第九章中断控制

断控制

念

工系统

中断控制器

4

1

本章学习目标

掌握有关中断的基本概念、中断优先级、中断嵌

套、中断屏蔽、中断向量等基本概念。

❖了解8086/8088中断系统中的中断源分类、IBM-PC

机中断系统结构。

❖掌握可编程中断控制器8259A的功能、内部结构、

工作方式及初始化命令和操作命令的定义、使用方法,

服务程序的基本编写方法。

2

计算机采用中断控制技术的主要用途

计算机采用中断控制技术主要

用在以下三个方面：

❖(1)故障处理

❖(2)分时操作

❖(3)实时处理

3

1中断的基本概念

一CPU与外设之间的数据传送控制方式

（即I/O控制方式），通常有以下三种：

♦:♦程序控制方式

♦:♦中断方式

DMA方式(DirectMemoryAccess)

4

CPU通过执行程序不断读

取并检测外设的状态，只

程序控制方式有在外设确实已准备就绪

的情况下，才进行数据传

人为?十人、工口—、去工口历n送；否则，还要继续不断

输入输出程序流程图地查询外设的状态。

OI」

O,---------------------------JI---------------------------k

*

读取状态信息读取状态信息

5

程序控制方式

程序查询传送方式比无条件传送方式要准

确可靠，但在此种方式下，CPU要不断查询

外设的状态，占用了大量CPU时间，而真正

用于数据传送的时间却很少，即CPU的工作

效率很低；另外，采用这种方式，也很难满

足实时系统对I/O处理的要求。因此，出现了

中断控制方式。

6

中断方式

、中断基本概念

定义：CPU穿插处理随机事件的过程。

中断过程：

中断请求中场响应中断服务中吵结束

中断处理

中断处理的隐操作：程序状态及程序断点地址的进

栈及出栈。

7

中断的全过程及有关概念

5%种

元

求

请

断

优

判

断

应

响

断

理

处

断

♦

・

♦:9

回

返

♦断

8

♦：♦“”是指中断源（引起中断的事件或设备）向CPU发出的

请求中断的要求；

♦当有多个中断源发出中断请求时，需要通过适当的办法（软件的

硬件的；软、硬件结合的）决定究竟先处理哪个中断请求，这就

是““；

"是藉CPU中止现行程序转至中断服务程序的过程；

"就是指CPU执行中断服务程序；

执行完中断服务程序后，返回到原先被中断的程序称为“

为了能K确返回到原来程序被中断的地方（也称一即主程序

中当前指令下面一条指令的地址），在中断服务程序的最后应专

门放置一■条O

另外，,为7使主程序在返向后仍能从断点处继续执行，

在中断服务程序的开头一保护现场（通过PUSH指令实现），在中

-恢复现场（通过POP指令实现）。

中断响应和处理过程

。需要指出：

♦:♦不同的中断类型(如可屏蔽中断、不可屏蔽中断；

外部中断、内部中断…)，处理器(CPU)进行响应

和处理的具体过程并不完全相同；另外，就是对

同一种中断类型(如可屏蔽中断).

不同的处理器(如Z80,80X86)进行响应和处理的

过程也不尽相同。

10

♦:♦书P357中断响应过程6点（1,2,3,4,5,6）

。其中，前2项一般由硬件（处理器内部）完成；而后4

项一般是由软件（由程序设计者编写的中断服务程序）

来完成，即整个中断响应和处理过程是由CPU内部

的有关和密切配合，共同完成的。

♦:♦针对一个具体的系统（机型），中断服务程序设

计者应该清楚在中断响应时，“”完成了

哪些操作（如FR是否已被压入堆栈），还需要

“”（中断服务程序）完成哪些操作。

中断优先级和中断嵌套

。中断优先级（Priority）的解决方法

♦:♦系统中多个中断请求可能同时出现，CPU只能按

一定的次序（优先级策略）予以响应和处理，这个

响应的次序称为中断优先级。

♦:♦一般的方法有：

软件查询法——程序查询识别（需要少量硬件）

硬件查询法---菊花链（daisychain）优先级排队电路

。中断向量法识别——采用可编程中断控制器（如8259）

12

DO

CPU

INTR1DI

INTR2

INTR

INTR3CPU

CPU07

INTR

Ca）学叁

微处理器的3种中断技术示意图

13

INT

(1)软件查询法

端口号=

XXH

键

C打

磁

磁

盘

RT印

盘

带

。把各个外设的中断请求信号“相或”，产生一个总的INT

信号

❖当CPU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带有优先级的查询程序。

。优点：省硬件

。缺点：中断响应慢

程

序

查

询

识

别

中

断

方

法

恢亚现场

中断返I川

15

⑵菊花链优先级排队电路

16

⑵菊花链优先级排队电路

•INTR=INT1+INT2+INT3

•当INTA信号沿菊花链行进时，最

一靠近CPU并发出INT请求的接口将

中断请求首先拦截住INTA信号，并送出中

______断类型码，进入相应的中断处理

_程序；在服务完成后撤销其请求

（解除对下一级的阻塞和封锁）。

INTA（3）可编程中断控制器（如8259）

INTR

17

排队链优先权的控制方法

18

中断iff求

允许接受

矢量中断优先权的控制系统

19

INTR1IR

「INTA1,设备接口

LINTM11

IM

L1NTR2

INTRIR

.INTA2.

设备接口

权INTM2

INTAIM

主机----------------r

►编

石马

向量地址

/LINTRn

电IR

路INTAn

1—11

INTMn

IMn

向量中断示意图

20

•I'断控制器按利优原则选KP

当前优先级最岛的中断由求

CPU执行完当前一条指令

个

完

CPU取下条将令

整

的

向

量

中

断

过

程

21

单级中断处理和多级中断处理

♦：♦单级中断处理不允许其他设备再中断CPU的

程庠；

多级中断处理允许优先级高的中断打断优先

级低的中断服务程序。

22

多级中断结构单级中断结构

23

B请求A、C请求

(a)单级中断处理(b)多级中断处理

同时中断请求的处理方法

24

中断嵌套

*通常，正在执行较低级的中断服务程序时,

可以响应较高级的中断请求，而将正在处理

的中断暂时挂起，称为中断嵌套。

STI

—777----可实现

----------“多重嵌套”

IRET

25

28086/8088的中断系统

。一、中断的分类：在8086/8088系统中，可将中

断分为两大类：

。第一类硬件中断：是由外部的中断请求信号启动

的中断，也称为外部中断。又可分为：

♦:♦非屏蔽中断NMI:整个系统只有一个，不受IF屏蔽

。可屏蔽中断INTR:受IF屏蔽，在中断控制器8259的统一管

理下，可屏蔽中断可有几个至几十个。

26

中断的分类

♦:♦（注意，这里的IF是CPU内部的标志寄存器的IF位,

IF=O,则对所有从INTR引脚进入的中断请求均

不予响应（“总开关”）；另外，也可以在CPU外部

的中断控制器（8259）中以及各个I/O接口电路（如

8255）中对某一级中断或某个中断源单独进行屏

蔽）。

♦:♦第二类软件中断：是由CPU内部的标志状态（如TF、

OF）或执行一条中断指令（INTn）,以及除数为。弓I起

的中断，也称为内部中断。

27

中断向量和中断向量表

♦:♦所谓中断向量，即中断服务程序的入口地址。

❖中断向量表是存放中断向量（中断服务程序入口地址）

的一个特定的内存区域（最低地址区）.

♦:♦一个中断向量占4个字节单元，其中：

❖低地址的两个字节单元存放中断服务程序入口地址的偏移量

（IP）—低字节在前（低地址），高字节在后（高地址）；

。高地址的两个字节单元存放中断服务程序入口地址的段地址

（CS）—低字节在前（低地址），高字节在后（高地址）。

28

中断向量和中断向量表

♦8086/8088的中断向量表如书P377图9.22所示

。8086/8088可以处理256种中断，对每种中断都指定一个中断

类型号也称中断向量号），每个中断类型号与一个中断服务

程序的X口地址相对应。

♦:*256个中断向量要占256*4=1024个字节单元，地址编号从

00000H〜003FFH

5个专用中断（类型0〜类型4）,它们有固定的定义和处理功能；

♦27个保留的中断（类型5〜类型31）。占0000:0014H〜0000:007FH,共

108个字节单元。这个区域供系统使用，不允许用户自行定义。

224个用户可定义的中断（类型32〜类型255）。占一

0000:0080H~0000:03FFHMTU；使用时，要由用户自行填写相应的中

断入口地址。（其中有些中断类型已经有了固定用途，例如，类型

21H的中断已用作MS-Dos的系统功能调用）。

29

■

用户口丁用

中断向量

C224个）

中

系统保留断

斗】用fl««J量

向

〈27个）

量

^^0001411

表

4*J'|>«J»ii(Hi)

OOO12H

■3'-5」♦::

OOOOCH

专用2纪•向展《北屏蔽》

,11断向最nnnn«ii

（5个）■1号［向lit（41-步）

0000411

cs

■O号向量:（除¥去坐昔）

IP

\^OOOOOU

.

30

IBMPC/XT机的中断类型号的安排（一）

中断尘型号(H)中断6能中断次型号mt£（H）中断6能

00-3酸等除1040-43视颍显示I/O峭用

14-7壬步1144-47雄备配置最耐

28-BNMI1248-4B存花器尊备绘制

3C-F没点134C-4F的或I/O调用

410-13/出1450国RS232I/O调用

514-17打m,骅勒1554-57窗式电帝I/O调用

618-IB保留1658-5B键盘I/O调用

71C-1F保留175C-5F打卬机I/O闻用

820-23定时需1860-63ROMBASIC

924-27锲般1964-67SI导(BOOT)

A28-2B保留1A68-6B时间调用

B2C-2F率021B6C-6F键款CTRL_BREAK校前

C30-33串口11C70-73定时器时悼

D34-37硬融豉1D74-77显示器分数表

E38-3B族跌起1E78-7B的盘诙数表

3O3F打印机________1F__________显示图随泰数表

31

IBMPC/XT机的中断类型号的安排(二)

中断类地址中断类地址

中断功能中断功能

型号(H)型号(H)

2080-83程序结束2698-9B绝对磁盘写

DOS系统程序结束，驻

2184-87279C-9F

调用留内存

2288-8B结束地址28A0-A3DOS内部使用

238C-8F中止处理29〜2EA4-BBDOS保留

2490-93错误处理2FBC-BFDOS内部使用

绝对磁盘

2594-9730〜3FC0-FFDOS保留

读

32

I

中断类型B

8259输入当中断源M

P

IRQO08电子钟时间基准C

'

X

IRQ109T

机

IRQ20A为用户保留中

断

IRQ30B异步通信：COM2

源

和

IRQ40C异步通信：COM1

中

IRQ50D硬盘断

类

IRQ60E软盘型

号

IRQ70F并行打印机33

中断向量和中断向量表

中断向量在中断向量表是按中断类型号顺序存放的；

中断向量的地址=中断类型号X4

♦:.CPU响应中断时，需把中断类型号N乘以4,得到中断向量

的对应地址4N（该中断向量所占4个字节单元的第一个字节

单元的地址）一

♦然后把由此地址开始的两个低字节单元的内容装入IP寄存

器：IP«N,4N+1）,再把两个高字节单元的内容装入CS寄

存器：CS（4N+2,4N+3）,这就是转入中断类型号为N的中

断服务程序的控制过程。

♦:eN的来源，对于不同的中断类型（内部，外部:NMI、INTR）

情况有所不同，详见后述

34

。例1：若中断类型号为3,则由中断类型号取得中断

服务入口地址的过程如下图所示：

内存

中断类型号3X40000QH

=OOOCH00001H

0000CH

(0000:000CH)

1EA00H

(1EOO:OAOOH)

FFFFFH35

。例2.中断类型号为20H,中断服务程序的入口地

址存放在0000:0080H开始的4个单元中。若：

❖(0080H)=10H

则：中断服务程序的入口地址

❖(0081H)=20H为________________________

❖(0082H)=30H

♦:♦(0083H)=40H

36

例3.中断类型号为23(17H),中断服务程序的入口地址

为:2340:7890H,由于中断类型号17H对应的中断向量

存放在0段的0000:005CH(17HX4=5CH)处，所以有：

♦(005CH尸

♦(005DH尸、00010111B

左移2位：01011100B

\_____________J\_____________)

♦(005EH尸YY

5CH

♦(005FH尸

37

上2

(6^

:-

“

优

欣n

(>-•*io

Z必_

H'l

妾

H父

？

』

*英

-

一2

二

二

』

副

/二

；

J

L不I

G

)

『

8086/8088中断处理流程图

中断优先级一

♦8086(Priority)中断优先

♦:♦说明:级

除法错,INTn,INTO最高

♦(1)〜(5)步是CPU的内部处理(由NMI

硬件自动完成)INTRy

。所有内部中断(除法错、INTn、单步中断最低

INTO、单步)以及NMI中断不

需要从数据总线上读取中断类

型码，而INTR中断需读取中

断类型码，中断类型码由发出

INTR信号的接口提供。

39

单步运行方式时发生中断的处理过程

40

单步运行方式时发生中断的处理过程

堆栈的情形:作业：

画出在单步运行时(TF=1)发

rp生INTR中断的处理流程及堆栈的情

形。假定当前指令下一条指令的地

>CS址为4030H:2080H；INTR中断服

务程序的入口地址为9080H:3020H.

TF=O

TP

-X

1CS

TF=1

四软件中断（内部中断）

♦：♦除法错中断（也称除数为0中断）一类型0

♦在执行DIV（无符号除法）或IDIV（带符号除法）指令时，若发

现除数为0,则立即产生一个类型号为0的内部中断，CPU转

向除法错中断处理程序。

❖溢出中断一类型4

。若上一条指令执行的结果使溢出标识位OF被置1,则接着执

行INTO指令时，将引起类型为4的内部中断，CPU转入对溢

出错误处理程序，若OF=0时，INTO指令执行空操作，即

INTO指令不起作用。INTO指令通常安排在算术指令之后,

以便在溢出时能及时处理。

42

♦：♦软件（指令）中断（执行INTn指令引起的中断）

。双字节指令，第一个字节为操作码；第二个字节为中断类型

号，该指令控制CPU转向相应的中断服务程序。

43

。断点中断一类型3

♦:TNT3或简写为INT,是单字节指令。调试程序时可

以在一些关键性的地方设置断点，使CPU在此断点

处执行中断服务程序。

。单步中断一类型1

TF=1

单步执行

44

软件中断（内部中断）的特点

中断类型号由CPU内部自动提供（包括由中断指

令第二字节提供的中断类型号），不需去执行中

断响应总线周期读取中断类型号。

。除单步中断外，所有内部中断（除法错，INTO,

INTn）均不可以用软件来屏蔽。

♦:♦除单步中断外，所有内部中断都比外部中断优

先级高。

45

五中断服务程序的一般结构

例如：

（保护现场（将需要保护的寄存器压入堆栈）

PUSHAX

STI（可选）；

_________________PUSHBX

I^中断处理PUSHCX

恢复现场POPCX

〔IRET