《微型計算機原理與接口技術(shù)》第5版：6章-中斷-xwl

1、篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善1第七章第七章 中斷技術(shù)中斷技術(shù)內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 中斷的基本概念中斷的基本概念 外部中斷響應的一般過程外部中斷響應的一般過程 8086/8088中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 中斷向量表及其初始化中斷向量表及其初始化學習目標學習目標： 1掌握掌握8086內(nèi)部中斷的特點；內(nèi)部中斷的特點； 2掌握中斷的基本概念；掌握中斷的基本概念； 3重點深刻理解中斷類型碼、中斷向量和中斷向量表的概念，以及如何對中斷服務程序?qū)ぶ罚恢攸c深刻理解中斷類型碼、中斷向量和中斷向量表的概念，以及如何對中斷服務程序?qū)ぶ罚?重點、難點：重點、難點： 中斷向量表及初始化、中斷服務程序?qū)ぶ分袛嘞蛄勘砑俺跏蓟?/p>

2、中斷服務程序?qū)ぶ穼W時：學時：2 篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善27.1 中斷的基本概念中斷的基本概念一、中斷一、中斷 CPU CPU 執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨機的事件（外部或內(nèi)部），執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨機的事件（外部或內(nèi)部），引起引起 CPUCPU暫時中斷正在運行的程序暫時中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的服務程序特殊的服務程序（稱為中斷服務程序或中斷處理程序（稱為中斷服務程序或中斷處理程序) )，以處理該事件，該事件處理，以處理該事件，該事件處理完后又返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱為中斷。完后又返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱為中斷。特殊的服務程序：

3、特殊的服務程序： 為處理某種隨機事件而事前安排的一段程序。為處理某種隨機事件而事前安排的一段程序。篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善3具有隨機性具有隨機性在程序中在程序中已安排好已安排好篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善4 采用采用中斷傳送方式中斷傳送方式主要解決兩個問題主要解決兩個問題： 1、高速、高速 CPU 和低速和低速 I / O 設備設備之間信息傳送的矛盾之間信息傳送的矛盾 2、使、使 CPU 具有了一種具有了一種實時響應實時響應和處理和處理隨機事件隨機事件的能力的能力 中斷是計算機中一種重要的技術(shù)中斷是計算機中一種重要的技術(shù)。最初是為了克服對。最初是為了克服對I/OI/O接口采用接口采

4、用 查詢方式使查詢方式使CPUCPU利用率低而產(chǎn)生的；因此，最初的中斷都是利用率低而產(chǎn)生的；因此，最初的中斷都是對外部對外部 設備而言設備而言，稱為，稱為外部中斷外部中斷或或硬件中斷硬件中斷。 中斷的建立中斷的建立，避免了，避免了 CPUCPU不斷檢測外設狀態(tài)的過程，提高了不斷檢測外設狀態(tài)的過程，提高了CPUCPU的的 利用率提高數(shù)據(jù)傳輸率，實現(xiàn)對特殊事件的實時響應。利用率提高數(shù)據(jù)傳輸率，實現(xiàn)對特殊事件的實時響應。 隨計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷改進和應用技術(shù)的提高，中斷應用的范圍隨計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷改進和應用技術(shù)的提高，中斷應用的范圍 也隨之擴大，出現(xiàn)了也隨之擴大，出現(xiàn)了內(nèi)部中斷（內(nèi)部中斷（軟中斷

5、軟中斷），它是為，它是為解決計算機運行解決計算機運行 時所出現(xiàn)的某些隨機事件以及編程方便而出現(xiàn)時所出現(xiàn)的某些隨機事件以及編程方便而出現(xiàn)。篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善5二、中斷源二、中斷源引起引起CPUCPU中斷中斷的事件，發(fā)出中斷請求的的事件，發(fā)出中斷請求的來源來源內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷外部中斷外部中斷異常中斷異常中斷軟件中斷軟件中斷可屏蔽中斷可屏蔽中斷非屏蔽中斷非屏蔽中斷異常事件引起異常事件引起中斷指令引起中斷指令引起INTR中斷中斷NMI中斷中斷篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善6 中服程序中服程序是程序設計人員根據(jù)產(chǎn)生中斷的原因而專門編制的程序。是程序設計人員根據(jù)產(chǎn)生中斷的原因而專門編制的程

6、序。三、中斷響應三、中斷響應： 當外設向當外設向CPU發(fā)出中斷請求信號后，如果發(fā)出中斷請求信號后，如果CPU暫停了正在執(zhí)行的暫停了正在執(zhí)行的 程序，接收了外設的中斷請求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為外設服務的程序時，程序，接收了外設的中斷請求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為外設服務的程序時， 稱該過程為：稱該過程為：中斷響應中斷響應。 中斷響應的條件中斷響應的條件： 1、IF1，CPU允許中斷允許中斷；IF0稱為關中斷稱為關中斷 2、有外設提出中斷請求、有外設提出中斷請求。四、中斷服務程序四、中斷服務程序： CPU響應中斷后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行響應中斷后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為處理中斷請求服務的程序為處理中斷請求服務的程序， 這個程序稱：這個程序稱：中

7、斷服務程序中斷服務程序五、中斷的優(yōu)先級別五、中斷的優(yōu)先級別： 多個外設同時向多個外設同時向CPU提出中斷請求是，提出中斷請求是，CPU如何解決？如何解決？篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善7六、中斷嵌套：六、中斷嵌套：具有隨機性具有隨機性 CPU在執(zhí)行為低級別外設的中斷服務過程中，響應了高級別外設在執(zhí)行為低級別外設的中斷服務過程中，響應了高級別外設的中斷請求，的中斷請求，暫停對低級別外設的中斷服務而轉(zhuǎn)去為高級別外設進行暫停對低級別外設的中斷服務而轉(zhuǎn)去為高級別外設進行中斷服務的過程中斷服務的過程，稱為：，稱為：中斷嵌套中斷嵌套篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善8七、中斷的分類：七、中斷的分類：中斷向

8、量表中斷向量表：全部向量放在內(nèi)存的某一區(qū)域中，形成一個中斷向量表。全部向量放在內(nèi)存的某一區(qū)域中，形成一個中斷向量表。按轉(zhuǎn)向中斷服務程序的方法來分類按轉(zhuǎn)向中斷服務程序的方法來分類1、查詢中斷、查詢中斷：在此方式中，中斷源不提供中斷服務程序的入口地址。：在此方式中，中斷源不提供中斷服務程序的入口地址。 而是在而是在 CPU響應中斷后，通過對外設進行的識別，用軟件跳轉(zhuǎn)到響應中斷后，通過對外設進行的識別，用軟件跳轉(zhuǎn)到 相應的中斷服務程序去執(zhí)行。相應的中斷服務程序去執(zhí)行。2、向量中斷、向量中斷：在此方式中，中斷源要提供外設的：在此方式中，中斷源要提供外設的中斷類型號中斷類型號，CPU 根據(jù)外設提供的根據(jù)

9、外設提供的中斷類型號中斷類型號，從，從 中斷向量表中斷向量表 查找中斷服務程序的查找中斷服務程序的 入口地址，從而轉(zhuǎn)到相應的中斷服務程序去執(zhí)行。入口地址，從而轉(zhuǎn)到相應的中斷服務程序去執(zhí)行。中斷向量：中斷向量：中斷服務程序的起始地址。中斷服務程序的起始地址。篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善97. 2 中斷響應的一般過程中斷響應的一般過程5、中斷返回、中斷返回1、中斷請求、中斷請求2、中斷判優(yōu)及中斷源識別、中斷判優(yōu)及中斷源識別3、中斷響應、中斷響應4、中斷處理（服務）、中斷處理（服務）篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善10一、中斷請求：一、中斷請求： 中斷請求信號應保持到中斷被接受為止中斷請求信號應

10、保持到中斷被接受為止 CPU響應中斷后，中斷請求信號應及時撤銷響應中斷后，中斷請求信號應及時撤銷NMIINTR篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善11二、中斷判優(yōu)及中斷源識別：二、中斷判優(yōu)及中斷源識別： 對非同時產(chǎn)生的中斷對非同時產(chǎn)生的中斷： 低優(yōu)先級的中斷程序允許被高優(yōu)先級的中斷源所中斷低優(yōu)先級的中斷程序允許被高優(yōu)先級的中斷源所中斷中斷嵌套中斷嵌套1、中斷源識別、中斷源識別 軟件查詢法軟件查詢法； 中斷向量法中斷向量法； 由中斷源提供中斷類型號，由中斷源提供中斷類型號，CPU根據(jù)類型確定中斷源根據(jù)類型確定中斷源2、中斷判優(yōu)、中斷判優(yōu)：要解決的問題：要解決的問題 對同時產(chǎn)生的中斷對同時產(chǎn)生的中斷：

11、首先處理優(yōu)先級別較高的中斷；：首先處理優(yōu)先級別較高的中斷； 若優(yōu)先級別相同，則按先來先服務的原則。若優(yōu)先級別相同，則按先來先服務的原則。篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善123、中斷優(yōu)先權(quán)管理：、中斷優(yōu)先權(quán)管理： 軟件確定中斷優(yōu)先權(quán)軟件確定中斷優(yōu)先權(quán)（用于查詢中斷）：（用于查詢中斷）： 順序查詢中斷請求，先查詢的先服務順序查詢中斷請求，先查詢的先服務 （即先查詢的優(yōu)先級別高）（即先查詢的優(yōu)先級別高）篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善133、中斷優(yōu)先權(quán)管理：、中斷優(yōu)先權(quán)管理： 硬件確定中斷優(yōu)先權(quán)硬件確定中斷優(yōu)先權(quán) （適用于向量中斷）（適用于向量中斷） 中斷控制器中斷控制器 8259A篤學尚行篤學尚行

12、止于至善止于至善148086 CPU 向量中斷的中斷響應周期時序向量中斷的中斷響應周期時序篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善15三、中斷響應三、中斷響應:固定入口法固定入口法中斷向量法中斷向量法 向中斷源發(fā)出向中斷源發(fā)出INTA中斷響應信號中斷響應信號; 關中斷關中斷; 保護保護斷點斷點：包括包括FR、 CS和和IP; 獲得：獲得：中斷服務程序入口地址中斷服務程序入口地址篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善16四、中斷處理（服務）四、中斷處理（服務） 中斷服務子程序的特點：中斷服務子程序的特點： 為為“遠過程遠過程” 用用IRET指令返回指令返回 中斷服務程序中斷服務程序完成的工作：完成的工作： 1

13、）保護現(xiàn)場（通用寄存器的內(nèi)容）保護現(xiàn)場（通用寄存器的內(nèi)容） 2）開中斷（）開中斷（STI） 3）中斷處理）中斷處理 4）關中斷（關中斷（CLI） 5）恢復現(xiàn)場恢復現(xiàn)場 6）IRET篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善17五、中斷返回：五、中斷返回：執(zhí)行執(zhí)行IRET指令，使指令，使IP、CS和和FR從堆棧彈出從堆棧彈出篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善18篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善19 1、中斷請求中斷請求1）關中斷）關中斷2）恢復現(xiàn)場）恢復現(xiàn)場3）開中斷）開中斷 4）恢復斷點）恢復斷點 4、退出中斷退出中斷 1）保護現(xiàn)場（通用寄存器的內(nèi)容）保護現(xiàn)場（通用寄存器的內(nèi)容） 2）開中斷）開中斷 ST

14、I 3）中斷處理）中斷處理 3、中斷服務程序中斷服務程序 1 1）關中斷）關中斷）保護斷點）保護斷點 ）形成中斷服務程序的入口地址）形成中斷服務程序的入口地址 2、中斷響應中斷響應篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善207. 3 8086 / 8088 的中斷系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)一、中斷源分類：一、中斷源分類： 256 個個中斷源中斷源內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷除法錯中斷除法錯中斷溢出中斷溢出中斷單步中斷單步中斷軟件中斷軟件中斷非屏蔽中斷非屏蔽中斷可屏蔽中斷可屏蔽中斷外部中斷外部中斷篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善21篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善22二、軟中斷指令二、軟中斷指令 ： 1、INT n； 2、IR

15、ET ；中斷邏輯中斷邏輯中斷控中斷控制器制器8259APICINTR8086/8088CPU8086/8088CPU內(nèi)部邏輯內(nèi)部邏輯可可屏屏蔽蔽中中斷斷請請求求軟件中斷指令軟件中斷指令n溢出中斷溢出中斷4斷點中斷斷點中斷3除法錯除法錯0單步中斷單步中斷1NMI非屏蔽中斷請求非屏蔽中斷請求2篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善237. 4 中斷向量表及其初始化中斷向量表及其初始化一、中斷向量和中斷向量表一、中斷向量和中斷向量表1、中斷向量：、中斷向量：中斷服務程序的入口地址中斷服務程序的入口地址 即中斷服務程序所在內(nèi)存中的即中斷服務程序所在內(nèi)存中的段基址段基址和和段內(nèi)偏移地址段內(nèi)偏移地址2、中斷向量

16、表：、中斷向量表： 共共256個入口個入口 存放各類中斷的中斷服務程序的入口地址；存放各類中斷的中斷服務程序的入口地址； 每個入口占用每個入口占用4 個字節(jié)，個字節(jié)，低字為段內(nèi)偏移低字為段內(nèi)偏移，高字為段基址高字為段基址； 表的地址位于內(nèi)存的表的地址位于內(nèi)存的00000H003FFH，大小為，大小為1KB；篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善24二、二、中中斷斷向向量量表表篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善25 三、中斷向量指針和中斷類型號三、中斷向量指針和中斷類型號 例：軟驅(qū)的的中斷為：例：軟驅(qū)的的中斷為：INT 13H 其中斷向量為：其中斷向量為：0 F 0 0 0H（CS） 0 EC 5 9H

17、（IP） 當當CPU執(zhí)行該中斷指令時，執(zhí)行該中斷指令時， 提供提供 13H 的的中斷類型號中斷類型號， 13H4004CH 便得到便得到 中斷向量指針中斷向量指針 為了便于在為了便于在中斷向量表中斷向量表中查找中查找中斷向量中斷向量， 通常設置一種指針，由它指出通常設置一種指針，由它指出中斷向量中斷向量存存 放在放在中斷向量表中斷向量表中的位置，實際上是：中的位置，實際上是： 中斷向量的地址中斷向量的地址 中斷向量指針由中斷向量指針由中斷類型號乘于中斷類型號乘于4 4得到得到篤學尚行篤學尚行止于至善止于至善268086中斷處理流程中斷處理流程 CPU在獲得中斷類型號后，先自動將在獲得中斷類型號

18、后，先自動將FR入棧，并自動將入棧，并自動將IF和和TF清零。清零。 自動將當前自動將當前CS和和IP內(nèi)容入棧，根據(jù)中斷類型號內(nèi)容入棧，根據(jù)中斷類型號n從中斷向量表中取出中斷處理從中斷向量表中取出中斷處理程序的段地址送入程序的段地址送入CS，偏移地址值送入，偏移地址值送入IP，從而實現(xiàn)向中斷處理程序轉(zhuǎn)移。，從而實現(xiàn)向中斷處理程序轉(zhuǎn)移。 在中斷處理程序完成后，用中斷返回指令在中斷處理程序完成后，用中斷返回指令IRET恢復斷點，彈回恢復斷點，彈回IP和和CS，并恢，并恢復復FR的內(nèi)容，實現(xiàn)向被中斷程序的返回。的內(nèi)容，實現(xiàn)向被中斷程序的返回。 注意點：注意點：在處理程序的開始用開中斷指令打開中斷，以便實現(xiàn)中斷嵌套。在處理程序的開始用開中斷指令打開中斷，以便實現(xiàn)中斷嵌套。例：例：設某中斷源的類型碼為設某中斷源的類型碼為4A