计算机硬件基础第六章中断

1、1.第6章中断技术。1956年，在美国，IBM 7049首次使用中断处理技术，并开始使用“中断”一词。2.第一部分总结了在中断模式下，外部设备主动向中央处理器发送请求以等待处理；当没有请求时，中央处理器和外围设备可以独立工作。引入中断技术后，中央处理器和外围设备可以在大部分时间并行工作，提高了中央处理器的利用率。在从中央处理器接收到命令后，外围设备根据其自身的控制规律执行相应的操作。完成后，它向中央处理器发送一个中断请求，中央处理器暂停正在执行的程序并开始处理外围设备。处理后，它返回断点继续执行。1.中断功能；4.中断的定义：当中央处理器执行一个程序时，一些随机事件(外部或内部)发生，导致中央

2、处理器暂时中断正在运行的程序，并转而执行一个特殊的服务程序(称为中断服务程序或中断处理程序)来处理该事件。事件处理后，它返回到中断的程序继续执行。这个过程叫做中断。中断请求：外设的硬件中断请求和系统软件指令的软件中断请求。中断请求取决于事件发生的时间，而这个时间是随机的，因此在执行程序的过程中插入中断程序也是随机的。这是子程序和中断处理程序之间的一个重要区别。六三。中断源：导致中央处理器中断的事件，以及发出中断请求的源。硬件中断源：输入/输出设备、系统时钟、故障源等。软件中断来源：程序中断指令、指令运行错误等。目前，微处理器系统具有中断功能，它不仅仅局限于输入输出处理，还在更多方面发挥着重要作

3、用。例如，自动监控系统运行的故障源、BIOS和DOS操作系统提供的中断调用服务程序等。7，中断源分类，8，外部中断响应的一般过程，中断请求中断仲裁和中断源识别中断响应中断处理(服务)中断返回，9，中断请求，中断请求信号应保持到中断处理完毕；在中央处理器响应中断后，中断请求信号应及时取消。由中断源向中央处理器发送的中断请求中断信号。对于硬件中断源：必须传输到中央处理器；通过特殊电路；中央处理器也有一个特殊的引脚来接收中断请求信号。8086/8088中央处理器通过INTR引脚和网络管理接口引脚接收硬件中断请求信号。对于软件中断源，中断是由中央处理器中的中断指令或程序错误直接引起的。11，(2)中断

4、标志1，中央处理器标志寄存器中的中断允许标志。指示它是否可以响应来自外围设备的中断请求。允许通常用1表示。2.中断请求标志有一位对应于每个外设，用于记录外设的中断请求状态。有请求时置1，中断处理后清0。在PC机中，8259A用于管理外设的中断请求，而在8051系列单片机中，这个标志也在中央处理器内部。中断屏蔽来自硬件中断源的一些请求可以根据中频标志决定是否响应，而来自硬件中断源的一些请求需要响应。在8086/8088系统中，INTR是一个屏蔽的中断请求引脚；NMI是一个未屏蔽的中断请求引脚。在PC机系统中，由8259A管理的外设中断源与中央处理器的INTR引脚相连。8259A中有8位中断应用寄

5、存器和8位中断屏蔽寄存器，可以对应8个外设的中断应用和中断屏蔽。13，当系统有多个中断源时，有可能同时发送请求，并且中央处理器将根据重要性和紧迫性(中断优先级)优先响应。一般处理原则如下：1 .同时请求不同的优先级，并根据优先级进行处理。2.低优先级中断正在处理，而高优先级请求出现，因此将改为处理高优先级请求。3.正在处理高优先级中断，并且有一个低优先级请求，因此它暂时不会响应。4.当中断处理发生时，同一级别的请求中断仲裁和中断源识别，14。对于同时中断，中断仲裁需要解决的问题：首先处理优先级较高的中断；如果优先级相同，非同时中断将按照先来先服务的原则处理：低优先级的中断程序允许被高优先级的中

6、断源中断、15，当中断嵌套在中央处理器中处理外部中断时，如果有更高优先级的中断请求，将被转移到处理高优先级的中断。在个人计算机中，嵌套可以被中断。16、中断仲裁控制方法、软件仲裁序列中的查询中断请求、查询优先(即查询优先具有高优先级)、硬件仲裁链仲裁、并行仲裁(中断矢量方法)、17、1、软件中断(单步中断除外)2、NMI 3、INTR 4、PC系统中的单步中断、外设中断源通过8259A中断优先级管理器。优先顺序，18，中断源识别，软件查询中断向量法。中断源提供中断类型号，中央处理器根据类型确定中断源。19，断点和返回地址在每个指令执行的最后一个时钟周期，中央处理器检测到中断请求，如果它响应中断

7、，它就开始执行中断处理程序，程序被中断的地方称为“断点”。断点处的指令是中断处理完成后返回时第一条恢复执行的指令的地址，称为“返回地址”。20，1。当每个指令被执行时，中央处理器在最后一个时钟周期检测到中断请求。如果出现下列情况之一，中央处理器将自动进入中断响应周期。(1)存在软件中断；(2)有NMI中断信号；(3)存在INTR中断信号，并且中央处理器允许对该中断做出响应。中断响应和处理，21，2，进入中断响应周期后，如果是INTR，它将向中断源产生INTA信号，并让中断源向中央处理器发送中断类型代码；通过数据总线的低8位；如果是NMI，类型代码为2；中断指令中有一个类型代码；程序错误有默认类

8、型代码。3.堆栈标志寄存器，清除TF和IF标志，并返回地址的CS和IP。22，4。形成中断服务程序的入口地址，并传送给中断服务程序执行。每个中断都有自己的处理程序，各种微处理器有不同的方式来形成中断服务程序的入口地址。23，5，进入中断服务程序。它通常由以下步骤组成：(1)保护现场并启动和停止；(2)中断处理；(3)关闭中断，恢复场景，打开中断；(4)带有中断返回指令的返回(IRET)。(7)中断返回从堆栈中恢复断点(返回地址CS和IP，标志寄存器)，并返回主程序继续执行。(8)常见的优先级区分方法有软件区分和硬件区分。24，通常使用特殊的中断优先级处理电路英特尔8259A来管理几个硬件中断源

9、，并向微处理器发送中断请求信号。例如，在PC/XT计算机中，8259A用于管理硬件中断源，中断请求发送到8088的INTR引脚，中断类型代码发送到数据总线D7D0。25、菊花链逻辑电路、INTAIN、IRET、INTR、INTAOUT、三态门、中间故障矢量码、E、外设接口、中断确认、菊花节2、8086/8088中断结构，在8086/8088系统中提供256种中断类型结构，用1字节编码，称为中断类型码；对应于每种中断类型的4个字节的程序入口地址称为中断向量。256个中断向量存储在存储器的第一个1KB中断向量表中。，28，中断向量表，用于存储各种中断的中断服务程序的条目地址每条目占用4字节，低位字

10、表示段内偏移，高位字表示段基址表的地址位于存储器00000H003FFH中，大小为1KB，共有256个条目，29，初始化中断向量表， 有两种方法将用户定义的中断服务程序入口地址放入到向量表中：直接写中断向量表，用DOS中断函数调用它：INT 25H，30，初始化中断向量表，例如，将带有中断向代码48H的服务程序入口地址放入向量表，直接写中断向量表MOV AX，0 MOV DS，AX MOV SI，48H*4 MOV DX。 偏移int_proc MOV接口、DX MOV接口、SEG int_proc MOV接口2、DX由DOS中断功能调用：INT 25H MOV接口、SEG int_proc

11、MOV接口、DX MOV接口、偏移int_proc MOV接口、2548H INT 21H、31、内部中断外部中断、除法错误中断溢出中断单步中断软件中断、未屏蔽中断可屏蔽中断、32、NMI、INTR、中断逻辑、软件中断指令、溢出中断、除法错误、单步中断、未屏蔽中断n，4，3，0，1，2，8086/8088中断源类型：在中断向量表中，33，8088/8086内部中断响应过程，响应过程步骤：PUSH FLAG临时存储TF clear IF和TF PUSH CS PUSH IP 0:中断类型号*4 I P 0:中断类型号*4 2CS，34，8088/8086外部中断响应过程，可屏蔽中断(INTR):

12、 INTA周期1，PIC队列和优先级暂时存储TF清除IF和TF PUSH CS PUSH IP 0:中断类型号* 4ip03360中断类型号*4 2CS NMI中断响应过程类似于内部中断，中断响应和处理流程见p318，35。 8088/8086中断系统的优先级从高到低为：内部中断NMI中断INTR中断单步中断36。第3节：8259A可编程中断控制器，它是由英特尔公司设计的一种大规模集成电路芯片，用于简化中断控制的硬件接口。它可以接收8级外部硬件中断，并具有排队中断优先级、屏蔽中断、提供中断类型号等功能。它可以通过编程选择不同的工作模式，使用非常方便，因此广泛应用于PC机和各种系统中。37，82

13、59A的外部特性和连接，8259 a是一款采用28引脚DIP封装的接口芯片。是其框图和外部引脚图。38，芯片引脚信号定义如下：(1) D7d0: 8位双向数据线。用于在中央处理器和8259A之间传输命令字、状态或中断类型号。一般与中央处理器的D7D0数据总线相连。(2) WR:写控制信号，在低电平有效。(3)研发：读取控制信号，在低电平有效。(4)控制信号：芯片选择信号。当它为低电平时，选择8259A，中央处理器可以读写它。(5) A0:地址线。用于选择8259A内部不同的命令字。(6) IR7IR0:中断请求输入。在由多个8259A组成的主从级联系统中，它用于与从芯片8259A连接。(7)

14、INT:中断请求输出信号，用于向中央处理器发送中断请求信号。39，(8) INTA:中断响应，输入信号。它与系统的INTA信号相连。当信号有效时，8259A将向数据总线发送中断类型号。(9)CASCAS 0:水平连接。用于形成8259A的多个主从系统。(10)标准点/标准点：双功能信号。在缓冲器模式下，该引脚用作输出信号，控制缓冲器的传输方向。另一种方式是输入信号，它指示8259A是主机(1)还是从机(0)。8259A单片机与中央处理器的连接见图8.15。在单芯片系统中，不使用8259A的CAS2CAS0，并且SP/EN引脚设置为高电平，表明它是8259A主机。CS连接到地址解码输出，8259

15、A的A0通常连接到中央处理器的A0，因此8259A将占用两个端口地址。PC机/XT计算机使用单芯片8259A，使用两个端口地址，20H和21H。40，如果系统中有8个以上的中断源，单片机8259A就不能满足要求。此时，需要级联多个片段8259A。以PC机/AT为例，它使用了两个8259A。SP/EN=1的8259A是一个主芯片，其内部信号直接连接到中央处理器的INTR引脚，而另一个的SP/EN请注意，从芯片的INT信号连接与主芯片不同。它的INT信号不需要连接到中央处理器总线，而是连接到主芯片的红外引脚，这里是IR2。其他信号，如CAS2CAS0、INTA、RD、WR、D7D0、A0，是主从8

16、259A的信号，名称相同，连接在一起。如果有更多的从芯片也是如此，但是为了确保可靠的信号传输，通常需要访问这些信号线之间的驱动缓冲器。42，图8.15，PC机/自动测试机在连接从芯片后可以处理15级中断。8259A可以级联多达8个从芯片，并处理64个中断。8259A的内部结构见图8.17，由8个功能部分组成：中断请求寄存器IRR、优先级电路、中断服务寄存器ISR、中断屏蔽寄存器IMR、控制逻辑、数据总线缓冲器、读/写逻辑和级联/比较器。IRR为8位，对应于IR7IR0引脚产生的中断请求状态。当一个引脚产生一个请求时，IRR的相应位被置1。它有闩锁功能。45，IMR起屏蔽中断请求的作用，也是8位

17、，对应IR7IR0中断请求输入。置1时，禁止相应的中断请求，置0时，允许。该寄存器可由软件读写。对于多个中断请求，优先级电路将根据软件设置的优先级策略判断有效的中断请求，确定最高优先级，并在中断响应周期内将状态存储在ISR中，表示处理器将为其服务。数据总线缓冲器是一个8位三态缓冲器，用于连接系统数据总线和8259A内部总线，以允许处理器向8259A写入命令和读取状态。读/写控制逻辑用于控制数据写入、读取和命令字选择。级联/比较器用于控制多个8259A的连接。46，第四节奔腾处理器的中断系统。奔腾处理器将程序中断的来源分为硬件中断、软件中断和异常。硬件中断是由外部输入输出设备引起的；软件中断是由程序员预先编写的指令产生的。异常不是由用户定义的，而是当中央处理器在指令执行期间检测到预定义的条件得到满足时生成的同步事件，例如除法错误、溢出错误和段缺失错误。这些中断介绍如下：1 .硬件中断硬件中断也称为外部中断，中断请求通常由连接到输入/输出设备的接口电路产生。它的生成是一个异步事件。47，奔腾处理器有两个引