微计算机原理及应用

而疑九零微计算机原理及应用

SOUTHWESTUKIWUmrFORNATICMIAIJES

微型计算机原理及应用

西南民族大学电信学院

授课教师：杜诚

联系方式/p>

Email：dcheng_76@

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第7章微计算机的中断系统

7.1中断控制方式的优点

中断是为处理一些紧急发生的情况，使程序中

断当前任务，将CPU的控制转向该紧急事件进行处

理，并在处理完后返回原程序的一种过程。

因此，中断一方面是为了解决CPU与外设间速度方

面存在差异而引入的控制方式之一。

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若用查询方式.则CPU将浪费很多时间去等待外改，

而不能执行其他的程序。

在各种微计算机系统中，常利用CPU的中断机构来处

理与外部设备间的数据传送，以最少的响应时间和内

部操作来处理所有外设的服务请求，使整个计算机系

统的性能达到最佳。另一方面.中断也是处理来自内

部异常故障的重要手段。

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使用中断控制方式归纳起来主要有以下3方面的优点o

1.分时操作

2.实时处理

3.故障处理

7.28086/8088的中断机构

1•外部中断

外部中断是由用户确定的硬件中断，又分

为可屏蔽中断INTR和非屏蔽中断NML

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1

INTn指令非屏蔽中断请求

NMI

中断逻辑

中

INTR断

可

控

屏

制

蔽

中

器

断

INT3INTO单步除数为请

指令指令中断0中断求

(8259A)

软件中断

8086/8088CPU

硬件中断

中断分类

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可屏蔽中断可用中断允许标志IF屏蔽。

此类中断的请求信号通常是经可编程中断控制器8259A

进行管理之后发出的，并由1NTR引脚输入CPU。

非屏蔽中断，不能由IF加以屏蔽，其中断请求信号由

NMI引脚输入CPU,只要有非屏蔽中断请求到达，

CPU就进行响应，不能对它进行屏蔽，因此常用于对

系统中发生的某种紧急事件进行处理。

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2、内部中断

内部中断是通过软件调用的中断。这类中断都是

非屏蔽型的，包括单步中断、除法出错中断、溢出

中和指令中断(INTn)。

3、中断的优先权

当系统中有多个中断源时。可能出现两个或多个

中断源同时申请中断的情况，中断逻辑将根据轻重

缓急给每个中断源确定CPU对它响应的优先级别(优

先权)。

在响应某一中断请求时又有更高级的中断请求到来,

CPU将暂停目前的中断服务转去对更高级的中断源

进行服务，这称为中断嵌套。

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7.2.2中断过程

中断是一个过程，包括中断检测、中断响应及执

行中断服务程序和中断返回。图72示出了8086/

8088的中断处理流程。

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年逞学院

2012图7-280868088中断处理流程图

数

据

线控

C?Pl1布I制地

3线性制址

隹辨总

IIPI4线

IC，I③“，断类型号n

送UP”

PSW

CD段口发中断i点求彳二号

②等前孑斤令执彳」先后.

C-PU进才j中帧回宣

⑤才用除H4*1ri

(&)<I»n，作为IP

⑨IRKT持令使1P

cfrnm伸出

用栈

图73E7拜"献+断臼勺I】向应、执彳亍与M息1«1

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7.2.3中断向量表的设置方法

中断向量表用来存放中断服务程序入口地址

的Cs和IP值。

它是中断类型代码n和与此代码相对应的中断服

务程序（过程）间的一个连接链，因而又称为中断

指针表。

8086/8088每种类型的中断都指定0〜255范围

中的一个类型号H,每一个n都与一个中断服务

程序相对应。当CPU处理中断时.需要把控制

引导至相应中断服务程序入口地址。

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为了实现这一引导，在存储器的低端划出1KB空间

000H〜3FFH）存放中断向量表。

就可把各个中断类型号所对应的中断服务程序人口地

址依次存放在中断向量表内，每个地址占4个字节，

低两个字节存放中断服务程序入口地址的偏移地址IP,

高两个字节存放中断服务程序人口的段基址cs。

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当CPU调用类型号为n的中断服务程序时，首先把

中断类型号n乘以4,得到中断指针表的人口地址

4n,然后把此入口地址开始的四个字节中的两个

低字节内容装入指令指针寄存器IP,即：

(IP)^(4n：4n+l)

高字节内容装入指令指针寄存器CS,即：

(CS)^(4n+2：4n+3)

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币断I司量

指针

004FH

004EH

004DH

004CH

图5.1中断向量指针示意图

例：求软盘13H的中断向量

中断号一向量地址—中断向量

软盘13H-13Hx4=4CH->0070:0FC9

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使用中断之前.必须采用一定的方法.将中断服

务程序的入口地址设置在与类型号相对应的中断

向量表中.介绍中断向量表设置的3种方法。

(1)在程序设计时定义一个起始地址为0数据段，

结构如下

VDATASEGMENTATOOH

ORGn*4

这种方法的基本思想足借助DOS的装入程序，在

经汇编、连接产生的可执行程序装入内

存，把服务程序的入口地址置入中断向量表。

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(2)在程序的初始化部分使用几条传送指令.把中断

服务程序的入口地址置人中断向量表.结构如下：

VDATASEGMENTATOOH

ORGn*4

VINTSUBDW2DUP(?);保留4个字节单元

VDATAENDS

ININTSEGMENT

ASSUMECS：ININT,DS：VDATA

MOVAX,VDATA

MOVDS,AX;初始化DS

MOVVINTSUB,noffsct

MOVVINTSUB+2,nseg;设置中断向量表

ININTENDS

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(3)借助DOS的功能调用INT21H,把中断服务程

序的入口地址置入中断向量表中。在执行该功能

调用之前

①用35H号功能，获取原中断向量，并保存在字变

量中。

②用25H号功能，设置新中断向量，取代原中断

向量，以便当中断发生后，转移到新中断服务程

序中去。

③新中断服务程序完毕后，利用25H号功能恢复

原中断向量

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SOUTH，ESTFORN-UTIE3_______________________________________________________________________________________________________________________________________________

物房的DOS/就功健蠲用

»获取中断向量（功能号AH二35H）

入口参数:AL二类型号

出口参数:ES:BX二中断向量

»设置中断向量（功能号AH二25H）

入口参数:A"类型号

入口参数DS:DX二中断向量

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；定义保存原中断向量的2个字单元

OLD_OFFDW?n

OLDSEGDW?；设置新中断向量

MOVAH,25H；恢复原中断向量

；保存原中断向量MOVAL,N■■■

MOVAH,35HPUSHDSCLI

MOVAL,NMOVDX,SEGINT_SEVMOVAH,25H

INT21HMOVDS,DXMOVAL,N

MOVOLD_OFF,BXMOVDX,OFFSETINT_SEVMOVDX,OLD_OFF

MOVOLD_SEG,ESINT21HMOVDS,OLD_SEG

CLIPOPDSINT21H

STI

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7.3外部中断

外部中断是微机和外设交换信息的重要方法之一。

外设可通过8086/8088CPU的NMI和INTR两条引脚

向CPU提出中断请求。外部中断是通过接口的硬件产

生的，所以又称为硬件中断或硬中断。

NMI是非屏蔽中断请求信号，高电平有效.边沿触

发方式，对应于中断类型号2。

NMI请求信号不能用中断允许标志IF加以屏蔽禁止，

一旦发生.就立即被CPU锁存起来。NMI的优先权级

别比INTR的优先级别高。

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7.3.2INTR中断

INTR是可屏蔽中断请求信号，高电平有效，

电平触发方式。

INTR请求信号可被中断允许标志IF屏蔽。当设

置IF=0.从INTR引脚进入的中断请求将得不到

响应，只有当设置1F=1时，CPU才会响应，并通

过INTA引脚往接口电路送两个脉冲作为应答信

号。中断接口电路收到/INTA信号后.将中断向

量送至数据总线.同时清除中断请求触发器的请

求信号。CPU根据中断向量找到中断服务程序入

口，从而执行中断服务程序。

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四、中断的优先权管理

问题：

1）如多个I/O接口同时发出中断请求，CPU首先响

应哪个中断请求？

解决问题的方法：

优先级：在设计中断系统时，为每个中断源按处

理的轻重缓急指定一个优先级。

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2）当CPU正在执行中断服务子程序时，这时又有新

的中断请求到来，CPU也要能确定是否进行响应？

中断嵌套：对CPU正在处理中断时又有新的中断

请求发生的情况，一般要能响应更高优先权的中断请

求，而屏蔽掉同级或低级的中断请求，即中断嵌套。

CPU判别优先权的方法有软件查询、编码比较电路、

链式排队电路，以及专用硬件处理器四种方法。

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通常对中断优先级采用3种办法进行管理

■软件查询方式

■菊花链法

■专用芯片管理方式

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741软件杳询方式

软件查询方趣借助1个简单的接口电路。

假设现有3种外设A,B,c均采用中断方试与cpu交换数

据，其中A的优先级最高.B次之，C最低。

3个外设的中断请求触发器组成一个中断请求寄存器，

端口地址设为20H,将这3个中断请求信号相“或”后接

至UCPU的INTR信号端。

这样，任何一个外设都可向CPU发中断请求，CPU响应中

断请求进入中断服务程序设计中断服务程序时，要在开

始部分安排一段能区别优先级别的查询程序。

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SOUTHWESTU，l"IWTyFORNATKMUUJES

中断请求

寄存器

外

外

外

设

设

设

ABC

优

先级

高

破

级

工低

级

程

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中断服务程序/原理及应用

FOR"TIOtlAU

保护现场

外设A

申请中断IPFRIP.A

外设人服务程序

外设B

申请中断iPERIPB

外设B服务程序

PERIPC1N

外设C服务程序

「恢复现场

'「

中断返回

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7.4.2菊花链法

菊花链法是一种获得中断优先级管理的简单

硬件方法，其做法是在每个外没对应的接口上接

一个逻辑电路，这些逻辑电路构成一个链以控制

中断回答信号的通路，称为菊花链。

在该电路中，越靠近CPU的接口.优先级越高。

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1①B而疑九多

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SOUTHWBFTUKI"IWTYFORMATKHUUdES

求

h斯f

rif

设备BA^一

H毓&

Kll毗

峭

R逻

CPU以及V

总线用花的

拄制娜跚电路

A

INTA

+_

1NTRINgTA

⑶菊槌(b)菊花链逻物电路

图7-5菊花链及其中断逻触路

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7.4.3专用芯片管理方式

这种方式是指采用专门的可编程中断优先级管理

芯片来完成中断优先级的管理。

IBMPC系列微机系统最常用的方法。lute［公司的

8259A就是这种专用芯片，又称为中断控制器。

将它接在CPU和接口之间，CPU的1NTR脚和/INTA

脚不再直接和接口相连，而是和中断控制器相连接;

另一方而，各外设接口的中断请求信号并行地送到

中断控制器，此管理电路为符中断清求信号分配优

先级。

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7.5可编程中断控制器8259A

1、8259A协助CPU处理中断事务所作的工作

优先级排队处理

有完全嵌套，循环优先级，特定屏蔽等

接受和扩充外部设备的中断请求

可以扩展至8片，实现64级中断.

提供中断类型号

通过中断类型转入中断服务程序的入口地址

进行中断请求的屏蔽和开放

能使用编程方式实现多级中断管理.

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--、8259A引脚及内部'结构CPU侧：

CS128V-----

WR-------►227-_---_---_---_----AOUCS；

326_TFATXT)r\O

RD«----------INTAU15O~1JD7；

DB0V-------------A425

:RD、WR、A；

DB1524■IR6----------o

DB2―・623______IRSTNTTNTA-

±11±、±11AZA.9

722

DB3；______；R3外设侧：

DB4821

DB5920■IR2IRg^IRy；

DB6V-------------A1019VIR1

DB71118-IKO以耿：

______TXTT

CASO-12*11M1_____

CAS1-1316___^ep/™SP/EN、CASn〜CAS?o

GND-1415-----------CAS2

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SOUTHWESTUNIVCRSITYFORNATIOMA1.ITIE$

2.8259A内部结构

INTAINT

D7〜Do数据

总线

缓冲器控制逻辑

内

部

总

线

SP/ENv(

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1中断请求寄存器IRR

它存放在IR线上提出了中断请求的中断源，该寄存器8

位(D(fD7)对应于连接在IRCTIR7线上的外设所产生

的中断请求，哪一根输入线有请求，哪位就置“1”。

具有锁存功能，其内容可用0CW3命令读出。

2正在服务寄存器ISR

在中断响应之后，第一个获准中断请求的中断级在相

应的ISR中置位。

如IR3获准，ISR中的IS3置位，表明IR3正处于服务。

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3中断屏蔽寄存器IMR

-是对中断请求IR起屏蔽作用，即对中断请求IR还是

允许，寄存器8位对应8级中断屏蔽。哪一级中断被

屏蔽，哪位就写“1”，即禁止IR提出中断请求。

“0开中断

Di=<

、1关中断

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3优先权分析器PR

-优先排队当在IR输入端有中断产生时，送到PR,PR

检查进来的中断请求的优先级并和“正在服务中的中

断”进行比较，确定是否让这个中断请求送给处理器。

过程如下：由8个“与”门逻辑选出参加中断优先级排

队的中断请求级，即由8位位IRR与8位IMR分别送入

“与”门输入端，只有当IRR位置“1”和1乂区位置“0”

（开放中断请求）同时成立时，相应“与”门输出才

为高电平，并送到优先级编码器的输入端参加编码。

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DoD7

比>1中断屏蔽寄存器IMR

较

器

Ro

B

B

Bo.

1

A.

2.

>»

BA

0

A

A1

2

R7

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5读/方捽制逻辑

控制接受CPU来的命令包括初始化命令字ICW

和操作命令字OCW并控制传送8259A的状态字

到数据总线表见p94

6级连缓冲器/比较器

-用于级连工作」片8259A作主片其余8片8259A作从

片，最多可以组合64级向量优先级控制

主片和从片的CASO〜CAS2并接在一起作为级连总线

中断响应过程中主片的CASO〜CAS2为输出，从片的

CASO〜CAS2为输入

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3.8259A工作方式

引入中断请求的方式：

边沿触发方式：正跳变向8259A请求中断。

电平触发方式：高电平向8259A请求中断，响应

中断后要及时清除高电平。

查询中断方式：外设向8259A请求中断，但

8259A不向CPU发中断请求信号

INTo而是将请求状态保存等待

CPU来杳询。

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连接总线与级联方式:

缓冲方式：色系统中，数据总线都具有总线

缓冲器，此时37函表示数据传送方向，级联时

主/从关系通过软件设定ICW4来决定。

非缓冲方式：小系统中，8259A数据线管堡

系统数据总线，不需要总线缓冲器，此时而酶

表示级联时生/丛关系。

主正时/EN接高电平；

从军3/EN接低电平。

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屏蔽方式:

通常屏蔽：利用OCW1使IMR中相应位置位；

特殊屏蔽：开放比自己优先级低的IR。通过OCW3的

D6D5=U设定.

优先级排队方式：

全嵌套：禁止同优先级和低优先级请求发生；

特殊全嵌套：禁止低优先级请求发生。

应用：级联时主片特殊全嵌套，从片全嵌套。

自动轮转：刚被服务的IR的优先级降至最低；

指定轮转：指定的IR的优先级降至最低。

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结束中断的处理方式（ISR复位方式）：

自动中断结束方式：中断响应后ISR中最高优先级

位自动复位；即自动清除中断服务所对应的ISR位.

非自动中断结束方式：中断服务程序返回前，需要处

理程序发出对ISR中相应位复位的中断结束命令；

不指定方式：ISR中最高优先级位复位；

指定方式：命令中指定的ISR中相应位复位。

设置方式见OCW2操作命令字.

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4.8259A的操作功能及命令

中断操作功能：

①请求②屏蔽③排队④结束⑤级联

⑥中断类型号⑦查询

I/O端口地址：只提供二个端口（使用A0区别）；

同一端口写入多个命令字时,则按规定的顺序写

入，或以特征位标记.

命令：初始化--ICW1〜ICW4,

操作・・OCW1〜OCW3。

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L中断请求触发方式的设定(ICW1)

功能：设定中断请求的触发方式，是电平触发

还是边沿触发。

8259A为了判断外设提出中断请求，有两种检测方式:

电平触发方式：在IR输入线检测出有一个高电平，

并且在第一个INT脉冲到来之后维持高电平，就认为

有外设提出中断请求，并使IRR相应位置一。

边沿触发方式：当在IR输入端检测到由低到高的上

跳变时，且正电平保持到第一个INTA到来之后，

8259A就认为有中断请求。

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⑴初始化命令ICW1

AOD7D6D5D4D3D2DIDO

EQ

01LTIMADISNGLIC4

LZ

_D0=0不需要ICW4

需要

特D0=lICW4

16位机无效

征无效Dl=。:为多片级联

位Dl=l:为单片使用

D3=0:为边沿触发

D3=l为电平触