微机原理课件 北邮

1、中断,什么是中断,当CPU正常运行程序时，由于随机的事件(包括内部事件和外部请求)，引起CPU暂时中止正在运行的程序，转去执行请求中断的外设(或内部事件)的中断服务程序，中断服务结束后再返回被中止的程序，这一过程成为中断。,中断技术对实时微机控制系统来说特别有效,也广泛用来应急事件的处理,如电源掉电，硬件故障,传输错，存贮错，运算错及操作面板等均需采用中断技术. 微处理器3种中断技术示意图如下所示,+,1#,2#,3#,外设中断请求,外设中断请求,1#,2#,3#,外设中断请求,外设提供 设备标志码,INTR1,INTR2,INTR3,CPU,CPU,INTR,DO,D7,INTR,CPU,D

2、1,(a)单线中断,(b)多级中断,(c)矢量中断,中断的过程,中断判优和中断响应,原程序,CPU执行流程,一、中断请求和中断源,引起中断的因素很多，将发出中断申请的外设或内部原因,称为中断源。 外设：例如输出设备请求输出、输入设备通知CPU已收到一个字符、外设故障、传输错误、定时器时间到等； 内部：系统掉电、硬件故障、软件错误、断点或单步等。 共同点：需要CPU进行相应的处理 边沿请求和电平请求,二、中断优先权和中断判优,给每个中断源指定一个优先权，称为中断优先权 当多个中断源同时发出中断请求时，CPU按照中断优先权的高低顺序,依次响应。 软件判优：P289 图7.11 硬件判优 并行判优：

3、P290 图7.12 串行判优：P290 图7.13,8,软件查询判优,CPU响应中断后，转入执行一特定地址的中断服务程序，该中断服务程序查询状态口，确定发出中断请求的外设，然后进行相应的处理。,9,硬件判优（向量中断法）,并行判优网络（向量中断实例）,10,硬件判优（链式判优法）,链式判优电路 与并行判优不同，链式判优是根据中断源在中断判优链上的物理位置来决定其优先级别的，越靠近CPU的中断源的级别越高。其判优方法如下图所示。,三、中断响应,中断响应 CPU中断现在正在进行的处理任务，转向中断请求相对应的处理程序的过程。 中断响应解决的问题 保护断点 保护现场 CPU关中断 转到中断处理程序

4、：控制转移,断点和中断现场,断点: 是指CPU执行的现行程序被中断时的下一条指令 的地址,又称断点地址。 中断现场: 是指CPU转去执行中断服务程序前的运行状态， 包括CPU内部各寄存器等。,1000:150H,、 、 、 、 、 MOV AX, 0 ADD AX, DX MOV DI , AX 、 、 、 、 、 PUSH AX 、 、 IRET,CPU在执行此指令时， 某中断源发申请中断; CPU在执行完该指令后，转去执行中断子程,断点,断点概念:,中断响应在指令的边界处进行,四、中断处理和中断服务程序,处理中断源，完成其所要求功能的程序， 称中断服务程序（中断例行程序、中断子程）。,非预

5、料事件是指事件发生的时间无法预知， 即中断源何时产生中断不确定，是随机的。 但事件的性质及处理方法则是已知的， 确定的， 即中断服务程序是事先编写好的, 只是何时执行未知。,中断源产生中断的随机性，使中断服务程序的执行也具有随机性，即何时执行中断服务程序不是在程序中安排好的。,中断处理程序,PUSH AX PUSH BX 、 、 、 MOV AX, 0 ADD AX, DX MOV DI , AX 、 、 、 、 、 POP BX POP AX IRET,保护寄存器,恢复寄存器,处理程序主体,中断返回,CPU控制权从中断服务程序转移到被中断程序的过程 返回断点 清除“在服务”触发器 恢复现场

6、各种通用寄存器 FR,8088CPU的按中断源的不同，中断分为内中断和外中断。,1、内中断（软中断） 指CPU执行某些特殊操作或由INT指令引起的中断 被零除操作或OF=1时执行INTO指令引起 使用DEBUG中的单步或断点设置操作引起 执行INT n 指令引起,中断分类,2、外中断（硬中断）,指外部芯片通过 CPU的INTR引脚或NMI引脚 发出中断申请引起的中断。 当INTR上有高电平信号 当NMI上有上升沿信号,可屏蔽中断 由INTR引脚引起的中断，称可屏蔽中断。 CPU是否响应INTR引脚上的中断请求取决于IF标志： IF=1，CPU响应INTR引脚上的中断请求 IF=0，CPU不响应

7、INTR引脚上的中断请求 即当IF=0时，将INTR引脚上的中断申请屏蔽。,非屏蔽中断 由NMI引脚引起的中断，称非屏蔽中断。 当NMI引脚上产生上升沿信号，CPU必响应此中断请求，即NMI引脚上的中断请求不受IF标志的控制， IF不能屏蔽NMI引脚上的中断请求。,硬件中断和软件中断,早期中断概念的引入，是为解决CPU与外设间的速度匹配问题，提高CPU 的工作效率。 中断源主要是由外部硬件产生。 当今的中断技术， 不再限于外部硬件产生中断(称硬件中断或外中断 )， 还可由CPU内部产生 (如被零除操作)，或者由程序预先安排，即由指令调用中断服务程序。（称软件中断或内中断）,保留(ALT打印机)

8、,中断逻辑,INTn,指令,INTO,指令,除法,错误,单步,TF=1,不可屏蔽中断请求,IR,0,IR,6,IR,5,IR,4,IR,3,IR,2,IR,1,IR,7,可编程,中 断,控制器,(PIC),8259A,INT,n,4,0,1,2,CPU,INTR,NMI,08,09,0A,0B,0C,0D,0E,0F,系统定时器,键盘,保留(打印机),软盘,串行通信接口,保留(通信),彩色/图形接口,8086/8088的中断源,当有多个中断源同时产生中断申请时， CPU先响应优先权最高的中断源， 再响应优先级较低的中断源。,中断优先权,优先级 高 低 内中断 ( 除零，INT 指令，INTO指

9、令 ) 非屏蔽中断 可屏蔽中断 内中断( 单步 ) 低,24,外部中断响应与处理过程（续）,8086/8088响应中断的过程,当中断源产生中断申请后，不论是内中断、非屏蔽中断，还是可屏蔽中断，只要满足响应条件，在执行完当前指令后，CPU内部硬件会自动完成下列响应中断的过程：,26,中断向量表,中断向量表及向量号分配 由若干中断服务程序入口地址组成的表 例：X86的中断向量分配表如下图 教材后面的附录D给出了中断向量号的分配,I P CS,I P CS,I P CS,I P CS,27,中断向量表（续）,1000:150H,、 、 、 MOV AH, 01 INT 21H CMP AL, 0Dh

10、 、 、 、 、 、 PUSH AX 、 、 IRET,用指令调用中断程序,软件中断： 用指令调用中断程序,响应中断的过程：软中断,29,软中断分类,在PC系列机中，INT n分为两类： ROM-BIOS中断 I/O设备控制程序 BIOS实用服务程序 BIOS特殊中断 BIOS专用参数中断 DOS中断 公开的DOS专用中断（供内核代码专用） 未公开的DOS专用中断（供内核代码专用） DOS可调用中断 系统功能调用中断 DOS保留,响应中断的过程：NMI,不用判断IF 不用得出中断矢量 直接进入2号中断处理程序 没有中断响应周期 早期的包括3个非屏蔽中断源 协处理器出错 系统RAM奇偶校验错 I

11、/O通道校验错,8086/8088响应中断的过程,在每个指令周期的最后一个T状态进行采样，如果为高电平，并且IF标志1，将进入中断响应状态 CPU发出2个中断响应周期INTA，在第二个中断响应周期INTA获得中断矢量号,T1,T2,T3,T4,第一个总线周期,Tw,Tw,TI,TI,T1,T2,T3,T4,Tw,第n个总线周期,指令周期(机器周期),INTR,响应中断的过程：INTR,CPU对INTR的响应时序,需要两个连续的中断响应INTA周期，每个占用4个时钟周期 第一个INTA周期 发出INTA信号，通知外设准备响应中断 第二个INTA周期 发出INTA信号，接收外设发出的中断向量号 P

12、297 图7.17,34,中断响应周期（对INTR）,INTR的一般处理流程,、 、 、 、 MOV AL,BL CMP AL, 0Dh 、 、 、 、 、 、 、,INTR中断请求,中断子程序,断点,几种特殊情况,STI 对CS和SS进行MOV 或POP操作 Repeat和lock等前缀指令,几种特殊情况,、 、 、 STI MOV AL,BL CMP AL, 0Dh 、 、 、 、 、 、 、,0：3FFH,0：0,从中断子程返回断点处， 靠的是执行中断子程最后的指令IRET， 从堆栈中取出断点地址给CS:IP， 继续执行被中断的程序。 故中断子程最后应安排 IRET 指令。,STI,IP,CS,PSW,CPU和总线控制逻辑,(1)条件 IF=1 NMI=0 HOLD=0 无内部中断,INTR,I