没有中断请求,该设备将中断响应信号INTA传送给下一设备; 若某设备有中断请求,该设备就封锁INTA信号,不再往下传送, 同时产生该设备的中断允许信号INTRi,并将其送往向量地址编码器; 编码器可产生对应中断源的向量地址.,串行排队链法的特点 硬件实现简单; 硬件连
8、接固定后,中断源的优先次序就固定不变； 故障敏感； 响应速度慢一条响应线上串行确定中断源.,向量地址形成部件(编码器),与,与,与,INTR1,INTR2,INTR3,INTR4,INTR1,INTR2,INTR3,INTR4,排 队 器,向量地址 ,独立请求方式 的优先级排队 逻辑,独立请求线的优先排队电路,1,2,3,4,中断请求 寄存器,图7.13 独立请求方式的优先级排队逻辑,独立请求方式的特点：速度快；硬件代价高。,独立请求方式的排队优先识别及向量编码线路的工作原理如下：,每个中断源的中断请求信号保存在“中断请求触发器”中,可能有若干中断请求信号INTRi进入排队电路; 排队电路优先
9、级别最高的中断源会封锁级别低的中断源的中断请求,只有其对应的输出线IRNTi上给出“1”信号,并将其送往向量地址编码器, 而其他各线为“0”信号; 编码器可产生对应中断源的向量地址.,四、中断服务程序入口地址的获取方法,不同的中断源,对应不同中断服务程序； 获取该中断服务程序的入口地址,是中断处理的核心; 入口地址的获取方法有两种：硬件向量法和软件查询法.,1、软件查询法,原理：用软件寻找中断服务程序入口地址; 由程序员实现确定各中断源对应的中断服务程序入口地址; 查询流程见图7.11; 当查到某一中断源有中断请求时, 接着安排一条转移指令,直接指向该中断源的中断服务程序入口地址. 特点：灵活
10、,但查询时间较长.,2、硬件向量法,原理：利用硬件产生向量地址,再由向量地址找到中断服务程序的入口地址; 向量地址由向量地址形成部件产生; 由向量地址寻找中断服务程序入口地址,通常采用两种方法； 一种如7.8所示,在内存中设置向量地址表,存储单元的地址为向量地址,其内容为入口地址(中断向量)；,另一种方法,如图7.14所示： 在向量地址内存放一条 无条件转移指令； CPU响应中断时, 只要将向量地址 (如12H)送入PC, 即可无条件转向 打印机服务程序 的入口地址200. 硬件向量法的 特点:寻找入口地址 速度快.,JMP 200,JMP 300,JMP 400,显示器服务程序,12H 13
11、H 14H . . 200 . . 300 . .,图7.14 通过向量地址寻找入口地址,向量地址,入口地址,入口地址,主存,打印机服务程序,具体用硬件向量法产生向量地址的例子,或,与,与,与,与,与,与,向量地址形成部件(编码器),CPU,INTA,INTR,INTR1,INTR2,INTR3,数据线,向量地址形成,向量中断优先权编码器,INTR1,INTR2,INTR3,中断请求寄存器,1,2,3,图7.12串行排队优先及向量编码线路(1),优先权 排队电路,数据总线,001010,001011,001000,INTA,编码器(硬件直接产生向量地址),图7.12串行排队优先及向量编码线路(
12、2),优先权 排队电路,IR1,IR2,IR3,IR1,IR2,IR3,五、 程序中断方式接口电路的结构,数据端口,设备选择电路,&,。,命令译码,一、程序中断方式接口电路,排队器,设备编码器,。,。,。,。,。,。,。,。,SEL,数据线,地址线,输入数据,启动命令,Q,D,Q,B,设备工作结束,&,1,Q Q,INTR,D,启动设备,中断查询,来自高一级的排队器,至低一级的排队器,中断请求,中断响应 INTA,向量地址,图7.15 程序中断方式接口电路的基本组成,MASK,Q,以输入设备为例,说明I/O中断处理的过程: 由CPU发启动I/O设备命令,将接口中的B置“1”,D置“0”； 接口
13、电路启动输入设备开始工作; 输入设备将数据送入数据端口; 输入设备向接口发出“设备工作结束”信号,将D置“1”，B置“0”.标志设备准备就绪; 当设备准备就绪(D=1),且本设备未被屏蔽(MASK=0)时,在指令执行阶段的结束时刻,由CPU发出中断查询信号; 设备中断请求触发器INTR被置“1”,标志设备向CPU发中断请求信号,与此同时,INTR送至排队器，进行中断判优;, 若CPU允许中断(开中断,EINT=1),设备又被排队器选中,即进入中断响应阶段,由中断响应信号INTA将排队器输出送至编码器,形成向量地址; 向量地址送至PC,作为下一条指令的地址; 由于向量地址中存放的是一条无条件转移指令(参见图7.8),即可无条件转移至该设备的服务程序入口地址,开始执行中断服务程序,进入中断服务阶段:通过输入指令将数据端口的内容送至CPU的通用寄存器,再存入主存相关单元; 中断服务程序的最后一条指令是中断返回指令,当其执行结束时,即中断返回至原程序的断点处. 至此,一个完整的程序中断处理过程即告结束.,
