CHAPTER9 中斷教學(xué)課件

第九章中斷

■概述

■中斷原理

■中斷系統(tǒng)組成及其功能

■中斷響應(yīng)過程

■8086中斷系統(tǒng)

■8086CPU的中斷管理

■可編程中斷管理芯片8259A

概述

當(dāng)CPU用查詢的方式與外設(shè)交換信息時(shí),

CPU就要浪費(fèi)很多時(shí)間去等待外設(shè)。這樣

就引出一個(gè)快速的CPU與慢速的外設(shè)之間

數(shù)據(jù)傳送的矛盾，這也是計(jì)算機(jī)在發(fā)展

過程中遇到的嚴(yán)重問題之一。為解決這

個(gè)問題，一方面要提高外設(shè)的工作速度，

另一方面發(fā)展了中斷慨念。中斷系統(tǒng)是

計(jì)算機(jī)的重要指標(biāo)之一。

9.1中斷原理

一、從無條件傳送、條件傳送到中斷傳送

條件傳送最大的缺點(diǎn)就是為了CPU和外設(shè)在

時(shí)間上配合正確，CPU花大量的時(shí)間用無條件

方式對狀態(tài)線進(jìn)行查詢，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)

的工作效率。

具有中斷功能的CPU中，有一個(gè)硬件部件專

門用于檢測外設(shè)的狀態(tài)線。

二、中斷概念

在中斷傳送方式下，外設(shè)應(yīng)有請求CPU

服務(wù)的權(quán)利，當(dāng)外部設(shè)備準(zhǔn)備好向CPU傳送

數(shù)據(jù)，或者外設(shè)已準(zhǔn)備就緒接收CPU的數(shù)據(jù),

或者有某些緊急情況要求處理，或者是定時(shí)

時(shí)間到等等。這時(shí)，外設(shè)向CPU發(fā)出中斷請

求，CPU接收到請求并在一定條件下，暫時(shí)

停止執(zhí)行原來的程序而轉(zhuǎn)去中斷處理，處理

好中斷服務(wù)再返回來執(zhí)行原來程序，這就是

一個(gè)中斷概念。

I?'.-.!■

iniiin

!由ii

處理文檔執(zhí)行主程序（日常事務(wù)程序）

電話鈴響中斷申請信號有效（中斷請求）

暫停文檔暫停執(zhí)行主程序響應(yīng)中斷

文檔中作暫停記號當(dāng)前PC及寄存器入棧（保護(hù)現(xiàn)場）

電話交談處理外設(shè)要求（中斷服務(wù)）

找出暫停記號位置寄存器及PC出棧（恢復(fù)現(xiàn)場及中斷返回）

繼續(xù)處理文檔繼續(xù)執(zhí)行主程序

三、中斷應(yīng)用

1、實(shí)時(shí)故障處理

存儲器出錯(cuò)檢測電路

奇偶

存儲器位

奇偶檢測電路

2、分時(shí)操作，同時(shí)處理

有了中斷功能，CPU可命令多個(gè)外

設(shè)同時(shí)工作。雖然CPU在不同的時(shí)間

點(diǎn)上為不同的任務(wù)工作，但宏觀上

看CPU幾乎同時(shí)為不同的任務(wù)工作，

極大地發(fā)揮了CPU高速性的特點(diǎn)。

9.2中斷系統(tǒng)組成及其功能

一、三個(gè)與中斷有關(guān)的觸發(fā)器

1、中斷請求觸發(fā)器

有兩個(gè)特點(diǎn)：

(1)它的輸出可以作為中斷請求信號，在滿足一

定條件的情況下把信號發(fā)送給CPU,并在CPU未響

應(yīng)時(shí)一直保存下去；

(2)、當(dāng)CPU滿足一定條件下響應(yīng)了該中斷請求

信號，執(zhí)行了相關(guān)的操作后，該中斷請求信號可

以被撤除。

中斷請求

+5V—DQ

狀態(tài)線CLK

-

R

外設(shè)讀、寫操作

2、中斷屏蔽觸發(fā)器

中斷屏蔽觸發(fā)器的功能就是決定

中斷請求觸發(fā)器的輸出信號是否可

以作為中斷請求信號發(fā)送給CPU,這

樣CPU通過對中斷屏蔽觸發(fā)器的設(shè)置

就可以達(dá)到對中斷源的控制。

求佶號

3、CPU內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器。

CPU通過對它進(jìn)行設(shè)置來決定是否對發(fā)給它的中

斷請求信號進(jìn)行響應(yīng)。

有些CPU,比如8086CPU,設(shè)置了兩種中斷類型

可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷?？善帘沃袛嗍苤袛?/p>

允許觸發(fā)器控制，只有當(dāng)IF為1時(shí)，CPU才能響應(yīng)

中斷請求信號。而不可屏蔽中斷不受中斷允許觸

發(fā)器的控制，只要中斷請求信號有效，不管IF是

否為1,CPU就必須響應(yīng)。因此不可屏蔽中斷的中

斷優(yōu)先級要大于可屏蔽中斷的中斷優(yōu)先級。

—再談中斷條件

外設(shè)的中斷請求信號要想發(fā)給CPU并能最

終得到CPU的響應(yīng)，必須要滿足如下兩個(gè)條

件：一個(gè)是中斷屏蔽觸發(fā)器處于非屏蔽狀態(tài)。

在這種情況下，中斷請求信號才能發(fā)給CPU。

但CPU是否相應(yīng)這個(gè)中斷，還要看中斷允許

觸發(fā)器是否處于開中斷狀態(tài)。只有CPU是開

中斷的條件下，CPU才能進(jìn)入中斷響應(yīng)過程，

處理中斷事務(wù)。這就是第二個(gè)條件。

9.3中斷響應(yīng)過程

中斷過程主要包括三個(gè)方面：

?外設(shè)發(fā)中斷請求信號給CPU即中斷請求；

?CPU對中斷請求信號所作出反應(yīng)即中斷響應(yīng)

?CPU執(zhí)行對外設(shè)操作的子程序即中斷處理。

匚一、中斷申請

當(dāng)中斷屏蔽觸發(fā)器狀態(tài)為1,則中斷請

求觸發(fā)器輸出的中斷請求信號發(fā)給CPU。

二、中斷響應(yīng)

CPU響應(yīng)可屏蔽中斷申請必須滿足3個(gè)條件:

①無總線請求；

q②CPU被允許中斷；

?③CPU執(zhí)行完現(xiàn)行指令.

三、中斷處理

CPU響應(yīng)中斷后要自動(dòng)完成三項(xiàng)任務(wù)

1、關(guān)閉中斷；

2、CS、IP以及FR的內(nèi)容推入堆棧

3、中斷服務(wù)程序段地址送入CS中，

偏移地址送入IP中。

一旦CPU響應(yīng)中斷，就可轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程

序之中。中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)如下：

四、中斷源識別及中斷優(yōu)先權(quán)

在中斷系統(tǒng)中一個(gè)非常關(guān)鍵的問題是

CPU如何知道是哪一個(gè)中斷源發(fā)出的中斷

申請信號。只有正確地確定中斷源，CPU

才能轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序?yàn)橹?wù)。

這里，確定中斷源的方法被稱為中斷源

識別或中斷方式。

1、中斷源識別

包括兩個(gè)方面：

其一，確定中斷源，

其二，找到該中斷服務(wù)程序的首地址。

下面我們給出解決問題的兩種方案。

piEIMHl

miRin.

i酬布

(1)查詢中斷

0.

2?

INAL.IPORT;從輸入接口取中斷信息

TESTAL,80H;是0號設(shè)備請求嗎？

JNZSEVO;是，轉(zhuǎn)0號設(shè)備服務(wù)程序

TESTAL.40H;否，是1號設(shè)備請求嗎？

JNZSEV1;是，轉(zhuǎn)1號設(shè)備服務(wù)程序

TESTAL.20H;否，是2號設(shè)備請求嗎？

JNZSEV2；是，轉(zhuǎn)2號設(shè)備服務(wù)程序

TESTAL.10H;否，是3號設(shè)備請求嗎？

JNZSEV3；是，轉(zhuǎn)3號設(shè)備服務(wù)程序

(2)矢量中斷

中斷申請信號和中斷

響應(yīng)信號是一對握手信號。

在驅(qū)動(dòng)一個(gè)中斷事件過程

中，中斷請求信號是外設(shè)

發(fā)給CPU的，當(dāng)其有效時(shí)，

表示外設(shè)請求CPU為之服務(wù)。

而中斷響應(yīng)信號是CPU發(fā)給

外設(shè)的，當(dāng)其有效時(shí)，表

明CPU可以為這個(gè)外設(shè)服務(wù),

同時(shí)要求外設(shè)提供中斷類

型號。

矢量中斷

2、中斷優(yōu)先權(quán)

(1)軟件方案

軟件查詢確定優(yōu)先權(quán)的缺點(diǎn)是，響應(yīng)中斷慢。

（2）、硬件方案

?鏈形電路

這種方法是利用外設(shè)在系統(tǒng)中的

物理位置來決定其中斷優(yōu)先權(quán)的

1

IE1'IEOIEI2*IEOIEI3‘1EQ

接收3,—<3IEO

?編碼電路

74LS148是一個(gè)8到3線的優(yōu)先權(quán)

編碼器，它是一個(gè)16個(gè)管腳雙列直

插式TTL器件.

輸入「

I.一116—Vcc輸出

】5—Ei01234567AzA]AoGsEo

215-Eo

1xxxxxxxx11111

k一3141Gs

01111111111110

I?—4￡13一130XXXXXXx000001

E】—5g12—I20XXXXXx0100101

0XXXXX01101001

As—611—Il

0XXXX011101101

A]一710-Io0XXX0111110001

GND-89一Ao0XX01111110101

0X011111L11001

00111111111101

圖7.474L5148編碼器管腳圖及真值表

+5VDQ

INTR

TCLK

CS

A77RD

B7

A64

I7B6

INT7T7A5LINTA

fNn-d

I6B5

4A4S

I5B4

LA32接CPU的D??D.

B3

INT4--->I4A24

INT?ISA2

3B2

1AiAl5

叫YBl

I24AoAO

INTi<jIiBO

8

INToClo

pirn

l"T9.48086中斷系統(tǒng)

一、8086的中斷源

8086中斷系統(tǒng)有兩大類型的中斷源，一類

是由外部設(shè)備產(chǎn)生的中斷，我們稱之為硬件中

斷，硬件中斷有時(shí)又稱外中斷。另一類是由指

令在某種運(yùn)行結(jié)果時(shí)產(chǎn)生的中斷，我們稱之為

軟件中斷。另外對于硬件中斷，又分為不可屏

蔽中斷和可屏蔽中斷，硬件中斷是通過CPU芯

片的INTR管腳或NMI管腳從外部引入的。

中斷類型號和中斷服務(wù)子程序的入口地址之

間的關(guān)系：

內(nèi)存

IP

/0000:4n+000

中斷類0000:4n+l10

型號n0000:4n+200

0000:4n+320

八不可屏蔽中斷

所謂不可屏蔽中斷就是用戶不能通過

CPU內(nèi)的中斷允許觸發(fā)器IF控制的中斷，

由8086CPU的NMI管腳引入。NMI中斷請求

采用上升沿觸發(fā)方式，這種中斷一旦產(chǎn)

生，在CPU內(nèi)部直接生成中斷類型號02。

IF=O內(nèi)存

IP,CS,FR進(jìn)棧

IP=[2*4+0]

CS=[2*4+2]

M三、可屏蔽中斷

■可屏蔽中斷就是用戶可以控制的中斷,

其途徑是通過對CPU內(nèi)的中斷允許觸發(fā)器

IF的設(shè)置來禁止和允許CPU響應(yīng)中斷?？?/p>

屏蔽中斷由8086CPU的INTR管腳引入。這

種中斷請求需要設(shè)備提供中斷類型號，

CPU響應(yīng)中斷后，取中斷類型號的4倍作

為中斷服務(wù)入口地址表的地址，通過查

表得到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序首地址，轉(zhuǎn)

S去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。

IF=O內(nèi)存

0000:4*n+0

IP,CS,FR進(jìn)棧0000:4*n+l

0000:4*n+2

0000:4*n+3

取中斷類型號n

IP=[2*n+0]

CS=[2*n+2]

口、8086中斷系統(tǒng)

1、軟件中斷

軟件中斷是由中斷指令引起的。中

斷指令的指令格式為INTn,操作數(shù)n

就是中斷類型號。當(dāng)CPU執(zhí)行完畢中斷

指令I(lǐng)NTn后，就會立即產(chǎn)生一個(gè)中斷

類型號為n的中斷。

(1)除法中斷

當(dāng)進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)，若除數(shù)為0或

除數(shù)太小，使得商數(shù)大于相應(yīng)寄存器

所能表示的最大值，被稱作除法出錯(cuò)。

這時(shí)除法指令就相當(dāng)于一個(gè)中斷源，

它向CPU發(fā)出類型0中斷。

(2)溢出中斷

當(dāng)算術(shù)運(yùn)算產(chǎn)生溢出時(shí)，將在INTO指令控制下向

CPU發(fā)出類型4的中斷，即溢出中斷。

(3)單步中斷和斷點(diǎn)中斷

?單步中斷

當(dāng)8086CPU的標(biāo)志寄存器中的TF標(biāo)志為1時(shí)，

8086CPU處于單步工作方式，這時(shí)CPU在每條指令

執(zhí)行后自動(dòng)產(chǎn)生類型1的中斷。

?斷點(diǎn)中斷

INT3指令是1字節(jié)指令，可將這條指令的目

的代碼嵌入任意條指令的操作碼處，從而實(shí)現(xiàn)斷

點(diǎn)中斷。

五、中斷概念的再討論

1、中斷與調(diào)子程序之間的關(guān)系

(1)中斷過程實(shí)際上是CPU從執(zhí)行當(dāng)前主程序轉(zhuǎn)到執(zhí)行為外設(shè)

服務(wù)的子程序，因此從這個(gè)角度來看，中斷過程是一個(gè)調(diào)

用子程序的過程。

(2)中斷過程與子程序調(diào)用還是有很大差別的，首先調(diào)用子

程序的過程是一個(gè)無條件過程，但中斷過程的中斷服務(wù)程

序的調(diào)用一般是有條件的。其次，子程序調(diào)用在整個(gè)程序

執(zhí)行中的位置是固定的。但對于硬件中斷過程，只要條件

滿足，在整個(gè)程序執(zhí)行的任意一時(shí)間點(diǎn)都有可能發(fā)生從主

程序向中斷服務(wù)子程序的轉(zhuǎn)移事件，也就是說硬件中斷產(chǎn)

生的調(diào)用過程是隨機(jī)的，不可預(yù)測的。

2、外部中斷和INTn之間的關(guān)系

結(jié)合中斷指令I(lǐng)NTn,我們可以這樣理

解外部中斷：當(dāng)外部中斷源發(fā)中斷給CPU時(shí),

如果CPU滿足一定的條件，處于開中斷狀態(tài),

CPU就可以響應(yīng)中斷，這時(shí)外設(shè)在CPU正在執(zhí)

行指令與其下一個(gè)指令之間，等效“插入”

了一個(gè)INTn指令，這里的n就是外設(shè)提供的

中斷類型號。注意這里用“等效”兩字表示

實(shí)際過程中是不存在插入INTn指令的操作,

但CPU確實(shí)完成了類似INTn指令的功能，實(shí)

現(xiàn)了主程序向中斷程序的轉(zhuǎn)移。

9.58086CPU的中斷管理

一、8086CPU的中斷處理順序

8086CPU的中斷優(yōu)先權(quán)排列從高到低為：

?1、除法出錯(cuò)中斷，溢出中斷，INTn；

?2、NM1；

?3、INTR；

?4、單步中斷。

O00H-除法中斷入口IP

fcs

0o4H

二、8086CPU的中5一單步中斷入口■,1

用0Q8H

中—NMI中斷入口一

斷服務(wù)入口地c

斷

八C

址表-斷點(diǎn)中斷入口一

—溢出中斷入口-

O4H

類型5中斷入口一

07FH類型31中斷入口一

080H

一類型32中斷入口-

3FCH

類型255中斷入口

、中斷入口地址設(shè)置

1、用串指令

CLI;關(guān)中斷

MOVAX,0

MOVES,AX;置附件段基地址為0

MOVDI,n*4;置附件段偏移地址到DI

MOVAX,OFFSETINT_VCE；置中斷程序首地址的偏移量到AX

CLD

STOSW;填偏移量到中斷地址表

MOVAX,SEGINT_VCE；置中斷程序的段基地址到AX

STOSW；填段基地址到中斷地址表

STI;開中斷

2、用偽指令

INT-TBLSEGMENTAT0；定義INT—TBL段，段基地址為0

ORGn*4;指定偏移地址

DDINT—VCE;存中斷程序入口地址

INT-TBLENDS

;其他處理

MCODESEGMENT;主程序

;其他處理

INT—VCEPROCFAR；中斷服務(wù)程序

IRET

INT—VCEENDP

3、用系統(tǒng)調(diào)用

使用DOS功能調(diào)用的25H功能

要求：

AL=中斷類型號

DS：DX=中斷服務(wù)程序首地址的段、偏移地

址

PUSHDS

MOVDX,SEGINT60H；段基地址送DS

MOVDS,DX

MOVDX,OFFSETINT60H；偏移地址送DX

MOVAL,60H；中斷類型號送AL

MOVAH,25H

INT21H;25H功能調(diào)用

POPDS

4、直接裝入法

若外設(shè)的中斷類型號為6BH,則此中斷類型

號對應(yīng)的中斷矢量表地址為從001ACH開始的

四個(gè)存儲單元.設(shè)中斷服務(wù)程序段地址是

1000H,偏移地址為2000H。

MOVAX,,0

MOVDS,AX；置數(shù)據(jù)段段基地址為0

MOVAX,2000H

MOVWORDPTR[01ACH],AX

；對偏移地址為01AC的單元

MOVAX.1000H；送雙字

MOVWORDPTR[01ACH+21,AX

9.6可編程中斷管理芯片8259A

一、8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

SP/EN

中斷檢測

中

斷

寄

存

器

二、8259A的中斷管理方式

1、中斷優(yōu)先權(quán)管理

(1)完全嵌套方式

8259A的中斷請求輸入端引入的中斷具

有固定的優(yōu)先權(quán)排隊(duì)順序，IR。為最高優(yōu)

先級，IRi為次高優(yōu)先級，依次類推，IR7

為最低優(yōu)先級。

S(2)自動(dòng)循環(huán)方式

從IR°—IR7引入的中斷輪流具有最高優(yōu)

先權(quán)。

(3)中斷屏蔽方式

有兩種方法：第一、普通屏蔽方式。

第二，采用特殊屏蔽方式。

(4)特殊完全嵌套方式

用在8259A有級聯(lián)的情況

2、8259A中斷結(jié)束的管理方式

(1)完全嵌套情況

可采用三種中斷結(jié)束方式：一般EOI方

式、特殊EOI方式、自動(dòng)EOI方式。最常

用的為一般EOI方式。

(2)自動(dòng)循環(huán)情況

也可采用三種中斷結(jié)束方式：一般EOI

方式、特殊EOI方式、自動(dòng)EOI方式。

三、IBM-PC機(jī)硬件中斷

1、中斷