清華大學(xué)計(jì)算機(jī)原理課件第五章數(shù)字量輸入輸出2of7_43605762

1、 15.3 5.3 中中 斷斷主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、基本概念一、基本概念 1. 1. 中斷的功能中斷的功能 2. 2. 中斷的分類中斷的分類 3. 3. 中斷的響應(yīng)過程中斷的響應(yīng)過程二、可編程中斷控制器二、可編程中斷控制器8259A8259A 25.3 5.3 中中 斷斷一、基本概念一、基本概念( (一一) )中斷的中斷的概念概念及及功能功能 當(dāng)前程序當(dāng)前程序: :中斷發(fā)生時(shí)正執(zhí)行的程序中斷發(fā)生時(shí)正執(zhí)行的程序( (主程序主程序) )當(dāng)前指令當(dāng)前指令：中斷發(fā)生時(shí)正在執(zhí)行的指令。：中斷發(fā)生時(shí)正在執(zhí)行的指令。中斷中斷：當(dāng)前指令完成后，打斷原正常的執(zhí)行：當(dāng)前指令完成后，打斷原正常的執(zhí)行順序，插入執(zhí)行

2、另一段程序后返回繼續(xù)。順序，插入執(zhí)行另一段程序后返回繼續(xù)。 3中斷源中斷源: :發(fā)出原始中斷請(qǐng)求信號(hào)的設(shè)備發(fā)出原始中斷請(qǐng)求信號(hào)的設(shè)備( (接口接口) )中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序：中斷后插入執(zhí)行的另一段程：中斷后插入執(zhí)行的另一段程序，一般是為中斷源實(shí)現(xiàn)序，一般是為中斷源實(shí)現(xiàn)I/OI/O服務(wù)。服務(wù)。斷點(diǎn)斷點(diǎn)：中斷發(fā)生時(shí)主程序中原應(yīng)執(zhí)行的下一：中斷發(fā)生時(shí)主程序中原應(yīng)執(zhí)行的下一條指令，具體化為條指令，具體化為CSCS、IPIP、FLAGSFLAGS?，F(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)：中斷發(fā)生時(shí)其他需保護(hù)的寄存器。：中斷發(fā)生時(shí)其他需保護(hù)的寄存器。 4( (二二) ) 中斷分類中斷分類(1)(1)除以零中斷：產(chǎn)生除以零中斷：產(chǎn)生

3、INT INT 0 0(2)(2)單步中斷：當(dāng)單步中斷：當(dāng)IF=TF=1IF=TF=1時(shí)時(shí), ,產(chǎn)生產(chǎn)生INT INT 1 1(3)(3)溢出中斷溢出中斷: :當(dāng)當(dāng)OF=1OF=1時(shí)執(zhí)行時(shí)執(zhí)行INTO,INTO,產(chǎn)生產(chǎn)生INT INT 4 4以上三種都是以上三種都是CPU產(chǎn)生產(chǎn)生中斷類型號(hào)中斷類型號(hào)n。 (4) 其它其它 INT n指令指令,由指令提供中斷類型號(hào)由指令提供中斷類型號(hào)n。由中斷類型號(hào)由中斷類型號(hào) n，用，用4n當(dāng)作指針到中斷矢量表中當(dāng)作指針到中斷矢量表中取中斷服務(wù)程序取中斷服務(wù)程序入口地址入口地址，轉(zhuǎn)入服務(wù)，轉(zhuǎn)入服務(wù) 5 6非屏蔽中斷非屏蔽中斷NMINMI不受不受IFIF控制，控

4、制， CPUCPU產(chǎn)生產(chǎn)生 INT 2INT 2NMINMI中斷源：浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器中斷源：浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器80878087請(qǐng)求、請(qǐng)求、 RAMRAM錯(cuò)、錯(cuò)、I/OI/O通道錯(cuò)通道錯(cuò)CPU中的非屏蔽，在系統(tǒng)板上增加了屏蔽：中的非屏蔽，在系統(tǒng)板上增加了屏蔽：NMI屏蔽寄存器屏蔽寄存器可以控制可以控制NMI允許允許 / 禁止禁止NMI屏蔽寄存器僅屏蔽寄存器僅1位，接位，接DB7 ，當(dāng)作，當(dāng)作I/O端端口管理，端口地址為口管理，端口地址為A0H: MOV AL，80H ；D7=1 OUT 0A0H，AL ；允許；允許NMI若清零若清零AL后輸出則禁止后輸出則禁止NMI。 7(2) (2) 可屏蔽中斷

5、可屏蔽中斷INTRINTR 外部中斷源的請(qǐng)求經(jīng)過外部中斷源的請(qǐng)求經(jīng)過82598259產(chǎn)生。產(chǎn)生。PC/XTPC/XT中外部中斷類型號(hào)為中外部中斷類型號(hào)為080FH080FH， 286286以上機(jī)器外部中斷類型號(hào)還有以上機(jī)器外部中斷類型號(hào)還有70H77H70H77H 不論何種中斷，得到響應(yīng)后都是首先獲取中不論何種中斷，得到響應(yīng)后都是首先獲取中斷類型號(hào)斷類型號(hào)n，其值都在，其值都在0255的范圍。然后根的范圍。然后根據(jù)據(jù)n乘以乘以4到中斷矢量表中尋找中斷服務(wù)程序到中斷矢量表中尋找中斷服務(wù)程序的入口地址，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。的入口地址，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。 81 1形成中斷類型號(hào)形成中斷類型號(hào) n n；

6、2 2保護(hù)斷點(diǎn)：保護(hù)斷點(diǎn)：FLAGSFLAGS入棧、清零入棧、清零IFIF及及TFTF、CSCS入棧、入棧、IPIP入棧；入棧；3 3以以 4n 4n 到中斷矢量表中取中斷服務(wù)程到中斷矢量表中取中斷服務(wù)程序入口地址。序入口地址。 中斷矢量表見中斷矢量表見P397P397附錄附錄8 84 4執(zhí)行中斷服務(wù)程序執(zhí)行中斷服務(wù)程序( (保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、I I/ /O O服服務(wù)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、務(wù)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、IRETIRET）5.5.返回?cái)帱c(diǎn)返回?cái)帱c(diǎn) 9下一條下一條主程序主程序當(dāng)前指令當(dāng)前指令中斷申請(qǐng)矢量表矢量表0+3+2+14nCSIP3FFHSS堆棧堆棧SP-1-2-3-4-5-6FLAGCSIPIRE

7、T中斷中斷服務(wù)程序服務(wù)程序 入口入口中斷服中斷服務(wù)務(wù)根據(jù)中斷類型號(hào)根據(jù)中斷類型號(hào)n到中斷矢量到中斷矢量表找服務(wù)程序入口表找服務(wù)程序入口 10主要功能：主要功能：針對(duì)多個(gè)中斷請(qǐng)求，對(duì)其進(jìn)行屏蔽、優(yōu)先級(jí)等管理針對(duì)多個(gè)中斷請(qǐng)求，對(duì)其進(jìn)行屏蔽、優(yōu)先級(jí)等管理向向CPUCPU轉(zhuǎn)達(dá)中斷請(qǐng)求，并視轉(zhuǎn)達(dá)中斷請(qǐng)求，并視CPUCPU的響應(yīng)送出中斷類的響應(yīng)送出中斷類型號(hào)型號(hào)要點(diǎn)：要點(diǎn)：u中斷請(qǐng)求是如中斷請(qǐng)求是如何識(shí)別的？何識(shí)別的？u片內(nèi)是如何尋址的？片內(nèi)是如何尋址的？u類型號(hào)是如何確定及何時(shí)向類型號(hào)是如何確定及何時(shí)向CPUCPU送出的？送出的？u中斷請(qǐng)求的處理是如何完結(jié)的？中斷請(qǐng)求的處理是如何完結(jié)的？ 11每片可管理

8、每片可管理8 8個(gè)外部中斷源個(gè)外部中斷源( (一一) 8529A) 8529A的構(gòu)成的構(gòu)成P253圖圖5.178259A功能框圖功能框圖 12請(qǐng)求寄存器請(qǐng)求寄存器IRRIRR、服務(wù)寄存器、服務(wù)寄存器ISRISR 都屬于狀態(tài)信息。都屬于狀態(tài)信息。初始化寄存器組初始化寄存器組ICWICW、工作寄存器組、工作寄存器組OCWOCW 主要是控制命令。主要是控制命令。 13P253 P253 圖圖5.16 8257A5.16 8257A引腳引腳 14(1) (1) 外部請(qǐng)求信號(hào)外部請(qǐng)求信號(hào)IRIR7 7IRIR0 0：可連接可連接8 8個(gè)外部中斷源，接受外設(shè)中斷請(qǐng)個(gè)外部中斷源，接受外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，按照中

9、斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能進(jìn)求信號(hào)，按照中斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行屏蔽、中斷優(yōu)先級(jí)等管理行屏蔽、中斷優(yōu)先級(jí)等管理(2) (2) 對(duì)對(duì)CPUCPU的聯(lián)系信號(hào)：的聯(lián)系信號(hào)： INT:INT:中斷請(qǐng)求。接受中斷請(qǐng)求。接受IRIR后向后向CPUCPU轉(zhuǎn)達(dá)轉(zhuǎn)達(dá) INTA:INTA:中斷響應(yīng)，中斷響應(yīng)，CPUCPU回答回答8259A8259A的允許的允許 15 CS: CS:片選，系統(tǒng)片選，系統(tǒng)I/OI/O譯碼選中本片。譯碼選中本片。 A A0 0 : :地址線，片內(nèi)譯碼再與地址線，片內(nèi)譯碼再與 片選地址組合，選中各寄存器。片選地址組合，選中各寄存器。 RD:RD:讀，讀，CPUCPU讀讀8259A8259A各寄存器內(nèi)

10、容。各寄存器內(nèi)容。 WR:WR:寫，寫，CPUCPU寫數(shù)據(jù)到寫數(shù)據(jù)到8259A8259A各寄存器。各寄存器。 若若A A0 0接系統(tǒng)總線接系統(tǒng)總線A A1 1？ 16(3) (3) 級(jí)連信號(hào)：級(jí)連信號(hào)： SP/EN:SP/EN:主片接主片接+5+5V V，從片接地。，從片接地。 CASCAS2 2CASCAS0 0： 主片輸出三位主片輸出三位2 2進(jìn)制進(jìn)制從片標(biāo)識(shí)碼從片標(biāo)識(shí)碼， 從片接受后與自己的從片接受后與自己的編號(hào)編號(hào)對(duì)比識(shí)別。對(duì)比識(shí)別。 178259的級(jí)連信號(hào)的級(jí)連信號(hào)應(yīng)答應(yīng)答請(qǐng)求請(qǐng)求 IR0 IR1 IR2 IR6 IR7INTINTA8259主片主片SP +5V（去（去CPU）IRQ

11、0IRQ2IRQ7CAS20INTINTA8259從片從片(010B) CAS20SPINTA8259從片從片(111B) SPINT 18先初始化編程先初始化編程( (寫寫ICW)ICW)一般一次完成。一般一次完成。后工作編程后工作編程( (寫寫OCW)OCW)工作中可重復(fù)多次。工作中可重復(fù)多次。 1.1.內(nèi)部寄存器的讀寫內(nèi)部寄存器的讀寫在在CSCS有效時(shí)如何進(jìn)一步尋址內(nèi)部寄存器有效時(shí)如何進(jìn)一步尋址內(nèi)部寄存器用地址信號(hào)進(jìn)行片內(nèi)譯碼用地址信號(hào)進(jìn)行片內(nèi)譯碼對(duì)于對(duì)于8259A,8259A,只有一條地址線只有一條地址線A A0 0，只能譯出兩個(gè)只能譯出兩個(gè)片內(nèi)地址：奇地址和偶地址片內(nèi)地址：奇地址和偶

12、地址 19輔助尋址手段輔助尋址手段特征位：用所寫字節(jié)的某些位作輔助尋址特征位：用所寫字節(jié)的某些位作輔助尋址的特征的特征順順 序：用寫的順序輔助尋址序：用寫的順序輔助尋址RD/WRRD/WR信號(hào)：只讀寄存器和只寫寄存器合用信號(hào)：只讀寄存器和只寫寄存器合用一個(gè)地址，用一個(gè)地址，用RD/WRRD/WR信號(hào)輔助尋址信號(hào)輔助尋址 見見 P255 P255 表表5.45.4初始化完成后，片內(nèi)奇地址固定用來讀中斷初始化完成后，片內(nèi)奇地址固定用來讀中斷屏蔽寄存器屏蔽寄存器IMR/IMR/寫寫OCW1OCW1。OCWOCW1 1寫到寫到IMRIMR中二者內(nèi)容相等名稱混用。中二者內(nèi)容相等名稱混用。 20ICWIC

13、W1 1 ICW ICW2 2 ICW ICW3 3 ICW ICW4 4 (1) ICW(1) ICW1 1 主初始化命令字，用偶地址寫主初始化命令字，用偶地址寫任何時(shí)候，任何時(shí)候， 若用若用偶地址偶地址對(duì)本片寫一個(gè)對(duì)本片寫一個(gè)D4=1的字節(jié)，的字節(jié)， 則理解為寫則理解為寫ICW1， 即即8259A的初始化開始。的初始化開始。 系統(tǒng)上電時(shí)完成初始化，系統(tǒng)上電時(shí)完成初始化， 以后一般只作工作編程。以后一般只作工作編程。 21ICW1格式P256 圖圖5.20 ICW1的作用的作用只對(duì)只對(duì)8080/8085系統(tǒng)有意義系統(tǒng)有意義 22(2) (2) ICWICW2 2中斷類型號(hào)，用奇地址寫。中斷類

14、型號(hào)，用奇地址寫。即每個(gè)中斷源產(chǎn)生中斷的類型號(hào)。即每個(gè)中斷源產(chǎn)生中斷的類型號(hào)。 同一片中同一片中8 8個(gè)中斷類型號(hào)連續(xù)個(gè)中斷類型號(hào)連續(xù) （按（按IRIR0707 的序號(hào)的序號(hào)D D2 2 D D0 0 自動(dòng)從自動(dòng)從 000 000 排到排到 111 )111 )。 23 24(3) (3) ICWICW3 3 級(jí)連命令字，用奇地址寫。級(jí)連命令字，用奇地址寫。 多片級(jí)連時(shí)才用寫，單片時(shí)不用寫。多片級(jí)連時(shí)才用寫，單片時(shí)不用寫。 主片和各從片的主片和各從片的ICWICW3 3格式不同格式不同, ,分別寫。分別寫。 每個(gè)從片還要分別寫。每個(gè)從片還要分別寫。 25 26第一周期：相應(yīng)的第一周期：相應(yīng)的I

15、SRISR位置位置1 1，IRRIRR位復(fù)位；主位復(fù)位；主片檢測(cè)被響應(yīng)的片檢測(cè)被響應(yīng)的IRIR端是否接有從片，若有端是否接有從片，若有則送出被響應(yīng)的從片標(biāo)識(shí)碼到則送出被響應(yīng)的從片標(biāo)識(shí)碼到CASCAS2 2 CAS CAS0 0。第二周期：將自己的中斷類型號(hào)送到數(shù)據(jù)總第二周期：將自己的中斷類型號(hào)送到數(shù)據(jù)總線上供線上供CPUCPU讀取，如中斷源來自從片則是由讀取，如中斷源來自從片則是由被響應(yīng)的從片送出中斷類型號(hào)。被響應(yīng)的從片送出中斷類型號(hào)。 27(4) ICW4 多種功能，用奇地址寫。多種功能，用奇地址寫。 一般嵌套：只響應(yīng)更高級(jí)一般嵌套：只響應(yīng)更高級(jí) 特殊嵌套：同級(jí)也可以響應(yīng)，用于級(jí)連特殊嵌套：

16、同級(jí)也可以響應(yīng)，用于級(jí)連 28正常正常EOI：每響應(yīng)一個(gè)外部中斷，會(huì)將每響應(yīng)一個(gè)外部中斷，會(huì)將8259的的ISR寄存寄存器相應(yīng)位置器相應(yīng)位置1，參與以后的優(yōu)先級(jí)比較。，參與以后的優(yōu)先級(jí)比較。用戶中斷服務(wù)程序結(jié)尾發(fā)用戶中斷服務(wù)程序結(jié)尾發(fā)EOI命令清除命令清除ISR中中相應(yīng)位，相應(yīng)位，8259可以處理后續(xù)中斷。可以處理后續(xù)中斷。自動(dòng)自動(dòng)EOI：中斷響應(yīng)時(shí)：中斷響應(yīng)時(shí)8259一送出中斷類型一送出中斷類型號(hào)，即自動(dòng)清除號(hào)，即自動(dòng)清除ISR中相應(yīng)位。中相應(yīng)位。在使用系統(tǒng)中的8259A時(shí)，由于操作系統(tǒng)已經(jīng)做完了初始化編程，用戶應(yīng)遵守其初始化的約定，只作工作編程。 29(1) OCW(1) OCW1 1 用

17、奇地址寫到用奇地址寫到IMRIMR中。中。 CPUCPU中的中的IFIF管整個(gè)系統(tǒng)管整個(gè)系統(tǒng)8259的中斷屏蔽字只管本片的中斷屏蔽字只管本片的IRIR信號(hào)信號(hào) 初始化編程完成后，片內(nèi)奇地址固定用初始化編程完成后，片內(nèi)奇地址固定用來讀來讀/寫寫IMR(OCW1)。P258 圖圖5.24 OCW1的作用（中斷屏蔽字）的作用（中斷屏蔽字） 30(2) OCW2 多種功能，多種功能，最常用：中斷結(jié)束命令（最常用：中斷結(jié)束命令（EOI）D5=1 P258 圖圖5.25 OCW2的作用的作用 31隨后查詢隨后查詢IR7IR0的狀態(tài)的狀態(tài) 32讀之前先寫讀之前先寫OCWOCW3 3, , 其其D D2 2D

18、 D1 1D D0 0決定后續(xù)讀決定后續(xù)讀（用偶地址）的對(duì)象：（用偶地址）的對(duì)象： D D2 2D D1 1D D0 0=010,=010,讀中斷請(qǐng)求寄存器讀中斷請(qǐng)求寄存器IRRIRR。 D D2 2D D1 1D D0 0=011,=011,讀中斷服務(wù)寄存器讀中斷服務(wù)寄存器ISRISR。 D D2 2D D1 1D D0 0=1XX,=1XX,查詢外部請(qǐng)求信號(hào)，即讀查詢外部請(qǐng)求信號(hào)，即讀IRIR7 7IRIR0 0的狀態(tài)（的狀態(tài)（有則讀出的D7為1，且低3位為優(yōu)先級(jí)最高的外部請(qǐng)求編碼）。）。 33( (一一) IBM PC/XT) IBM PC/XT系統(tǒng)中的連接系統(tǒng)中的連接P260 圖圖5.27 8259A的連接的連接 34 其中其中第第3 3、4 4句句設(shè)置中斷向量為設(shè)置中斷向量為8 8，對(duì)照，對(duì)照ICWICW2 2