復試科目課件計算機原理

微機原理盧偉Email:Office:大黑樓B705TEL：84706161大連理工大學自動化系第六章中斷系統(tǒng)6.1基本概念6.28086/8088的中斷系統(tǒng)6.3可編程中斷控制器Intel8259A

6.1基本概念1、中斷的定義當CPU正常運行時，系統(tǒng)外部、內(nèi)部或現(xiàn)行程序本身若出現(xiàn)緊急事件，處理器必須立即強行中止現(xiàn)行程序的運行，改變機器的工作狀態(tài)并啟動相應的程序來處理這些事件，然后再恢復原來的程序運行,這一過程稱為中斷。2、中斷源和中斷請求能夠向CPU發(fā)出中斷請求的中斷來源稱為中斷源。I/O設備（CRT、打印機等）、數(shù)據(jù)設備（磁盤、磁帶等）、實時時鐘、故障信號、軟件中斷等都是中斷源。中斷源一般分為硬件中斷源和軟件中斷源。中斷源能發(fā)出中斷請求信號到CPU，所以中斷源中一般要求有中斷請求觸發(fā)器，請求信號有邊沿請求和電平請求兩種。3、中斷系統(tǒng)的目的維持系統(tǒng)正常工作，提高系統(tǒng)效率；實時處理；為故障處理作準備。4、中斷分類中斷分外部中斷和內(nèi)部中斷兩大類;其中外部中斷分為兩類：⑴可屏蔽中斷INTR，由標志寄存器中的IF位控制；⑵不可屏蔽中斷NMI，不受IF位控制。5、中斷系統(tǒng)功能⑴中斷處理：發(fā)現(xiàn)中斷請求、響應中斷請求、執(zhí)行中斷服務程序、中斷返回。⑵中斷控制：中斷優(yōu)先權(quán)排隊、中斷嵌套6.1基本概念當系統(tǒng)中有多個中斷時，有可能出現(xiàn)兩個或兩個以上的中斷源同時提出中斷請求，這時要求CPU根據(jù)中斷優(yōu)先權(quán)由高到低依次處理。中斷嵌套如下圖所示。假定有兩個中斷源A和B，A的級別高于B，當CPU正在處理B中斷時，允許A能中斷B的中斷處理，轉(zhuǎn)去執(zhí)行A的中斷服務程序，在高級中斷A處理完后，返回到原來打斷處，繼續(xù)處理B的中斷服務程序。圖中為兩級中斷，還可以進行多級中斷。

6.1基本概念二、中斷處理過程1、中斷檢測中斷源向CPU發(fā)中斷請求是隨機的，大多數(shù)CPU在現(xiàn)行指令周期結(jié)束時檢測有無中斷請求。8086CPU在每條指令的最后一個時鐘周期檢測中斷請求信號輸入線INTR。2、CPU響應中斷的條件

CPU檢測到INTR上有中斷請求，要響應它需滿足以下條件：⑴CPU開放中斷，也就是標志寄存器中的(可用開中斷指令STI置1),表示開放可屏蔽中斷;IF位=0(用關(guān)中斷指令CLI清0)，表示關(guān)閉可屏蔽中斷。⑵CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束后響應中斷6.1基本概念3、CPU響應中斷及處理過程滿足上述條件后，CPU響應中斷，轉(zhuǎn)入中斷周期，完成以下操作：1.關(guān)中斷

CPU在響應中斷時，發(fā)出中斷響應信號INTA，同時內(nèi)部自動地關(guān)中斷，以禁止接受其他的中斷請求。2.保存斷點把斷點處的指令指針I(yè)P值和CS值壓入堆棧，以使中斷處理完后能正確地返回主程序斷點。

CPU響應中斷時，會停止當前執(zhí)行程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序，原程序被打斷的地方稱為“斷點”。斷點地址是指中斷處理程序結(jié)束后，返回原程序恢復執(zhí)行的第一條指令的地址，又稱“返回地址”。6.1基本概念6.1基本概念3.識別中斷源

CPU要對中斷請求進行處理，必須找到相應的中斷服務程序的入口地址，這就是中斷的識別。4.保護現(xiàn)場為了不使中斷服務程序的運行影響主程序的狀態(tài)，必須把斷點處有關(guān)寄存器(指在中斷服務程序中要使用的寄存器)的內(nèi)容以及標志寄存器的狀態(tài)壓入堆棧保護?，F(xiàn)場是指進入中斷服務程序之前CPU各個寄存器的狀態(tài)。5.執(zhí)行中斷服務程序在執(zhí)行中斷服務程序中，可在適當時刻重新開放中斷，以便允許響應較高優(yōu)先級的中斷。6.恢復現(xiàn)場并返回即把中斷服務程序執(zhí)行前壓入堆棧的現(xiàn)場信息彈回原寄存器，然后執(zhí)行中斷返回指令，從而返回主程序繼續(xù)運行。需要說明的是，在上述中斷響應及處理的6項操作中，前3項是中斷響應過程，一般由中斷系統(tǒng)硬件負責完成；后3項是中斷處理過程，通常是由用戶或系統(tǒng)程序設計者編制的中斷處理程序(軟件)負責完成。針對一個具體的系統(tǒng)或機型，中斷服務程序設計者應該清楚該系統(tǒng)在中斷響應時，中斷響應硬件完成了哪些操作（如標志寄存器是否已被壓入堆棧），還需中斷處理軟件（中斷服務程序）完成哪些操作。6.1基本概念6.1基本概念三、中斷優(yōu)先級和中斷嵌套

1、中斷優(yōu)先級：在實際系統(tǒng)中，多個中斷請求可能同時出現(xiàn)，但中斷系統(tǒng)只能按一定的次序來響應和處理，這時CPU必須確定服務的次序，即根據(jù)中斷源的重要性和實時性，照顧到操作系統(tǒng)處理的方便，對中斷源的響應次序進行確定。這個響應次序稱為中斷優(yōu)先級（priority）。通常，可用軟件查詢法確定中斷優(yōu)先級，也可用硬件組成中斷優(yōu)先級編碼電路來實現(xiàn)?，F(xiàn)代PC機中多采用可編程中斷控制器（如8259A）來處理中斷優(yōu)先級問題。（1）軟件查尋法確定中斷優(yōu)先級采用軟件查詢法解決中斷優(yōu)先級只需要少量硬件電路。如下圖所示，系統(tǒng)中有多種外部設備，將這些設備的中斷請求信號相“或”，從而產(chǎn)生一個總的中斷請求信號INTR發(fā)給CPU。

磁盤磁帶CRT顯示鍵盤輸入打印輸出電源故障紙帶輸入保留INTR當CPU響應中斷請求進入中斷處理程序后，必須在中斷處理程序的開始部分安排一段帶優(yōu)先級的查詢程序，查詢的先后順序就體現(xiàn)了不同設備的中斷優(yōu)先級，即先查的設備具有較高的優(yōu)先級，后查的設備具有較低的優(yōu)先級。一般來說總是先查速度較快或是實時性較高的設備。軟件查詢的流程如下圖所示。6.1基本概念保護現(xiàn)場恢復現(xiàn)場A申請服務？B申請服務？C申請服務？外設A中斷服務程序NNN外設B中斷服務程序外設C中斷服務程序YYY軟件查詢方式實現(xiàn)對中斷優(yōu)先級的控制6.1基本概念(2)菊花鏈優(yōu)先級排隊電路菊花鏈優(yōu)先級排隊電路是一種優(yōu)先級管理的簡單硬件方案。它是在每個設備接口設置一個簡單的邏輯電路，以便根據(jù)優(yōu)先級順序來傳遞或截留CPU發(fā)出的中斷響應信號INTA，以實現(xiàn)響應中斷的優(yōu)先順序。典型的菊花鏈優(yōu)先級結(jié)構(gòu)如下圖所示。6.1基本概念菊花鏈優(yōu)先級排隊電路中斷請求CPU

INTR接口設備3接口設備2接口設備1菊花鏈邏輯菊花鏈邏輯菊花鏈邏輯中斷相應信號集電極開路門+5V6.1基本概念中斷請求信號(高電平有效)中斷響應信號（低電平有效）INTR菊花鏈邏輯6.1基本概念2．中斷嵌套當CPU正在執(zhí)行優(yōu)先級較低的中斷服務程序時，允許響應比它優(yōu)先級高的中斷請求，而將正在處理的中斷暫時掛起，這就是中斷嵌套。此時，CPU首先為級別高的中斷服務，待優(yōu)先級高的中斷服務結(jié)束后，再返回到剛才被中斷的較低的那一級，繼續(xù)為它進行中斷服務。如下圖所示。STIIRETSTIIRET............6.1基本概念中斷嵌套的深度（中斷服務程序又被中斷的層次）受到堆棧容量的限制。所以在編寫中斷服務程序時，必須要考慮有足夠的堆棧單元來保留多次中斷的斷點信息及有關(guān)寄存器的內(nèi)容。6.1基本概念一、中斷分類

8086/8088的中斷系統(tǒng)如下圖所示。

1、外部中斷

8086/8088CPU有兩條引腳提供外部中斷源請求中斷：一條是高電平有效的可屏蔽中斷INTR；另一條是正跳變有效的非屏蔽中斷NMI。外部中斷又稱硬件中斷。⑴可屏蔽中斷：可屏蔽中斷是由用戶定義的外部硬件中斷，受中斷標志位IF的控制。⑵非屏蔽中斷：不受中斷標志位IF的控制。

2、內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷又稱軟件中斷，主要來自CPU內(nèi)部的軟件中斷。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)INTn指令中斷邏輯斷點中斷（INT3）溢出中斷（INTO,OF=1）單步中斷(TF=1）除法錯中斷軟件中斷非屏蔽中斷請求中斷控制器（8259A）NMIINTRIRQ0....IRQ7可屏蔽中斷

硬件中斷6.28086/8088的中斷系統(tǒng)二、中斷向量表1、中斷向量的定義所謂中斷向量，實際上就是中斷服務程序的入口地址，每個中斷類型對應一個中斷向量。每個中斷向量占4字節(jié)的存儲單元。其中，前兩個字節(jié)單元存放中斷服務程序入口地址的偏移量(IP)，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后；后兩個字節(jié)單元存放中斷服務程序入口地址的段基值(CS)，也是低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。2、中斷向量表存放中斷向量的存儲區(qū)稱為中斷向量表。通常在存儲器的低地址區(qū)。3、8086/8088的中斷向量表

8086/8088有256種中斷類型，類型號為0-255（或0-FFH），共有256個中斷向量，每個占4個存儲單元，所以需要1024個字節(jié)，在存儲器的最低端，地址從00000H-003FFH，這塊地址空間就是中斷向量表。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)CSIPCSIPCSIPCSIPCSIPCSIPCSIP︽︾︽︾︽︾︽︾類型32類型31（十進制）供用戶定義的中斷（共224個）類型5類型4類型3類型2類型1類型0保留的中斷（共27個）專用的中斷（共5個）0000:03FFH0000:007FH0000:007EH0000:0014H0000:0013H0000:0010H0000:000FH0000:000CH0000:000BH0000:0008H0000:0007H0000:0004H0000:0003H0000:0000H溢出中斷斷點中斷非屏蔽中斷單步中斷除數(shù)為0中斷8086/8088的中斷向量表在中斷向量表中，各中斷向量按中斷類型碼從0到255順序存放。知道了中斷類型號，便可計算出相應的中斷向量在表中存放的位置，稱為中斷向量表地址，或稱為中斷向量指針。從中斷向量表地址中取出中斷向量，便得到了該中斷類型號的中斷服務程序入口地址。即中斷類型號×4=中斷向量指針的低地址（中斷向量指針的低地址）→（IP）中斷類型號×4+2=中斷向量指針的高地址（中斷向量指針的高地址）→（CS）CPU響應中斷時，只需要把中斷類型碼N左移2位（乘以4），即可得到中斷向量在中斷向量表中的對應地址4N(該中斷向量所占4個字節(jié)單元的第一個字節(jié)單元的地址)，然后把由此地址開始的兩個低字節(jié)單元的內(nèi)容裝入IP寄存器：IP←(4N,4N+1)；再把兩個高字節(jié)單元的內(nèi)容裝入CS寄存器:CS←(4N+2,4N+3)。這就是使程序轉(zhuǎn)入中斷類型碼為N的中斷服務程序的控制過程，至于中斷類型碼N的來源，對于不同的中斷類型（內(nèi)部中斷、外部中斷），情況有所不同，詳見后述。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)87H65H43H21H0000:009FH0000:009CH例如，中斷類型碼為27H的中斷所對應的中斷向量應存放在從0000H：009CH開始的4個連續(xù)字節(jié)單元中。如果相應存儲單元的內(nèi)容如下圖所示，那么27H號中斷的中斷服務程序的入口地址即為8765H:4321H。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)4、8086/8088中斷的分類⑴前5個是專用中斷（類型0-4）

類型0：除數(shù)為0中斷類型1：單步中斷類型2：NMI中斷類型3：斷點中斷類型4：溢出中斷

⑵保留的中斷（類型號05-3FH）：這是Intel公司為軟件、硬件開發(fā)保留的中斷類型，大部分用于系統(tǒng)中斷，如20H-3FH為DOS中斷調(diào)用。

⑶供用戶定義的中斷（類型號40H-FFH）：使用用戶自己定義的中斷，用戶必須把該中斷的中斷向量填寫到中斷向量表中。填寫方法有兩種：①用指令填寫②用DOS功能調(diào)用來設置中斷向量(設置中斷向量:21號中斷的25H子功能；取中斷向量:21號中斷的35H子功能；)6.28086/8088的中斷系統(tǒng)三、外部中斷由外部的中斷請求信號啟動的中斷，稱為外部中斷，也稱硬件中斷。8086CPU為外部中斷提供兩條引線，即NMI和INTR，用來輸入中斷請求信號。

1、非屏蔽中斷（NMI）：不受中斷標志位的控制，中斷類型號為2，所以中斷向量放在0000：0008開始的4個單元中。NMI中斷一般用于緊急情況的處理。

2、可屏蔽中斷（INTR）：受中斷標志位的控制，IF=1，CPU才能響應INTR中斷。CPU響應INTR中斷時，往INTA引腳上發(fā)兩個負脈沖，外設接到第二個負脈沖后，立即往數(shù)據(jù)總線上送出中斷類型碼，供CPU讀取。中斷響應需要兩個總線周期，如下圖所示。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)四、內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷即軟件中斷，它是由于CPU執(zhí)行了INTn(含INT3)、INTO指令，或者由于除法出錯以及進行單步操作所引起的中斷，主要包括INTn指令中斷、斷點中斷、溢出中斷、除法錯中斷以及單步中斷。它不受IF標志的控制，但單步中斷受TF標志的控制。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)T1T2T3T4TITITIT1T2T3T4第一個總線周期第二個總線周期三個空閑狀態(tài)中斷類型碼CLK____INTAAD7~AD0(1)INTn指令中斷

8086系統(tǒng)提供了直接調(diào)用中斷處理子程序的手段，這就是中斷指令I(lǐng)NTn。指令中的中斷類型碼n告訴CPU調(diào)用哪個中斷處理子程序。(2)除法錯中斷（類型0）在執(zhí)行除法指令DIV或IDIV后，若所得的商超出了目標寄存器所能表示的范圍，比如用數(shù)值0作除數(shù)，則CPU立即產(chǎn)生一個0型中斷。(3)溢出中斷（類型4）若上一條指令執(zhí)行的結(jié)果使溢出標志位OF置1，則緊接著執(zhí)行INTO指令時，將引起類型為4的內(nèi)部中斷，CPU將轉(zhuǎn)入溢出錯誤處理；若OF=0時，則INTO指令執(zhí)行空操作，即INTO指令不起作用。INTO指令通常安排在算術(shù)運算指令之后，以便在發(fā)生溢出時能及時處理。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)(4)單步中斷（類型1）當把CPU標志寄存器的TF位置為1以后，CPU便處于單步工作方式。在單步工作方式下，CPU每執(zhí)行完一條指令，就會自動產(chǎn)生一個1型中斷，進入1型中斷處理程序。此處理程序顯示CPU內(nèi)部各寄存器的內(nèi)容并告知某些附帶的信息。(5)斷點中斷(類型3)

和單步中斷類似，斷點中斷也是一種調(diào)試程序的手段，并且常常和單步中斷結(jié)合使用。對一個大的程序，不可能對整個程序全部用單步方式來調(diào)試，而只能先將程序中的某一錯誤確定在程序中的一小段中，再對這一小段程序用單步方式跟蹤調(diào)試。斷點中斷就是用來達到這個目的的。在所有INTn形式的指令中，只有斷點中斷指令I(lǐng)NT3是一條單字節(jié)長的指令，其他中斷指令都是兩字節(jié)指令。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)內(nèi)部中斷的特點是：(1)中斷類型碼由CPU內(nèi)部自動提供（含從INTn指令中自動提取），不需要執(zhí)行中斷響應總線周期（INTA總線周期）去讀取中斷類型碼。(2)除單步中斷外，所有內(nèi)部中斷都不可以用軟件的方法來禁止（屏蔽）。單步中斷可以通過軟件將TF標志置1或清0來予以允許或禁止。(3)除單步中斷外，所有內(nèi)部中斷的優(yōu)先級都比外部中斷高。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)五、中斷響應和中斷處理過程如下圖所示。可屏蔽中斷要多兩個步驟，即要先判斷IF是否為1，若IF=1則進入中斷響應，此時CPU要讀取中斷類型碼，然后進入所有中斷都要做的事：⑴將標志寄存器FR的內(nèi)容壓入堆棧⑵將中斷允許標志IF和單步標志TF清零⑶將斷點保護到堆棧中。所謂斷點就是指響應中斷時，主程序中當前指令下面的一條指令的段寄存器CS的值和指令指針寄存器IP的值壓入堆棧，先壓CS，再壓IP的值。⑷根據(jù)當前中斷的中斷類型碼查中斷向量表，得到中斷向量（中斷服務程序入口地址）分別裝入CS和IP，從而轉(zhuǎn)到相應的中斷服務程序。⑸執(zhí)行中斷服務程序，結(jié)束后恢復斷點，從而繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)中斷優(yōu)先級除法錯，INTn，INTO最高NMIINTR單步最低8086/8088中斷優(yōu)先級YYYYNNNNNYY①①Y②③④⑤⑥執(zhí)行IRET指令NN結(jié)束當前指令除法錯，INTO,INTn?NMIINTR?TF=1?執(zhí)行下一條指令I(lǐng)F=1?內(nèi)部自動形成中斷類型碼N讀中斷類型碼N標志壓入堆棧令TEMP＝TF清除IF和TFCS和IP壓入堆棧(4N，4N+1)IP(4N+2,4N+3)CS執(zhí)行中斷處理程序IP、CS出棧標志寄存器出棧返回被中斷的主程序有NMI？TEMP=1?8086/8088中斷響應和中斷處理過程需要說明的是，在圖13.12所示的中斷響應和處理過程中，其中的①～⑥步(含①′)是由處理器內(nèi)部的中斷系統(tǒng)硬件自動完成的，即無需程序員的直接控制和干預；其后的中斷處理過程則是通過執(zhí)行中斷服務程序（軟件）來完成的。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)六、可屏蔽中斷的響應和處理過程1、INTR中斷的全過程首先中斷請求信號INTR由外部設備產(chǎn)生，并送到8086的INTR引腳上。如果IF=1，則在CPU完成正在執(zhí)行的指令后，便開始響應中斷，（同時把下一跳指令的CS，IP壓入堆棧）步驟如下：⑴CPU讀取中斷類型號n。CPU通過INTA發(fā)中斷響應信號給接口，并啟動中斷過程。這個響應信號將使發(fā)中斷請求的接口把一個字節(jié)的中斷類型號通過數(shù)據(jù)總線送給CPU；⑵按先后順序把PSW（即FR）、CS和IP壓入堆棧；⑶清除IF和TF標志；⑷把4×n+2的字存儲單元中的內(nèi)容讀入CS中，把4×n的字存儲單元中的內(nèi)容讀入IP中，即得到中斷向量；⑸CPU從新的CS：IP值開始執(zhí)行中斷服務程序，若允許中斷嵌套，則一般在中斷服務程序中保存寄存器后，就安排一條STI指令，以便響應優(yōu)先權(quán)較高的中斷。在中斷服務程序末尾安排一條IRET返回指令。

6.28086/8088的中斷系統(tǒng)外設接口⑨IRET指令使舊的IP、CS、PSW彈出堆棧4N4N+2新的（IP）新的（CS）舊的（IP）舊的（CS）舊的（PSW）⑤現(xiàn)行PSW、CS、IP壓棧INTR____INTAIPCSPSW(FR)中斷類型碼寄存器②CPU完成現(xiàn)行指令，發(fā)出中斷響應信號Q中斷請求Q中斷屏蔽①接口發(fā)中斷請求信號INTR③CPU讀取中斷類型碼N被中斷的程序.....IRET中斷服務程序...存儲器中斷向量表︽︾︽︾︽︾16位④清除IF和TF⑦轉(zhuǎn)入中斷服務程序⑩返回被中斷的程序⑧開放中斷（可選）CPU⑥取CS、IP新值STI...︽︾可屏蔽中斷全過程至于不可屏蔽NMI中斷，與上述操作基本類似，只是不需讀取中斷類型碼，因為它的中斷類型碼由CPU內(nèi)部自動產(chǎn)生。2、中斷類型號的獲得⑴除法錯誤、單步中斷、非屏蔽中斷、斷點中斷和溢出中斷分別由CPU內(nèi)部自動提供中斷類型號（0-4）。⑵軟件中斷則是從指令流中，即在第2個字節(jié)中讀得中斷類型號。⑶外部中斷INTR可以用不同的方法獲得中斷類型號，通常由硬件提供，如8259A芯片可以將中斷類型號送到數(shù)據(jù)總線上，由CPU讀取而獲得。6.28086/8088的中斷系統(tǒng)6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)Intel8259A用于管理和控制8086/8088的外部中斷請求，實現(xiàn)優(yōu)先級判決，提供中斷類型碼，屏蔽中斷輸入等功能。使用單片8259A可以管理8級中斷，采用級聯(lián)方式，可擴充到64級（用9片8259A）。封裝形式28腳雙列直插（28－pinDIP),DIP:Dual-In-linePackage,如下頁圖所示。IR0IR7單片

INTINTA8259AINTRINTACPU...中斷請求

CPU8259A.....IR0IR7級聯(lián)主8259AIR0從...IR7

8259AIR0從...IR7INTAINTR123456789101112131428272625242322212019181716158259A

CS

WRRDD7D6D4D5D2D3D0D1CAS0CAS1GNDINTAIR7IR6IR4IR5IR2IR3IR0IR1INTCAS2SP/ENVCCA06.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)

－－片選信號（ChipSelect)低電平有效，來自地址譯碼器的輸出只有有效時，CPU才能對8259A進行讀寫操作。－－寫信號，低電平有效，來自CPU的輸出；當有效且有效時，使8259A接受CPU送來的命令字。－－讀信號，低電平有效，來自CPU的輸出；當有效且有效時，使8259A將狀態(tài)信息放到數(shù)據(jù)總路線上，供

CPU檢測。D7-D0－－雙向數(shù)據(jù)總線，接到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的D7-D0上，用來傳送控制字、狀態(tài)字和中斷類型號。IR7-IR0

－－中斷請求信號,輸入,來自外部接口電路。(單片時)INT

－－向CPU發(fā)出的中斷請求信號。(單片時)CSWRCSWRRD6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)一、8259A的引腳如上頁圖所示，它有28個引腳，為標準芯片，即左下角為地，右上角為電源。WRRDRDCSCS－－中斷響應信號，由此接收CPU發(fā)來的中斷響應脈沖。INTAA0

－－地址輸入信號，用于對8259A內(nèi)部寄存器的尋址。CAS2-CAS0

－－級聯(lián)線（CASCADE

LINES），傳送3位標識碼，用于區(qū)分特定的從控制器。雙向：對于主片為輸出，對于從片為輸入。－－從片/允許緩沖器信號。雙功能引腳：作為輸入時，8259A作為主片（＝1）8259A作為從片（＝0）作為輸出時，用來啟動（允許）數(shù)據(jù)總線收發(fā)器（如8286）。究竟是作為輸入還是輸出,取決于8259A是否工作于“緩沖方式”(即8259A是否通過一個“數(shù)據(jù)總線收發(fā)器”與系統(tǒng)總線相連)SP/EN6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)SP/ENSP/EN

二、8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制電路級連緩沖器/比較器中斷服務寄存器（ISR）中斷請求寄存器(IRR)優(yōu)先權(quán)判別器（PR）中斷屏蔽寄存器(IMR)控制邏輯

SP/EN。。。IR0IR1IR2IR6IR7內(nèi)部總線CAS0CAS1CAS2____INTAINT

WR

RDCSA0D7～D06.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)1、數(shù)據(jù)總線緩沖器2、讀寫控制電路，一片8259A只占用兩個端口地址，由A0來選擇，其它高位地址譯碼輸出作為片選信號CS。WR、RD分別為寫信號和讀信號。３、級聯(lián)緩沖器/比較器，擴充中斷用。４、中斷請求寄存器IRR，８位寄存器，每一位對應IR0-IR7，某根線上有中斷請求，則IRR中對應位置１。５、中斷服務寄存器ISR，CPU當前正處理的IRi中斷請求時，該寄存器i位置1（i=0-7）。6.中斷屏蔽寄存器IMR,當IMR的第i位為1時,禁止IRi來的中斷請求。7、優(yōu)先級判別器PR，當有多個中斷同時請求中斷時，判別當前優(yōu)先級最高的中斷請求進入系統(tǒng)。8、控制邏輯，控制芯片內(nèi)個部件協(xié)調(diào)一致地工作。控制邏輯中包含兩個寄存器組：初始化命令寄存器組：ICW1~ICW4

操作命令寄存器組：OCW1~OCW36.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)三、8259A的工作方式1中斷觸發(fā)方式，電平觸發(fā)方式或邊沿觸發(fā)方式（由低到高的正跳變），利用初始化命令字ICW1來設置。2中斷結(jié)束方式，中斷請求處理結(jié)束時，需將ISR中相應位清零。⑴自動中斷結(jié)束方式（自動EOI方式），中斷處理結(jié)束時自動將ISR中相應位清零，只需將初始化命令字ICW4中的AEOI置為1即可實現(xiàn)這種方式。⑵普通中斷結(jié)束方式（普通EOI方式），用在8259A的全嵌套方式下，即在CPU處理完一個中斷請求時需8259A發(fā)送一個EOI命令，8259A收到EOI后，將ISR中最高優(yōu)先級的置1位清零（即當前正在處理的中斷）。用操作命令字OCW2中的EOI=1,SL=0,R=0的設置來實現(xiàn)。⑶特殊中斷結(jié)束方式，在非全嵌套方式下，通過向8259A發(fā)一條特殊中斷結(jié)束命令來判斷要清除ISR中置1位中的哪一位。用操作命令字OCW2中的EOI=1,SL=1,R=0的設置來實現(xiàn)，此時OCW2中的L2、L1、L0這3位指出了到底要清除ISR中的哪一位。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)3、優(yōu)先級管理方式⑴全嵌套方式：全嵌套方式是8259A初始化后自動進入的基本工作方式。此時優(yōu)先級從IR0到IR7依次降低。當某一中斷處理時，可響應比它高的中斷，但禁止比它低的或同級中斷進入。當某一中斷請求處理結(jié)束時，CPU向8259A發(fā)送中斷結(jié)束命令EOI，以使ISR中相應位清零。⑵特殊全嵌套方式：與⑴的普通全嵌套方式差不多，區(qū)別是CPU處理某一中斷時，允許比它高的和與它同級的中斷請求進入，而只禁止比它低的中斷請求。⑶自動循環(huán)方式（普通EOI循環(huán)方式）：在這種方式下，任何一級中斷請求被處理完后，CPU向8259A發(fā)送中斷結(jié)束命令EOI，以使ISR中優(yōu)先級最高的置1位清零，并重新賦給它最低優(yōu)先級，而將最高優(yōu)先級賦給比它低一級的中斷請求，其它中斷請求的優(yōu)先級則以循環(huán)方式類推。⑷特殊EOI循環(huán)方式，用戶根據(jù)要求用置優(yōu)先級命令指定最低優(yōu)先級，例如設置IRi為最低優(yōu)先級，則最高優(yōu)先級為IRi+1，其它各級按循環(huán)方式類推。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)4、中斷屏蔽方式⑴普通屏蔽方式，將IMR中某一位或幾位置1，則其對應的中斷被屏蔽（即這些中斷被禁止）。⑵特殊屏蔽方式，一般情況處理一個中斷時，禁止同級或低級中斷進入，但有些場合，在處理某個中斷時，僅希望對本級屏蔽，可以響應高級或低級中斷，此時采用這種方式。特殊屏蔽方式通過操作命令字OCW3中的ESMM和SMM同時置為1，并將IMR對應于本級中斷的位置1來實現(xiàn)。5、連接系統(tǒng)總線的方式（1）緩沖方式(ICW4的BUF=1)8259A通過總線驅(qū)動器(如8286)和數(shù)據(jù)總線相連。在緩沖方式下，8259A的作為輸出(有效)，此時，由ICW4的M/S位來定義(標識)本8259A是主片還是從片。SP/ENEN6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)（2）非緩沖方式(ICW4的BUF=0)即8259A直接與數(shù)據(jù)總線相連。在“非緩沖方式下”，8259A的作為輸入(有效)。此時，由端來標識本8259A是主片還是從片。在“非緩沖方式下”，ICW4的BUF＝0，M/S位無意義。SP/ENSPSP/EN四、8259A的控制字及編程使用8259A的控制寄存器可分為兩組,一組是初始化命令字ICW１-ICW4;另一組是操作命令字OCW１～OCW3。每片8259A具有兩個內(nèi)部端口地址，一個偶地址端口(A0=0)，一個奇地址端口(A0=1)，其他高位地址碼由用戶定義，用來產(chǎn)生8259A的片選信號。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)1、初始化命令字，初始化命令字用來對8259A初始化，有四個，設置次序依次為：ICW1、ICW2、ICW3和ICW4。(1)ICW1ICW1使用偶地址端口(A0=0)，其中D4位為特征位（標志位），此時該位固定為1，表示當前寫入的是ICW１（OCW1也用偶地址端口寫入，但OCW1的D4位為0）。ICW１的格式如下：A7A6A51LTIMADISNGLIC40ICW1A0D7D6D5D4D3D2D1D06.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)解釋：IC4

規(guī)定初始化時是否要寫入ICW4。IC4=0表示不寫入ICW4,IC4=1表示寫入ICW4。SNGL規(guī)定8259A的用法。SNGL=0表示為級聯(lián)方式，同時要寫入ICW3；SNGL=1表示為單片方式，不要寫入ICW3。ADI為配合8085工作時選用CALL指令字節(jié)數(shù)而設，8086不用這一位。LTIM規(guī)定中斷檢測方式.LTIM=0表示邊沿觸發(fā),LTIM=1表示電平觸發(fā)。A5～A7在8085微處理器中用這幾位作中斷向量字,8086不用這三位。(2)ICW２ICW2使用奇地址端口(A0=1)，緊跟在ICW１之后設置。ICW２的格式如下：6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)A15/T7A14/T6A13/T5A12/T4A11/T3A10A10A101ICW2A0D7D6D5D4D3D2D1D0對于8086系統(tǒng)，ICW２的D7～D3位用來確定中斷類型碼N的高5位T7～T3位，低3位D2～D0無定義;對于非8086系統(tǒng)，ICW２的8位全部用來作中斷向量地址的高8位A15～A8。在8086系統(tǒng)中，8259A在中斷響應周期的第二個總線周期內(nèi)，從數(shù)據(jù)總線上向CPU送出8位中斷類型碼N的值。其中高5位D7～D3即T7～T3，由ICW２在初始化編程時設定；低3位D2～D0則由8259A根據(jù)中斷進入的引腳序號而自動填入，從IR0～IR7依次為000～111。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)(3)ICW３ICW３只在級聯(lián)方式中使用，端口地址為奇地址，其格式如下：S7S6S5S4S3S2/ID2S1/ID1S0/ID01ICW3A0D7D6D5D4D3D2D1D0對于主片8259A，ICW３表示哪些IRi引腳接有從片8259A。接有從片8259A的相應S位置1，否則置0。例如，若IR2、IR6上接有從片8259A，且其他IR引腳未接有從片8259A，則ICW３為01000100。對于從片8259A用ICW３中的ID2～ID0表示本8259A接在主片8259A的哪一根IR引腳上。與IR0～IR7分別對應的ID碼為000～111。例如，若從片8259A接在主片8259A的IR6上，則從片8259A的ICW３應設定為：ID2=1，ID1=1，ID0=0。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)(4)ICW4在8086系統(tǒng)中必須設置ICW4，端口地址為奇地址，其格式如下：000SFNMBUFM/SAEOIuPM1ICW4A0D7D6D5D4D3D2D1D0其中，μPM規(guī)定是哪種系統(tǒng)。μPM=0表示是8080/8085系統(tǒng)，μPM=1表示是8086系統(tǒng)。AEOI表示中斷結(jié)束方式。AEOI=0為普通EOI方式，AEOI=1表示自動EOI方式。BUF表示本8259A工作于緩沖方式還是非緩沖方式。BUF=1為緩沖方式，BUF=0為非緩沖方式。（BUFFER）6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)其中，μPM規(guī)定是哪種系統(tǒng)。μPM=0表示是8080/8085系統(tǒng)，μPM=1表示是8086系統(tǒng)。AEOI表示中斷結(jié)束方式。AEOI=0為普通EOI方式，AEOI=1表示自動EOI方式。BUF表示本8259A工作于緩沖方式還是非緩沖方式。BUF=1為緩沖方式，BUF=0為非緩沖方式。（BUFFER）在緩沖方式下，SP/EN引腳作為輸出能使信號給總線收發(fā)器。此時，由M/S位來定義本8259A是主片還是從片。所謂8259A工作于緩沖方式，是指在多片8259A級聯(lián)的大系統(tǒng)中，8259A通過總線收發(fā)器(驅(qū)動器)和數(shù)據(jù)總線相連。M/S位用來在緩沖方式下規(guī)定本8259A是主片還是從片。M/S=0表示是從片，M/S=1表示是主片。在非緩沖方式(BUF=0)下，M/S位無效。SFNM表示中斷嵌套方式。SFNM=0表示全嵌套方式，SFNM=1表示特殊全嵌套方式。8259A的初始化命令字（ICW）是在加電之后由CPU按特定的順序?qū)懭氲?。也就是說，各初始化命令字的識別一方面依賴于地址信號A0和初始化命令字中的特定標識位，另一方面也與寫入的先后次序有關(guān)。8259A的初始化順序及相應的尋址標志如下圖所示。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)開始ICW1(A0=0D4=1)ICW2(A0=1)SNGL=0?(級聯(lián)方式？)ICW3(A0=1)IC4=1?ICW4(A0=1)準備好接受中斷NNYY①在初始化操作過程的開頭，總要依次寫入命令字ICW１和ICW２。②只有當ICW１中的SNGL位=0，才需寫入ICW３。對于主片和從片均需寫入ICW３，而且它們的格式不同。③只有當ICW１中的IC4=1時，才需寫入ICW4。對于8086系統(tǒng)，ICW4總是需要設置的。在系統(tǒng)中，單片8259A與80x86CPU配置時，初始化要寫入的預置命令字是：ICW１、ICW２、ICW4；而級聯(lián)系統(tǒng)要寫入預置命令字是：ICW１、ICW２、ICW３和ICW4。初始化過程結(jié)束，8259A進入所設置的狀態(tài)后，才能寫入操作命令字（OCW）。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)2、操作命令字，有三個OCW1-OCW3，設置次序沒有規(guī)定先后，這點與ICW設置不同，使用時可根據(jù)需要靈活選擇不同的操作命令字寫入到8259A中。當然，也需注意奇、偶端口地址及有關(guān)標識位的規(guī)定。(1)OCW1OCW1為中斷屏蔽操作命令字，用來實現(xiàn)中斷屏蔽功能，要求寫入8259A的奇地址端口(A0=1)。OCW1的內(nèi)容被直接置入中斷屏蔽寄存器IMR中，其格式如下：M7M6M5M4M3M2M1M01OCW1A0D7D6D5D4D3D2D1D0其中M0～M7分別對應8259A的IR0～IR7。當OCW1中的Mi位為1時，則相應的IRi的中斷請求就被屏蔽。例如，若通過OCW1向中斷屏蔽寄存器寫入代碼11110000，將導致中斷輸入IR7～IR4被屏蔽掉，而IR3～IR0撤銷屏蔽。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)(2)OCW2OCW2用來設置優(yōu)先級循環(huán)方式和中斷結(jié)束方式。占用偶地址端口(A0=0)。OCW2的格式如下：RSLEOI00L2L1L00OCW2A0D7D6D5D4D3D2D1D0其中，D４D３=00是OCW2的標識位。R表示中斷優(yōu)先級是否按循環(huán)方式設置。R＝1表示采用循環(huán)方式，R＝0表示采用非循環(huán)方式。SL表示OCW2中的L2、L1、L0是否有效。SL＝1表示有效，SL＝0表示無效。EOI為中斷結(jié)束命令位。EOI＝1使當前ISR寄存器的相應位清0。當ICW4中的AEOI為0時，ISR中的相應置1位就要由該命令位來清除。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)L2、L1、L0在SL=1時配合R、SL、EOI的設置，用來確定一個中斷優(yōu)先級的編碼。L2、L1、L0的8種編碼000～111分別與IR0～IR7相對應。由R、SL、EOI三位可以定義多種不同的中斷結(jié)束命令或優(yōu)先級循環(huán)方式。綜合起來，R、SL、EOI的設置與其代表的意義如下表所示。R、SL、EOI的設置及意義RSLEOI意義001普通EOI命令011特殊EOI命令101普通EOI循環(huán)命令111特殊EOI循環(huán)命令000自動EOI循環(huán)方式（復位）100自動EOI循環(huán)方式（置位）110置優(yōu)先權(quán)命令010無操作6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)(3)OCW3OCW3的端口為偶地址(A0=0)，其格式如下：ESMMSMM01PPRRIS0OCW3A0D7D6D5D4D3D2D1D0其中D４D３=01是OCW３的特征位。ESMM是特殊屏蔽方式允許位，SMM是特殊屏蔽方式位。當ESMM為0時，SMM的值不起用。當ESMM為1時，由SMM位決定是否工作在特殊屏蔽方式。當ESMM=1，SMM=0時，表示8259A不是工作在特殊屏蔽方式。當ESMM=SMM=1時，表示8259A工作在特殊屏蔽方式。P是查詢命令(PollCommand)標識位。當P=1時，表示向8259A發(fā)查詢命令，查詢當前是否有中斷請求，以及在有中斷請求時，當前正在請求的中斷最高優(yōu)先級是哪一級。查詢的中斷狀態(tài)字的格式如下：6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)IR------------W2W1W00A0D7D6D5D4D3D2D1D00:無中斷請求1:有中斷請求當前正在請求的中斷的最高優(yōu)先級例6.1對8259A按下述要求進行初始化編程：(1)工作于8086系統(tǒng)，單片8259A，邊沿觸發(fā)方式。(2)中斷類型碼初始值為08H，即IR0～IR７對應的中斷類型碼為08H～0FH。(3)中斷結(jié)束時，用普通中斷結(jié)束命令，固定優(yōu)先級。8259A的端口地址為20H，21H。6.3可編程中斷控制器8259A(8259AProgrammableInterruptController-PIC)實現(xiàn)上述要求的初始化程序如下：MOVAL，13H；ICW1，邊沿觸發(fā)，